奇妙的绿色“工厂”
地球上有家奇妙的“工厂”，那就是“绿色工厂”。
你知道吗？这家“工厂”已有二十亿年的历史。它从开办的那天起，就采用自动化生产，比现代电子计算机控制的工厂还要精密、灵巧；它的原料、动力都很巧妙地取之于大自然，用不着花钱购买；它的体积小到只有在电子显微镜下才能观察到。但是，它生产的食品却多得惊人，全世界四十六亿人口、上百万种动物都得直接地或者间接地依靠它过日子。
这么奇妙的“工厂”，当然要引起人们的兴趣。长期以来，许多科学家为了叩开“工厂”的大门，洞察其中的秘密，曾呕心沥血，不辞劳苦，一代接一代地对它进行探索。直到现代，“绿色工厂”之谜才逐步被揭开。
一片绿叶好比一个工厂
“绿色工厂”开设在哪里？它就开设在绿色植物的叶片内。
植物叶片的形状各式各样，有蒲扇似的棕叶，巴掌似的梧桐叶，眉毛似的柳叶，缝衣针似的松叶等等。它们都是由许多绿色的细胞组成。在显微镜下面，你可以看见细胞里有许许多多绿色的颗粒，这就是叶绿体。每个叶绿体都可以单独地进行光合作用。一个叶绿体好比工厂的一个车间。
你也许感到诧异，那一片片随风摇曳的绿叶怎能容得下那么多的“车间”、摆得进那么多的“机器”？
好，我们先来了解一下“工厂”的布局和设备吧。请你在庭院随手摘一片阔叶片，肉眼能够看到的是叶片的正面和背面都有一层表皮，即上表皮和下表皮。用小镊子撕去表皮，露出叶肉，叶肉中间分布着许许多多叶脉。
如果把叶片纵切成薄片，放在低倍显微镜下观察，就可以看到上下表皮好像是“工厂”的围墙，它是由一层排列得很紧密的细胞组成的。表皮向外一面的细胞壁上，有一层透明的、不易透水的角质层，它既能让阳光透过“围墙”进到“车间”，又可以保证“工厂”内部的水分不会轻易地散发出去。
叶片表皮上有许多很小很小的孔，叫气孔，气孔是由两个半月形的保卫细胞围成的，保卫细胞的壁调节着气孔的开闭。
气孔有多大呢？一般用微米来表示（一微米等于千分之一毫米），据测量，一个气孔宽约3～12微米，长约10～40微米。
叶片的上下表皮都有气孔。一般地说，下表皮的气孔数目比上表皮多一些。不过，不同的植物也不一样，比如苹果叶片的气孔都在下表皮，莲和睡莲叶片的气孔只在上表皮。叶片上面的气孔多得惊人，通常在一平方厘米的叶面积上就有100～16000个。气孔的面积约占叶片总面积的1-2%。空气和水就从这里进进出出。
气孔的开闭运动，是由保卫细胞的含水量决定的。
一般地说，在温暖晴朗的天气里，叶片照光以后气孔就开放，黑暗降临时气孔就关闭。但是，外界环境的水分和温度也影响气孔的开关。缺水的时候，气孔关闭；温度超过25摄氏度时，气孔也关闭。你看气孔的开闭跟外界条件的关系多么密切呀！这也是植物对不良环境的一种适应性。
在叶肉里有成束的叶脉，其中包括导管和筛管，它和根、茎的导管和筛管连通。叶脉像一条条四通八达的运输线，源源不断地把原料输送到“工厂”里来，同时把产品运出“厂”，供应植物体各个部分的需要。叶脉还是支撑叶片的桁架。
叶片中的主要部分是叶肉，不论它的重量或者体积，都占整个叶片的90%以上。叶肉是一群夹在上下表皮之间的薄壁组织。靠近上表皮的叶肉细胞呈圆柱形，排列得比较整齐，像一根根栅栏，叫做栅栏组织。接近下表皮的叶肉细胞，形状不规则，排列得很疏松，细胞之间空隙比较大，很像海绵，叫做海绵组织。
如果用高倍显微镜来观察叶肉的话，首先跃入你眼帘的是一粒粒晶莹剔透的好像绿宝石似的叶绿体。
高等植物的叶绿体形状像透镜，平均直径有10微米左右，厚有2微米左右。每个绿色细胞中叶绿体数目不一样，从几个到几十个。上下层细胞所含叶绿体的数量也不一样。蓖麻叶的栅栏组织里，每个细胞约有36个叶绿体，海绵组织的细胞里只有20个左右。高等植物的叶绿细胞内所含的叶绿体数目较多，每个细胞里有几十个到100个，甚至还要多。而绿藻中数量很少，比如衣藻细胞里只有一个叶绿体，星接藻细胞里有两个叶绿体。
后来，科学家根据电子显微镜的观察，知道叶绿体外面被两层透明的膜包着，里面是许许多多层绿色的膜，叫做层膜。这些层膜里面含有叶绿素，并且浸在水里。因为有了它们，叶片才绿得醉人。
叶绿素不仅把植物装饰打扮起来，给人以美的享受；而且更重要的，它是“绿色工厂”的“机器”，有了它，“工厂”才能出产品。
叶绿素分子的数量大得惊人，一个层膜单位里约有一百万个叶绿素分子，这样，一片绿叶中的叶绿素分子的数量是很多很多的了。如果按重量计算，它又小得出奇，平均只占叶片重量的千分之一。一平方厘米绿叶面积内，只有0.2毫克叶绿素；一公顷土地的绿色植物，也只有13公斤左右的叶绿素。
“工厂”的原料
好雨知时节，当春乃发生。
随风潜入夜，润物细无声。
这是唐代大诗人杜甫写的《春夜喜雨》中的诗句，意思是好雨也懂得适应季节，随着微风在夜里悄悄地洒落，使万物受到雨水的滋润。
在自然界里，所有生物的生命活动都离不开水。而对植物来说，更有另一种意义：水是“绿色工厂”的重要原料。没有水，“车间”就开不了工。
有句成语“根深叶茂”是很有道理的。一棵健壮的植物具有庞大的根系，植物主要是通过根的幼嫩部分特别是根毛，从土壤中吸收水分。植物的根毛多得惊人，一株玉米的根，每平方毫米的面积上约有420条根毛，豌豆的根上每平方毫米约有230条根毛。
植物的根不仅数量多，有的还埋得很深。非洲的巴恶巴蒲树，它的根毛区就长在地下35米深的地方，专门吸收地下水。有趣的是，有些植物的根直接长在水中，比如浮萍，随风漂流。有些植物的根悬空生长，比如广东、广西、福建等地的榕树，它用气根吸收空气中的水分。气根上面虽然没有根毛，可是在根尖的表面有许多层死细胞，细胞壁比较厚，上面有一些小孔，能够吸收空气中的水分，这些死细胞叫做根被。
