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植物光合作用是绿色植物利用光能，将二氧化碳和水转化为储存能量的有机物，主要是葡萄糖，并释放氧气的过程。这是植物制造自身养分的基本方式，也是地球上大部分生命能量的最初来源。
光合作用主要发生在植物细胞内的叶绿体中。叶绿体是一种特殊的细胞器，含有叶绿素。叶绿素是光合作用的关键物质，它能够吸收太阳光中的光能，并将其转化为化学能，为后续的化学反应提供能量。叶绿体内部有许多类囊体，叶绿素分子就镶嵌在类囊体膜上，这是光能被捕获的地方。
光合作用分为两个主要阶段：光反应和暗反应。光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，这一过程中，叶绿素捕获光能，分解水分子产生氧气，同时将光能转化为化学能，以ATP和NADPH的形式储存。暗反应，也称为卡尔文循环，发生在叶绿体基质中，利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳固定并转化为葡萄糖等有机物。这两个阶段紧密协作，共同完成将光能转化为化学能的过程。
光合作用的总反应式可以表示为：六分子二氧化碳加六分子水，在光能的作用下，生成一分子葡萄糖和六分子氧气。这个过程受多种环境因素影响。光照强度增加时，光合速率先快速上升，达到光饱和点后趋于平稳。二氧化碳浓度增加也会提高光合速率，但同样存在饱和点。温度则存在一个最适范围，过高或过低都会抑制光合作用。此外，水分供应和叶绿素含量也是影响光合作用效率的重要因素。
光合作用对地球生态系统至关重要。首先，它为地球提供了大量氧气，维持了大气成分的平衡，使需氧生物能够生存。其次，光合作用是地球上几乎所有生命能量的最初来源，通过食物链传递给其他生物。此外，光合作用还能固定大气中的二氧化碳，减缓温室效应。在应用方面，人类通过优化光合作用条件来提高农作物产量，开发生物能源，利用植物进行环境治理，甚至研究人工光合作用技术，以期解决能源和环境问题。