民眾大舞台——風俗世情

5. 光合作用

　　在自然界中， 動物――包括人――有素食的動物( 如牛、馬、羊、鹿、猿等)， 也有肉食動物( 如獅、虎、狼、熊等)， 但多數的動物是素食的動物。多虧素食動物居多， 如果肉食動物太多， 可能動物界早就消失了。

　　植物為素食動物提供了大量的食物， 在今天它也為環境的美化和保護起著重要作用。

　　植物同動物不一樣， 它要同二氧化碳和水作用來製取蛋白質、脂肪和碳水化合物。而製取這些營養物質還需要能量的輸入， 這種能量就是日光。綠色植物把陽光的能量轉變成複雜化合物的化學能。這是德國化學家邁爾於1845 年最先指出的。邁爾也是最早提出能量守恒原理的科學家之一。綠色植物利用陽光把二氧化碳和水轉變成化學能的過程叫做光合作用。

　　18 世紀， 英國生理學家黑爾斯指出， 植物主要是用空氣來製造所需的物質。半個世紀後， 荷蘭醫生英根・洛斯證明， 空氣中的營養成份是二氧化碳， 並且要有光的參與。英國化學家普裏斯特利還搞清楚的是， 綠色植物還會放出氧氣。

　　這樣， 科學家大致搞清楚了光合作用的過程。光合作用是， 在陽光下， 植物攝取二氧化碳， 把二氧化碳與水化合， 放出氧氣， 同時製成機體的組織。據估計， 地球上綠色植物每年能利用二氧化碳中的1 ， 500 億噸碳和水中的250 億噸氫， 並釋放出4 ， 000 億噸氧。如此龐大的工作量， 有10 % 是陸地綠色植物完成的， 另90 % 則由海洋內單細胞植物和海藻完成的。

　　通常， 光合作用的過程大體分為三步。首先， 植物吸收陽光能量， 植物體中的葉綠素、類胡羅卜素等色素將太陽的能量加以吸收和傳遞。其中葉綠素是光合作用的基礎， 它是法國人佩爾蒂埃於1817 年分離出來的。1865 年， 德國植物學家薩克斯又發現了葉綠體， 葉綠素隻局限在葉綠體內。然而， 到1954 年， 美國生物化學家阿諾恩方從菠菜葉中得到完整的、能進行全部光合反應的葉綠體。

　　陽光能量的傳遞過程是以誘導共振方式進行的， 它有些類似聲學的共鳴。當兩個顏色相近的色素分子彼此靠近， 就能發生光能的傳遞。最後， 植物所吸收的光能都匯集到葉綠素中少數作用中心， 它們把光能利用起來。

　　第二步是， 將吸收到的光能轉變為化學能。葉綠素可將得到的光能用來把水分解為氫和氧原子。其中葉綠素所起的作用是催化作用， 這種作用也叫做“光分解作用”。這是日光的輻射能轉變為化學能的方式， 這時氧分子和氫分子所含的化學能， 比產生它們的水分子所含的化學能要多。一般來說， 水分子分解為氫和氧的條件是， 通電或加溫至2 ， 000 度。而葉綠素在常溫下就可以做到， 而且它利用的是陽光的能量。通常， 植物利用它吸收光能的效率至少是30 % ； 也有人認為， 在理想的情況下可達100 % 。

　　第三步是， 同化二氧化碳， 使它變成有機物質。它的同化途徑很複雜， 是一個頭緒眾多的大循環， 一般稱為光合碳循環。這個循環的細節還有一些不清楚的地方。人們隻知道， 這個循環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間產物能直接轉化為氨基酸、有機酸， 進而用於生成蛋白質和脂肪等。光合作用是光引起的生物效應， 它可以把光能轉換成生物化學能貯存在生物體內。

　　§§第六章 激光和它的應用