Выделение кислорода растениями в процессе фотосинтеза
Проведем еще один опыт . Возьмем две большие стеклянные банки и опустим в них стаканы с водой, в которые поставлены веточки с зелеными листьями какого-нибудь растения или небольшие комнатные растения в цветочном горшке. Наполним банки углекислым газом и плотно закроем, чтобы не проникал воздух. Первую банку выставим на яркий свет, вторую оставим в темноте, например поставим в темный шкаф.
Через сутки откроем банки и опустим в них горящие лучинки. В первой банке лучинка не гаснет, а продолжает ярко гореть. Значит, в этой банке появился какой-то газ, поддерживающий горение. Поддерживает горение только кислород. Зеленые листья растения поглотили значительную часть углекислого газа и выделили некоторое количество кислорода.
Опущенная во вторую банку горящая лучинка потухнет. Следовательно, зеленые растения выделяют кислород только на свету.
Подумайте!
Почему можно считать, что жизнь на нашей планете в современном ее виде зависит от фотосинтеза?
Ответ:
Фотосинтез играет ключевую роль в поддержании жизни на Земле, обеспечивая кислород, необходимый для дыхания многих организмов, и предоставляя пищу для обитающих на планете существ. Без фотосинтеза, жизнь на Земле не смогла бы существовать в том виде, в котором мы ее знаем.
Можно ли утверждать, что строение листа приспособлено к осуществлению фотосинтеза?
Ответ:
Да, наличие хлоропластов, сосредоточенных на внешней поверхности листа, позволяет эффективно использовать солнечный свет. Кроме того, большая площадь листа позволяет улавливать больше света и повышает эффективность фотосинтеза. Это дает растениям преимущество в поглощении солнечной энергии для фотосинтеза.
Конец страницы
Переход на другие страницы
Информация на этой странице была полезной?
Rate this page
Нашли ошибку на сайте? Помогите нам ее исправить!
Что происходит в процессе фотосинтеза
Как уже было сказано ранее, в ходе фотосинтеза в хлоропластах под действием солнечного света образуются органические вещества.
Процесс фотосинтеза можно разделить на две фазы:
1. Световая.
2. Темновая.
В ходе световой фазы фотосинтеза образуется энергия в виде АТФ и универсальный донор атома водорода — восстановитель НАДФН (НАДФ·Н2). Эти вещества необходимы для протекания темновой фазы. Также образуется побочный продукт — кислород. Световая фаза может проходить только на мембранах тилакоидов и на свету.
Благодаря сложному биохимическому процессу — циклу Кальвина — в темновую фазу фотосинтеза образуются органические вещества (сахара). Темновая фаза проходит в строме хлоропластов и на свету, и в темноте. Темновые ферментативные процессы протекают медленнее, чем световые, поэтому при очень ярком освещении скорость протекания фотосинтеза будет полностью определяться скоростью темновой фазы. Схемы процессов фотосинтеза представлены на рис.2. Подробное описание процессов смотри далее.
Световая фаза фотосинтеза
Чтобы лучше понять, что происходит во время фотосинтеза, разберём фазы фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза включает в себя фотохимические и фотофизические процессы, и может быть поделена на три этапа:
- Фаза поглощения — энергия света улавливается при помощи светособирающих комплексов, переходит в энергию электронного возбуждения пигментов, передаётся в реакционный центр фотосистем I и II.
- Фаза реакционных центров — энергия электронного возбуждения пигментов светособирающих комплексов используется для активации реакционных центров фотосистем. В реакционном центре электрон от возбуждённого хлорофилла передаётся другим компонентам электрон-транспортной цепи, пигмент после отдачи электрона переходит в окисленное состояние и становится способным, в свою очередь, отнимать электроны у других веществ. Именно в этом процессе происходит преобразование физической формы энергии в химическую.
- Фаза электрон-транспортной цепи — электроны переносятся по цепи переносчиков, образуются АТФ, НАДФН, O2. Необходимо, чтобы каждый переносчик электрон-транспортной цепи поочерёдно восстанавливался и окислялся, обеспечивая таким образом перенос энергии электронов. Любой этап переноса электрона сопровождается высвобождением или поглощением энергии. Часть энергии теряется. На некоторых участках электрон-транспортной цепи перенос электрона сопряжён с переносом протона.
Для того чтобы понять, что происходит во время фазы фотосинтеза, рассмотрим эти процессы подробнее. Кванты света улавливаются светособирающими комплексами фотосистемы I — молекула хлорофилла в составе светособирающего комплекса переходит в возбуждённое состояние, и энергия передаётся в реакционный центр фотосистемы I. Происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I, отщепляется электрон. Пройдя по цепочке внутренних компонентов фотосистемы I и внешних переносчиков, электрон в конце концов попадает к НАДФ+ — образуется восстановитель НАДФН. Получается, что хлорофилл фотосистемы I отдал электрон и приобрёл положительный заряд, и для дальнейшего функционирования необходимо восстановить нейтральность молекулы, получить электрон, чтобы закрыть «дырку». Этот электрон приходит от фотосистемы II.
