光合作用

 光合作用

光合作用(Photosynthesis)是植物、藻类等生产者和某些细菌，利用光能把二氧化碳、水或硫化氢变成碳水化合物。可分为产氧光合作用和不产氧光合作用。
植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够透过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量，其能量转换效率约为6%。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量，效率为10%左右。对大多数生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是其中最重要的一环。

虽然一些在光合作用中的步骤仍不能被完全理解，但是整体的光合方程序自19世纪以来是已知的。

• 古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的营养全来自土中。
• 1642年比利时人范·海尔蒙特做了“柳树实验”，推论植物的重量主要不是来自土壤而是来自水。但他没有发现空气中的物质也参与了有机物的形成。
• 1771年，英国的普里斯特利发现植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气；但他并没有发现光的重要性。普里斯特利还发现置于密封玻璃罩内的老鼠极易窒息，但是如果加入一片新鲜薄荷叶，老鼠就可以苏醒。
• 1773年，荷兰的英格豪斯证明只有植物的绿色部分在光下才能起使空气变“好”的作用。
• 1774年，英国的普里斯特利发现绿色的植物会制造、释放出氧气。
• 1782年，瑞士的瑟讷比埃发现，即使植物没有受到阳光照射，照样会释放出二氧化碳。
• 1804年，瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。
• 1845年，德国的迈尔发现植物把太阳能转化成了化学能。
• 1864年，德国的萨克斯发现光合作用会产生淀粉。
• 1880年，德国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。
• 1883年，德国的恩格尔曼运用三菱镜将太阳光折射出各色光，照射丝状海绵。一段时间后放入好氧细菌，发现植物在红光与蓝光区释放较多氧气
• 1897年，美国的巴恩斯首次在教科书中称它为光合作用。
• 1930年，范尼尔借由对紫硫菌的研究推论植物光合作用产生的氧来自水而非二氧化碳，革新了当时的观念。
• 1945-1957年，梅尔文·卡尔文利用碳14当追踪标的，找出植物将二氧化碳转化成碳水化合物的途径。
• 1961年，彼得·米切尔发表化学渗透理论解释光反应中ATP的生成。
• 诺贝尔奖得主、科学家鲁道夫·马库斯发现电子转移链的作用和意义。
• 奥托·海因里希·瓦尔堡和迪安·伯克发现I-量子光合作用的反应，分裂CO₂，由呼吸作用激活。
  光合作用文字方程序：二氧化碳+水+光能->淀粉+氧气
  植物与动物不同。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分，就是所谓的自养生物。
  这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放出氧气：
  

  12H₂O + 6CO₂ +阳光→ (与叶绿素产生化学作用)C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6O₂ + 6H₂O

  注意：上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星号。
  植物的光合作用可分为光反应和碳反应两个步骤如下：
  12H₂O +阳光→ 12H₂ + 6O₂ [光反应]
  12H₂ (来自光反应) + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6H₂O [碳反应]