Воздушное питание растений фотосинтез 6 класс реферат
Обновлено: 28.06.2024
Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:
Введение
Тысячи лет люди верили, что растение питается исключительно своими корнями и поглощает из почвы все необходимые вещества. Голландский натуралист Ян Ван Хельмонт занял эту должность в начале девятнадцатого века. Он взвешивал землю в горшке и посадил там иву. В течение пяти лет он поливал дерево, затем высушивал землю и взвешивал его и растение. Ива весила семьдесят пять килограммов, а вес земли изменился всего на несколько сотен граммов. Ученый пришел к выводу, что питательные вещества растения получают в первую очередь из воды, а не из почвы.
В течение двух столетий в науке была создана теория питания растительной водой. Листья, согласно теории, только помогали растению испарять избыток влаги.
Только в начале девятнадцатого века ученые пришли к весьма неожиданному, но правильному предположению о питании растений воздухом. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие английского химика Джозефа Пристли в 1771 году, и он предложил опыт, который привел его к выводу, что растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позже стало ясно, что растениям нужен свет, чтобы очистить воздух.
Десять лет спустя ученые поняли, что растение не только преобразует углекислый газ в кислород. Углекислый газ жизненно важен для растений, он служит им настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями).
Питание растений воздухом называется фотосинтезом. Кислород выделяется во время фотосинтеза как необычный продукт.
Миллиарды лет назад на Земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа на нашей планете, во время фотосинтеза изолирован растениями. Фотосинтез изменил все лицо нашей планеты!
С семидесятых годов прошлого века в России достигнуты большие успехи в области фотосинтеза. Благодаря работе российских ученых Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие аспекты этого процесса.
Чуть более трехсот лет назад, в одном из первых тщательно продуманных биологических экспериментов, голландский врач Ян Ван Хельмонт представил доказательства того, что более чем одна почва питает растение. Ван Хельмонт посадил маленькое ивовое дерево в глиняный горшок и добавил только воду.
Через пять лет масса игл увеличилась на 74,4 кг, в то время как масса почвы уменьшилась всего на 57 граммов.
Исследователем, опровергнувшим эту традиционную теорию, был Корнелиус ван Ниль из Стэмфордского университета, когда он еще был аспирантом и занимался исследованием метаболизма различных фотосинтезирующих бактерий. Одна группа таких бактерий, а именно пурпурная сера, восстанавливает С в углеводах, но не выделяет O2. Фиолетовым серным бактериям нужен сероводород для фотосинтеза. В результате фотосинтеза частицы серы накапливаются внутри бактериальных клеток. Ван Нил обнаружил, что для этих бактерий уравнение фотосинтеза.
Этот факт привлек внимание исследователей только тогда, когда Ван Ниль сделал смелое заявление и предложил следующее краткое уравнение фотосинтеза.
В этом уравнении H2A означает либо воду, либо другое окисленное вещество, например, сероводород или свободный H2. В зеленых растениях и водорослях H2A = H2O. Это означает, что Ван Ниль предположил, что H2O, а не углекислый газ, разлагается во время фотосинтеза. Эта гениальная идея, выдвинутая в 1930-х годах, впоследствии была экспериментально доказана, когда исследователи использовали тяжелый изотоп O2 (18O2), чтобы следовать по пути кислорода от воды до газообразного состояния.
Например, для водорослей или зеленых растений, где вода является донором электронов, все фотосинтетическое уравнение записывается следующим образом.
Процессы, происходящие на листе
Лист выполняет три важных процесса — фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе фотосинтеза под воздействием солнечного света синтезируются органические вещества в листьях из воды и углекислого газа. Днем растение выделяет кислород и углекислый газ посредством фотосинтеза и дыхания, а ночью — только углекислый газ из дыхания.
Большинство растений способны синтезировать хлорофилл при слабом освещении. Хлорофилл синтезируется быстрее при прямом солнечном свете.
Чем больше световой энергии требуется для фотосинтеза в известных пределах, тем меньше затемняется пленка. Вот почему растения развили способность в процессе эволюции освещать лист так, чтобы на него падало больше солнечного света. Листья растения расположены таким образом, что они не переполняют друг друга.
Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза являются в основном красные лучи спектра. На это указывает спектр поглощения хлорофилла, где наиболее интенсивная полоса поглощения красная, а менее интенсивная — сине-фиолетовая.