除了水，二氧化碳也是“绿色工厂”的重要原料。
二氧化碳来自空气。前面讲过绿色植物叶片的表皮上布满了气孔，每个气孔都和叶肉细胞的间隙相通。气孔除了调节植物用水以外，还用来吸收空气中的二氧化碳。据估计，地球上植物叶片的气孔，每年要吸进去1500亿吨二氧化碳。如果你要检验一下二氧化碳对于植物的作用，只要在叶片表面涂上一层薄薄的凡士林就行了。凡士林把气孔堵塞住，空气中的二氧化碳就不能跑进去，要不了多久，叶子就枯萎了。
光有水和二氧化碳，“绿色工厂”也还不能开工，它还需要有动力，那就是阳光。
“工厂”的动力
“绿色工厂”要开工生产，就必须有充足的太阳光做为动力，才能发动“机器”，制造产品。
太阳光对“绿色工厂”的生产有多大影响？你可以做个简单的对比实验：把两盆同品种的天竺葵花，一盆放在阳光下，一盆放在暗室或者避光的地方，供应等量的水和肥料。不久，不见光的那盆天竺葵花叶子渐渐发白，最后枯萎，而照射阳光的那盆花枝招展，惹人喜爱。这就是因为前者缺乏动力，“工厂”几乎停工，而后者有充足的动力，“工厂”正常生产。
太阳光是一个巨大的能源，当光能落在地球表面的时候，大多变为热能。根据科学家测定，每年大约有6.5×1023卡的太阳光能可以达到地球的表面。对“绿色工厂”来说，太阳光就像煤和石油那样，成为“工厂”不可缺少的动力。
绿色植物是怎样吸收光能的呢？主要由叶绿素来吸收太阳的辐射能。落在叶片表面的太阳辐射能并不是全部被叶片吸收，只有80-85%被吸收，10%被反射掉，5～10%透过叶片而没有被吸收。这跟叶片表面的构造有关系，比如叶片表面蜡质的厚薄，茸毛的多少，内部色素成分和数量的多少，以及叶内含水量的多少等等，都能影响叶片吸收光能。据统计，陆生植物每年大约贮存3×1017大卡的能量，相当于1.7×1012公斤的碳水化合物。而海洋生物能生产13×1013公斤的碳水化合物。
这么大的能量，植物是怎样利用的呢？
我们的眼睛能够看见的太阳光，含有红橙黄绿蓝靛紫七色光。不同颜色的光有不同的波长，由红光到紫光，波长逐渐变短。叶绿素吸收光能，并不是七色光全部被吸收，而是有选择地吸收。实验证明，红光和蓝紫光被叶绿素吸收的最多，生产效率最高。
太阳光有直射光，也有散射光。绿色植物不仅要吸收直射光，还要吸收散射光。那些千姿百态的植物叶子，巧妙地向四面八方伸展。你看，那又大又密的树冠，像一把翠绿的巨伞，叶子在枝条上面的排列尽管不同，但是相邻两节的叶子总是不重叠，使同一个枝条上面的叶片不会互相遮盖，形成了叶子镶嵌错落的排列方式。
叶子的数量很多，它们的总面积也很大。有人作过统计，一株春小麦叶子的总面积几乎达到500平方厘米，一株甜菜叶子的总面积约有5000平方厘米，一株南瓜叶子的总面积竟有10000平方厘米之多。多数农作物叶子的总面积，都比它占有土地面积大上20～100倍。这样多的叶子，就能为绿色植物贮存大量的能量。
太阳光照射到叶片上，只有1～3%的能量直接参加光合作用，有一部分能量转变为热能，于是叶片的温度就会增高，如果不及时“处理”，就会灼伤叶子。实际上，绿叶有调温的能力，通过叶片的蒸腾作用，来降低叶片温度，维持“工厂”的正常生产。
值得注意的是，在一般情况下，“绿色工厂”开工的状况跟太阳在天空的位置大有关系。
在无云的晴天，晨曦微露，“绿色工厂”开工生产。不过，由于晨光熹微，动力不足，“工厂”的效率很低。
当太阳冲出云海，把万道金光洒向大地的时候，“绿色工厂”逐渐活跃起来，“机器”忙碌地运转，产品逐渐增多，叶片里开始积累糖类物质。运输工作也跟着忙起来，把养料分别输送到根、茎、花和果实中去。
上午十点前后，太阳高挂天空，照射到叶片上的光能80%左右被吸收，“工厂”就开足马力，生产效率达到高峰，运输产品的工作忙不过来，叶子就成为“临时仓库”，贮藏大量的养料。
中午，骄阳像火炉似的烤灼大地，“工厂”的效率反而降低，因为叶片里的水分大量地蒸发，引起气孔关闭，根部的水一时又运不上来，产品堆积在“车间”里，运输又来不及，所以“工厂”的生产反而转慢。
午后，太阳辐射的强度逐渐降低，气温也慢慢下降，供应条件得到改善，“临时仓库”的成品通畅无阻地输送出去。另外，这时候太阳斜射，散射到叶片上面的阳光很多，这样“工厂”的生产又恢复正常，生产效率又达到一个高峰。下午四五点钟到黄昏，生产下降，最后停止。“日出而作，日没而息”，就成为“绿色工厂”的生产规律了。
小麦、水稻、棉花以及瓜果、蔬菜等，大多数植物叶片里的“工厂”，是按这个规律生产的。没有光，它们就没法生长，所以把它们叫做喜光植物；另一类植物，比如蕨类、黄杨、玉簪、万年青、酢浆草、云杉等，习惯于阴暗潮湿的环境中生活，它们被叫做耐荫植物。不过，耐荫植物的光合作用效率很低，对人类的价值也不大。这里，我们主要介绍喜光植物的光合作用规律。
神奇的生物催化剂
要使“绿色工厂”正常开工生产，一方面要有原料源源不断地供应，保证充足的动力；另一方面还要便于生产的各个环节正常地运转和协调，才不至于窝工。这个问题不是人所能够解决的。原来，绿叶里有一种物质，它们对“绿色工厂”的生产只起催化作用。这就是说，在产品生产出来的前后，这种物质的重量和组成并不发生任何变化，这种物质叫做酶。生物体内的酶被称为生物催化剂。
其实酶并不神秘，它是一种蛋白质，包含在细胞里。据研究，叶绿体所含的酶种类很多，已知的不下二百种。光合作用本身，至少需要几十种酶参与。比如，二磷酸核酮糖羧化酶，己糖二磷酸酯酶等等。
