Мой рассказ про фотосинтез

Перейти к содержанию

• Энциклопедия
• Разное
• Фотосинтез

Фотосинтез — сложное явление, которое чаще всего происходит в зелёных листьях растений. Этот процесс состоит из 2‑х этапов:

1. Световая фаза, которая требует наличие солнечного света;

2. Темновая фаза (свет не нужен).

Необходимыми компонентами для фотосинтеза, кроме света, являются углекислый газ и вода. Фотосинтез проходит в хлоропластах, зелёных пластидах, которые находятся в растительной клетке. Углекислый газ поглощается листьями из воздуха, а вода — из почвы корнями.

Как происходит фотосинтез?

В клетках растений содержится хлорофилл — пигмент, который отвечает за зелёный цвет листьев. Хлорофилл способен поглощать солнечный свет, который приводит в действие весь процесс фотосинтеза. Происходит расщепление воды, и образуются атомы водорода. Эти атомы расходуются на синтез углеводов. Выделение кислорода и синтез глюкозы происходят в темновую фазу.

Таким образом, растения способны сами производить продукты питания, глюкозу. Самое важное для растений — это свет и вода. При искусственном свете фотосинтез тоже может происходить, но в солнечном свете есть ультрафиолетовое излучение, создающее лучшие условия для данного процесса.

Некоторые бактерии и все зелёные водоросли также способны выделять кислород в процессе фотосинтеза. Мировой океан, как и леса, являются важным источником кислорода.

Существует ряд факторов, которые могут замедлять процесс фотосинтеза:

1. Недостаток солнечного света (растение становится слабее и насекомые уничтожают листву);

2. Недостаток воды (замедляются химические процессы).

Фотосинтез является очень важным процессом, потому что благодаря ему образуются органические вещества и выделяется кислород. Без фотосинтеза жизнь на нашей поанете невозможна.

Фотосинтез важен не только для окружающего мира, но и для самого растения. Глюкоза, выделенная в процессе фотосинтеза, является строительным материалом для растения. Благодаря глюкозе растения могут расти и развиваться.

Вариант №2

Абсолютно все живые организмы дышат, в том числе и растения. Без фотосинтеза они не смогли бы расти и развиваться. Для укрепления растениям необходимо достаточное получение воды, минеральных веществ и углекислого газа. Все эти компоненты они получают из самой природы. Также им требуется энергия, которая накапливается за счет солнечного света. Эта энергия усваивается для осуществления некоторых химических реакций, в процессе которых углекислый газ и вода преобразуются в глюкозу и кислород. Выполняется это во время питания и дыхания. Эти процессы и носят название фотосинтеза.

Слово фотосинтез имеет греческое происхождение. Образовалось оно от двух других слов- «фото» и «синтез». Дословно это переводится, как «вместе со светом». В ходе дыхания растений выполняется превращение солнечной энергии в химическую. В процессе взаимодействия углекислого газа, воды и энергии солнечного света осуществляется выделение глюкозы, кислорода и некоторого количества воды. Избыток глюкозы обычно накапливается в качестве крахмала во всех частях растений (корневищах, стебле и т.д.). Нужны эти запасы для осуществления различных естественных процессов.

Помимо самих растений, энергию солнечного света получают и животные, которые питаются зелеными.

Усваивание энергии солнечного света

Как было сказано выше, зеленые потребляют солнечную энергию, которая потом переходит в химическую. Но каким образом это совершается?

Этот процесс осуществляется при помощи хлоропластов. Это зеленые пластиды, содержащиеся в составе листьев. Эти клетки имеют краситель хлорофилл, который окрашивает растения в зеленый цвет и принимает участие в фотосинтезе.

Чем объясняется широкая и узкая структура листьев?

Фотосинтез осуществляется преимущественно в листьях растений. Именно из-за большой и широкой поверхности, они способны к наиболее лучшему и большему усваиванию солнечной энергии.

Какие еще факторы являются жизненно необходимыми для растений?

Для поддержания здоровья, дальнейшего совершенствования растениям нужны питательные вещества. Получают они их из почвы путем всасывания корнями воды, которая потом распределяется по всему растению. Если же почва бедна полезными веществами, то растение не сможет беспроблемно и полноценно совершенствоваться. Поэтому фермеры и садоводы постоянно следят за содержанием в земле полезных минеральных элементов. В критических ситуациях, когда почва обедняется, они прибегают к использованию удобрений.

Важность фотосинтеза

Фотосинтез является очень значимым химическим процессом. Для начала, он является важным составляющим в пищевой цепочке всего живого. Он обеспечивает растения продуктами питания, которые в дальнейшем являются пропитанием как для животного, так и человека. Также фотосинтез играет важную роль в выделении в среду кислорода, без которого не могут жить все живые организмы.

Фазы фотосинтеза

Фотосинтез состоит из 2 этапов: светового и темнового. Световая протекает только при участии света. В данном случае также принимает участие хлорофилл. При наступлении темноты начинается темновой период, в результате которой образуется глюкоза. Этот этап не требует присутствия света.