Каротин и ксантофилл пигменты присутствуют в хлоропластах вместе с хлорофиллом. Эти два пигмента поглощают синие и частично зеленые лучи и передают красный и желтый цвета. Некоторые ученые приписывают каротину и ксантофилу роль экранов, защищающих хлорофилл от вредного воздействия синих лучей.
Процесс фотосинтеза состоит из серии последовательных реакций, одни из которых происходят с поглощением световой энергии, другие — в темноте. Стабильными конечными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахар, затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки.
Фотосинтез происходит в различных условиях с различной интенсивностью.
Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растений. Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.
Типичное содержание углекислого газа в воздухе составляет 0,03 процента по объему. Снижение содержания углекислого газа в воздухе снижает интенсивность фотосинтеза. Увеличение содержания углекислого газа до 0,5% почти пропорционально увеличивает интенсивность фотосинтеза. Однако дальнейшее увеличение содержания углекислого газа не приводит к повышению интенсивности фотосинтеза, и на 1% страдает растение.
Растения испаряют или преобразуют очень большое количество воды. Испарение воды является одной из причин восходящего потока. По мере испарения воды в растении накапливаются минералы, и температура растения, полезная для него, падает при солнечном нагреве. Иногда при транспирации температура растения снижается на 6o.
Растение регулирует испарение воды через работу ротовой полости. Осаждение кутикулы или воскового налета на эпидермисе, образование волосяного покрова и другие приспособления направлены на уменьшение нерегулируемого потоотделения.
Процесс фотосинтеза и постоянное дыхание живых клеток листа требуют обмена газами между внутренними тканями листа и атмосферой. В процессе фотосинтеза ассимилированный углекислый газ поглощается из атмосферы и с помощью кислорода высвобождается обратно в атмосферу.
Применение метода изотопного анализа показало, что возвращаемый в атмосферу кислород (16O) принадлежит воде, а не углекислоте воздуха, в которой доминирует другой ее изотоп — 15O. Во время дыхания живых клеток (окисление органических веществ внутри клетки до углекислого газа и воды свободным кислородом) необходимо подавать кислород из атмосферы и возвращать углекислый газ. Этот газовый обмен также осуществляется в основном через мундштук.
Современные представления о фотосинтезе
В настоящее время известно, что фотосинтез проходит через две фазы, но только одна из них находится в свету. Доказательство двухступенчатого процесса впервые было представлено в 1905 году английским физиологом растений Ф.Ф. Блаклиным, исследовавшим влияние света и температуры на объем фотосинтеза.
На основе экспериментов Блэклин сделал следующие выводы.
Существует группа светозависимых реакций, которые не зависят от температуры. Объем этих реакций в диапазоне низкой освещенности может увеличиваться с увеличением освещенности, но не с увеличением температуры.
Существует вторая группа температурно-зависимых реакций, не зависящих от света. Оказалось, что для фотосинтеза нужны обе группы реакции. Увеличение объема только одной группы реакций увеличивает объем всего процесса, но только до тех пор, пока вторая группа реакций не начнет удерживать первую. После этого необходимо ускорить вторую группу реакций, чтобы первая группа реакций могла пройти без ограничений.
Объем темных реакций увеличивается с ростом температуры, но только до 30o, а затем начинает уменьшаться. В связи с этим предполагалось, что темные реакции катализируются ферментами, так как обмен ферментативными реакциями, таким образом, зависит от температуры. Следовательно, этот вывод оказался неверным.
На первом этапе фотосинтеза (реакции света) энергия света используется для формирования АТФ (молекулы аденозинтрифосфата) и высокоэнергетических носителей электронов. На втором этапе фотосинтеза (темные реакции) энергетические продукты, образующиеся в ходе световых реакций, используются для обратного преобразования CO2 в простые сахара (глюкоза).
Процесс фотосинтеза все больше привлекает внимание ученых. Наука находится на грани решения важнейшей проблемы — искусственного производства ценных органических веществ из широко распространенных неорганических веществ с использованием световой энергии. Проблема фотосинтеза интенсивно изучается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами.
В последнее время уже искусственно получен синтез формальдегида и сахаридов из водных растворов карбонатной кислоты; вместо хлорофилла карбонаты кобальта и никеля взяли на себя роль поглотителей светлой энергии. Недавно была синтезирована молекула хлорофилла.
Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах. Она включает в себя преобразование энергии (световой процесс), преобразование материалов (темный процесс). Световой процесс происходит в хилакоидах, темный — в хлоропластической строме.
