自然界中，二氧化碳、水和阳光共同编织着生命的乐章。只有具备叶绿体的细胞，才能巧妙地利用它们，合成繁复的有机物。叶绿体，正是这一神奇过程的执行者。
自古以来，科学家们为探究光合作用的奥秘进行了无数实验。
1779年，英国科学家简·英格豪斯通过一项实验观察到了植物在密闭无氧环境中能通过几天后重新赋予空间空气生机。他的发现为光合作用的初步形态描绘了轮廓。
随着对生物供能物质——葡萄糖的发现与命名，后人进一步研究起了二氧化碳、水、氧气与有机物间的微妙关系。
到了19世纪末，科学界普遍认为光合作用中CO2的碳、氧被分离，O2被释放，而C与水分子结合成甲醛，并进一步合成糖类。
此过程中还提出了一个反应式：
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
随着研究的深入，科学家们发现了一些新的现象。如1928年，甲醛被证实对植物有毒，且不能通过光合作用转化为糖类。
到了1937年，英国学者希尔发现了离体的叶绿体在特定条件下可以发生水的光解产生氧气，这一反应后来被称为希尔反应。
随后，卡尔文通过放射性核素碳14标记CO2供小球藻进行光合作用，历时九年终于揭示了CO2中碳原子在光合作用中的去向。他的工作使他于1961年荣获化学奖。
而阿尔农的研究则表明了叶绿体在光照下可以合成ATP，并总是伴随着水的光解。
众多研究显示，氧气的产生和糖类的合成并非同一反应的产物，而是分别在不同的阶段进行的。实际上，光合作用可细分为光反应和暗反应两个阶段。
一、光反应
光反应是光合作用的第一阶段，它需要光的参与才能启动。
在这一阶段中，水分子被分解为氢与氧。氢与氧化型辅酶结合成还原型辅酶，并吸收光合色素的能量。ADP也吸收能量并与磷酸基团结合转化为ATP。在这个过程中，氧以氧分子的形式释放出来。
二、暗反应
暗反应是光合作用的第二阶段，无论有无光照都能进行。它是合成有机物的阶段，化学反应复杂。
第一步是固定CO2。反应式为：
C5H12O11P2 + CO2 + H2O → 2C3H7O7P
接下来的步骤涉及C3的还原、合成以及C5的再生等化学反应。每一步都伴随着复杂的化学反应和能量的转换。
三、总结
那些复杂的化学反应与转化在叶绿体中不断进行着。这些看似无生命的物质与能量在叶绿体的作用下得以焕发生机。实际上那时的反应式是以上复杂过程的简化描述，它只是简洁地表达了光合作用的原料与产物。
参与光合作用的主要物质还有：
无机物：水、二氧化碳、磷酸等；单质：氧气；有机物：叶绿素、辅酶、ATP等。这些物质各自承担着特定的角色和功能，共同保障了光合作用的顺利进行。
光合作用不仅为植物自身提供了所需的能量和物质基础，还养活了地球上所有的生物。