光合作用，即光能合成作用，是植物、藻類和某些細菌，在可見光的照射下，經過光反應和暗反應，利用光合色素，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉化為有機物，並釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。光合作用是一系列複雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環的重要媒介。光合作用是綠色植物利用葉綠素等光合色素和某些細菌（如帶紫膜的嗜鹽古菌）利用其細胞本身，在可見光的照射下，將二氧化碳和水（細菌為硫化氫和水）轉化為儲存著能量的有機物，並釋放出氧氣（細菌釋放氫氣）的生化過程。植物之所以被稱為食物鏈的生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物並且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物及細菌所貯存的能量，效率為10%至20%左右。對於生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環，光合作用是必不可少的。植物與動物不同，它們沒有消化系統，因此它們必須依靠其他的方式來進行對營養的攝取，植物就是所謂的自養生物的一種。

        對於綠色植物來說，在陽光充足的白天，它們利用太陽光能來進行光合作用，以獲得生長發育必需的養分。這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下，把經由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為澱粉等能源物質，同時釋放氧氣。可見，從葉綠素a吸收光能開始，就發生了電子的移動，形成了電子傳遞鏈，有了電子傳遞鏈，才能使得ATP合成酶將ADP和磷酸合成ATP. 因此，它的能量轉化過程為：光能→電能→不穩定的化學能（能量儲存在ATP的高能磷酸鍵）→穩定的化學能（澱粉等糖類的合成）注意：光反應只有在光照條件下進行，而只要在滿足碳反應條件的情況下碳反應都可以進行。也就是說碳反應不一定要在黑暗條件下進行。系統由多種色素組成，如葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等組成。

       其他的色素也能吸收過度的強光而產生所謂的光保護作用。在此系統裡，當光子打到系統裡的色素分子時，會如圖片所示一般，電子會在分子之間移轉，直到反應中心為止。反應中心有兩種，光系統一吸收光譜於700nm達到高峰，系統二則是680nm為高峰。反應中心是由葉綠素a及特定蛋白質所組成（這邊的葉綠素a是因為位置而非結構特殊），蛋白質的種類決定了反應中心吸收之波長。反應中心吸收了特定波長的光線後，葉綠素a激發出了一個電子，而旁邊的酵素使水裂解成氫離子和氧原子，多餘的電子去補葉綠素a分子上的缺。然後葉綠素a透過如圖所示的過程，生產ATP與NADPH（還原型輔酶）分子，過程稱之為電子傳遞鏈。

       類囊體中含兩類色素：葉綠素和橙黃色的類胡蘿蔔素，通常葉綠素和類胡蘿蔔素的比例約為3:1，chla與chlb也約為3:1， 在許多藻類中除葉綠素a,b外，還有葉綠素c,d和藻膽素，如藻紅素和藻藍素；在光合細菌中是細菌葉綠素等。葉綠素a,b和細菌葉綠素都由一個與鎂絡合的噗林環和一個長鏈醇組成，它們之間僅有很小的差別。類胡蘿蔔素是由異戊烯單元組成的四萜，藻膽素是一類色素蛋白，其生色團是由吡咯環組成的鏈，不含金屬，而類色素都具有較多的共軛雙鍵。全部葉綠素和幾乎所有的類胡蘿蔔素都包埋在類囊體膜中，與蛋白質以非共價鍵結合，一條肽鏈上可以結合若干色素分子，各色素分子間的距離和取向固定，有利於能量傳遞。類胡蘿蔔素與葉黃素能對葉綠素a,b起一定的保護作用。幾類色素的吸收光譜不同，葉綠素a,b吸收紅，橙，藍，紫光，類胡蘿蔔素吸收藍紫光，吸收率最低的為綠光。特別是藻紅素和藻藍素的吸收光譜與葉綠素的相差很大，這對於在海洋裡生活的藻類適應不同的光質條件，有生態意義。

　

　