酶的催化本领大得惊人，它比化工厂里用的催化剂效率高出几十万到几十亿倍。比如，只用一克淀粉酶，就能使两吨淀粉在65摄氏度以下十五分钟内完全分解；而用化学上的催化剂，却需要用十几公斤，并且要在100摄氏度以上的高温，经过十二小时才能完全分解。
酶有个怪脾气：只催化符合自己胃口的物质，比如淀粉酶只作用于淀粉，蛋白酶只作用于蛋白质。这就好像一把钥匙开一把锁一样，锁和钥匙得配对，反应才能进行。科学家把酶的这种特性叫做“专一性”。
酶的另一个特性是容易被破坏。如果遇到高温、紫外线或者强酸、强碱等等不利的条件，它就会失去催化能力，直接影响“工厂”的生产。酶被破坏了怎么办呢？你不用担心，细胞里会及时产生新的酶来补充的。
“工厂”的效率、产品和年产量
我们办工厂，要讲究生产效率，比如一个火力发电厂，它的效率高低，就看它烧了多少煤，发了多少电，然后把电能换算成热能再和煤里所含的热能进行比较，从中得到它的效率。
“绿色工厂”的效率，也可以按照上面讲的办法计算。就是测量植物吸收了多少光能，制造了多少养料，然后再把养料中的热能和吸收的光能进行比较，求出它的效率。
不过，测定“绿色工厂”的效率比计算发电厂的效率要复杂得多，因为光能的最小单位是光量子（组成光的基本粒子），要精确计算它可不是一件容易的事，即使高明的“神算手”，也要跌进糊涂缸里。那么，有没有人做过这项计算呢？
1922年，年轻的德国生物化学家瓦布格，雄心勃勃地试图揭开“绿色工厂”的效率之谜。他别出心裁地设计了一套测定仪器，巧妙地把普通的物理实验仪器光量计和气压计联合在一起，并应用到光合作用的研究上来。
他用红光作光源来测量一种低等植物小球藻的光合作用效率。他从光量计上得到用去的光能，从气压计中读出氧气的含量，第一次测出小球藻每吸收四个光量子，就放出一个氧气分子。他根据计算，得出植物对红光的光合作用效率是70%，即吸收的光能有70%变为化学能。于是，瓦布格热情洋溢地赞美“绿色工厂”，说它是世界上独一无二的效率最高的工厂，是完美无瑕的。瓦布格实验的结论，曾得到科学界的公认，在十多年内居于权威地位。
然而，他的学生——美国生物化学家爱默生却对老师的结论提出挑战。爱默生怀疑“绿色工厂”有那么高的效率，认为植物吸收的光能一定有所消耗。于是，他同美国几位化学家细心地验证并重复老师的实验，得出和老师不同的结论：植物吸收八个光量子才能放出一个氧分子，即植物对红光的光合作用效率只有35%。爱默生认为两者之所以相差一半，那是因为瓦布格老师在实验方法上存在问题。
这么一来，师生之间便展开了一场争论。不久，爱默生热情邀请瓦布格老师到美国来共同研究，瓦布格欣然前往。但由于在设计实验的方法上产生分歧，师生没有取得一致的意见，致使这场争论延续十年之久。
直到1986年，美国生物化学家本森在加利福尼亚州，利用最先进的技术——电子光量计和气压计，测出了和爱默生相近的数据。本森认为“绿色工厂”的生产程序非常复杂，而且以极快的速度进行着，其间必然有能量的消耗，就像机械运转要克服摩擦力所消耗的能那样。因而，就是对“绿色工厂”最合适的红光，它的生产效率最高也只有35%左右。
在自然条件下，“绿色工厂”是利用太阳光生产的。前面讲过，照射到大地上的阳光的可见光部分由七色光组成。叶片对各色光的利用效率是不同的，计算起来理论上的最高利用效率在11%左右。但是，实际利用效率远远不能达到这个数字。这是因为进行光合作用还需要一种原料——二氧化碳，而它在空气中只含0.03%，常由于原料不足，“工厂”不能全部开工。此外，还有其他条件，比如温度不合适的时候，前面讲过的酶就不能以最高的效率催化形成有机物；如果营养条件不良，效率也不能提高。所以，在自然条件下，一般光能利用效率在1-3%之间。
“绿色工厂”的生产效率虽然并不高，但是，“工厂”的数量很大，所以它每年产品的花色品种和产量是十分惊人的。
“绿色工厂”的直接产品主要是碳水化合物，此外，还有各种各样的间接产品，比如“工厂”可以通过一些复杂的工序制成蛋白质、脂肪、核酸和芳香物质等有机物，还有橡胶等等。
据粗略统计，绿叶制造的碳水化合物、蛋白质和植物脂肪的种类是很多的。
碳水化合物在直接产品中占的比例最大，常见的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等都属于这一类，它们是由碳、氢、氧三种元素组成。“绿色工厂”开工以后，最初制成一种含有三个碳原子的糖，叫做磷酸丙糖。以后，再合成比较复杂的淀粉。
淀粉是一种高分子的碳水化合物，由许多个葡萄糖分子连接起来组成的。淀粉有个特点，一遇到碘就变成蓝色，所以人们常用碘来检验“绿色工厂”的产品。
蔗糖或者其他糖类产生出来以后，一方面运到植物全身各部分去，供给所有细胞的生产发育需要；另一方面，贮存在块根、块茎和果实中，再转变成淀粉，成为人和动物的主要食物。稻、麦、马铃薯、甘薯、香蕉、菱角、藕等等，里面都含有大量的淀粉。
纤维素也是一种碳水化合物，组成成分和淀粉相似，可是它的结构比淀粉还要复杂，性质也不同于淀粉，遇碘不变蓝色。“绿色工厂”合成的纤维素，主要做为植物细胞壁的建筑材料。人和动物的消化系统不能消化纤维素。但是，含纤维素比较多的蔬菜、水果等食物，可以刺激肠子的蠕动，促使食物残渣排泄通畅，对健康有好处。纤维素还有各种各样的用途，比如作为生产纸、人造丝等的工业原料。
“绿色工厂”还能生产脂肪、蛋白质和核酸等物质，还能合成叶绿素、胡萝卜素等色素。