Важность фотосинтеза в природе
Фотосинтез — единственный процесс в биосфере, который приводит к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Энергия, накопленная в продуктах фотосинтеза, является основным источником энергии для человечества.
В результате фотосинтеза на Земле ежегодно образуется 150 миллиардов тонн органической материи и высвобождается около 200 миллионов тонн свободного кислорода.
Поскольку зеленые растения являются прямым или косвенным источником пищи для всех других гетеротрофных организмов, фотосинтез удовлетворяет потребности в питании всего живого на нашей планете. Это важнейшая основа для сельского и лесного хозяйства. Хотя его потенциал для действий еще невелик, он также используется в определенной степени. Например, за счет увеличения концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (по сравнению с 0,3% в природной атмосфере) урожайность огурцов и помидоров возросла втрое.
Один квадратный метр поверхности листа производит около одного грамма сахара в течение одного часа; это означает, что, по приблизительным подсчетам, все растения ежегодно извлекают из атмосферы от 100 до 200 миллиардов тонн сахара. Около 60% этого объема поглощается лесами, которые занимают 30% площади ледяного покрова, 32% — пахотными землями, а остальные 8% — растениями из степных и пустынных районов, а также городов и населенных пунктов.
Заключение
Зеленое растение может не только использовать углекислый газ и производить сахар, но и преобразовывать соединения азота и серы в вещества, составляющие его организм. Через корневую систему растение растворяется в нитрат-ионах почвенной воды и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты — основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также получают из соединений, которые образуются в ходе метаболических и энергетических процессов. Жиры и масла производятся из жирных кислот и глицерина, которые в основном используются в качестве заменителей растений. Около 80% всех растений содержат жиры в качестве заменителя энергии в своих семенах. Производство семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.
Список литературы
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Как же осуществляется фотосинтез?
Через устьичные щели в лист поступает углекислый газ. При попадании солнечных лучей на поверхность листа в его хлоропластах происходит сложный процесс: из углекислого газа и воды, всасываемой корнями, образуется органическое вещество — сахар (глюкоза). При этом выделяется кислород. Частично он используется растениями для дыхания, а излишки поступают в воздух также через устьица. Сахар затем превращается в крахмал. Крахмал в воде не растворяется. Образование сахара на свету при участии воды и углекислого газа происходит только в хлоропластах и только за счет энергии солнечного света.
Следовательно, процесс образования в хлоропластах на свету органических веществ из воды и углекислого газа с выделением кислорода называется фотосинтезом (рис.1).
Рис.1 Процесс фотосинтеза
История открытия фотосинтеза
Первые опыты по изучению питания растений провел в 1630 г. голландский врач Ян Батист ван Гельмонт. Он доказал, что растения не получают органические вещества в готовом виде из почвы, а сами образуют их (рис.2)
Рис.2 Опыт Яна Батиста ван Гельмонта
А швейцарский естествоиспытатель Жан Сенебье доказал, что растения используют углекислый газ.
Русский ученый К. А. Тимирязев (1843-1920) впервые описал роль хлорофилла (пигмент, который находится в хлоропластах) в фотосинтезе. Он назвал фотосинтез космическим процессом. Растения используют космическую энергию Солнца. Жизнь как явление существует на нашей планете, только благодаря фотосинтезу, обеспечивающему питанием и кислородом все живое. Может, благодаря фотосинтезу наша планета единственная в Космосе, населенная живыми существами?
Опыт доказывающий образование крахмала в листьях
Доказать процесс образования крахмала в листьях можно путем постановки простого опыта (рис.3)
Рис.3 Образование крахмала в зеленых листьях на свету
Комнатное растение, желательно пеларгонию или примулу, хорошо поливают и ставят в темное место на 2-3 дня. За это время растением расходуется ранее образованный в листьях крахмал. Через 2—3 дня несколько листьев на растении закрывают с двух сторон черной бумагой так, чтобы часть поверхности листа оставалась открытой. Растение выставляют на свет.
Через сутки бумагу убирают, лист срывают, опускают его на одну минуту в кипяток, затем переносят в посуду с горячим спиртом, который в целях предосторожности подогревается на водяной бане. Обесцвеченный лист ополаскивают холодной водой и помещают в плоский сосуд. Расправленный лист заливают слабым раствором йода. Через 2—3 мин можно увидеть, что закрытая часть листа не изменила своего цвета, а та часть листа, на которую попадал свет, окрасилась в синий цвет.
