Фотосинтез необходим растениям для чего: Фотосинтеза необходим растениям для?

Содержание

СО2 необходим растениям для чего? Как доказать необходимость CO2?

Традиционно считается, что для жизни живых организмов необходим кислород. Поэтому достаточно удивительно было прочитать название статьи «СО2 необходим растениям для…». Ответ на эту загадку смотрите ниже.

Карбон диоксид, угольный ангидрит, двуокись углерода — все это названия одного и того же вещества. Это всем известный углекислый газ. При нормальных условиях это вещество находится в газообразном состоянии, при этом оно не имеет цвета и запаха. При понижении температуры воздуха углекислый газ твердеет и приобретает белый цвет. В такой модификации его называют «сухой лед». Это достаточно химически активное вещество. Углекислый газ реагирует с металлами, оксидами и щелочами. Он способен образовывать нестойкое соединение с гемоглобином крови, подобно кислороду. Так осуществляется газообмен при помощи кровеносной системы. Он не является ядовитым веществом, однако при большой концентрации его относят к токсичным газам.

В природе он образуется в результате дыхания живых организмов, гниении и горении. В газообразном состоянии карбон диоксид растворяется в воде. Вот почему, возможно говорить о системах подачи СО2 в аквариумах с растениями и их необходимости для нормальной жизнедеятельности водорослей. Имеет углекислый газ и промышленное значение. Его широко используют в пищевой отрасли в качестве разрыхлителя и консерванта. В сжиженном состоянии им заполняют огнетушители и автоматические системы пожаротушения.

Что такое фотосинтез

Прежде всего СО2 необходим растениям для протекания важнейшего процесса, который имеет планетарное значение — фотосинтеза. В его ходе из ряда неорганических веществ образуется углевод глюкоза. Именно его используют растения для питания, роста, развития и других процессов жизнедеятельности. Кроме того, еще одним продуктом данной реакции является кислород — основное условие существования всех живых существ на планете, поскольку он необходим для дыхания. Газообмен в растении возможен благодаря наличию в покровной ткани их листьев особых образований — устьиц. Каждая из них состоит из двух створок. При определенных условиях они смыкаются и размыкаются. Через них происходит поступление и кислорода, и углекислого газа.

Условия протекания фотосинтеза

Фотосинтез происходит только в специализированных структурах основной и покровной ткани листа. Они называются хлоропласты. Их внутренне содержимое представлено тилакоидами гран и стромы, на которых располагается красящее вещество — пигмент хлорофилл. Он придает некоторым частям растения зеленый цвет. В хоропластах фотосинтез происходит только при определенных условиях. Это наличие солнечного света, воды и углекислого газа. А результатом данной химической реакции является образование органического вещества глюкозы и газа кислорода. Первое из них — источник жизни самих растений, второе используют все остальные для осуществления дыхания. Этот процесс имеет планетарное значение.

Углекислый газ и растения

Как доказать необходимость CO2? Очень просто. Поскольку углекислый газ выделяется в природе в результате дыхания, его недостатка в природе не наблюдается. Однако в аквариумной воде его не так много из-за небольшого видового разнообразия живых организмов. Поэтому если не использовать специальные установки для подачи углекислого газа, через определенное время его количества будет недостаточно для интенсивного протекания процесса фотосинтеза. Ведь СО2 необходим растениям для того, чтобы самостоятельно производить питательные вещества. Своевременная и постоянная подача углекислого газа в воду станет условием, что ваш аквариум наполнится пышными и яркими водорослями.

Газ, необходимый растениям для дыхания: важность кислорода

Получается, что в результате своей жизнедеятельности растения выделяют кислород, а не поглощают его. Тогда возникает вопрос: а как же они дышат, и вообще происходит ли у них процесс окисления и расщепления органических веществ? Безусловно, как и все остальные живые организмы, они используют тот самый кислород. Получается, что в растениях одновременно происходят два практически противоположных процесса. Это фотосинтез и дыхание. Каждый из них необходим для нормальной жизнедеятельности растений.

