45．光合作用原理

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光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在光的照射下，将二氧化碳、水或是硫化氢转化为碳水化合物的过程。悄悄告诉大家，本书首发，想更快阅读，百度搜索就可以了。而这个过程主要是由食物链中的生产者植物来完成，因为植物能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量，而食物链中的消费者是通过直接或间接食用植物来获取能量。所以，对于大多数生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。

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1．是谁第一个发现了光合作用原理？

约瑟夫·普里斯特利（1733—1804），英国著名化学家，他从小养成了爱独立思考的习惯。1765年，他获得爱丁堡大学法学博士学位。他的职业是牧师，而化学只是他的业余爱好，所以，他一生主要是靠自学成为一位化学大师。1771年，他发现了光合作用原理。此外，他还是氧气、二氧化氮、二氧化硫、等10种气体的发现者。

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光合作用是生物界赖以生存的物质来源和能量来源，因此，他对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义。

在2000多年以前，古希腊哲学家亚里士多德提出观点：植物生长所需的物质全部来源于土壤。17世纪中期，荷兰科学家范·海尔蒙特在亚里士多德观点的基础上，做了一个柳树盆栽称重的实验，发现柳树虽然长大了，但是盆里的土壤并没有减少，所以，他推断植物的重量主要不是来自土壤而是来自水。

因此，在17世纪中期以前，科学家们认为植物体内的全部营养物质都是从土壤和水中获得的，并没有认识到空气中的物质参与了有机物的合成。

1771年，英国化学家普里斯特利做了一个实验，他发现将植物和蜡烛放在一个密闭的容器里，蜡烛不容易熄灭；若将老鼠和植物放在这个密闭的容器里，老鼠也不容易窒息而死。从实验中，他发现植物更新了空气中的某些成分，但是，当时的他并不知道植物更新了哪种成分。直到1774年，他发现，这种成分是氧气，所以他证实植物可以释放出氧气。

几年后的1782年，瑞士植物学家瑟纳比埃发现，即使植物没有受到阳光照射，照样会释放二氧化碳。1804年，瑞士学者索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。1845年，德国生物学家迈尔发现植物可以把太阳能转化成化学能。

1864年，德国植物学家J·Von·萨克斯做了一个实验，他把绿色叶片放在暗处几小时，让叶片消耗掉营养物质。然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光，过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现叶片遮光的一半没有发生颜色变化，而曝光的那一半叶片则呈现深蓝色。这个结果证明了植物通过光合作用会产生淀粉（淀粉遇碘蒸汽变蓝）。

德国科学家恩吉尔曼在1880年用水绵(有大型带状叶绿体)做了光合作用的实验，他把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗的环境里，然后用极细的光照射水绵。通过显微镜，他观察到好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近，如果这个临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。这个实验发现氧气是叶绿体释放出来的，从而证明叶绿体是进行光合作用的场所。

此后，关于光合作用的研究一直在进行。20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了“光合作用中释放出的氧气到底来自水，还是来自二氧化碳”这个问题，最终证明氧气全部来自于水。

20世纪40年代，美国科学家卡尔文用小球藻做实验，他用C14标记后的二氧化碳（其中碳元素是C14）供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，追踪到有机物中的碳是从二氧化碳中得到的。后来，碳的这一循环过程被称为“卡尔文循环”。

光合作用原理的发现证明几乎一切生命活动所需的能量都来源于太阳能（光能），而绿色植物是主要的能量转换者，它能利用光能同化二氧化碳和水合成有机物，贮藏能量并释放氧气。所以，绿色植物的光合作用是地球上有机体生存、繁殖和发展的根本源泉。

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2．光合作用的反应过程是怎么样的呢？

光合作用的反应过程如下：

6CO2＋12H2O＋光照C6H12O6＋6O2＋6H2O

其中，有机物C6H12O6碳（C）元素全部来源于二氧化碳（CO2），氧气（O2）中的氧元素（O）来源于水，而不是CO2中的氧元素。

3．植物的光合作用为人类提供了氧气和能源，那么影响光合作用的外界条件都有哪些呢？

影响光合作用的外界条件包括光照、二氧化碳浓度、温度、水分等。

光照——光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但当超过一定范围之后，光合速率就不再增加。

二氧化碳——CO2是绿色植物光合作用的原料，它浓度高低影响了光合作用暗反应的进行。在一定范围内，提高CO2的浓度能提高光合作用的速率，但是因为光反应的产物有限，所以当CO2浓度达到一定值之后，光合作用速率就不再增加了。

