ФОТОСИНТЕЗ И ДЫХАНИЕ или ИНЬ - ЯН из жизни растений. Фотосинтез дыхание растений

10.Дыхание и фотосинтез (общее и различия).

Дыхание – это процесс поглощения растениями кислорода и выделение ими углекислого газа;

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ при использовании энергии солнца, углекислого газа и воды, который происходит в клетках зеленых растений.

Дыхание и фотосинтез имеют одинаковые промежуточные продукты: ФГК, ФГА, рибулоза, ПВК, ФЕП, малат и др. Это говорит о возможности переключения с одного процесса на другой. И дыхание, и фотосинтез – это процессы и окислительные, и восстановительные, и распада, и синтеза. Обязательным участником обоих процессов является вода. При фотосинтезе она служит донором водорода для восстановления НАДФ+, а при дыхании окисление веществ может происходить с помощью кислорода воды.

В чем же разница между дыханием и фотосинтезом?

Дыхание – это естественный процесс газообмена, который растения, как все живые организмы, осуществляют с внешней средой. Дыхание происходит во всех органах растения. Оно осуществляется через устьица, чечевички и трещины в коре деревьев; Процесс дыхания происходит в круглосуточном режиме. Организацией дыхания заняты специальные органеллы клетки – митохондрии; Фотосинтез – это процесс, который невозможен без солнечного света, поэтому он происходит лишь в светлое время суток или при наличии запасенной растениями ранее энергии нашей звезды. Фотосинтез может происходить лишь в клетках растений, которые содержат хлоропласты с пигментом хлорофиллом. Традиционно фотосинтез происходит в листьях, пока они зеленые, в стеблях, в отдельных частях цветка, в плодах; В процессе дыхания клетки растения поглощают атмосферный кислород, используя накопленные орган соед-я (крахмал). При этом происходят расход, трата, уничтожение орган в-ва. В результате дыхания выделяется углекислота, которая возвращается в атмосферу, и вода, которая остается в середине живого организма; В процессе фотосинтеза растение поглощает углекислый газ и использует накопленную воду. Под действием энергии солнечных квантов происходит о-в-ая реакция, результатом которой является образование орган-х в-в (сахаров/крахмала) и выделение кислорода.

Отличия: Дыхание обеспечивает жизнь самого растения, а выделенный кислород и накопленные в результате фотосинтеза органические вещества дают возможность существовать на Земле гетеротрофным организмам; Дыхание происходит в растениях постоянно, а фотосинтез идет лишь под действием солнечного света; В дыхании задействованы все клетки растения, а в фотосинтезе – лишь зеленые; При дыхании кислород поглощается, а при фотосинтезе – выделяется; В дыхании органические вещества расщепляются, а при фотосинтезе – синтезируются.

11.Как можно определить интенсивность дыхания?

Определение интенсивности дыхания зависит от t

Показатели интенсивности дыхания прямо противоположны показателям интенсивности фотосинтеза. Интенсивность дыхания можно определить:

1) по кол-ву выделенного С02; 2) по кол-ву поглощ кислорода; 3) по убыли сухой массы. Все эти три показателя рассчитываются на единицу массы в единицу времени.

studfiles.net

Фотосинтез и дыхание - их значение в природе

Известно, что любое растение "добывает" пищу не только из почвы, но и из воздуха. 95% урожая определяют органические вещества, полученные в зеленых листьях за счет воздушного питания растений - фотосинтеза, и лишь остальные 5% зависят от почвенного или минерального питания.

Тем не менее большинство садоводов основное внимание уделяют прежде всего минеральному питанию. Они регулярно вносят удобрения, рыхлят почву, поливают, забывая о воздушном питании растений. Даже приблизительно нельзя сказать, сколько мы "не добираем" урожая лишь из-за того, что как бы "не замечаем" фотосинтеза. О масштабах фотосинтеза и его значении в природе можно судить уже по одному количеству солнечной энергии, перехватываемой зелеными листьями и "законсервированной" в растениях. Ежегодно только растения суши запасают в виде углеводов столько энергии, сколько могли бы израсходовать сто тысяч больших городов в течение 100 лет!

О значении и сущности фотосинтеза говорил еще К. А. Тимирязев в 1878 году в своей знаменитой книге "Жизнь растений". "Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но упал он не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или лучше сказать на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу. В той или иной форме он вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу..." Слова эти не устарели до сих пор. За прошедшие годы они лишь уточнились и дополнились новыми данными о дыхании.

У растений дыхание в основе своей - процесс, противоположный фотосинтезу. Молекула сахара глюкозы окисляется кислородом воздуха до углекислого газа и воды с выделением заключенной в углеводах энергии. Эта энергия идет на осуществление и поддержку всех жизненных процессов: поглощение и испарение воды и минеральных солей, рост и развитие растений.

Именно в освобождении энергии и направлении ее на нужды растений и заключается главный смысл дыхания, которое происходит во всех живых клетках растений.

По сути, дыхание поддерживает саму жизнь на Земле! Но как именно это происходит? За счет какой формы энергии? Не вдаваясь в подробности, скажем лишь, что весь смысл дыхания состоит в образовании аденозинтрифосфорной кислоты или сокращенно АТФ - органического вещества, в состав которого входят азотистое основание аденин, пятиуглеродистый сахар рибоза (вместе они составляют аденозин) и три остатка фосфорной кислоты, соединенные между собой фосфатной связью, при распаде которой и освобождается энергия, необходимая для всего живого на Земле.

Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеозидтрифосфат, играющий исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ был открыт в 1929 году группой учёных Гарвардской медицинской школы — Карлом Ломаном, Сайрусом Фиске и Йеллапрагадой Суббарао, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке. 

Образно это можно сравнить с работой аккумуляторной батареи, которая отдает энергию по потребности и снова заряжается у растений за счет солнечной энергии при фотосинтезе.

Практически выходит, что урожай растений - это разница между фотосинтезом и дыханием: чем выше фотосинтез и ниже дыхание, тем выше урожай, и наоборот. В природе фотосинтез меняется сравнительно мало. Зато дыхание может возрастать в сто и даже тысячу раз. К тому же соотношение между производящими и потребляющими частями растений строится по принципу: один с сошкой (фотосинтез) - семеро с ложкой (дыхание). В самом деле, ведь фотосинтез идет только в листьях и только днем на свету, тогда как дышат растения круглые сутки, а накопление органических веществ (основы урожая) возможно лишь при условии, что фотосинтез намного превышает дыхание. К великому сожалению, это бывает значительно реже, чем хотелось бы.

К тому же все это мы рассматриваем сейчас в несколько упрощенном виде. На самом деле растение - единый целостный организм, в котором все процессы тесно взаимосвязаны, с одной стороны, друг с другом, с другой - с окружающей их внешней средой: светом, теплом, влагой. Влияние внешних условий на любое растение сложно, ведь в природе все условия действуют на растение одновременно. И пока мы не знаем, где же кончается действие одного из них и начинается действие другого и какое именно условие оказывается решающим в данный период роста и развития растения.

Чтобы ответить на этот вопрос и были сооружены огромные оранжереи с полностью управляемым климатом - климатроны. Один из них - климатрон Миссурийского ботанического сада в городе Сент-Луисе (США), построенный видным американским ученым Ф. Вентом. Он установил, что из всех внешних условий решающим фактором роста томатов является ночная температура. Если ночью она поднималась выше 24 или опускалась ниже 16 градусов, плоды вообще не завязывались. Ночная температура оказалась решающей и для урожая картофеля. Клубни лучше всего образовывались при температуре ночью около 12 градусов. Именно поэтому в жаркое лето 1999 года во многих зонах нашей страны, в том числе в Подмосковье, урожай картофеля снизился вдвое по сравнению с прошлыми годами.

Температура часто оказывается едва ли не "главным врагом" будущего урожая, причем не только тогда, когда бывает слишком низкой, но и в тех случаях, когда намного превышает оптимальную. Немецкие ученые X. Лир, Г. Польстер установили, что в ясные солнечные дни для получения урожая наиболее продуктивны ранние утренние часы, когда температура воздуха не превышает 20-25°С. Прирост органической массы в это время в 30 раз больше, чем при более высоких температурах.

И это вполне понятно и объяснимо. Именно в утренние часы фотосинтез достигает своего максимума, тогда как дыхание, сильно зависящее от температуры, становится минимальным. Вот почему растения особенно отзывчивы на утренние поливы. Воды, особенно огурцам, томатам, кабачкам, требуется много и желательно не очень холодной.

В совершенно необычную и непривычную среду попадают растения при выращивании их в закрытом грунте. В условиях теплиц все внешние факторы нередко начинают работать как бы против растений. Пытаясь с помощью обыкновенной пленки защитить растения от холода, мы никак не можем избавить их от перегрева, что сделать намного труднее. Ведь даже весной температура в теплицах иногда превышает оптимальную (около 20 градусов). Что же говорить о периоде апрель - август?

В пасмурные дни теплица невольно превращается для растений в темницу, скупые лучи солнца едва проникают сквозь пленку. Из-за нехватки света фотосинтез резко падает, тогда как дыхание идет своим чередом, нередко перекрывает фотосинтез и заметно снижает будущий урожай.

Другая беда подстерегает растения в теплице в ясные теплые солнечные дни. Теплица превращается в такие дни в раскаленную пустыню. "Перегрев" листьев и нехватка углекислого газа - основного "сырья" для создания углеводов - приводят к резкому падению фотосинтеза. Напомним, что в воздухе содержится всего лишь 0,03% углекислого газа, или 3 части на 10 тысяч частей воздуха, и нехватка этого газа в теплицах в дневные часы - вполне обычное дело. Зато в сто и даже тысячу раз (в зависимости от температуры) возрастает дыхание. Естественно, что в эти часы о накоплении углеводов не может быть и речи. Наоборот, растение теряет даже то, что было накоплено в более благоприятное время.

«Наука и жизнь» 

agrostory.com

Дыхание и фотосинтез растений

В свете современных данных можно сделать следующее определение дыхания: дыхание – это совокупность координированных последовательно происходящих экзоэргических ОВ реакций, ведущих к их фиксированию в богатых энергией связях АТФ, используемых клеткой для выполнения работы.

Как и фотосинтез, дыхание складывается из отдельных групп последовательно происходящих реакций. У высших растений, например, можно выделить, по меньшей мере, две фазы: анаэробную (гликолиз) и аэробную (цикл Кребса, пентозофосфатный окислительный цикл).

Углекислый газ образуется за счет декарбоксилирования органических кислот. Углерод дыхательного субстрата не соединяется непосредственно с кислородом воздуха. Кислород воздуха нужен как акцептор электронов, транспортируемых от восстановленных коферментов, доноров электронов и протонов. Место образования АТФ – сопряженные мембраны крист в митохондриях (и, вероятно, микротрубочки в цитоплазме).

