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植物利用太阳能的秘密（第1页）

植物利用太阳能的秘密

在生物发展的历史上，光合作用的出现具有划时代的意义。

20~30亿年以前，地球上生活着的尽是些厌氧异养型生物，不仅数量十分有限，种类也受到了一定的限制。后来出现了光合作用，生物界赖以生存的能源物质都直接或是间接地来自太阳光能。

绿色植物所特有的本领，就是将太阳光能转化为有机物中的化学能。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，并进一步转化形成碳水化合物。在此基础上，需氧的异养的生物也开始出现。从此，生物界面貌大大改观，一直演化到今天这样百花斗艳、千鸟争鸣的繁荣的景象。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，科学家们进行了长达200多年的探索。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在获得光照以后可以“净化空气”（也就是吸收二氧化碳并放出氧气），再经过了大约一个世纪，德国的萨克斯才证实照光的绿色植物中有淀粉形成。但是由于当时缺少正确的思路，而且实验手段和实验设备又非常落后，所以研究工作进展非常缓慢。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、再转化为淀粉的，而氧气又是怎样放出来的等等问题，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，实验技术有了突破性的发展，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成成分，高分辨率的显微镜，尤其是电子显微镜也开始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分组成；前者为一个由片层膜组成的囊状体（称类囊体）堆叠而成，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，并且各自执行不同的机能。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，通过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。但是，对于植物如何利用太阳能这个问题，我们还有相当长的路要走。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。