光合作用
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为什么光合作用很重要?
光合作用的基本公式是什么?
哪些生物可以进行光合作用?
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光合作用，绿色的过程植物某些其他生物也会转化光精力投入到化学能．在绿色植物的光合作用中，光能源捕获并用于转换水，二氧化碳，矿物质变成氧气还有富含能量的有机食品化合物．
光合作用在维持生命方面的重要性怎么估计都不过分地球．如果光合作用停止，地球上很快就会没有食物或其他有机物了。大多数生物都会消失，最终地球也会消失大气会变得几乎没有气态氧。唯一能在这种条件下生存的生物是化学合成生物细菌它们可以利用某些无机化合物的化学能，因此不依赖于光能的转换。
数百万年前由植物进行光合作用所产生的能量负责化石燃料(例如,煤炭，石油,气体那种力量工业社会．在过去的年代里，以植物为食的绿色植物和小型生物的增长速度快于它们被消耗的速度，它们的残骸通过沉积和其他地质作用沉积在地壳中。在那里，免受氧化在美国，这些有机残留物被慢慢转化为化石燃料。这些燃料不仅为工厂、家庭和交通运输提供了大量的能源，而且还可以作为生产的原材料塑料和其他合成产品。不幸的是，现代文明在几个世纪内就耗尽了数百万年积累的多余的光合作用产物。因此，从空气中去除的二氧化碳碳水化合物在数百万年的光合作用中，正以令人难以置信的速度返回。地球大气中的二氧化碳浓度正以地球历史上最快的速度上升，预计这一现象将产生重大影响影响地球上的气候．
对食物，材料和能源的需求人类人口的迅速增长产生了增加光合作用和光合作用的需求效率将光合作用转化为对人类有用的产品。对这些需求的一种回应——所谓的绿色革命从20世纪中期开始，美国农业学家通过使用化学药品，在农业产量上取得了巨大的进步化肥，害虫和植物-疾病控制,植物育种以及机械化耕作、收割和作物加工。这一努力严重限制了饥荒到世界上的一些地区，尽管人口众多增长，但它并没有消除广泛营养不良．此外，从20世纪90年代初开始，主要作物的产量增长速度开始下降。这对大米在亚洲。不断上升的成本与维持较高的农业产量有关，这需要不断增加化肥和农药的投入发展对于许多国家的农民来说，新的植物品种也成了问题。
第二个农业革命，基于植物基因工程，预计将导致工厂生产率的提高，从而部分提高缓解营养不良。自20世纪70年代以来，分子生物学家已经掌握了改变植物遗传物质(脱氧核糖核酸，或DNA)，目的是改善疾病和干旱抗性，产品产量和质量，霜耐寒性和其他理想的性能。然而，这些性状本身就很复杂，通过基因工程改变作物的过程比预期的要复杂得多。在未来，这种基因工程可能会改善光合作用的过程，但到21世纪的头几十年，它还没有证明它可以显著提高作物产量。
光合作用研究中另一个有趣的领域是发现某些动物能够将光能转化为化学能。翠绿的海蛞蝓(爱丽霞chlorotica)从植物中获取基因和叶绿体Vaucheria litorea,一个海藻它消耗，使它的生产能力有限叶绿素．当有足够的叶绿体同化，蛞蝓可能会放弃摄取食物。的豌豆蚜虫（Acyrthosiphon pisum)可以利用光制造能量丰富的复合三磷酸腺苷(ATP);这种能力与蚜虫制造类胡萝卜素颜料。
一般特征
思想的发展
对光合作用的研究始于1771年，由英国牧师和科学家进行了观察约瑟夫普利斯特里．普里斯特利在一个密闭的容器里点燃蜡烛，直到容器内的空气无法再支撑燃烧．然后他放了一根小树枝薄荷几天后，他发现薄荷产生了某种物质(后来被认为是氧气)，使密闭的空气再次支持燃烧。1779年，荷兰医生Jan Ingenhousz在普里斯特利的基础上，他进一步阐述了植物必须暴露在阳光下才能恢复可燃物质(即氧气)。他还证明了这一过程需要植物的绿色组织的存在。
1782年，人们证明了助燃气体(氧气)是以另一种气体或“固定空气”为代价形成的，这种气体在前一年被确定为二氧化碳。1804年的气体交换实验表明，在一个经过仔细称重的花盆中种植的植物，其重量的增加是由于碳的吸收，而碳完全来自吸收的二氧化碳，以及植物根部吸收的水;平衡是释放回大气中的氧气。几乎半个世纪过去了概念人类对化学能的认识已经发展到足以使人们(在1845年)发现，来自太阳的光能以化学能的形式储存在光合作用过程中形成的产物中。
光合作用整体反应
在化学术语中，光合作用是一种光能氧化还原过程．氧化指的是去除电子从分子;减少指分子获得电子。)在植物的光合作用中，光能被用来驱动水的氧化(H2O)，产生氧气(O2)，氢离子(H+),电子．大部分被移走的电子和氢离子最终转移到二氧化碳(CO)中2)，则会还原为有机产品。其他的电子和氢离子被用来还原硝酸而且硫酸变成氨基和巯基氨基酸，它们是蛋白质．最绿色的细胞，碳水化合物特别是淀粉和糖蔗糖-是光合作用的主要直接有机产物。碳水化合物的总体反应，用通式(CH2O) -在植物光合作用中形成，可由下式表示:
这个方程式只是一个概括的陈述，因为光合作用的过程实际上包含了由酶(有机催化剂)．这些反应发生在两个阶段:“轻”阶段，由光化学(即捕光)反应;在“黑暗”阶段，组成控制化学反应酶．在第一阶段，光的能量被吸收，并用于驱动一系列的电子转移，导致合成三磷酸腺苷电子给体还原了尼古丁腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。在黑暗阶段，在捕光反应中形成的ATP和NADPH被用来将二氧化碳还原为有机碳化合物。这种将无机碳同化为有机化合物的过程称为固碳。
在20世纪，比较了绿色植物的光合作用过程和某些光合作用硫细菌提供了有关光合作用机制的重要信息。硫细菌的使用硫化氢(H2S)作为…的来源氢原子和生产硫而不是光合作用中的氧气。总的反应是
20世纪30年代的荷兰生物学家科内利斯·范·尼尔认识到两种类型的光合生物利用二氧化碳形成有机化合物是相似的。他认为，在依赖光的阶段和用作氢原子来源的化合物的性质上存在差异，他提出，氢是从硫化氢(在细菌中)或水(在绿色植物中)转移到一个未知的受体(称为a)，后者被还原为H2A.在细菌和绿色植物中都类似的暗反应中，还原受体(H2A)与二氧化碳(CO2)形成碳水化合物(CH2O)并将未知受体氧化为a假定的反应可以表示为:
范尼埃尔的建议很重要，因为流行的(但不正确的)理论是，氧气从二氧化碳中被去除(而不是从水中释放氢气，释放氧气)，然后碳与水结合形成碳水化合物(而不是水中的氢与CO结合)2形成CH2O)。
到了1940年，化学家们开始使用重同位素来观察反应的光合作用。标有同位素氧气(18O)在早期实验中使用。在含H的水中进行光合作用的植物218O产生含氧气体18O;那些在正常水的存在下光合作用产生正常的氧气。这些结果提供了明确的van Niel的光合作用产生的氧气来源于水的理论得到了支持。