光合作用科學填坑史

今天我們要學習光合作用的科學史，先來看一道新鮮出爐的高考題。

2019年全國卷I生物第3題 将一株質量為20g黃瓜幼苗栽種在光照等适宜的環境中，一段時間後植物達到40g，其增加的質量來自于（ ） A.水、礦質元素和空氣 B.光、礦質元素和水 C.水、礦質元素和土壤 D.光、礦質元素和空氣

這道2019高考題so easy，but道出了光合作用的整個發現史。

（公元前3世紀）首先登場的一号男主角，不僅大牌而且偉大，幾乎所有學科都有提到他，他曾經說過：“我愛柏拉圖，我更愛真理。”

沒錯就是古希臘科學、教育、哲學的集大成者---亞裡士多德。

千年前的對于植物生長發育的讨論。

（1642年）在17世紀比利時的一位醫生範·赫爾蒙特提出了異議。

一天，小範折了一截柳樹枝插在裝滿土的木桶裡，蓋好鐵蓋，隻澆雨水。這一等就是五年，當年的小樹苗增重了74.47千克，但是土壤隻減少了0.06千克。

小範得出結論：柳樹的增重隻來源于（ ）？ A．土壤 B．空氣 C．水

看來範·赫爾蒙特受《聖經》中“神說，水之間要有穹蒼，把水和水分開”的影響比較大，堅持水是唯一的元素。

（1771年）一晃就是一個世紀，英國化學家約瑟夫·普利斯特利把一支點燃了的蠟燭和一隻小白鼠分别放到密閉的玻璃罩裡，蠟燭不久熄滅了，小白鼠也很快死去了。接着他又把一盆植物和一支點燃的蠟燭一同放到一個密閉的玻璃罩裡，植物能長時間活着，蠟燭也沒有熄滅。阿普興奮了，于是他把一盆植物和一隻小白鼠一同放到一個密閉的玻璃罩裡，植物和小白鼠也都正常活着。

我思故我在，普利斯特利滿意的得出結論： （ ）能夠更新由于燃燒或呼吸而變得污濁的空氣。 A．植物 B．蠟燭 C．動物

這項實驗一直被模仿，可是卻不是所有人都能成功。Why?

（1779年）荷蘭科學家英格豪斯看不下去了，僅僅給對比實驗加了一個條件就解開了人們的疑惑。What?

英格豪斯将一盆植物和一隻小白鼠一同放到一個密閉的玻璃罩裡，然後又把它們放在黑暗處，結果小白鼠很快就死了。他總共做了500多次重複實驗，得出結論：植物更新空氣需要（ ）？ A．黑暗 B．光照 C．密閉環境

然而，由于當時化學發展水平的限制，人們尚不了解植物吸收和釋放的究竟是什麼氣體。直到1785年發現空氣的組成後，人們才明白綠葉在光照下放出的是氧氣，吸收的是二氧化碳。

（1864年）德國植物學家薩克斯，抱着科學的質疑精神，陽光下植物隻能制造氧氣？

我想知道，陽光下植物除了能制造氧氣外，還能否制造别的産物？于是決定折騰一片綠葉。開始，将葉片放在暗處數小時，此方法叫“饑餓處理”。葉片餓的不行把營養物質完全消耗了，小薩又将葉片放陽光下，用道具将葉子的一半遮住。一段時間後，又用碘液對那片葉子染色。呀，科學真奇妙。葉子被陽光照射的那一半顯出深藍色，而遮光的部分沒有任何顔色變化。

大家還記得碘液遇（ ）變藍？ A.葡萄糖 B.麥芽糖 C.澱粉 薩克斯得出結論：光照後，葉片除了能産生氧氣，還能制造（ ）？ A.葡萄糖 B.麥芽糖 C.澱粉

這些氣哪來的？

（1880年）德國植物學家恩格爾曼腦洞大開，研究氣，那就用好氧細菌和水綿做實驗。

一天，恩格爾曼将好氧細菌和水綿制成臨時裝片放在無空氣和無光照的地方。然後用極細的光束照射水綿，通過光學顯微鏡觀察他發現，好氧細菌集體會奔向葉綠體被光束照射到的部位，一心向光的心如此堅決像極了太陽的後裔。但是當裝片完全暴露在光下，好氧細菌則分布在葉綠體所有受光部位的周圍。

恩格爾曼思考，好氧細菌喜歡什麼？氧氣。好氧細菌為什麼聚集在光照下的葉綠體周圍？因為光照下的葉綠體能釋放氧氣。

恩格爾曼得出結論： 氧氣是（ ）釋放的，它是進行光合作用的場所。 A.線粒體 B.中心體 C.葉綠體

都20世紀了，“這些氣哪來的”這個問題，得用先進的科技手段去證明。

（1939年）美國科學家魯賓和卡門，決定用先進的同位素标記法來實驗。他們做了個對照實驗，第一組向同種綠色植物提供水和标記氧18的二氧化碳，第二組向綠色植物提供标記氧18的水和二氧化碳，結果發現隻有第二組産生的氧氣含有特殊标記。

你信或不信，真相就在這裡。

魯賓卡門的實驗結論是：光合作用釋放的氧氣來自（ ）？ A. CO2 B. H2O C. 葉綠體

（20世紀40年代）美國科學家卡爾文，注意不是達爾文，為光合作用畫了一個“圈”。

前面科學家研究了“這些氣（氧氣）哪來的”問題，卡爾文和同事決定就研究“這些氣（二氧化碳）哪去了”，看來科學家們喜歡研究氣，而且還都得懂點運氣。選什麼材料研究呢？葉綠體含量多的單細胞植物小球藻，就你了。用碳14标記的CO2，供小球藻進行光合作用，然後追蹤放射性發現這标記的碳轉化到有機物中了。

這一過程中間産物不斷被再生，于是被稱為卡爾文循環。而且二氧化碳轉化成有機物後，有機物被吃掉後，又被轉化成二氧化碳等物質返回自然界，所以又有了我們後面要說的碳循環。卡爾文畫的這個“圈”是極好的。

結論：二氧化碳的碳轉化到有機物中，這一途徑稱為（ ） A．檸檬酸循環 B.碳循環 C.卡爾文循環

現在我們是不是應該仰望星空，然後再低頭思考下面問題。

在你的心目中，哪些生物是以光合作用為生的呢？大概你會想到植物和藻類，但是事實上還有更多其他物種，包括海蝸牛、海綿、水螅等等。

學完光合作用科學史，大家有沒有發現就合成了咱們的光合作用總反應方程式：

前面的高考題你們都會了嗎？

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