Обработка йодом помогает обнаружить в клетках крахмал. Следовательно, крахмал образуется в листьях только на свету.
В ходе фотосинтеза растение использует углекислый газ и выделяет кислород, который поддерживает горение. Это можно подтвердить следующим опытом.
Следует взять две банки (0,8 л) из светлого стекла и поместить в каждую по 5-6 веточек традесканции. Чтобы растения не завяли, в банки наливают немного воды. Затем небольшие свечи, укрепленные на проволоке, зажигают, опускают в банки и закрывают их. Вскоре свечи погаснут, что указывает на отсутствие в банке кислорода и на увеличение содержания углекислого газа, образовавшегося в результате горения свеч. Свечи вынимают, закрывают обе банки стеклом и выставляют одну на свет, а другую — в темное место. На следующий день банки открывают и опять опускают туда на проволоке зажженные свечи. В банке, стоявшей на свету, свеча горит, а в банке, находившейся в темном месте, — гаснет (рис.4).
Рис. 4 Образование кислорода на свету
Таким образом, вы снова убедились, что зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который поддерживает горение, только на свету, т. е. в процессе фотосинтеза. А при дыхании растения, как и все живые организмы, поглощают кислород, а выделяют углекислый газ.
Подводим итог
Фотосинтез — основа воздушного питания растений. При фотосинтезе зеленые растения с помощью хлорофилла извлекают энергию из солнечного света и с ее помощью создают органические вещества из углекислого газа и воды. Как побочный результат при фотосинтезе выделяется кислород.
Фотосинтез – это процесс, который представляет из себя трансформацию лучистой энергии солнца в химическую энергию. Таким образом природа приспособилась к использованию солнечной энергии для того чтобы жизнь на Земле цвела и развивалась.
Работу по трансформации солнечной энергии осуществляют самые различные фотосинтезирующие организмы, или же другими словами фотоавтотрофные. Они бывают как многоклеточными организмами, так и одноклеточными. К ним так же относятся прокариоты, которые являются самыми многочленными представителями фотоавтотрофных организмов.
Осуществить фотосинтез для растения задача не самая простая, ведь для того чтобы фотосинтез прошел успешно нужно огромное количество воздуха. Все из-за того, что на десять тысяч кубометров воздуха получается лишь три кубометра углекислоты, из которого образуется всего сто десять грамм глюкозы. Эти знания используют в агрономии, искусственно повышая в теплицах содержание углекислого газа до пяти процентов.
Значение фотосинтеза нельзя недооценивать. Именно фотосинтез позволяет жить человечеству на планете Земля, и не только ему, а всем живым существам.
На Земле живет множество живых существ — птицы, рыбы, различные насекомые, пресмыкающиеся, млекопитающие и другие, в том числе и человек. И почти все они дышат кислородом — газом, дающим жизнь живому и мертвому — вулканам и пожарам, газом, который потребляют все, выделяя непригодный для дыхания углекислый газ! Так откуда же он берется в атмосфере планеты?
На самом деле растения, обитающие на планете, как раз и строят себя из углекислого газа. Вернее, не самим газом, а углеродом, содержащимся в нем. Формула углекислого газа СО2, где С — углерод, идущий на питание растений, а О2 — две молекулы кислорода, выделяемые растением обратно в атмосферу. Получается, что все растения планеты не только потребляют кислород для собственного дыхания, но и производят его для всех.
Как это происходит?
В клетках зеленых частей растений содержатся особые органеллы — хлоропласты, именно они отвечают за фотосинтез. В них под воздействием света углерод из углекислого газа распадается на кислород, выделяющийся в атмосферу, и углеводы, остающиеся в растении в качестве строительного материала. Из них и состоит растение, в том числе и плоды, употребляемые в пищу. В темноте процесс фотосинтеза не происходит, наоборот, растение потребляет кислород, как и почти все живые существа, и не растет. Поэтому человек в малосолнечных регионах обеспечивает искусственное освещение культурным растениям, что позволяет получать хорошие урожаи. Кроме того, длительное нахождение в темном закрытом помещении с множеством растений может быть опасно.
Что обеспечивает фотосинтез?
Хлоропласты содержат специальный пигмент — хлорофилл, который впитывает в себя волны солнечного луча, отражая зеленую часть спектра, поэтому растения кажутся нам преимущественно зелеными. Именно с его участием под воздействием солнечного света неощутимый углекислый газ разлагается на кислород и твердый углерод, который под влиянием разных пигментов соединяется с другими газами и составляет углеводы и сахарА, из которых и состоит растение.
