光合作用的研究歷史與未來展望

1、光合作用的研究歷史與未來展望光合作用的研究歷史與未來展望摘要：摘要：光合作用（Photosynthesis）是植物、藻類利用葉綠素等光和色素和某些細菌利用其細胞本身，在可見光的照射下，將二氧化碳和水（細菌為硫化氫和水）轉(zhuǎn)化為有機物，并釋放出氧氣的生化過程。光合作用被稱為“地球上最重要的化學反應”，這是因為，植物能夠通過光合作用利用無機物生產(chǎn)有機物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物及細菌所貯存的能量。對于生物界的幾乎所有

2、生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。同時，地球上的碳氧循環(huán)，光合作用也是必不可少的。然而，如此重要的化學反應，它的發(fā)現(xiàn)，研究及發(fā)展的過程又是怎樣的呢？本文通過對光合作用研究歷史及研究進展的現(xiàn)狀的列舉，闡述了光合作用的前世今生。正文：正文：很久很久以前，人類就開始了對光合作用這一現(xiàn)象的研究：古希臘哲學家亞里士多德認為，植物生長所需的物質(zhì)全來源于土中；1627年，荷蘭人范?埃爾蒙做了盆栽柳樹稱重實驗，得出植物的重量主要不是來自土壤而是來

3、自水的推論。他沒有認識到空氣中的物質(zhì)參與了有機物的形成。1771年，英國的普里斯特利發(fā)現(xiàn)植物可以恢復因蠟燭燃燒而變“壞”了的空氣。他做了一個有名的實驗，他把一支點燃的蠟燭和一只小白鼠分別放到密閉的玻璃罩里，蠟燭不久就熄滅了，小白鼠很快也死了。接著，他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里，他發(fā)現(xiàn)植物能夠長時間地活著，蠟燭也沒有熄滅。他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一個密閉的玻璃罩里。他發(fā)現(xiàn)植物和小白鼠都能夠正常地活著，于

4、是，他得出了結論：植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣。1779年，荷蘭的英恩豪斯證明只有植物的綠色部分在光下才能起使空氣變“好”的作用。1804年，法國的索敘爾通過定量研究進一步證實二氧化碳和水是植物生長的原料。1845年，德國的邁爾發(fā)現(xiàn)植物把太陽能轉(zhuǎn)化成了化學能。1864年，德國的薩克斯發(fā)現(xiàn)光合作用產(chǎn)生淀粉。他做了一個試驗：把綠色植物葉片放在暗處幾個小時，目的是讓葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后把這個葉片一半曝光，一半遮

5、光。過一段時間后，用典蒸汽處理發(fā)現(xiàn)遮光的部分沒有發(fā)生顏色的變化，曝光的那一半葉片則呈深藍色。這一實驗成功的證明綠色葉片在光和作用中產(chǎn)生淀粉。1880年，美國的恩格爾曼發(fā)現(xiàn)葉綠體是進行光合作用的場所，氧是由葉綠體釋放出來的。他把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的暗環(huán)境里，然后用極細光束照射水綿通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細菌向葉綠體被光照的部位集中：如果上述臨時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。協(xié)同作用，得

6、到了廣泛的支持。由此掀起了研究兩個光反應系統(tǒng)結構與功能的熱潮，推動了光合作用的核心問題──原初反應和水的光解問題的研究。進入80年代，光合反應中心的結構研究取得了重要突破，1982年西德生化學家h.米舍爾成功地分離提取出生物膜上的色素復合體，即光合反應中心。以后德國的蛋白質(zhì)晶體結構分析專家r.休伯和j.戴維森經(jīng)過4年的努力，用x射線衍射分析的方法測定出這個復合體的復雜的蛋白質(zhì)結構。這一成果在光合作用研究上是一個飛躍，有力地促進了太陽光能

7、轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锬艿乃查g變化原理的研究。人們對于光合作用的研究深入而廣闊，然而光合作用的起源是什么？光合作用又是如何演化而來的呢？這一直是科學家不斷探尋的未解謎團?？茖W家發(fā)現(xiàn)，光合作用不是起源于植物和海藻，而是起源于細菌。日前，日本筑波大學的一個研究小組在和歌山縣一處海濱發(fā)現(xiàn)了一種半植物半動物特性的奇特微生物，其進行光合作用所獲得的食物資源直接提供給自己食用，此一半寄主一半宿主的生長過程正好解釋了光合作用的起源與發(fā)展，揭開了在10億年前發(fā)生的

8、光合作用的演化之謎。研究小組將新發(fā)現(xiàn)的生物命名為Hatena。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在10月14日出版的美國《科學》雜志上。日本筑波大學的生物學家岡本和井上通過對野生Hatena海藻進行觀察，看到了Hatena的生命循環(huán)是在宿主相與寄主相之間快速轉(zhuǎn)換。此生物體一會兒可以讓它成為綠色海藻的宿主（攜帶或養(yǎng)育著另一種有機體的某個動物或植物），一會兒又可以讓它成為吞噬綠色海藻的寄主。在此轉(zhuǎn)移過程中，此共生體細胞一直保留其細胞核和其它重要的組成，如線粒體和

9、葉綠體?？茖W家發(fā)現(xiàn)，作為宿主，一種稱為腎爿藻屬的綠色海藻細胞寄生在Hatena上，使無色的Hatena看起來為綠色。然而，當這種綠色細胞一分為二時，就會產(chǎn)生一種無色子細胞和一種也有一個小尾巴的綠色子細胞。無色細胞逐漸形成一種用來吞噬新的綠色海藻細胞的“進食口”———一個比較發(fā)達的像嘴一樣的器官。綠色海藻細胞一旦被吞噬，它就失去了自己的小尾巴和自己的外部結構，成為宿主的一部分。而無色細胞吃完海藻后，它就用不著了，也就退化了。之后，此綠色細

10、胞自行演化，分裂成的綠色子細胞和無色子細胞，再吃再長，從而周而復往地生活著。令人驚奇的是，這無色細胞吃的正好是自己的另一半———綠色藻類。像食草動物一樣，無色細胞靠吞噬藻類來生存，而綠色的細胞像植物一樣，靠光合作用生存。研究小組得出結論，這種微生物一半“植物型”，依靠從母體那里繼承的藻進行光合作用，產(chǎn)生能量維持生存；另一半為“動物型”，靠捕食藻類作為能量來源而生存。研究小組的井上教授介紹說，這種“半植半獸”微生物的發(fā)現(xiàn)可能揭示了海洋單細

11、胞生物向植物進化過程中的重要一環(huán)，從而有助于理解植物是如何產(chǎn)生光合作用的。從這些進程中能夠很明顯地看出，無論是宿主生物體，還是共生細胞，它們都在光合作用。此“半植半獸”微生物在宿主和共生體細胞之間的快速轉(zhuǎn)變可能在光合作用演化過程中起過關鍵作用，推動了植物和海藻的進化。雖然目前科學家還不能培養(yǎng)野生Hatena來完全研究清楚他的生命周期，但是這一階段的研究可能會為搞清楚什么使得葉綠體成為細胞永久的一部分提供了一些線索?？茖W家認為，此生命現(xiàn)象