Дыхание – поставщик энергии, главным образом в форме АТФ. Для гетеротрофных органов (корни, клубни, незеленые части стебля и др. органов) дыхание – единственный поставщик энергии. В зеленых клетках, как мы уже говорили, АТФ образуется еще и в процессе фотосинтеза.

Дыхание является одновременно и источником промежуточных ве- ществ для различных синтезов (рис 3.9).

Так пируват используется для синтеза аланина, ацетил-СоА, малат участвуют в синтезе сахарозы. В свою очередь ацетил-СоА служит важным исходным продуктом для синтеза многих веществ, таких как жирные кислоты, стероиды, АБК и др.

К образующимся в процессе гликолиза молекулам глицерина могут присоединятся три остатка жирных кислот и появляться жиры; если к глицерину присоединяются две жирные кислоты и одно фосфорилированное соединение образуются фосфолипиды – важные компоненты биологических мембран. Таким образом, можно отметить, что дыхание – это центральный процесс обмена веществ.

Рис. 3.9. Промежуточные продукты превращений при окислении углеводов в процессе дыхания

Дыхание регулятор разных процессов. Регуляторная роль дыхания хорошо видна на примере прорастания семян. Сначала при поглощении воды активируется дыхание, а уже потом семена начинают расти. Для их роста необходим строительный материал – органические вещества, а для их синтеза – АТФ и восстановленные коферменты. Интенсивность дыхания прорастающих семян в сотни раз больше, чем в покоящихся.

Концентрация АТФ и других макроэргических соединений влияет на скорость биосинтеза различных веществ. Чем больше содержание ацетил СоА, тем скорее может идти и синтез жиров. Существует тесная связь между активностью дыхательных ферментов (например, цитохромоксидаза) и синтезом хлорофилла.

В зеленых клетках одновременно происходит фотосинтез и дыхание. Сравнение суммарных выражений этих двух процессов:э

показывает, что они являются противоположными (табл.3.2).

Таблица 3.2. Характерные черты процессов фотосинтеза и дыхания

Однако в действительности между этими двумя процессами много общего.

Функции хлоропластов и митохондрий тесно связаны. Например, кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза, используется при дыхании, судьба СО2 для обоих процессов прямо противоположная судьбе О2.

Кроме того, в обоих органеллах поток электронов сопряжен с образованием АТФ с той разницей, что в митохондриях электроны переносятся от восстановленных пиридиннуклеотидов на кислород, тогда как в хлоропластах поток электронов направлен в противоположную сторону.

Окислительное фосфорилирование, происходящее в митохондриях, является главным поставщиком АТФ для клеток незеленых частей растений (всегда), а ночью и для фотосинтезирующих тканей.

Дыхание и фотосинтез имеют одинаковые промежуточные продукты: ФГК, ФГА, рибулоза, ПВК, ФЕП, малат и др. Это говорит о возможности переключения с одного процесса на другой. И дыхание, и фотосинтез – это процессы и окислительные, и восстановительные, и распада, и синтеза. Обязательным участником обоих процессов является вода. При фотосинтезе она служит донором водорода для восстановления НАДФ+, а при дыхании окисление веществ может происходить с помощью кислорода воды. Недаром В. И. Палладин назвал дыхание «мокрым горением».

При всей общности у этих процессов есть и отличия. При фотосинтезе АТФ синтезируется за счет поглощения энергии света (фотосинтетические фосфорилирование), при дыхании – за счет энергии, освободившейся при окислении тех или иных запасенных веществ (субстратное и окислительное фосфорилирование). Конечные продукты фотосинтеза, например, углеводы, являются дыхательным субстратом, т. е. соединениями с которых начинается дыхание. Митохондриальный АТФ растрачивается на реакции, происходящие в разных частях клетки; АТФ, синтезированный в хлоропластах, предназначен главным образом, для процессов, происходящих в них самих. Дыхание в какой-то мере выступает как дублер фотосинтеза: пополняет фонд АТФ и промежуточных веществ. При дыхании укорочение углеродной цепи происходит в результате декарбоксилирования веществ, а для фотосинтеза характерна обратная реакция – карбоксилирование.

Фотосинтез – процесс уникальный, локализованный в хлоропластах; дыхание, напротив, процесс универсальный. Им обладают, за исключением небольшой группы анаэробов, все организмы, населяющие Землю; оно присуще любому органу, любой ткани, каждой живой клетке. Физиолого-биохимические механизмы дыхания являются общими у растений, животных, одно- и многоклеточных организмов. Это лишний раз подтверждает мысль о том, что жизнь при всем разнообразии строится на небольшом количестве принципов.

Еще раз подчеркнем единство происхождения органического мира. Гликолиз – анаэробный процесс, который филогенически, вероятно, был первым поставщиком энергии для клетки. Фотосинтез, который появился в эволюции поздней, обогатил атмосферу кислородом, и стало возможным аэробное дыхание (цикл Кребса). Пентозофосфатный окислительный цикл, идущий в условиях большого количества кислорода, мог появится еще позднее. Гликолиз идет в гиалоплазме и кариоплазме, для фотосинтеза и дыхания нужны мембраны. Таким образом, усложнение строения клетки шло одновременно с эволюцией способов добычи энергии.

biofile.ru

63. Дыхание и фотосинтез как основные энергетические процессы растительного организма. Черты сходства и различия.

дыхание - кислород используется(расходуется) 

фотосинтез - кислород создается 

При дыхании:  1)Выделяется СО2 и поглощается О2.  2)Происходит во всех живых клетках.  3)Протекает на свету и в темноте.  4)Органические вещества разрушаются и выделяется энергия. 