Фотосинтез и дыхание: что важнее

Уникальность растений заключается в том, что они единственные из живых существ выделяют и кислород, и углекислый газ практически одновременно. Но это совсем не означает, что они опасны и их нельзя располагать в жилых помещениях. Все дело в том, что кислорода растения выделяют гораздо больше, чем углекислого газа.

Чтобы не нарушать это природное равновесие, необходимо соблюдение условий протекания этих процессов. Например, если в помещение с комнатными растениями не проникает солнечный свет, фотосинтез не происходит. При этом образование глюкозы останавливается. Зато процесс дыхания продолжается. В воздухе накапливается большое количество углекислого газа. И в этом случае растения могут стать опасными. В итоге оба эти процесса жизненно важны. Только за счет кислорода растения дышат, а с помощью углекислого газа производят глюкозу и питаются.

Итак, СО2 необходим растениям для осуществления процесса получения органических веществ — фотосинтеза, который имеет важнейшее значение планетарного масштаба.

Фотосинтез 6 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Общие сведения

При росте растения в почве его масса увеличивается сильнее, чем уменьшается масса почвы. Это объясняется тем, что растения сами способны к синтезу органических веществ из углекислого газа и воды.

Фотосинтез (см. Рис. 1) – синтез органических веществ из углекислого газа и воды с использованием энергии света. Это одна из важнейших способностей растений. Благодаря фотосинтезу, растения обеспечивают энергией не только себя, но и другие организмы (животные, грибы). Это связано с тем, что растения находятся в начале любой пищевой цепочки.

Рис. 1. Схема фотосинтеза

Организмы, способные к фотосинтезу

Помимо растений, к фотосинтезу способны и некоторые бактерии. Например, галобактерии (см. Рис. 2) используют примитивный путь фотосинтеза, при котором не выделяется кислорода.

Рис. 2. Галобактерии

То же самое происходит у зеленых и пурпурных бактерий. Цианобактерии в ходе фотосинтеза выделяют кислород.

Световая энергия в фотосинтезе

Если взять растение и поставить его на 3 суток в темное место, то из листков уйдут все питательные вещества. Далее это растение необходимо вынуть на свет и поместить один из листьев в черный конверт с отверстием определенной формы. Через 8-10 часов пребывания растения на свету необходимо отрезать 2 листа, один из которых был в конверте. Поместить их в кипящую воду, а затем в спирт. Когда спирт окрасится в зеленый цвет, а листья полностью обесцветятся, необходимо их вынуть и расправить на тарелке. При обливании обоих листьев йодом на листе из конверта появится синяя фигура, соответствующая отверстию конверта. А обычный лист посинеет полностью.

Это произойдет по причине накопления крахмала, в виде которого растительный организм накапливает глюкозу. Крахмал – сложная молекула, не растворимая в воде. При необходимости транспортировки в другие органы растения, крахмал снова превращается в глюкозу.

Образование органических веществ

Если растение с пестрыми листьями (герань окаймленная (см. Рис. 3)) поставить на яркий солнечный свет, и через несколько часов срезать, обесцветить и окрасить йодом несколько листьев, то белые полосы останутся белыми.

Рис. 3. Герань окаймленная

Это происходит потому, что клетки зеленых частей растения содержат хлоропласты (см. Рис. 4), содержащие зеленый пигмент хлорофилл. Хлорофилл поглощает и запасает энергию солнечных лучей.

Рис. 4. Клетки зеленых частей растения

В пластидах белых частей растения нет хлорофилла, в связи с чем крахмал там не образуется.

Опыт: необходимо взять стекло, на котором под стеклянным колпаком выставить веточку растения. Смазать края колпака вазелином, что предотвратит попадание воздуха. Рядом с растением под колпак поставить сосуд с едкой щелочью (вещество, хорошо реагирующее с углекислым газом, поглощая его). Таким образом, щелочь поглотит углекислый газ. Через 2 дня можно снять колпак с растения. И проверить наличие крахмала в его листьях – он будет отсутствовать.

