糖类和光合作用

糖主要由绿色植物经光合作用形成，由C，H，O构成。因为它的分子式可以用（CH2O）狀来表示，所以也叫碳水化合物。

人类不是很早就发现光合作用的。古希腊哲人亚里士多德用动物营养的方式来理解植物，认为：正像动物通过胃、肠吸收营养一样，植物的根是通过从土壤中吸收腐殖质来构成其躯体的。荷兰医生兼炼金术士范·海尔蒙（vanHelmont，1577—1644年）第一个用实验否定了这种学说。他在一个大木桶中装入90kg土壤，栽植了一株重2.27kg的柳枝，只浇灌雨水，并且防止灰尘进入土壤中。5年后，长成的柳树重达76.7kg，而土壤重量只减少了几十克。海尔蒙由此认为：植物是靠水来构成躯体的。这之后，人们对光合作用的认识才不断深入。这里，有一系列著名的试验，它们都是通向真理的阶梯。

（1）布莱克曼试验。布莱克曼将植物置于NaHCO3（作为CO2的来源）的稀溶液中，用灯光照射，氧气泡就会从茎的切口部分放出。在植物上方安置一个漏斗，用以收集光合作用释放出的氧气泡，以此测定光合作用的速率。他首先用恒定的光照射，逐步增加CO2的浓度，通过每分钟释放出来的氧气泡数量来测定光合作用的速率。结果发现，CO2浓度的增加可以促进光合作用，但只能达到某一水平。这表明恒定的光照似乎是一种限制因子，使光合作用的速率保持在这一水平上。接下来，布莱克曼保持CO2浓度不变，而改变光照强度，同样通过每分钟释放出来的氧气泡数量来测定光合作用的速率。结果发现，光照强度的增加确实会使光合作用的速率加快，但达到某一极限时，光合速率也不再增加。这表明除了光之外，还存在某种限制因子。他推测，光合作用至少包括两个不同的过程，一个是需要光的反应，另一个是不需要光的反应，虽然暗反应也能在光照下进行。他认为，绿色植物似乎是利用光能制造一种物质（称为X物质）。虽然他不知道这种X物质究竟是什么，也不知道这种物质在光反应中是怎样产生的，或者是在暗反应中怎样被利用的。为此，人们期待着新的证明和发现。

（2）塞缪尔·鲁宾实验。塞缪尔·鲁宾用18O标记的H2O提供给正在进行光合作用的藻类悬液，结果释放出的氧气中18O的比例与所提供的水中的比例相同，都为0.85%，而不是天然氧（例CO2）中的0.20%。从这个实验得到启示，光合作用中光将H2O分子中的氢和氧分开了。

（3）阿农试验。阿农利用放射性同位素和色谱法，检查了菠菜叶绿体光反应的产物，期待有氢的出现。惊奇的是，他在色谱纸上发现了ATP和NADPH2（辅酶Ⅱ的还原型，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）的痕迹。阿农继续以实验来分离光反应和暗反应。首先，他供给叶绿体ADP（ATP的低能形式）和NADP，不给叶绿体提供CO2，结果ADP还是生成了ATP，NADP还是生成了NADPH2，同时释放出氧气。由此得出，光反应的作用之一就是把能量储存在ATP和NADPH2中。其次，他从叶绿体中完全去除叶绿素，而把酶提取出来。在完全黑暗的条件下，把这些植物酶与ATP，NADPH2，CO2混合在一起，结果制造出了碳水化合物。到此时，阿农成功地以实验方法区分出光反应和暗反应，证实了布莱克曼的推断，并揭示了ATP和NADPH2就是他所说的X物质。

（4）卡尔文（Calvin）和本森（Benson）利用小球藻研究暗反应。他们在一个玻璃器皿中装上培养物，加入放射性的碳酸氢盐，通过不同时间的光照，把混合物的样品转移到酒精中，以此杀死细胞并阻止酶的活动，然后用色谱法和放射自显影鉴定由碳酸氢盐中的14C所合成的物质。结果发现，主要产物是3-磷酸甘油酸PGA，从而了解到光合作用的暗反应固定CO2的途径。为了纪念它的发现者，这个途径称为卡尔文循环。

由此，人们知道，光合作用是一个氧化还原反应，其间CO2被还原成糖，H2O被氧化成O2，光能被固定并转换成化学能。有6次诺贝尔化学奖，都颁给了在光合作用领域做出贡献的科学家。