5)Вода и углек.газ освобождаются

При питании (фотосинтезе):  1)Выделяется О2 и поглощается СО2.  2)Происходит в клетках с зелеными хлоропластами.  3)Протекает только на свету.  4)Органические вещества образуются, энергия расходуется.

5)Вода и углекислый газ поглощаются

64. Дыхание как процесс противоположный фотосинтезу.

Процесс дыхания — это процесс, «обратный» фотосинтезу, т. е. процесс непрекращающейся потери вещества.

Он идет днем и ночью. Кривая зависимости дыхания от температуры в принципе тоже имеет «оптимальную форму », но для нее характерна очень острая вершина, и она резко падает в области высоких температур.

Например, у картофеля острый перегиб кривой наступает примерно при 50°, и чуть более высокие температуры резко снижают дыхание; листья выдерживают сверхоптимальный перегрев. Кроме того, действие температуры на дыхание тесно связано с фактором времени. При длительном воздействии повышенных температур скорость дыхания постоянно падает. Таким образом, положение температурной точки оптимума дыхания во многом зависит от длительности нагрева, т. е. она весьма подвижна, и мы не можем говорить о каких-то константных кардинальных точках, всегда надо учитывать многие факторы. Иногда к дыханию применяют химическое правило Вант-Гоффа: скорость реакции увеличивается экспоненциально с повышением температуры. Было показано, что, действительно, дыхание, особенно у тропических растений, ускоряется в среднем в три раза при температуре ниже 10°, но выше 25-30° или при продолжительном нагреве коэффициент дыхания (Qio) неуклонно падает (последействие температур).

65. Пентозофосфатный путь дыхательного обмена. Химизм и значение.

Функция пентозофосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пенто-зофосфатного пути окисления глюкозы возрастает.

Пентозофосфатный цикл – совокупность обратимых ферментативных реакций, в результате которых глюкоза окисляется до СО2 с образованием НАДФ Н и Н, а так же синтез фосфорилирование сахаров, содержащих от 3 до 7 атомов С.

Стадии: Окислительная и Регенерации.

1)6глюкозо-6-фосфат +6НАДФ  6 6-фосфоглюконолактон + 6НАДФН +6Н, фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, дегидрируется

2) 6 6-фосфоглюконолактон  6 6-фосфоглюконат, изомеризуется ферментом лактолаза

3) 6 6-фосфоглюконат+ 6 НАДФ  6-рибулозо-5-фосфат + 6 НАДФН +6Н + 6СО2, фермент 6-фосфоглюконатдегидрогеназа

Фаза регенерации

4) 2 рибулозо-5-фосфат  2 рибулозо-5-фосфат, фермент – пентозоизомраза

5) 4 рибулозо-5-фосфат  4 2-ксилулозо-5-фосфат, фермент – пентозоизомераза

6) 2-ксилулозо-5-фосфат + 2 рибозо-5-фосфат  2 седогептулозо-7-фосфат + 2 глиперальдегид-3-фосфат, фермент – транскетолаза

7) 2 седогептулозо-7-фосфат + 2 глиперальдегид-3-фосфат  2 эритрозо-4-фосфат + 2фруктозо-6-фосфат, фермент – трансальдолаза

8) 2-ксилулозо-5-фосфат + 2 эритрозо-4-фосфат  2 глицеральдегид-3-фофат + 2 фруктозо-6-фосфат, фермент – транскетолаза

9) глицеральдегид-3-фофат  дигидроксиацетонфосфат

10) дигидроксиацетонфосфат + глицеральдегид-3-фосфат  фруктозо-1,6-дифосфат, фермент – альдолаза

11) Фруктозо-1,6-дифосфат  фруктозо-6-фосфат + Н3РО4

12) 5 фруктозо-6-фосфат  5 глюкозо-6-фосфат, фермент – гексозофосфатизомераза

Суммарный процесс:

6 глюкозо-6-фосфат + 12НАД  5 глюкозо-6-фосфат + 6СО2 + 12НАДФН + 12Н + Н3РО4

Особенность цикла – гибкость.

Если потребность в рибозо-5-фосфате значительно превышает потребность в НАДФН то большая часть глюкозо-6-фосфата превращатся в глицеральдегид-3-фофат, одна молекула которого вступая в реакцию с двумя молекулами фруктозо-6-фосфата превращаются в три молекулы рибозо-5-фосфата (р-ции 6-8)

Если потребность в НАДФН и рибозо-5-фосфате сбалансирована, преобладаюют реакции окислительной стадии и реакция 4: глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ + Н2О  рибозо-6-фосфат + 2 НАДФН + СО2 + 2Н

Если потребность в НАДФН выше чем в глюкозо-6-фосфате, происходит полное окисление глюкозо-6-фосфата до СО2 (р-ции 1-4, 6, 10-12). Суммарное уравнение: глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ + 7Н2О  6 СО2 + 12 НАДФН + 12Н + Н3РО4

66. Дыхательная электронтранспортная цепь (ЭТЦ)— система структурно и функционально связанных трансмембранных белков и переносчиков электронов. ЭТЦ позволяет запасти энергию, выделяющуюся в ходе окисления НАД∙Н и ФАДН2 молекулярным кислородом (в случае аэробного дыхания) или иными веществами (в случае анаэробного) в форме трансмембранного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи, сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану.

Дыхательная электронтранспортная цепь состоит из переносчиков электронов, которые передают электроны от субстратов на кислород. Расположение переносчиков определяется величиной их окислительно-восстановительного потенциала.

