Как доказать что в листьях происходит фотосинтез

Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

Фотосинтез. Воздушное питание растений.

Фотосинтез. Воздушное питание растений.

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.

Источник

Фотосинтез. Условия необходимые для образования крахмала в листе

Вопрос 1. Какие условия необходимы для образования крахмала в листе?
Для образования крахмала в листе необходима световая энергия, наличие в воздухе углекислого газа, а также вода.

Вопрос 2. Какой опыт можно провести, чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет?
Чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет, можно поставить следующий опыт.
• Поместим в темный шкаф комнатное растение, например примулу или герань (пеларгонию).
• Через 3-4 дня вынем растение из шкафа, накроем часть его листа светонепроницаемой бумагой и поставим на 8—10 часов на яркий свет.
• Срежем лист, снимем бумагу и опустим его в кипяток на 3 минуты, а затем в горячий спирт. В результате мы увидим, что лист обесцветился.
• Если обесцвеченный лист залить слабым раствором йода, то часть листа, которая была закрыта светонепроницаемой бумагой, останется бесцветной, а оставшаяся открытой для лучей света, частично окрасится раствором йода в темно-синий цвет из-за образующегося крахмала.
Вывод: на свету образуется крахмал.

Вопрос 3. Почему иод не окрашивает в синий цвет белую каемку листа герани окаймленной?
В клетках зеленой части листа имеются хлоропласты, содержащие хлорофилл. Фотосинтез идет только в зеленых клетках растения, а именно в хлоропластах, содержащих хлорофилл. В них и образуется сахар, а затем крахмал. В клетках белой каймы листа герани окаймленной нет хлоропластов и, соответственно, нет хлорофилла. Крахмал в этих клетках не образуется. А иод синеет только в присутствии крахмала.

Вопрос 4. Из каких веществ образуется сахар в зеленых листьях растений?
Для образования сахара нужны углекислый газ, поступающий через устьица, и вода, которую поглощают корни из почвы.

Вопрос 5. Какой опыт показывает, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород?
Чтобы показать, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород, можно поставить следующий опыт. Взять две большие стеклянные банки и опустить в них стаканы с водой, в которые помещены веточки с зелеными листьями какого-нибудь растения. Наполнить банки углекислым газом и плотно закрыть, чтобы не проникал воздух. Первую банку выставить на яркий свет, вторую поставить в темноту. Через сутки открыть банки и опустить в них горящие лучинки. В первой банке лучинка не гаснет, а продолжает ярко гореть. Значит, в этой банке появился кислород, поддерживающий горение. Зеленые листья растения поглотили значительную часть углекислого газа и выделили некоторое количество кислорода. Во второй банке лучинка погаснет.

Вопрос 6. Выделяют ли кислород водные растения?
Водные растения, так же как и наземные, осуществляют процесс фотосинтеза, поглощают из воды углекислый газ и выделяют в нее кислород.

Источник

Процесс фотосинтеза в листьях растений

Осуществляется процесс фотосинтеза в листьях растений. Фотосинтез свойствен лишь зеленым растениям. Эту важнейшую сторону деятельности листа полнее всего характеризует К. А. Тимирязев:

Можно сказать, что в жизни листа выражается самая сущность растительной жизни. Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались — в растении ли, в животном или в человеке, — прошли через лист, произошли из веществ, выработанных листом.

Строение листьев растений

Листья растений по анатомическому строению отличаются большим разнообразием, которое зависит и от вида растения, и от условий их роста. Лист сверху и снизу покрыт эпидермисом — покровной тканью с многочисленными отверстиями, называемыми устьицами.

Под верхним эпидермисом расположена палисадная, или столбчатая паренхима, называемая ассимиляционной. Под ней находится более рыхлая ткань — губчатая паренхима, за которой идет нижний эпидермис.

Весь лист пронизан сетью жилок, состоящих из проводящих пучков, по которым проходят вода, минеральные и органические вещества.

Поперечный разрез листа

В столбчатой и губчатой ткани листа расположены зеленые пластиды — хлоропласты, содержащие пигменты. Наличием хлоропластов и содержащихся в них зеленых пигментов (хлорофиллов) объясняется окраска растений.

Огромная листовая поверхность, достигающая 30 000 — 50 000 кв. м на 1 га у разных растений, хорошо приспособлена для успешного поглощения СО₂из воздуха в процессе фотосинтеза.

