植物的光合作用
地球上的大氣中，約含有21％的氧氣。氧氣是一切動植物和人類生活所不能缺少的東西。那麼，氧氣是從哪裏來的？
人們從地質、化學、天體物理的研究和理論上的推斷，得知幾十億年前，地球上的大氣層裏有氮氣、氫氣、水蒸氣和二氧化碳等，唯獨沒有氧氣。即使由於太陽光的紫外線輻射，產生一些氧氣，也很快被用掉，貯存不起來。地球上這麼多的氧氣，究竟是怎麼來的呢？人們繼續研究，知道原始的生物是靠著發酵作用而生活的，它們逐漸演化，大約20多億年前，才出現了能進行光合作用的植物，即利用葉綠素吸收陽光，分解水而放出氧氣，同時還原二氧化碳合成有機物。開始是小量的、局部的，逐步地發展擴大，大氣層裏的氧氣也逐步積累增多。到了大約6億年前，氧氣的濃度達到了現在的1％；大約4億年前，氧氣的濃度達到了現在的10％；隨著多細胞生物、陸生植物的飛速發展，氧氣也迅速增加，到了約3億年前，就已達到現在的水平。這樣，高等動物才逐漸演化出現。動物和細菌是消耗氧氣的，剛好與光合作用相反，它們吸入氧氣，呼出二氧化碳。另外，還有岩石的氧化、海洋的緩衝，都促使大氣中的含氧量逐漸穩定下來。這樣，兩個矛盾過程的對立統一，就出現了相對的平衡。
光合作用的產氧量是很大的，有人估計，按照現在地球上植物的情況，每年可產生氧氣1000多億噸。大氣中的氧總量不過200多萬億噸，可以說現在空氣中的氧氣，平均每隔2000年都要經過植物光合作用循環更新一次。假設一旦空氣中的氧全沒有了，按照現在的光合作用數量，也隻要2000年就能全部恢複現在的水平。從地球演化史來看，2000年是個極短的時間，按現在光合作用的速度，維持大氣中現有的氧氣是綽綽有餘的。
現在空氣中的氧氣是在增加，還是在減少呢？因為沒有長期的資料，還不能斷定。近代地球上的植物是比過去某一個時期少了，二氧化碳也少了（大氣中約含有0．03％）。但是，由於工業的發展，每年要燃燒掉幾十億噸的煤炭和石油。按此計算，每年進入大氣的二氧化碳，相當於它原含量的0．7％；就算它耗用了等量的氧，那麼，空氣中的氧氣每年所減少的量，也隻是總氧量的0．01％，隻是光合作用每年產氧量的2％，因此，地球上的氧氣量一時是不會有什麼顯著變化的。
為什麼紅色的葉子也能進行光合作用
植物的綠葉，被人們稱為“綠色的工廠”。誰都知道，植物要製造有機物質，要進行光合作用，一定要有葉綠素存在。
但是，有些植物如糖蘿卜、紅莧菜、秋海棠的葉子，常常是紅色或紫紅色的，它們也能進行光合作用嗎？
能！因為這些葉子雖然是紅色的，但是葉子裏也有葉綠素。至於這些葉子所以成為紅色，主要是含有紅色的花青素的緣故，它們含的花青素很多，顏色很濃，把葉綠素的綠色蓋住了。
要證明這件事並不困難，隻消把紅葉子放在熱水裏煮一下，就真相大白了。花青素是很容易溶於水的，而葉綠素是不溶於水的。在熱水裏，花青素溶解了，葉綠素仍留在葉子中，煮過後的葉子由紅變綠了，這就證明紅葉子裏的確有葉綠素存在。
另外，許多生長在海底的植物如海帶、紫菜等，也常常是褐色或紅色的。其實，它們中同樣含有葉綠素，隻不過綠色被另一類色素——藻褐素或藻紅素遮住罷了。
深海植物怎樣進行光合作用
生長在地麵上的植物，都是依靠身體裏的葉綠素，利用陽光作動力，以二氧化碳和水為原料，經過“加工”製造出碳水化合物、脂肪和蛋白質等有機物，促使它的生長、發育和繁殖。
