俗話說(shuō)，萬(wàn)物的生長(zhǎng)取決于太陽(yáng)，太陽(yáng)是地球幾乎所有能量的來(lái)源。我們本身無(wú)法直接利用這種能量，但經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化，光合作用成為生物攝取這種能量的有效方法。如果把太陽(yáng)比作巨大的能源寶物，光合作用就是我們得到這個(gè)寶物的藏寶圖。

光合作用通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能，將二氧化碳和水合成為豐富的有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過(guò)程。主要由光反應(yīng)、癌癥反應(yīng)兩個(gè)階段組成，包括光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應(yīng)階段，對(duì)實(shí)現(xiàn)自然界的能量轉(zhuǎn)換、維持大氣的碳氧平衡具有重要意義。

人類知道光合作用只用了大約300年，但植物已經(jīng)在30億年前進(jìn)化出了這一功能，科學(xué)家們通過(guò)觀察南羅得西亞石灰?guī)r上原始鳥(niǎo)類的結(jié)構(gòu)得到了這一結(jié)論。此后，經(jīng)過(guò)26億年的水下生活和4億年的陸地生活，出現(xiàn)了現(xiàn)代生物進(jìn)化的光合系統(tǒng)。

2000多年前，受古希臘著名哲學(xué)家亞里士多德的影響，認(rèn)為植物是由“土壤汁液”構(gòu)成的，也就是說(shuō)，植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的物質(zhì)完全來(lái)自土壤。

但是1648年，比利時(shí)醫(yī)生赫爾蒙特通過(guò)種植柳樹(shù)的實(shí)驗(yàn)，取得了意想不到的結(jié)果。他量了柳樹(shù)和土壤，5年后柳樹(shù)增加了75公斤，但土壤減少了57克。赫爾蒙特認(rèn)為柳樹(shù)的生長(zhǎng)物質(zhì)來(lái)自他澆樹(shù)的水，但他忽視了植物生長(zhǎng)需要空氣和陽(yáng)光。但是這是植物營(yíng)養(yǎng)研究中第一次定量實(shí)驗(yàn)的偉大嘗試。

1727年，英國(guó)植物學(xué)家斯蒂芬赫爾斯提出了植物生長(zhǎng)必須以空氣為營(yíng)養(yǎng)的觀點(diǎn)。英國(guó)著名化學(xué)家約瑟夫普里斯特里實(shí)驗(yàn)證明綠色植物從空氣中吸收養(yǎng)分。

1771年，英國(guó)的弗里斯特里發(fā)現(xiàn)植物可以因蠟燭燃燒而恢復(fù)“糟糕”的空氣。他繼續(xù)進(jìn)行著名的實(shí)驗(yàn)，將點(diǎn)燃的蠟燭和一只老鼠分別放在密封的玻璃罩里，蠟燭不久就熄滅了，老鼠也很快死了。然后他把一盆植物和點(diǎn)燃的蠟燭一起放在密封的玻璃罩里，他發(fā)現(xiàn)植物可以活很久，蠟燭也沒(méi)有熄滅。同樣的植物和老鼠在密封的玻璃罩中也能正常生活。最后他得出結(jié)論：植物可以更新蠟燭燃燒和動(dòng)物呼吸變臟的空氣。但是他沒(méi)有發(fā)現(xiàn)光的重要性。因?yàn)樗艹龅呢暙I(xiàn)和實(shí)驗(yàn)于1771年完成，所以將這一年定為光合作用發(fā)現(xiàn)的一年。

但是不是每次都能成功地重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)。直到1779年，荷蘭植物生理學(xué)家英根豪斯發(fā)現(xiàn)，只有給植物提供足夠的光線，植物才能凈化空氣。此外，他還發(fā)現(xiàn)，在黑暗的地方，植物不僅不能凈化空氣，還可以像動(dòng)物一樣加劇好空氣，這些實(shí)驗(yàn)為人類認(rèn)識(shí)光合作用奠定了基礎(chǔ)。

1782年，瑞士的J.Senebier通過(guò)化學(xué)分析指出，植物凈化空氣的活動(dòng)不僅與光有關(guān)，還取決于固定空氣(后來(lái)知道的二氧化碳)，但由于當(dāng)時(shí)的化學(xué)發(fā)展水平，不知道植物暗中釋放的氣體是什么。

直到1785年，人們?cè)谡莆樟丝諝獾慕M成成分后，才清楚地認(rèn)識(shí)到植物光合作用的釋放

放的是氧氣，而呼吸過(guò)程中釋放的是二氧化碳，此時(shí)人類對(duì)光合作用才有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。

在接下來(lái)的兩百多年無(wú)數(shù)科學(xué)家又繼續(xù)對(duì)光合作用展開(kāi)了深入的研究，并取得了許多成績(jī)。

1804年，瑞士人N. T. De Saussure通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)證明：植物所產(chǎn)生的有機(jī)物和所放出的總量比消耗的CO2多，進(jìn)而證實(shí)光合作用還有水參與反應(yīng)。

1864年J. V. Sachs發(fā)現(xiàn)照光葉片遇碘會(huì)變藍(lán)，證明光合作用形成碳水化合物（淀粉）。

19世紀(jì)末，證明光合作用的原料是空氣中的CO2和土壤中的H2O，能源是太陽(yáng)輻射能，產(chǎn)物是糖和O2。

20世紀(jì)初，光合作用的分子機(jī)理有了突破性進(jìn)展，里程碑式的工作主要是：Wilstatter等（1915）由于提純?nèi)~綠素并闡明其化學(xué)結(jié)構(gòu)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

1940年代～1950年代末，M. Calvin等用14C研究光合碳同化，闡明了CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的生化途徑。M. Calvin于1961年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。之后相繼確定了CAM途徑（M. Thomas，1960）和C4途徑（M. D. Hatch和C. B. Slack，1966）。

1965年，R. B. Woodward因全合成葉綠素分子等工作獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

1980年代末期，Deisenhofer等測(cè)定了光合細(xì)菌反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)，取得了解膜蛋白復(fù)合體細(xì)節(jié)及光合原初反應(yīng)研究的突出進(jìn)展，獲得了1988年的諾貝爾獎(jiǎng)。

1992年，Marcus因研究包括光合作用電子傳遞在內(nèi)的生命體系的電子傳遞理論而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

1990年代末，催化光合作用的光合磷酸化和呼吸作用的氧化磷酸化的酶的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理研究獲得了重大進(jìn)展。Walker和Boyer獲得了1997年的諾貝爾獎(jiǎng)。

另外值得一提的是自然界中已發(fā)現(xiàn)的光合作用系統(tǒng)有三種：C3、C4及CAM植物。

生物通過(guò)幾十億年的進(jìn)化獲得了這種神奇的能力，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲(chǔ)存在所形成的有機(jī)化合物中。每年光合作用所同化的太陽(yáng)能約為人類所需能量的10倍。有機(jī)物中所存儲(chǔ)的化學(xué)能，除了供植物本身和全部異養(yǎng)生物之用外，更重要的是可供人類營(yíng)養(yǎng)和活動(dòng)的能量來(lái)源。相信隨著研究的深入，一定會(huì)有更多的重大發(fā)現(xiàn)，將人類利用能源的能力推向一個(gè)新的高度。