Углекислый газ проникает в лист растения через устьица, расположенные в эпидермисе, поступает в межклетники и, проникая через оболочку клеток, попадает в цитоплазму, а затем в хлоропласты, где и осуществляется процесс ассимиляции.

Образующийся в этом процессе кислород диффундирует с поверхности хлоропластов в свободном состоянии.

Таким образом, через устьица осуществляется газообмен листьев с внешней средой — поступление углекислого газа и выделение кислорода в процессе фотосинтеза, выделение углекислого газа и поглощение кислорода в процессе дыхания. Кроме того, устьица служат для выделения паров воды.

Несмотря на то, что общая площадь устьичных отверстий составляет лишь 1—2% всей листовой поверхности, тем не менее при открытых устьицах углекислый газ проникает в листья со скоростью, превышающей в 50 раз поглощение его щелочью. Количество устьиц очень велико — от нескольких десятков до 1500 на 1 кв. мм.

Хлоропласты

Хлоропласты — зеленые пластиды, в которых происходит процесс фотосинтеза. Они расположены в цитоплазме. У высших растений хлоропласты имеют дискообразную или линзовидную форму, у низших они более разнообразны.

Хлоропласты в клетках зеленых растений

Размер хлоропластов у высших растений довольно постоянен, составляя в среднем 1 —10 мк. Обычно в клетке содержится большое количество хлоропластов, в среднем 20—50, а иногда и больше. Расположены они главным образом в листьях, много их в незрелых плодах.

В растении общее количество хлоропластов огромно; во взрослом дереве дуба, например, площадь их равняется 2 га. Хлоропласт имеет мембранную структуру. От цитоплазмы он отделен двухмембранной оболочкой.

В хлоропласте находятся ламеллы, белково-липоидные пластинки, собранные в пучки и называемые гранами. Хлорофилл расположен в ламеллах в виде мономолекулярного слоя. Между ламеллами находится водянистая белковая жидкость — строма; в ней встречаются крахмальные зерна и капли масла.

Строение хлоропласта хорошо приспособлено к фотосинтезу, так как разделение хлорофиллоносного аппарата на мелкие пластинки значительно увеличивает активную поверхность хлоропласта, что облегчает доступ энергии и перенос ее к химическим системам, участвующим в фотосинтезе.

Данные А. А. Табенцкого показывают, что хлоропласты все время изменяются в онтогенезе растения. В молодых листьях наблюдается мелкогранулярная структура хлоропластов, в листьях, закончивших рост,— крупногранулярная. В старых листьях уже наблюдается распад хлоропластов.

В сухом веществе хлоропластов содержится 20—45% белков, 20—40% липоидов, 10—12% углеводов и других запасных веществ, 10% минеральных элементов, 5—10% зеленых пигментов (хлорофилл а и хлорофилл б), 1—2% каротиноидов, а также небольшое количество РНК и ДНК.

Содержание воды достигает 75%. В хлоропластах имеется большой набор гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов.

Исследованиями Н. М. Сисакяна показано, что в хлоропластах происходит и синтез многих ферментов. Благодаря этому они принимают участие во всем сложном комплексе процессов жизнедеятельности растения.

Пигменты, их свойства и условия образования

Пигменты можно извлечь из листьев растений спиртом или ацетоном. В вытяжке находятся следующие пигменты: зеленые — хлорофилл а и хлорофилл б; желтые — каротин и ксантофилл (каротиноиды).

Хлорофилл

Хлорофилл представляет собой

одно из интереснейших веществ на земной поверхности

так как благодаря ему возможен синтез органических веществ из неорганических СО₂ и Н₂О. Хлорофилл не растворяется в воде, под влиянием солей, кислот и щелочей легко изменяется, поэтому было очень трудно установить его химический состав.

Для извлечения хлорофилла обычно применяют этиловый спирт или ацетон. Хлорофилл имеет следующие суммарные формулы:

У хлорофилла а больше на 2 атома водорода и меньше на 1 атом кислорода, чем у хлорофилла б. Формулы хлорофилла можно представить и так:

Формулы хлорофилла а и б.

Центральное место в молекуле хлорофилла занимает Мg; его можно вытеснить, подействовав на спиртовую вытяжку хлорофилла соляной кислотой. Зеленый пигмент превращается в бурый, называемый феофитином, в котором Мg замещается двумя атомами Н из соляной кислоты.