На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света — происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, молекула хлорофилла отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет благодаря фотолизу воды, при этом образуется протоны H+, а также важный побочный продукт фотосинтеза — кислород. По цепи переносчиков электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу реакционного центра фотосистемы I и восстанавливает его. Теперь этот хлорофилл может снова поглощать энергию кванта света и отдавать электрон в электрон-транспортную цепь.
Протоны, попадающие во внутритилакоидное пространство, используются для синтеза АТФ. С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Под градиентом понимают неравномерное распределение: во внутритилакоидном пространстве H+ больше, в строме — меньше. Поэтому частицы стремятся проникнуть в строму, переходят в неё через АТФ-синтазу, а в процессе пути сквозь белковый комплекс отдают ему часть энергии, которая и используется для синтеза АТФ.
Какова же роль фотосинтеза в природе и жизни человека?
Созданные в процессе фотосинтеза органические вещества — источник пищи и энергии для всего живого па Земле. За миллиарды лет на нашей планете накопились большие запасы органических веществ в виде каменного угля и торфа. Всё это бывшие растения, в которых запасена преобразованная солнечная энергия.
В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород. Именно благодаря фотосинтезу поддерживается постоянство газового состава в атмосфере. В настоящее время содержится около 21% кислорода и 0,03% углекислого газа. В использовании растением солнечной энергии проявляется связь между Землёй и Космосом — космическая роль растений. Поглощение в процессе фотосинтеза углекислого газа служит препятствием для увеличения его содержания в атмосфере. Выделяемый при фотосинтезе кислород в виде кислородно-озонового экрана атмосферы защищает всё живое от губительного ультрафиолетового излучения.
Человек широко использует продукты фотосинтеза не только в пищу, но и в хозяйственной деятельности как строительный материал, сырьё для производства вискозного шёлка, бумаги, спирта, лекарственных препаратов и др.
Новые понятия
Фотосинтез. Хлорофилл. Хлоропласты. Органические вещества. Космическая роль растений
Ответьте на вопросы
1. Что такое фотосинтез?
2. Какие приспособления имеют растения к улавливанию световой энергии?
3. Какова роль хлорофилла в процессе фотосинтеза?
4. Почему у растений, растущих рядом с цементным заводом, фотосинтез идёт менее интенсивно?
5. В чём проявляется космическая роль растений?
ПОДУМАЙТЕ!
Почему можно считать, что жизнь на Земле зависит от фотосинтеза?
Моя лаборатория >>>
Типы питания растений
Зеленое растение, используя энергию солнечных лучей, само создает органические вещества (в первую очередь сахар) из неорганических (углекислого газа и воды), выделяя при этом кислород.
Значит, зеленое растение не нуждается в получении органических веществ из окружающей среды.
Таким образом, у растений можно выделить два типа питания: минеральное, обеспечивающее растение водой и минеральными веществами, и фотосинтез, в процессе которого образуются необходимые органические вещества.
Новые понятия
ФОТОСИНТЕЗ
Ответьте на вопросы
1. Какие условия необходимы для образования крахмала в листе? 2 Какой опыт можно провести, чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет? 3. Почему йод не окрашивает в синий цвет белую каемку листа окаймленной герани? 4 Из каких веществ образуется сахар в зеленых листьях растений? 5. Какой опыт показывает, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород? 6. Выделяют ли кислород водные растения?
Задания для самостоятельной работы
1. Попробуйте получить какое-либо изображение на листе примулы, пеларгонии или другого комнатного растения, воспользовавшись описанием опыта в этом параграфе.
2. Соберите прибор, показанный на рисунке . В банку налейте воду, насыщенную углекислым газом. Поставьте банку на яркий свет. Наблюдайте за выделением газа веточками элодеи. Когда газ полностью вытеснит воду из пробирки, убедитесь с помощью горящей лучинки, что это кислород. Сделайте вывод.
Дополнительный материал
Фотосинтез — важнейший процесс, благодаря которому возможна жизнь на Земле. Ежегодно зеленые растения синтезируют большое количество органического вещества, поглощают около 600 млрд т углекислоты, выделяют в атмосферу 400 млрд т свободного кислорода. Благодаря фотосинтезу ежегодно запасается огромное количество преобразованной солнечной энергии.
Листовые черешки растений способны изгибаться, поворачивая пластинку к свету. У растений просветы между большими листьями заняты меньшими по размеру. У клена лопасти одних листьев заходят в вырезы других. То же наблюдается у прикорневых листьев одуванчика.
Это листовая мозаика — пример приспособления растений к лучшему использованию света .
