发现史
1771年，英国化学家约瑟夫·普里斯特利发现，密闭玻璃罩中蜡烛熄灭后的空气，只要放进一枝薄荷，就能重新让老鼠存活。1779年，荷兰裔医生扬·英根豪斯证明这种“净化空气”只发生在阳光下植物的绿色部分；让·塞内比耶则证明植物吸收二氧化碳。20世纪30年代，科内利斯·范尼尔提出光合作用释放的氧气来自水而非二氧化碳，1941年同位素实验证实了这一点。
原理
光合作用分为两个阶段。在类囊体膜上的光反应中，叶绿素吸收光能、分解水、释放氧气，并生成能量分子ATP和NADPH。在基质中的卡尔文循环（碳固定反应）中，二磷酸核酮糖羧化酶（RuBisCO）利用这些能量把二氧化碳固定为糖。20世纪50年代，梅尔文·卡尔文用放射性碳-14追踪藻类中的碳去向，绘出了这一循环，获得1961年诺贝尔化学奖。玉米等C4植物和仙人掌等CAM植物则是适应炎热干旱环境的变体。
对地球与气候的影响
约24亿年前，蓝细菌的光合作用引发“大氧化事件”，大气氧含量首次大幅上升，为复杂生命的出现奠定了基础。如今，陆地植物和海洋浮游植物每年吸收大量碳，作为碳汇减缓温室效应。因此保护和恢复森林是碳中和战略的核心，而厄尔尼诺等气候波动也会影响海洋浮游生物的光合作用量。科学家还在研究用阳光制造燃料的“人工光合作用”。
常见问题
- 植物晚上不释放氧气吗？
- 晚上没有光，光合作用停止，植物只进行呼吸，反而会消耗少量氧气。不过量极少，卧室里放盆栽并无害处。
- 叶子为什么是绿色的？
- 因为叶绿素主要吸收红光和蓝光，而反射绿光。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Ingenhousz, J. (1779). Experiments upon Vegetables, Discovering Their Great Power of Purifying the Common Air in the Sun-shine. London: P. Elmsly.
- Calvin, M. (1961). The path of carbon in photosynthesis. Nobel Lecture, December 11, 1961.
- Lyons, T. W., Reinhard, C. T., & Planavsky, N. J. (2014). The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature, 506, 307–315.