温度——光合作用中的化学反应都是在酶的催化作用下进行的，而温度直接影响酶的活性。

水分——水是光合作用的原料之一，它可以影响叶片气孔的开闭，从而间接影响CO2的吸收。

人们知道了影响光合作用的外界条件后，农业上可以根据光合作用的原理，改变以上某些条件，达到减少农作物投入而获得较高的产量的目的。例如，延长光合作用时间，增加光合作用的面积等方式。

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【光合作用的过程】

光合作用的过程分为两个阶段，分别是光反应阶段和暗反应阶段。

光反应是光合作用的第一个阶段，这个阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的，这个反应必须有光能才能进行。反应的条件是：光、色素、光反应酶、影响它反应的因素是光强度和水分。

暗反应阶段是光合作用的第二个阶段，这个阶段的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的，没有光能也可以进行。暗反应阶段中的化学反应实质是一系列的酶促反应，反应的条件是暗反应酶，影响它反应的因素是温度和二氧化碳浓度。

光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。

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【植物细胞】

植物界的种类形形色色、千差万别，但就其结构来说，生物中除了低等类型（病毒）以外，都是由细胞构成的。

植物细胞的形状非常多样，常见的有球形、椭圆形、多面体、纺缍形和柱状体等。虽然植物细胞的形状大小多种多样，但基本结构都是一样的。

细胞一般是由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、叶绿体、液泡等细胞器构成。坚硬的细胞壁保护着原生质体，并且维持着细胞的形状，其主要成分是纤维素；叶绿体是专门进行光合作用的细胞器；大多数植物细胞都含有一个或几个液泡，液泡的主要作用是转运和储藏养分、水分和代谢副产物或代谢废物，即具有仓库和中转站的作用。

46．细胞学说

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细胞学说是关于细胞是动、植物结构和生命活动的基本单位的学说。细胞学说揭示了生命结构的共性，表明细胞生物有着共同起源，生物彼此之间有着亲缘关系。这一学说的建立有力地推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯曾把细胞学说称为19世纪自然科学三大发现之一（另外两大发现为达尔文的进化论和能量守恒与转化定律）。

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1．细胞学说的创立人是谁？是在什么时候创立的？?

细胞学说是由德国植物学家施莱登和动物学家施旺在1938—1939年创立的。

施莱登（1804—1881），德国著名植物学家，细胞学说的创立人之一，出生于德国汉堡的一个医生家庭。中学毕业后，施莱登回到家乡从事律师工作；1833年，他进入哥廷根大学学习医学，而后又对植物学发生了浓厚的兴趣，进入柏林大学学习植物学，开始了对自然科学的研究。1837年，他写了一篇题为《论显花植物胚株的发育史》的论文，把植物学重新定义为是一种综合性的科学，其中应包括植物化学和植物生理学。1838年，他发表了代表作《植物发生论》，提出了植物细胞学说，指出细胞是植物体的基本单位。

施旺（1810—1882），德国著名动物学家，细胞学说的创立人之一。从少年时代起，施旺对宗教产生了强烈的兴趣。16岁时，他离开家乡学习宗教，后来到大学中去学习医学。1837年，施旺与施莱登在柏林相遇，并开始研究细胞学。1839年，他在《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文中，提出了细胞是构成动物的基本单位。

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18世纪，德国的自然哲学非常盛行。科学家们都在研究什么是组成有机世界的典型单位。19世纪早期，研究者同时把动、植物结构的显微镜观察结合在一起，从而导致了细胞学说的发展。

其实，早在1665年，英国科学家罗伯特·胡克使用显微镜观察软木塞切片，第一次发现蜂窝状的植物细胞。在此后的100多年间，许多学者对动植物细胞进行了广泛的观察。

19世纪初期，通过植物解剖，德国植物学家特雷维拉努斯和冯·莫尔认识到细胞是植物的结构单位。1835年，捷克人普金叶用显微镜观察了一个母鸡卵中的胚核，指出动物的细胞质块与植物的组织很类似。1838年，德国植物学家施莱登总结前人的研究成果，宣布细胞是一切植物结构的基本活动单位。

1839年，德国动物学家施旺受到施莱登的启发，结合自身的动物细胞研究成果，把细胞说扩大到动物界，提出一切动物组织都是由细胞组成，从而建立了生物学中统一的细胞学说。

1938年和1939年，施莱登和施旺提出关于细胞的理论，表明细胞学说的创立。

1855年，德国病理学微耳和对细胞学说进行了补充完善，提出“一切细胞来自细胞”的著名理论。到此为止，细胞学说原理才全部创立完成。

细胞学说的创立是生物科学发展的重大事件，对生物科学向微观领域发展产生深远的影响。

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2．发现细胞第一人是谁？?是在哪一年发现的？

1665年，英国科学家罗伯特·胡克（1635—1703）发现了细胞，被人们认为是发现细胞的第一人。当时，胡克用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片，放大后发现一格一格的小空间，并把它们命名为cell。虽然胡克观察到的细胞是死细胞，并且只能看到残留的植物细胞壁，但是后来的科学家都肯定胡克的功劳是巨大的。