Интересно!
Кроме растений, фотосинтезом могут заниматься некоторые виды бактерий, так же, как и растения, питающиеся солнечным светом.
Некоторые животные, имеющие зеленую шерсть, тоже носят с собой хлорофилл, но он принадлежит бактериям, живущим внутри шерстинок.
Кроме хлорофилла, в фотосинтезе участвуют и другие пигменты, поэтому растения имеют разную окраску листвы. Цветы и плоды хлоропластов не имеют, а зеленый цвет вызван необходимостью маскировки незрелых плодов.
Популярные сегодня темы
Правление Петра I послужило для дальнейшего развития русского народа. Все больше стало появляться образованных людей не только дворянского сословия, но и из бедной прослойки масс.
Исаак Эммануилович Бабель – писатель, драматург, создатель сценариев. Родился 13 июля 1894 года в Одессе, Российская Империя. Закончил жизненный путь 27 января 1940 года в Москве
Все знают прекрасные работы М.К. Финогеновой. Они выражают отношение к внешности предметов, которые есть в жизни разных людей, красоту отечественных пейзажей.
Благодаря своему богатству и многогранности культурные традиции и общая характеристика Древней Греции в целом положила начало культурных традиций европейских стран. Еще в 5 веке до нашей эры
Социализация – ввод индивида в общество. Процесс, когда ребенок или же индивид проходит процесс становления, начинается этап формирования личности. До этого ребенок выполняет задания родителе
ДТП - актуальная проблема в современном мире. Ежедневно в мире происходит настолько большое количество аварий, что страшно становится. Статистика это подтверждает. Самолёты и корабли не попад
История открытия и изучения фотосинтеза, его значение для науки. Изучение основных процессов, происходящих в листе: фотосинтез, испарение воды и газообмен. Влияние освещения на способность растений синтезировать хлорофилл и на интенсивность процесса.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.06.2009 |
| Размер файла | 22,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
по биологии на тему
1. История изучения фотосинтеза
2. История фотосинтеза
3. Процессы, происходящие в листе
4. Современные представления о фотосинтезе
5. Значение фотосинтеза в природе
История фотосинтеза
В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы. Проверить эту точку зрения взялся в начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт. Он взвесил землю в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил землю и взвесил её и растение. Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков - растения получают питательные вещества, прежде всего, не из почвы, а из воды.
На два столетия в науке утвердилась теория водного питания растений. Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу.
К самому неожиданному, но правильному предположению о воздушном питании растений ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он поставил опыт, в результате которого он сделал вывод: растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет.
Десять лет спустя, учёные поняли, что растение не просто превращает углекислый газ в кислород. Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями).
Воздушное питание растений называется фотосинтезом. Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве необычного продукта.
Миллиарды лет назад на земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза. Фотосинтез сумел изменить весь облик нашей планеты!
Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса .
Немногим более трехсот лет назад в одном из первых тщательно продуманных биологических экспериментов голландский врач Ян Ван Гельмонт представил доказательства того, что не одна почва кормит растение. Ван Гельмонт выращивал маленькое дерево ивы в глиняном горшке, добавляя в него только воду.
Через пять лет масса игл увеличилась на 74,4 кг, в то время, как масса почвы уменьшилась только на 57 гр.
Исследователем, который опроверг эту общепринятую теорию, был Корнелиус ван Ниль из Стамфордского университета, когда он, будучи еще студентом - дипломником, исследовал метаболизм различных фотосинтезирующих бактерий. Одна группа таких бактерий, а именно пурпурные серные бактерии, восстанавливает С до углеводов, но не выделяет О2. Пурпурным серным бактериям для фотосинтеза необходим сероводород. В результате фотосинтеза внутри бактериальных клеток накапливаются частицы серы. Ван Ниль обнаружил, что для этих бактерий уравнение фотосинтеза может быть записано как:
В этом уравнении Н2А представляет собой либо воду, либо другое окисляемое вещество, например, сероводород или свободный Н2. У зеленых растений и водорослей Н2А = Н2О. То есть ван Ниль предположил, что Н2О, а не углекислота, разлагается при фотосинтезе. Эта блестящая идея, выдвинутая в тридцатые годы, экспериментально была доказана позднее, когда исследователи, использую тяжелый изотоп О2( 18 О2), проследили путь кислорода от воды до газообразного состояния:
Таким образом, для водорослей или зеленых растений, у которых вода служит донором электронов, суммарное уравнение фотосинтеза записывается следующим образом:
Процессы, происходящие в листе
Лист осуществляет три важных процесса - фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе фотосинтеза в листьях из воды и двуокиси углерода под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в результате фотосинтеза и дыхания, растение выделяет кислород и двуокись углерода, а ночью - только двуокись углерода, образующуюся при дыхании.
