Pha sáng

Một thí nghiệm kinh điển cho cây quang hợp với nước chứa đồng vị oxygen nặng (ký hiệu 18O), còn khí carbon dioxide cung cấp vẫn là oxygen bình thường. Kết quả: khí oxygen cây thải ra mang đồng vị nặng 18O, còn glucose tạo thành thì không. Kết quả này chứng minh điều gì?

Chỉ nước được đánh dấu bằng 18O, còn carbon dioxide giữ nguyên oxygen thường — nên bất kỳ sản phẩm nào mang 18O đều phải bắt nguồn từ nước, không thể từ carbon dioxide.

Khí oxygen thải ra mang 18O, tức là các nguyên tử oxygen trong khí đó đến từ phân tử nước bị phân li ở pha sáng, đúng như cơ chế quang phân li nước đã học.

Glucose không mang 18O nghĩa là oxygen trong glucose không đến từ nước bị phân li ở pha sáng — nó đến từ carbon dioxide được cố định ở pha sau, một nguồn oxygen hoàn toàn khác.

Vậy thí nghiệm xác nhận đúng điều đã học: oxygen quang hợp thải ra có nguồn gốc từ nước, không phải từ carbon dioxide — carbon dioxide đóng góp oxygen của nó vào glucose, ở một pha khác của quang hợp.

Một bạn học sinh lập luận: "Phương trình quang hợp có carbon dioxide ở vế trái và oxygen ở vế phải, nên oxygen chắc chắn phải tách ra từ carbon dioxide." Lập luận này sai ở đâu, và bằng chứng nào bác bỏ nó?

Lập luận này chỉ dựa vào việc "cùng xuất hiện trong phương trình tổng", trong khi phương trình tổng chỉ cho biết chất nào vào, chất nào ra — không cho biết nguyên tử cụ thể nào của chất vào lại trở thành nguyên tử cụ thể nào của chất ra.

Thí nghiệm đánh dấu đồng vị 18O ở nước cho thấy oxygen thải ra mang đúng đồng vị của nước, không phải của carbon dioxide — một bằng chứng trực tiếp về nguồn gốc nguyên tử, mạnh hơn nhiều so với suy luận từ phương trình tổng.

Về cơ chế, quang phân li nước diễn ra ngay ở pha sáng, tách nước thành H+, electron và oxygen; carbon dioxide chỉ xuất hiện ở pha sau và không hề bị "tách oxygen" theo cách bạn học sinh mô tả.

Vậy lập luận suy từ phương trình tổng là không đủ căn cứ; bằng chứng thực nghiệm khẳng định oxygen quang hợp bắt nguồn từ nước, đúng như cơ chế quang phân li nước ở pha sáng.