Меню

Реферат воздушное питание растений фотосинтез

Фотосинтез

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

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

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

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 .

Значение фотосинтеза не осознавалось до сравнительно недавнего времени. Аристотель и другие учёные Греции, наблюдая, что жизненные процессы животных зависят от потребления пищи, полагали, что растения добывают свою «пищу» из почвы.

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.

В конце XVIII века английский ученый Джозеф Пристли сообщил, что он «случайно обнаружил метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечей». 17 августа 1771 г. Пристли «… поместил живую веточку мяты в закрытый сосуд, в котором горела восковая свеча», а 21 числа того же месяца обнаружил, что «… другая свеча снова могла гореть в этом же сосуде». «Исправляющим началом, которым для этих целей пользуется природа, — полагал Пристли, — было растение». Он расширил свои наблюдения и скоро показал, что воздух, «исправляемый» растением, не был «совсем не подходящим для мыши».

Опыты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается «чистым» и может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных огней и дыхание множества живых организмов. Он говорил: «Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения произрастают не напрасно, а очищают и облагораживают нашу атмосферу».

Позднее голландский врач Ян Ингенхауз (1730-1799) подтвердил работу Пристли и показал, что воздух «исправляется» только на солнечном свету и только зелеными частями растения. В 1796 году Ингенхауз предположил, что углекислота разлагается при фотосинтезе на С и О2, а О2 выделяется в виде газа. В последствие было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода в сахарах и крахмале таково, что один атом углерода приходится на одну молекулу воды, на что и указывает слово «углеводы». Считалось общепринятым, что углеводы образуются из С и Н2О, а О2 выделяется из углекислоты. Это вполне разумная гипотеза была широко признана, но, как позднее выяснилось, она была совершенно неверной.

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:

Читайте также:  Диетическое питание для лежачих больных

Этот факт не привлекал внимания исследователей до тех пор, пока ван Ниль не сделал смелого сообщения и не предложил следующего суммарного уравнения фотосинтеза:

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.

Таким образом, было показано, что обе стадии светозависимы: «световая и темновая». Важно помнить, что темновые реакции нормально проходят на свету и нуждаются в продуктах световой стадии. Выражение «темновые реакции» просто означает, что свет как таковой в них не участвует.

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.

Читайте также:  Режим питания при подагре

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.

Успехи науки в области синтеза органических веществ наносят сокрушительный удар по идеалистическому учению — витализму, который доказывал, что для образования органических веществ из неорганических необходима особая «жизненная сила» и что человек не сможет синтезировать сложные органические вещества.

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.

Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта».

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.

Айкхорн П. и др. «Современная ботаника», стр. 95-99.

Артемов А. «Энциклопедия БИОЛОГИЯ», 1995, стр. 200-203.

Коган В. Л. и др. «Биология», 1984, стр. 160-161.

Медведева В. «Ботаника», 1980, стр. 128-131.

Питерман И. и др. «Интересная ли ботаника?», 1979, стр.19-20.

Пенкин П. «Физиология растений», 1975, стр.69.

Челобитько Г. и др. «Ботаника», 1990, стр.79, 102-103.

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

Читайте также:  Рецепты рафаэлло с детским питанием

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.

презентация [2,5 M], добавлен 11.11.2014

Источник



Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Фотосинтез. (Воздушное питание растений)

Виртуальные лабораторные работы и опыты по теме «Фотосинтез»:

Корневое питание дает растению только минеральные соли и воду. Органические вещества и заключенную в них энергию растение получает в процессе фотосинтеза (от греч. фотос – «свет» и синтезис – «соединение»).

Фотосинтез. (Анимация)

Фотосинтез протекает в хлоропластах. В ходе этого процесса за счет энергии солнечного света растение с помощью зеленого хлорофилла листьев образует необходимые ему органические вещества из неорганических – углекислого газа и воды. Так как основным поставщиком углекислого газа для фотосинтеза является воздух, то этот способ получения растением органических веществ называют воздушным питанием.

Схема процесса фотосинтеза. (Анимация)

Зеленый лист – специализированный орган воздушного питания.

