光合效率
正文
光合作用的機理研究，著重了解光合機構如何利用吸收到的光量子的能量分解水、釋放O2、固定 CO2並形成糖類或其他有機物。知道每一個光量子可以同化多少個CO2分子或釋放多少個 O2分子（這個數字稱為量子效率或量子產額）,有助於分析水的分解和CO2的同化有幾個步驟。光化學的當量定律規定，一個光量子最多引起一個分子（或電子）的變化，所以量子效率的最高值不能大於1，往往是小於1的一個分數。為了方便，常使用它的倒數-量子需要量，即同化一個CO2或釋放一個O2所需的光量子數。因為只有量子效率的最高數值或量子需要量的最低數值在生物學上才有理論意義，所以測定時要選擇最優條件，如活力高的植物材料，足夠高的 CO2濃度、最適的溫度等；並且用低光強，使葉綠素截獲光量子的速率不超過以後慢得多的暗反應速率，使光能都有效地用於光合作用。經多次測定得到的數值為8～12。光合作用過程中，每分解一個水分子，釋放一個O2分子，需轉移4個電子,而每個電子的轉移要通過兩個受激發的色素系統（光系統）接力進行，因而理論上量子需要量不會小於8。
對光合有效輻射（波長範圍大約為380～720納米）來說，量子效率（或量子需要量）的數值受波長的影響不大，因而便於不同顏色光下測定的數值的比較。但按能量計算時,則由於每一光量子的能量與波長成反比，1摩爾短波光所含能量比1摩爾長波光多,而同化1摩爾CO2所需的摩爾數卻相同，能量轉化效率就比長波光低。例如每個摩爾的波長為680納米的紅光和波長為420納米的紫光分別含能180千焦耳和297千焦耳，10摩爾則分別含1800千焦耳和2970千焦耳,卻都形成含熱量468.9千焦耳的1摩爾碳水化合物 (CH2O)，所以其能量利用率分別為26％和16％。白光包括從380～720納米的各種波長的光量子，其能量利用率約為20％，這是葉綠素所吸收的光量子的理論最高能量利用率。
農業和生態學關心的是照射到單位面積土地上的日光能中有多少被轉化成化學能，貯存在乾物質中。這個過程除上面所說最高量子效率轉化時無法避免的能量損失外，還受許多其他降低效率的因素的影響。下表是經依次計算各項因素的影響後的日光能轉化效率的數值。
光合效率田間作物植被在光合層建成後的最佳期間，日光能的利用率可達3～4％，整個植物生長季的光能利用率約為1～2％,全球表面平均則為0.1％，極端不利條件如沙漠、凍土地區接近於0。
對實際光能利用率的分析，有助於分析降低光能利用率的因素,估計其影響大小,並尋求克服這些因素以提高幹物質(生物量)積累的途徑。其中選擇適當的輪作制度和適宜的品種，增加水肥供應以加速葉面伸展，從而延長土地充分覆蓋的時期，是農業上的重要措施。在溫室內或薄膜覆蓋時，可更大程度地控制溫度，還可增加CO2，以進一步提高光能利用率。