3．每个人都会衰老，衰老与细胞有关系吗？

生命活动的基本单位是细胞。人的身体大约至少有60万亿个细胞。每个细胞均有其寿命，有寿命，就有老化现象，细胞老化且无法分裂时，便会死亡。人体每天约有7000亿个老旧细胞衰亡，同时又有7000亿个新细胞诞生，这是最理想的代谢平衡状态。如果每天只有6000亿个细胞继续存留在体内，那就表示人体还残留了1000亿个老旧细胞。老化的细胞如继续存留在体内，脏器就会逐渐老化，人体就逐渐变老。

一般来说，人过了 50 岁，人体衰老细胞数量已经超过正常生长的细胞数量，衰老细胞占了多数，平衡状态被打破，病死的和失踪的细胞开始增多，这样，正常成活的细胞逐渐衰老、病死，失踪的细胞也在增多，就形成了人们知道的自然老化，直至某些细胞死亡或失踪达到一定数量而导致器官失去功能，进而导致有人死亡。所以说，人体变老就是细胞的衰老，细胞与人体衰老是紧密联系的。

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【细胞的基本构造】

细胞是构成生物结构的基本单位。在光学显微镜下观察动植物的细胞，可以看到它的基本结构分为以下四个部分：

1.细胞壁。位于植物细胞的最外层，它对细胞起着支持和保护的作用。

2.细胞膜。细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，叫做细胞膜。它不仅起着保护细胞内部的作用，而且还具有控制物质进出细胞的作用：既不让有用物质任意地渗出细胞，也不让有害物质轻易地进入细胞。

3.细胞质。细胞膜包着的黏稠透明的物质，叫做细胞质。细胞质可以促进细胞内物质的转运，细胞的生命活动越旺盛，细胞质流动越快，反之，则越慢。细胞死亡后，细胞质的流动也就停止了。

4.细胞核。细胞核通常位于细胞的中央，细胞核中有一种物质，细胞核的机能是保存遗传物质，把遗传物质从细胞（或个体）一代一代传下去。但细胞核不是孤立的起作用，细胞核控制细胞质；细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用。

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【人体细胞之最】

体内最大的细胞：如以细胞直径为准，要算卵细胞最大；如以细胞长度来说，骨骼肌细胞最长；如以细胞突出的长度来划分，神经细胞（也称神经元）为体内最大的细胞了。

线粒体最多的细胞：人体内线粒体最多的细胞是肝脏的肝细胞，它还是体内生命活动最活跃的细胞。

内质网最多的细胞：浆细胞是含有内质网最多的细胞，是一种不再具有增殖分化能力的终末细胞。

寿命最长的细胞：神经细胞的寿命最长。因为人体细胞是在不断生长繁殖之中，细胞数量几乎每时每刻都有变化。而神经细胞的数量，出生时有多少以后就有多少，不能增加，所以神经细胞的寿命最长。

【微耳和】

微耳和（1821—1902），德国病理学家，细胞病理学说的创始人。1845年，他发表了一篇有关白细胞的论文，其中报告了最早的白血病病例，该文已成为白血病研究的经典。

他最重要的贡献是将细胞学说应用于病理研究，并进而创立了细胞病理学。1855年，他发表了一篇有关细胞病理学的文章，第一次提出著名的论断——“一切细胞来源于细胞”，简单明了地概括了细胞学说。

1858年，他发表了《细胞病理学》，系统地阐明了细胞病理学理论，强调疾病首先不是在整个器官、组织内发生的，而是在细胞中发生的。《细胞病理学》的发表极大地促进了病理学的发展，特别是细胞病理解剖学和人体病理解剖学的发展，从而促进了临床诊断学的发展，成为西方现代医学的重要理论基础。

47．人体结构与解剖学

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人体解剖学是了解人体结构的学科，是医学、生理学的基础，也是医学从业者的一门必修课。解剖学的出现帮人类更清楚地认识了人体结构，包括身体各个组织器官的分布与构造，正如恩格斯所说：“没有解剖学就没有医学”。由此可见，解剖学在医学中占有很重要的地位。

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1．解剖学的出现使人们清晰地认识了人体结构，那么谁才是近代解剖学的创始人呢？

