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每种生物都在自然界中扮演着重要的角色,维护着整个脆弱的地球生态圈。或许未来的人类可以藉由先进的科技独自生存,不需要依赖其他生物,但是现在,所有动物包括人类,都属于复杂生物链中消费者的角色。消费者并不能直接把无机分子转变为含有化学能的有机分子,因此无法自给自足,必须藉由摄取其他消费者或生产者(也就是光合生物,如植物)以获得生长所需的能量。
光合作用是最重要的生物反应之一;绝大多数地球上的生物都是直接或间接受益于光合作用的产物;光合作用也是地球上碳氧循环中非常重要的步骤。可进行光合作用的生物包括光合细菌、浮游光合生物、藻类及植物,它们可以把光能转换为化学能。简单来说,光合作用以二氧化碳和水为原料,由阳光供给能量,合成含有化学能的碳水化合物。
藻类与细菌的光合作用
演化早期的光合作用系统始于厌氧细菌,由化石证据推测,可能开始于34 亿年前,绿硫菌、紫硫菌等光合细菌利用菌体叶绿素吸收光能,以硫化氢等还原性有机物作为氢及电子供给者,生成葡萄糖及硫,但不会释出氧气。而大气中的氧气主要来自于至少23亿～24亿年前出现的产氧性光合作用,随着蓝绿藻的出现,光合作用进入新的阶段。
蓝绿藻没有细胞核,构造类似细菌,具有红、黄、绿、褐、黑等丰富多变的颜色。它的颜色来自体内色素:叶绿素、叶黄素、胡萝卜素和藻胆素(如藻蓝素、藻红素等,具有类似高等植物叶绿体的类囊体构造)。蓝绿藻以水作为氢及电子的供应者,光合作用释放出来的氧气逐渐改变了大气的组成,能量利用效率更高的蓝绿藻渐渐具有生存优势。蓝绿藻称霸地球约20 亿年,之后其他藻类逐渐出现,演化出不同的叶绿素及其他色素。
藻类与人类
藻类在生态系统中扮演初级生产者的角色,是其他初级消费者如鱼、虾等的主要食物来源。藻类对人类也有许多重要的贡献,例如大气中50%的氧是由藻类光合作用产生的。此外,许多藻类一直是人类餐桌上的佳肴,如海带、紫菜等。果冻中所使用的洋菜,就是萃取自红藻细胞壁的多醣类。
近年来,藻类更跃升为健康食品,经由人工大量培育,制成锭剂或添加于食物中,如超市中常见的螺旋藻食品就来自蓝绿藻家族。
藻类族群对人类生活也有很大的影响。水域会因氮、磷过量累积而优养化,而人为的优养化主因源自肥料或清洁剂排放,污染河川或湖泊。这些含氮、磷的成分对藻类无疑是一顿大餐,刺激藻类大量增生,产生藻华现象。
一旦环境中空间不足或养分消耗殆尽,加上光线无法穿透表层聚集的藻类,造成位于较下层的藻类无法进行光合作用而死亡,或因夜间藻类进行呼吸作用,造成水中含氧量急速下降,使较封闭的水体中鱼贝类窒息死亡。这些死亡的藻类或鱼贝尸体滋生大量细菌,加剧水质恶化,降低水域中生物族群的多样性,增加水库净水成本,也造成养殖渔业的损失。
另外,引发红潮的甲藻,或称涡鞭毛藻,也令许多爱吃海鲜的人闻之色变,但并非每一种涡鞭毛藻都会产生毒素。红潮对海洋生物的影响主要是导致海水缺氧,使鱼类因缺氧或鳃阻塞而死亡。部分产生毒素的甲藻品种会导致鱼类和海洋无脊椎动物死亡,有些滤食性的生物虽不会直接受到毒害,但毒素会在体内累积,导致人类食用后中毒。
陆生植物的光合作用
