植物生长需要阳光。植物利用阳光制造食物。这个过程叫作光合作用。科学家研究光合作用已经很多年。他们想知道植物如何捕捉光能。他们想知道光能如何变成化学能。早期研究很简单。科学家把植物放在不同光线下。他们观察植物生长情况。他们发现绿叶是关键。他们发现植物需要水。他们发现植物放出氧气。

叶子里面有叶绿素。叶绿素是绿色的。它能吸收太阳光。光能把水分子拆开。水来自植物的根。根从土壤吸收水分。水到达叶子。光分解水产生氧气。氧气释放到空气中。我们呼吸的氧气来自植物。光还能产生能量分子。这些分子叫ATP。ATP储存能量。植物用ATP制造糖分。糖分是植物的食物。植物用糖分生长。植物把糖分储存在果实里。果实被动物吃掉。能量进入动物身体。

科学家研究这些细节。他们用显微镜看叶子细胞。他们看到叶绿体。叶绿体是小小的工厂。光合作用在这里发生。他们分离叶绿体。他们在试管里做实验。他们加入光和水。他们测量氧气产量。他们改变光的颜色。他们发现红光和蓝光最有效。他们发现绿光效果差。叶子是绿色的因为它反射绿光。

光合作用研究帮助了农业。农民知道植物需要什么光。他们建造大棚。他们使用人工光源。他们提高作物产量。他们控制光照时间。他们让植物更快生长。冬天也能生产蔬菜。城市里建造垂直农场。植物在架子上生长。灯光从上往下照。不需要土壤。营养水直接送到根部。这种技术节省空间。这种技术节省水。

植物需要空气。空气里有二氧化碳。植物用二氧化碳制造糖分。叶子有小孔。小孔叫气孔。气孔吸收二氧化碳。气孔也释放水汽。科学家研究气孔开关。他们发现气孔在白天打开。他们发现气孔在晚上关闭。天气炎热时气孔关闭。这是为了防止失水。气孔关闭会影响光合作用。植物在炎热天气生长慢。

科学家想解决这个问题。他们寻找耐热的植物品种。他们在沙漠里找植物。仙人掌的气孔在晚上打开。仙人掌在晚上吸收二氧化碳。仙人掌把二氧化碳存起来。白天仙人掌用储存的二氧化碳制造食物。这样仙人掌不会失水。科学家研究这种机制。他们想把这个机制转移到作物上。他们想让水稻和小麦更耐热。

植物需要营养。植物从土壤吸收矿物质。氮磷钾很重要。氮帮助叶子生长。磷帮助根系生长。钾帮助果实生长。农民给土地施肥。施肥太多会有问题。多余肥料流入河流。河流藻类大量生长。藻类消耗水中氧气。鱼虾因为缺氧死亡。科学家研究植物如何吸收肥料。他们想提高肥料利用效率。

他们发现有些植物根系更发达。根系能吸收更多营养。他们研究根系形状。他们寻找控制根系生长的基因。他们修改作物基因。新作物根系更深。新作物需要肥料更少。这样减少环境污染。这样节省农民成本。

植物会生病。病菌感染植物叶子。害虫吃掉植物茎干。农民喷洒农药。农药杀死害虫。农药也杀死益虫。农药残留危害健康。科学家研究植物防御系统。植物被虫子咬伤时会产生毒素。毒素赶走虫子。植物还会释放气味。气味吸引害虫的天敌。比如蚜虫来了。植物释放气味。瓢虫闻到气味飞来。瓢虫吃掉蚜虫。

科学家学习这种机制。他们减少农药使用。他们培育抗病品种。他们让作物自己抵抗害虫。他们发现一种细菌基因。这种基因能让植物产生杀虫蛋白。他们把这个基因放到棉花里。棉花不怕棉铃虫。棉花产量提高了。农药使用减少了。这对环境有好处。

植物需要水。水从根部进入植物。水通过茎干到达叶子。水分运输依靠蒸腾作用。叶子水汽蒸发产生拉力。这根像吸管吸水。干旱地区缺水。植物在干旱时会枯萎。科学家寻找耐旱植物。他们研究耐旱机制。有些植物叶子很小。减少水分散失。有些植物叶子有绒毛。绒毛反射阳光降低温度。有些植物有厚厚的表皮。表皮防止水汽跑掉。

科学家研究这些特征。他们把耐旱基因转到玉米里。新玉米需要水更少。新玉米能在干旱地区生长。这帮助农民应对气候变化。全球变暖导致干旱更频繁。耐旱作物很重要。

植物会衰老。叶子秋天变黄。果实成熟后掉落。这是自然过程。科学家研究植物衰老。他们想知道衰老信号。他们发现一种气体乙烯。乙烯促进果实成熟。香蕉释放乙烯。苹果释放乙烯。一个熟苹果让一筐苹果变熟。农民利用这个原理。他们运输青香蕉。到达目的地后喷洒乙烯。香蕉很快变黄。超市就能卖熟香蕉。

他们也想延迟衰老。鲜花容易凋谢。他们找到乙烯抑制剂。抑制剂阻止乙烯作用。玫瑰花保鲜时间更长。蔬菜保鲜时间更长。减少食物浪费。

植物能感知环境。植物知道白天黑夜。植物知道季节变化。白天变短时秋天来了。树叶停止制造叶绿素。叶子绿色褪去。红色黄色显现出来。这是叶子里的其他色素。枫叶变红很美。这是植物准备过冬。冬天寒冷。植物进入休眠状态。春天温暖。植物开始发芽。光周期现象很重要。科学家研究植物生物钟。他们发现植物内部有时间机制。这个机制控制开花时间。

他们控制光照时间。他们让菊花在夏天开花。他们让牡丹在春节开花。花卉市场全年都有鲜花。这对花农很重要。

植物研究还有很多问题。科学家想知道植物如何记忆。植物经历干旱后会有记忆。下次干旱时植物反应更快。这种记忆在哪里储存。科学家正在寻找答案。植物没有大脑。但植物有信号传递。受伤的叶子发出信号。其他叶子收到信号。整个植物进入防御状态。这些信号是化学物质。这些信号是电信号。类似动物的神经系统。但速度很慢。

植物研究帮助人类。粮食产量提高了。蔬菜水果更丰富了。环境保护更好了。未来植物研究继续深入。科学家可能让植物在火星生长。人类探索太空需要食物。封闭生态系统需要植物。植物提供氧气。植物提供食物。植物处理废物。一个小型地球可能实现。

植物生理学研究发展就这样一步步前进。从观察叶子颜色到修改植物基因。从田间地头到太空实验室。科学解决老问题。科学带来新问题。每一个答案都是新的开始。