解密光合作用：從碳循環到高效率結構的奧秘

第一章

一、光合作用是碳循環重要的一環

依照利用碳的方式生物被區分為自營與異營生物，自營生物能藉由吸收環境中的無機碳並將其轉換為可以利用的有機碳，而異營生物則是使用有機碳作為營養源。

植物作為自營生物，能在細胞內利用光能將大氣中的co2固定為結構碳，其中細胞內的葉綠體為化學反應發生的主要場所，結構上具有外層的雙層膜套作為物質進出的選擇性膜，內部由類囊體膜組成類囊體thylakoid，類囊體膜上的色素蛋白能吸收光能進而藉由電子傳遞產生ATP和NADPH，而最終推動光合作用的光反應的進行，葉綠體內膜中的基質stroma含有可溶性酶，可以以固定co2與儲存光合作用的同化物澱粉。

光合作用分為光反應及暗反應，光反應需要光源進行反應的推動，而暗反應不需要光源一般情形就能進行。而光合作用分為三個主要部分初級光合作用、光磷酸化、碳同化作用。

1.初級光合作用:光能的蒐集、傳遞、轉換

2.光磷酸化:藉由電子傳遞推動光磷酸化發生，而光磷酸化反應產生ATP與NATPH

3.碳同化作用:將CO2固定為結構碳(蔗糖或澱粉等)

二、特定結構能提升光合效率

高等植物細胞具有特化結構葉綠餅，由於葉綠餅能更密集的排列，因此作為光合作用的單位之一具有更高的光和效率，結構上由2個以上的類囊體thylakoid互相推疊可以稱為葉綠餅也被稱為葉綠餅類囊體，其中具有外型較大的類囊體位於葉綠餅之間稱為基質內囊體。

葉綠餅與光合作用具有直接關係。在不同植物組織分布不同數量，且不同作物之間具有不同數量的葉綠體，當葉綠體數目增多能有效增加光和效率，因此如果利用改變環境與遺傳方式增加葉綠餅、類囊體數或葉綠體數可有效增加光和效率。例如一般葉綠體在高溫情形下數量下降，而高CO2濃度會提升葉綠體數與體積(Xiong, D., 2017)。

三、參考文獻

1.     潘瑞熾、王淑美。2006。植物生理學。第二版, 71-100。台北：藝軒。

2.     Xiong, D., Huang, J., Peng, S. et al. (2017)A few enlarged chloroplasts are less efficient in photosynthesis than a large population of small chloroplasts in Arabidopsis thaliana . Sci Rep 7, 5782. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06460-0