生命科学类发现（1 / 2）

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45.光合作用原理

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光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在光的照射下，将二氧化碳、水或是硫化氢转化为碳水化合物的过程。悄悄告诉大家，本书首发，想更快阅读，百度搜索就可以了。而这个过程主要是由食物链中的生产者植物来完成，因为植物能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量，而食物链中的消费者是通过直接或间接食用植物来获取能量。所以，对于大多数生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。

⊙奇迹探秘：

1.是谁第一个发现了光合作用原理？

约瑟夫·普里斯特利（1733—1804），英国著名化学家，他从小养成了爱独立思考的习惯。1765年，他获得爱丁堡大学法学博士学位。他的职业是牧师，而化学只是他的业余爱好，所以，他一生主要是靠自学成为一位化学大师。1771年，他发现了光合作用原理。此外，他还是氧气、二氧化氮、二氧化硫、等10种气体的发现者。

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光合作用是生物界赖以生存的物质来源和能量来源，因此，他对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义。

在2000多年以前，古希腊哲学家亚里士多德提出观点：植物生长所需的物质全部来源于土壤。17世纪中期，荷兰科学家范·海尔蒙特在亚里士多德观点的基础上，做了一个柳树盆栽称重的实验，发现柳树虽然长大了，但是盆里的土壤并没有减少，所以，他推断植物的重量主要不是来自土壤而是来自水。

因此，在17世纪中期以前，科学家们认为植物体内的全部营养物质都是从土壤和水中获得的，并没有认识到空气中的物质参与了有机物的合成。

1771年，英国化学家普里斯特利做了一个实验，他发现将植物和蜡烛放在一个密闭的容器里，蜡烛不容易熄灭；若将老鼠和植物放在这个密闭的容器里，老鼠也不容易窒息而死。从实验中，他发现植物更新了空气中的某些成分，但是，当时的他并不知道植物更新了哪种成分。直到1774年，他发现，这种成分是氧气，所以他证实植物可以释放出氧气。

几年后的1782年，瑞士植物学家瑟纳比埃发现，即使植物没有受到阳光照射，照样会释放二氧化碳。1804年，瑞士学者索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。1845年，德国生物学家迈尔发现植物可以把太阳能转化成化学能。

1864年，德国植物学家j·von·萨克斯做了一个实验，他把绿色叶片放在暗处几小时，让叶片消耗掉营养物质。然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光，过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现叶片遮光的一半没有发生颜色变化，而曝光的那一半叶片则呈现深蓝色。这个结果证明了植物通过光合作用会产生淀粉（淀粉遇碘蒸汽变蓝）。

德国科学家恩吉尔曼在1880年用水绵(有大型带状叶绿体)做了光合作用的实验，他把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗的环境里，然后用极细的光照射水绵。通过显微镜，他观察到好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近，如果这个临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。这个实验发现氧气是叶绿体释放出来的，从而证明叶绿体是进行光合作用的场所。

此后，关于光合作用的研究一直在进行。20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了“光合作用中释放出的氧气到底来自水，还是来自二氧化碳”这个问题，最终证明氧气全部来自于水。

20世纪40年代，美国科学家卡尔文用小球藻做实验，他用c14标记后的二氧化碳（其中碳元素是c14）供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，追踪到有机物中的碳是从二氧化碳中得到的。后来，碳的这一循环过程被称为“卡尔文循环”。

光合作用原理的发现证明几乎一切生命活动所需的能量都来源于太阳能（光能），而绿色植物是主要的能量转换者，它能利用光能同化二氧化碳和水合成有机物，贮藏能量并释放氧气。所以，绿色植物的光合作用是地球上有机体生存、繁殖和发展的根本源泉。

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2.光合作用的反应过程是怎么样的呢？

光合作用的反应过程如下：

6co2＋12h2o＋光照c6h12o6＋6o2＋6h2o

其中，有机物c6h12o6碳（c）元素全部来源于二氧化碳（co2），氧气（o2）中的氧元素（o）来源于水，而不是co2中的氧元素。

3.植物的光合作用为人类提供了氧气和能源，那么影响光合作用的外界条件都有哪些呢？

影响光合作用的外界条件包括光照、二氧化碳浓度、温度、水分等。

光照——光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但当超过一定范围之后，光合速率就不再增加。

二氧化碳——co2是绿色植物光合作用的原料，它浓度高低影响了光合作用暗反应的进行。在一定范围内，提高co2的浓度能提高光合作用的速率，但是因为光反应的产物有限，所以当co2浓度达到一定值之后，光合作用速率就不再增加了。