Таким образом, крахмал образуется в листьях только при наличии углекислого газа и только на свету. Для образования глюкозы (см. Рис. 5) растению необходимы углекислый газ, который оно получает через устьицы, и вода, которую оно получает из почвы.

Рис. 5. Схема образования глюкозы

Поглощение углекислого газа

Некоторые степные и пустынные растения днем держат все устьицы закрытыми (толстянки, кактусы), что связано с сильной жарой. Углекислый газ они поглощают ночью, и затем его запасают, чтобы днем использовать для синтеза глюкозы.

Типы питания растений

Зеленые растения – автотрофы, так как они синтезируют органические вещества из неорганических с использованием энергии солнечного света.

У растения существует 2 типа питания:

Минеральное, обеспечивающее его неорганическими солями

Фотосинтез, обеспечивающий его органическими веществами

Выделение кислорода в процессе фотосинтеза

Опыт: необходимо взять 2 банки, в каждую из которых положить сухой лед (замерзший углекислый газ). Закрыть банки. Когда они согреются, поместить в них по небольшому горшку с растением. Первую банку поставить на яркий солнечный свет, вторую – в темное место. Через сутки открыть обе банки, и в каждую опустить по горящей лучинке. В банке, стоявшей на солнце, лучинка ярко горит – там есть кислород. В банке, стоящей в темноте, лучинка гаснет – там нет кислорода.

Таким образом, растения выделяют кислород только на свету – в процессе фотосинтеза.

Ежегодно растения нашей планеты выделяют до 400 млрд тонн кислорода.

Опыт по теме «Фотосинтез»

Попробуйте получить изображение или текст на листе растения, используя опыт, данный в видеоуроке.

Налейте в банку воду, насыщенную углекислым газом. Поместите в нее побег элодеи (см. Рис. 6).

Рис. 6. Элодея канадская

Поставьте банку на яркий свет, наблюдайте за выделением газа веточками элодеи.

В результате фотосинтеза синтезируются глюкоза (которая затем может запасаться в виде крахмала) и кислород, который через устьица выходит в атмосферу.

Благодаря фотосинтезу запасается энергия солнечного света. Так, энергия, которую мы получаем, сжигая каменный уголь, – это энергия, в свое время запасенная в ходе фотосинтеза.

Список литературы

Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / В.В. Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил.

Тихонова Е.Т., Романова Н.И. Биология, 6. – М.: Русское слово.

Исаева Т.А., Романова Н.И. Биология, 6. – М.: Русское слово.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Elementy.ru (Источник).

Krugosvet.ru (Источник).

Bioaa.info (Источник).

Домашнее задание

Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / В.В. Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил. – с. 165, задания и вопросы 1, 5, 6 (Источник).

Что такое фотосинтез?

Какие существуют типы питания у растений? Охарактеризуйте их.

^*Узнайте, какой еще существует тип автотрофного питания, помимо фотосинтеза. Для каких организмов он характерен? По какой причине они используют не фотосинтез, а другой тип автотрофного питания?

Что такое фотосинтез? | Живая наука

Фотосинтез поглощает углекислый газ, вырабатываемый всеми дышащими организмами, и вновь поставляет кислород в атмосферу.
(Изображение предоставлено: KPG_Payless | Shutterstock)

Фотосинтез — это процесс, используемый растениями, водорослями и некоторыми бактериями для преобразования солнечного света в энергию. Этот процесс химически превращает углекислый газ (CO2) и воду в пищу (сахара) и кислород. Химическая реакция часто зависит от пигмента, называемого хлорофиллом, который придает растениям их зеленый цвет. Фотосинтез также является причиной того, что наша планета покрыта богатой кислородом атмосферой.

Типы фотосинтетических процессов

Различают два типа фотосинтеза: оксигенный и аноксигенный. Оба они следуют очень схожим принципам, но первый из них наиболее распространен и встречается у растений, водорослей и цианобактерий.

