“绿色工厂”的效率，也可以按照上面讲的办法计算。就是测量植物吸收了多少光能，制造了多少养料，然后再把养料中的热能和吸收的光能进行比较，求出它的效率。
不过，测定“绿色工厂”的效率比计算发电厂的效率要复杂得多，因为光能的最小单位是光量子（组成光的基本粒子），要精确计算它可不是一件容易的事，即使高明的“神算手”，也要跌进糊涂缸里。那么，有没有人做过这项计算呢？
1922年，年轻的德国生物化学家瓦布格，雄心勃勃地试图揭开“绿色工厂”的效率之谜。他别出心裁地设计了一套测定仪器，巧妙地把普通的物理实验仪器光量计和气压计联合在一起，并应用到光合作用的研究上来。
他用红光作光源来测量一种低等植物小球藻的光合作用效率。他从光量计上得到用去的光能，从气压计中读出氧气的含量，第一次测出小球藻每吸收四个光量子，就放出一个氧气分子。他根据计算，得出植物对红光的光合作用效率是70%，即吸收的光能有70%变为化学能。于是，瓦布格热情洋溢地赞美“绿色工厂”，说它是世界上独一无二的效率最高的工厂，是完美无瑕的。瓦布格实验的结论，曾得到科学界的公认，在十多年内居于权威地位。
然而，他的学生——美国生物化学家爱默生却对老师的结论提出挑战。爱默生怀疑“绿色工厂”有那么高的效率，认为植物吸收的光能一定有所消耗。于是，他同美国几位化学家细心地验证并重复老师的实验，得出和老师不同的结论：植物吸收八个光量子才能放出一个氧分子，即植物对红光的光合作用效率只有35%。爱默生认为两者之所以相差一半，那是因为瓦布格老师在实验方法上存在问题。
这么一来，师生之间便展开了一场争论。不久，爱默生热情邀请瓦布格老师到美国来共同研究，瓦布格欣然前往。但由于在设计实验的方法上产生分歧，师生没有取得一致的意见，致使这场争论延续十年之久。
直到1986年，美国生物化学家本森在加利福尼亚州，利用最先进的技术——电子光量计和气压计，测出了和爱默生相近的数据。本森认为“绿色工厂”的生产程序非常复杂，而且以极快的速度进行着，其间必然有能量的消耗，就像机械运转要克服摩擦力所消耗的能那样。因而，就是对“绿色工厂”最合适的红光，它的生产效率最高也只有35%左右。
在自然条件下，“绿色工厂”是利用太阳光生产的。前面讲过，照射到大地上的阳光的可见光部分由七色光组成。叶片对各色光的利用效率是不同的，计算起来理论上的最高利用效率在11%左右。但是，实际利用效率远远不能达到这个数字。这是因为进行光合作用还需要一种原料——二氧化碳，而它在空气中只含0.03%，常由于原料不足，“工厂”不能全部开工。此外，还有其他条件，比如温度不合适的时候，前面讲过的酶就不能以最高的效率催化形成有机物；如果营养条件不良，效率也不能提高。所以，在自然条件下，一般光能利用效率在1—3%之间。
“绿色工厂”的生产效率虽然并不高，但是，“工厂”的数量很大，所以它每年产品的花色品种和产量是十分惊人的。
“绿色工厂”的直接产品主要是碳水化合物，此外，还有各种各样的间接产品，比如“工厂”可以通过一些复杂的工序制成蛋白质、脂肪、核酸和芳香物质等有机物，还有橡胶等等。
据粗略统计，绿叶制造的碳水化合物、蛋白质和植物脂肪的种类是很多的。
碳水化合物在直接产品中占的比例最大，常见的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等都属于这一类，它们是由碳、氢、氧三种元素组成。“绿色工厂”开工以后，最初制成一种含有三个碳原子的糖，叫做磷酸丙糖。以后，再合成比较复杂的淀粉。
淀粉是一种高分子的碳水化合物，由许多个葡萄糖分子连接起来组成的。淀粉有个特点，一遇到碘就变成蓝色，所以人们常用碘来检验“绿色工厂”的产品。
蔗糖或者其他糖类产生出来以后，一方面运到植物全身各部分去，供给所有细胞的生产发育需要；另一方面，贮存在块根、块茎和果实中，再转变成淀粉，成为人和动物的主要食物。稻、麦、马铃薯、甘薯、香蕉、菱角、藕等等，里面都含有大量的淀粉。
