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C4植物与C3植物相比，其发生光合作用的场所为
A．叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中B．只发生在维管束鞘细胞叶绿体中C．叶肉细胞和维管束细胞的叶绿体中D．只发生在叶肉细胞叶绿体中
题型：单选题难度：偏易来源：0103
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光合作用的过程
光合作用过程：1、光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2、光合作用图解： 3、光合作用的总反应式及各元素去向光反应与暗反应的比较：
&易错点拨：1、光合作用总反应式两边的水不可轻易约去，因为反应物中的水在光反应阶段消耗，而产物中的水则在暗反应阶段产生。2、催化光反应与暗反应的酶的分布场所不同，前者分布在类囊体薄膜上，后者分布在叶绿体基质中。 知识拓展：1、氮能够提高光合作用的效率的原因是：氮是许多种酶的组成成分光合作用的场所：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行。在类囊体的薄膜上进行；光合作用的第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以进行。在叶绿体基质中进行。2、玉米是C4植物，其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体，能够进行光合作用的暗反应。C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。①四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合，提高强光、高温下的光合速率，在干旱时可以部分地收缩气孔孔径，减少蒸腾失水，而光合速率降低的程度就相对较小，从而提高了水分在四碳植物中的利用率。②二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长。C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中；而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内，维管束鞘细胞不含叶绿体。3、光合细菌：利用光能和二氧化碳维持自养生活的有色细菌。光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。
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7337696427921537232010581679491华南师范大学《植物生理学》网络课程
第三章 植物的光合作用
1、光合作用的发现与发展
光合作用是地球上最重要的化学反应, 直接或间接地为所有生物的生命活动提供有机物和能量。然而它被人类认识才不过200余年, 直到18世纪初，人们仍然认为植物是从土壤中获取生长发育所需的全部元素的。1727年S. Hales提出植物的营养有一部分可能来自于空气，并且光以某种方式参与此过程。那时人们已经知道空气含不同的气体成分。1771年英国牧师、化学家J. Priestley发现将薄荷枝条和燃烧着的蜡烛放在一个密封的钟罩内，蜡烛不易熄灭；将小鼠与绿色植物放在同一钟罩内，小鼠也不易窒息死亡。因此，他在1776年提出植物可以“净化”由于燃烧蜡烛和小鼠呼吸弄“坏”的空气。于是，人们把1771年定为发现光合作用的年份。1779年荷兰的J. Ingen-Housz 证实植物生成氧气的地方是叶片, 并且需要光。1782年瑞士的J. Senebier用化学分析的方法证明，CO2是光合作用必需的，O2是光合作用的产物。1804年, 瑞士的N.T. deSaussure 通过定量研究进一步证实了CO2和H2O是植物生长的主要原料, 1845年德国的R. Mayer 发现植物能够把太阳能转变为化学能。1860年左右, 人们就可以用下列公式表示植物利用光能合成有机物的总过程, 其中(CH2O)代表碳水化合物。