脂肪是由碳、氢两种元素组成的，结构和碳水化合物不同。植物叶片合成脂肪的途径很复杂，并且有许多酶来参加生产，经过植物细胞内部的一系列脱氢、脱水等极复杂的化学“工序”，最后才能制成各种脂肪。
油料作物像大豆、向日葵、芝麻、花生、油桐、蓖麻等植物的种子里，都含有很丰富的脂肪，可供人类食用和工业上的重要原料。
现在还发现，有的植物可以直接生产石油，这类植物叫做能源植物。
蛋白质也是个大分子的物质，由许多氨基酸组成。它除了含有碳、氢以外，还有氧和氮。氨基酸有一定的排列顺序和空间结构。蛋白质的合成跟核酸有关系。核酸有去氧核糖核酸和核糖核酸两种。去氧核糖核酸是遗传的基础物质，核糖核酸是制造蛋白质的模型。氨基酸作为原料可通过模型复制蛋白质。
地球上的绿色植物是一个庞大的有机物“制造厂”，每年都有大宗的产品出“厂”。
那么，这个“工厂”的年产量有多大，怎样计算呢？经过科学家研究认为，地球上那么多的绿色植物，不可能计算出准确的产量，只能估计，求出近似值。好，让我们一步一步来估算吧！
太阳光照射到地球上的能量大概是这样的：在大气层以外每年大约有1.3×1024卡，落到地球表面每年大约有6.5×1023卡，陆地植物每年可以接受2.5×1022卡，而海洋植物每年可以接受9×1022卡。如果以2%的光能利用效率计算，陆地植物的光合作用的年产量大约是1.7×1012公斤碳水化合物，而海洋植物的年产量大约是13×1013公斤碳水化合物。
这些数字是怎么得来的呢？原来，每年在大气层以外的1.3×1024卡的能量中，比较多的是紫外光，而紫外光的大部分被臭氧层吸收了。每年落到地球表面上的6.5×1023卡的能量，如果以每分钟来计算，那么每平方厘米的面积上大约有0.5卡的能量。而这里面还包含60%的远红外光和红外光，它们是不被绿叶利用的，这样每年只剩下2.6×1023卡的能量有可能被利用。其中，每年有1.8×1023卡的能量落在海洋上，只有8×1022卡的能量落在陆地上。但是，陆地上有一半以上的土地是不能生产或者产量很低的，比如高山等地。这样七折八扣下来，植物利用的光能每年大约只有0.5×1021卡，约等于1.7×1012公斤碳水化合物储藏的热能。
海洋里生长着大量浮游生物，它们中不少能进行光合作用，利用的太阳光能每年大约有1.8×1021卡，约等于13×1013公斤碳水化合物储藏的热能。
估计海洋里“绿色工厂”的年产量比陆地上的多得多，所以充分地开发和利用海洋资源，是21世纪人类的主要任务之一。
光合作用的探索轨迹
“问渠那得清如许，为有源头活水来”，关于光合作用的基础知识，都是前人长期在生产斗争和科学实践中总结得来的。先驱者勇于探索的精神、实事求是的态度，以及设计科学试验的思想方法，是很值得我们学习的。让我们循着前人探索光合作用的历史脚步，来回顾这个探索的历史过程吧！
揭开序幕
如果把科学家探索“绿色工厂”之谜的曲折历程比做一幕历史的长剧，那么，它的序幕也只是在二百多年前才拉开。
17世纪荷兰的凡海尔蒙，发现植物主要从水中取得养料。他称量180斤的砂土，放到一只大木盆里，栽上一棵4斤半重的小柳树，每天只给它浇一些雨水。过了五年，柳树长得又高又大。他把柳树拔出来，称了一下树重达516斤，晒干以后的土壤只减少了半两多一点。于是，凡海尔蒙否定了植物是靠泥土长大的传统说法，他猜想植物是靠吃水长大的。但他的认识只限于这一点，还不知道光合作用，更不知道光的性质，以及空气、水和“绿色工厂”的关系。
好空气与坏空气
凡海尔蒙以后，人们在继续探索“绿色工厂”的秘密。
1774年8月1日，英国化学家普利斯特列兴致勃勃地把从朋友家要来的一包黄色的粉末三仙丹（氧化汞），放到一只大玻璃瓶里，再把玻璃瓶倒放在水银槽里，隔绝空气。用凸透镜把太阳光聚集在玻璃瓶上，加热三仙丹。过了些时候，他惊讶地发现：粉末好像被人吹动似的微微颤动，几分钟以后，出现了小水银珠，三仙丹因受热发生变化，分解出一种气体来。当时，他认为这是一种新“空气”。
这种气体是什么，它有什么性质呢？
喜欢思考问题的普利斯特列继续实验：他找来一个大约直径30厘米、焦距50厘米的凸透镜，加热三仙丹，结果气体很快被赶出来。他用玻璃瓶收集了一定量的气体以后，用小木柴去点燃，结果看到小木柴烧得更亮了。以后，他又用同样方法制取了一瓶气体，并把一只小老鼠放进瓶子里，小老鼠就欢快地蹦蹦跳跳起来。他自己也吸进这种气体，他感到胸部特别的轻松畅快。
普利斯特列再把那只活泼的小老鼠放进木柴燃烧过的瓶子里，盖上盖子，小老鼠就喘不过气来，痛苦地挣扎着，过不了几分钟就死去了。如果在木柴燃烧过的瓶子里，放进去一棵绿色植物，它却长得很好，叶子平展展地伸张开来。这时候，再放进去一只小老鼠，盖上盖子，小老鼠就又欢快地跑来跑去。
普利斯特列喜出望外地把自己的实验写成论文，题目是：《各种气体之实验与观察》。他认为燃烧以后瓶中的空气变坏了，所以小老鼠死亡；放进绿色植物，它又能把坏空气变好，所以小老鼠能安然无恙。
当时，普利斯特列虽然不知道他发现的气体就是氧气，也不知道点燃的木柴把空气变坏以及绿色植物使空气变好的原因，但是他的实验给人们以启示：这种气体是能够助燃的，也是动物和人生存所需要的。同时，实验还表明，绿色植物有提供这种气体的能力。
他的功绩是，一方面给拉瓦锡创立的新燃烧理论提供了实验的基础，另一方面为探索“绿色工厂”之谜又打响了不寻常的一炮。
太阳光的魔力
