【光合作用的过程】万物生长的源泉——通往光合作用的发现过程

俗话说，万物的生长取决于太阳，太阳是地球几乎所有能量的来源。我们本身无法直接利用这种能量，但经过亿万年的进化，光合作用成为生物摄取这种能量的有效方法。如果把太阳比作巨大的能源宝物，光合作用就是我们得到这个宝物的藏宝图。

光合作用通常是指绿色植物(包括藻类)吸收光能，将二氧化碳和水合成为丰富的有机物，同时释放氧气的过程。主要由光反应、癌症反应两个阶段组成，包括光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应阶段，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。

人类知道光合作用只用了大约300年，但植物已经在30亿年前进化出了这一功能，科学家们通过观察南罗得西亚石灰岩上原始鸟类的结构得到了这一结论。此后，经过26亿年的水下生活和4亿年的陆地生活，出现了现代生物进化的光合系统。

2000多年前，受古希腊著名哲学家亚里士多德的影响，认为植物是由“土壤汁液”构成的，也就是说，植物生长发育所需的物质完全来自土壤。

但是1648年，比利时医生赫尔蒙特通过种植柳树的实验，取得了意想不到的结果。他量了柳树和土壤，5年后柳树增加了75公斤，但土壤减少了57克。赫尔蒙特认为柳树的生长物质来自他浇树的水，但他忽视了植物生长需要空气和阳光。但是这是植物营养研究中第一次定量实验的伟大尝试。

1727年，英国植物学家斯蒂芬赫尔斯提出了植物生长必须以空气为营养的观点。英国著名化学家约瑟夫普里斯特里实验证明绿色植物从空气中吸收养分。

1771年，英国的弗里斯特里发现植物可以因蜡烛燃烧而恢复“糟糕”的空气。他继续进行著名的实验，将点燃的蜡烛和一只老鼠分别放在密封的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，老鼠也很快死了。然后他把一盆植物和点燃的蜡烛一起放在密封的玻璃罩里，他发现植物可以活很久，蜡烛也没有熄灭。同样的植物和老鼠在密封的玻璃罩中也能正常生活。最后他得出结论：植物可以更新蜡烛燃烧和动物呼吸变脏的空气。但是他没有发现光的重要性。因为他杰出的贡献和实验于1771年完成，所以将这一年定为光合作用发现的一年。

但是不是每次都能成功地重复他的实验。直到1779年，荷兰植物生理学家英根豪斯发现，只有给植物提供足够的光线，植物才能净化空气。此外，他还发现，在黑暗的地方，植物不仅不能净化空气，还可以像动物一样加剧好空气，这些实验为人类认识光合作用奠定了基础。

1782年，瑞士的J.Senebier通过化学分析指出，植物净化空气的活动不仅与光有关，还取决于固定空气(后来知道的二氧化碳)，但由于当时的化学发展水平，不知道植物暗中释放的气体是什么。

直到1785年，人们在掌握了空气的组成成分后，才清楚地认识到植物光合作用的释放

在接下来的两百多年无数科学家又继续对光合作用展开了深入的研究，并取得了许多成绩。

1804年，瑞士人N. T. De Saussure通过定量实验证明：植物所产生的有机物和所放出的总量比消耗的CO2多，进而证实光合作用还有水参与反应。

1864年J. V. Sachs发现照光叶片遇碘会变蓝，证明光合作用形成碳水化合物（淀粉）。

19世纪末，证明光合作用的原料是空气中的CO2和土壤中的H2O，能源是太阳辐射能，产物是糖和O2。

20世纪初，光合作用的分子机理有了突破性进展，里程碑式的工作主要是：Wilstatter等（1915）由于提纯叶绿素并阐明其化学结构获得诺贝尔奖。

1940年代～1950年代末，M. Calvin等用14C研究光合碳同化，阐明了CO2转化为有机物的生化途径。M. Calvin于1961年获得诺贝尔奖。之后相继确定了CAM途径（M. Thomas，1960）和C4途径（M. D. Hatch和C. B. Slack，1966）。

1965年，R. B. Woodward因全合成叶绿素分子等工作获得了诺贝尔奖。

1980年代末期，Deisenhofer等测定了光合细菌反应中心结构，取得了解膜蛋白复合体细节及光合原初反应研究的突出进展，获得了1988年的诺贝尔奖。

1992年，Marcus因研究包括光合作用电子传递在内的生命体系的电子传递理论而获得诺贝尔奖。

1990年代末，催化光合作用的光合磷酸化和呼吸作用的氧化磷酸化的酶的动态结构与反应机理研究获得了重大进展。Walker和Boyer获得了1997年的诺贝尔奖。

另外值得一提的是自然界中已发现的光合作用系统有三种：C3、C4及CAM植物。

生物通过几十亿年的进化获得了这种神奇的能力，将太阳能转变为化学能，储存在所形成的有机化合物中。每年光合作用所同化的太阳能约为人类所需能量的10倍。有机物中所存储的化学能，除了供植物本身和全部异养生物之用外，更重要的是可供人类营养和活动的能量来源。相信随着研究的深入，一定会有更多的重大发现，将人类利用能源的能力推向一个新的高度。