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光合作用是绿色植物(包括海藻)利用太阳光将二氧化碳和水合成有机物并释放氧气的过程,是地球上最大规模的能量和物质转换基础。光合作用起始于光捕获体系中叶绿素天然分子对光子的吸收,光合系统Ⅱ利用吸收光子产生的空穴将水裂解为氧气,生成的电子和质子被传递到光合系统Ⅰ,受光激发的光合系统Ⅰ再将质子、电子和二氧化碳还原为葡萄糖；某些光合细菌的光合系统Ⅰ可直接将光合系统Ⅱ传递来的电子和质子还原放出氢气。