Большинство растений способно синтезировать хлорофилл при слабом освещении. При прямом солнечном освещении хлорофилл синтезируется быстрее.
Необходимая для фотосинтеза световая энергия в известных пределах поглощается тем больше, чем меньше затемнен лист. Потому у растений в процессе эволюции выработалась способность поворачивать пластину листа к свету так, чтобы на нее падало больше солнечных лучей. Листья на растении располагаются так, чтобы не притеснять друг друга.
Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза служат преимущественно красные лучи спектра. На это указывает спектр поглощения хлорофилла, где наиболее интенсивная полоса поглощения наблюдается в красной, и менее интенсивное - в сине-фиолетовой части.
В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл. Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые. Некоторые ученые приписываю каротину и ксантофиллу роль экранов, защищающих хлорофилл от разрушительного действия синих лучей.
Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть - в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки.
Фотосинтез при различных условиях протекает с разной интенсивностью.
Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растения. Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.
Обычное содержание углекислоты в воздухе составляет 0,03% по объему. Уменьшение содержания углекислоты в воздухе снижает интенсивность фотосинтеза. Повышение содержания углекислоты до 0,5% увеличивает интенсивность фотосинтеза почти пропорционально. Однако при дальнейшем повышении содержания углекислоты, интенсивность фотосинтеза не возрастает, а при 1% - растение страдает.
Растения испаряют или трансперируют очень большое количество воды. Испарение воды является одной из причин восходящего тока. Вследствие испарения воды растением в нем накапливаются минеральные вещества, и происходит полезное для растения понижение температуры во время солнечного нагрева. Иногда трансперация снижает температуру растения на 6 о .
Растение регулирует процесс испарения воды посредством работы устьиц. Отложение кутикулы или воскового налета на эпидерме, образование его волосков и другие приспособления направлены к сокращению нерегулируемой трансперации.
Процесс фотосинтеза и постоянное протекающее дыхание живых клеток листа требуют газообмена между внутренними тканями листа и атмосферой. В процессе фотосинтеза из атмосферы поглощается ассимилируемый углекислый газ и возвращается в атмосферу кислородом.
Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвращаемый в атмосферу ( 16 О) принадлежит воде, а не углекислому газу воздуха, в котором преобладает другой его изотоп - 15 О. При дыхании живых клеток (окисление свободным кислородом органических веществ внутри клетки до углекислого газа и воды) необходимо поступление из атмосферы кислорода и возвращение углекислоты. Этот газообмен также в основном осуществляется через устьичный аппарат.
Современные представления о фотосинтезе
В настоящее время известно, что фотосинтез проходит две стадии, но только одна из них - на свету. Доказательства двухстадийности процесса впервые были получены в 1905 году английским физиологом растений Ф.Ф. Блэклином, который исследовал влияние освещенности и температуры на объем фотосинтеза.
На основании экспериментов, Блэклин сделал следующие выводы.
1. Имеется одна группа светозависимых реакций, которые не зависят от температуры. Объем этих реакций в диапазоне низких освещенностей мог возрастать с увеличением освещенности, но не с увеличением температуры.
2. Имеется вторая группа реакций, зависимых от температуры, а не от света. Оказалось, что обе группы реакций необходимы для осуществления фотосинтеза. Увеличение объема только одной группы реакций увеличивает объем всего процесса, но только до того момента, пока вторая группа реакций не начнет удерживать первую. После этого необходимо ускорить вторую группу реакций, чтобы первые могли проходить без ограничений.
Объем темновых реакций возрастает с увеличением температуры, но только до 30 о , а затем начинает падать. На основании этого факта предположили, что темновые реакции катализируются ферментами, поскольку обмен ферментативных реакций, таким образом, зависит от температуры. В последствие оказалось, что данный вывод был сделан неправильно.