Таким образом, транспорт электронов в дыхательной электронтранспортной цепи сопровождается трансмембранным переносом протонов. Возникающая разность потенциалов по обеим сторонам внутренней мембране митохондрий используется для синтеза АТФ (окислительное фосфорилирование). В результате прохождения двух электронов по цепи образуется 3 молекулы АТФ.

Компоненты ЭТЦ: НАД(Ф) – зависимые дегидрогеназы, растворимые ферменты; Белки – содержащие железоероцентры, изменение валентности; Хиноны – жирорастворимые соединения, имеющие длинный терпеноидный хвост, связанный с хиноидным ядром, наиболее распространен убихинон; цитохромы – переносят только электроны за счет изменения валентности железа из +2 в +3; колплекс цитохромов – цитохромоксидаза, присутствие Си вместо железа.

Дыхательная цепь митохондрий содержит 4 основных комплекса и два небольших по молекулярной массе компонента – убихинон и цитохром. Комплекс 1 осуществляет перенос электронов от НАДН к убихинону. Комплекс 2 катализирует окисление сукцината убихиноном. Комплекс 3 переносит электроны от восстановленного убихинона к цитохрому. В комплексе 4 электроны переносятся от цитохрома к кислороды.

studfiles.net

Фотосинтез и дыхание растений

Просмотр содержимого документа «Фотосинтез и дыхание растений»

Фотосинтез и дыхание растений

Образование фотосинтеза

Вставка рисунка

Растение получает энергию и питание не только с помощью питательных веществ в почве ,но и с помощью солнечной энергии ,углекислого газа и воды. Из всего этого образуется крахмал , который образуется в сахар ,который образует белки , жиры ,углеводы и крахмал.

Роль хлоропластов в фотосинтезе

Вставка рисунка

В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию  АТФ  и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.

Световая фаза фотосинтеза

• Квант красного света, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный светом электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, который также приобретает потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон, как по ступеням, перемещается по цепи сложных органических соединений, встроенных в хлоропласт. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ. Растративший энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает электрон хлорофилла. Он снова проходит по тому же пути, расходуя энергию на образования молекул АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

•   хлоропластах есть пяти углеродные сахара, один из которых  рибулозодифосфат , является акцептором углекислого газа. Особый фермент связывает пяти углеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуется соединения, которые засчет энергии АТФ и иных молекул-носителей энергии восстанавливаются до шести углеродной молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, преобразованная в течение световой фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей энергии, используется для синтеза глюкозы. Эти процессы могут идти в темноте.

Дыхание растений

Вставка рисунка

Дыхание является универсальным свойством всех живых организмов, которые населяют Землю. Суть этого процесса у  растений , также как у животных, состоит в поглощении кислорода, который взаимодействует с органическими соединениями тканей их организмов с образованием углекислоты и воды. При дыхании вода используется самим растительным организмом, а углекислоту растения выделяют в окружающее пространство. Дыхание характеризуется тем, что для выделения энергии расходуется органическое вещество, то есть это процесс, обратный фотосинтезу, при котором происходит накопление питательных веществ в тканях растений. В светлое время суток практически все растения продуцируют кислород, но в их клетках имеет место и дыхание, протекающее менее интенсивно. В ночное время процесс дыхания происходит активнее, тогда как фотосинтез прекращается без доступа света.

Особенности дыхания растений

• Растения, как и все живые организмы, дышат. При этом они поглощают атмосферный кислород, а также используют тот кислород, который образуется у них в процессе фотосинтеза и имеется в межклетниках (рис. 118). Дышат растения и днем, и ночью. Днем большая часть атмосферного кислорода поступает в растение через устьица листьев и молодых побегов, кожицу молодых корней, а также чечевички стеблей. Ночью почти у всех растений устьица закрыты. В это время они для дыхания используют, в основном, кислород, образовавшейся при фотосинтезе и накопленный в межклетниках. По межклетникам кислород проникает во все живые клетки растений .

Применение знаний о дыхании растений

• При выращивании культурных растений почва уплотняется и содержит мало воздуха. Поэтому для улучшения дыхания корней ее рыхлят специальными культиваторами. Особенно от недостатка кислорода страдают растения, выращиваемые на сильно увлажненных (заболоченных) почвах. Для улучшения снабжения воздухом корней растений такие почвы обычно осушают.
• При хранении семян в зернохранилищах следят за влажностью семян. Сырые семена дышат интенсивнее и сильно разогреваются выделяющимся теплом — тогда зародыши в них погибают. Чтобы этого не происходило, закладываемые на хранение семена должны быть сухими, а зернохранилище — хорошо проветриваемым.

multiurok.ru

Связь дыхания и фотосинтеза

Взаимосвязь дыхания и фотосинтеза - одна из важных и вместе с тем сложных проблем физиологии растений. Хотя при фотосинтезе растение использует конечные продукты дыхания, а субстратами дыхания служат продукты фотосинтеза, эти два процесса в течение длительного периода рассматривали как диамет­рально противоположные. Действительно, при фотосинтезе про­исходит синтез органического вещества, при дыхании - его рас­пад, при фотосинтезе осуществляется восстановление, а при дыхании - окисление вещества. АТФ, образуемый в митохонд­риях, используется практически на все внутриклеточные процес­сы, а АТФ хлоропластов - главным образом на процессы ассимиляции СО2. Кроме того, при дыхании укорочение углеродной цепи происходит в результате декарооксилирования веществ, а при фотосинтезе - карбоксилирования.

