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C3工厂
二战后，加州大学贝克利分校的马尔文·卡尔文和他的同事研究了一种名为小球藻的藻类，以确定植物如何在光合作用中固定二氧化碳。此时C14示踪技术和双向纸层析技术已经成熟，卡尔文正好在实验中使用了这两项技术。
他们将培养好的藻类放入装有未标记CO2的密闭容器中，然后向容器中注入用C14标记的CO2。经过短期培养后，他们将藻类浸入热乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性失效。然后他们从溶液中提取分子。然后提取物经双向纸层析分离，放射自显影分析放射性斑点，并与已知化学成分进行比较。
卡尔文在实验中发现，用C14标记的CO2可以迅速转化为有机物。几秒钟内，层析纸上出现了放射性斑点。与其他化学物质相比，斑点中的化学成分是3-磷酸甘油酸(PGA)，这是糖酵解的中间产物。这个第一次提取的产物是一个三碳分子，所以这个CO2固定途径被称为C3途径，通过这个途径固定CO2的植物被称为C3植物。后来的研究还发现，C3途径的CO2固定是一个循环过程，这被称为C3循环。这个循环也叫卡尔文循环。
对于C3植物，如水稻和小麦，二氧化碳通过气孔进入叶片，并直接进入叶肉进行卡尔文循环。然而，C3植物的维管束鞘细胞很小，不含或含少量叶绿体，卡尔文循环不在此发生。
C4工厂
20世纪60年代，澳大利亚科学家Hatch和slack发现，玉米、甘蔗等热带绿色植物和其他绿色植物一样存在卡尔文循环，CO2最早是通过一种特殊的方式固定下来的。这条路线也被称为舱口松弛路线。
C4植物主要是生活在干旱和热带地区的植物。在这种环境下，如果植物长时间打开气孔吸收二氧化碳，就会导致水分通过蒸腾作用迅速流失。所以植物只能在很短的时间内打开气孔，二氧化碳的摄入量必然会更少。植物必须利用这少量的二氧化碳进行光合作用，合成自身生长所需的物质。
C4植物的维管束周围有维管束鞘。这些维管束鞘含有叶绿体，但其中没有基粒或发育异常。这里，主要是卡尔文循环。
它的叶肉细胞中含有一种独特的酶，即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶，这种酶使二氧化碳被一种三碳化合物——磷酸烯醇式丙酮酸同化，形成一种四碳化合物草酰乙酸，这也是这种暗反应类型名称的由来。这种草酰乙酸转化为苹果酸后，进入维管束鞘，维管束鞘会分解释放二氧化碳和一分子丙酮酸。二氧化碳进入卡尔文循环后，经过C3过程。丙酮酸会再次合成磷酸烯醇式丙酮酸，消耗ATP。
这种类型的优点是二氧化碳固定效率远高于C3，有利于干旱环境下植物的生长。C3植物光合作用获得的淀粉会储存在叶肉细胞中，因为这里是卡尔文循环的场所，而维管束鞘细胞不含叶绿体。C4植物的淀粉会储存在维管束鞘细胞中，因为C4植物的卡尔文循环就发生在这里。
景天酸代谢植物
景天酸代谢(CAM):如果说C4植物在空间上错开了二氧化碳的固定和卡尔文循环，那么景天酸的循环在时间上也是错开的。运用这种方法的植物是那些有肿胀肉质叶子的植物，比如菠萝。这些植物在晚上打开气孔，吸收二氧化碳，也通过孵化-松弛途径固定二氧化碳。早上毛孔闭合，避免水分流失过多。同时，叶肉细胞开始开尔文循环。这些植物的二氧化碳固定效率也很高。
藻类和细菌的光合作用
真核藻类，如红藻、绿藻、褐藻，和植物一样有叶绿体，也能产生氧气进行光合作用。光被叶绿素吸收，许多藻类的叶绿体中有其他不同的色素，赋予它们不同的颜色。
光合细菌没有叶绿体，而是直接由细胞自身进行。属于原核生物的蓝藻(或“蓝细菌”)也含有叶绿素，它像叶绿体一样产生氧气和光合作用。事实上，一般认为叶绿体是由蓝藻进化而来的。其他光合细菌有多种色素，称为细菌叶绿素或细菌素，但不氧化水产生氧气，利用其他物质(如硫化氢、硫或氢)作为电子供体。不产氧光合细菌包括紫色硫细菌、紫色非硫细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌和太阳能细菌。
[编辑本段]研究意义
研究光合作用对农业生产、环境保护等领域具有基础性的指导作用。了解光反应和暗反应的影响因素，可以趋利避害，比如建造温室，加快空气流通，从而提高作物产量。人们了解到，rubp羧化酶具有两面性，即它既催化光合作用，又促进光呼吸。他们试图改造它，以减少后者，避免消耗有机物和能源，提高作物产量。
当我们了解光合作用和植物呼吸的关系时，人们可以更好地装饰他们的家庭植物。比如晚上不要把植物放在室内，避免植物呼吸导致室内氧气浓度降低。
设计光合作用是绿色植物合成有机物(淀粉等)的过程。)在光照下从二氧化碳和水中分解出来，同时释放出氧气。本实验让学生知道:(1)绿叶可以制造淀粉；(2)绿叶必须受光才能产生淀粉。
设备一盆天竺葵、烧杯、锥形瓶、酒精灯、三脚架、石棉网、脱脂棉、镊子、白瓷板、酒精、碘酒、较厚的黑纸和回形针。
步骤
1.将天竺葵在黑暗中放置一两天，以尽可能多地消耗淀粉。
