Поглощенная солнечная энергия любых длин волн в конечном счете приводит к нагреванию главным образом атмосферы и поверхности планеты, а также частично обратно излучается в космическое пространство. Фотосинтез же — уникальный процесс, позволяющий запасти эту энергию, сделать ее доступной для совершения работы живыми организмами. В процессе фотосинтеза участвуют вызываемые светом фотохимические реакции, не нуждающиеся в свете ферментативные (темновые) процессы и процессы диффузии, при которых происходит обмен диоксидом углерода и кислородом между хлоропластами и наружным воздухом. Каждый из этих процессов находится под влиянием разных факторов, которые могут ограничить фотосинтез.

В целом фотосинтез заключается в преобразовании и запасании солнечной энергии (477 кДж на каждый ассимилированный моль С02), в результате чего из простых неорганических синтезируются сложные органические вещества и выделяется молекулярный кислород. В общем виде этот процесс можно описать уравнением

Н20 + со2= 02 + 1/б (С6Н1206)

Условия этой реакции — свет и кислородовыделяющие фотосинтезирующие организмы. Обратная реакция (окисление органических веществ с образованием воды и диоксида углерода) представляет собой процесс дыхания.

Фотосинтез — очень распространенный в биосфере химический процесс, но зеленые растения используют в нем солнечную энергию малоэффективно. В среднем по всей земной поверхности на фотосинтез ежегодно затрачивается всего лишь около 138 Дж/см2, т.е. около */2ооо наличной энергии. Правда, существенная часть солнечной радиации падает на Землю там, где растительности нет. Поэтому если включить в расчет только то количество света, которое действительно поглощается зелеными растениями, то эффективность фотосинтеза (отношение запасенной лучистой энергии к поглощенной) окажется более высокой — около нескольких процентов (А.Гэлстон и др., 1983).

Зеленый лист поглощает в среднем 75 % падающей на него энергии Солнца, но коэффициент использования ее на фотосинтез довольно мал. Выход фотосинтеза часто лимитируется сильным освещением, пониженным поступлением С02, уменьшением активности ферментов в процессе развития (например, при старении) и т.д. Поэтому в природных условиях КПД использования света в фотосинтезе невысок. При интенсивном освещении на фотосинтез тратится примерно 1—2%, а при более низкой освещенности — до 10 % поглощенной листом лучистой энергии. Остальные 90—99 % ее переходят в тепловую энергию, которая тратится на транспирацию и другие процессы.