绿色工厂内的半导体
植物绿色的秘密就是叶绿素，它们是安排在所谓叶绿体的绿色颗粒中。叶绿体是一座微妙的“工厂”，里面分成许多车间，包括从光能贮藏、燃料供应、原料送入直到葡萄糖制成和产品输出，相互密切配合。它能源源不断地从自然界取之不尽的廉价的水和二氧化碳中生产出昂贵的葡萄糖、淀粉来，把太阳的光能变成化学能贮藏起来。
有一位科学家做了这样一个实验：从新鲜的烟草、菠菜、甜菜或萝卜的叶子提取叶绿体，晾干后铺成一个薄层。他先用光照一下，然后放到暗处稍微加一下热，奇怪的事发生了，干的叶绿体和叶绿素制剂中发生了微弱的光线；假如不照光，在叶绿体制剂中放两个电极，然后对它们加热，导电率迅速地增加了。这正像半导体的现象。还有一位科学家，他把叶片放在专门用来检查电子讯号的顺磁共振仪旁边，用光照一下，马上在示波器的萤光屏上出现一个电信号，这是自由电子产生的标志。
现在，人们已经开始看清叶绿体工厂的秘密了。剖开这座工厂，我们可以看到里面还有一粒粒椭圆形的东西，称为“基粒”，周围是“间质”（见图2A）。间质主要是由蛋白质组成，里面有许多催化剂——酶，这里可算是生产葡萄糖的车间。基粒是供应燃料和还原剂的车间，是由一层脂肪、一层蛋白质相间排列而成层状的结构（见图2B）。图2的照片是玉蜀黍细胞中的一个叶绿体（电子显微镜放大40 000倍），可看出其中很多片层结构的基粒。
基粒中有些脂肪层的二头连接起来，而形成一只“橡皮袋子”形状的构造，袋子的“橡皮”就是脂肪层，其中除了不能导电的脂肪外，还有能导电的导线——类胡萝卜素。袋里面和外面就是蛋白质。叶绿素是脂溶性的，溶解在袋子的“橡皮”中。这块橡皮是p-n型半导体（见图2C）。
图2 叶绿体半导体结构
叶绿素头部也就是血红素的亲兄弟——卟啉环，这是一台最巧妙的电磁波接收器。太阳的电磁波照在它上面，里面的电子便恍了几下，然后丢出一个电子，留下一个空穴（带正电），电子和空穴分别沿着类胡萝卜素的导线向袋子内外传导，袋外带正电的氢离子接受了电子变成中性的氢原子，再经过几步变化，依附于一个复杂的有机分子，形成一种还原剂（NADPH2）。而空穴呢？向袋子里面跑，使袋内的水变成带正电的水，再经过几套手续，就形成了带正电的氢离子，并放出氧气来（见图2D）。(https://www.daowen.com)
假如空穴和电子还没有传到两边，中途又结合时，就放出能量（以化学能形式）藏在生物体内的腺三磷（ATP）中。
基粒中这样产生的ATP和还原剂NADPH2，最后都运到生产葡萄糖的车间——间质中，加上CO2作为原料，酶作催化剂，葡萄糖便合成了。
我们可以相信，随着对叶绿体半导体性质的研究，人工模仿光合工厂的任务，也将提到日程上来了。
[1]朱雨生