安德雷亚斯·维萨里（1514—1564），比利时解剖学家、医生，被称为近代解剖学的创始人。

维萨里生于布鲁塞尔一个医生家庭，从他的曾祖父到他父亲都是医生，他自然也继承了医学事业。1533年，他考入巴黎大学就读医学，并对解剖学产生了兴趣。1536年，他入读帕多瓦大学，并在1537年取得博士学位。毕业后，他留校教授外科和解剖学。在教课期间，他多次被邀请到其他大学演讲解剖学。但在演讲过程中，他逐渐对古希腊医生盖伦的解剖学理论产生了质疑，多次通过实验进行验证，发现了盖伦解剖学中的错误观点。

1543年，维萨里主持了一场公开的解剖，至今这具人体标本仍然在巴塞尔大学的解剖学博物馆里展出。同年，他出版了《人体的构造》一书，该书纠正了盖伦解剖学错误的理论，并将解剖学加以标准化、系统化。这本书的出版对近代医学的发展起了很大的作用。当然，维萨里当之无愧地成为现代人体解剖学的奠基人。

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人体结构从最小的细胞到最大的器官，以及器官之间的关系，都是一个复杂的系统。而解剖学清晰地、系统地为人类展示了人体结构。

解剖学是一门历史悠久的学科，在中国战国年代的第一部医学著作《黄帝内经》中，就有记载：“若夫八尺之士，皮肉在此，外可度量切循而得之，其尸可解剖而视之……”明确提出了对“解剖”的认识。

在西欧古希腊时代，希腊名医希波克拉底和亚里斯多德都进行过动物解剖，并有这方面的论著。而第一部比较完整的解剖学著作应该是罗马宫廷医生盖伦的《医经》，他对血液流动、神经分支和脑、心等器官都有具体的描述。但是在罗马帝国时期，由于人体解剖被禁止，所以，盖伦的解剖学理论依据大都来源于对猪、羊、猴和猿类等动物的解剖和实验。但动物与人毕竟有很大差别，因此盖伦的书中有许多错误。又由于中世纪的教会严禁解剖尸体，致使人们无法纠正这些错误。

15—16世纪，随着西欧的文艺复兴，各种科学都有了蓬勃的发展，解剖学也有了相应的发展。如意大利画家达·芬奇（1452—1519）的解剖学图谱，精细准确描绘地描绘了人体的结构，其精细程度在现代也是罕见的。

16世纪，比利时医生维萨里冲破了旧权威们臆测的人体结构理论，通过直接观察人体，以大量、丰富的解剖实践资料，对人体的结构进行了精确的描述。1543年，维萨里完成了巨著《人体的构造》，全套书共7册，他遵循解剖的顺序描述人体的骨骼、肌肉、血管和神经的自然形态和分布等，不仅较系统完善地记述了人体各器官系统的形态和构造，还勇敢地摆脱了盖伦权威的束缚，澄清了盖伦学派的种种错误，使解剖学逐渐步入正轨。

17世纪，英国解剖生理学家哈维(1578—1657)，提出了心血管系统是封闭的管道系统的概念，创建了血流循环学说，从而使生理学从解剖学中分离出去，并著有《血液循环论》、《动物的发生》两本书。

继显微镜发明之后，意大利医生马尔匹基(1628—1694)用它观察了动、植物的微细构造，证明了动脉与静脉相连通，为微循环学说的建立提供了形态学基础。

19世纪，意大利解剖学家卡米洛·高尔基首创用硝酸银染色，确认中枢神经系统的某些神经细胞，后与西班牙组织学家桑地牙哥·拉蒙卡哈共同发展和完善了这一技术，并详细地描述神经细胞的复杂结构，因此，两个人成为神经解剖学公认的创始人。

随着技术的革新，近几十年来，生物力学、免疫学、组织化学、分子生物学等向解剖学渗透，一些新兴技术如示踪技术、免疫组织化学技术、细胞培养技术和原位分子杂交技术等在形态学研究中都被广泛采用，使这个传统的学科焕发出青春的异彩。

解剖学的发展对人类具有重大的意义，只有正确认识人体器官组织的形态结构，才能了解其生理、病理过程，才能进行诊断和治疗。人体解剖学科的诞生，是生命科学发展史上的一个里程碑。

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2．人体结构都有哪些系统构成的呢？

现代医学是建立在人体生理解剖学的基础上，依据结构和功能，将人体分为八大系统。

运动系统——包括骨、骨连接和肌，是人进行劳动、位移与维持姿势等各项活动的结构基础。

消化系统——由内脏各器官组成，负责摄入食物的消化、吸收和残渣排出。

呼吸系统——由呼吸道、肺