在那無邊無際、碧波蕩漾的大海裏，生活著各種綺麗、奇特的植物——藻類。有幾米長的褐色“葉片”的海帶，有像小樹枝那樣的紅藻，如紫菜，有棕色的鹿角藻，還有外殼刻著精致花紋的矽藻等，看上去它們都不是綠色的，那它們又是怎樣進行光合作用的呢？
實際上，海裏生長的植物也是有葉綠素的，不過含量不多，一般離海麵近的植物，葉綠素的含量多一點，越是深海裏的植物，葉綠素的含量越少。藻類之所以有各種不同的顏色，那是因為它們身體裏還存在著另一些色素——藻膽素，紅藻中含有較多的藻紅素，藍藻中含有較多的藻藍素，鹿角藻則含有一種特殊的胡蘿卜醇，所以是棕色的。這些色素把藻類本身的少量葉綠素遮掩起來，所以從表麵上看不到綠顏色。
當太陽光照射到海麵，生活在海麵上含葉綠素較多的藻類，能夠跟陸地上的植物一樣進行光合作用。海裏和海麵的情況大不一樣，蔚藍色的海水那麼深，海麵又有很多的生物在活動，海水裏又有大量的各種鹽類，對太陽光裏各種顏色的光線進入海水起了一定的阻擋作用。紅光隻能透入海水的表層，橙黃光能透入較深一點，綠、藍、紫光能透入得更深一些。藻類中，綠藻吸收紅光，所以生活在最淺的地方；藍藻吸收橙黃色光，所以生活在較深的地方；褐藻吸收黃綠色光和紅光，所以生活在又深一些的地方；紅藻是吸收綠光的，生活在最深層。在深海裏的紅藻含有藻紅蛋白，它能利用這種色素來吸收葉綠素所不能吸收的藍紫光進行光合作用。
然而在深海裏，有時也能找到一些綠色的藻類，並且發現它們的生命活動非常緩慢，這些綠色的藻類隻要吸收很少量的光，就能滿足它們生存的需要了。
植物會呼吸麼
人不停地在進行呼吸：吸進氧氣，吐出二氧化碳。
人是這樣，牛呀、馬呀、狗呀、豬呀，也是這樣。然而，奇怪的是：植物也同樣日夜不停地在進行呼吸。隻因為白天有陽光，光合作用很強烈，光合作用所需要的二氧化碳，遠遠地超過了呼吸作用所能產生的二氧化碳。因此，白天植物好像隻有光合作用，吸進二氧化碳，吐出氧氣。到了晚上，陽光沒有了，光合作用停止，這時，植物就隻進行呼吸作用，吸進氧氣，吐出二氧化碳。
然而，植物從哪兒吸氣，又從哪兒吐氣呢？
植物與人可不一樣，它全身都是“鼻孔”，它的每一個活著的細胞都進行呼吸的：氣體通過植物體上的一些小孔——氣孔進進出出，吸進氧氣，吐出二氧化碳。
植物的呼吸作用，要消耗身體裏的一些有機物。但是要知道，它消耗一些有機物不是沒有意義的。植物的呼吸作用消耗有機物，實際上就是用吸進去的氧氣使有機物分解。有機物分解以後，把能量釋放出來，作為生長、吸收等生理活動不可缺少的動力。當然也有一部分能量，轉變成熱以後散失掉了。
植物的這種呼吸作用叫做“光呼吸”，和光合作用有密切的關係，光呼吸要消耗掉光合作用所產生的一部分有機物。有些植物的光呼吸較強，消耗就多些，有些植物的光呼吸較弱，消耗就少些，這對作物的產量有直接的關係，所以科學家對植物光呼吸生理功能的研究相當重視。
為什麼有些植物長出來的嫩芽、新葉是紅色的
春天一到，大地活躍起來了。田野裏一片新綠，花草樹木，欣欣向榮。
要是注意一下這些綠色的形成，倒是挺有趣的：看看河邊的垂柳吧，它那千萬根柳條上，先綻出一粒粒的小點，然後是嫩嫩的葉芽，不需多少日子，就成了一片蔥鬱的翠綠；薔薇向花架上攀去，伸出那麼多帶紫色的新枝，宛如珊瑚，可是也不需多久，珊瑚成了碧玉；即使隨便低頭看看地上不知名的野草，在它那湛綠中，也可以發現中心部分的嫩紅，仿佛害羞似的不肯抬頭。