一石激起千层浪。普利斯特列的实验记录发表以后，人们纷纷重复他的实验，但是得到的结果是相互矛盾的。有时候绿色植物把坏空气变好，有时候却把好空气变坏。1779年，荷兰医生英根浩斯在伦敦近郊租了一所别墅，在三个月的夏天里，他做了五百多次实验。当时，他用一个盛水的大烧杯，把绿叶或者水草浸在水里，水草上面倒扣一个玻璃漏斗，漏斗管上再倒扣一个试管。然后，英根浩斯把这个大烧杯放到阳光下。不久，在漏斗里就有小气泡上升，等试管里收集了一大半气体以后，他就把点燃的蜡烛放到试管里，顿时看到火焰增亮了。多少次实验都是这样，他认为这种气体就是纯化的气体。如果把这个烧杯放在暗处，就没有气泡产生。他发现了植物只有在阳光下才能把坏空气变好，在黑暗中绿色植物和动物一样，会把好空气变坏。为了进一步证实这一点，英根浩斯做了大量的观察和实验。他分别选取了房屋的阴面和阳面，高楼或者植物的限影下，太阳光升到地平线后，夕阳西下或者日落以后，晴天或者阴天等等各种不同的条件，反复多次地研究，结果都是相同的，这就进一步证实了太阳光参与了绿色植物把坏空气变好的活动。这使人们对光合作用的认识又前进了一步。
英根浩斯虽然还不知道“绿色工厂”开工的详尽原理，但是他破天荒地发现了太阳光对绿色植物的作用。同时，他明确地指出，只有绿叶和绿枝才能够真正使空气由坏变好。
到此为止，普利斯特列的实验真相大白，空气变好变坏的关键在于绿色植物是否得到太阳光的照射。
打开迷宫的钥匙
英根浩斯用几百次实验，才证实了太阳光照射在绿色植物上是使坏空气变好的条件。但是，他还不能解释，在封闭的瓶子里老鼠和绿色植物长期共存的原因。
回答这个问题的，是瑞士的牧师谢尼伯。
谢尼伯牧师虽然以传教为职业，但是他对植物学却有广泛的兴趣。他继续重复并研究普利斯特列和英根浩斯的实验，直到3年后的1782年，才发现植物在太阳光下既能把坏空气变好，又把坏空气作为自身的养料。
他用实验证实：绿色植物不是把普通空气变为好空气的，因为普通空气中有好空气（氧气），也有坏空气（二氧化碳）；绿色植物只是从空气中吸收“固定空气”（二氧化碳），在阳光的照射下，经过自身的加工制造出好空气来。他把自己的研究成果写成三卷论文。
谢尼伯主要的成就，是解决了二氧化碳和氧气的循环问题。这样，上面提到的封闭瓶中老鼠和绿色植物共存的问题，立即得到解释。老鼠呼吸时放出的二氧化碳被绿色植物吸收，绿色植物放出的氧气又作为老鼠呼吸之用。它们互相依赖，共同生存。
从18世纪中叶到19世纪初期，先后经历了将近一百年，才找到揭开“绿色工厂”之谜的一串钥匙。普利斯特列证明绿色植物会放出氧气，接着英根浩斯证明太阳光是绿色植物吸收二氧化碳、放出氧气的必要条件，谢尼伯又证明空气中的二氧化碳是“绿色工厂”的基本原料之一。最后，由瑞士化学家赛逊尔于1804年用自己的科学实验，把上述各自独立的研究工作，统一起来，归纳成一个公式：
固定空气+水光绿色植物维持生命的空气
+植物性营养
这个公式用现代化学语言来表示，就是：
水+二氧化碳光叶绿体碳水化合物+氧气
这样，“绿色工厂”的原料、动力和产品等三大秘密，终于被英国、法国、瑞士、荷兰四个不同国籍和三种不同职业的人（其中一个牧师、两个医生和几个化学家），通过辛勤劳动而逐渐揭开了。
认识淀粉
“绿色工厂”的产品除了氧气，还有淀粉等碳水化合物。那么淀粉是怎样被认识的？
德国的植物生理学家朱里斯萨克斯，是第一个认定“绿色工厂”的产品是淀粉的人。
朱里斯萨克斯是一个酷爱植物的科学家。他对植物的生长和生活习性十分感兴趣。清晨，他给花草浇水的时候，常常对着色彩鲜艳的花团和迎风招展的枝叶沉思：如果植物合成的化合物主要是淀粉，那么淀粉通常是不溶于水和酒精的，但是一遇到碘，就会显出蓝色来。如果植物的“工厂”真的开在叶片内，那么，叶片里总该是有淀粉的啊！
他摘下多种绿色植物的叶片，把它们洗干净以后，放到盛有酒精的烧瓶里，然后加热，使叶肉里的叶绿素溶解在酒精中。这时候，绿叶变成黄白色，再用水冲洗一下，滴上一滴碘酒，果然，叶片显现出蓝色。朱里斯萨克斯高兴地跳起来，他证实了这家奇妙的“工厂”就开在绿叶里面。
接着，他又选取一盆绿色植物，当天晚上，用不透光的小黑纸片把一片绿叶遮蔽起来。第二天，把花盆放在阳光下照射几小时。然后，把被黑纸片遮蔽的叶片和没被遮蔽的叶片同时摘下来，也用上面讲的方法进行实验。结果，朱里斯萨克斯发现：在滴上碘酒以后，没有遮光的叶片变成蓝色，而遮光的叶片仍然呈现黄白色。这说明植物要制造淀粉，必须借助太阳光。
以前，瑞士牧师谢尼伯在实验中曾经证实，在阳光照射下绿色植物能把坏空气变好，又能把坏空气当作自己生活的养料。那么，这个坏空气和植物制造淀粉的过程有什么联系呢？朱里斯萨克斯继续思考，并且以简陋的实验证明了这个坏空气（二氧化碳）是植物制造淀粉的必需原料。当时的实验设备和实验过程已无法查考。这个实验，我们现在是这样做的：
把两盆绿色植物放在暗处一两天，然后分别把它们放在特制的A、B两个玻璃钟罩内。罩底边是严密封闭的，罩口的软木塞上各插一支弯曲的玻璃管。A罩里放置一小株氢氧化钠溶液，上口的玻璃弯管装进小块的碱石灰（氢氧化钠加氧化钙）；B罩里放一小杯清水，上口的玻璃弯管装些小石块，空气可以自由地流动。然后，把它们移到阳光下照射几小时，再分别摘取叶片，照前面讲的方法进行检验。最后可以看到：A罩里的叶片没有变成蓝色，而B罩里的叶片变成了蓝色。这是由于A罩里有氢氧化钠和碱石灰，都是碱性的，它们吸收了空气中的二氧化碳，使A罩里几乎没有二氧化碳了；而在B罩里的空气中，含有正常含量的二氧化碳。这个实验充分说明：二氧化碳是绿色植物制造淀粉的必需原料。
