Фотосинтез — процесс образования органических веществ растением из воды и углекислого газа при использовании энергии солнечного света.
Органом фотосинтеза являются у высших растений преимущественно листья. В клетках мякоти листа находятся пластиды, называемые хлоропластами, в которых и осуществляется синтез. Хлоропласты представляют собой тельца более плотной консистенции, чем протоплазма, и состоят из белковой стромы, являющейся основой без цвета, и зелёного вещества хлорофилла. Кроме зелёного хлорофилла, в хлоропластах имеются ещё два пигмента жёлтого цвета — ксантофилл и каротин. Все эти пигменты легко растворяются в спирте и могут им быть полностью извлечены из листьев. Пользуясь неодинаковой растворимостью указанных пигментов в разных растворителях, их можно отделить друг от друга.
Сущность фотосинтеза в том, что зелёное растение из воды, углекислого газа строит органическое вещество, вероятно типа углеводов, причём выделяется кислород. При этом хлорофилл поглощает необходимую для осуществления этого процесса световую энергию солнечных лучей. Ранее полагали, что световая энергия производит работу расщепления углекислого газа на кислород и углерод. В настоящее время доказано, что при фотосинтезе происходит разложение воды, кислород при этом выделяется в воздух, а водород производит восстановление углекислоты, молекулы которой предварительно присоединяются к хлорофиллу. В результате фотосинтеза путём сложных реакций из углекислого газа, воды идет образование углеводов — сахар, крахмал. Последний может быть обнаружен в листьях, так как с раствором йода получается темно-синее окрашивание. Для обнаружения крахмала лист сперва обесцвечивают спиртом, а потом обрабатывают раствором йода.
Тимирязев показал, что в осуществлении фотосинтеза участвуют, главным образом лучи солнечного спектра, наиболее полно поглощаемые хлорофиллом. Наиболее ярко выраженная полоса поглощения находится в красной части; красные лучи являются наиболее активными в фотосинтезе.
Из всей поглощённой зелёным листом энергии на фотосинтез идёт очень немного, всего от 1—5%, остальная же энергия переходит в тепловую, часть к-рой теряется через лучеиспускание, в основном же идёт на испарение растением воды.
Интенсивность фотосинтеза сильно зависит от внешних условий. Прежде всего она зависит от интенсивности освещения. С увеличением последней увеличивается и фотосинтез, но до известного предела, каковым, согласно К. А. Тимирязеву, является в среднем половина полного солнечного освещения. Этот предел для теневых растений значительно ниже и составляет примерно половину указанной величины. Одновременно с фотосинтезом происходит дыхание — процесс, диаметрально противоположный, при котором растение поглощает кислород, выделяет углекислый газ, однако интенсивность дыхания при достаточном освещении значительно ниже фотосинтез (раз в 10— 20), и поэтому при наличии последнего заметить дыхание нельзя. С уменьшением же освещённости фотосинтез ослабевает и при некоторой интенсивности света может сравняться с дыханием, и тогда нельзя будет обнаружить ни того, ни другого процесса. Интенсивность света, когда наблюдается равенство обоих процессов, называется компенсационной точкой. Интенсивность фотосинтеза зависит и от температуры. Как правило, фотосинтез увеличивается с её повышением, но лишь в пределах от 0—35 градусов. Большое влияние на фотосинтез оказывает уровень двуокиси углерода в воздухе, с увеличением которого усиливается и фотосинтез. Это обстоятельство используется в практике выращивания растений, особенно в теп липах, где путём искусственного газирования воздуха углекислым газом удаётся значительно увеличить урожай.
Значение фотосинтеза в жизни природы чрезвычайно велико. В нём создаётся органическое вещество, находящееся на земной поверхности в виде тел животных, растений и их отмерших остатков; в процессе фотосинтеза возникли все огромные отложения торфа, каменного угля и нефти, которые находятся в недрах земли, и весь тот кислород, который находится в атмосфере. При помощи фотосинтеза растения запасают, аккумулируют огромные количества солнечной энергии в виде способных к горению органических веществ, которые затем освобождаются и используются как растениями, так и животными в процессе дыхания, а также при своём сгорании дают человеку тепло и приводят в движение бесчисленные и разнообразные изобретённые им механизмы и машины. В этом, как говорил Тимирязев, заключается космическое, т. е. мировое значение фотосинтеза растений.