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光合作用的秘密何在

一株綠色植物，别看它靜悄悄地長在并不起眼的地方，卻是一個内部每時每刻都在發生變化的“化工廠”。而在植物體内部發生的最重要的變化要數光合作用了。

植物的光合作用可以簡單描述為：在陽光的照射下，綠色植物吸收水和二氧化碳；生成有機物并放出氧氣；生成的有機物主要是澱粉、纖維素等。

植物的光合作用有着十分重要的意義。可以這樣說，它哺育和溫暖着我們，并幫助我們取得大量的物質财富。因此，對它的作用怎麼強調都不會過分。綠色植物是大自然的傑出調節師，它能夠吸收二氧化碳氣而呼出氧氣；人和動物則恰好相反，是吸收氧氣而呼出二氧化碳氣。這兩個方面珠聯璧合，相得益彰，使大自然保持着一種平衡。

植物的光合作用，給我們提供着大量的食物、纖維素和各種各樣的化學物質。現在全世界人口有50多億，預計到2200年要達到61億。這麼多人要吃飯、穿衣，糧食要依賴植物生産，而衣料也大部分要從植物取得。

另外，人類生存需要能源。遠古時代植物的光合作用給我們創造的煤炭、石油、天然氣，至今仍在供人類使用。現在，和将來，人們還要依靠植物提供一些生物能。據估計，每年全世界植物的光合作用能夠固定大約 2×1011噸碳，含有3×1021焦耳能量。這個數量大約是每年世界能耗總量的10倍。大規模地獲取太陽能并将其儲存起來，是光合作用給地球上人類的一大恩賜。

綠葉連着你、我、他，它們能為人類作出如此重大的貢獻，實在令人贊歎。多少年來，人們就渴望能揭開綠葉之謎，以便于掌握光合作用的反應過程，實現人工模拟光合作用。

在研究人工模拟光合作用的過程中，至少有兩種獨特反應，至今還沒有模拟成功，這就是通過可見光将水分解為氫氣和氧氣的反應以及将二氧化碳固定到有機化合物中的反應。

探索這兩種反應的機理，并想方設法在人造系統中模拟其變化過程，以産生氧氣、氫氣和碳水化合物，這是目前許多化學家追逐的目标。

科學家們發現，綠色植物能進行光合作用，是由于綠色植物的葉子中含有葉綠素的緣故。葉綠素是一種具有生理作用的細胞綠色色素，它與蛋白質結合存在于葉綠體内。從化學結構來看，它是一種含鎂的複雜化合物。經研究發現，鎂是組成葉綠素的核心，去掉鎂離子，植物就不能吸收太陽光進行光合作用。但對于鎂離子在葉綠素中為什麼如此重要，至今還沒有弄清楚。

對于葉綠素是怎樣“吃進”二氧化碳氣、“呼出”氧氣這一問題，過去人們一直認為其答案很簡單：葉綠素依靠陽光能量把二氧化碳分子“砸”開，把碳原子和氧原子分開，然後“吞”下碳原子，吐出氧原子。然而事實卻并非如此。研究證明，植物呼出的氧并不是吸進的二氧化碳分子中的氧，而是植物體内的氧，吸進的二氧化碳中的氧原子隻是被補充到植物體内去；同時，植物吸收進的碳原子，得先與它體内原有的碳原子結合起來，才能合成出碳水化合物。總之，人們對于葉綠素究竟是如何利用陽光，把吸取的二氧化碳和水與體内的物質結合生成碳水化合物的，還沒能弄個水落石出，因此就難以在人造系統中實現人工模拟光合作用。

在人們研究植物光合作用遇到重重困難之際，有的化學家從另一個角度考慮問題，試圖找到一種有立體選擇功能的催化劑來人工合成澱粉。

澱粉分子是由許多個葡萄糖分子經一定的結合方式連接而成的，因此，要合成澱粉，關鍵是合成葡萄糖。别看葡萄糖分子組成很簡單，僅有6個碳原子、12個氫原子和6個氧原子，但這些原子結合而成的分子的可能空間結構卻有許多許多種，而天然葡萄糖分子的空間結構僅是其中的一種。要想用6個碳原子、12個氫原子和6個氧原子恰到好處地合成出天然葡萄糖分子所具有的那種空間結構來，雖不能說是大海撈針，但也是千載難逢。

盡管人們對立體化學的控制因素以及對立體選擇催化作用還不完全了解，這也許又是一個更新、更大的謎，但最近人們已經采用可溶性的铑膦立體選擇催化劑，成功地合成了對帕金森氏病有相當療效的L-多巴藥物，這給人工合成葡萄糖、澱粉帶 3 來了新的希望。所以有的科學家預言，在21世紀，工業規模的人工合成糧食有可能實現。

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