На первой стадии фотосинтеза (световые реакции) энергия света используется для образования АТР (молекула аденозин-трифосфата) и высокоэнергетических переносчиков электронов. На второй стадии фотосинтеза (темновые реакции) энергетические продукты, образовавшиеся в световых реакциях, используются для восстановления СО2 до простого сахара (глюкозы).
Процесс фотосинтеза все больше и больше привлекает к себе внимание ученых. Наука близка к разрешению важнейшего вопроса - искусственного создания при помощи световой энергии ценных органических веществ из широко распространенных неорганических веществ. Проблема фотосинтеза усиленно разрабатывается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами.
В последнее время уже удалось искусственно получить синтез формальдегида и сахаристых веществ из водных растворов карбонатной кислоты; при этом роль поглотителя световой энергии играли вместо хлорофилла карбонаты кобальта и никеля. Недавно синтезирована молекула хлорофилла.
Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах. Он включает преобразования энергии (световой процесс), превращение вещества (темновой процесс). Световой процесс происходит в гилакоидах, темновой - в строме хлоропластов. Обобщенное циркулирование фотосинтеза выглядит следующим образом:
Два процесса фотосинтеза выражаются отдельными уравнениями
Значение фотосинтеза в природе
Фотосинтез - единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия - основной источник энергии для человечества.
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода.
Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную или опосредованную базу питания всех других гетеротрофных организмов, фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей планете. Он - важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Хотя возможности воздействия на него еще не велики, но все же и они, в какой то мере используются. При повышении концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (против 0,3% в естественной атмосфере) удалось, например, повысить урожайность огурцов и томатов втрое.
Квадратный метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует около одного грамма сахара; это значит, что все растения, по приблизительной оценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в год. Около 60% этого количества поглощают леса, занимающие 30% непокрытой льдами поверхности суши, 32% - окультуренные земли, а оставшиеся 8% - растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков.
Зеленое растение способно не только использовать углекислый газ и создавать сахар, но и превращать азотные соединения, и соединения серы в вещества, слагающие его тело. Через корневую систему растение получает растворенные в почвенной воде ионы нитратов и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты - основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также возникают из соединений, образующихся в процессах обмена веществ и энергии. Из жирных кислот и глицерина возникают жиры и масла, которые служат для растения, главным образом, запасными веществами. В семенах приблизительно 80% всех растений, в качестве богатого энергией запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Подобные документы
Сущность процесса фотосинтеза – процесса превращения углекислого газа и воды в углеводы и кислород под действием энергии солнечного света. Зелёный пигмент – хлорофилл, и органы растений его содержащие – хлоропласты. Световая и темновая фазы фотосинтеза.
презентация [298,6 K], добавлен 30.03.2011
Процесс превращения углекислого газа и воды в углеводы и кислород под действием энергии солнечного света. История открытия фотосинтеза и его уравнение. Связывание углекислого газа с пятиуглеродным сахаром рибулезодифосфатом. Значение фотосинтеза.
презентация [206,5 K], добавлен 08.12.2013
Значение фотосинтеза и причины его дневных изменений. Факторы, влияющие на образование хлорофилла. Механизм фотосинтеза и световые его реакции. Поглощение двуокиси углерода фотосинтезирующими тканями. Общий фотосинтез и характер его сезонных изменений.
реферат [866,4 K], добавлен 05.06.2010
История открытия фотосинтеза - превращения углекислого газа и воды в углеводы и кислород под действием энергии солнечного света. Описание способности хлорофилла поглощать и трансформировать солнечную энергию. Световая и темновая фазы фотосинтеза.
презентация [533,1 K], добавлен 18.03.2012
Изучение условий, необходимых для осуществления фотосинтеза. Описания распространения в растительном мире хлорофиллов и билипротенов. Анализ структурной организации и локализации светособирающих пигментов в разных группах фотосинтезирующих эубактерий.
презентация [1,2 M], добавлен 04.05.2012
История открытия фотосинтеза. Образование в листьях растений веществ, выделение кислорода и поглощение углекислого газа на свету и в присутствии воды. Роль хлоропластов в образовании органических веществ. Значение фотосинтеза в природе и жизни человека.
презентация [1,4 M], добавлен 23.10.2010
Искусственный фотосинтез как новый источник энергии. Искусственный фотосинтез в суперкомпьютере. Улучшение фотосинтеза нанотехнологиями. Обеспечение сверхурожая с помощью ускорения процесса фотосинтеза. Внедрение углеродных нанотрубок в хлоропласты.
Читайте также: