在我们的水族箱中，我们将努力创造一个独特的生态系统，涵盖水箱内发生的所有过程。完全不加干预地创造共生关系几乎是不可能的。因此，我们将力求尽可能接近理想状态，在我们的水下生态系统中复制所有自然现象。精益求精将确保最佳的繁殖效果。.
我们认为，最重要的过程是光合作用和化学分解循环，例如氮循环。所有过程都是相互关联的。在接下来的文章中，我们将重点探讨光合作用。.
历史
英国牧师、哲学家兼化学家约瑟夫·普里斯特利被认为是光合作用研究的先驱。18世纪末19世纪初，植物仅靠空气、水、简单的微量元素和光就能生存和生长，这令科学界为之着迷。1780年，英国化学家约瑟夫·普里斯特利发现植物能够产生氧气——他最初将其简单地称为“空气”。他发现，他所获得的这种“空气”能使蜡烛燃烧得格外明亮。他还用老鼠做了实验，发现老鼠在普里斯特利所创造的这种气体中比在相同体积的普通空气中存活时间更长。仅仅几年后，法国化学家安托万·拉瓦锡提出了氧化的概念，并在法国大革命期间被斩首。丹麦物理学家扬·英根豪斯在普里斯特利实验的启发下继续研究，最终确定了光在这一过程中的作用。光合作用另外两个组成部分——二氧化碳和水——的作用是由两位居住在日内瓦的化学家让·塞内比耶和西奥多·德·索绪尔发现的。因此，人们确定了以下事实：
6 CO2 + 6 H2O →C6H12O6 + 6 O2
光合作用
“大自然给自己设定了一个难题：如何捕捉飞向地球的光线并将其束缚，从而积聚最难以捉摸的力量。植物吸收一种能量——光能——并产生另一种能量——化学多样性。”—— 朱利叶斯·迈耶
光合作用，从科学角度来说，是指在适当的色素作用下，利用光能，将简单的无机化合物（矿物盐、水）合成有机化合物（葡萄糖）的过程。这一过程产生的化合物氧化程度较低，因此能量值较高。这些化合物为自养生物提供构建原料，也为异养生物提供食物。光合作用通过固定二氧化碳和释放氧气，维持着大气的气体平衡。因此，它是决定地球生命的基本生物过程。.
光合作用发生在植物、细菌和原生动物中，位于细胞的特定区域。在植物中，这些区域是叶绿体，叶绿体是集中在叶片薄壁组织中的细胞器。.
光合作用是一个复杂的过程，分为两个阶段。.
光相（发光）
这是一系列光化学反应——需要光照才能进行。它发生在叶绿素储存的颗粒中。该阶段的主要功能是将光能转化为化学键能，以 NADPH2 和 ATP 的形式产生同化能，并以氧气为副产物。.
被传递的电子逐渐失去能量，一部分以热能的形式释放，一部分以ATP的形式储存。这个过程称为光合磷酸化。氢离子与NADP结合形成NADPH₂，NADPH₂与ATP一起，为植物在暗期提供同化所需的能量。水分子中的电子迁移到叶绿素，填补叶绿素的空隙。与此同时，氧气通过气孔释放到大气中。.
暗期（卡尔文周期）
这就是二氧化碳还原循环。它由一系列利用光能的生化反应组成。该过程发生在叶绿体基质中，所有必需的酶都储存在那里。
暗期主要分为三个阶段：
• 羧化：从大气中吸收的二氧化碳与活化的五碳糖——核酮糖二磷酸（RuDP）或核酮糖（RDP）结合。结合后，这种六碳化合物分解成两个三碳分子——磷酸甘油酸（PGA）；
• 还原：PGA 被还原成六个甘油醛-3-磷酸（GAP）分子。该反应需要 NADPH2 和 ATP 的同化力；
• 再生：在此过程中，五个 GAP 分子用于重建（再生）二氧化碳受体——RuDP（同时结合三个二氧化碳分子）。剩余的一个分子是光合作用的净产物，并作为合成更复杂有机化合物的底物。
大多数植物通过将大气中的二氧化碳纳入还原性的卡尔文循环，直接吸收二氧化碳。
光合作用的强度取决于许多因素。.
