师：同学们好，很高兴能和大家一起学习今天的生物课程。通过前面的学习，我们已经走进生命的世界，了解了生命系统的结构层次。从今天开始，我们来认识生物圈中的绿色植物，了解绿色开花植物的生活方式。大家都知道，我们每天都要摄入各种食物来满足生活需要，那植物是不是也必须不断从环境中获取生存所需的物质呢？如图是植物从种子到幼苗再到硕果累累的过程，在它由小长大的过程中，需要有物质和能量的供应。植物需要从环境中获取哪些物质？又是通过什么途径获得的？植物需要的能量又来源于哪里呢？这些问题的答案涉及光合作用的奥秘。很久以前，科学家们就开始思考这些问题，并通过实验进行探究。下面我们从海尔蒙特的柳苗生长之谜开始说起。同学们可以先暂停，自主阅读教材66 - 68面的内容，并试着完成学习任务单中任务一的表格填写。
17世纪以前，人们都认为植物生长在土壤中，一定是从土壤中获得生活需要的各种物质。一株果树，那粗壮的树干、繁茂的枝叶、丰硕的果实，都是由植物从土壤中吸收的物质变化而来的。就连著名的哲学家亚里士多德也认为植物是由土壤汁构成，果真是这样吗？为了回答这个问题，科学家做了大量的实验，其中较为经典的是海尔蒙特的小柳树生长实验。
17世纪上半叶，比利时科学家海尔蒙特设计了一个简单而又巧妙的实验。他将一棵质量为2.3千克的柳苗栽种到一个盛有土壤的木桶中，土壤的质量为90千克。此后，他只用纯净的雨水浇灌柳苗，为防止灰尘落入，还专门制作了桶盖。5年过去了，柳苗渐渐长大了。他再次称量柳苗和土壤的质量，结果令他大吃一惊：柳苗质量增加74.5千克，土壤质量仅减少了0.057千克。从这一数据可以看出，使柳苗增重的物质并不是由土壤直接转化而来的。
由于这5年来海尔蒙特只用纯净的雨水浇灌柳苗，所以他自然而然地想到水才是使植物增重的物质，因此，他得出了与前人不同的结论。海尔蒙特的结论正确吗？你如何评价海尔蒙特的实验？首先，海尔蒙特第一个用实验数据否定了人们一直以来的错误认识，第一次提出水参与有机物的制造，这为人们对光合作用的研究开辟了新方向，也掀起并激发了科学家们的研究热潮。如果从植物生活环境的角度来分析植物生长所需的物质来源，还应该考虑什么因素呢？对，那就是空气因素，植物的茎叶生活在空气中，会不会从空气中获取生活所需的相关物质呢？早在1637年，我国明代学者宋应星在《论气》一文中就指出，人所食物皆为气所化，故富于气，说明他已经注意到空气和植物的关系。
同样，1727年，英国植物学家黑尔斯也指出，植物在生长时主要用空气当养分。但是他们都没有通过实验来验证自己的论断。到了17世纪后叶，由于显微镜的发明，人们利用显微镜发现了植物叶片上的气孔，科学家们因此认为植物可能是通过这些气孔与外界进行气体交换的。这些气体是什么呢？科学家们继续开展探究活动，直到1771年，英国科学家普利斯特利的研究才让人们注意到环境中的空气对绿色植物生活的影响。
1771 - 1777年间，英国著名科学家普利斯特利用7年时间进行了一系列呼吸和燃烧实验。他在研究助燃空气时做了一个新奇的实验：把一支点燃的蜡烛和一只小鼠放到密闭的玻璃罩里，不久，蜡烛熄灭了，小鼠死去了；将一支点燃的蜡烛和一盆绿色植物放到一个密闭的玻璃罩里，植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭；把一盆绿色植物和一只小鼠同时放到一个密闭容器里，植物和小鼠则都能够正常地活着。根据实验结果，他认为蜡烛燃烧会污染空气，使小鼠窒息而死，绿色植物则能够净化因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。
但是，当人们重复普利斯特利的实验时，有人成功，有人不成功，甚至得到完全相反的结论，认为植物不仅不能净化空气，反而使空气受到严重污染，这是为什么呢？原来他们没有认识到光对植物的作用。1779年，荷兰科学家英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验，结果发现普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功，绿色植物只有在光下才能净化空气。他还发现光照下的绿色植物能够释放气体，这种释放气体的能力在夕阳西下时降低，日落后则完全停止。由此可以看出光照对植物生活的重要作用。
那么在光照下，绿色植物究竟释放的是什么气体？这种气体是否与植物净化空气的作用有关呢？然而，由于当时化学发展水平的限制，人们尚不了解植物释放的究竟是什么气体。直到1785年，科学家们了解了空气的组成成分，明确了这种气体就是氧气。由此，我们可以得出结论：绿色植物在光下释放氧气。植物在光下放出氧气，它同时有没有从环境中吸收什么物质呢？1782年，瑞士牧师塞内比埃证实了英格豪斯的发现，并指出植物净化空气的活性还取决于其所固定的空气。但是当时人们并不了解植物固定的空气是什么。直到1785年，科学家们发现了空气的成分，从而认识到绿色植物在光下释放氧气的同时还要吸收二氧化碳。
1804年，瑞士学者索绪尔通过研究发现植物在光下增重的质量和氧气释放量的总和远远超过二氧化碳的吸收量。而实验中除植物、空气和水以外没有其他物质，因此他断定植物在光下除吸收二氧化碳外还要消耗水，这与海尔蒙特的实验结论也是相吻合的。至此，科学家们已经通过实验证实，植物在光下要吸收二氧化碳，消耗水，同时释放氧气。
那么植物在光下有没有合成其他的物质呢？1864年，德国科学家萨克斯做过这样的实验：把绿叶放在暗处数小时，消耗叶片中原有的营养物质，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分用不透光的纸遮光。经过一段时间后用碘蒸气处理叶片，结果遮光部分的叶片无颜色变化，而照光部分的叶片显示深蓝色。
为什么叶片的照光部分会变为深蓝色？要解释这一现象，我们需要一个化学小知识：淀粉遇碘会变蓝，这已经被科学家们证实。由此说明绿叶在光下合成了一种新的物质——淀粉。淀粉在燃烧时能够生成二氧化碳和水，并释放出热量，因此它是一种储存有能量的有机物。萨克斯在他的研究中运用了对照实验法和淀粉遇碘变蓝的原理。