温度——光合作用中的化学反应都是在酶的催化作用下进行的，而温度直接影响酶的活性。

水分——水是光合作用的原料之一，它可以影响叶片气孔的开闭，从而间接影响co2的吸收。

人们知道了影响光合作用的外界条件后，农业上可以根据光合作用的原理，改变以上某些条件，达到减少农作物投入而获得较高的产量的目的。例如，延长光合作用时间，增加光合作用的面积等方式。

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【光合作用的过程】

光合作用的过程分为两个阶段，分别是光反应阶段和暗反应阶段。

光反应是光合作用的第一个阶段，这个阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的，这个反应必须有光能才能进行。反应的条件是：光、色素、光反应酶、影响它反应的因素是光强度和水分。

暗反应阶段是光合作用的第二个阶段，这个阶段的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的，没有光能也可以进行。暗反应阶段中的化学反应实质是一系列的酶促反应，反应的条件是暗反应酶，影响它反应的因素是温度和二氧化碳浓度。

光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。

知识百科

【植物细胞】

植物界的种类形形色色、千差万别，但就其结构来说，生物中除了低等类型（病毒）以外，都是由细胞构成的。

植物细胞的形状非常多样，常见的有球形、椭圆形、多面体、纺缍形和柱状体等。虽然植物细胞的形状大小多种多样，但基本结构都是一样的。

细胞一般是由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、叶绿体、液泡等细胞器构成。坚硬的细胞壁保护着原生质体，并且维持着细胞的形状，其主要成分是纤维素；叶绿体是专门进行光合作用的细胞器；大多数植物细胞都含有一个或几个液泡，液泡的主要作用是转运和储藏养分、水分和代谢副产物或代谢废物，即具有仓库和中转站的作用。

46.细胞学说

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细胞学说是关于细胞是动、植物结构和生命活动的基本单位的学说。细胞学说揭示了生命结构的共性，表明细胞生物有着共同起源，生物彼此之间有着亲缘关系。这一学说的建立有力地推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯曾把细胞学说称为19世纪自然科学三大发现之一（另外两大发现为达尔文的进化论和能量守恒与转化定律）。

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1.细胞学说的创立人是谁？是在什么时候创立的？?

细胞学说是由德国植物学家施莱登和动物学家施旺在1938—1939年创立的。

施莱登（1804—1881），德国著名植物学家，细胞学说的创立人之一，出生于德国汉堡的一个医生家庭。中学毕业后，施莱登回到家乡从事律师工作；1833年，他进入哥廷根大学学习医学，而后又对植物学发生了浓厚的兴趣，进入柏林大学学习植物学，开始了对自然科学的研究。1837年，他写了一篇题为《论显花植物胚株的发育史》的论文，把植物学重新定义为是一种综合性的科学，其中应包括植物化学和植物生理学。1838年，他发表了代表作《植物发生论》，提出了植物细胞学说，指出细胞是植物体的基本单位。

施旺（1810—1882），德国著名动物学家，细胞学说的创立人之一。从少年时代起，施旺对宗教产生了强烈的兴趣。16岁时，他离开家乡学习宗教，后来到大学中去学习医学。1837年，施旺与施莱登在柏林相遇，并开始研究细胞学。1839年，他在《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文中，提出了细胞是构成动物的基本单位。

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18世纪，德国的自然哲学非常盛行。科学家们都在研究什么是组成有机世界的典型单位。19世纪早期，研究者同时把动、植物结构的显微镜观察结合在一起，从而导致了细胞学说的发展。

其实，早在1665年，英国科学家罗伯特·胡克使用显微镜观察软木塞切片，第一次发现蜂窝状的植物细胞。在此后的100多年间，许多学者对动植物细胞进行了广泛的观察。

19世纪初期，通过植物解剖，德国植物学家特雷维拉努斯和冯·莫尔认识到细胞是植物的结构单位。1835年，捷克人普金叶用显微镜观察了一个母鸡卵中的胚核，指出动物的细胞质块与植物的组织很类似。1838年，德国植物学家施莱登总结前人的研究成果，宣布细胞是一切植物结构的基本活动单位。

1839年，德国动物学家施旺受到施莱登的启发，结合自身的动物细胞研究成果，把细胞说扩大到动物界，提出一切动物组织都是由细胞组成，从而建立了生物学中统一的细胞学说。

1938年和1939年，施莱登和施旺提出关于细胞的理论，表明细胞学说的创立。

1855年，德国病理学微耳和对细胞学说进行了补充完善，提出“一切细胞来自细胞”的著名理论。到此为止，细胞学说原理才全部创立完成。

细胞学说的创立是生物科学发展的重大事件，对生物科学向微观领域发展产生深远的影响。

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