并于1897年首次在教科书中定义为光合作用(Photosynthesis)。
随着物理、化学等学科的发展以及与生物学的相互交叉渗透，光合作用的机理研究在二十世纪取得了重大进展。二十世纪初期，德国的Wilstatter从绿色植物中三分离纯化到叶绿素并研究其结构，证实了叶绿素是将太阳能用于光合作用的关键色素。30年代未，Hill从菠菜中分离到叶绿体，光下虽不能同化CO2，但可使外加的人工电子受体（如铁氰化钾）还原并释放O2称为希尔反应（Hill reaction）。证实光合作用中水被氧化放出O2，并可将电子用于还原其它物质。1941年美国科学家S.Ruben和M.D.Kamen通过18O2和C18O2同位素标记实验，证明光合作用中释放的O2来自于H2O。为了把CO2中的氧和H2O中的氧在形式上加以区别，用下式作为光合作用的总反应式：
至此，人们已清楚地知道光合作用的反应物和生成物，并依据光合产物和O2释放的增加或CO2的减少来计算光合速率。例如，用改良半叶法测定有机物质的积累，用红外线CO2气体分析仪法测定CO2的变化，用氧电极测定O2的变化等。由于植物体含水量高，光合作用所利用的水分只占体内总含水量的极小部分，一般不用含水量的变化来衡量植物的光合速率。从40年代开始，Calvin 等利用碳同位素示踪（C14）技术，经过10 多年的艰苦工作阐明了CO2同化的途径，也叫光合碳循环或卡尔文环（Calvin cycle）。
Hill 和Bendall 因两个光系统的发现于1960年提出了光合作用的Z-链的假说。1954年Allen 等发现了叶绿体在光下可以合成ATP即光合磷酸化（Photophosphorylation）。随着技术水平的提高，光合作用的研究已开始从分子、原子水平深入探讨光合作用能量转换功能与其结构的相互关系，并从体外模拟光合作用的光合放氧等过程，离人类最终揭开光合作用的奥秘，实现人工模拟光合作用的梦想更近一步。二十世纪诺贝尔奖曾10次授予与光合作用有关的研究，分别为：1915年德国RM. Willstatter，叶绿素的提纯与结构分析；1930年德国H. Fischer，氯高铁血红素和叶绿素的结构；1937年 德国 P. Karrer，类胡卜素、维生素的研究；1961年美国M.Calvin，CO2的同化；1965年美国R. B. Woodward， 叶绿素、维生素B12的合成及其他天然产物的研究；1978年英国P. Mitchell，氧化光合磷酸化的化学渗透理论；1988年 德国 H. Michel，R. Huber和J Deisenhofer， 细菌光合反应中心的三维结构测定。（彭长连）
2、卡尔文循环的发现
1946年至1953年，美国加州大学Berkeley分校的M. Calvin，A. Benson 和J. A. Basshan 等应用同位素技术结合层析法，系统地阐明了光合作用中CO2同化为碳水化合物的过程, 叫做卡尔文循环(Calvin cycle)。研究中Benson 的贡献也较大, 也称为本森—卡尔文循环（Benson-Calvin cycle）。由于这个循环中CO2的受体是一种戊糖(核酮糖二磷酸)，故又称为还原戊糖磷酸途径（reductive pentose phosphate pathway，RPPP）。这个途径中二氧化碳被固定形成的最初产物是一种三碳化合物，故称为C3途径。他们运用动力学方法，光照条件下，在给定的时间（t=0秒）以放射性同位素标记的14CO2给单细胞绿藻小球藻（Chlorella）和栅藻（Scenedesmus）的细胞悬浮液通气，假定标记的CO2分子在碳同化过程中被成功合成到中间产物上，那么不同的短时间后（t=3,5…秒）取样，加入煮沸的酒精终止反应， 14C标记的新的中间产物通过纸层析（Paper chromatography）的方法分离，14C在每个化合物中标记的确切位置能通过降解的方法确定。以标记物出现的先后顺序来确定二氧化碳同化的每一步骤。
