光合作用和生物固氮 粮食危机严重地影响着人类的生存和发展，是当今世界面临的重大问题之一。我国的可耕地仅占世界总量的7％，需要养活的人口却占世界人口的22％，满足人们对粮食的需求，事关重大。提高农作物的光合作用效率和通过生物固氮为农作物提供氮素，可以使粮食产量明显提高。 光合作用 光合作用是叶绿体内进行的一个复杂的能量转换和物质变化过程。从能量方面看，光合作用将光能最终转换成稳定的化学能。从物质方面看，光合作用包括水在光下分解并释放出氧气，二氧化碳的固定和还原，以及糖类等有机物的形成。人们要想提高农作物的光合作用效率，就必须对光合作用中能量转换和物质变化过程进行深入的研究。 一 光能在叶绿体中的转换 光能在叶绿体中的转换，包括以下三个步骤：光能转换成电能；电能转换成活跃的化学能；活跃的化学能转换成稳定的化学能。其中，{dy}步和第二步属于光反应阶段，第三步属于暗反应阶段。在上述过程中，二氧化碳和水最终转化成糖类等有机物并且释放出氧，稳定的化学能就储存在糖类等有机物中。 光能转换成电能 叶绿体内类囊体薄膜上的色素，可以分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。在光的照射下，具有吸收和传递光能作用的色素，将吸收的光能传递给少数处于特殊状态的叶绿素a，使这些叶绿素a被激发而失去电子(e)。脱离叶绿素a的电子，经过一系列的传递，{zh1}传递给一种带正电荷的有机物——NADP+(中文简称是辅酶Ⅱ)。失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子(H+)，叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。这样，在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能(如图)。
电能转换成活跃的化学能 随着光能转换成电能，NADP+得到两个电子和一个质子，就形成了NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。这个过程的反应式是：
这样，一部分电能就转化成活跃的化学能储存在NADPH中。与此同时，叶绿体利用光能转换成的另一部分电能，将ADP和Pi转化成ATP(如图)，这一部分电能则转换成活跃的化学能储存在ATP中。这一步骤形成的NADPH和ATP，由于富含活跃的化学能，很容易分解并释放出能量，供暗反应阶段中合成有机物利用。NADPH还是很强的还原剂，可以将二氧化碳最终还原成糖类等有机物，自身则氧化成NADP+，继续接受脱离开叶绿素a的电子。 活跃的化学能转换成稳定的化学能 在暗反应阶段中，二氧化碳被固定后形成的一些三碳化合物(C3)，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放出的能量并且被NADPH还原，再经过一系列复杂的变化，最终形成糖类等富含稳定化学能的有机物。这样，活跃的化学能就转换成稳定的化学能，储存在糖类等有机物中。 |