Во время оксигенного фотосинтеза световая энергия переносит электроны из воды (h3O), поглощаемой корнями растений, в CO2 для производства углеводов. При этом переносе СО2 «восстанавливается» или получает электроны, а вода «окисляется» или теряет электроны. Кислород вырабатывается вместе с углеводами.

Этот процесс создает баланс на Земле, при котором углекислый газ, вырабатываемый дышащими организмами, когда они потребляют кислород при дыхании, снова превращается в кислород растениями, водорослями и бактериями.

Аноксигенный фотосинтез, тем временем, использует доноры электронов, которые не являются водой, и процесс не генерирует кислород, согласно «Аноксигенным фотосинтезирующим бактериям» LibreTexts (открывается в новой вкладке). Этот процесс обычно происходит в бактериях, таких как зеленые серные бактерии и фототрофные пурпурные бактерии.

Уравнение фотосинтеза

Хотя оба типа фотосинтеза являются сложными, многоступенчатыми процессами, общий процесс можно четко представить в виде химического уравнения.

Уравнение оксигенного фотосинтеза:

6CO2 + 12h3O + энергия света → C6h22O6 + 6O2 + 6h3O

Здесь шесть молекул углекислого газа (CO2) объединяются с 12 молекулами воды (h3O) с использованием энергии света. Конечным результатом является образование одной молекулы углевода (C6h22O6 или глюкозы) вместе с шестью молекулами кислорода и воды.

Аналогичным образом, различные аноксигенные реакции фотосинтеза можно представить в виде единой обобщенной формулы:

СО2 + 2h3A + Энергия света → [Ch3O] + 2A + h3O

Буква А в уравнении является переменной, а h3A представляет собой потенциальный донор электронов. Например, «A» может представлять серу в доноре электронов сероводороде (h3S), согласно новостному сайту медицинских и медико-биологических наук News Medical Life Sciences .

Как происходит обмен углекислого газа и кислорода?

Устьица являются привратниками листа, обеспечивая газообмен между листом и окружающим воздухом. (Изображение предоставлено: Waldo Nell / 500px через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Растения поглощают CO2 из окружающего воздуха и выделяют воду и кислород через микроскопические поры на своих листьях, называемые устьицами.

Когда устьица открываются, они пропускают CO2; однако, когда они открыты, устьица выделяют кислород и пропускают водяной пар. Устьица закрываются, чтобы предотвратить потерю воды, но это означает, что растение больше не может получать CO2 для фотосинтеза. Этот компромисс между поступлением CO2 и потерей воды представляет собой особую проблему для растений, растущих в жарких и сухих условиях.

Как растения поглощают солнечный свет для фотосинтеза?

Растения содержат специальные пигменты, поглощающие световую энергию, необходимую для фотосинтеза.

Хлорофилл является основным пигментом, используемым для фотосинтеза, и придает растениям зеленый цвет, согласно данным научно-образовательного сайта Nature Education . Хлорофилл поглощает красный и синий свет и отражает зеленый свет. Хлорофилл — это большая молекула, для производства которой требуется много ресурсов; как таковой, он разрушается к концу жизни листа, и большая часть азота пигмента (один из строительных блоков хлорофилла) резорбируется обратно в растение. Когда листья теряют хлорофилл осенью, другие пигменты листьев, такие как начинают проявляться каротиноиды и антоцианы. В то время как каротиноиды в основном поглощают синий свет и отражают желтый, антоцианы поглощают сине-зеленый свет и отражают красный свет, согласно Гарвардскому лесу Гарвардского университета.

Молекулы пигмента связаны с белками, что позволяет им гибко двигаться к свету и друг к другу. Согласно статье Вима Вермааса , профессора Аризонского государственного университета, большая коллекция из 100–5000 молекул пигмента образует «антенну». Эти структуры эффективно улавливают световую энергию солнца в виде фотонов.

Ситуация с бактериями несколько иная. В то время как цианобактерии содержат хлорофилл, другие бактерии, например пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии, содержат бактериохлорофилл для поглощения света для аноксигенного фотосинтеза, согласно «Микробиологии для чайников (открывается в новой вкладке)» (For Dummies, 2019).).