第一个被标记的稳定的化合物是反应3秒钟后分离得到的3-磷酸甘油酸（3-PGA）。通过进一步分析，3-PGA不是从3个CO2产生的，而是一个CO2分子与一个五碳糖1.5-二磷酸核酮糖(RuBP)分子反应生成C6中间物, 又马上分解成两个分子的3-PGA。催化这一反应的酶是二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Ribulose Bisphosphate Carboxylase, 简称Rubisco）。植物中的Rubisco由8个大亚基（56 KDa）和8个小亚基（14 KDa）组成。
当反应时间更长一点（t=5，10秒等）后取样，可分离更多的被标记的化合物。Calvin 和Benson把这些单一的反应联成一条CO2同化的顺序途径。
卡尔文循环共有13步反应，分为3个阶段：羧化、还原和再生。其中羧化只有一步反应：RuBP的羧化产生2 个3-PGA。还原有2步，将3-PGA转化为3-磷酸甘油醛（GAP）， 这一阶段需要ATP和NADPH。最后一步反应是RuBP的再生，这一步的反应步骤最多，需要1 个ATP。完成一次卡尔文循环需要3个ATP分子和2个NADPH作为能量来源。循环中所需的13种酶均存在于基质中，其中10个酶属于再生反应。6个CO2分子最后合成一个已糖所需的能量为18个ATP分子和12个NDAPH分子。（彭长连）
光作为光合作用的唯一能量来源,是绿色植物维持生命活动的基本条件。光合机构把光能转化成化学能用于CO2固定和其它同化反应（氧、氮和硫等还原作用），当光合机构吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，过剩的光能可引起光合量子效率和光化学效率降低，即发光合作用的光抑制，简称光抑制。据估计，在没有其他胁迫因素时，光抑制至少可以使光合生产力降低10%。光抑制不同于以大量色素损失为特征的光氧化或光漂白，一般不发生叶绿素的大量损失。但如果光合机构较长时间暴露于强光下，特别在各种胁迫（生物和非生物胁迫）条件下，过剩光能极易诱发产生单线态氧（1O2）及其他活性氧，从而引起光合色素降解和光合机构的破坏，即发生光氧化。光氧化往往是光合作用光抑制遭受低温、干旱和高温等环境胁迫严重抑制的结果。
尽管早在19世纪中期就已经有一些类似光抑制现象的报告，可是在20世纪50年代以前，只有一些生态生理方面的研究，主要是观察比太阳光强几倍的强光对植物光合速率的影响。1956年，荷兰学者Kok首次提出“光抑制”（Photoinhibition）的概念。自20世纪80年代起，光抑制机理方面的研究逐渐增多，直到目前仍然还是国际热点课题。然而，由于光抑制的复杂性，其详细机理迄今还不很清楚。Osmond （1994）认为，光抑制是引起光合作用能量使用效率降低的一切过程，包括可逆的和不可逆的、短期的和长期的过程。根据光抑制条件解除后光合功能恢复的快慢不同，可分为快恢复和慢恢复的两种光抑制。前者主要与一些热耗散过程有关，而后者主要与光合机构的破坏相联系。
当植物吸收的光能超过光合作用本身所需要时，多余的激发能必须被耗散掉，才能保护光合机构免遭光破坏。有研究表明，在全太阳光下灌溉的棉花叶片约有25%激发能被用于碳同化，19%被光呼吸消耗，56%被热耗散掉。热耗散是植物一种重要的光保护机制，植物的热耗散主要有以下几种可能的机制：
（1）依赖叶黄素循环的能量耗散；
（2）依赖PSII反应中心可逆失活的能量耗散；
（3）依赖围绕PSII循环电子流的能量耗散；
（4）依赖跨类囊体膜质子梯度的能量耗散。
在自然条件下,高等植物生活在时刻大幅度变化的外界光环境中，但又不能像动物一样逃离不良的生存环境。因此，在漫长的进化过程中形成了一套既可以适应弱光，又可以防止或减轻强光破坏的机制，除上述的多种热耗散过程外，还有下列的一些机制：
