光合作用是指含光合色素的植物細(xì)胞和細(xì)菌吸收光能，把無機(jī)物同化成有機(jī)物并釋放氧的過程。光合作用的意義在于：①把無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物；②把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能：③維持大氣中氧氣和二氧化碳的濃度平衡。

光合作用為一切生物提供食物、能量和維持呼吸作用的氧氣及防御紫外線殺傷作用的臭氧層，成為生物圈形成、發(fā)展和繁榮及持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和驅(qū)動(dòng)力。

光合作用已經(jīng)成為一門科學(xué)，涉及光合作用光物理、光化學(xué)、生物化學(xué)和生理生態(tài)學(xué)以及分子生物學(xué)等方面。根據(jù)估算，地球光合生物每年大約將1060億t碳固定轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。

光合作用由光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段組成。光反應(yīng)必須在光下進(jìn)行，由光引起的化學(xué)反應(yīng)，在類囊體膜（光合膜）上進(jìn)行。暗反應(yīng)在暗處或光下進(jìn)行，由若干酶催化的化學(xué)反應(yīng)，在葉綠體基質(zhì)（葉綠體可溶部分）中進(jìn)行。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)1988年宣布光合作用一項(xiàng)研究成果獲獎(jiǎng)的評(píng)語(yǔ)中稱“光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)”(Frangsmyr和Malmstrom，1992)，“生命界最重大的頂級(jí)創(chuàng)造之一”，在生物演化、生物圈形成與運(yùn)轉(zhuǎn)及人類誕生與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等過程中都處于非常關(guān)鍵的地位。

光合作用過程

光合作用發(fā)生于植物葉綠體內(nèi)的內(nèi)囊體膜上，類囊體膜上嵌插有光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ，被稱為光合作用單元，它由200～300個(gè)天線色素組成的捕光色素復(fù)合體(吸收光能)及反應(yīng)中心（由1個(gè)葉綠素a、1個(gè)電子供體和1個(gè)電子受體組成)等組成（光系統(tǒng)Ⅱ還含有放氧復(fù)合體）。

光系統(tǒng)I的反應(yīng)中心葉綠素a的最強(qiáng)吸收波長(zhǎng)為700nm，電子供體為質(zhì)體藍(lán)素，電子受體是鐵氧還蛋白；光系統(tǒng)Ⅱ的反應(yīng)中心葉綠素a的最強(qiáng)吸收波長(zhǎng)為680nm，電子供體為水，電子受體是質(zhì)體醌（圖2-1）。獲得光能的葉綠素分子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)能有3個(gè)可能的去向（圖2-2）。①能量經(jīng)由天線色素傳遞到反應(yīng)中心，引起反應(yīng)中心的電荷分離、電子傳遞和光合磷酸化，推動(dòng)光化學(xué)反應(yīng)，形成用于固定和還原二氧化碳的同化力(ATP和NADPH)。②直接以熱的形式耗散掉。③釋放光子，產(chǎn)生熒光。

在光合作用中只有葉綠素a直接參與光合作用的光反應(yīng)，它的吸收波長(zhǎng)峰值為432nm和660nm，葉綠素b吸收波長(zhǎng)峰值為458nm和642nm(圖2-1)。由于葉綠素b把吸收的能量100％傳給葉綠素a，而其他色素也分別吸收太陽(yáng)光中不同波長(zhǎng)的光，再傳給葉綠素a，但能量傳遞效率并不太高。因此，主要促進(jìn)光合作用的光波為432nm附近的藍(lán)光和660nm附近的紅光。

圖2-1表明，葉綠素a和葉綠素b各有2個(gè)吸收帶，分別為藍(lán)帶和紅帶。吸收帶的中心波長(zhǎng)分別為432nm、458nm和660nm、642nm。從圖2-1看到，在光合作用中太陽(yáng)光中能量最強(qiáng)的綠光作用很小而被反射、透射，這對(duì)植物對(duì)太陽(yáng)能的充分利用非常不利。

從上面的結(jié)果可推知，太陽(yáng)的全色光譜中只有部分波段的光被植物吸收。依據(jù)量子力學(xué)理論，太陽(yáng)光照射在植物上，只有那些頻率與葉綠素a分子的某些能級(jí)間的固有頻率相等的光子才能被吸收，使葉綠素a分子產(chǎn)生電子躍遷，進(jìn)行光合作用。