光合作用的研究歷史

【專家解說】：　　光合作用的研究歷程 　　公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為：植物生長所需的物質(zhì)全來源于土中。 　　1627年，荷蘭人范·埃爾蒙做了盆栽柳樹稱重實(shí)驗(yàn)，得出植物的重量主要不是來自土壤而是來自水的推論。他沒有認(rèn)識(shí)到空氣中的物質(zhì)參與了有機(jī)物的形成。 　　1648年，比利時(shí)科學(xué)家海爾蒙特（Jan Baptist van Helmont）出于對亞里士多德觀點(diǎn)的懷疑，做了類似范·埃爾蒙的實(shí)驗(yàn)：將一棵重2．5kg的柳樹苗栽種到一個(gè)木桶里，木桶里盛有事先稱過重量的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他還專門制作了桶蓋。五年以后，柳樹增重80多千克，而土壤卻只減少了100g，海爾蒙特為此提出了建造植物體的原料是水分這一觀點(diǎn)。 但是當(dāng)時(shí)他卻沒有考慮到空氣的作用。 　　1771年，英國的普里斯特利（J.Priestley,1733-1804）發(fā)現(xiàn)植物可以恢復(fù)因蠟燭燃燒而變“壞”了的空氣。他做了一個(gè)有名的實(shí)驗(yàn)，他把一支點(diǎn)燃的蠟燭和一只小白鼠分別放到密閉的玻璃罩里，蠟燭不久就熄滅了，小白鼠很快也死了。接著，他把一盆植物和一支點(diǎn)燃的蠟燭一同放到一個(gè)密閉的玻璃罩里，他發(fā)現(xiàn)植物能夠長時(shí)間地活著，蠟燭也沒有熄滅。他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一個(gè)密閉的玻璃罩里。他發(fā)現(xiàn)植物和小白鼠都能夠正常地活著，于是，他得出了結(jié)論：植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動(dòng)物呼吸而變得污濁了的空氣。但他并沒有發(fā)現(xiàn)光的重要性。 　　1779年，荷蘭的英格豪斯(J.Ingen-housz)證明：植物體只有綠葉才可以更新空氣，并且在陽光照射下才成功。 　　1785年，隨著空氣組成成分的發(fā)現(xiàn)，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳　 　　1804年，法國的索敘爾通過定量研究進(jìn)一步證實(shí)：二氧化碳和水是植物生長的原料。 　　1845年，德國科學(xué)家梅耶（R.Mayer） 根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律明確指出，植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來。 　　1864年，德國的薩克斯發(fā)現(xiàn)光合作用產(chǎn)生淀粉。他做了一個(gè)試驗(yàn)：把綠色植物葉片放在暗處幾個(gè)小時(shí)，目的是讓葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后把這個(gè)葉片一半曝光，一半遮光。過一段時(shí)間后，用碘蒸汽處理發(fā)現(xiàn)遮光的部分沒有發(fā)生顏色的變化，曝光的那一半葉片則呈深藍(lán)色。這一實(shí)驗(yàn)成功的證明綠色葉片在光和作用中產(chǎn)生淀粉。 　　1880年，美國的恩格爾曼發(fā)現(xiàn)葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，氧是由葉綠體釋放出來的。他把載有水綿（水綿是多細(xì)胞低等綠色植物，其細(xì)而長的帶狀葉綠體是螺旋盤繞在細(xì)胞內(nèi)）和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的暗環(huán)境里，然后用極細(xì)光束照射水綿通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細(xì)菌向葉綠體被光照的部位集中：如果上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下，好氧細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光部位的周圍。恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)證明了氧氣是從中葉綠體釋放出來的；葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。 　　1897年，“光合作用”這個(gè)名稱首次在教科書中出現(xiàn)。 　　1939年，美國科學(xué)家魯賓（S.Ruben）和卡門(M.Kamen)采用同位素標(biāo)記法研究了“光合作用中釋放出的氧到底來自水，還是來自二氧化碳”這個(gè)問題，這一實(shí)驗(yàn)有利地證明光合作用釋放的氧氣來自水。 　　20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文（M.Calvin）用小球藻做實(shí)驗(yàn)：用14C標(biāo)記的CO2（其中碳為14C）供小球藻(一種單細(xì)胞的綠藻)進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了二氧化碳中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，這一途徑被成為卡爾文循環(huán)。 　　21世紀(jì)初，合成生物學(xué)的興起，人工設(shè)計(jì)與合成生物代謝反應(yīng)鏈成為改造生物的轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)生物技術(shù)，2003年美國貝克利大學(xué)成立合成生物學(xué)系，開展光合作用的生物工程技術(shù)開發(fā)，同時(shí)美國私立文特爾研究所展開藻類合成生物學(xué)的生物能源技術(shù)開發(fā)，將使光合作用技術(shù)開發(fā)在太陽能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來一場變革。