纤维素也是一种碳水化合物，组成成分和淀粉相似，可是它的结构比淀粉还要复杂，性质也不同于淀粉，遇碘不变蓝色。“绿色工厂”合成的纤维素，主要做为植物细胞壁的建筑材料。人和动物的消化系统不能消化纤维素。但是，含纤维素比较多的蔬菜、水果等食物，可以刺激肠子的蠕动，促使食物残渣排泄通畅，对健康有好处。纤维素还有各种各样的用途，比如作为生产纸、人造丝等的工业原料。
“绿色工厂”还能生产脂肪、蛋白质和核酸等物质，还能合成叶绿素、胡萝卜素等色素。
脂肪是由碳、氢两种元素组成的，结构和碳水化合物不同。植物叶片合成脂肪的途径很复杂，并且有许多酶来参加生产，经过植物细胞内部的一系列脱氢、脱水等极复杂的化学“工序”，最后才能制成各种脂肪。
油料作物像大豆、向日葵、芝麻、花生、油桐、蓖麻等植物的种子里，都含有很丰富的脂肪，可供人类食用和工业上的重要原料。
现在还发现，有的植物可以直接生产石油，这类植物叫做能源植物。
蛋白质也是个大分子的物质，由许多氨基酸组成。它除了含有碳、氢以外，还有氧和氮。氨基酸有一定的排列顺序和空间结构。蛋白质的合成跟核酸有关系。核酸有去氧核糖核酸和核糖核酸两种。去氧核糖核酸是遗传的基础物质，核糖核酸是制造蛋白质的模型。氨基酸作为原料可通过模型复制蛋白质。
地球上的绿色植物是一个庞大的有机物“制造厂”，每年都有大宗的产品出“厂”。
那么，这个“工厂”的年产量有多大，怎样计算呢？经过科学家研究认为，地球上那么多的绿色植物，不可能计算出准确的产量，只能估计，求出近似值。好，让我们一步一步来估算吧！
太阳光照射到地球上的能量大概是这样的：在大气层以外每年大约有1.3×1024卡，落到地球表面每年大约有6.5×1023卡，陆地植物每年可以接受2.5×1022卡，而海洋植物每年可以接受9×1022卡。如果以2%的光能利用效率计算，陆地植物的光合作用的年产量大约是1.7×1012公斤碳水化合物，而海洋植物的年产量大约是13×1013公斤碳水化合物。
这些数字是怎么得来的呢？原来，每年在大气层以外的1.3×1024卡的能量中，比较多的是紫外光，而紫外光的大部分被臭氧层吸收了。每年落到地球表面上的6.5×1023卡的能量，如果以每分钟来计算，那么每平方厘米的面积上大约有0.5卡的能量。而这里面还包含60%的远红外光和红外光，它们是不被绿叶利用的，这样每年只剩下2.6×1023卡的能量有可能被利用。其中，每年有1.8×1023卡的能量落在海洋上，只有8×1022卡的能量落在陆地上。但是，陆地上有一半以上的土地是不能生产或者产量很低的，比如高山等地。这样七折八扣下来，植物利用的光能每年大约只有0.5×1021卡，约等于1.7×1012公斤碳水化合物储藏的热能。
海洋里生长着大量浮游生物，它们中不少能进行光合作用，利用的太阳光能每年大约有1.8×1021卡，约等于13×1013公斤碳水化合物储藏的热能。
估计海洋里“绿色工厂”的年产量比陆地上的多得多，所以充分地开发和利用海洋资源，是21世纪人类的主要任务之一。
2.光合作用的探索轨迹
“问渠那得清如许，为有源头活水来”，关于光合作用的基础知识，都是前人长期在生产斗争和科学实践中总结得来的。先驱者勇于探索的精神、实事求是的态度，以及设计科学试验的思想方法，是很值得我们学习的。让我们循着前人探索光合作用的历史脚步，来回顾这个探索的历史过程吧！
揭开序幕
如果把科学家探索“绿色工厂”之谜的曲折历程比做一幕历史的长剧，那么，它的序幕也只是在二百多年前才拉开。
17世纪荷兰的凡·海尔蒙，发现植物主要从水中取得养料。他称量180斤的砂土，放到一只大木盆里，栽上一棵4斤半重的小柳树，每天只给它浇一些雨水。过了五年，柳树长得又高又大。他把柳树拔出来，称了一下树重达516斤，晒干以后的土壤只减少了半两多一点。于是，凡·海尔蒙否定了植物是靠泥土长大的传统说法，他猜想植物是靠吃水长大的。但他的认识只限于这一点，还不知道光合作用，更不知道光的性质，以及空气、水和“绿色工厂”的关系。
好空气与坏空气
凡·海尔蒙以后，人们在继续探索“绿色工厂”的秘密。