Восстановить зеленый цвет вытяжки очень легко внесением в молекулу феофитина магния или другого металла. Следовательно, зеленый цвет хлорофилла связан с наличием в его составе металла.

При воздействии на спиртовую вытяжку хлорофилла щелочью происходит отщепление спиртовых групп (фитола и метилового спирта); в этом случае зеленая окраска хлорофилла сохраняется, что указывает на сохранение ядра молекулы хлорофилла при этой реакции. Химический состав хлорофилла у всех растений одинаков.

Содержание хлорофилла а всегда больше (примерно в 3 раза), чем хлорофилла б. Общее количество хлорофилла невелико и составляет около 1 % от сухого вещества листа.

По своей химической природе хлорофилл близок к красящему веществу крови — гемоглобину, центральное место в молекуле которого занимает не магний, а железо.

В соответствии с этим различаются и их физиологические функции: хлорофилл принимает участие в важнейшем восстановительном процессе в растении — фотосинтезе, а гемоглобин — в процессе дыхания животных организмов, перенося кислород.

Оптические свойства пигментов

Хлорофилл поглощает солнечную энергию и направляет ее на химические реакции, которые не могут протекать без энергии, получаемой извне. Раствор хлорофилла в проходящем свете имеет зеленый цвет, но при увеличении толщины слоя или концентрации хлорофилла он приобретает красный цвет.

Хлорофилл поглощает свет не сплошь, а избирательно. При пропускании белого света через призму получается спектр, состоящий из семи видимых цветов, которые постепенно переходят друг в друга.

При пропускании белого света через призму и раствор хлорофилла на полученном спектре наиболее интенсивное поглощение будет в красных и сине-фиолетовых лучах.

Зеленые лучи поглощаются мало, поэтому в тонком слое хлорофилл имеет в проходящем свете зеленый цвет. Однако с увеличением концентрации хлорофилла полосы поглощения расширяются (значительная часть зеленых лучей также поглощается) и без поглощения проходит только часть крайних красных.

Спектры поглощения хлорофилла а и б очень близки. В отраженном свете хлорофилл кажется вишнево-красным, так как он излучает поглощенный свет с изменением длины его волны. Это свойство хлорофилла называется флюоресценцией.

Каротин и ксантофилл

Каротин и ксантофилл имеют полосы поглощения только в синих и фиолетовых лучах. Их спектры близки друг другу. Спектры поглощения хлорофиллом а и б. Поглощенная этими пигментами энергия передается хлорофиллу а, который является непосредственным участником фотосинтеза.

Каротин считают провитамином А, так как при его расщеплении образуются 2 молекулы витамина А. Формула каротина — С₄₀Н₅₆, ксантофилла — С₄₀Н₅₄(ОН)₂.

Условия образования хлорофилла

Образование хлорофиллаосуществляется в 2 фазы: первая фаза — темновая, во время которой образуется предшественник хлорофилла — протохлорофилл, а вторая — световая, при которой из протохлорофилла на свету образуется хлорофилл.

Образование хлорофилла зависит как от вида растения, так и от ряда внешних условий. Некоторые растения, например проростки хвойных, могут позеленеть и без участия света, в темноте, но у большинства растений хлорофилл образуется из протохлорофилла только на свету.

В отсутствие света получаются этиолированные растения, имеющие тонкий, слабый, сильно вытянутый стебель и очень мелкие бледно-желтые листья. Если выставить этиолированные растения на свет, то листья быстро позеленеют. Это объясняется тем, что в листьях уже имеется протохлорофилл, который под воздействием света легко превращается в хлорофилл.

Большое влияние на образование хлорофилла оказывает температура; при холодной весне у некоторых кустарников листья не зеленеют до установления теплой погоды: при понижении температуры подавляется образование протохлорофилла.

Минимальной температурой, при которой начинается образование хлорофилла, является 2°, максимальной, при которой образование хлорофилла не происходит, 40°.

Кроме определенной температуры, для образования хлорофилла необходимы элементы минерального питания, особенно железо. При его отсутствии у растений наблюдается заболевание, называемое хлорозом.

По-видимому, железо является катализатором при синтезе протохлорофилла, так как в состав молекулы хлорофилла оно не входит. Для образования хлорофилла также необходимы азот и магний, входящие в состав его молекулы. Важным условием является и наличие в клетках листа пластид, способных к позеленению.

Количественные отношения между хлорофиллом и усваиваемой углекислотой

При большем содержании хлорофилла в растении процесс фотосинтеза начинается при меньшей интенсивности света и даже при более низкой температуре. С увеличением содержания хлорофилла в листьях фотосинтез возрастает, но до известного предела.

