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光合作用是地球上最重要的生物化学过程之一。绿色植物通过叶绿体中的叶绿素吸收太阳光能，将大气中的二氧化碳和根部吸收的水分子结合，合成葡萄糖等有机物，同时释放氧气。这个过程不仅为植物自身提供能量，也为地球上几乎所有生命提供了食物和氧气。
光合作用包含两个相互关联的阶段。第一阶段是光反应，发生在叶绿体的类囊体膜上，需要光能参与。在这个阶段，叶绿素吸收光能，水分子被分解产生氧气，同时生成ATP和NADPH这两种高能化合物。第二阶段是碳反应，也称为卡尔文循环，发生在叶绿体基质中。这个阶段利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳固定并还原成葡萄糖等有机物。
光反应阶段是光合作用的第一步，发生在叶绿体的类囊体膜上。当阳光照射到叶绿素分子时，叶绿素被激发并释放高能电子。同时，水分子在光能作用下发生光解，分解为氢离子、电子和氧气。释放的电子通过电子传递链传递，驱动ATP合酶产生ATP。最终形成的NADPH和ATP为下一阶段的碳反应提供能量，而氧气作为副产物释放到大气中。
碳反应阶段，也称为卡尔文循环，发生在叶绿体基质中，不直接需要光能。这个循环包括三个关键步骤：首先是碳固定，二氧化碳与五碳化合物RuBP结合形成六碳中间产物；然后是还原阶段，利用光反应产生的ATP和NADPH，将三磷酸甘油酸还原成三磷酸甘油醛；最后是再生阶段，部分三磷酸甘油醛重新形成RuBP，维持循环继续。经过六次循环，最终合成一分子葡萄糖。
光合作用对地球生命具有极其重要的意义。它是地球大气中氧气的主要来源，为所有需氧生物提供了呼吸所需的氧气。同时，光合作用是整个食物链的基础，植物通过光合作用制造的有机物为所有生物提供食物和能量。此外，光合作用还维持着大气中二氧化碳和氧气的平衡，调节地球的气候。可以说，没有光合作用，就没有今天丰富多彩的生物世界。