（1）通过叶片、叶绿体的避光运动和叶片表面长毛或积累盐等减少光吸收；
（2）通过光合机构的状态转化减少光能向PSII分配；
（3）通过加强光合电子传递和光合关键酶Rubisco等含量提高叶片的光合能力；
（4）通过提高光呼吸或Mehler反应加强耗能代谢；
（5）清除活性氧；
（6）修复D1蛋白。
在过去的相当长一段时间内，不少人把光抑制和光合机构的破坏联系在一起，把光抑制等同光破坏。事实上光抑制的原因并不总是光破坏，而且光破坏仅仅在极端的环境中或人为条件下才发生。由于光抑制条件解除后的数分钟至数小时，光合功能便可恢复。 1988年，Krause 和Qquist就分别提出，可以把光抑制看作一个可以控制的保护机制，用于耗散过量的光能，使光合机构遭受的破坏最小。在自然条件下，光合机构的光破坏常常是光和其他严重的环境胁迫如低温、干旱或营养亏缺、环境污染等共同作用的结果。例如，在低温甚至冰冻条件下，低温不仅抑制了光合作用造成光能过剩，而且也抑制了多种保护系统和修复过程的有效运转，以至光合机构中关键组分破坏、降解速率超过其合成、修复速率，导致短期内难以恢复的破坏发生。
总之，在没有强光外的其他严重的环境胁迫的自然条件下，光抑制主要是一种或几种热耗散过程加强运转的反映，而不是光合机构遭受破坏的结果。光破坏往往是严重环境胁迫因素抑制光合作用、抑制保护系统和修复过程，从而使光合机构的降解速率超过合成、修复速率的结果。在光抑制的分子机理研究中，近年来人们的研究兴趣已经由光合机构的光破坏逐步转移到光破坏的防御。虽然不断有新进展，但是其中需要研究的问题还很多，例如PSII反应中心的可逆失活及其能量耗散机理等。（彭长连）
4、稳定性碳同位素
碳是重要的生命元素，自然界C有12C、13C和14C三种形式存在，其中12C占98.89%, 13C占1.11%，而14C则相对很低，其丰度只占C总量的10-12。12C的原子核含有6个质子和6个中子，由于13C和14C比 12C分别多1和2个中子，而质子数相同，在元素周期表上占同一位置，故称为C的同位素。放射性14C同位素放射β射线，进入植物体内参与碳素代谢与组织建成，其放射性会自行脱变而逐渐减弱，半衰期为5730年。利用这个特点可以进行植物代谢活动的示踪研究以及考古或古环境年代学测定。两种稳定性同位素12C、13C具有不同的物理化学性质，如在气相、液相中的传导速率、化学键强度和参与化学反应的速度略有差别。研究表明，空气中13CO2的扩散速度较12CO2慢，光合作用过程中关键羧化酶Rubisco及PEPCase在同化CO2时优先利用12CO2，但这两种酶对13CO2的利用存在不同的选择性甄别或分馏作用（discrimination）。因此，植物体内各种含碳组分及其通过不同生化途径衍生的化合物之间碳同位素比率出现不同程度的差别，且与植物的生理特性和环境条件密切相关。分析不同类型植物材料的稳定性碳同位素成分的差别已成为研究生理活动特性的指标和研究生态系统中种间关系、化合物和能量移动规律等的有效手段。受到植物生理学、生态学、农学和地球化学工作者的广泛关注。
由于自然界稳定的13C同位素与12C相比含量极低，因此以其绝对丰度来表示植物组织和某一化合物C同位素组成的差异十分不便，目前国际上通用的方法是用相对量来表示两种C同位素成分的丰度，通过与标准物质的13C/12C作比较而计算被测样品δ13C值。
稳定性碳同位素的应用有：（1）利用碳同位素比技术揭示植物光合作用途径。目前, 利用δ13C值区别植物的光合途径, 已被认为是一种灵敏、准确有效的方法, 得到了广泛的应用。 已确定C3植物的δ13C值为-20‰至-35‰，平均为-26‰；C4植物：-7‰ 至-15‰，平均为-12‰；CAM植物：-10‰至-22‰，平均为-16‰。可见，C4植物与CAM植物中含有较多的13C。C3植物与C4植物间的δ13C值相差达-14‰，CAM的δ13C值介于两者之间。分析同一种植物叶片生长发育、衰老过程中δ13C值的变化动态还可阐明不同生育期叶片中C素同化途径的运行状态。（2）利用碳同位素比技术研究植物的水分利用效率。（3）利用碳同位素比技术研究全球变化。（4）利用碳同位素比技术研究农作物的产量与抗逆性。（彭长连）