Однако, несмотря на все различия, фотосинтез и дыхание тесно связаны. Например, если рассматривать на молекулярном уровне одинаковые начальные и конечные этапы цикла Кальвина и пентозофосфатного цикла, многие промежуточные продукты и каталитические системы тождественны. Промежуточные продукты обоих процессов широко используются в различных био­синтезах. Основными функциями как митохондрии, так и хлоро­пластов являются транспорт электронов и сопряженные с пере­носом электронов процессы связывания энергии в виде АТФ при фосфорилировании.

При фотосинтезе активирование электрона происходит за счет энергии кванта света, при дыхании - за счет энергии хими­ческих связей, сосредоточенной в молекуле дыхательного суб­страта. Однако свободная энергия любого органического соеди­нения генетически связана с фотосинтезом. Следовательно, как при фотосинтезе, так и при дыхании источник образования ак­тивного электрона - это электромагнитная энергия кванта света.

Много общего обнаруживают компоненты ЭТЦ митохондрий и хлоропластов. Последнее позволяет считать, что при формиро­вании каталитических систем аэробного дыхания, возникших в эволюционном отношении вслед за фотосинтезом, были широко использованы важнейшие компоненты ЭТЦ фотосинтеза.

Ультраструктура и химический состав органелл не только принципиально близки, но и во многих отношениях общие. Обе органеллы способны самостоятельно осуществлять синтез бел­ков. Это свидетельствует о большой автономности этих органелл и способности к самовоспроизведению, подтверждает идею об их происхождении от общего предшественника - пропластиды.

Кроме того, практически все продукты процесса гликолиза, цикла Кребса и гексозомонофосфатного пути обычно обнаружи­ваются в группе соединений, относящихся к самым ранним про­дуктам фотосинтеза.

Все это свидетельствует о несостоятельности попыток проти­вопоставить дыхание фотосинтезу с общебиологической точки зрения. Как отмечал Л. С. Беликов (1980), 1) гликолиз (анаэроб­ное дыхание) филогенетически, вероятно, был первым постав­щиком энергии для клетки. 2) Фотосинтез, появившийся в эволю­ции позднее, обогатил атмосферу кислородом, в результате чего стало возможным аэробное дыхание. 3) Пентозофосфатный цикл, проходящий в условиях высокого содержания кислорода, мог возникнуть еще позднее.

Тесная связь между фотосинтезом и дыханием сохраняется также на уровне целого растения. С тех пор как П. Бойсен-Ие­нсен (1932) ввел понятие «нетто-ассимиляция», а А.Я. Кокин составил известное уравнение: «Прирост = фотосинтез - дыха­ние» , последнее стало рассматриваться главным образов, как рас­трата ассимилятов (цит. по 0.А.Семихатовой, 1987). В этот период считалось, что уменьшение дыхания приводит к повышению продуктивности растения.

Концепция «медленное дыхание - высокая продуктивность» обязана своим происхождением обнаруженной среди зерновых культур отрицательной корреляции между интенсивностью дыха­ния корней и скоростью роста при дефиците влаги. Сорта с низкой ИД корней имели, как правило, более высокую продук­тивность при одинаковой ИФ. Однако позже было отмечено, что высокая активность дыхания может компенсироваться увеличе­нием фотосинтеза, а также ускорением роста н развития расте­ний. Подобная неоднозначная оценка роли дыхания подтвержда­ет высказывание В. А. Бриллиант о том, что вопрос о соотноше­нии фотосинтеза и дыхания в процессе создания урожая выходит далеко за рамки простого сопоставления функций синтеза и распада органических соединений растения.

Действительно, скорость как дыхания, так и фотосинтеза может служить показателем функциональной стойкости расте­ний, и их измерение позволяет выявить причины изменений продуктивности в конкретных условиях среды. По мнению О. В. Золенского (1977), в ряде случаев по изменениям фото­синтеза и дыхания можно пред­сказать не только направление изменений продуктивности рас­тений, но и ее величину.

В конце 60-х годов для посевов многих сельскохозяйствен­ных культур (пшеницам рис_ лю­церна, волчатник и др.) было установлено, что дыхание воз­растает не прямо пропорционально увеличению листового индекса или сырой массы расте­ния, как считали ранее. При оп­ределенной величине листового индекса кривая дыхания, как н фотосинтеза, выходит (или почти выходит) на плато (рис. ). Скорость накопления биомассы также не имеет ксимума и, следовательно, нет оптимального ИЛП. Эти данные привели ис­следователей к мысли о тесной связи фотосинтеза и дыхания посева, что количественно было впервые выражено голландским ученым Мак Кри в 1970 г.:

R= aPg + bW

где R - скорость дыхания, Pg - суммарный фотосинтез единицы площади посева, г СО2/(м2_сут}. W - сухая биомасса, г, выраженная в эквивален­тах СО2; а и в - коэффициенты дыхания соответственно на рост и на поддержа­ние.

Таким образом, дыхание посева состоит из дыхания на рост(aPg) и дыхания на поддержание (bW).

Коэффициент дыхания на рост изменяется в небольших пределах (0,2-0,3), гораздо шире изменяется коэффициент дыхания на поддержание - 0.01-0,04, имеющий размерность скорости ­г/(г сут). Величины коэффициентов указывают на то, что в су­точном балансе углерода от 20 до 30 % гросс-фотосинтеза тра­тится на дыхание роста и 1-4 % уже накопленной биомассы - на дыхание поддержания. Дыхание на рост обеспечивает энер­гией синтез новой биомассы, т. е. превращение продуктов фото­синтеза, например глюкозы, в белки, жиры, липилы и углеводы.

