把兩盆綠色植物放在暗處一兩天,然後分別把它們放在特製的A、B兩個玻璃鍾罩內。罩底邊是嚴密封閉的,罩口的軟木塞上各插一支彎曲的玻璃管。A罩裏放置一小株氫氧化鈉溶液,上口的玻璃彎管裝進小塊的堿石灰(氫氧化鈉加氧化鈣);B罩裏放一小杯清水,上口的玻璃彎管裝些小石塊,空氣可以自由地流動。然後,把它們移到陽光下照射幾小時,再分別摘取葉片,照前麵講的方法進行檢驗。最後可以看到:A罩裏的葉片沒有變成藍色,而B罩裏的葉片變成了藍色。這是由於A罩裏有氫氧化鈉和堿石灰,都是堿性的,它們吸收了空氣中的二氧化碳,使A罩裏幾乎沒有二氧化碳了;而在B罩裏的空氣中,含有正常含量的二氧化碳。

    這個實驗充分說明:二氧化碳是綠色植物製造澱粉的必需原料。

    朱裏斯·薩克斯以三個關鍵性的實驗,總結了19世紀以前科學家對“綠色工廠”的探索,進一步驗證了凡·海爾蒙、英根·浩斯、謝尼伯分別提出關於水、二氧化碳和陽光是“綠色工廠”必需條件的理論的正確。

    直到1896年,法國科學家貝爾納斯在前人研究的基礎上,給綠色植物這種獨特的生理化學過程,命名為“光合作用”。

    綜觀19世紀以前科學家探索“綠色工廠”的曆史事實告訴我們:一個人在某些方麵取得成就,總是離不開前人在這方麵打好的基礎。牛頓曾經說過:“如果說我比別人看得遠些,那是因為我是站在巨人肩上的緣故。”也就是說,科學是有繼承性的。了解前人的工作曆史,才能懂得現代科學是怎樣發展來的。

    氧從何處來

    唐代大詩人杜甫在《登高》一詩中寫道:“無邊落木蕭蕭下,不盡長江滾滾來。”科學的發展猶如滾滾長江,後浪推前浪。到了20世紀,科學家就深入到“綠色工廠”內部,來窺探它的秘密了。

    科學家通過實驗已經證明了“綠色工廠”的原料是水和二氧化碳;又知道這兩種物質裏麵都含有氧。那麽,綠色植物進行光合作用放出來的氧是來自水呢,還是來自二氧化碳?這是一個十分有趣的問題。這個問題引起許多人爭論了幾十年。有人說來自二氧化碳,有人說來自水,眾說紛紜,誰都拿不出確鑿的證據來。

    20世紀30年代開始,科學家對細菌的研究,大大推進了人們對植物光合作用的認識。細菌一般是寄生或腐生的,也就是依賴現成的有機物來生活的。當時發現,有些細菌有顏色,生活中需要光;有些細菌沒有顏色,生活中不需要光。那麽,這些有顏色、需要光的細菌是怎麽生活的呢?和植物的生活有什麽區別呢?

    1930年,美國的凡·尼爾做了一個很重要的實驗:他把有顏色的細菌分離純化,發現紫色和綠色的細菌,完全能在無機培養液中生活,但是需要有三個重要條件,一是光,二是二氧化碳,三是硫化氫。如果沒有硫化氫,也可以在亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉等物質中生活。這樣看,這些物質中必須含有硫。這就好像植物進行光合作用必須要有水一樣。最後,凡·尼爾弄清楚了這些綠色和綠色的細菌在生活中,用二氧化碳和硫化氫作原料,在光的照射下,製成碳水化合物,並產生硫。它們同樣是利用光能形成碳水化合物的。凡·尼爾指出,光合作用不是植物所特有的,有些細菌也利用色素來吸收光能,自己製造養料,這種細菌就叫做光合細菌。

    凡·尼爾的發現,對進一步研究植物光合作用產物中的氧是來自哪裏,提供了一個十分重要的研究方法,就是用不同生物的比較研究方法,進一步研究。

    最後科學家推論出,在紫、綠色細菌的生活中,它們用二氧化碳和硫化氫作原料,產生碳水化合物和硫,這個硫必定來自硫化氫;植物在生活中,用二氧化碳和水作原料,產生碳水化合物和氧,這個氧一定來自水,而不是來自二氧化碳。

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