英根·浩斯雖然還不知道“綠色工廠”開工的詳盡原理,但是他破天荒地發現了太陽光對綠色植物的作用。同時,他明確地指出,隻有綠葉和綠枝才能夠真正使空氣由壞變好。
到此為止,普利斯特列的實驗真相大白,空氣變好變壞的關鍵在於綠色植物是否得到太陽光的照射。
打開迷宮的鑰匙
英根·浩斯用幾百次實驗,才證實了太陽光照射在綠色植物上是使壞空氣變好的條件。但是,他還不能解釋,在封閉的瓶子裏老鼠和綠色植物長期共存的原因。
回答這個問題的,是瑞士的牧師謝尼伯。
謝尼伯牧師雖然以傳教為職業,但是他對植物學卻有廣泛的興趣。他繼續重複並研究普利斯特列和英根·浩斯的實驗,直到3年後的1782年,才發現植物在太陽光下既能把壞空氣變好,又把壞空氣作為自身的養料。
他用實驗證實:綠色植物不是把普通空氣變為好空氣的,因為普通空氣中有好空氣(氧氣),也有壞空氣(二氧化碳);綠色植物隻是從空氣中吸收“固定空氣”(二氧化碳),在陽光的照射下,經過自身的加工製造出好空氣來。他把自己的研究成果寫成三卷論文。
謝尼伯主要的成就,是解決了二氧化碳和氧氣的循環問題。這樣,上麵提到的封閉瓶中老鼠和綠色植物共存的問題,立即得到解釋。老鼠呼吸時放出的二氧化碳被綠色植物吸收,綠色植物放出的氧氣又作為老鼠呼吸之用。它們互相依賴,共同生存。
從18世紀中葉到19世紀初期,先後經曆了將近一百年,才找到揭開“綠色工廠”之謎的一串鑰匙。普利斯特列證明綠色植物會放出氧氣,接著英根·浩斯證明太陽光是綠色植物吸收二氧化碳、放出氧氣的必要條件,謝尼伯又證明空氣中的二氧化碳是“綠色工廠”的基本原料之一。最後,由瑞士化學家賽遜爾於1804年用自己的科學實驗,把上述各自獨立的研究工作,統一起來,歸納成一個公式:
固定空氣+水光綠色植物維持生命的空氣+植物性營養這個公式用現代化學語言來表示,就是:
水+二氧化碳光葉綠體碳水化合物+氧氣這樣,“綠色工廠”的原料、動力和產品等三大秘密,終於被英國、法國、瑞士、荷蘭四個不同國籍和三種不同職業的人(其中一個牧師、兩個醫生和幾個化學家),通過辛勤勞動而逐漸揭開了。
認識澱粉
“綠色工廠”的產品除了氧氣,還有澱粉等碳水化合物。那麼澱粉是怎樣被認識的?
德國的植物生理學家朱裏斯·薩克斯,是第一個認定“綠色工廠”的產品是澱粉的人。
朱裏斯·薩克斯是一個酷愛植物的科學家。他對植物的生長和生活習性十分感興趣。清晨,他給花草澆水的時候,常常對著色彩鮮豔的花團和迎風招展的枝葉沉思:如果植物合成的化合物主要是澱粉,那麼澱粉通常是不溶於水和酒精的,但是一遇到碘,就會顯出藍色來。
如果植物的“工廠”真的開在葉片內,那麼,葉片裏總該是有澱粉的啊!
他摘下多種綠色植物的葉片,把它們洗幹淨以後,放到盛有酒精的燒瓶裏,然後加熱,使葉肉裏的葉綠素溶解在酒精中。這時候,綠葉變成黃白色,再用水衝洗一下,滴上一滴碘酒,果然,葉片顯現出藍色。朱裏斯·薩克斯高興地跳起來,他證實了這家奇妙的“工廠”就開在綠葉裏麵。
接著,他又選取一盆綠色植物,當天晚上,用不透光的小黑紙片把一片綠葉遮蔽起來。第二天,把花盆放在陽光下照射幾小時。然後,把被黑紙片遮蔽的葉片和沒被遮蔽的葉片同時摘下來,也用上麵講的方法進行實驗。結果,朱裏斯·薩克斯發現:在滴上碘酒以後,沒有遮光的葉片變成藍色,而遮光的葉片仍然呈現黃白色。這說明植物要製造澱粉,必須借助太陽光。
以前,瑞士牧師謝尼伯在實驗中曾經證實,在陽光照射下綠色植物能把壞空氣變好,又能把壞空氣當作自己生活的養料。那麼,這個壞空氣和植物製造澱粉的過程有什麼聯係呢?朱裏斯·薩克斯繼續思考,並且以簡陋的實驗證明了這個壞空氣(二氧化碳)是植物製造澱粉的必需原料。當時的實驗設備和實驗過程已無法查考。這個實驗,我們現在是這樣做的: