Фотосинтез у растений осуществляется в: Фотосинтез — процесс создания органических веществ

Содержание

Фотосинтез водных растений с помощью Cobra SMARTsense

Процесс фотосинтеза является одним из важнейших биологических процессов, протекающих в природе, ведь именно благодаря ему происходит образование органических веществ из углекислого газа и воды под действием света, именно это явление и называют фотосинтезом. И что самое важное, в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода, жизненно необходимого для существования жизни на нашей удивительной планете.

История открытия явления фотосинтеза уходит своими корнями на четыре века в прошлое, когда в далеком 1600 году некий бельгийский ученый Ян Ван Гельмонт поставил не сложный эксперимент. Он поместил веточку ивы (предварительно записав ее начальный вес) в мешок, в котором также находилось 80 кг земли. А затем на протяжении пяти лет растение поливалось исключительно дождевой водой. Каким же было удивление ученого, когда по прошествии пяти лет вес растения увеличился на 60 кг, при том, что масса земли уменьшилась всего лишь на 50 грамм, откуда взялась столь внушительная прибавка в весе, так и оставалось для ученого загадкой.

Следующий важный и интересный эксперимент, ставший преддверием к открытию фотосинтеза, был поставлен английским ученым Джозефом Пристли в 1771 году (любопытно, что по роду своей профессии мистер Пристли был священником англиканской церкви, но в историю вошел именно как выдающийся ученый). Что же сделал мистер Пристли? Он поместил мышь под колпак и через пять дней та умерла. Затем он снова поместил еще одну мышь под колпак, но в этот раз вместе с мышкой под колпаком была веточка мяты и в результате мышь осталась живой. Полученный результат навел ученого на мысль, о том, что существует некий процесс, противоположный дыханию. Еще одним важным выводом этого эксперимента стало открытие кислорода, как жизненно необходимого всем живим существам (первая мышка умерла от его отсутствия, вторая же выжила, благодаря веточке мяты, которая в процессе фотосинтеза как раз создала кислород).

Так был установлен факт, что зеленые части растений способны выделять кислород. Затем уже в 1782 году швейцарский ученый Жан Сенебье доказал, что углекислый газ под воздействием света разлагается в зеленых органоидах растений – фактически была открыта еще одна сторона фотосинтеза. Затем еще через 5 лет французский ученый Жак Бусенго обнаружил, что поглощение растениями воды происходит и при синтезе органических веществ.

И финальным аккордом в череде научных открытий связанных с явлением фотосинтеза стало открытие немецкого ботаника Юлиуса Сакса, которому в 1864 году удалось доказать, что объем потребляемого углекислого газа и выделяемого кислорода происходит в пропорции 1:1.

Если представить образно, то лист любого растения можно сравнить с маленькой лабораторией, окна которой выходят на солнечную сторону. В этой самой лаборатории идет образование органических веществ и кислорода, являющегося основой для существования органической жизни на Земле. Ведь без кислорода и фотосинтеза на Земле просто бы не существовало жизни.

Но если фотосинтез столь важен для жизни и выделения кислорода, то как живут люди (да и не только люди), например в пустыне, где минимум зеленых растений, или например, в индустриальном городе, где деревья редкость. Дело в том, что на долю наземных растений приходится всего 20% выделяемого в атмосферу кислорода, остальные же 80% выделяются морскими и океанскими водорослями, недаром ведь мировой океан порой называю «легкими нашей планеты».

А теперь попробуем ответить на вопрос, для чего нужен фотосинтез растениям. В действительности обеспечение кислородом атмосферы нашей планеты, далеко не единственная причина протекания фотосинтеза, этот биологический процесс жизненно необходим не только людям и животным, но и самим растениям, ведь органические вещества, которые образуются в ходе фотосинтеза, составляют основу жизнедеятельности растений.

Главным двигателем фотосинтеза является хлорофилл – специальный пигмент, содержащийся в клетках растений, который помимо всего прочего отвечает за зеленую окрасу листьев деревьев и прочих растений. Хлорофилл представляет собой сложное органическое соединение, обладающее к тому же важным свойством – способностью к поглощению солнечного света. Поглощая его, именно хлорофилл приводит в действие ту маленькую биохимическую лабораторию, содержащуюся в каждом маленьком листочке, в каждой травине и каждой водоросли. Далее происходит химическая реакция фотосинтеза (формулу смотрите выше) в ходе которой и происходит преображение воды и углекислого газа в необходимые растениям углеводы и необходимый всему живому кислород. Механизмы фотосинтеза являются гениальным творением природы.

Свет попадает на молекулу хлорофилла, поглощается зеленым пигментом, чем приводит его в возбужденное состояние. Электрон, который входит в эту молекулу переходит на более высокий уровень и берет участие в процессе синтеза.

Эта фаза фотосинтеза протекает в стромах хлоропластов. Именно в ее ходе происходит выделение кислорода, а также синтез глюкозы. Можно подумать исходя из названия, что темновая фаза фотосинтеза происходит исключительно в темное время суток. На самом деле это не так, синтез глюкозы происходит круглосуточно, просто на этом этапе энергия света больше не расходуется и попросту она не нужна.