朱里斯萨克斯以三个关键性的实验，总结了19世纪以前科学家对“绿色工厂”的探索，进一步验证了凡海尔蒙、英根浩斯、谢尼伯分别提出关于水、二氧化碳和阳光是“绿色工厂”必需条件的理论的正确。
直到1896年，法国科学家贝尔纳斯在前人研究的基础上，给绿色植物这种独特的生理化学过程，命名为“光合作用”。
综观19世纪以前科学家探索“绿色工厂”的历史事实告诉我们：一个人在某些方面取得成就，总是离不开前人在这方面打好的基础。牛顿曾经说过：“如果说我比别人看得远些，那是因为我是站在巨人肩上的缘故。”也就是说，科学是有继承性的。了解前人的工作历史，才能懂得现代科学是怎样发展来的。
氧从何处来
唐代大诗人杜甫在《登高》一诗中写道：“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来。”科学的发展犹如滚滚长江，后浪推前浪。到了20世纪，科学家就深入到“绿色工厂”内部，来窥探它的秘密了。
科学家通过实验已经证明了“绿色工厂”的原料是水和二氧化碳；又知道这两种物质里面都含有氧。那么，绿色植物进行光合作用放出来的氧是来自水呢，还是来自二氧化碳？这是一个十分有趣的问题。这个问题引起许多人争论了几十年。有人说来自二氧化碳，有人说来自水，众说纷纭，谁都拿不出确凿的证据来。
20世纪30年代开始，科学家对细菌的研究，大大推进了人们对植物光合作用的认识。细菌一般是寄生或腐生的，也就是依赖现成的有机物来生活的。当时发现，有些细菌有颜色，生活中需要光；有些细菌没有颜色，生活中不需要光。那么，这些有颜色、需要光的细菌是怎么生活的呢？和植物的生活有什么区别呢？
1930年，美国的凡尼尔做了一个很重要的实验：他把有颜色的细菌分离纯化，发现紫色和绿色的细菌，完全能在无机培养液中生活，但是需要有三个重要条件，一是光，二是二氧化碳，三是硫化氢。如果没有硫化氢，也可以在亚硫酸钠、硫代硫酸钠等物质中生活。这样看，这些物质中必须含有硫。这就好像植物进行光合作用必须要有水一样。最后，凡尼尔弄清楚了这些绿色和绿色的细菌在生活中，用二氧化碳和硫化氢作原料，在光的照射下，制成碳水化合物，并产生硫。它们同样是利用光能形成碳水化合物的。凡尼尔指出，光合作用不是植物所特有的，有些细菌也利用色素来吸收光能，自己制造养料，这种细菌就叫做光合细菌。
凡尼尔的发现，对进一步研究植物光合作用产物中的氧是来自哪里，提供了一个十分重要的研究方法，就是用不同生物的比较研究方法，进一步研究。
最后科学家推论出，在紫、绿色细菌的生活中，它们用二氧化碳和硫化氢作原料，产生碳水化合物和硫，这个硫必定来自硫化氢；植物在生活中，用二氧化碳和水作原料，产生碳水化合物和氧，这个氧一定来自水，而不是来自二氧化碳。
40年代，美国科学家鲁宾和卡门又通过实验取得了可靠的证据。
鲁宾和卡门用示踪物质来探查绿叶里的化学变化过程。他们用的示踪物质是氧和碳的同位素。同位素就是指同属一种元素，但是质量不同的原子，它们的化学性质几乎相同，在元素周期表中占同一位置。比如氧的同位素有16氧、18氧；碳的同位素有11碳、12碳、13碳、14碳等等。有些同位素还有特殊的放射射线的本领，比如11碳、14碳等等。
他们制备许多含有18氧的水，每天用这种水浇植物，结果植物在光合作用中放出的氧里面就带有18氧这种同位素。他们又用含有18氧的二氧化碳供给植物进行光合作用，所放出来的氧和普通的氧一样，几乎没有18氧这种同位素。所以，他们的实验表明，只有水，在光合作用中才会分开。换句话说，植物光合作用放出的氧是来自水，而不是来自二氧化碳。
卡尔文的贡献
在光合作用中，水被分解成氢和氧。放出来的氧，提供生物呼吸之用。那么氢又是怎样和二氧化碳结合，形成碳水化合物的呢？
解决这个问题，也是通过放射性同位素的实验来完成的。
在早期的实验中，使用11碳，它虽然有放射性，但是寿命很短，很不稳定，几乎在半小时左右就消失了，很难用它来进行研究。
1945年，在原子反应堆里出现了同位素14碳。它的寿命比较长，他很稳定，适合用来实验。
第二次世界大战以后，美国生物化学家卡尔文和本森领导的一个实验小组，把一种单细胞的绿藻放在含有14碳的二氧化碳里，经过短暂的暴露，目的是让绿藻进行最早阶段的光合作用。然后把细胞放在热酒精中杀死，再磨碎，涂抹在色谱纸上面进行分离，随即出现放射显影图，最后在纸上找出哪些点是放射性的，进一步研究这些物质的化学性质。
根据暴露的时间，他们发现仅仅一分半钟，在纸上就找出了十五种不同的放射性物质。种类太多了，不好研究，他们只好缩短暴露时间。后来只暴露5秒钟，结果在纸上找出五种放射性物质，其中有两种放射性很强。经过深入的研究，这两种物质都属于含有三个碳原子的物质，叫做磷酸甘油酸。
磷酸甘油酸的形成过程是比较复杂的。它再经过一系列的生物化学变化和许许多多的步骤，最后才形成了淀粉。
通过卡尔文的这个重要发现，人们才明白绿色植物在进行光合作用的时候，水里的氢和二氧化碳是怎样进行活动，最后形成碳水化合物的。
为了表彰卡尔文和他的同伴们十年的努力探索，瑞典科学院于1961年授予卡尔文诺贝尔奖金。
叶绿素的秘密
叶绿体
叶绿体好比工厂的车间。光合作用是在叶绿体上面进行的。
在电子显微镜下，可以看到叶绿体是椭球形的，周围有两层半透性的薄膜，它好像是“车间”的围墙。