Следовательно, нет прямой зависимости между содержанием хлорофилла и интенсивностью поглощения СО₂. Количество ассимилированного листом СО₂ в час в пересчете на единицу содержащегося в листе хлорофилла тем выше, чем меньше хлорофилла.

Р. Вильштеттером и А. Штолем была предложена единица, характеризующая соотношение между количеством хлорофилла и поглощенным углекислым газом. Количество разложенной в единицу времени углекислоты, приходящееся на единицу веса хлорофилла, они назвали ассимиляционным числом.

Ассимиляционное число непостоянно: оно больше при малом содержании хлорофилла и меньше при высоком содержании его в листьях. Следовательно, молекула хлорофилла используется более продуктивно при низком его содержании в листе и продуктивность хлорофилла уменьшается с увеличением его количества. Данные введены в таблицу.

Таблица «Ассимиляционное число в зависимости от содержания хлорофилла (по Р. Вильштеттеру и А. Штолю)»

Источник

Урок биологии по теме «Фотосинтез»

Разделы: Биология

Цель урока: формирование понятия о питании растений.

Сегодняшний урок мы с вами начнём с басни И.А.Крылова “Листы и корни”.

Итак, из басни мы видим, что между листьями и корнями идёт спор о главенствующей роли в жизни дерева. Давайте вспомним, какое значение имеют корни в жизни растения? Как вы думаете, какие функции выполняют литья?

Давайте мысленно перенесёмся на четыреста лет назад, в 1600 год. Именно тогда голландский ученый Ян Ван-Гельмонт решил узнать, благодаря чему растёт растение. Для этого он поставил опыт: посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю. Взял 60 кг высушенной земли, заполнил ею кадку и высадил в эту землю побег ивы весом 2 кг. В течение пяти лет иву поливал только дождевой водой. Через пять лет масса дерева составила 60 кг, а земли в кадке оказалось 59 кг 943 г. Масса дерева увеличилась на 58 кг, тогда как масса земли уменьшилась всего на 57 г. Результаты проведённого опыта очень заинтересовали других учёных, а вот объяснение, предложенное Ван-Гельмонтом, их совсем не устроило. И начался активный поиск ответа на поставленный вопрос. Возвращаемся в XXI век.

Как вы объясните результаты опыта? За счет чего же растение увеличилось в массе и размерах? Чего не учёл голландский естествоиспытатель? (Исследователь не учёл возможности воздушного питания растений, т.е. существование процесса фотосинтеза).

Детальному изучению данного процесса мы посвятим сегодняшний урок, тема которого так и звучит: “Фотосинтез”. Выясним где непосредственно в клетке, из каких веществ, при каких условиях образуются в растениях органические вещества?

Немного истории… Многие ученые пытались изучить данный процесс, и объяснить, что происходит в растениях на свету, проводили для этого различные эксперименты.

Английский химик Джозеф Пристли искал способ очистки воздуха, испорченного горением и дыханием людей и животных. Он помещал под колокол вместе с горящей свечой или живой мышью разные вещи. Так под колокол попал пучок мяты, который там рос и делал воздух пригодным для горения и дыхания. Опыты Пристли произвели сильное впечатление. Шведский исследователь Карл Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в свое свободное время – в основном по ночам. Но у него получилось, что растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения и дыхания. На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал повторять опыты, и тут стало все непонятно. Растения то улучшали воздух, то нет. Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили при каких внешних условиях растения очищают и портят воздух. Точку в этом вопросе поставил Ян Ингенхауз – личный врач австрийской императрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На солнечном свету из растения поднимались пузырьки газа. Ингенхауз собрал газ и проверил, что это чистейший кислород. Но оказалось, что пузырьки выделялись только на свету, причем не зелёные части растений пузырьков не выделяли. Таким образом Ингенхауз доказал, что растения действительно улучшают воздух, но только на свету.

Очень образно описал это явление русский ученый, физиолог растений – К.А. Тимирязев: “Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений”. Климент Аркадьевич – не первый, кто заинтересовался ролью зеленого листа, но он первый обобщил все данные о фотосинтезе, которые были известны в науке к началу XX века и сформулировал научное понятие этого процесса в книге “Жизнь растений”.

