光合作用的发现过程

人们对植物光合作用这一重要生命现象的发现以及对光合作用总反应式的认识,经历了由表及里的漫长过程,是各国科学家共同努力的结果.
众所周知,一颗种子播种在土壤中,在适宜的条件下便可萌发生长.有的可长成高达数十米的参天大树；有的在其最适合生长的季节里具有惊人的生长速度.如玉米在拔节期每天大约可长高8厘米,而大牡竹曾有一天增高41厘米的记录.那么,植物生长所需的营养物质是从哪里来的?
早在两千多年前,人们受古希腊著名哲学家亚里土多德的影响,认为植物体是由“土壤汁”构成的,即植物生长发育所需的物质完全来自土壤.到17世纪上半叶,比利时医生海尔蒙脱设计了一个巧妙的实验：他把一棵称过重的柳树种植在一桶事先称好重量的土壤中,然后只用雨水浇灌而不供给任何其他物质.5年后,他发现这棵柳树的重量竟是刚栽种时的33.8倍,而土壤的重量只减少62.2克.因此,他认为构成植物体的物质来自水,而土壤只供给极少量的物质.这个结论首先提出了水参与植物体有机物质合成的观点,但是没有考虑到空气对植物体物质形成所起的作用.
早在1637年,我国明代科学家宋应星在《论气》一文中,已注意到空气和植物的关系,提出“人所食物皆为气所化,故复于气耳”.可惜因受当时科学技术水平的限制,未能用实验来证明这一精辟的论断.直到1727年,英国植物学家斯蒂芬·黑尔斯才提出植物生长时主要以空气为营养的观点.而最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的化学家约瑟夫·普利斯特利.他还证明植物能“净化”因燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气,使空气变好,这就是后来人们才知道的植物在光合作用中释放出氧气的缘故.然而他却把这种现象归因于植物缓慢的生长过程,而没有认识到光在此过程中的重要作用.由于他的杰出贡献和实验完成于1771年,因此,现在把这一年定为发现光合作用的年份.
随后有人重复普利斯特利的实验,但却得出与他相反的结论,认为植物不仅不能把空气变好,反而会把空气变坏（这是由于植物同样有呼吸作用的缘故）.这种截然不同的结论引起人们的极大关注,导致了1779年荷兰的简·英格豪斯进行一系列实验,他的实验证实了普利斯特利的实验结果,确认植物对污浊的空气有“解毒”能力,同时指出这种能力不是由于植物生长缓慢所致,而是太阳光照射植物的结果,从而证明绿色植物只有在光下,才能把空气变好.同时他发现植物有很强的释放气体的能力（这就是后来人们知道的植物在光下进行光合作用时放出氧气的结果）,而且这种能力的活性与天气的晴朗程度尤其与植物受光照的强度成正相关.他还证明植物在暗中不仅不能“净化”空气,反而会像动物一样把好空气变坏（这是后来知道的在暗中植物呼吸会释放出二氧化碳的缘故）.他通过进一步实验发现,只有叶片和绿色的枝条在阳光下才有改善空气的作用,而其他所有器官即使在白天也会使空气变坏.这些实验结果为后来人们认识植物绿色部分和光在植物光合作用中的重要性奠定了基础.
1782年,瑞士的牧师吉恩·森尼别在化学分析的基础上,指出植物“净化”空气的活性,除与光照密切相关外,还取决于所“固定的空气”（即后来知道的二氧化碳）.但是由于受当时气体化学发展水平的限制,对植物在光下和暗中所释放的气体究竟分别属于何种气体仍然不清楚.直到1785年,在弄清空气的组成成分后,人们才明确认识到植物的绿色部分在光下释放出的气体为氧气,而植物各器官（包括绿色部分）在呼吸过程释放的气体是二氧化碳.到此时,人们对植物光合作用与气体间的关系才有较深刻的认识.