5、胞质前体蛋白转运机理
叶绿体虽然拥有自己的DNA和核糖体, 能够合成蛋白质。但是，叶绿体中大约有2/3的蛋白质是要依赖于核基因编码，在细胞质游离的80s核糖体（free 80s ribosome）参与下合成前体多肽(precursor polypeptide)，然后再分别进入到叶绿体的外被膜 (outer envelope membrane)、内被膜(inner envelope membrane)、膜间隙（intermembrane space）、基质(stroma)、类囊体膜(thylakoid membrane) 和类囊体腔（thylakoid lumen）等不同位点。这些在细胞质中合成的前体多肽转移到叶绿体后，与叶绿体蛋白结合形成完整的机能蛋白。
在细胞质中合成的叶绿体蛋白超过40种以上，这些蛋白质包括Rubisco小亚基、Rubisco活化酶和Calvin循环其它所有的酶类等等。
除了插入在叶绿体外膜上的胞质蛋白之外，其余的胞质叶绿体蛋白都含有一条引导肽（transit peptide），也叫额外的氨基酸（extra amino acid）。引导肽位于前体蛋白的N末端,由29-100个氨基酸组成。引导肽可以分为两类，一类为亲水性引导肽（hydropilic transit peptide）,另一类为两亲性引导肽（amphiphilic transit peptide）。
插入到外被膜上的蛋白缺乏引导肽，转运过程不需要ATP；而转移到内被膜上的前体蛋白则刚好相反，它们具有一条引导肽，转移过程中需要ATP。胞质蛋白进入叶绿体可分为两步。一是胞质前体蛋白的引导肽依赖于胞质中的三磷酸核苷（NTP）水解所释放出的能量与膜上的脂类和蛋白质结合，然后与输入器（import apparatus）形成的蛋白质孔（proteinaceous pore）结合形成中间产物。膜上的输入器（import apparatus）由外膜蛋白又称叶绿体外被膜运输体（translocon of the outer envelop membrane of the chloroplast, Toc) 和内膜蛋白又称叶绿体内被膜运输体（translocon of the inner envelop membrane of the chloroplast,Tic）组成。在Toc和Tic之间结合着分子伴侣Hsp70IAP,它为前体蛋白质的跨膜运输充当分子伴侣作用，可能提供一种驱动力。二是位于被膜上的胞质前体蛋白—受体中间产物，依赖于胞质、膜间和基质中的NTP (<100umol) 水解所产生的能量跨过被膜运输到叶绿体基质，在基质加工肽酶（stromal processing peptidase, SPP）作用下，剪去引导肽变为成熟的基质机能蛋白。而另一些作为类囊体中的机能蛋白则以前体蛋白的形式继续转运到类囊体中。
由核编码的胞质前体蛋白通过叶绿体被膜后，将继续通过基质进入类囊体中，进入的途径有3条。第一条途径是：由胞质中进入叶绿体基质中放氧蛋白复合体（oxygen-evolving complex ,OEC）33-kDa亚基（OEC33）和PC, 分别与一种可溶性蛋白CPSecA(E.coil SecA protein)结合，利用ATP水解所释放出的能量，并通过叶绿体基质与类囊体腔之间的pH 梯度（ΔpH）的激发作用，使OE33／PC进入类囊体腔，在腔肽酶（lumenal peptidase）作用下，切去引导肽，变为腔中的蛋白质。第二条途径是：已进入基质中的光系统Ⅱ放氧蛋白复合体—17 kDa (OEC17)和23 kDa (OEC23) 亚基依赖于类囊体膜上ΔpH的激发作用，跨过类囊体膜进入到类囊体腔，同样在腔肽酶作用下切去引导肽，加工为成熟的蛋白质。第三条途径是已进入基质中的LHCP（捕获光能的叶绿素结合蛋白）与基质因子—一种信号识别颗粒（signal recognition particle,SRP）54kDa亚基的叶绿体同系物（核糖核蛋白复合体）结合，利用GTP水解释放的能量，并依赖于类囊体膜上的ΔpH差的激发作用，使LHCP插入到类囊体膜上。(李娘辉)
