植物的主要物质来源于水，空气，阳光。土壤只提供微量元素
在古代人们受希腊哲学家亚里士多德的影响，一直认为构成植物的物质来自土壤．
1642年，比利时医生海尔蒙特进行了一项著名的柳树实验．他在一个花盆里栽种了一棵2.27千克的柳树．栽种前，花盆里的泥土经过烘干后称重为90.72千克．以后的5年中，海尔蒙特只给柳树浇灌雨水．5年后，他将柳树和泥土分开称重，发现柳树的重量变成了76.79千克，而土壤重量只比原来减少了56.70克．海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点。
1727年，英国植物学家斯蒂芬·黑尔斯才提出植物生长时主要以空气为营养的观点。而最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的化学家约瑟夫·普利斯特利。他还证明植物能“净化”污浊的空气，使空气变好，这就是后来人们才知道的植物在光合作用中释放出氧气的缘故。由于他的杰出贡献和实验完成于1771年，因此，现在把这一年定为发现光合作用的年份。
1779年荷兰的简·英格豪斯进行一系列实验，他的实验证实了普利斯特利的实验结果，确认植物对污浊的空气有“净化”能力，同时指出这种能力是太阳光照射植物的结果，从而证明绿色植物只有在光下，才能把空气变好。同时他发现植物有很强的释放气体的能力（氧气），而且这种能力的活性与天气的晴朗程度尤其与植物受光照的强度成正相关。他还证明植物在暗中不仅不能“净化”空气，反而会把好空气变坏（在暗中植物呼吸会释放出二氧化碳）。他通过进一步实验发现，只有叶片和绿色的枝条在阳光下才有改善空气的作用，而其他所有器官即使在白天也会使空气变坏。这些实验结果为后来人们认识植物绿色部分和光在植物光合作用中的重要性奠定了基础。
1782年，瑞士的牧师吉恩·森尼别在化学分析的基础上，指出植物“净化”空气的活性，除与光照密切相关外，还取决于所“固定的空气”（二氧化碳）。但是由于受当时气体化学发展水平的限制，对植物在阳光下和黑暗中所释放的气体究竟分别属于何种气体仍然不清楚。直到1785年，在弄清空气的组成成分后，人们才明确认识到植物的绿色部分在光下释放出的气体为氧气，而植物各器官在呼吸过程释放的气体是二氧化碳。到此时，人们对植物光合作用与气体间的关系才有较深刻的认识。
1804年，瑞士学者德·索苏尔研究了植物光合作用过程中吸收的二氧化碳与放出的氧之间的数量关系，结果发现植物制造的有机物和释放出的氧的总量，远远超过它们所吸收的二氧化碳的量。由于实验中只使用植物、空气和水，别无他物，因此，他断定植物在进行光合作用合成有机物时不仅需要二氧化碳，水也必然是光合作用的原料。
1864年，德国科学家朱利叶斯·萨克斯又证明光合作用的产物除氧气外，还有有机物。此时人们对植物在光合作用过程中吸收二氧化碳，释放出氧气并把二氧化碳和水合成有机物已确信无疑了。
1880年，德国学者恩吉尔曼用具有螺旋形叶绿体的水绵（一种绿藻）作实验。当他把放有水绵和嗜氧细菌悬浮液的载玻片置于没有空气的小室里，然后照光，结果发现嗜氧细菌向被光点照射的叶绿体部位附近集中，这便有力地证明了植物光合作用的放氧机构是叶绿体。
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