Таким образом, фотосинтез является очень значимым этапом в жизни всех организмов. Он осуществляет первостепенные процессы, без которых живые организмы не могли бы существовать.

6, 10 класс

Фотосинтез

Популярные темы сообщений

• История и исследования Антарктиды

  Обширный и самый южный регион земного шара называется Антарктида. А вот Антарктика – это Антарктида и прилегающие к ней шельфовые зоны. Антарктиду омывают три из четырех океанов – Атлантический, Индийский и Тихий. Площадь материка
• Растения красной книги

  Чтобы лучше узнать, как сберечь и увеличить растительные и животные ресурсы природы, создан исключительный сборник, где собраны редкие и исчезающие виды представителей флоры и фауны – Красная книга. Над содержанием сборника постоянно

• Дерево Вишня

  Вишня — лиственное дерево – кустарник высотой от 1,5 до 5 метров высотой. Вишня — косточковая садовая культура, которая впервые появилась на Балканском полуострове.

• Операционная система windows

  Операционная система компьютера является самой главной его составляющей это то, что делает «компьютерное железо» умный. Самой распространенной операционной системой является система windows.

• Львы

  Животное лев считается самым могучим, самым сильным и высокомерным животным. Из-за этого он заслужил себе звание – царь зверей. Лев особо не отличается, и не выделяется среди всех хищников, все же своим видом он описывает свое совершенство среди

История открытия фотосинтеза

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Определение и формула фотосинтеза

Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

1. две мембраны;
2. стопки гранов;
3. диски тилакоидов;
4. строма — внутреннее вещество хлоропласта;
5. люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н₂О.

Н₂О → Н+ + ОН-

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

4ОН → О₂ + 2Н₂О

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

1. Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
2. Фотолиз воды.
3. Выделение кислорода.
4. Накопление НАДФН+.
5. Накопление АТФ.

У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.

Темновая фаза фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза — совокупность ферментативных реакций, которые происходят в строме хлоропласта. Результатом таких реакций является восстановление поглощенного СО₂ при помощи НАДФН+ и АТФ из световой фазы, а еще – синтез сложных органических веществ.

В настоящее время учеными открыто три различных варианта реакций, протекающих в темновую фазу фотосинтеза.

В зависимости от метаболизма, СО₂ растения делят на:

1. С₃-растения — большинство сельскохозяйственных культур, произрастающих в умеренном климате, у которых в результате реакций СО₂ превращается в фосфоглицериновую кислоту.
2. С₄-растения — растения тропиков и субтропиков, наиболее живучие сорняки. У этих растений в результате реакций СО₂ превращается в оксалоацетат.
3. САМ-растения — особый тип С₄-фотосинтеза у растений, испытывающих дефицит влаги.

Более подробно остановимся на реакциях С₃-фотосинтеза, присущих большинству растений и носящих название цикл Калвина.

Мелвин Калвин, американский химик, в 1961 году за определение последовательности реакций при усвоении СО₂ был удостоен Нобелевской премии в области химии.

В ходе реакций цикла образуется глюкоза. Чтобы получилась всего лишь одну молекулу глюкозы, последовательные реакции цикла Кальвина одна за другой происходят целых шесть раз и на ее построение тратится шесть молекул СО₂, восемнадцать молекул АТФ, двенадцать НАДФН+ и двадцать четыре протона.

В ходе дальнейших исследований с меченым радиоактивным углеродом было установлено, что у некоторых тропических и субтропических растений синтез углеводов идет другим путем. И в 1966 году австралийские ученые М. Хетч и К. Слэк описали С₄-фотосинтез, который в их честь называется циклом Хетча-Слэка.

Главное отличие этих путей фотосинтеза в том, что у С₃-растений процесс фотосинтеза протекает лишь в клетках мезофилла, а у С₄-растений как в клетках мезофилла, так и в клетках обкладки сосудистых пучков.

На первый взгляд, увеличение количества реакций может показаться лишенным смысла. Однако в природе не существует ничего бессмысленного или излишнего. И путь С₄-фотосинтеза — эволюционное приспособление растений к более сухому и жаркому климату. Произрастание в условиях ограниченного водоснабжения привело к снижению транспирации для уменьшения потерь воды, что в свою очередь привело к дефициту диоксида углерода и необходимости его концентрации в клетках обкладки.

Также существует еще один уникальный механизм фотосинтеза, характерный для суккулентов. Он носит название САМ (crassulaceae acid metabolism)— «путь фотосинтеза». Химические реакции напоминают путь метаболизма С₄, однако здесь химические реакции разделены не в пространстве, а во времени. Диоксид углерода накапливается в темное время суток.

Протекание фотосинтетических реакций в таком варианте позволяет растениям осуществлять процесс фотосинтеза в условиях значительного дефицита влаги. Считается, что данный путь фотосинтеза сформировался самым последним в ходе эволюции.

Изучая пути фотосинтеза, Вы могли заметить, что в ходе эволюции вырабатываются уникальные приспособительные механизмы к различным условиям существования: от засушливых пустынь до морских глубин.

Тайны живой природы помогут открыть электронные учебники по биологии на портале LECTA.

#ADVERTISING_INSERT#