Круг процессов, именуемых термином «поддержание», четко не очерчен. В целом они связаны с энергией, затрачиваемой на ресинтез ферментативных и структурных белков, липидов. РНК и ДНК, обновляющихся в ходе обмена веществ, поддержание в клетках необходимой концентрации ионов я величины рН, со­хранение внутриклеточного фонда метаболитов: физиологичес­кую адаптацию, обеспечивающую функционально активное со­стояние структур.

Количественное разделение дыхания на компоненты и оценка их величин с физиологических позиции позволяют выявить осо­бенности использования ассимилятов растениями в зависимости от условий произрастания.

Гросс-фотосинтез растения (Рg), суммированный в течение фотопериода, формирует определенное количество субстрата(S), часть которого (Sм) используется для генерации энергии и углеродного скелета. Иными словами, Sм =bW. Остальная часть суб­страта (Sg) расходуется на процессы роcта массы (SW) и связанное с последним дыхание, называемое дыханием роста (SR или aPg). Разделение на дыхание роста и дыхание поддер­жания только количественное, так как обе компоненты имеют) одинаковую биохимическую основу. Принципиальная разница) между ними в том, что дыхание роста не зависит от температуры, но сильно зависит от обеспеченности дыхания субстра­том, в то время как дыхание поддержания сильно зависит от температуры, но не зависит непосредственно от поступления субстрата.

studfiles.net

Дыхание и фотосинтез

Конспект урока по биологии 6 класс

ТЕМА: Дыхание и фотосинтез.

Цель урока: ученик научиться обосновывать взаимосвязь процессов фотосинтеза и дыхания

Задачи:

1. повторить процессы фотосинтеза и дыхание растений;

2. показать различие и взаимосвязь процессов дыхания и фотосинтеза в виде схемы и таблицы;

3. обосновать взаимосвязь процессов фотосинтеза и дыхания у растений.

Личностные УУД: проявлять познавательный интерес к изучению процессов происходящих внутри растительного организма; понимать: учебные задачи и стремиться их выполнить, свою успешность при изучении темы.

Регулятивные УУД: самостоятельно определять цель учебной деятельности; осуществлять целенаправленный поиск ответов на поставленные вопросы; выполнять задания в соответствии с целью; самопроверку, составлять план своей работы, осуществлять корректировку учебного задания.

Коммуникативные УУД: формулировать собственные высказывания в рамках учебного диалога и публичного выступления, используя термины; организовывать учебное взаимодействие в группе.

Познавательные УУД: анализировать текст; составлять схему к тексту, проводить сравнительный анализ между фотосинтезом и дыханием.

Предметные УУД: Определить взаимосвязь процесса дыхания и фотосинтеза.

Метапредметные: смысловое чтение.

Основные понятия

Дыхание, фотосинтез

Ресурсы урока:

презентация, сравнительная таблица, учебник, карточки с терминами, опыты, заложенные во внеурочное время, информационные листы на каждого ученика

Организация пространства

групповая работа

I.Организационный момент.

Учитель проверяет готовность учащихся к уроку, настраивает на совместную работу: Сегодня мы проведем урок – путешествие по станциям, но до того, как отправиться в путь за новыми знаниями, нам нужно проверить, как вы усвоили материал прошлого урока.

II. Проверка домашнего задания.

1) Индивидуальная работа. Составить у доски схему “Фотосинтез”.

2) Поразмыслим над задачей! (Басня Крылова, найти ошибку автора)

3)В мешочке находятся карточки с названиями основных терминов. Вы должны им дать четкие формулировки. К доске вызываются два ученика. Они по очереди вытаскивают из мешочка карточки и отвечают.

Остальные учащиеся следят за правильностью ответов, корректируют их. Проводится фронтально с использованием карточек красного и зеленого цвета, которые выдаются на парту каждому ученику - игра «Светофор».

Устьице, опыт, доказывающий необходимость света для фотосинтеза, хлоропласты, фотосинтез

4) Блиц-опрос

а) К.А.Тимирязев писал: “Ни один растительный орган не испытывал на себе человеческой несправедливости в такой степени, как лист… До конца 19 века … лист продолжал пользоваться легкомысленной славой пышного, но бесполезного наряда...”

Защитите лист. Расскажите о его значении.

б) Что такое фотосинтез?

в) Каковы особенности строения листа в связи с фотосинтезом?

г) К.А.Тимирязев писал: “ Пища – консерв солнечных лучей”. Как вы это понимаете?

д) Личинки колорадского жука объели все листья картофеля. Как это отразится на урожае клубней? Почему?

е) Что такое космическая роль зеленых растений? Нужно ли растениям лететь в космос для выполнения космической роли?

1. Постановка проблемы.

Здравствуйте, ребята! За окном морозное солнечное утро, улыбнитесь друг другу. Я надеюсь, вы в школу пришли с хорошим настроением. Урок начнём с небольшого эксперимента. Глубоко вдохните воздух, задержите дыхание и выдохните. Какой процесс жизнедеятельности мы продемонстрировали? (дыхание).

А для чего необходим кислород?

Человек может прожить без еды 1-1,5 месяца, без воды несколько дней, а без воздуха всего несколько минут. У человека через 6 минут задержки дыхания начинаются необратимые процессы в головном мозге, а выражения «последний вздох» или «испустил дух» вообще ассоциируются со смертью.

Для чего же мы дышим?

А дышат ли растения?