Запишите в тетрадь определение, данное в 70-е годы XIX столетия К.А. Тимирязевым. Фотосинтез (от греческих слов “фотос” означает свет и “синтез” – соединение) – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений (крахмала).

Сделайте вывод, какие основные вещества необходимы для процесса фотосинтеза? При каких условиях возможно протекание процесса фотосинтеза? (Углекислый газ, вода, хлорофилл, свет). Следовательно, мы можем предположить, что для протекания данного процесса необходимо наличие определенных веществ и условий. Давайте попробуем это доказать в результате опыта. Существуют вещества, с помощью которых можно узнать о наличии других веществ. Например, раствор йода помогает обнаружить крахмал – органическое вещество. Мы видим изменение окраски раствора йода на срезе клубня картофеля, на кусочке белого хлеба.

Опыт №1. Срежем лист комнатного растения, выдержанного несколько дней в темноте. Обесцветим лист. Опустим лист в ванночку с кипятком, а потом в горячий спирт. Хлорофилл растворяется в спирте и лист обесцвечивается. Капнем на лист капельку йода.

Что мы наблюдаем? Лист не изменил окраски. В листьях растений, находящихся долгое время в темноте не произошло образование органических веществ – крахмала.

Вывод. Органические вещества не образуются в зелёных растениях при отсутствии света.

Опыт №2. Возьмём комнатное растение, выдержанное предварительно в темноте и прикрепим с обеих сторон листа этого растения полоску чёрной бумаги. Выставим растение на яркий свет. На следующий день срежем этот лист и обесцветим его. Промоем лист и капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Часть листа, закрытая полоской бумаги цвет не изменила. Часть листа, находившаяся на свету, окрасилась в синий цвет.

Вывод. Органические вещества (крахмал) в зелёных листьях образуются только на свету.

Опыт №3. Возьмём лист комнатного растения хлорофитума. Обесцветим лист. Капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Края листа посинели, а середина с белой полоской осталась без изменения.

Вывод. Органические вещества (крахмал) образуются в зелёных листьях в зелёных листьях, то есть там, где есть зелёный пигмент хлорофилл.

Опыт №4. Возьмём веточки растения и поместим их в стеклянные сосуды, закрытые крышкой. Наполним банки углекислым газом и плотно закроем. Одну банку поставили в тёмный шкаф. Другую банку выставили на яркий свет. Через сутки открыли банки и опустим в них горящую лучинку. Что мы видим? В банке, которая находилась в тёмном шкафу лучинка погасла. В другой банке лучинка горит. Возникает вопрос. Какой газ поддерживает горение? (Кислород).

Вывод. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород. Этот процесс происходит в зелёных листьях на свету.

А где же конкретно происходит процесс фотосинтеза? Для того, чтобы это определить составьте схему из предложенных изображений, которая будет отражать место протекания процесса фотосинтеза. Растение > лист > клетки > пластиды (хлоропласты) > тилакоиды, содержащие пигмент хлорофилл. Именно в этих маленьких структурах и происходит процесс фотосинтеза. А вспомните, пожалуйста, в чем особенности строения хлоропласта.

А сейчас, проявим свойственное вам стремление проникнуть в суть любого процесса и понять его механизм.

Борис Пастернак писал:

“Во всём мне хочется дойти
До самой сути,
В работе, в поисках пути,
В сердечной смуте.
До сущности протекших дней,
До их причины,
До оснований, до корней,
До сердцевины…”.

Фазы фотосинтеза. Работа в парах.

Фотосинтез является сложным многоступенчатым процессом, часть реакций которого происходит на свету, а часть – в его отсутствии. Следовательно, выделяют две фазы фотосинтеза световую и темновую. И сейчас вы самостоятельно попытаетесь определить суть этих процессов, заполняя таблицу. 1 ряд – характеризует световую фазу, 2 ряд – темновую. Я предлагаю одному учащемуся каждой группы выступить и объяснить суть процессов каждой фазы.

Сравнение этапов фотосинтеза

I. Световая фаза фотосинтеза. Световая фаза – это стадия, для протекания реакций которой требуется поглощение кванта солнечной энергии. Её смысл – превратить световую энергию солнца в химическую энергию молекул АТФ и других молекул, богатых энергией. Эти реакции протекают непрерывно, но их легче изучать, разделив на три этапа:

1. а) Свет, попадая на хлорофилл, сообщает ему достаточно энергии для того, чтобы от молекулы мог оторваться один электрон; б) электроны захватываются белками-переносчиками, встроенными, наряду с хлорофиллом, в мембраны тилакоида и выносятся на сторону мембраны, обращённую в строму; в) в строме всегда есть вещество, являющееся переносчиком водорода, НАДФ + (никотин–амид–аденин–динуклеотид–фосфат). Это соединение захватывает возбуждённые светом e и протоны, которые всегда есть в строме, и восстанавливается, превращаясь в НАДФ·H₂.

