植物如何利用太阳能

在生物发展的历史上，光合作用的出现是一件划时代的大事。

在20～30亿年以前，生物界生活着的尽是些厌氧异养生物，不仅数量有限，种类也受到限制。后来出现光合作用，人类和动物界赖以生存的能源直接、间接来自太阳光能。而将太阳光能转化为有机物中的化学能的本领是绿色植物所特有的。它通过光合作用将吸收的太阳能用于固定空气中的二氧化碳和水，并进一步转化形成有机物质。在此基础上需氧的异养的生物开始出现，从此，生物界面貌大大改观，一直演化到今天这样百花斗艳、千鸟争鸣的繁荣的境界。太阳光是以辐射能提供能源的，以光能的光子或量子形式发射出来。那么，植物是如何利用太阳能进行光合作用呢？

关于这一问题科学家们已经探索了200多年，1779年英国著名科学家普列斯特列和荷兰的印根豪茨首先发现绿色植物照光以后可以"净化空气"（也就是吸收二氧化碳并放出氧气），再经约一个世纪，德国的萨克斯才证实照光的绿色植物中有淀粉形成。由于当时缺少正确的思路，而且实验手段又非常落后，所以研究工作进展缓慢。对诸如绿色植物是通过什么"机构"吸收太阳光能？这种吸收、利用光能的"机器"结构又是怎样的？二氧化碳到底怎样被固定、同化再转化为淀粉的？而氧气又是怎样放出来的？等等，那时都无法了解。直到20世纪，研究工作才加快了步伐。特别20世纪40年代以后，实验技术有了很大发展，通过各种分离、提取技术可以得到叶绿体及其色素和其他组分，高分辨率的显微镜尤其是电子显微镜用来观察光合器官的精细结构，这些技术的应用将研究工作推向深入。

通过精细的研究发现植物吸收光能的部位是在叶绿体中，叶绿体是个结构复杂的细胞器，它由基粒和基质两部份组成；前者为一个由片层膜组成的囊状体（称类囊体）垛叠而成，膜上存在着叶绿体色素（叶绿素和类胡萝卜素）和蛋白质。叶绿体色素和蛋白质可组成不同类型的复合体，各执行不同的机能。有的色素复合体专管吸收光能，称"捕光色素"复合体；有的则担负起光能转移的功能，所有吸收的光能最终都集中到一个色素中心复合体，在那里进行电荷分离形成电子和质子，促使水的光解。

经过成千上万科学工作者的努力，动用了世界上最先进的科学仪器和技术，终于有四位科学家在阐明光合作用的机理上取得成果而获得诺贝尔奖。但离对植物如何利用太阳能的完全了解还相当远。科学家们还未搞清十分微小的色素复合体的结构，还没有捕捉到在10～15秒以下短时间内所发生的变化，而了解植物如何利用太阳能之"谜"的关键就在那一瞬间。

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2022-05-21 21:34:20