光合作用的重要性
碳素营养
碳素营养是植物的生命基础的原因
植物体的干物质中90%以上是有机化合物，而有机化合物都含有碳素，碳素是植物体内含量较多的一种元素。
植物按照碳素营养方式分类
异养植物：只能利用现成的有机物做营养的植物，如某些微生物和少数高等植物
自养植物：利用无机碳化合物做营养，并且将其合成有机物的植物，如绝大多数高等植物和少数微生物。
碳素同化作用（Carbon assimillation）：自养植物吸收二氧化碳将其转变成有机物的过程。
光合作用（photosynthesis）：绿色植物吸收阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧气的过程。
叶绿体及色素
叶绿体的结构和成分
叶绿体的成分
干物质
灰分元素：铁、铜、锌、钾、磷、钙、镁干重10%左右
光合色素的光学特性
两个吸光强区
吸收光谱（absorption spectrum）：反应某种物质吸收光波的光谱。利用吸收光谱可以确定某种物质对光的最强吸收区，以及该物质吸收量最大的光的波长。
叶绿素640-660nm（红光），430-450nm（蓝紫光）
叶绿素的合成和降解
叶绿素现象
荧光现象：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，反射光下呈红色
磷光现象：叶绿素溶液当去掉光源后，还能继续辐射出极微弱的红光
黄化现象：缺乏任何一个条件而阻止叶绿素形成，是叶子发黄的现象
光合作用过程
光反应（light reaction）：必须在光下才能进行，有光引起的光化学反应。光反应发生在叶绿体的基粒片层（光合膜），从光合色素吸收光能激发开始，经过水的光解，电子传递，最后使光能转化成化学能，以ATP和NADPH的形式贮存
原初反应（primary reaction）（光合作用中从叶绿素分子受光激发到引起第一个光化学反应未知的过程，即色素分子捕获光能后呈激发态，能量在色素分子间传递，最终引起一个光化学反应，是由光能推动氧化还原反应的进行。）包括光能的吸收、传递和转换
电子传递和光合磷酸化，形成活跃化学能（ATP和NADPH）
光系统
增益效应（enhancement effect）（爱默生效应）：因两种波长的光协同作用而增加光合效率的现象。例如在远红光（710nm）条件下照射绿藻，如补充红光（波长650nm），则量子产额大增，比这两种波长的光单独照射的总和还要多
光系统I（P700）：颗粒较小，主要分布在类囊体膜的非垛叠压，由反应中心复合体和捕光复合体I等亚单位组成。功能是将电子从PC传递给铁氧还蛋白（FD）
光系统II（P680）：颗粒较大，主要分布在类囊体膜的垛叠压。主要由PSII反应中心，捕光复合体II，放氧复合体（0EC）等亚单位组成。功能，水裂放氧，传递电子到PC
光和电子传递体及其功能
光系统II（PSII）复合体
光系统II的水裂解放氧
希尔反应（hill reaction）：在光照下，离叶绿体类囊体能将含有高铁的化合物（如高铁氰化物）还原为低铁化合物，并释放氧的反应。有希尔发现
光系统II的电子传递
第二部分P680激发后将电子传至质体醌（PQ），最后传至PC
质体醌：在PSII和细胞色素b6f复合体之间的电子载体使质体醌
PC：在PSI和细胞色素b6f之间的电子载体是质体蓝素
光合磷酸化（photoposphorylation）：叶绿体利用光能驱动电子传递建立跨类囊体膜的质子动力势（PMF），质子动力势就把ADP和无机磷酸合成ATP的过程。包括非环式光合磷酸化、环式光合磷酸化和假环式光合磷酸化3种类型
碳反应（carbon reaction）：在暗处或光处进行，有若干酶所催化的化学反应。其过程是利用光反应所形成的同化力（ATP和 NADPH）将CO2还原形成糖类物质
碳同化，把活跃的化学能转变为稳定的化学能（固定CＯ2，形成糖类） 碳同化在叶绿体基质中进行，不直接需要光，但有许多种酶参与反应。高等植物进行碳同化有三条途径
C3途径（卡尔文循环）（CAlvin cycle）（光反应）（还原磷酸戊糖途径）：所有植物光合作用碳同化的基本途径，固定CO2的受体是一种戊糖，ＣＯ2固定的最初产物是一种三碳化合物。卡尔文循环分为羧化阶段、还原阶段和更新阶段三个阶段
C4途径——四碳二羧酸途径（Hatch- S lack途径）：固定ＣＯ2最初的稳定产物是四碳化合物的途径。C4途径包括羧化与还原、转移与脱羧和更新三个步骤
CAM途径——景天酸代谢途径（crassulaceae acid metabolism）：植物在夜间气孔开放，利用C4途径固定CO2，形成苹果酸，贮存在液泡中，白天气孔关闭，将夜间固定的CO2释放出来，再经C3途径固定CO2的过程。
植物对光能的利用
植物的光能利用率
光能利用率（efficiency for solar energy utilization）：植物光合作用所累积的有机物所含有的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。植物的光能利用率约为5%
