淀粉从哪里来？

“人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌。”人有一顿饭不吃，难免饥肠辘辘，饿得难受。吃饭是我们维持身体机能、摄取营养素的重要方式。而说到人体所需的营养，糖类总是绕不开的一种物质。人体日常摄取的糖类中，淀粉又是最重要的一种。包括淀粉在内的糖类在人体内通过一系列的生化反应为我们提供了充足的能量，支持着我们的各种生理活动。

我们平时许多食物中都含有淀粉：大米、小麦、玉米、土豆、红薯等，可是，这些源自植物的淀粉又是怎么来的呢？

问题的答案就是光合作用——是光合作用制造了植物中的淀粉。光合作用又与植物中的一种重要物质——叶绿素有关。在前面的章节中，我们介绍过叶绿素的结构和叶绿素脱镁的问题，但其实叶绿素在植物中的作用主要体现在光合作用上。光合作用的原理十分复杂，涉及多种在生物体内有重要作用的化合物。

光合作用分为光反应和碳反应。先来说光反应吧，叶片中存在的各种色素被光照射之后，吸收了光的能量，于是里面的电子就待不住了，会有电子跑出来。跑出来的电子会在分子之间跳来跳去，最后跳到反应中心上。反应中心是叶绿素a和蛋白质结合而成的。反应中心吸收了光的能量之后，叶绿素a变成了活泼的激发态，十分不稳定。这个时候旁边的酶会把水裂解，产生氢离子和氧原子，多余的电子就会跳到叶绿素a上，使叶绿素稳定下来。叶绿素经过一系列的反应，会生成ATP和NADPH分子，整个过程称作“电子传递链”。由于整个反应的能量都是由光提供的，没有光就不能反应，所以这个反应称作“光反应”。

光反应的原料是水，产物是氧气和NADPH分子中携带的氢气，反应的条件是阳光。所以光反应可以粗略地用下面的式子来表示：

碳反应又称暗反应。碳反应是多种酶参与的固碳反应。简单来说，就是从空气中吸收二氧化碳，然后把二氧化碳以淀粉的形式固定下来的反应。碳反应有很多种不同的形式，不同的植物会有不同的反应方式，但最主要的是通过一种叫作“卡尔文循环”的机制来反应的。卡尔文循环每进行一次，便有一分子的二氧化碳被固定。当循环进行六次的时候，就会合成一分子含有六个碳原子的葡萄糖。葡萄糖是一种单糖，需要再经过一系列反应，变成结构更复杂的二糖、多糖等，储存起来。淀粉就是一种多糖，把葡萄糖转化成淀粉存储起来可以节省很多空间。

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单糖和多糖

糖类又称碳水化合物，顾名思义，一般由碳、氢、氧三种元素构成，在自然界中分布十分广泛。单糖是最简单、不能再水解的糖类，如葡萄糖、果糖。两个单糖连接起来组成的糖类，叫作二糖，如蔗糖。两个以上单糖组成的糖类叫作多糖，如淀粉。

碳反应不需要光照，所以白天晚上都可以进行。碳反应的原料是二氧化碳和NADPH中携带的氢，能量由光反应生成的ATP供给。所以碳反应可以粗略地用下面的式子来表示：

12H2+6CO2→C6H12O6（葡萄糖）+6H2O

综合光反应和暗反应，光合反应的总反应可以用下面的式子来表示：

从这里可以看出，光合作用以水和二氧化碳为原料，以光为能量来源，制造了糖类和氧气。光合作用不光为植物储存了能量，还为人和动物提供了食物。人类的各种粮食，包括各种谷物、薯类等都是由光合作用提供淀粉的。各种肉类也都是靠吃植物长出来的。光合作用还能降低大气二氧化碳浓度，为增加氧浓度做出了重要贡献，成为物质循环的重要一环。最后，光合作用利用太阳能把能量以各种形式储存在地球上，避免能量流失到外太空。煤、石油、木材、天然气等资源都是光合作用转化太阳能得到的。

研究光合作用对我们人类具有重要意义。在农业上，科学家们了解了光合作用的机制之后，人为地通过增加二氧化碳浓度、控制温度、光照强度等手段，使植物可以生产更多淀粉，从而提高农作物产量、缩短收获期。了解了光合作用和呼吸作用的关系之后，我们在家里绿色植物的布置上也可以有所考虑。因为光合作用只会在白天有光照的时候放出氧气，而晚上只有呼吸作用，会释放二氧化碳。所以绿色植物应该避开我们晚上休息的卧室，应该布置在我们白天活动的客厅。

遗憾的是，光合作用作为生物体内的生理作用十分复杂，它的机理中还有一部分，我们至今还没有完全明白。希望在不远的将来，科学家们可以解决这一难题，把它彻底地展示在我们面前。