光合作用研究的经典成果：Engelmann方法证实的光谱一致性

一、光合作用的经典工作

1.布森戈的光合仪

布森戈曾设计了一个光合作用测试仪器，如图6-1所示，主要组成是由一个球形玻璃叶室和一个吸收剩余CO₂（内装一定浓度碱液）的U形玻管相连。利用这种被测植物叶片在光照下，让空气缓慢通过，使叶片尽量吸收CO₂而剩余CO₂被碱液吸收，两者浓度之差就可确认植物光合作用吸收CO₂量。这个实验装置稍加改正，我们在20世纪50～60年代都试用过。这种光合仪在20世纪前半期，为研究植物光合强度与CO₂浓度关系取得丰硕成果。

图6-1　布森戈测定大气流中光合作用仪

2.Sachs的光合淀粉检测法

德国Sachs在光合作用和矿质营养方面都作出了重要贡献。1864年，他观察到照光的叶片叶绿体中有淀粉粒积累，认为它由光合产物葡萄糖合成的。Scahs创立了一种简易有效的淀粉观察法，即将叶片置于阳光下几个小时后，用酒精溶去色素，以碘液试之，含淀粉者即呈现出深蓝色。如果对照组用不透明的纸遮盖叶子一角，那么被遮的叶片部分就会产生明亮的图形。于是，Sachs和有关学者提出了光合作用的表示公式：

有的则提出反应式，视甲醛为光合初级产物而后聚合成六碳糖。

3.叶绿素的光谱吸收

1883年，德国生物学家英格尔曼（C.Engelmann）用生物方法研究了光合作用光谱，将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵（Spirogyra）上并在水绵的悬浮液试管中放入好氧的细菌，然而在显微镜下观察细菌在水绵体不同波长的光照下各部分聚集情况。细菌多的表明氧的浓度高，即光合放氧多。Engelmann方法得到的光合作用光谱与后来理化方法测定的叶绿素吸收光谱基本一致。红光区和蓝光区的光合作用最强，而这两个区正是叶绿素吸收高峰区650～680nm和430～470nm。这项研究在当时条件确实是很精巧的设计，揭示了一个重要科学规律。(www.xing528.com)

4.Van Niel光合通式

在20世纪30年代Van Niel比较了不同类型生物的光合作用过程，发现它们有共同之处，例如：

因此，他提出了光合作用的通式：。

H₂A可以是H₂O，也可以是H₂S或H₂。由此预见绿色植物光合作用中产生的O₂来自H₂O，这在当时还未用标记同位素确认的。

从进化角度看，在蓝藻出现之前，地球上并无氧，由此最初的光合细菌是厌氧的，它们利用H₂S和H₂还原剂把CO₂还原成有机物。藻类光合作用则是首先分解H₂O与放O₂一类，然而，一些不含色素的化能合成细菌需要用O₂去氧化其他物质，故推测出现较晚。

5.Hill反应与Arnon的同化力

1939年，希尔（Hill）首次证明照光的离体叶绿体在铁氰化钾存在时，能将水分解放出氧气而没有固定CO₂。这证明了水的光分解是光合作用的光反应。后来，他还发现苯醌、NADP^＋和NAD^＋等可作为水光解反应的电子受体。这种放氧反应称为希尔反应：

后来，Arnon证明了离体叶绿体能在光照下合成ATP，并将NADP^＋还原成为NADPH，而这两者正是连接了水光解而电子通过色素传递产生的“同化力”（assimilatory power），对推动光合作用机理研究是很重要的。