提高光能利用率的途径
延长光合时间
提高复种指数：全年内农作物的收获面积对耕地面积之比
提高光合效率
叶面积系数：单位土地面积上作物绿色面积与土地面积的比值；用于表示大田群体的叶面积大小
影响光合作用的因素
外界条件对光合速率的影响
光合速率（photosynthetic rate）：单位时间、单位叶面积吸收CO2的物质的量或放出O2的物质的量，或者积累干物质的质量，是衡量光合作用的量的指标
相关公式
真正光合作用=表观光合作用+呼吸作用+光呼吸
真正光合作用（true photosynthesis）测定光合速率是时叶子的线粒体呼吸和光呼吸考虑在内所表示的光合作用
表观光合作用（净光合作用）=真正光合作用-呼吸作用-光呼吸
净同化率：单位时间、单位叶面积上的干物质积累量，也称为光合生产率
表观光合作用（apparent photosynthesis）（净光合作用）：测定光合速率时没有把叶子的线粒体呼吸和光呼吸考虑在内所表示的光合作用。
影响光合速率的外界条件
光照：对植物影响最大
光补偿点高的植物一般光饱和点也高，草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；阳生植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；C4植物的光饱和点要高于C3植物
CO2
CO2补偿点（CO2 compensation point）：当光合吸收的ＣＯ2量等于呼吸放出的CO2量时的外界的CO2含量。CO2是光合作用的原料，对光合速率影响很大，植物只有在CO2含量高于CO2补偿点时才能生长。
温度
高温破坏叶绿体和细胞质的结构，并使叶绿体的酶钝化；高温时暗呼吸和光呼吸加强，光合速率降低
水分
午休现象：由于中午水分供应紧张，空气湿度较低，引起气孔部分关闭，同时因光合作用的光抑制，使植物出现中午前后光合速率下降，呈现午休现象
矿质元素
与叶绿素生物合成所必需的矿质元素：N、Mg、Fe、Mn
参与光和电子传递和水裂解过程：Cu、Fe、S、Cl等
光呼吸（photorespiration）（C2环）（乙醇酸氧化途径）：植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程。光呼吸在叶绿体、过氧化酶体和线粒体3种细胞器的协同作用下完成
光合单位（photosynthetic unit）：是指在光合作用的原初反应里，每吸收和传递1个光子到反应中心完成光化学反应所需要起协同作用的色素分子，包括了聚光色素系统和光合反应中心两部分，是结合在类囊体薄膜上能进行光合作用的最小结构单位
反应中心（reaction center）：光能转变化学能的膜蛋白复合体，其中包含参与能量转换的特殊叶绿素a对（简称特殊对），当特殊对吸收由聚光色素传来的光能后，就被激发为激发态，迅速交出一个电子给另外一个色素分子（即脱酶叶绿素），再传给位于类囊体外侧的非色素分子原初电子受体（如醌）
聚光色素（天线色素）（light harvesting pigment）：聚光复合物中的色素，没有光化学活性，只有吸收和传递光能的作用，包括大部分叶绿素a和全部叶绿色b、以及类胡萝卜素类
光合链（photosynthetic chain）：在类囊体膜上的光系统II（PSII）和光系统I（PS I）之间几种排列紧密的电子传递体完成电子传递的总轨道，是光合作用中的电子传递链。电子在光合链上按照氧化还原点电位的高低依次传递
同化力（assimilatory power）：是ATP和NADPH均用于碳反应中CO2的同化而得名。ATP和NADPH是光合作用中的重要中间产物，能将光反应和碳反应联系起来，两者都能暂时贮藏能量，NADPH的H+又能进一步还原CO2并形成中间产物
光抑制（photoinhibition）：当光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降的现象。光抑制作用主要发生在光系统II，是植物本身的保护性反应
温室效应（greenhouse effect）：由于人类无限制地向地球大气层中排放CO2，使CO2浓度不断增长，大气层中的C O2能强烈地吸收红外线，太阳辐射的能量在大气层中就易如难出，从而使得温度上升的现象。
光补偿点（light compensation point）：同一叶子在同一时间内，光合过程中吸收的CO2与光呼吸和呼吸作用过程中放出的CO2等量时的光照强度。植物在光补偿点时，有机物的形成和消耗相等，不能积累干物质，而晚间还要消耗干物质，因此在一天当中植物所需的最低光照强度必须高于光补偿点才能使植物正常生长
循环式光合磷酸化：PSI受光激发而PSII未受光激发时，PSI产生的电子传给FD，通过Cytb6f复合体和PC返回PSI，形成围绕PSI的环式电子传递，而叶绿体利用光能驱动环式电子传递建立跨内囊体膜的质子动力势，质子动力势将ADP和Pi合成ATP的过程