外部因素：
• 光照 ——限制了光合作用的光合作用阶段。它也是影响叶片薄壁组织发育、叶绿素合成和叶绿体形成的主要因素。光合作用在自然光和人工照明下均可发生。然而，只有一部分照射到叶片上的能量会转化为同化物的化学能。这一过程的速率取决于光的颜色和强度，以及植物的种类。喜阴植物在全日照强度的十分之一下即可达到最高光合作用效率。喜光植物在强光下生长最佳。过强的光照会抑制光合作用，导致叶绿素分子氧化和失活。蒸腾作用也会过度增强，细胞失去膨压，导致气孔关闭，从而抑制二氧化碳的流入。
• 二氧化碳（CO2） ——目前的浓度并非植物的最佳浓度。二氧化碳浓度增加约0.12%即可使光合作用强度提高三倍。这就是二氧化碳被添加的原因。气态二氧化碳通过气孔进入细胞间隙，然后扩散到绿色薄壁细胞中。水生植物以碳酸氢根离子（HCO3-）的形式吸收二氧化碳。
• 矿物盐 ——是合成物质的来源，也是许多转化过程的激活剂。 即使其他营养元素供应充足，任何一种营养元素的缺乏都会限制光合作用（最小营养定律）。例如，当氮盐缺乏时，叶绿素合成受到抑制，导致叶片黄化。
• 温度—— 光合作用是一个酶促过程，其最适温度为20-30℃。高于此温度，反应强度会迅速下降。植物的耐受范围差异很大，取决于其种类和地理位置。在大多数情况下，光合作用在40℃时停止。
内部因素：
• 参与光合作用的器官和组织的结构： 叶片、叶绿体系统、气孔（数量和排列）、储水组织、色素；
• 植物的生理特性：
– 操纵叶片和叶绿体排列的能力；
– 供水和矿物盐系统的效率；
– 防止过热和过度蒸腾的机制。.
光合自养生物利用波长约为 400-700 纳米的太阳辐射能，主要吸收蓝光和红光。被称为光合色素（或同化色素）的有色化合物在这一过程中发挥着关键作用。喜阴植物中的光合色素含量高于喜光植物。
光合色素主要分为三类：
叶绿素—— 吸收蓝光和红光。绿色色素可溶于有机溶剂和脂肪，但不溶于水。
每个叶绿素分子由脱镁叶绿素（一种卟啉衍生物）组成。叶绿素分子的中心位置由一个镁原子占据，该镁原子与每个环上的氮原子结合。绿色色素吸收波长范围为 370-760 纳米的可见光，每种色素都有其独特的吸收光谱，具有两个吸收峰——一个位于红色区域，另一个位于蓝紫色区域。
类胡萝卜素（例如β-胡萝卜素） 是存在于所有光合自养生物中的黄色或橙色辅助色素。它们吸收光谱中蓝紫色部分的光，并将其传递给叶绿素分子。此外，它们还能保护光系统免受过量入射光能的损伤，吸收或将多余的光能用于其他生理过程。它们还能保护细胞免受活性氧的侵害（具有抗氧化活性）。类胡萝卜素是四萜类化合物（40个碳原子的萜类化合物）。它们具有光不稳定性，这意味着它们在光照下会发生变化。它们的浓度低于叶绿素。
藻胆蛋白（例如藻蓝蛋白、藻红蛋白） 是存在于红藻和蓝细菌中的辅助色素。它们是唯一与水溶性蛋白质结合的光合色素。它们捕获450-600纳米波长范围内的光能，并将其传递给叶绿素。这是对深海环境的一种适应。
资料来源：
- 克劳迪娅·吉恩斯-迪安巴和比约恩·法诺；水生植物光合作用的观察
- Lubert Stryer《生物化学》，由 Jacek Augustyniak 和 Jan Michejda 根据美国第四版编辑的集体翻译；
- Ewa Pyłka-Gutowska“生物学。高中毕业生 Vademecum”； 《Oświata》出版社；
- 亨里克·维斯涅夫斯基《普通中学三年级生物学（基础和生物化学方向）》
- 光合作用 Adam Kuzdraliński