光合作用及其组份的生物进化

谢艺萱

【摘 要】光合作用，是一个生化过程，主要是指含有叶绿体的绿色植物与某些细菌发生光反应和碳反应后，把二氧化碳和水转换成有机物能量的转换现象。光合作用，是高中生物课程和化学课程的必修内容。所以，作为一名高中生，为了提高课程学习效率，必须深入了解光合作用的相关内容。同时，善于分析光合作用组份的进化，最终实现光合作用知识的有效内化。本文，首先分析了光合作用的起源。然后，阐述了生物进化的相关知识点。

【关键词】光合作用；组份；生物进化

从一个高中生角度来看，能够说出光合作用，掌握光合作用化学反应方程式，认识光合作用中的光反应和暗反应是必备的能力。所以，在日常学习中，必须提高对光合作用学习问题的重视。同时，在光合作用相关知识实际学习过程中，注重探索辅因子、叶绿素、蛋白质复合体等主要组份的生物进化，通过对组份进化内容的分析，达到重点知识的高效性学习目的，提高整体知识学习效果，获得优异的成绩。

一、光合作用的起源

1977年，Weise和Koegh、徐桂荣等学者在研究工作开展过程中已经提出了“光合作用”这一概念，并注重把“光合作用”界定为生物从光中获取能量，消耗ATP，产生ATP，完成生命光合营养的过程[1]。2007年，Nisbet等人，也加入到了光合作用的研究行列，并深入分析了ATP，发现ATP可经过水解作用生成二磷酸腺苷为生化过程提供能量，支撑光合反应过程的发生。

光氧生物的光合作用主要表现在，在完成生命的光合营养时，注重把光作为能量来源。然后，利用二氧化碳、水等，发生反应过程。但是在光合作用反应中，光氧生物必须含有一定量的叶绿素，只有如此，才能经过如下反应，把水和二氧化碳转换成有机物和氧气。

光解作用：2H2O→4H+O2

固碳作用：CO2+2H2→（CH2O）+O2

光合作用：H20+CO2→（CH2O）+O2

二、光合作用组份的生物进化

（一）辅因子进化

光合作用是一个相对复杂的反应过程，所以，作为一名高中生，必须努力寻求光合作用知识学习重点。同时，深入探讨光合作用组份的生物进化。其中，辅因子的进化，主要是指FeS簇、血红素、醌等进化过程。FeS簇作为光合作用的辅因子，它有着调节作用。即当含有叶绿素的植物与细菌发生光合作用时，FeS簇将对光合作用电子传递过程进行调节。如，Rieske FeS蛋白的电子传递调节等等，但是，在FeS簇进化时，它的功能结构几乎没有变化。而血红素作为光合作用辅因子之一，它主要是以古细菌的祖先形式出现。醌，作为光合作用辅因子之一，它的进化过程相对复杂。起初，醌是以甲基萘醌的形式出现，英文称menaquinone，简称MQ。MQ起初存在于酸杆菌中。而后，经过一段时间的进化，甲基萘醌逐步进化成了质体醌。

（二）叶绿素进化

叶绿素是光合作用进化过程中的主要组成部分之一，所以，高中生在光合作用相关知识学习过程中，应深入分析叶绿素的进化。包括叶绿素a和细菌叶绿素a。

叶绿素a简称Chla，它主要存在于蓝藻中。

细菌叶绿素简称BChla，它主要存在于陆生植物中。如，紫细菌、绿硫菌等均是BChla的一种存在形式。但是在叶绿素产生之前，光合生物的色素分子主要是卟啉，后经过光合作用的进化，Chla和BChla等叶绿素逐渐形成，这些叶绿素分子的出现，代替了原有的卟啉，让光合反应过程能够有序进行[2]。因为，叶绿素分子与卟啉相比，吸收波长范围更广。所以，可满足光合生物的光合作用要求，并支撐生物的氧化还原反应。

从以上的分析中即可看出，叶绿素进化是光合作用生物进化的主要内容之一。所以，高中生在光合作用知识学习时，应注重探讨叶绿素生物进化方面的问题。

（三）蛋白质复合体进化

在光合作用的生物进化中，蛋白质的复合体进化也是其内容之一，主要体现在以下几个方面：

第一，反应中心的进化。它主要包括了FeS反应中心、Q型反应中心、PSⅡ反应中心等等。其中，FeS反应中心由13个亚基和193个辅因子构成。Q型反应中心，是由20个亚基和50辅因子所构成。在整个反应中心进化时，会先把电子传给四吡咯化合物，再给醌。同时，在进化阶段，基本组份和单体功能基本没有任何变化[3]。

第二，ATP合酶的进化。它的起源是古细菌上的ATP酶，后因早期细胞膜的完整度不符合光合作用要求，对其进行了进化。

第三，捕光色素蛋白的进化。它是在色素进化的作用下，表现出了进化行为，并在进化过程中，逐渐丰富了LHC，即捕光色素蛋白的种类，改变了绿硫菌无法适应氧的问题。

三、结论

综上可知，在高中阶段，光合作用是生物课程和化学课程必须内容。其中，生物课程注重研究生物的能量传递，而化学课程注重研究光合作用本身。不管怎样，学好关于光合作用方面的知识，有利于提高高中生的整体学习成绩，让高中生的知识水平得到进一步提升。因而，高中学生必须注重从辅因子进化、叶绿素进化、蛋白质复合体进化、碳同化途径进化、光合生物进化等层面入手，探讨光合作用相关问题，达到知识学习目的。

参考文献：

[1]梅冥相，高金汉.叠层石形成的光合作用信号：来自于锥状叠层石形态学研究的精妙启示[J].现代地质，2015，12（06）：1328-1337.

[2]梅冥相，高金汉.光合作用的起源：一个引人入胜的重大科学命题[J].古地理学报，2015，15（05）：577-592.

[3]周峰，华春，杨平.光合作用及其组份的生物进化[J].生命的化学，2013，13（02）：87-90.