光合作用

光合作用（英文：photosynthesis ）是植物和其他一些生物体将光能转化为化学能的过程，化学能随后通过细胞呼吸释放，为生物体的活动提供燃料。这种化学能储存在碳水化合物分子中，例如糖和淀粉，它们是由二氧化碳 和水制成的- 因此称为光合作用。在大多数情况下，氧气也会作为副产品被释放。大多数植物、 藻类 和蓝细菌都会进行光合作用。这些生物被称为光合自养生物。光合作用主要负责产生和维持地球大气层的氧气含量，并提供地球生命所需的大部分能量。

尽管光合作用的机制因物种而异，但该过程总是在光能被称为反应中心的蛋白质吸收时开始，这些蛋白质含有绿色叶绿素和其他有色色素/发色团。在植物中，这些蛋白质包含在称为叶绿体的细胞器中，叶绿体在叶细胞中含量丰富，而它们也存在于细菌的细胞质膜中。在这些依赖于光的反应中，一些能量用于从合适的材料（例如水）中夺取电子，以产生氧气。水分解释放的氢气用于形成两种额外的化合物，用于短期储存能量，使其能够转移以产生其他反应：这些化合物被还原为烟碱腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）和三磷酸腺苷（ATP） ），细胞的“能量单位”。

在植物、藻类和蓝细菌中，能量通过随后一系列与光无关的反应（称为卡尔文循环）以糖的形式长期储存。在卡尔文循环中，大气中的二氧化碳与已经存在的有机碳化合物（例如二磷酸核酮糖 (RuBP)）结合。利用光依赖性反应产生的 ATP 和 NADPH，生成的化合物被还原并去除，形成更多的碳水化合物，例如葡萄糖。在其他细菌中，使用不同的机制（例如逆克雷布斯循环）来实现相同的目标。

光合生物可能在生命进化史的早期进化，并且很可能使用氢或硫化氢等还原剂而不是水作为电子源。蓝藻出现较晚。这些生物体产生的过量氧气直接促进了地球上氧气的扩散，使复杂生命的进化成为可能。如今，全球通过光合作用捕获的平均能量约为130太瓦，约为人类文明当前能源消耗的八倍。光合生物每年还将 100 至 1150 亿吨碳转化为生物质。植物利用光能以及空气、土壤和水的能量的现象最早由Jan Ingenhausz于 1779 年发现。

光合作用的过程始于光线落在一组相邻的植物细胞上，在叶绿体内形成光系统。 当光的光子落在 叶绿素分子上时，光子与来自叶绿素电子的电子碰撞，然后电子被激发并从其原始轨道跳跃，这是一种不稳定的状态，它倾向于返回其原始轨道。在其返回过程中，电子可以以热、光或荧光的形式释放，而在光合作用中，它可以进行化学反应。 化学能储存在富含能量的有机化合物中，尤其是三磷酸腺苷 (ATP)，这是在 (ADP) 和磷酸盐存在的情况下完成的，如方程式所示：ADP + P + 能量 = ATP。

部分电子能通过低能 NADP+ 分子转移，产生高能 NADPH，从而形成两种高能化合物：ATP 和 NADPH。 其中NADP代表烟酰胺二核苷酸磷酸。 ATP 代表三磷酸腺苷。 利用电子转移的部分光能将水分子 (H2O) 分解为氢离子和 氧离子。 氢离子进入以下重要过程，并释放出氧气。

光合作用的速率受到许多因素的影响，包括植物内部和外部环境。

叶子结构：包括果皮和表皮的厚度、表面有无气孔、叶肉的组成、颗粒在细胞中的位置、气孔的大小和分布等。 光合作用产物：当绿色细胞中光合作用产物的浓度增加时，该过程的速率会降低，特别是当这些产物的运输缓慢时。 生命物质、原生质 和酶的状况，特别是原生质的脱水和酶功能的破坏。

外部因素包括：热、光 及其强度、二氧化碳浓度 、水和矿物质元素。每个因素都会影响光合作用的过程，并受到其他因素的影响。