数亿年前地球大气的含氧量已达到现在大气的10%,其中一部分位于大气层上层的氧气,受到紫外线催化形成臭氧,产生的臭氧层滤除危险的紫外线,海洋中的生物才能登上陆地,即光合生物演化出陆生苔藓植物、蕨类植物及种子植物。
陆生高等植物的光合作用发生于叶肉组织细胞内的叶绿体,光合反应则在叶绿体中的囊状堆栈构造(也就是类囊体)中进行。叶绿体色素主要吸收红光及蓝光进行反应,绿光区域多不被吸收而直接反射,因此光合作用旺盛的叶子都是翠绿色。
收集光能反应单元称为光合系统,可分为PSI 及PSII 。PSII 最大量吸收的是波长680 nm 的光波, PSI 最大量吸收的是波长700 nm 的光波。光反应最终的产物是ATP与NADPH,这两种分子把光能转换成可贮藏的化学能,用于接下来的碳固定暗反应中,提供碳水化合物合成必需的能量。暗反应则是在叶绿体基质中合成醣类,这反应又称为卡尔文循环。它把大气中的二氧化碳固定合成碳水化合物,再经由生物体内各种化学反应合成更复杂的有机分子。
植物与人类
和人类生活息息相关的植物种类繁多,五谷杂粮提供每日所需的淀粉,蔬果是维他命及矿物质的重要来源,豆科植物含有丰富的胺基酸,可以补充所需的蛋白质。用来榨油、炼糖与香辛调味料的植物,更是烹调美味食物不可缺少的推手。
提神醒脑的茶与咖啡,带有恋爱滋味的巧克力,都是植物制品。棉、麻是纺织业重要原料, 竹、蔺草、藤蔓的纤维常用于席垫、家居编织用品。高大的树木如松、桧,质地坚硬且芳香,是最天然的建材。木制家具带有的美丽木纹为居家生活带来温暖色泽,观赏植物则能点缀都市及居家环境。
以植物为原料的纸类,更是每天必须用到的生活必需品,仕女爱用的香水及保养品中,很多原料也来自植物的萃取物。山坡地上完整的植被及森林,可以涵养水资源,巩固土壤,避免台风及雨季发生土石流,在假日也是人类与大自然亲近享受森林浴的好去处。
新药的开发必须配合现有化学合成及酵素反应,修饰具药效的分子,并配合实验分析新分子的药效。然而收集统计足量的临床数据,不仅耗时且需庞大资金,加上病原快速变异及高龄化社会问题激增,使新药研发产生供需不平衡的状态。传统草药由于已累积多年临床使用经验,可望缩短新药开发时间;加上崇尚天然风气渐起,天然保健食品开始受到重视,各大知名药厂及产业龙头纷纷投入研发工作,试图从植物草药中找出灵丹。
人类生活大量使用化石原料,如交通工具用油、发电、塑料产品、家用瓦斯都属于这一类。形成石油和天然气需要几千万年的时间,依照化石原料存量及人类使用的速率,除了厉行节约化石能源、提高热功转换效率外,开发新能源已是刻不容缓。
大量使用化石燃料所释出的二氧化碳,已造成温室效应并引起全球性的气候变迁,使得地球生存环境日益恶化。
许多科学家开始研究替代能源,最先出现的产品是太阳能板,可以直接把光能转换为电能,已取代电池应用于小型电子产品上,更大型的太阳能发电及车辆也在积极研发量产中。另外,利用植物吸收太阳能固定二氧化碳,再利用这些碳水化合物制成燃料,如发酵产生酒精或以种子、藻类提炼油脂制造生质柴油,虽仍需经过燃烧步骤,但对大气中二氧化碳的总含量并无影响。在能源短缺的未来,这些取之不尽又对环境友善的新能源会是明日之星。