叶绿体的面积大小不一，一般直径是5-10微米。叶绿体的外形和个体大小虽然千差万别，但是，“车间”内部的布置却有共同的特点，都像一层层重叠的云片，生物学家把它叫做叶绿体的片层结构，也叫层膜。片层里排列着叶绿素，就像澡塘里铺得整整齐齐的瓷砖那样。
用电子显微镜观察结果说明叶绿素不是均匀地分布在叶绿体里面的，而是集中在片层的光合膜上面。叶绿素在基粒上面有一定的排列顺序，才形成了片层结构。在片层结构上还有其他色素和蛋白质、脂肪等等。
叶绿体细胞里的色素很多，其中主要是绿色的叶绿素和橙黄色的类胡萝卜素，另外还有花青素等等。有时候，花青素的量还会很多，甚至叶片的绿色都会被它所遮盖，比如秋天枫树的红叶，红苋菜的叶子都是红色的。
原来，红苋菜的绿色是隐藏在红色之中的。那红色是叶片所含花青素显示的颜色。花青素能溶解在水中，水温越高，它越溶解得快。而叶绿素却不溶于热水。因而，在沸水中，红苋菜就脱去红色的“外套”，露出绿“衬衣”——叶绿素来了。每年秋天枫树的红叶，那是因为气温下降，树叶里的叶绿素被破坏，花青素就显出了美丽的红色。
别看花青素把红苋菜打扮得这么鲜红妖艳，虽然它也吸收阳光，却不能进行光合作用；而默默无闻地制造养料的，却是隐居在花青素背后的叶绿素。只是由于花青素浓妆艳抹，色彩太鲜艳了，才把生产的“主人”——叶绿素遮盖住了。秋海棠、枫树等植物，它们的叶子是红褐色或紫红色的，原因也是这样。
当然，也有例外的。比如，深海里的藻类植物红藻，它生活在海底，不能直接吸收太阳的红光和蓝紫光，因为它们被海水吸收了。尽管红藻里含有叶绿素，可是“绿色工厂”还是不能开工生产。它被迫改装了生产“机器”，利用它身体里边的藻红蛋白和藻蓝蛋白，来帮助吸收透射力很强的蓝紫光，然后把能量传递给叶绿素来进行光合作用。这种只帮助叶绿素吸收光能的色素，叫做铺助色素。这种辅助色素在普通绿色植物中也是存在的。叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b。叶绿素b不能进行光合作用，但它能吸收光能，然后把光能全部传给叶绿素a。高等植物“绿色工厂”中的辅助色素是叶绿素b，它是黄绿色的，所以叶片外表是绿的。红藻和褐藻（比如海带）的辅助色素是红的和褐色的，但进行光合作用的也是叶绿素a，尽管外表可以有各种颜色。
叶绿体是怎么样通过叶绿素吸收太阳光能的？对太阳光里的七色光吸收的情况又是什么样的？俄国著名的生物学家季米里亚捷夫用了30多年的时间，研究探索植物在光合作用中绿叶是怎样摄取太阳光的。当时，他的实验是这样做的：
拿来几只试管，每一只试管中各放一片大小相同的绿叶，并且封入一定量的二氧化碳。然后，把试管分别插到试管架上，试管之间用黑纸隔开，避免它们之间相互干扰。再取三棱镜一枚，把射进来的太阳光分散成红橙黄绿蓝靛紫七种颜色。让七色光分别照射到试管上面。经过三小时以后，测定试管中消耗二氧化碳的量和绿叶内含的淀粉量。结果发现：照射红光的试管里二氧化碳减少得最多，叶片制造的淀粉也最多，照橙光的次之，照蓝光的第三；而照射绿光的试管，里面的二氧化碳几乎没有减少，叶片里也找不到淀粉。这个实验告诉人们：绿叶有很强的吸收红光的能力，红光照射下的光合作用效率最高。
提取叶绿素
叶绿素吸收了光能以后，叶绿体才能进行光合作用。那么叶绿素是个什么样的物质，它有哪些物理和化学性质？只有把叶绿素提取出来才能进一步地研究它。
许多科学家进行了大量的研究工作，首先搞清楚几种叶绿素化学成分的人是威尔斯塔特。
威尔斯塔特是德国人，出生在卡尔斯鲁厄城一个犹太小商人家庭中。他从小就喜欢花草树木，和“绿色工厂”结下不解之缘。中学时代，他学习成绩出众，聪明过人，不足之处是十分自负。他的老师贝耶，为了帮助他改正缺点，经常在课堂上提些问题让他思考。威尔斯塔特常常支支吾吾答不上来，贝耶老师当众批评他，指出骄傲是成材的拦路虎，勉励他培养虚心好学的品德。老师的教导，威尔斯塔特一直铭刻心怀，直到他成为举世闻名的大科学家时，常常以此来告诫自己的学生和子女。
1905年，当许多科学家因为提取叶绿素失败而偃旗息鼓的时候，威尔斯塔特却鸣锣开道，居然选定当时世界公认的大难题，并且以必胜的信心和百倍的勇气，向科学的尖端攀登。
他认真地总结前人失败的经验教训，认为前人的失败是在于分离方法上的错误。他开始用茨维特发现的色层分析法来提取叶绿素。
他割下自己住宅周围的青草，把它放到几个大瓶子里，并且倒上酒精，让叶绿素和其他的有机物都溶解在酒精里。等叶绿素全部溶解以后，再让溶液通过装有各种吸附剂的吸附柱，利用吸附柱对各种物质不同的吸附力，把其中杂质一一吸附干净，剩下的经过反复结晶，就得到叶绿素的纯品了。
威尔斯塔特在提取叶绿素以后，又继续做实验，分析它的成分。经过反复化验，才弄清楚叶绿素是由四种非金属元素碳、氢、氧、氮和一种金属元素镁五种元素组成的物质。接着，他对每种元素的含量一一作了测定。
威尔斯塔特在提取叶绿素的同时，还发现高等植物的叶绿体中含有两种叶绿素：一种是蓝绿色的，叫做叶绿素a；另一种是黄绿色的，叫做叶绿素b。叶绿素a和叶绿素b犹如兄弟俩，它们的成分相差无几，而且都有吸收太阳光的本领。只在内部结构上和吸收不同波长的光线方面，有一点点差别；不过，正如前面所说，叶绿素b是辅助色素，只有叶绿素a才能进行光合作用。
威尔斯塔特以惊人的毅力，顽强地苦战了十个年头，才完成这项课题。他在总结成功的经验时说：“研究科学最大的目的，是促进人类社会的发展……研究学问应从最难的地方入手，因为在深究难题的过程中，许多枝枝节节的小问题都会迎刃而解！”这真是字字珠玑，道出了治学的真谛。
瑞典科学院为表彰威尔斯塔特取得划时代的功绩，于1915年授予他诺贝尔化学奖金。
威尔斯塔特在取得重大成就的基础上，继续前进，后来和另一位科学家费雪共同合作，进一步探索了叶绿素的内部结构，又为科学事业做出了贡献。
勤奋的费雪
从威尔斯塔特成功地提取叶绿素以后，科学家的注意力都集中在叶绿素的内部构造上。因为只有掌握了它的具体结构，才能进一步进行人工合成叶绿素的研究。虽然威尔斯塔特提纯并且测定了叶绿素的组成成分，但是没有弄清楚这些成分的排列方式。这就好像人们只知道装配机器的部件，却不了解整部机器的构造而还是制造不出整部机器来一样。
费雪继威尔斯塔特之后，进一步探索叶绿素内部的秘密。他用了二三十年的时间，终于揭开了叶绿素内部化学结构的秘密。
费雪是怎么样一个人呢？
1881年，小费雪出生在碧波荡漾、风景如画的德国美因河畔。二十三岁那年，费雪大学毕业以后，就来到诺贝尔奖金获得者老费雪的实验室工作。
当时，老费雪正在研究糖类化合物，意外地发现一种叫做肼的化合物〔jǐn〕肼。肼是有毒的物质，在实验中老费雪曾多次中毒晕倒在实验室里。这种为科学献身的精神，深深地激励了年轻的费雪，使他懂得只有不畏艰险，孜孜不倦的人，才能攀登科学高峰。
于是，年轻的费雪就带领一个实验小组，对叶绿素分子的结构进行测定。由于这项工作十分复杂，要一点一点地分离，一次一次地测量，来不得半点浮躁和粗心，因而有些成员沉不住气了，就半途而废，先后退出了实验小组。然而，费雪并不气馁，他几十年如一日，孜孜不倦地坚持实验。他像工人拆卸机器零件那样，把叶绿素一部分一部分提取出来分析、研究，终于发现叶绿素是由四个叫吡咯的小环组成的一个叫卟啉的大环〔吡咯bǐluò、卟啉pǔlín〕，大环的中央有一个镁原子。这就好像机器的四个零件组成一个总部件，零件之间用镁做“桥梁”彼此连接起来。正是因为有了它才使“工厂”的动力太阳光能像运输卡车那样一辆辆地通过镁“桥”，送往“车间”，把“机器”发动起来，进行生产。
费雪还发现，植物叶绿素的结构和动物血液中的血红素结构几乎一模一样，只是叶绿素的中心是镁原子，而血红素的中心是铁原子。这个有趣的现象告诉我们：动物和植物有共同的祖先。后来，由于环境和生活方式的改变，促进了生物的进化，才使动植物分家。在这两种重要的色素结构中，只是换上各自需要的不同“桥梁”，履行不同的功能罢了。
费雪在测定叶绿素结构的过程中，光是实验的原料就用了几十吨；每一个实验成果的取得都要通过几百个化学反应，经过几千道关口。他力求采用当时最先进的方法进行实验。有时候，他为了测定一个反应数据，竟要用上几个月的时间。就这样，费雪勤勤恳恳，不知疲倦地奋斗了30年，才把这个号称“头等化学难题”——叶绿素的结构攻下来了。这中间凝结了科学家的多少心血啊！难怪他在1930年接受诺贝尔奖金的时候，激动地掉下了晶莹的泪珠。
化学合成大师
叶绿素的内部结构研究清楚以后，科学家们又集中攻破了关于人工合成叶绿素的新课题。是谁走在前边呢？美国化学家伍德沃德经过几年的苦心钻研，破天荒地合成了叶绿素。
伍德沃德继续费雪的实验，运用现代先进的科学技术，先后合成了四个吡咯小环，然后，像高级焊接师那样，小心翼翼地把四个吡咯环“焊接”在“镁桥”上。这部奇妙的“机器”十分娇嫩，连接每个“零件”和“部件”都必须十分小心，有条不紊，一丝一毫也不能有差错，否则，就得全盘返工。伍德沃德在合成叶绿素的过程中，还发明了许多试剂来保护和检查每一道工序。经过四年的奋战，终于在1960年人工合成了叶绿素。人工合成的叶绿素和从绿叶中提炼出来的叶绿素不但物理、化学性质相同，而且还有同样的生物和光合作用的活性。
伍德沃德被人们称颂为“化学合成大师”。叶绿素的合成和胰岛素、核酸的合成一样，是近代有机物合成的三大成就。
伍德沃德所以能取得辉煌的成就，是和他从小立志做个化学家分不开的。
伍德沃德出生在美国波士顿一个职员的家里。他从小就立志向富兰克林、爱迪生等前辈科学家学习。念小学的时候，他就酷爱化学，常把零用钱节省下来，购买化学药品和简陋的仪器，在家里的地下室，办起一个小小的“实验室”。假日，他就一头钻进实验室，专和试管、烧瓶、药品打交道，沉醉在这个有无穷乐趣的小天地里，甚至往往忘了吃饭。进中学，他就赢得了“小化学家”的浑名。大学一年级时，他在化学方面显示了独特的才能，被当时麻省理工学院的教授称为出类拔萃的化学天才。
40年代，他最先合成了治疗疟疾的特效药奎宁，后来又合成了番木鳖碱，从而崭露头角。50年代，又合成了胆固醇。到了60年代，他成功地人工合成了叶绿素。1965年他荣获了诺贝尔化学奖金。
当时，有人问他成功的秘诀，他郑重地说：“缜密规划，力促其成。”也就是说，在进行研究之前，要认真总结前人的经验，周密部署，订出规划，并且利用一切先进的工具、仪器、方法等等。这句话应该成为科学工作者的座右铭。
从威尔斯塔特提取叶绿素、费雪测定叶绿素结构到伍德沃德巧夺天工地合成叶绿素，经历了半个多世纪，科学家呕心沥血，艰苦奋斗，才逐步揭开“绿色工厂”的秘密，特别是叶绿素合成，为人工模拟绿色植物的光合作用开辟了光辉的前景。
在植物体里，由叶绿体合成叶绿素。合成的步骤和动物血液中的血红素合成很相似。只不过合成叶绿素需要加入一个镁原子。可是，叶绿素的生物合成跟铁也有关系，当培养植物的土壤中缺乏铁的时候，叶绿素就不能合成，叶片上出现“缺铁现象”。如果往叶片发黄的盆花里加入一些硫酸亚铁，叶片就慢慢地恢复绿色了。至于铁在什么步骤以什么形式参与叶绿素合成的，目前还不清楚。