2.第三天，把天竺葵在暗处拿出来，挑选几片较大的绿叶，用黑纸把叶子的正反面盖住。黑纸的面积大约是刀片面积的一半。正反面的黑纸要形状一致，对齐，用回形针夹住(如图)。夹紧后，将天竺葵放在阳光下晒4 ~ 6小时。
3.上课时，取一片有遮光处理的叶子和另一片没有遮光处理的叶子(为了便于区分，一片有叶柄，另一片无叶柄)放入沸水中煮3分钟，破坏它们的叶肉细胞。
4.将煮好的叶子放入装有酒精的锥形瓶中(酒精量不超过瓶内体积的一半)，瓶口用棉絮塞紧。将锥形瓶放入盛有开水的烧杯中，加热酒精(如图)使叶绿素溶解在酒精中。当锥形瓶里的绿叶已经褪色，变成黄色和白色时，移开酒精灯，取出叶子。用水将叶子冲洗干净，放入白瓷盘中。
5.将叶子平铺，用1: 10碘稀释液均匀滴在两片叶子上。一段时间后，可以观察到所有暴露在阳光下的叶子都变蓝了；遮光处理后，叶子的遮光部分不会变蓝，只有周围被光照射的部分会变蓝。这说明绿叶可以制造淀粉，绿叶只有在光的照射下才能制造淀粉。
注意
1.当碘的浓度过高时，叶子的颜色是深棕色而不是蓝色。对于存放时间过长的碘酒，由于酒精蒸发，碘的浓度增加，可以用更多的水稀释。
2.酒精燃点低，必须在没有水的烧杯中加热，千万不要用明火直接加热，以免发生火灾。
光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能，将二氧化碳和水转化为储存能量并释放氧气的有机物的过程。我们无时无刻不在吸入光合作用释放的氧气。我们每天吃的食物也直接或间接来自光合作用产生的有机物。那么，光合作用是如何被发现的呢？
直到18世纪中叶发现光合作用之前，人们一直认为植物体内的所有养分都是从土壤中获得的，却不认为植物能从空气中获得任何东西。1771年，英国科学家普里斯特利发现，在有绿色植物的封闭玻璃罩中，要熄灭点燃的蜡烛并不容易。当老鼠被放在有绿色植物的玻璃罩里时，它们不容易窒息。因此，他指出植物可以更新空气。但他不知道空气中更新的是哪些构图植物，也没有发现光在这个过程中起到的关键作用。后来经过很多科学家的实验，逐渐发现了光合作用的场所、条件、原料和产物。1864年，德国科学家萨克斯做了一个实验:把绿叶放在黑暗中几个小时，以便使叶子里的营养物质消耗掉。然后将刀片的一半露出来，另一半遮住。一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现叶片阴面的一半颜色没有变化，而露出的一半是深蓝色。这个实验成功地证明了绿叶在光合作用中产生淀粉。1880年，德国科学家恩格尔曼对水绵的光合作用进行了一项实验:将一个装有需氧细菌的临时包装放在一个没有空气的黑暗环境中，然后用一束非常细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的位置附近。如果临时包装完全暴露在光线下，好氧细菌将集中在叶绿体的所有受光部分周围。恩格尔曼的实验证明，氧气是从叶绿体中释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的地方。
[编辑本段]行动流程
光反应阶段光合作用第一阶段的化学反应只能用光能进行。这个阶段称为光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在叶绿体的类囊体上进行的。暗反应阶段光合作用第二阶段的化学反应可以在没有光能的情况下进行。这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中密切相关，缺一不可。光合作用的意义光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供物质和能量来源。因此，光合作用对人类乃至整个生物界都具有重要意义。
首先，制造有机物。绿色植物通过光合作用产生的有机物数量是巨大的。据估计，地球上的绿色植物每年产生约4500亿吨有机物，远远超过地球上每年工业产品的总产量。因此，人们把地球上的绿色植物比作一个巨大的“绿色工厂”。绿色植物的生存离不开光合作用产生的有机物。人类和动物的食物也直接或间接地来自光合作用产生的有机物。
第二，转换和储存太阳能。绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，并储存在光合作用产生的有机物中。地球上几乎所有的生物都直接或间接地利用这种能量作为生命活动的能量。归根结底，煤、石油、天然气等燃料中所含的能量，是古代绿色植物通过光合作用储存起来的。
第三，使大气中氧气和二氧化碳的含量相对稳定。据估计，世界上所有生物通过呼吸和燃烧各种燃料消耗的氧气平均为10000 t/s(吨/秒)。按照这种耗氧速度，大气中的氧气将在大约两千年后耗尽。然而，这并没有发生。这是因为绿色植物广泛分布在地球上，通过光合作用不断吸收二氧化碳和释放氧气，使大气中氧气和二氧化碳的含量保持相对稳定。
第四，它在生物进化中起着重要的作用。在绿色植物出现之前，地球的大气中没有氧气。仅在20亿到30亿年前，绿色植物还在地面上。
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