6、能源植物
能源危机是当今世界面临的巨大挑战。据统计，若按目前已探明的能源估算，煤炭资源尚可开采100年，石油30－40年，天然气50－60年。生态危机也是当今社会面临的另一巨大挑战。环境污染、温室效应、生物多样性降低、荒漠化等诸多生态问题，严重影响国家的安全和发展，威胁人类的生存。与发达国家一样，我国也同样面临能源短缺和环境污染两大问题。我国石油储量是世界的2％，而消费量是世界第二，进口依靠度近40％；SO2和CO2的排放量也分居世界的第一位和第二位。
在1973年，石油输出国临时停止向美国出口石油。诺贝尔奖金获得者梅尔文﹒卡尔文教授通过考察和研究，认为橡胶树光合作用产生的碳水化合物会变成碳氢化合物胶汁，其他植物的光合产物也可能变成类似石油的物质，于是提出能源植物（energy plant）这个名词。能源植物是指直接用于提供能源为目的的植物，经提取或适当加工可制造燃油和燃气。他在巴西发现橡胶树，其胶汁实际上是石油；在美国加州大面积种植石油植物（如黄鼠草），获得成功，俟后开发和研究能源植物的浪潮风行全球。
种植能源植物，不只是为人类解决能源危机提供了新希望，更重要的是与其他能源相比，能源植物具有下列优点：（1）绿色洁净能源，保护环境；（2）就地种植，就地取材，无需勘探、提炼、长途运输，成本低；（3）一次种植，多次利用，是可再生性的能源；（4）比核电等能源安全，不会爆炸、泄漏；（5）世界各国各自开发能源植物，能维持各国能源的独立性，减少对石油市场的依赖性。
能源植物有3类：（1）富含类似石油成分（烃类）的植物，例如续随子、绿玉树、橡胶树、三角戟等，这些植物能生产低分子量的碳氢化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。（2）富含碳水化合物的植物，如甘蔗、玉米、高梁、木薯、甘薯、芒草等，含有较多糖分、淀粉或纤维素等，都是生产乙醇的好原料。（3）富含油脂的植物，如棕榈、苍耳子、桂北木姜子、油桐以及大豆、油菜籽等的油分可加工作柴油用。
我国幅员辽阔，能源植物资源丰富多样。有开发潜力的能源木本植物有以下几种：①小桐子（Jatropha curcas L．）又名麻疯树。大戟科麻疯树属落叶灌木或小乔木，种子含油量40％～60％，一亩树籽产量500公斤柴油，分布于我国云南、四川、广东、广西、海南等地。②油楠 (Sindora glabra)，又名柴油树，苏木科多年生热带珍稀常绿大乔木，在树干上钻个5cm的孔，2～3h后即可流出5～10升黄色油液，一棵大树一年可产生柴油几十公斤，该植物分布于海南省南部、中部和西南部。③ 光皮树(Cornus wilsoniana Wangen)，山茱萸科涞木属落叶灌木或乔木，干果含油率33％～36％，出油率25％～30％，每株大树产油15公斤以上，黄河流域至西南各地均有分布。④绿玉树（Euphorbia tirucalli L.），别名光棍树，大戟科大戟属直立灌木或小乔木，树干中的白色乳汁含碳氢化合物很高，可制取石油。⑤多花山竹子（Carcinia multillora Khamp），别名山桔子，藤黄科藤黄属，乔木或灌木，种子含油量15％～22％，分布于台湾、广东、海南、广西、江西、福建、贵州等省区。⑥黄连木（Pistacia chinensis），漆树科黄连木属落叶乔木，种子含油率达42.5％，分布于长江中下游及华北、西南各地。
我国较好的草本能源作物有：甜高梁，我国自行培育，每天每公顷合成的碳水化合物可产6吨乙醇，耐旱，耐盐碱。糖用甘蔗，能源甘蔗（甘蔗和热带能源植物杂交选育而成，生物产量比糖用甘蔗高一倍左右，我国福建研究中）、玉米、木薯、苜蓿等能源作物的碳水化合物含量高，可制造乙醇。芒草的纤维素含量高，可发酵成乙醇。（潘瑞炽、彭长连）
7、生物能源
