光合作用的發(fā)現(xiàn) 直到18世紀(jì)中期,人們一直以為植物體內(nèi)的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),都是從土壤中獲得的,并不認(rèn)為植物體能夠從空氣中得到什么.1771年,英國(guó)科學(xué)家普利斯特利發(fā)現(xiàn),將點(diǎn)燃的蠟燭與綠色植物一起放在一個(gè)密閉的玻璃罩內(nèi),蠟燭不容易熄滅；將小鼠與綠色植物一起放在玻璃罩內(nèi),小鼠也不容易窒息而死.因此,他指出植物可以更新空氣.但是,他并不知道植物更新了空氣中的哪種成分,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)光在這個(gè)過(guò)程中所起的關(guān)鍵作用.后來(lái),經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn),才逐漸發(fā)現(xiàn)光合作用的場(chǎng)所、條件、原料和產(chǎn)物.下面介紹其中幾個(gè)著名的實(shí)驗(yàn).1864年,德國(guó)科學(xué)家薩克斯做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把綠色葉片放在暗處幾小時(shí),目的是讓葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉.然后把這個(gè)葉片一半曝光,另一半遮光.過(guò)一段時(shí)間后,用碘蒸氣處理葉片,發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒(méi)有發(fā)生顏色變化,曝光的那一半葉片則呈深藍(lán)色.這一實(shí)驗(yàn)成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉.
1880年,德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼用水綿進(jìn)行了光合作用的實(shí)驗(yàn)：把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒(méi)有空氣并且是黑暗的環(huán)境里,然后用極細(xì)的光束照射水綿.通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),好氧細(xì)菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近；如果上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下,好氧細(xì)菌則集中在葉綠體所有受光部位的周?chē)?恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)證明：氧是由葉綠體釋放出來(lái)的,葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所.
光合作用的過(guò)程:
光反應(yīng)階段 光合作用第一個(gè)階段中的化學(xué)反應(yīng),必須有光能才能進(jìn)行,這個(gè)階段叫做光反應(yīng)階段.光反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體內(nèi)的類(lèi)囊體上進(jìn)行的.
暗反應(yīng)階段 光合作用第二個(gè)階段中的化學(xué)反應(yīng),沒(méi)有光能也可以進(jìn)行,這個(gè)階段叫做暗反應(yīng)階段.暗反應(yīng)階段中的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進(jìn)行的.光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段是一個(gè)整體,在光合作用的過(guò)程中,二者是緊密聯(lián)系、缺一不可的.
光合作用的重要意義 光合作用為包括人類(lèi)在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來(lái)源和能量來(lái)源.因此,光合作用對(duì)于人類(lèi)和整個(gè)生物界都具有非常重要的意義.光合作用的意義可以概括為以下幾個(gè)方面；
第一,制造有機(jī)物.綠色植物通過(guò)光合作用制造有機(jī)物的數(shù)量是非常巨大的.據(jù)估計(jì),地球上的綠色植物每年大約制造四五千億噸有機(jī)物,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地球上每年工業(yè)產(chǎn)品的總產(chǎn)量.所以,人們把地球上的綠色植物比作龐大的“綠色工廠(chǎng)”.綠色植物的生存離不開(kāi)自身通過(guò)光合作用制造的有機(jī)物.人類(lèi)和動(dòng)物的食物也都直接或間接地來(lái)自光合作用制造的有機(jī)物.
第二,轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存太陽(yáng)能.綠色植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,并儲(chǔ)存在光合作用制造的有機(jī)物中.地球上幾乎所有的生物,都是直接或間接利用這些能量作為生命活動(dòng)的能源的.煤炭、石油、天然氣等燃料中所含有的能量,歸根到底都是古代的綠色植物通過(guò)光合作用儲(chǔ)存起來(lái)的.
第三,使大氣中的氧和二氧化碳的含量相對(duì)穩(wěn)定.據(jù)估計(jì),全世界所有生物通過(guò)呼吸作用消耗的氧和燃燒各種燃料所消耗的氧,平均為10000 t／s(噸每秒).以這樣的消耗氧的速度計(jì)算,大氣中的氧大約只需二千年就會(huì)用完.然而,這種情況并沒(méi)有發(fā)生.這是因?yàn)榫G色植物廣泛地分布在地球上,不斷地通過(guò)光合作用吸收二氧化碳和釋放氧,從而使大氣中的氧和二氧化碳的含量保持著相對(duì)的穩(wěn)定.
第四,對(duì)生物的進(jìn)化具有重要的作用.在綠色植物出現(xiàn)以前,地球的大氣中并沒(méi)有氧.只是在距今20億至30億年以前,綠色植物在地球上出現(xiàn)并逐漸占有優(yōu)勢(shì)以后,地球的大氣中才逐漸含有氧,從而使地球上其他進(jìn)行有氧呼吸的生物得以發(fā)生和發(fā)展.由于大氣中的一部分氧轉(zhuǎn)化成臭氧(O3).臭氧在大氣上層形成的臭氧層,能夠有效地濾去太陽(yáng)輻射中對(duì)生物具有強(qiáng)烈破壞作用的紫外線(xiàn),從而使水生生物開(kāi)始逐漸能夠在陸地上生活.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生物進(jìn)化過(guò)程,最后才出現(xiàn)廣泛分布在自然界的各種動(dòng)植物.