綠色植物光合作用是地球上最為普遍、規(guī)模的反應過程，在有機物合成、蓄積太陽能量和凈化空氣、保持大氣中氧氣含量和碳循環(huán)的穩(wěn)定等方面起很大作用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎，在理論和實踐上都具有重大意義。據(jù)計算，整個世界的綠色植物每天可以產(chǎn)生約4億噸的蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪，與此同時，還能向空氣中釋放出近5億噸還多的氧，為人和動物提供了充足的食物和氧氣。

葉片是進行光合作用的主要器官，葉綠體是光合作用的重要細胞器。高等植物的葉綠體色素包括葉綠素(a和b)和類胡蘿卜素(胡蘿卜素和葉黃素)，它們分布在光合膜上。葉綠素的吸收光譜和熒光現(xiàn)象，說明它可吸收光能、被光激發(fā)。葉綠素的生物合成在光照條件下形成，既受遺傳性制約，又受到光照、溫度、礦質(zhì)營養(yǎng)、水和氧氣等的影響。

光合作用包括光反應過程、光合碳同化二個相互聯(lián)系的步驟，光反應過程包括原初反應和電子傳遞與光合磷酸化兩個階段，其中前者進行光能的吸收、傳遞和轉換，把光能轉換成電能，后者則將電能轉變?yōu)锳TP和NADPH2(合稱同化力)這兩種活躍的化學能?；钴S的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定化學能是通過碳同化過程完成的。碳同化有C3、C4和CAM三條途徑，根據(jù)碳同化途徑的不同，把植物分為C3植物、C4植物和CAM植物。但C3途徑是所有的植物所共有的、碳同化的主要形式，其固定CO2的酶是RuBP羧化酶。C4途徑和CAM途徑都不過是CO2固定方式不同，最后都要在植物體內(nèi)再次把CO2釋放出來，參與C3途徑合成淀粉等。C4途徑和CAM途徑固定CO2的酶都是PEP羧化酶，其對CO2的親和力大于RuBP羧化酶，C4途徑起著CO2泵的作用;CAM途徑的特點是夜間氣孔開放，吸收并固定CO2形成蘋果酸，晝間氣孔關閉，利用夜間形成的蘋果酸脫羧所釋放的CO2，通過C3途徑形成糖。這是在長期進化過程中形成的適應性。

光呼吸是綠色細胞吸收O2放出CO2的過程，其底物是C3途徑中間產(chǎn)物RuBP加氧形成的乙醇酸。整個乙醇酸途徑是依次在葉綠體、過氧化體和線粒體中進行的。C3植物有明顯的光呼吸，C4植物光呼吸不明顯。

植物光合速率因植物種類品種、生育期、光合產(chǎn)物積累等的不同而異，也受光照、CO2、溫度、水分、礦質(zhì)元素、O2等環(huán)境條件的影響。這些環(huán)境因素對光合的影響不是孤立的，而是相互聯(lián)系、共同作用的。在一定范圍內(nèi)，各種條件越適宜，光合速率就越快。

植物光能利用率還很低。作物現(xiàn)有的產(chǎn)量與理論值相差甚遠，所以增產(chǎn)潛力很大。要提高光能利用率，就應減少漏光等造成的光能損失和提高光能轉化率，主要通過適當增加光合面積、延長光合時間、提高光合效率、提高經(jīng)濟產(chǎn)量系數(shù)和減少光合產(chǎn)物消耗。改善光合性能是提高作物產(chǎn)量的根本途徑。