Связанный: Что, если бы у людей была фотосинтезирующая кожа?

Где в растении происходит фотосинтез?

Для фотосинтеза растениям нужна энергия солнечного света. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Фотосинтез происходит в хлоропластах, типе пластид (органелл с мембраной), которые содержат хлорофилл и в основном находятся в листьях растений.

Хлоропласты похожи на митохондрии, энергетические центры клеток, в том, что они имеют свой собственный геном или набор генов, содержащихся в кольцевой ДНК. Эти гены кодируют белки , необходимые для органеллы и фотосинтеза.

Внутри хлоропластов находятся пластинчатые структуры, называемые тилакоидами, которые отвечают за сбор фотонов света для фотосинтеза, согласно терминологическому веб-сайту Biology Online (открывается в новой вкладке). Тилакоиды уложены друг на друга столбцами, известными как граны. Между гранами находится строма — жидкость, содержащая ферменты, молекулы и ионы, где происходит образование сахара.

В конечном счете, световая энергия должна быть передана пигментно-белковому комплексу, который может преобразовывать ее в химическую энергию в форме электронов. В растениях световая энергия передается пигментам хлорофилла. Преобразование в химическую энергию происходит, когда пигмент хлорофилла выбрасывает электрон, который затем может перейти к соответствующему реципиенту.

Пигменты и белки, которые преобразуют энергию света в химическую энергию и начинают процесс переноса электронов, известны как реакционные центры.

Светозависимые реакции

Когда фотон света попадает в реакционный центр, молекула пигмента, такая как хлорофилл, высвобождает электрон.

Высвобожденный электрон ускользает через серию белковых комплексов, связанных вместе, известных как цепь переноса электронов. Двигаясь по цепи, он вырабатывает энергию для производства АТФ (аденозинтрифосфата, источника химической энергии для клеток) и НАДФН, которые необходимы на следующем этапе фотосинтеза в цикле Кальвина. «Электронная дыра» в исходном пигменте хлорофилла заполняется за счет взятия электрона из воды. Это расщепление молекул воды высвобождает кислород в атмосферу.

Светонезависимые реакции: цикл Кальвина

Фотосинтез включает процесс, называемый циклом Кальвина, в котором используется энергия, запасенная в результате светозависимых реакций, для связывания CO2 в сахара, необходимые для роста растений. (Изображение предоставлено: Нагендра Ядав через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Цикл Кальвина — это трехэтапный процесс, в ходе которого вырабатывается сахар для растений, и он назван в честь Мелвина Кальвина (открывается в новой вкладке), лауреата Нобелевской премии. Отмеченный наградами ученый, открывший его несколько десятилетий назад. Цикл Кальвина использует АТФ и НАДФН, образующиеся в хлорофилле, для производства углеводов. Занимает пластинку в строме растений, внутреннее пространство в хлоропластах.

На первом этапе этого цикла, называемом фиксацией углерода, фермент RuBP-карбоксилаза/оксигеназа, также известный как rubiso, помогает включить CO2 в органическую молекулу, называемую 3-фосфоглицериновой кислотой (3-PGA). В процессе он разрывает фосфатную группу на шести молекулах АТФ, чтобы преобразовать их в АДФ, высвобождая при этом энергию, согласно LibreTexts.

На втором этапе 3-PGA восстанавливается, то есть берет электроны от шести молекул NADPH и производит две молекулы глицеральдегид-3-фосфата (G3P).

Одна из этих молекул G3P покидает цикл Кальвина, чтобы выполнять другие функции в растении. Оставшиеся молекулы G3P переходят на третий этап регенерации рубиско. В промежутках между этими этапами растение производит глюкозу или сахар.

Три молекулы CO2 необходимы для производства шести молекул G3P, и, согласно образовательному веб-сайту Khan Academy, требуется шесть оборотов цикла Кальвина, чтобы произвести одну молекулу углевода.