許許多多樹木和花草，在它們披上綠袍之前，嫩芽、新葉，多少會帶些紅色。
我們知道，植物之所以有綠的顏色，是因為它有著葉綠素的緣故。可是植物的葉綠素，並不是和它的枝芽萌動同時發生的，它往往要比植物生枝發芽來得遲些，因為葉綠素本身也是由許多元素在複雜的條件下才形成的。
植物的嫩枝和新芽，就像初生嬰兒。嬰兒是要依靠母親的乳汁喂養才能長大；植物的嫩枝、新芽，也要依靠植物體內其他部分供應養料。當嬰兒成長到一定階段以後，生出了牙齒，就漸漸地有能力吃各種食物了；植物的嫩枝、新芽也是這樣，到一定階段以後，葉綠素產生了，自己開始能夠製造養料，也就不再需要依靠其他部分的供應。
但是嫩枝、新芽中葉綠素的產生，各種植物並不相同，有的葉綠素產生得較早，嫩枝、新芽就綠得快；有的葉綠素產生得較遲，嫩枝、新芽就綠得慢。
那麼，植物的枝芽在葉綠素產生之前，為什麼不是無色而帶有紅的顏色呢？
這是因為植物體內有著一種叫花青素的物質，在葉綠素產生之前，它早就存在著了，花朵的種種美麗的顏色，基本上是花青素變的戲法。花青素不僅把花朵染成了各種顏色，也把嫩枝、新芽染成了紅色。其實，嫩枝、新芽並不單有紅色，也有紫色的、略帶藍色的和黃色的等等。
秋天的紅葉
在秋高氣爽的時節，你去北京香山遊玩，會被那漫山遍野的紅葉所陶醉。曆來，有不少詩人寫下了專門讚美紅葉的詩文，有的形容它“霜葉紅於二月花”，這是很有道理的。
原來葉子的顏色都是由它所含有的各種色素來決定的。正常生長的葉子中總含有大量的綠色色素，叫做葉綠素。另外還有黃色、橙色或橙紅色的類胡蘿卜素，紅色的花青素等。葉綠素和類胡蘿卜素都是進行光合作用的色素。它們都集中在細胞內的葉綠體小顆粒中，實際上這就是生產糧食的小工廠。葉綠素的化學性質很活潑，也很容易被破壞。夏季葉子能長期保持綠色，那是因為不斷有新產生的葉綠素代替那些褪了色的老葉綠素。類胡蘿卜素是比較穩定的，對葉綠素還能起一定的保護作用。到了秋季，葉子經不住低溫的影響，產生新葉綠素的能力逐漸消失，綠色漸漸褪掉，而類胡蘿卜素仍留在那裏，於是葉子就變成黃色的了。
有些葉子變成紅色，那是葉子在凋落前的半個多月裏產生了大量的紅色花青素的結果。
香山紅葉就是這樣的。香山紅葉是一種叫黃櫨的樹的葉子。如果我們稍微留心一下，就會發現，它並非所有的葉子都是那麼鮮紅的。也有橙色的，也有黃色的，還沒有變成紅色，就被秋風吹落了。葉子產生花青素的能力與它周圍環境急驟變化的程度有關。如寒流霜凍的侵襲，有利於形成較多花青素，所以稱“霜葉紅於二月花”。
秋天，山上的樹葉子往往比平地上的樹葉子紅得早。這是因為山上的晝夜溫差比較大，有利於葉子裏糖分的積累，產生的花青素比較多。除了在北京香山所看到的黃櫨以外，江南一帶的楓樹，到了秋天，樹葉子也紅得美麗，古人曾用“江楓如火”來形容它，黃河流域一帶的烏桕也是著名的紅葉樹，古人有“烏桕猶爭夕照紅”的詩句。其他還有很多紅葉樹，如黃連木、水杉、漆樹、槭樹、桷樹等。
目前，人們對於花青素的分子結構及化學性質都有不少的研究，但它除了增添樹葉的色彩以外，在葉子中到底起什麼作用還有待進一步去了解。