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一、原初反应
原初反应是光合作用的起点，是光合色素吸收并传递光能所引起的一系列物理化学反应，速度快（10-9~10-15秒），与温度无关。原初反应包括光能的吸收、传递和光化学反应（图3-7）。原初反应通过聚光色素收集太阳的光能并以诱导共振的方式将其传递给中心色素分子，中心色素分子发生一种光化学反应，把光能转化为电能，以高能电子的形式存在。
1．光能的吸收与传递
光能的吸收与传递主要通过叶绿体色素分子来完成的，色素分子整齐而紧密地排列于叶绿体的类囊体膜（光合膜）上，根据各种色素分子所起的作用不同可将其分为聚光色素和作用中心色素两大类。聚光色素亦称集光色素、天线色素，它们本身没有光化学活性，只能吸收、传递光能到作用中心色素分子上起光化学应，包括大部分的叶绿素a ，全部的叶绿素b和类胡萝卜素。作用中心色素亦称中心色素，有光化学特性，它能接受聚光色素传递来的光能并通过光化学反应将其转换为电能，指少数特殊状态的叶绿素a（P680和P700）。
原初反应是由一系列复杂的过程组成，需要有成群的色素分子（集光色素，作用中心色素）共同配合才能完成。这些在生理上形成协同作用的一个功能单位的色素分子的数量就称为光合单位，即吸收、传递一个光量子（光的单位）到达光反应中心所需要的叶绿素分子数。通常为250-400个叶绿素分子，其中作用中心色素分子约占1/250-1/400 。
2．光化学反应（光能 --→ 电能）
光化学反应在光合作用中心进行，通过光化学反应，将光能转换为电能。光合作用中心是存在于叶绿体或载色体中的进行原初反应的最基本的色素蛋白结构。它包括一个作用中心色素分子（P），主要进行光能转换，把光能转换成电能。一个原初电子受体（A），接受作用中心色素分子转换的电能。一个原初电子供体（D），提供接受电能的电子。
罗伯特·爱默生（Robert Emerson）用小球藻作材料来研究不同光波的光合效率，发现光合作用最有效的光是红光（650nm-680nm）和、蓝光（400nm- 460nm）。光合作用存在两种不同的光反应中心，分别进行两种不同的光化学反应，现在已经证明它们是光反应I和光反应II ，分别通过光系统I（PSI）和光系统II（PSII）来完成。
PSI（光系统I）：D＝PC（质蓝素）
P＝P700（700nm波长光吸收最强的chla）
A＝P430（结合态铁-硫蛋白）
PSII（光系统II）：D＝Z
P＝P680（680nm波长光吸收最强的chla）
A＝Q
在光合作用过程当中，PSI和PSII是相互联合共同发挥作用的，通过一系列的电子传递和光合磷酸化，最终将电能转换为活跃的化学能，贮存在ATP和NADPH2（同化力）中。