自元古宙起，地球上物種主要依靠產氧光合作用存活。光合生物（例如植物、綠藻和藍綠菌）藉助葉綠素吸收光譜中的藍紅波段，將水和二氧化碳轉化為碳水化合物和氧氣，效率達6%[2]。這些生產者通過光合作用製造的有機物，作為其他生物營養來源，形成能量流傳。對大多數生物而言，這是生存的關鍵。
此外，厭氧微生物（例如綠硫細菌和紫細菌）進行不產氧光合作用，利用菌綠素分解硫化氫產生碳水化合物和硫。而古菌鹽桿菌則利用視黃醛和視紫素衍生物吸收綠光，驅動離子泵合成三磷酸腺苷和化學能，不進行固碳反應。
儘管光合作用的部分機制仍不明確，其基本方程式已自19世紀獲得確認。
植物具備自營能力，能利用陽光進行光合作用，獲取生長所需的養分。關鍵媒介為葉綠體，在陽光作用下將二氧化碳和水轉化為葡萄糖，並釋放氧氣：
光合方程式
[6CO_2 + 6H_2O + 光能 → C_6H_{12}O_6 + 6O_2]
注意：兩邊水分子不等價，左邊水用於建造氧氣和提供電子，右邊水取自二氧化碳。為了區分，通常在右邊水分子右上角標記星號。
光合作用涉及兩種電子傳遞鏈：循環電子傳遞鏈和非循環電子傳遞鏈。
循環電子傳遞鏈：
- 從光系統2出發，產生三磷酸腺苷（ATP）和NADPH。
- 從光系統1出發，產生ATP。
非循環電子傳遞鏈：
- 從光系統2出發，釋放氧氣，產生ATP和NADPH。
- 從光系統1出發，利用質子通道蛋白（ATP合成酶）產生ATP。
固碳作用由一連串酶促反應組成。生物界有幾種固碳途徑，主要為卡爾文循環，但也有一些例外，例如綠硫細菌使用還原性三羧酸循環。
卡爾文循環：
- 反應發生在葉綠體基質。
- 主要途徑，由羧化、還原和再生三部分組成。
- 每六次循環生成一分子葡萄糖。
卡爾文循環歷史
二次大戰後，梅爾文·卡爾文的研究證明瞭CO2在光合作用中的固定。他們使用C14同位素標記，並通過雙向紙層析法分析放射性物質。
C3植物：
- 二氧化碳直接進入葉肉進行卡爾文循環。
- 維管束鞘細胞不含或含很少葉綠體。
C4植物：
- 二氧化碳首先通過特別途徑（哈奇-斯萊克途徑）固定。
- 維管束鞘細胞含有葉綠體，主要負責卡爾文循環。
- 這種途徑高效利用水分，適應乾旱熱帶環境。
光合作用是地球上碳循環的關鍵環節，為生物提供能量和有機物。儘管其機制仍有待探索，但其基本原理已成為生物學基礎。
光合作用佳里：台南農業的綠色奇蹟
前導
光合作用是植物生存的基礎，而台南佳里區素有「光合作用佳里」之稱。這裡得天獨厚的自然環境和農業技術，造就了蓬勃發展的光電產業和優質農產，為台灣農業帶來亮點。
佳里的光電產業
| 光電廠 | 容量 (MW) | 年發電量 (GWh) |
|---|---|---|
| 佳里光電廠 | 10.8 | 40 |
| 佳和光電廠 | 17.4 | 64 |
| 佳興光電廠 | 18.2 | 67 |
佳里光電產業發展迅速，主要歸因於以下因素：
- 理想日照條件：佳里年平均日照時數超過2,300小時，是全台前段班。
- 平坦且廣闊的土地：佳里地勢平坦，農地廣闊，適合設置大型光電場域。
- 政府政策支持：政府積極推動再生能源產業，提供補助和簡化法規審查流程。
佳里的農業奇蹟
甘蔗：
* 佳里是台灣最大的甘蔗產區，產量佔全台近三分之一。
* 2022年產量超過140萬公噸。
* 佳里生產的甘蔗品質優良，甜度高，是製糖和發酵產業的主要原料。
番茄：
* 佳里是全台最大的番茄產區之一。
* 品種豐富，包括聖女番茄、牛番茄、蜜寶番茄等。
* 佳里的番茄甜度高、肉質佳，深受消費者喜愛。
蔬菜：
* 佳里生產的蔬菜種類繁多，包括青椒、紅蘿蔔、小白菜、莧菜等。
* 採用温室栽培技術，確保全年供應新鮮蔬菜。
* 佳里的蔬菜農場普遍採用綠色農業管理方式，減少農藥和化肥的使用。
水產養殖：
* 佳里緊鄰海岸，水產養殖業發達。
* 主要養殖品種包括蝨目魚、烏魚、牡蠣等。
* 佳里養殖的水產品質優良，深受市場歡迎。
永續發展與展望
「光合作用佳里」不僅代表了農業的繁榮，更肩負著環境保護和永續發展的使命：
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光合作用精選早午餐菜單
光合作用精選早午餐店
- 綠色能源：光電產業帶來的再生能源，減少了碳排放，促進永續發展。
- 有機農業：佳里的農業正朝向有機化發展，減少農藥和化肥的使用，保護環境和人體健康。
- 農業多元化：多元化的農業型態有助於降低風險和提高產業競爭力。
- 智慧農業：佳里積極導入智慧農業技術，提高作業效率和產品品質。
「光合作用佳里」是台南農業的一抹亮點，更是台灣農業永續發展的典範。這裡的綠色奇蹟將持續書寫，為台灣帶來更美好的未來。