植物怎样进行光合作用？

植物光合作用是怎样进行的？

作为地球上最重要的化学反应，光合作用对大多数人来说，好像并没有什么太大的秘密， 它的过程无非就是吸收二氧化碳，放出氧气。然而，尽管光合作用的发现距今已有200多年 的历史，并且已有多位科学家在光合作用前沿研究上频频摘取诺贝尔奖，但其内在复杂机理 仍被重重谜团笼罩。 科学家坦言，要真正揭开“绿色工厂”的全部谜底，仍有很长的一段路 要走。 为什么科学家们要对光合作用进行研究呢？这是因为人类所需要的各种生产生活资料都 是由光合作用产生的，如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。 所以，对光合作用的 研究是一个重大的生物科学问题，同时又与人类现在面临的粮食、环境、材料、信息问题等 密切相关...全部

   作为地球上最重要的化学反应，光合作用对大多数人来说，好像并没有什么太大的秘密， 它的过程无非就是吸收二氧化碳，放出氧气。然而，尽管光合作用的发现距今已有200多年 的历史，并且已有多位科学家在光合作用前沿研究上频频摘取诺贝尔奖，但其内在复杂机理 仍被重重谜团笼罩。
  科学家坦言，要真正揭开“绿色工厂”的全部谜底，仍有很长的一段路 要走。 为什么科学家们要对光合作用进行研究呢？这是因为人类所需要的各种生产生活资料都 是由光合作用产生的，如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。
  所以，对光合作用的 研究是一个重大的生物科学问题，同时又与人类现在面临的粮食、环境、材料、信息问题等 密切相关。现在世界上每年通过光合作用产生2200亿吨生物质，相当于世界上所有能耗的10 倍。
  要植物产生更多的生物质，就需要提高光合作用效率。通过高新技术转化，我们甚至可 以让有些藻类在光合作用的调节与控制下直接产生氢。根据光合作用原理，还可以研制高效 的太阳能转换器。 光合作用与农业的关系同样密切，农作物干重的90%〜95%来自光合作用。
  高产水稻与 小麦的光合作用效率只有1%〜1。5%，而甘蔗或者玉米的效率则可达到50%或者更高。如果 人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。 近年来，空气里面二氧化碳不断增加，产生温室效应。
  光合作用能否优化空气成分，延 缓地球变暖，也很值得探索。光合作用研究，还可以为仿真模拟、生物电子器件、研制生物 芯片等提供理论基础或有效途径，对开辟21世纪新兴产业产生广泛而深远的影响。
  正是这些， 使得光合作用研究在国际上成为一大热点难点。 早在一个多世纪以前，科学家就已经知道了光合作用，但真正开始研究光合作用还是在 量子力学建立之后，人们也越来越为它复杂的机制深深叹服。
   现在，科学家们已经知道，光合 作用的吸能、传能和转化均是在具有 一定分子排列及空间构象、镶嵌在光 合膜中的捕光及反应中心色素蛋白复 合体和有关的电子载体中进行的。但 是让科学家们觉得不可思议的是，从 光能吸收到原初电荷分离涉及的时间 尺度仅仅为nr15〜10—17秒。
  这么短的 时间内却包含着一系列涉及光子、激 子、电子、离子等传递和转化的复杂 物理和化学过程。 更让人惊奇的是，这种传递与 转化不仅神速，而且高效。在光合 膜系统中，在最适宜的条件下，传 能的效率可高达94%〜98%，在反 应中心，只要光子能传到其中，能 量转化的量子效率几乎为100%。
  这 种高效机制是当今科学技术远远不 能企及的。 那么，光合系统这个高效传能 和转能超快过程到底是如何进行 的？其全部的分子机理及其调控原理究竟是怎样的？为什么这么高效？这些都是多年来一直 困扰着众多科学家的谜团。
  有科学家说：要彻底掲开这一谜团，在很大程度上依赖于合适的、 高度纯化和稳定的捕光及反应中心复合物的获得，以及当代各种十分复杂的超快手段和物理 及化学技术的应用与理论分析。事实上，当代所有的物理、化学最先进设备与技术都可以用 到光合作用研究中。
   光合作用的g外一个谜团是：生化反应起源是自然界最重大的事件之一，光合作用的过 程是一系列非常k杂的独立代谢反应，它究竟是如何演化而来？美国亚利桑那州立大学的生 化学家罗伯特教授说：“我们知道这个反应演化来自细菌，大约在25亿年前，但光合作用发 展史非常不好追踪。
  有多种光合微生物使用相同但又不太一样的反应。虽然有一些线索能把 它们联系在一起，但还是不清楚它们之间的关系。”罗伯特教授等人还试图透过分析5种细菌 的基因组来解决部分的问题。他们的研究结果显示，光合作用的演化并非是一条从简至繁的 直线，而是不同的演化路线的合并，把独立演化的化学反应混合在一起。
  也许，他们的工作 会给人类这样一些提示：人类也可能通过修补改造微生物产生新生化反应，甚至设计出物质 的合成的反应。这样的工作对天文生物学家了解生命在外星的可能演化途径，也大有裨益。 我国著名科学家匡廷云院士曾深有感触地说：“要掲示光合作用的机理，就必须先搞清楚 膜蛋白的分子排列、空间构象。
  这方面我们最新取得的原创性成果就是提取了膜蛋白，完成 了 LHC-II三维结构的测定。由于分子膜蛋白是镶嵌在脂质双分子膜里面的，疏水性很强， 因此难分离，难结晶。”现在，中国科学院植物所经过多年努力已经提取了这种膜蛋白，在膜 蛋白研究上，我国已经可以与世界并驾齐驱。
   那么是否可能会有那么一天，人们可以模拟光合作用从工厂里直接获取食物，而不再一 味依靠植物提供呢？科学家们认为，这在近期内不可能的，因为人类对光合作用的奥秘并不 真正了解，还会很多问题需要进一步弄清楚，要实现人类的这一长远理想，可能还要付出更 为艰辛的努力。
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