Что мы знаем о дыхании растений?

Сформулируйте тему нашего урока?

Какие задачи в соответствии с поставленной темой мы должны сегодня решить?

Учитель открывает слайд №1.

Для того чтобы ответить на все эти вопросы, я предлагаю вам отправиться в путешествие по станциям. Но прежде вернёмся к опыту английского химика Джозефа Пристли который в 1771 году провел следующий опыт: взял два стеклянных колпака , под каждым из них поместил мышь. Но под одним колпаком он поместил стаканчик с веткой растения( там мышь осталась жива). Под другим колпаком растения не было- там мышь погибла.

Я Вам расскажу продолжение истории опыта Джозефа Пристли….

В конце урока вы попробуете дать ответы на вопросы:

1. Почему мышонок при повторном эксперименте в Королевском обществе погиб?

2. Почему у богатой дамы разболелась голова?

Мы должны сегодня пройти 4 станции: 1. «Теоретическая», 2. «Эспериментальная», 3. «Экологическая» 4. « Аналитическая». План на доску

Какой газ растения поглощают для дыхания?

Через что в растение поступает кислород?

Какой газ растения выделяют в процессе дыхания?

Зачем необходим для дыхания кислород?

Вывод: Дыхание – расщепление сложных органических веществ на более простые неорганические.

Как вы думаете, в какое время суток дышат растения?

Скажите, все ли органы растений дышат?

Вторая станция «Экспериментальная». Накануне ученица заложила опыт, чтобы сегодня мы могли ответить на этот вопрос. Выводится слайд №3. Ученица выходит и рассказывает ход проведения опыта: Взяли три банки. В одну из стеклянных банок положили свежесрезанный побег растения, во вторую корнеплоды моркови, в третью 30-40 набухших семян фасоли. Закрыли все банки пластмассовыми крышками и поставили их в темное место.

Почему семена фасоли мы сначала замочили в воде?

Почему банки поставили в темное место?

Почему это произошло?

Какой мы сделаем вывод?

В какое время суток дышат растения?

Чтобы узнать, какие условия влияют на дыхание растений, мы отправляемся на станцию «Экологическую». Изучите текст информационного листа и ответьте на вопросы. (Приложение 1.) Открывается слайд №4. Дети работают с информационным листом в течение 5 минут. Примерные выводы детей:

дыханию растений препятствует пыль, оседающие на листьях, ее твердые, мельчайшие частицы закрывают устьица, и поступление воздуха в листья затрудняется.

Дыханию растений препятствуют примеси, которые появляются в воздухе при сжигании топлива.

Устойчивые к запыленному воздуху деревья: тополь, черемуха, липа, конский каштан.

IV.Применение знаний о дыхании.

Почему нельзя закладывать на хранение влажные семена?

Демонстрация фрагмента видеофильма “От семени до урожая” (или опыта по выделению тепла семенами).

Ответы учащихся: сырые семена дышат, при этом выделяется много тепла, и если семена лежат плотно, то они перегреваются, и зародыши погибают.

Какие условия создает человек для лучшего дыхания корней у растений?

Почему культурные растения плохо растут на заболоченных почвах?

V.Возвращение к проблемному вопросу

1. Почему мышонок при повторном эксперименте в Королевском обществе погиб?

2. Почему у богатой дамы разболелась голова?

– В Швеции жил аптекарь Карл Вильгельм Шееле. Он решил повторить опыты Пристли (вспомните опыты Пристли, в чем суть опытов). Проводил их Шееле по ночам в каморке при аптеке, пользуясь огарком свечи. Результаты он получил противоположные тому, что наблюдал Пристли. Мышь погибала, мята засыхала. Как разрешить спор Шееле и Пристли?

Для этого ответьте на вопросы таблицы и сравните дыхание и фотосинтез.

И последняя наша станция «Аналитическая». Заполните оставшиеся пункты таблицы

Для самопроверки учитель просит соседей по парте поменяться тетрадями и проверить правильность заполнения таблицы, и ставят друг другу оценки. Заполненная таблица открывается на проекционной доске. (Слайд №5).

1.Дети проверяют друг у друга правильность заполнения таблицы, пользуясь слайдом №5.

Затем открывается слайд №6.

Составьте схему, соединив стрелками термины, обозначающие процессы.

Сделайте вывод о различии и взаимосвязи процессов фотосинтеза и дыхания. Учащиеся формулируют вывод: фотосинтез и дыхание – это два противоположных процесса.

Свет

Фотосинтез

Кислород углекислый газ вода органические вещества

Дыхание

энергия

Проблемный задача:– В двух аквариумах много растений и рыб. Один из них находится в затененном помещении, другой – в хорошо освещенном. Как будут чувствовать себя рыбы в аквариумах? Дайте обоснованный ответ.

VI. Домашнее задание.

Изучить §35. Проведите дома опыт, доказывающий, что при дыхании органы растений выделяют углекислый газ. Индивидуальное задание: подготовить сообщения: «Источники загрязнения воздуха в городе Благовещенске», «Охрана воздуха».

VII. Рефлексия.

Отметь по каждой шкале, что относится к тебе.

videouroki.net

Смотрите также

• 
  Нервная ткань растений
• 
  Признаки клеток растений
• 
  Капельный полив растений
• 
  Растения теплолюбивые это
• 
  Картина из растений
• 
  Светодиод для растений
• 
  Культивирование растений это
• 
  Растения владимирской области
• 
  Экологические факторы растений
• 
  Комнатные растения фикусы
• 
  Растение на латинском