植物参与我们生活的衣、食、住、行、育、乐,在读完这篇文章后,当你低头看见脚边的小草、花团锦簇的花园、身旁的大树和水族箱里的水草时,心中会不会对生活中有它们的相伴多了一分新的感受?这些生产者的存在使动物得以生生不息,在生理及心灵层面丰富了我们的生命,更把地球妆点得多姿多彩。
光合作用是最重要的生物反应之一;绝大多数地球上的生物都是直接或间接受益于光合作用的产物;光合作用也是地球上碳氧循环中非常重要的步骤。可进行光合作用的生物包括光合细菌、浮游光合生物、藻类及植物,它们可以把光能转换为化学能。简单来说,光合作用以二氧化碳和水为原料,由阳光供给能量,合成含有化学能的碳水化合物。
藻类与细菌的光合作用
演化早期的光合作用系统始于厌氧细菌,由化石证据推测,可能开始于34 亿年前,绿硫菌、紫硫菌等光合细菌利用菌体叶绿素吸收光能,以硫化氢等还原性有机物作为氢及电子供给者,生成葡萄糖及硫,但不会释出氧气。而大气中的氧气主要来自于至少23亿～24亿年前出现的产氧性光合作用,随着蓝绿藻的出现,光合作用进入新的阶段。
蓝绿藻没有细胞核,构造类似细菌,具有红、黄、绿、褐、黑等丰富多变的颜色。它的颜色来自体内色素:叶绿素、叶黄素、胡萝卜素和藻胆素(如藻蓝素、藻红素等,具有类似高等植物叶绿体的类囊体构造)。蓝绿藻以水作为氢及电子的供应者,光合作用释放出来的氧气逐渐改变了大气的组成,能量利用效率更高的蓝绿藻渐渐具有生存优势。蓝绿藻称霸地球约20 亿年,之后其他藻类逐渐出现,演化出不同的叶绿素及其他色素。
藻类与人类
藻类在生态系统中扮演初级生产者的角色,是其他初级消费者如鱼、虾等的主要食物来源。藻类对人类也有许多重要的贡献,例如大气中50%的氧是由藻类光合作用产生的。此外,许多藻类一直是人类餐桌上的佳肴,如海带、紫菜等。果冻中所使用的洋菜,就是萃取自红藻细胞壁的多醣类。
近年来,藻类更跃升为健康食品,经由人工大量培育,制成锭剂或添加于食物中,如超市中常见的螺旋藻食品就来自蓝绿藻家族。
藻类族群对人类生活也有很大的影响。水域会因氮、磷过量累积而优养化,而人为的优养化主因源自肥料或清洁剂排放,污染河川或湖泊。这些含氮、磷的成分对藻类无疑是一顿大餐,刺激藻类大量增生,产生藻华现象。
一旦环境中空间不足或养分消耗殆尽,加上光线无法穿透表层聚集的藻类,造成位于较下层的藻类无法进行光合作用而死亡,或因夜间藻类进行呼吸作用,造成水中含氧量急速下降,使较封闭的水体中鱼贝类窒息死亡。这些死亡的藻类或鱼贝尸体滋生大量细菌,加剧水质恶化,降低水域中生物族群的多样性,增加水库净水成本,也造成养殖渔业的损失。
另外,引发红潮的甲藻,或称涡鞭毛藻,也令许多爱吃海鲜的人闻之色变,但并非每一种涡鞭毛藻都会产生毒素。红潮对海洋生物的影响主要是导致海水缺氧,使鱼类因缺氧或鳃阻塞而死亡。部分产生毒素的甲藻品种会导致鱼类和海洋无脊椎动物死亡,有些滤食性的生物虽不会直接受到毒害,但毒素会在体内累积,导致人类食用后中毒。
陆生植物的光合作用
数亿年前地球大气的含氧量已达到现在大气的10%,其中一部分位于大气层上层的氧气,受到紫外线催化形成臭氧,产生的臭氧层滤除危险的紫外线,海洋中的生物才能登上陆地,即光合生物演化出陆生苔藓植物、蕨类植物及种子植物。
