科技創(chuàng)新手抄報資料
在自然界中,動物(包括人)有素食動物(如牛、馬、羊、鹿、猿等),也有肉食動物(如獅、虎、狼、熊等),但多數(shù)的動物是素食動物。多虧素食動物居多,如果肉食動物太多,可能動物界早就消失了。
植物為素食動物提供了大量的食物,在今天它也為環(huán)境的美化和保護(hù)起著重要作用。植物同動物不一樣,它要用二氧化碳和水來制取蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物。而制取這些營養(yǎng)物質(zhì)還需要能量的輸入,這種能量就是日光。綠色植物把陽光的能量轉(zhuǎn)變成復(fù)雜化合物的化學(xué)能。這是德國化學(xué)家邁爾于1845年最先提出的。邁爾也是最早提出能量守恒原理的科學(xué)家之一。綠色植物利用陽光把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程叫做光合作用。
18世紀(jì),英國生理學(xué)家黑爾斯提出,植物主要是用空氣來制造所需物質(zhì)的。半個世紀(jì)后,荷蘭醫(yī)生英根—洛斯證明,空氣中的營養(yǎng)成份是二氧化碳,并且要有光的參與。英國化學(xué)家普里斯特利還搞清楚的是,綠色植物還會放出氧氣。
這樣,科學(xué)家大致搞清楚了光合作用的過程。即在陽光下,植物攝取二氧化碳,把二氧化碳與水化合,放出氧氣,同時制成機(jī)體的`組織。據(jù)估計,地球上綠色植物每年能利用二氧化碳中的1,500億噸碳和水中的250億噸氫,并釋放出4,000億噸氧。如此龐大的工作量,有10%是由陸地綠色植物完成的,另外90%則是由海洋內(nèi)單細(xì)胞植物和海藻完成的。
通常,光合作用的過程大體分為三步。首先,植物吸收陽光,植物體中的葉綠素、類胡羅卜素等色素將太陽的能量加以吸收和傳遞。其中葉綠素是光合作用的基礎(chǔ),它是法國人佩爾蒂埃于1817年分離出來的。1865年,德國植物學(xué)家薩克斯又發(fā)現(xiàn)了葉綠體,葉綠素只局限在葉綠體內(nèi)。然而,到1954年,美國生物化學(xué)家阿諾恩方從菠菜葉中得到完整的、能進(jìn)行全部光合反應(yīng)的葉綠體。
陽光能量的傳遞過程是以誘導(dǎo)共振方式進(jìn)行的,它有些類似聲學(xué)的共鳴。當(dāng)兩個顏色相近的色素分子彼此靠近,就能發(fā)生光能的傳遞。最后,植物所吸收的光能都匯集到葉綠素中少數(shù)作用中心,它們把光能利用起來。
第二步是,將吸收到的光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。葉綠素可將得到的光能用來把水分解為氫和氧原子。其中葉綠素所起的作用是催化作用,這種作用也叫做“光分解作用”。這是日光的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的方式,這時氧分子和氫分子所含的化學(xué)能,比產(chǎn)生它們的水分子所含的化學(xué)能要多。一般來說,水分子分解為氫和氧的條件是,通電或加溫至2,000度。而葉綠素在常溫下就可以做到,而且它利用的是陽光的能量。通常,植物利用它吸收光能的效率至少是30%;也有人認(rèn)為,在理想的情況下可達(dá)100%。
第三步是,同化二氧化碳,使它變成有機(jī)物質(zhì)。它的同化途徑很復(fù)雜,是一個頭緒眾多的大循環(huán),一般稱為光合碳循環(huán)。這個循環(huán)的細(xì)節(jié)還有一些不清楚的地方。人們只知道,這個循環(huán)不但可以形成碳水化合物,而且一些支路使光合作用所生成的中間產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)化為氨基酸、有機(jī)酸,進(jìn)而用于生成蛋白質(zhì)和脂肪等?傊夂献饔檬枪庖鸬囊环N生物效應(yīng),它可以把光能轉(zhuǎn)換成生物化學(xué)能貯存在生物體內(nèi)。
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