2. Молекулы воды разлагаются под действием света (фотолиз воды): образуются электроны, Н + и O₂. Электроны замещают e, утраченные хлорофиллом на стадии 1. Протоны пополняют протонный резервуар, который будет использоваться на стадии 3. Кислород выходит за пределы клетки в атмосферу.

Итак, результат световой фазы – образование молекул, богатых энергией АТФ и НАДФ·H₂, и побочного продукта – O₂.

II. Темновая фаза фотосинтеза. Эта фаза проходит в строме хлоропласта, куда поступает CO₂ из воздуха, а также продукты световой фазы АТФ и НАДФ·H₂. Здесь эти соединения используются в серии реакций, накапливающих CO₂ в форме углеводов, данный процесс представляет собой цикл Кальвина (Нобелевская премия 1961 г.). Для создания одной молекулы глюкозы цикл должен повториться шесть раз: при этом всякий раз к запасу фиксированного углерода в растении прибавляется по одному атому углерода из CO₂. АДФ, Ф_н и НАДФ + из цикла Кальвина возвращаются на поверхность мембран и снова превращаются в АТФ и НАДФ·H₂. В дневное время, пока светит солнце, в хлоропластах не прекращается активное движение этих молекул: они снуют туда и сюда, как челноки, соединяя два независимых ряда реакций. Этих молекул в хлоропластах немного, поэтому АТФ и НАДФ·H₂, образовавшиеся днём, на свету, после захода солнца быстро расходуются в реакциях фиксации углерода. Затем фотосинтез прекращается до рассвета. С восходом солнца вновь начинается синтез АТФ и НАДФ·H₂, а вскоре возобновляется и фиксация углерода.

Итак, в результате фотосинтеза происходит превращение световой энергии в энергию химических связей в молекулах органических веществ. А растения, таким образом, являются “посредниками между Космосом и жизнью на Земле”.

В итоге суммарное уравнение двух этапов фотосинтеза будет выглядеть следующим образом:

Значение фотосинтеза. О фотосинтезе можно говорить не только на уроках биологии и химии. Если по-настоящему любить природу, можно описать этот процесс красивым литературным языком. Послушайте выдержку из работы К.А. Тимирязева. Я предлагаю вам закрыть глаза и мысленно нарисовать картинку к тексту. “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зелёную былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошёл в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем сознании”.

Как вы думаете, почему К.А. Тимирязев считал, что растениям в нашей жизни принадлежит космическая роль?

Основным источником тепла и света является космическое тело – Солнце. А зелёные растения – единственные организмы на нашей планете, которые способны усваивать солнечную энергию и переводить её в химическую энергию органических веществ.

Изобретатель паровоза Стефенсон как-то задал вопрос своему приятелю: “Что движет проходящий перед нами поезд?” “Конечно, твое изобретение”, – ответил его друг. “Нет, – сказал Стефенсон, – его движет тот солнечный луч, который сотни миллионов лет назад поглотило зеленое растение”.

Какую ещё роль играет фотосинтез? Чтобы ответить на этот вопрос, обратитесь к тексту учебника на странице.

Фотосинтез идёт
На свету круглый год
Из простых минеральных веществ.
Солнце свет свой прольёт,
Луч на лист упадёт,
Чтобы всем подарить кислород.
И никак не поймёт наш упрямый народ
Что он дышит, ест и живёт,
Потому что с утра, лишь приходит пора,
Сладкий сок производит листва.

Теперь как квалифицированные специалисты по вопросам фотосинтеза ответьте на вопрос. Почему в школах должно уделяться большое внимание вопросам озеленения кабинетов? (Так как зелёные растения регулируют содержание кислорода и углекислого газа в воздухе, улучшают микроклимат и просто радуют глаз, напоминая, что вслед за холодной зимой обязательно наступит тёплая весна. Всё это способствует сохранению здоровья работников школы и учащихся).

Вывод. Растения являются автотрофами, то есть производят органические вещества в процессе фотосинтеза, которыми питаются все живые организмы.

Источник