主要内容
光和光合色素
光的性质。叶绿素和其他色素是如何吸收光线的。
介绍
如果你曾经在阳光下呆得太久，然后晒伤了，那么你可能很清楚太阳的巨大能量。不幸的是，人体不能充分利用太阳能，除了产生一点维生素 D（一种在阳光下在皮肤中合成的维生素）。
另一方面，植物是利用光能的专家。它们捕获光能，通过一种称为光合作用的过程来制造糖。这个过程从特殊的有机分子（称为色素）吸收光开始。这些色素分子存在于植物细胞的叶绿体中。在这里，我们将把光看作是一种能量。我们也将看到色素——比如使植物呈绿色的叶绿素——是如何吸收这种能量的。
什么是光能
光是一种电磁辐射，是通过波传播的能量。我们在日常生活中遇到的其他种类的电磁辐射包括无线电波、微波和X射线。所有类型的电磁辐射共同构成了电磁波谱。
每种电磁波都有一个特定的波长，即从一个波峰到下一个波峰的距离。不同类型的辐射有不同的典型波长范围（如下图所示）。波长较长的辐射，如无线电波，携带的能量比X射线等波长较短的辐射要少。
可见光谱 是唯一一段人眼可以看到的电磁波谱。它包括波长在400纳米到700纳米之间的电磁辐射。来自太阳的可见光看起来是白色的，但它实际上是由多个波长（颜色）的光组成的。当白光穿过棱镜时，你可以看到这些不同的颜色：因为不同波长的光在穿过棱镜时，被弯曲不同的角度，然后分散开来，形成我们所看到的彩虹。红光的波长最长，能量最小；而紫光的波长最短，能量也最大。
虽然光和其他形式的电磁辐射在许多条件下表现为波，但它们在其他条件下可以表现为粒子。每个电磁辐射粒子，称为光子，都有一定的能量。短波长的辐射类型具有高能光子，而具有长波长的辐射类型具有低能光子。
光合作用中吸收光的色素
在光合作用中，来自太阳的能量由光合生物转化成化学能。然而，阳光中的各种波长的光并不都在光合作用中得到了同样的应用。相反地，光合生物中含有一种吸收光的分子——色素——至吸收特定波长的可见光并反射其他光。
色素吸收的波长集合即其 吸收光谱。在下图中，你可以看到光合作用中三种关键色素的吸收光谱：叶绿素 a、叶绿素 b 和β-胡萝卜素。色素不吸收的波长被反射，反射的光线就是我们所看到的颜色。例如，植物在我们看来是绿色的，因为它们含有许多反射绿光的叶绿素 a 和 b 分子。
大多数光合生物都有很多不同的色素，因此它们可以从各种波长的光中吸收能量。在这里，我们将研究两组在植物中很重要的色素：叶绿素和类胡萝卜素。
叶绿素
叶绿素主要有五种类型：叶绿素 a, b, c 和 d, 加上在原核生物中发现的一种类似的分子，叫做细菌叶绿素。
在植物中，叶绿素 a 和叶绿素 b 是主要的光合色素。叶绿素分子吸收蓝色和红色波长，如上面吸收光谱中的峰值所示。
在结构上，叶绿素分子包括一个插入到类囊膜中的疏水（"恐水"）尾部和一个吸收光的卟啉头部（围绕镁离子的一圈原子）
虽然叶绿素 a 和叶绿素 b 都吸收光，叶绿素 a 在将光能转化为化学能方面发挥着独特而关键的作用（正如你可以从光反应文章中发现的那样）。所有光合植物、藻类和蓝藻都含有叶绿素 a，而只有植物、绿藻以及几种类型的蓝藻含有叶绿素 b
由于叶绿素 a 在光合作用中的核心作用，除叶绿素 a 外，所有其他色素都被称为辅助色素——包括其他叶绿素以及其他类别的色素，如类胡萝卜素。使用辅助色素可以吸收更广泛的波长范围，从而从阳光中捕获更多的能量。
类胡萝卜素
类胡萝卜素是吸收紫色和蓝绿光的另一组关键颜料（见上图）。在水果中，颜色鲜艳的类胡萝卜素——如番茄的红色（番茄红素）、玉米种子的黄色（玉米黄质）或橘皮的橙色（β-胡萝卜素）——经常被植物用作吸引动物的广告。这有助于传播植物的种子。
在光合作用中，类胡萝卜素不仅有助于捕捉光线，在去除多余的光能方面也有重要作用。当一片叶子暴露在充分的阳光下，它就会得到巨大的能量；如果这些能量处理不当，就会损坏光合机制。叶绿体中的类胡萝卜素有助于吸收多余的能量并将其转为热量散出。