儿童光合作用从一个简单的图像开始：一片叶子就像一个小厨房。在厨房里，阳光是烤箱。叶绿素是绿色厨师。植物利用光、水和二氧化碳制造糖和氧气。这个过程被称为儿童光合作用，它对地球上的生命至关重要。事实上，大约每年有1000亿吨碳通过光合作用固定成有机化合物，大约每2000年补充地球的大气氧气。
儿童光合作用：快速事实
光合作用将光转化为食物和空气。此外，植物、藻类和一些细菌也进行光合作用。简单的方程式如下：6 CO2 + 6 H2O + 光 → C6H12O6 + 6 O2。葡萄糖是制造的糖。氧气被释放供我们呼吸。2023年5月的研究揭示了一个中间反应步骤，导致氧气的释放，揭示了这一重要过程的关键方面。
- 发生地点：植物细胞中的叶绿体内。
- 光反应：捕获光，制造ATP和NADPH，并分解水释放氧气。
- 卡尔文循环：利用ATP和NADPH将CO2转化为糖。
光合作用发生的地方
叶绿体就像小厨房。它们包含堆叠的类囊体膜和一种名为基质的液体。光反应在类囊体中进行。卡尔文循环在基质中进行。此外，气孔是叶子上的小孔。它们让二氧化碳进入，水蒸气排出。植物打开气孔以获得更多的CO2。然而，打开气孔会消耗水分。因此，植物需要平衡这两种需求。有趣的是，2023年12月的一项研究确定了70种参与光合作用的新蛋白质，显著增强了我们对这一复杂过程的理解。
叶子为什么是绿色的以及气孔如何工作
叶子看起来是绿色的，因为叶绿素反射绿色光。此外，叶绿素最能吸收蓝光和红光。在秋天，当叶绿素消退时，其他色素出现。气孔像小门一样坐在叶子表面。它们为气体交换而打开，为节约水分而关闭。
历史一瞥
人们研究光合作用已有几个世纪。例如，扬·巴普蒂斯塔·范·赫尔蒙特证明土壤不是植物质量的主要来源。约瑟夫·普里斯特利发现植物可以恢复空气。此外，扬·英亨豪斯证明光和绿色部分是必需的。最后，梅尔文·卡尔文用放射性碳绘制了碳固定图。这些发现塑造了我们对光合作用的理解。
变异、限制和光合作用的重要性
大多数植物使用C3光合作用。然而，一些像玉米这样的植物使用C4来避免光呼吸。一项2023年的研究发现，像玉米和高粱这样的C4作物比像水稻和豆荚这样的C3作物更能耐受增加的臭氧水平，这归因于它们的光合作用机制的差异。此外，像仙人掌这样的CAM植物在夜间打开气孔以节约水分。光合作用依赖于光、CO2、温度、水和养分。如果一个因素下降，另一个因素就会成为限制因素。
光合作用提供我们呼吸的氧气。它也建立了食物链的基础。森林和海洋将空气中的碳转化为生物体，每年约将2500亿吨二氧化碳转化为有机物质，其中近一半发生在海洋中，略多于陆地。因此，光合作用与食物和气候有关。
尝试一个简单的叶子狩猎
花五分钟在阳光和阴影中寻找叶子。哪些更绿？哪些更大？问：植物从哪里获得食物？为什么有些叶子不同？这个快速活动激发好奇心和仔细观察。
现在阅读或收听关于光合作用的故事：适合3-5岁，适合6-8岁，适合8-10岁，以及适合10-12岁。
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词汇表
- 叶绿素：叶子中的绿色色素。
- 叶绿体：进行光合作用的细胞厨房。
- 气孔：用于气体交换的小孔。
- 葡萄糖：光合作用产生的糖。
- 二氧化碳：植物使用的CO2气体。