       植物代謝。可以分為兩大方面 ，一方面是合成代謝——將光合作用產生的比較簡單的有機物通過一系列酶反應，組成更複雜的包括大分子的有機物如蛋白質，核酸、酶、纖維素等，構成植物身體的組成部分；或貯存物如澱粉、蔗糖、油脂，以供其生命活動中所需的能量。另一方面是分解代謝——把大分子的物質水解（或磷酸解）成為簡單的糖磷酯 ，再經過糖酵解形成丙酮酸，同時產生少量的ATP和還原的輔酶（NADH或NADPH）。

       植物的代謝產物，除二氧化碳和水向體外排出之外，其他廢物一般不排出體外，而是累積於液泡之中。液泡由液泡膜與原生質隔開，因而其中的有毒物質和不適宜的pH值不致傷害原生質。某些植物形成並積累多種特殊產物，稱為次生物質，其生理功能多不明。

       植物的代謝是按照遺傳基因的潛勢，在環境條件的制約下有序地進行的，隨著發育的進程而形成不同的器官，合成不同的物質。遺傳基因的負載者──脫氧核糖核酸 (DNA)和核糖核酸(RNA)，以及響應外界條件、調節體內生理活動的，和催化各種生物化學反應的酶，既是代謝的產物，又反過來影響代謝。因此植物代謝的內容極其廣泛。

        光合、呼吸與代謝　光合作用是綠色植物有機物質與能量的源泉。非光合器官以及黑暗中的光合器官都通過呼吸作用來利用光合產物中貯存的能量，並利用呼吸作用的中間產物形成各種複雜的有機化合物。顯示了植物的代謝的主要途徑和光合與呼吸在其中的地位。
　

       在生物化學的歷史上，曾經把從葡萄糖、果糖或其磷酸酯開始，經糖酵解和三羧酸(TCA)循環釋放C的整個過程看作呼吸作用，從而認為脂肪、氨基酸等類化合物都是從呼吸作用的中間產物衍生出來的。嚴格意義的呼吸則只包括二氧化碳的釋放（脫羧反應）和氧的吸收（末端氧化反應），而將導向二氧化碳釋放的反應看作降解代謝，其中的一些中間產物可轉而走向合成代謝,形成各種更複雜的、往往還原程度更高的化合物合成代謝中多處需要呼吸作用產生的腺甘三磷酸        (ATP)供能，因而整個代謝都與呼吸作用有密切的聯繫。

       除以光合作用產物己糖磷酸和蔗糖的形式經呼吸作用為代謝提供有機物和能量以外，代謝和呼吸還有其他聯繫和方式。光合系統提供的ATP，NADPH和還原的鐵氧還素可以推動綠色細胞中需要高能磷酸鍵或還原力的反應光合磷酸化提高能荷值後會抑制呼吸作用，和的中間產物經過轉氨作用可以形成氨基酸，如天門冬氨酸、丙氨酸、絲氨酸、甘氨酸。

代謝的多條途徑　植物代謝的各個部分，往往不止一條途徑。例如碳水化合物降解的途徑有糖酵解 (EMP)途徑和磷酸戊糖(HMP)途徑；呼吸鏈的電子傳遞有5條不同途徑，並且可以通過多種末端氧化酶把電子傳遞給氧氣。

       不同的代謝途徑同時存在於植物體內，但各途徑運行的速率並不相等，速率間的比例也不固定。在特定環境中,植物的代謝以哪一途徑運行,以及途徑之間的變化，依植物的種類和器官、生長發育的狀況及環境條件而定。例如:地下組織（根系）的EMP途徑-TCA循環比重較大，而地上組織 (莖、葉)則HMP途徑佔優勢。年幼的、生長旺盛的組織中,EMP途徑-TCA循環占主要地位，而老的組織則以 HMP途徑為主。這些不同途徑的中間物是植物體內不同的物質的代謝基礎，並且常與相應的生理過程密切相關。

　

　

