植物为什么会光合作用？
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，似乎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 现至今已有200多年历史，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， 光合作用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...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，似乎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 现至今已有200多年历史，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， 光合作用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 当于世界上所有的能耗的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%到95%来自光合作用。
高产水稻与小麦的光合作用效率只有1%到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10-15 ~ 10-17秒。这么短的时间内却包含着一系列涉及光子电子、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？这迄今仍是多年来一直困扰着众 多科学家的谜团。
有科学家说：要彻底揭开这一谜团，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来。
光合作用的另外一个谜团是：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复杂的独立代谢反应，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。
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：“要揭示光合作用的机 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-n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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