生物能源（bioenergy）是植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存于生物体内的能量。农作物、树木及其残体、畜禽粪便等有机物废弃物都是生物能源的原材料。
早在上世纪70年代的全球能源危机中，美国和巴西以玉米和甘蔗生产的燃料乙醇崭露头角，欧洲以油菜生产生物柴油，以林业废弃物固化成型燃料，以及沼气发电等都取得了成功，为古老的生物质产业洞开了一个新的替代性能源窗口，窥视到一片生机盎然的绚丽前景。
近年，我国一些科学家提出：要解决“三农”问题，需要开辟“第三战场”。他们认为，第一战场是基础农业战场。几千年来，传统农业一直从事着稻麦棉、猪牛羊等初级农产品的生产，满足人类生活的基本需要，产量低，成本高。第二战场是农产品加工生产。工业化社会里，农业在提供农产品的同时，又以棉毛丝麻、烟酒茶糖、果菜皮革等农产品向着食品工业和轻工业方面延伸，把农业生产与国内外市场连接起来，生产有较大的发展。第三战场是利用生物生产能源。农产品经过加工，生产出生物质产品和化工能源产品，并减少污染。这种农业、能源和环保并举的第三战场，产品附加值高，市场潜力无限，农业增效，农民增收。种植业不再是粮经饲三元结构，而是粮经饲能四元结构。
据了解，我国现有农业资源浪费严重。每年有2亿吨枯杆露地燃烧，25亿吨畜禽粪便污染环境，近2亿亩农田因覆盖塑料地膜使土壤肥力衰减；此外，尚有1亿多公顷（稍少于现耕地面积）不易垦为农田，但可种植为高抗逆性的能源植物的边际地土地。因此，生物能源的开发利用，不止缓解我国能源短缺，而且治理有机废弃物燃物，还可以保护生态环境，把“黑色能源”转变为“绿色能源”。我国生物能源丰富，如能利用现有资源的一半，生物质产业年产值可近万亿元。我国科技部已将生物质产业列入国家中长期科学技术发展规划之中。
我国生物质能源产业刚刚起步，但势头很好。年产30万吨燃料乙醇装置已在河南、吉林、安徽等省运行，自行培育，高抗逆性乙醇产量高的甜高粱已在新疆、内蒙古等地种植，含油率高的麻疯树已大面积在西南地区栽种。此外，沼气生产和应用是我国的强项。根据我国农业生态区域资源特点，可建设不同地区、不同主体的绿色油田：东北绿色油田——甜高粱和林区废弃物，西北绿色油田——旱生灌草和甜高粱，华北绿色油田——甜高粱，西南绿色油田——麻疯树和甜高粱，东南绿色油田——多种木本和草本植物。
有人担心生物能源是否和粮食生产有矛盾。专家认为，粮食作物和能源作物有很好的互补性。首先，能源作物（如甜高粱、玉米、甘蔗等）大都是高产作物，既满足粮食的需要，又是很好的能源作物。其次，能源农业开发的领域大多是利用农业生产中的废弃物，如养畜场粪便，农产品加工企业的废水、废物，开发能源，增加农民收入，又能为粮食生产提供优质肥料，生产清洁能源，获得粮食、能源双赢局面。（潘瑞炽）
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Blankenship R E. Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Science Ltd. London, 2
Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL主编. 瞿礼嘉，顾红雅，白书农，赵进东，陈章良 主译. 植物生物化学与分子生物学. 科学出版社, 2004
蒋高明主编. 植物生理生态学. 高等教育出版社, 2004
匡廷云主编. 原初光能转化过程的原理与调控. 江苏科学技术出版社, 2003
林植芳. 稳定性碳同位素在植物生理和生态学中的应用及发展前景. 植物生理学通讯, ~6
沈允钢. 地球上最重要的化学反应-光合作用. 清华大学出版社, 暨南大学出版社, 2000
沈允钢, 施教耐, 许大全. 动态光合作用. 科学出版社, 1998
徐春和,魏家绵. 光合作用. 20世纪中国学术大典, 生物学卷. 钱迎倩, 王亚辉主编, 福建教育出版社, 2004
许大全. 光合作用效率. 上海科学技术出版社, 2002}