Благодаря плоской форме листовой пластинки лист имеет большую поверхность соприкосновения с воздушной средой и солнечным светом. Присутствие же в мякоти листа мелких, но многочисленных хлоропластов с зеленым пигментом – хлорофиллом создает огромную фотосинтезирующую поверхность, превращая таким образом лист в могучую фабрику образования органических веществ.

Доказать, что зеленое растение только на свету образует органические вещества, можно простым опытом. Зеленое растение, например примулу или пеларгонию зональную, помещают в темный шкаф. Через 2-3 дня у этого растения черной бумагой или фольгой затемняют часть одного листа и ставят растение на свет. Через 8-10 часов срезают этот лист, снимают с него затемняющие пластинки бумаги. Оказывается, внешне лист никак не изменился. Но после его обесцвечивания (кипячением в спирте разрушается хлорофилл) и последующей обработки раствором йода можно увидеть, что незатемненная часть листа, содержавшая крахмал, посинела, а бывшая затемненной часть листа приобрела желтый цвет йода. Это свидетельствует о том, что здесь крахмал не образовался, так как клетки листа не получали световой энергии.

Фотосинтез – процесс, в котором зеленое растение из неорганических веществ (углекислого газа и воды) с использованием энергии солнечного света образует органические вещества – углеводы (преимущественно сахара), а также кислород.

Фотосинтез всегда поддерживается корневым питанием – поглощением из почвы воды и минеральных солей. Без воды фотосинтез не происходит.

В среднем растения поглощают около 55 % энергии солнечных лучей, а на фотосинтез расходуется только 1,5-2 % поглощенной энергии. Это очень мало, но и такое количество обеспечивает жизнь всем организмам на Земле.

Весь сложный поэтапный процесс фотосинтеза идет в хлоропластах бесперебойно, пока зеленые листья получают солнечную энергию. Образовавшиеся в хлоропластах продукты фотосинтеза поступают в цитоплазму, где с помощью ферментов превращаются в сахара. Полученные органические вещества (преимущественно сахара) по ситовидным трубкам луба оттекают из листьев ко всем частям растения: к почкам, генеративным органам. Но большая их часть передвигается по стеблю вниз к корням, где принимает участие вместе с минеральными солями в образовании белков и жиров, которые откладываются про запас.

Пути передвижения веществ в процессе питания. (Анимация)

Для фотосинтеза обязательно нужен углекислый газ, поступающий в лист вместе с воздухом через устьица, и вода, приходящая по сосудам из корня.

Таким образом, в процессе воздушного питания растения поглощают неорганические вещества и с помощью энергии света и хлорофилла образуют органические вещества. Организмы, способные самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, называют самопитающимися, или автотрофными (от греч. аутос – «сам», трофе – «питание»). Автотрофный тип питания – главная особенность растительного организма.

Не все организмы обладают такой способностью. Многие из них не способны синтезировать органические вещества из неорганических, а получают их с пищей в виде готовых органических соединений. Такие организмы называют гетеротрофными (от греч. гетерос – «другой», трофе – «питание»). Все животные, грибы, большинство бактерий и человек являются гетеротрофами. Они питаются готовыми органическими веществами, созданными автотрофами – зелеными растениями. Вот почему процесс фотосинтеза имеет огромное значение не только для растений, но для всей жизни на Земле.

Зеленые растения – автотрофы: создавая органические вещества, запасают в них солнечную энергию и делают ее доступной для других организмов.

Интерактивный урок-тренажёр. (Пройдите все страницы и выполните все задания урока)

Воздушное питание за счет фотосинтеза поддерживается корневым питанием. Фотосинтез – процесс образования на свету с помощью хлорофилла органических веществ (сахаров) из воды и углекислого газа. В этом процессе зеленые растения улавливают энергию солнечного света и преобразуют ее в энергию химических связей, доступную для всех организмов. Выделенный в процессе фотосинтеза кислород используется всеми живыми существами для дыхания. Продуктивность фотосинтеза зависит от факторов внешней среды. Сохранение зеленых растений на планете, обеспечение нормальных условий для их воздушного питания – важная задача, стоящая сейчас перед людьми.

Источник