Типы фотосинтеза

Существует три основных типа путей фотосинтеза: С3, С4 и САМ. Все они производят сахара из CO2, используя цикл Кальвина, но каждый путь немного отличается.

Существуют три основных типа путей фотосинтеза: С3, С4 и САМ. Большинство растений используют фотосинтез C3, включая рис и хлопок. (Изображение предоставлено Эндрю Т. Таном через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

C3-фотосинтез

Большинство растений используют C3-фотосинтез, согласно исследовательскому проекту фотосинтеза «Реализуя повышенную эффективность фотосинтеза» (RIPE) (открывается в новой вкладке). Растения С3 включают злаки (пшеницу и рис), хлопок, картофель и соевые бобы. Этот процесс назван в честь трехуглеродного соединения 3-PGA, которое используется во время цикла Кальвина.

C4-фотосинтез

Такие растения, как кукуруза и сахарный тростник, используют C4-фотосинтез. В этом процессе используется четырехуглеродное промежуточное соединение (называемое оксалоацетатом), которое превращается в малат (открывается в новой вкладке), согласно Biology Online. Затем малат транспортируется в оболочку пучка, где он разрушается и высвобождает CO2, который затем фиксируется рубиско и превращается в сахара в цикле Кальвина (точно так же, как фотосинтез C3). По данным Biology Online, растения C4 лучше приспособлены к жаркой и сухой среде и могут продолжать фиксировать углерод, даже когда их устьица закрыты (поскольку у них есть умное решение для хранения).

Фотосинтез САМ

Метаболизм крассуловой кислоты (САМ) обнаружен у растений, адаптированных к очень жаркой и сухой среде, таких как кактусы и ананасы, по данным Академии Хана. Когда устьица открываются для поглощения CO2, они рискуют потерять воду во внешнюю среду. Из-за этого приспособились растения в очень засушливой и жаркой среде. Одной из адаптаций является CAM, когда растения открывают устьица ночью (когда температура ниже и потеря воды менее опасна). По данным Академии Хана, CO2 попадает в растения через устьица, фиксируется в оксалоацетате и превращается в малат или другую органическую кислоту (как в пути C4). Затем CO2 доступен для светозависимых реакций в дневное время, а устьица закрываются, что снижает риск потери воды.

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о фотосинтезе на научно-образовательном веб-сайте sciencing.com. Узнайте, как структура листа влияет на фотосинтез, с Аризонским университетом. Узнайте о различных способах измерения фотосинтеза на научно-образовательном веб-сайте Science & Plants for Schools.

Эта статья была обновлена управляющим редактором Live Science Тией Гхош 3 ноября 2022 г.

Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора. Ранее она работала штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space . Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой. В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде. В настоящее время она живет в Ноттингеме, Великобритания.0003

Что такое фотосинтез? | Живая наука

Типы фотосинтетических процессов

Уравнение фотосинтеза

Уравнение оксигенного фотосинтеза:

6CO2 + 12h3O + энергия света → C6h22O6 + 6O2 + 6h3O

СО2 + 2h3A + Энергия света → [Ch3O] + 2A + h3O

Как происходит обмен углекислого газа и кислорода?

(открывается в новой вкладке)

Как растения поглощают солнечный свет для фотосинтеза?

Растения содержат специальные пигменты, поглощающие световую энергию, необходимую для фотосинтеза.

Связанный: Что, если бы у людей была фотосинтезирующая кожа?

Где в растении происходит фотосинтез?

Для фотосинтеза растениям нужна энергия солнечного света. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Светозависимые реакции

Светонезависимые реакции: цикл Кальвина

(открывается в новой вкладке)

Типы фотосинтеза

(открывается в новой вкладке)

C3-фотосинтез

C4-фотосинтез

Фотосинтез САМ

Дополнительные ресурсы

Эта статья была обновлена управляющим редактором Live Science Тией Гхош 3 ноября 2022 г.

Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора. Ранее она работала штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space .