中國科學(xué)院植物研究所 張其德

人要生存，首先就得不斷地進行呼吸，即吸進氧氣（O？）。呼出二氧化碳（C O？）。如果不相信，你可以憋氣或把鼻子捏住，讓自己暫時停止呼吸作用， 時間長了甚至?xí)蛑舷⒍劳?。?jù)最近報道，有位4歲的胖孩子，因睡覺時嚴(yán)重打鼾呼吸停頓時間過長而窒息死亡，就是一個可怕的例證。究其原因是因為呼吸停頓時，不能從空氣中獲得維持生命活動所需要的氧氣和呼出有害的C O？的緣故。
有的病人失去自主呼吸能力時，醫(yī)生為了維持他的生命，以便進一步進行救治，通常用呼吸機幫助他呼吸，對于頻繁呼吸停頓的嚴(yán)重打鼾者，醫(yī)生也會建議他睡覺時使用呼吸機，以防不測。這一措施的目的就是幫助他們能及時獲得所需的氧氣和排除C O？?？梢姡祟惏▌游锬酥劣谥参镆?，一刻也離不開氧氣。
如果地球的大氣層不存在氧氣，那么地球上一切需氧生物便不復(fù)存在。地球便不可能像當(dāng)今這一存在著如此絢麗多彩，朝氣蓬勃又千姿百態(tài)的生物世界?？赡阒绬幔蠹s在幾十億年前，地球上的大氣層恰恰沒有氧氣，只有氫、氨等氣體和一些簡單的碳水化合物。即使由于在高能量的紫外光和雷電的作用下，把少量的水光分解和電解釋放出一定量的氧氣，也因杯水車薪，難于持續(xù)地提供氧氣。因此，當(dāng)時的地球上不可能存在任何需氧的生物，只存在一些簡單的生命物質(zhì)。
由于地球上生物的演化，后來出現(xiàn)了綠色植物，使大氣層才逐漸有了氧氣的積累。隨著綠色植物數(shù)量的不斷增加，大氣層中累計的氧氣也隨之增加，大約到3億年前，大氣中的含氧量才達到像如今大約21%的水平。那么為什么綠色植物的出現(xiàn)會使原來不含氧氣的空氣也同時有了氧氣呢？經(jīng)過許多科學(xué)家的不斷實驗研究和探索，早在1779年荷蘭的簡.英格豪斯在進行一系列實驗室時，發(fā)現(xiàn)綠色植物在光下有很強的釋放氣體的能力。直到1785年，在搞清空氣的組成成分后，人們才確認(rèn)原來植物的綠色部分在光下釋放的氣體是氧氣。這就無可辯駁地回答了為什么會有氧氣伴隨綠色植物的出現(xiàn)而存在于大氣中。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，凡是植物的綠色部分（包括禾本科植物綠色的葉鞘、莖稈、甚至穗子上的綠色的護穎和芒、豆科植物綠色的莖稈、葉柄豆芽類等，在通常情況下主要是葉片），他們的綠色細(xì)胞中含有許多成為葉綠體的微小細(xì)胞器，在光下能進行光合作用，即把空氣中通過葉片表面進入細(xì)胞間隙，并傳遞到葉緣體的二氧化碳和水，利用所吸收的光能作動力把它們合成碳水化合物并釋放出氧氣，而釋放出的氧氣便是人類和一切需氧生物賴于生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。
人類要生存除了需要氧外，還離不開衣食住行，而衣食住行所需的物質(zhì)，絕大部分來自綠色植物光合作用的產(chǎn)物。因為植物能把光合作用合成碳水化合物，在體內(nèi)進一步加工和轉(zhuǎn)化而形成人類所需要的糧食、蔬菜、水果和植物油，以及木材、植物纖維（如棉花、蓖麻等）和柴草等等。甚至煤、石油和天然氣等礦物燃料也是幾百萬年前陸生和水生動、植物遺體的分解產(chǎn)物；人們享用的各種動植物蛋白、脂肪、動物纖維（如羊毛等）和人造纖維，它們實際上都是光合作用的間接產(chǎn)物。
因為任何動物都必須以植物為飼料才能生存，而這些飼料實際上都是光合作用的直接或間接產(chǎn)物，即便是肉食動物，它們也得靠吃以植物衛(wèi)生的其他動物才能生存?？梢?，如果沒有光合作用，人類和其他生物就會因無從獲得維持生命所需要的物質(zhì)和能量而無法生存，更談不上人類的發(fā)展和社會的進步了。因此說植物的光合作用主宰著人類的生存一點也不過分。
根據(jù)上面的介紹，光合作用似乎是一種極為簡單的過程，其實不然，它包括光反應(yīng)（用光引起的光物理和光化學(xué)反應(yīng)）和暗反應(yīng)（不需要光，而是由一系列具有活性的蛋白質(zhì)-酶所催化的化學(xué)反應(yīng)），這兩個反應(yīng)過程，涉及對光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換，以及光合產(chǎn)物的行程等許多及其復(fù)雜的步驟。如果從1771年光合作用發(fā)現(xiàn)的年份算起，至今已過去兩個多世紀(jì)，在這期間乃至今天，各國都有一大批科學(xué)家在對光合作用下進行孜孜不倦，深入細(xì)致地研究，但仍然存在許多奧秘未被揭示，還有待有志于這方面研究的年輕人加入到這支隊伍來，以便共同努力，徹底搞清光合作用的奧秘和機理。