陆生高等植物的光合作用发生于叶肉组织细胞内的叶绿体,光合反应则在叶绿体中的囊状堆栈构造(也就是类囊体)中进行。叶绿体色素主要吸收红光及蓝光进行反应,绿光区域多不被吸收而直接反射,因此光合作用旺盛的叶子都是翠绿色。
收集光能反应单元称为光合系统,可分为PSI 及PSII 。PSII 最大量吸收的是波长680 nm 的光波, PSI 最大量吸收的是波长700 nm 的光波。光反应最终的产物是ATP与NADPH,这两种分子把光能转换成可贮藏的化学能,用于接下来的碳固定暗反应中,提供碳水化合物合成必需的能量。暗反应则是在叶绿体基质中合成醣类,这反应又称为卡尔文循环。它把大气中的二氧化碳固定合成碳水化合物,再经由生物体内各种化学反应合成更复杂的有机分子。
植物与人类
和人类生活息息相关的植物种类繁多,五谷杂粮提供每日所需的淀粉,蔬果是维他命及矿物质的重要来源,豆科植物含有丰富的胺基酸,可以补充所需的蛋白质。用来榨油、炼糖与香辛调味料的植物,更是烹调美味食物不可缺少的推手。
提神醒脑的茶与咖啡,带有恋爱滋味的巧克力,都是植物制品。棉、麻是纺织业重要原料, 竹、蔺草、藤蔓的纤维常用于席垫、家居编织用品。高大的树木如松、桧,质地坚硬且芳香,是最天然的建材。木制家具带有的美丽木纹为居家生活带来温暖色泽,观赏植物则能点缀都市及居家环境。
以植物为原料的纸类,更是每天必须用到的生活必需品,仕女爱用的香水及保养品中,很多原料也来自植物的萃取物。山坡地上完整的植被及森林,可以涵养水资源,巩固土壤,避免台风及雨季发生土石流,在假日也是人类与大自然亲近享受森林浴的好去处。
新药的开发必须配合现有化学合成及酵素反应,修饰具药效的分子,并配合实验分析新分子的药效。然而收集统计足量的临床数据,不仅耗时且需庞大资金,加上病原快速变异及高龄化社会问题激增,使新药研发产生供需不平衡的状态。传统草药由于已累积多年临床使用经验,可望缩短新药开发时间;加上崇尚天然风气渐起,天然保健食品开始受到重视,各大知名药厂及产业龙头纷纷投入研发工作,试图从植物草药中找出灵丹。
人类生活大量使用化石原料,如交通工具用油、发电、塑料产品、家用瓦斯都属于这一类。形成石油和天然气需要几千万年的时间,依照化石原料存量及人类使用的速率,除了厉行节约化石能源、提高热功转换效率外,开发新能源已是刻不容缓。
大量使用化石燃料所释出的二氧化碳,已造成温室效应并引起全球性的气候变迁,使得地球生存环境日益恶化。
许多科学家开始研究替代能源,最先出现的产品是太阳能板,可以直接把光能转换为电能,已取代电池应用于小型电子产品上,更大型的太阳能发电及车辆也在积极研发量产中。另外,利用植物吸收太阳能固定二氧化碳,再利用这些碳水化合物制成燃料,如发酵产生酒精或以种子、藻类提炼油脂制造生质柴油,虽仍需经过燃烧步骤,但对大气中二氧化碳的总含量并无影响。在能源短缺的未来,这些取之不尽又对环境友善的新能源会是明日之星。
植物参与我们生活的衣、食、住、行、育、乐,在读完这篇文章后,当你低头看见脚边的小草、花团锦簇的花园、身旁的大树和水族箱里的水草时,心中会不会对生活中有它们的相伴多了一分新的感受?这些生产者的存在使动物得以生生不息,在生理及心灵层面丰富了我们的生命,更把地球妆点得多姿多彩。