可以毫不夸张地说，绿色植物和其他具有光合作用的生物有机体，正是地球上生命的基础。植物通过光合作用，可以把太阳能转变成生命运动的资本——碳水化合物。由于光合作用而产生的碳水化合物，其数量大得惊人。在全世界的钢铁厂平均每年生产5亿吨钢的同时，绿色植物能产生2000亿吨的碳水化合物。

对大多数生物来说，由植物吸收太阳光所产生的副产物——氧，也是同样不可缺少的。事实上，据我们所知，如果没有亿万年前原始的光合生物体所产生的氧气，生命就绝不会进化。

总而言之，就像国立布鲁克黑文研究实验室的植物生物化学家J. 本纳特（John Bennett）说的那样：“光合作用是生物过程的基础，”他还认为：“光合作用是我们人类食物和呼吸用氧的主要来源。”

每个学生物的学生都知道光合作用是怎样进行的：首先，叶绿素分子（在植物细胞质内称之为叶绿体）受到太阳能光子的激发释放出一个电子而带正电；然后从水分子夺得一个取代电子，使水离解成氧气和带正电荷的氢离子，正离子和负电子又被输送到叶绿体膜的交替两侧产生类似于电池内的电化学势。然后利用这种天然电池的能量来合成ATP（三磷酸腺苷）分子——生物活化剂，这种物质可以把二氧化碳转化成碳水化合物。

但这种说法同认为人脑是一个用神经细胞功能组成电路的电化计算机一样都是不全面的。科学家们现在还刚刚开始认识到光合作用的复杂性。他们目前正在寻找许多基本问题的答案，如：

· 电子和氢离子在叶绿体膜内是如何从一个分子转移到另一个分子上的？

· 光合作用的关键元素发生反应的中心结构是什么？

· 在光合反应中水是怎样被离解的？

· 植物基因是怎样控制这些过程的？

找到这些问题的答案，可以解释更多的有关植物内部的活动机理；并可阐明其他一些基本的生物变化过程。例如，植物内部电子转移的关键分子——醌，很可能是所有生物体内主要的能量转换剂。著名植物学家、杜邦植物研究所主任C. 安尊（Charles Arntzen）认为：“所有主要的能量耦合系统（即传递电子并利用它们的一部分能量来合成ATP的过程）都是利用醌，”不论是在植物、细菌还是动物细胞内情况都是这样。

解决这些最基本的问题还可以使工程人员设计出模拟光合作用的半人工半天然装置，以便从阳光中汲取能量。西安大略大学太阳光化学实验室主任J. 波顿（James Bolton）和国立阿尔贡研究实验室、亚利桑那大学以及加利福尼亚工学院的研究人员们一起正在进行这种尝试，他们把一种称为卟啉的类似叶绿素的分子接到醌分子上，当卟啉受到光的照射时，就会释放一个电子传给醌，但电子的天性是要立即跳回到原级，并以热的形式放出能量。与此相类似，光合作用期间所产生的电子，在它们参加ATP分子的合成前，都有跳回到叶绿素上的趋势，但由于蛋白质复杂而又难以理解的结构阻碍了电子的跳回。波顿的研究方法是设计一些近似植物蛋白质的分子，使得电子在醌体上的停留时间足够长，以便电子能够从环式的电子流动中脱离出来，也就是说电子具有放出荧光的特征。

波顿实验室的J · 许密特（John Schmidt）认为，要设计出一种高效率模拟光合作用的系统可能还需要五十年。但远在这个年限以前，植物研究和遗传工程就可能很好地勾划出第二次绿色革命的蓝图。

杜邦植物研究所的安尊说：“尽管我们很想提高食品生产的效率和改善它们的营养价值，但到那时，我们将不得不控制植物的生长速度和产量。”由于农作物会受到除莠剂的损害，安尊正试图弄清除莠剂的作用原理，他的目的是想使食用农作物对化学除莠剂具有抵抗力。

由于1970年在华盛顿的圣诞树苗圃里发现了一种能抵抗化学除莠剂的野草，使他的研究工作受到鼓舞。为了弄清这个偶然的发现，共花了6年时间。显然，许多化学除莠剂是与在电子传递中起关键作用的蛋白质结合在一起发生作用的，这就使得光合作用停止，植物就死掉了。在抗化学除莠剂的野草内，遗传变异改变了原来蛋白质的性质，使它不能再与化学除莠剂结合。安尊和他的同事们鉴定了这种引起遗传变异的基因，但他们还没发现一种方法可以使这种基因进入粮食作物内。

但不管怎样，蒙桑图的研究人员已经首先提出一种可以把其他种类的基因移植到植物体内的方法，为在植物遗传工程方面取得重大进展铺平道路。洛克菲勒大学植物分子生物学实验室的负责人南海伽Nam Hai Chua（他是《科学文摘》上所登载的美国100名杰出青年科学家之一）正在研究某些基因是怎样被光活化产生蛋白质的，这种蛋白质在电子传递和形成碳水化合物的过程中起着关键作用。从这种基础研究所得到的知识，最终可能使科学家们去改变植物原来的遗传结构，以便在提高植物获光效率和增强植物对咸性土质及热辐射的抵抗力方面作更多的研究工作。

[Science Digest，1985年第93卷10期]