1774年8月1日，英国化学家普利斯特列兴致勃勃地把从朋友家要来的一包黄色的粉末三仙丹（氧化汞），放到一只大玻璃瓶里，再把玻璃瓶倒放在水银槽里，隔绝空气。用凸透镜把太阳光聚集在玻璃瓶上，加热三仙丹。过了些时候，他惊讶地发现：粉末好像被人吹动似的微微颤动，几分钟以后，出现了小水银珠，三仙丹因受热发生变化，分解出一种气体来。当时，他认为这是一种新“空气”。
这种气体是什么，它有什么性质呢？
喜欢思考问题的普利斯特列继续实验：他找来一个大约直径30厘米、焦距50厘米的凸透镜，加热三仙丹，结果气体很快被赶出来。他用玻璃瓶收集了一定量的气体以后，用小木柴去点燃，结果看到小木柴烧得更亮了。以后，他又用同样方法制取了一瓶气体，并把一只小老鼠放进瓶子里，小老鼠就欢快地蹦蹦跳跳起来。他自己也吸进这种气体，他感到胸部特别的轻松畅快。
普利斯特列再把那只活泼的小老鼠放进木柴燃烧过的瓶子里，盖上盖子，小老鼠就喘不过气来，痛苦地挣扎着，过不了几分钟就死去了。如果在木柴燃烧过的瓶子里，放进去一棵绿色植物，它却长得很好，叶子平展展地伸张开来。这时候，再放进去一只小老鼠，盖上盖子，小老鼠就又欢快地跑来跑去。
普利斯特列喜出望外地把自己的实验写成论文，题目是：《各种气体之实验与观察》。他认为燃烧以后瓶中的空气变坏了，所以小老鼠死亡；放进绿色植物，它又能把坏空气变好，所以小老鼠能安然无恙。
当时，普利斯特列虽然不知道他发现的气体就是氧气，也不知道点燃的木柴把空气变坏以及绿色植物使空气变好的原因，但是他的实验给人们以启示：这种气体是能够助燃的，也是动物和人生存所需要的。同时，实验还表明，绿色植物有提供这种气体的能力。
他的功绩是，一方面给拉瓦锡创立的新燃烧理论提供了实验的基础，另一方面为探索“绿色工厂”之谜又打响了不寻常的一炮。
太阳光的魔力
一石激起千层浪。普利斯特列的实验记录发表以后，人们纷纷重复他的实验，但是得到的结果是相互矛盾的。有时候绿色植物把坏空气变好，有时候却把好空气变坏。1779年，荷兰医生英根·浩斯在伦敦近郊租了一所别墅，在三个月的夏天里，他做了五百多次实验。当时，他用一个盛水的大烧杯，把绿叶或者水草浸在水里，水草上面倒扣一个玻璃漏斗，漏斗管上再倒扣一个试管。然后，英根·浩斯把这个大烧杯放到阳光下。不久，在漏斗里就有小气泡上升，等试管里收集了一大半气体以后，他就把点燃的蜡烛放到试管里，顿时看到火焰增亮了。多少次实验都是这样，他认为这种气体就是纯化的气体。如果把这个烧杯放在暗处，就没有气泡产生。他发现了植物只有在阳光下才能把坏空气变好，在黑暗中绿色植物和动物一样，会把好空气变坏。为了进一步证实这一点，英根·浩斯做了大量的观察和实验。他分别选取了房屋的阴面和阳面，高楼或者植物的限影下，太阳光升到地平线后，夕阳西下或者日落以后，晴天或者阴天等等各种不同的条件，反复多次地研究，结果都是相同的，这就进一步证实了太阳光参与了绿色植物把坏空气变好的活动。这使人们对光合作用的认识又前进了一步。
英根·浩斯虽然还不知道“绿色工厂”开工的详尽原理，但是他破天荒地发现了太阳光对绿色植物的作用。同时，他明确地指出，只有绿叶和绿枝才能够真正使空气由坏变好。
到此为止，普利斯特列的实验真相大白，空气变好变坏的关键在于绿色植物是否得到太阳光的照射。
打开迷宫的钥匙
英根·浩斯用几百次实验，才证实了太阳光照射在绿色植物上是使坏空气变好的条件。但是，他还不能解释，在封闭的瓶子里老鼠和绿色植物长期共存的原因。
回答这个问题的，是瑞士的牧师谢尼伯。
谢尼伯牧师虽然以传教为职业，但是他对植物学却有广泛的兴趣。他继续重复并研究普利斯特列和英根·浩斯的实验，直到3年后的1782年，才发现植物在太阳光下既能把坏空气变好，又把坏空气作为自身的养料。
他用实验证实：绿色植物不是把普通空气变为好空气的，因为普通空气中有好空气（氧气），也有坏空气（二氧化碳）；绿色植物只是从空气中吸收“固定空气”（二氧化碳），在阳光的照射下，经过自身的加工制造出好空气来。他把自己的研究成果写成三卷论文。