       植物呼吸。同動物一樣，植物也進行呼吸，但沒有像鰓、肺那樣專門進行氣體交換的呼吸器官。分解代謝所形成的還原的輔酶或幾種簡單的有機酸，經過一系列的電子傳遞（呼吸鏈），最後把吸入的氧氣還原成水。電子傳遞和末端氧化是在線粒體內進行的。電子傳遞同時偶聯著ATP的形成，供應各種生命活動的能量需要。

       植物利用太陽能和無機物質,形成體內的有機物,並用於各種生命活動，同時排除廢物和多餘的能量的過程。代謝為一切生物所共有，植物獨特之處,在於自養性,即利用太陽光能，通過從二氧化碳、無機鹽和水合成各種含能有機物質，供其生命活動之需。植物的非光合器官，或在黑暗中的光合器官的生命活動，也靠利用現成的有機物，即葉片白天形成的光合產物及其中的能量，因而具有與其他生物相似的呼吸代謝及承擔呼吸的細胞器──線粒體。

       植物在有氧條件下 ，將有機化合物氧化 ，產生CO2和水的過程。此過程中產生的能量可以部分地用於各種生命活動，植物組織在供氧不足或無氧時，其中的有機物可以部分分解，產生少量 CO2 並釋放少量能量。這就是發酵作用，有時又稱為無氧呼吸。與此相區別，氧氣供應充分時的呼吸也稱為有氧呼吸。三碳植物中的綠色部分，在光下以二磷酸核酮糖的氧化產物乙醇酸為底物，繼續氧化，產生CO2，這個過程稱為光呼吸。

       植物雖靠光合作用提供能量形成有機物，但非綠色部分（以及處於黑暗中的綠色部分）都是通過呼吸作用，將光合產物中的化學能釋放出來，以 ATP中高能鍵的形式供各種生理活動之用，其基本反應與動物及微生物的相似，而且電子傳遞和磷酸化也在線粒體上進行。與高等動物不同之處在於：植物葉片扁而薄、氣孔眾多，與大氣間氣體交換方便，除沼澤植物如水稻有通氣組織之外，沒有肺鰓等呼吸器官。

       呼吸速率因植物種類、發育時期和生理狀態而異。幼嫩的、旺盛生長著的組織呼吸速率高，長成的和衰老的組織呼吸速率低；生殖器官的呼吸速率比營養器官要高。影響呼吸速率最顯著的環境因素有溫度、大氣成分、水分和光照等。

       呼吸對植物正常生活和產量形成必不可少。特別是低窪漬水地區，土壤中氧氣不足使根系呼吸受阻，影響根系生長和對水與無機離子的吸收，種子和果實在貯藏中呼吸旺盛會消耗貯藏物質，影響種子壽命和果實的品質。常用控制含水量的辦法降低種子的呼吸速率。對新鮮水果、蔬菜可以用降低O2濃度（至3%） 和提高CO2濃度（ 至5% ）的氣調貯藏法來降低呼吸速率。

       氧氣是植物正常呼吸的重要因子，氧氣不足直接影響呼吸速度，也影響到呼吸的性質。綠色植物在完全缺氧條件下就進行無氧呼吸，大多數陸生植物根尖細胞的無氧呼吸產物是酒精和CO2。酒精對細胞有毒害作用，所以大多數陸生植物不能長期忍受無氧呼吸。

      在低氧條件下通常無氧呼吸與有氧呼吸都能發生，氧氣的存在對無氧呼吸起抑製作用。有氧呼吸強度隨氧濃度的增加而增強。微生物的無氧呼吸稱為發酵，氧氣對發酵有抑製作用。

      根據氧對呼吸作用影響的原理，在貯存蔬菜、水果時就降低氧的濃度，一般降到無氧呼吸的消失點，如降得太低，植物組織就進行無氧呼吸，無氧呼吸的產物(如酒精)往往對細胞有一定的毒害作用，而影響蔬菜、水果的貯藏保鮮。