民众大舞台——风俗世情

5. 光合作用

　　在自然界中， 动物――包括人――有素食的动物( 如牛、马、羊、鹿、猿等)， 也有肉食动物( 如狮、虎、狼、熊等)， 但多数的动物是素食的动物。多亏素食动物居多， 如果肉食动物太多， 可能动物界早就消失了。

　　植物为素食动物提供了大量的食物， 在今天它也为环境的美化和保护起着重要作用。

　　植物同动物不一样， 它要同二氧化碳和水作用来制取蛋白质、脂肪和碳水化合物。而制取这些营养物质还需要能量的输入， 这种能量就是日光。绿色植物把阳光的能量转变成复杂化合物的化学能。这是德国化学家迈尔于1845 年最先指出的。迈尔也是最早提出能量守恒原理的科学家之一。绿色植物利用阳光把二氧化碳和水转变成化学能的过程叫做光合作用。

　　18 世纪， 英国生理学家黑尔斯指出， 植物主要是用空气来制造所需的物质。半个世纪后， 荷兰医生英根・洛斯证明， 空气中的营养成份是二氧化碳， 并且要有光的参与。英国化学家普里斯特利还搞清楚的是， 绿色植物还会放出氧气。

　　这样， 科学家大致搞清楚了光合作用的过程。光合作用是， 在阳光下， 植物摄取二氧化碳， 把二氧化碳与水化合， 放出氧气， 同时制成机体的组织。据估计， 地球上绿色植物每年能利用二氧化碳中的1 ， 500 亿吨碳和水中的250 亿吨氢， 并释放出4 ， 000 亿吨氧。如此庞大的工作量， 有10 % 是陆地绿色植物完成的， 另90 % 则由海洋内单细胞植物和海藻完成的。

　　通常， 光合作用的过程大体分为三步。首先， 植物吸收阳光能量， 植物体中的叶绿素、类胡罗卜素等色素将太阳的能量加以吸收和传递。其中叶绿素是光合作用的基础， 它是法国人佩尔蒂埃于1817 年分离出来的。1865 年， 德国植物学家萨克斯又发现了叶绿体， 叶绿素只局限在叶绿体内。然而， 到1954 年， 美国生物化学家阿诺恩方从菠菜叶中得到完整的、能进行全部光合反应的叶绿体。

　　阳光能量的传递过程是以诱导共振方式进行的， 它有些类似声学的共鸣。当两个颜色相近的色素分子彼此靠近， 就能发生光能的传递。最后， 植物所吸收的光能都汇集到叶绿素中少数作用中心， 它们把光能利用起来。

　　第二步是， 将吸收到的光能转变为化学能。叶绿素可将得到的光能用来把水分解为氢和氧原子。其中叶绿素所起的作用是催化作用， 这种作用也叫做“光分解作用”。这是日光的辐射能转变为化学能的方式， 这时氧分子和氢分子所含的化学能， 比产生它们的水分子所含的化学能要多。一般来说， 水分子分解为氢和氧的条件是， 通电或加温至2 ， 000 度。而叶绿素在常温下就可以做到， 而且它利用的是阳光的能量。通常， 植物利用它吸收光能的效率至少是30 % ； 也有人认为， 在理想的情况下可达100 % 。

　　第三步是， 同化二氧化碳， 使它变成有机物质。它的同化途径很复杂， 是一个头绪众多的大循环， 一般称为光合碳循环。这个循环的细节还有一些不清楚的地方。人们只知道， 这个循环不但可以形成碳水化合物， 而且一些支路使光合作用所生成的中间产物能直接转化为氨基酸、有机酸， 进而用于生成蛋白质和脂肪等。光合作用是光引起的生物效应， 它可以把光能转换成生物化学能贮存在生物体内。

　　§§第六章 激光和它的应用