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(jī)物中的化學(xué)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化形成有機(jī)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(xué)家們已經(jīng)探索了200多年，1779年英國著名科學(xué)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(jì)，德國的薩克斯才證實(shí)照光的綠色植物中有淀粉形成。由于當(dāng)時缺少正確的思路，而且實(shí)驗(yàn)手段又非常落后，所以研究工作進(jìn)展緩慢。對諸如綠色植物是通過什么“機(jī)構(gòu)”吸收太陽光能？這種吸收、利用光能的“機(jī)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(jì)，研究工作才加快了步伐。特別20世紀(jì)40年代以后，實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)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(xì)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(jī)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(dān)負(fù)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(jìn)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(xué)工作者的努力，動用了世界上最先進(jìn)的科學(xué)儀器和技術(shù)，終于有四位科學(xué)家在闡明光合作用的機(jī)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(dāng)遠(yuǎn)?？茖W(xué)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。