植物光合作用的發(fā)展史

在漫長的生命發(fā)展史上，光合作用的出現(xiàn)改變了生命的發(fā)展軌跡。

在20～30億年以前，生物界生活著的盡是些厭氧異養(yǎng)生物，不僅數(shù)量有限，種類也受到限制。后來出現(xiàn)光合作用，人類和動物界賴以生存的能源直接、間接來自太陽光能。而將太陽光能轉(zhuǎn)化為有機物中的化學能的本領(lǐng)是綠色植物所特有的。它通過光合作用將吸收的太陽能用于固定空氣中的二氧化碳和水，并進一步轉(zhuǎn)化形成有機物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上需氧的異養(yǎng)的生物開始出現(xiàn)，從此，生物界面貌大大改觀，一直演化到今天這樣百花斗艷、千鳥爭鳴的繁榮的境界。太陽光是以輻射能提供能源的，以光能的光子或量子形式發(fā)射出來。

植物怎樣利用太陽能

關(guān)于這一問題科學家們已經(jīng)探索了200多年，1779年英國著名科學家普列斯特列和荷蘭的印根豪茨首先發(fā)現(xiàn)綠色植物照光以后可以“凈化空氣”（也就是吸收二氧化碳并放出氧氣），再經(jīng)約一個世紀，德國的薩克斯才證實照光的綠色植物中有淀粉形成。由于當時缺少正確的思路，而且實驗手段又非常落后，所以研究工作進展緩慢。對諸如綠色植物是通過什么“機構(gòu)”吸收太陽光能？這種吸收、利用光能的“機器”結(jié)構(gòu)又是怎樣的？二氧化碳到底怎樣被固定、同化再轉(zhuǎn)化為淀粉的？而氧氣又是怎樣放出來的？等等，那時都無法了解。直到20世紀，研究工作才加快了步伐。特別20世紀40年代以后，實驗技術(shù)有了很大發(fā)展，通過各種分離、提取技術(shù)可以得到葉綠體及其色素和其他組分，高分辨率的顯微鏡尤其是電子顯微鏡用來觀察光合器官的精細結(jié)構(gòu)，這些技術(shù)的應(yīng)用將研究工作推向深入。

通過精細的研究發(fā)現(xiàn)植物吸收光能的部位是在葉綠體中，葉綠體是個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細胞器，它由基粒和基質(zhì)兩部份組成；前者為一個由片層膜組成的囊狀體（稱類囊體）垛疊而成，膜上存在著葉綠體色素（葉綠素和類胡蘿卜素）和蛋白質(zhì)。葉綠體色素和蛋白質(zhì)可組成不同類型的復(fù)合體，各執(zhí)行不同的機能。有的色素復(fù)合體專管吸收光能，稱“捕光色素”復(fù)合體；有的則擔負起光能轉(zhuǎn)移的功能，所有吸收的光能最終都集中到一個色素中心復(fù)合體，在那里進行電荷分離形成電子和質(zhì)子，促使水的光解。

經(jīng)過成千上萬科學工作者的努力，動用了世界上最先進的科學儀器和技術(shù)，終于有四位科學家在闡明光合作用的機理上取得成果而獲得諾貝爾獎。但離對植物如何利用太陽能的完全了解還相當遠?？茖W家們還未搞清十分微小的色素復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，還沒有捕捉到在10～15秒以下短時間內(nèi)所發(fā)生的變化，而了解植物如何利用太陽能之“謎”的關(guān)鍵就在那一瞬間。