生物光能轉化為化學能參與的兩類色素（光能轉化為生物質能的生化過程）

2023-10-06 23:54:30

光合作用是綠色植物、藻類利用葉綠素等光合色素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物，並釋放出氧氣的生化過程。某些細菌，如帶紫膜的嗜鹽古菌，可以利用其細胞本身，在可見光的作用下，將硫化氫和水轉化為有機物，並釋放氫氣的生化過程，也叫光合作用。

本文不討論某些細菌的光合作用。

人類發現光合作用的過程真的很有趣。1771年英國科學家普利斯特萊發現，將點燃的蠟燭與綠色植物同時放在密閉的玻璃罩內，蠟燭不容易缺氧熄滅。移走蠟燭，將小鼠與綠色植物同時放入玻璃罩內,小鼠也不易窒息死亡。得出的結論：植物可以更新空氣。1779年，荷蘭人英格豪茨進一步證實，綠色植物只有在日光下才能「淨化」空氣。1864年，德國科學家薩克斯把綠色的葉片一半曝光，另一半遮光，過一段時間後，用碘蒸氣檢測葉片，由於碘遇澱粉變藍色，發現被遮光的半邊葉片沒有發生顏色變化，而曝光的那半葉片則呈深藍色。得出結論：綠色葉片在光照的情況下會產生了澱粉。1880年,德國科學家思吉爾曼用水綿進行實驗。找到了葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所，且氧氣是葉綠體釋放出來的。20世紀30年代美國科學家魯賓卡門採用同位素標記法對光合作用進行研究。得出結論：光合作用釋放的氧全部來自於水。

可見，光合作用發生範圍：綠色植物，場所：葉綠體，能量來源：光能，原料：二氧化碳和水，產物：儲存能量的有機物和氧氣。在可見光的照射下，植物經過光反應和暗反應，將光能轉化成生物質能（化學能）儲存在有機物中。

葉綠體的色素是分布在基粒片層結構的薄膜上。高等植物葉綠體的色素有四種：吸收紅光和藍紫色光的葉綠素是藍綠色的葉綠素a和黃綠色的葉綠素b；吸收藍紫光的類胡蘿蔔素,包括橙黃色的胡蘿蔔素和黃色的葉黃素。

葉綠體中的酶主要有光反應階段的酶和暗反應階段的酶，前者分布在葉綠體基粒片層膜上，後者分布在葉綠體的基質中。

有了以上知識點，我們就可以進一步了解光合作用的原理。

光反應：

1、水的光解:2H2O→4[H] O2(為暗反應提供氫)

2、ATP的形成:ADP Pi 光能—→ATP(為暗反應提供能量)

暗反應：

1、CO2的固定:CO2 C5→2C3

2、C3化合物的還原:2C3 [H] ATP→(CH2O) C5

總結：二氧化碳水 →有機物（儲存著能量）氧氣。6CO2 12H2O=C6H12O6 6O2 6H2O

由於光反應階段的酶和暗反應階段的酶處於葉綠體的不同位置，光反應在葉綠體基粒片層膜上，暗反應在葉綠體的基質中。光反應需要光、葉綠素等色素、酶，暗反應則需要許多有關的酶。光反應發生水的光解和ATP的形成，暗反應發生CO2的固定和C3化合物的還原。在光反應中，ATP儲存有活躍的化學能，在暗反應中ATP中活躍的化學能變為CH2O中穩定的化學能。光反應產物[H]是暗反應中CO2的還原劑，ATP為暗反應的進行提供了能量，暗反應產生的ADP和Pi為光反應形成ATP提供了原料。

影響光合作用的因素。光合作用有光反應和暗反應。前者的進行必須在光下才能進行,並隨著光照強度的增加而增強，後者有光、無光都可以進行，暗反應需要光反應提供能量和[H]。

光照的強度、光照的時間、二氧化碳濃度、影響酶活性的溫度、水等因素的改變都會影響光合作用的過程。

在較弱光照下生長的植物，其光反應進行較慢，適當提高二氧化碳濃度可以提高光合作用的速率。

光照增強，植物為了避免葉片的灼傷，蒸騰作用隨之增加，但炎熱夏天的中午光照過強時,為了防止植物體內水分過度散失,植物產生適應性調節，氣孔關閉，使CO2進入葉肉細胞葉綠體中的分子數減少，即使光反應產生了足夠的ATP和〔H〕，暗反應產生葡萄糖速度也會變慢。二氧化碳供應不足，必然導致光合速率急劇下降，當溫度上升到極限溫度時，光合速率便降為零，葉片會因嚴重失水而萎蔫，甚至乾枯死亡。

光合作用是在酶催化下進行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在10～35 ℃下正常進行光合作用， 35 ℃以上光合酶活性下降，光合作用開始下降，50 ℃左右光合作用完全停止。

在大棚蔬菜等植物栽種過程中，白天適當提高溫度，夜間適當地降低溫度可以減少因呼吸作用消耗的有機物。

二氧化碳是光合作用不可缺少的原料，在一定範圍內提高二氧化碳的濃度，可以增加光合作用的產物。

因為低溫會抑制酶的活性，暗反應的CH2O產量會減少，適當地提高酶活性溫度，可提高暗反應中的CH2O產量。

光合作用的意義。植物在食物鏈中是生產者，它們通過光合作用產生有機物並貯存能量，是生物界中幾乎所有生物賴以生存的基礎，又是維持地球上氧氣和二氧化碳含量相對穩定的重要因素，是生物界最基本的物質代謝和能量代謝。光合作用提供了物質來源和能量來源，對生物的進化有重要作用。

研究光合作用，對農業生產，環保等領域有基礎指導作用。研究影響光反應、暗反應的因素，可以趨利避害，如建造溫室，加快空氣流通，以使農作物增產。

了解光合作用與植物呼吸的關係，人們在布置家居植物擺設時，晚上不應把植物放到室內，避免因植物呼吸而引起室內氧氣濃度的降低。

根據光合作用的原理，改變光合作用的某些條件，如合理密植、立體種植、適當增加二氧化碳濃度、適當延長光照時間等，可以提高光合作用強度，即提高植物在單位時間內通過光合作用製造糖的數量是增加農作物產量的主要措施。

提高農作物產量有很多種途徑，其中之一就是提高作物光合作用的效率，如何提高？雲南生態農業研究所開發的作物基因表型誘導調控表達技術（GPIT），在世界上第一個成功地解決了提高光合作用效率的難題。據西藏、雲南、山東、黑龍江、吉林等省、自治區的試驗結果，使用GPIT技術，不同作物的光合作用效率分別提高50%至400%以上。GPIT技術還成功地解決了農作物自身抗性的表達。使用GPIT技術處理的小麥不施農藥，基本上不見白粉病的病株。