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Фотосинтез, дыхание и транспирация — три основные функции, обеспечивающие рост и развитие растений (рис. 24). Все три необходимы для выживания растения. То, насколько хорошо растение способно регулировать эти функции, сильно влияет на его способность конкурировать и размножаться.

Одним из основных различий между растениями и животными является способность растений производить себе пищу. Этот процесс называется фотосинтез , что буквально означает «собирать вместе со светом». Для производства пищи растению требуется энергия солнца, углекислый газ из воздуха и вода из почвы. В процессе фотосинтеза он расщепляет углекислый газ на углерод и кислород, добавляет воду и образует углеводы (крахмалы и сахара). Кислород является побочным продуктом.

После производства углеводов растение использует их в качестве энергии, накапливает или встраивает в сложные энергетические соединения, такие как масла и белки. Все эти пищевые продукты называются фотосинтетами . Растение использует их, когда свет ограничен, или переносит их к своим корням или развивающимся плодам.

Фотосинтез происходит только в мезофилле слоев листьев растений и, в некоторых случаях, в клетках мезофилла стебля. Клетки мезофилла зажаты между верхней и нижней эпидермой листа и содержат многочисленные хлоропласты , в которых происходит фотосинтез. Хлоропласты невероятно малы. Один квадратный миллиметр размером с точку на странице содержит 400 000 хлоропластов.

Хлорофилл , пигмент, придающий листьям зеленый цвет, содержится в хлоропластах. Он отвечает за улавливание световой энергии солнца. Часто хлоропласты располагаются перпендикулярно падающим солнечным лучам, чтобы они могли максимально поглощать солнечный свет. Если какой-либо из компонентов фотосинтеза — света, воды и углекислого газа — не хватает, фотосинтез останавливается. При отсутствии какого-либо фактора в течение длительного периода времени растение погибает. Каждый из этих факторов описан ниже.

Фотосинтез зависит от наличия света. Как правило, с увеличением интенсивности солнечного света увеличивается и фотосинтез. Однако для каждого вида растений существует максимальный уровень интенсивности света, выше которого фотосинтез не усиливается. Многие огородные культуры, например томаты, лучше всего реагируют на максимальное количество солнечного света. Урожайность томатов резко снижается при снижении интенсивности света. Только несколько сортов томатов дают плоды при минимальном солнечном свете.

Для фотосинтеза также требуется двуокись углерода (CO ₂ ), которая поступает в растение через устьица (рис. 25). У большинства растений фотосинтез колеблется в течение дня, когда устьица открываются и закрываются. Как правило, они открываются утром, закрываются в полдень, снова открываются ближе к вечеру и закрываются навсегда вечером.

В воздухе много углекислого газа, поэтому он не является ограничивающим фактором для роста растений. Однако он быстро расходуется в процессе фотосинтеза и очень медленно пополняется в атмосфере. Плотно закрытые теплицы могут не пропускать достаточное количество наружного воздуха и, следовательно, может не хватать достаточного количества углекислого газа для роста растений. Генераторы углекислого газа используются в коммерческих теплицах для выращивания таких культур, как розы, гвоздики и помидоры. В небольших домашних теплицах сухой лед является эффективным источником углекислого газа.

Углеводы, образующиеся в процессе фотосинтеза, представляют ценность для растений, когда они преобразуются в энергию. Эта энергия используется для роста клеток и создания новых тканей. Химический процесс, посредством которого сахара и крахмалы превращаются в энергию, называется 9.0007 окисление и аналогично сжиганию дерева или угля для получения тепла. Контролируемое окисление в живой клетке называется дыханием. Это показано этим уравнением:

Фотосинтез и дыхание.
	Фотосинтез	Дыхание
Еда	производит продукты питания	использует еду
Энергия	хранит энергию	высвобождает энергию
Вода	использует воду	производит воду
Углекислый газ	использует двуокись углерода	производит двуокись углерода
Кислород	выделяет кислород	использует кислород
Легкий	возникает при солнечном свете	встречается как в темноте, так и на свету

Когда замыкающие клетки листа сокращаются, его устьица открываются и вода теряется. Этот процесс называется транспирацией . В свою очередь, больше воды проходит через растение от корней. Скорость транспирации напрямую связана с тем, открыты или закрыты устьица. Устьица составляют только 1% поверхности листа, но 90% воды испаряется.

Транспирация является необходимым процессом, при котором используется около 90% воды, поступающей в корни растений. Остальные 10% используются в химических реакциях и в тканях растений. Транспирация отвечает за несколько вещей:

Количество и скорость потери воды зависят от таких факторов, как температура, влажность, ветер или движение воздуха. Транспирация часто бывает наибольшей в жаркую, сухую (низкая относительная влажность) и ветреную погоду.

Чтобы растение правильно росло и развивалось, оно должно сбалансировать фотосинтез, дыхание и транспирацию. Предоставленные сами себе, растения хорошо справляются с этим сложным балансом. Если растение фотосинтезирует с высокой скоростью, но скорость его дыхания недостаточно высока, чтобы разрушить произведенный фотосинтез, фотосинтез либо замедлится, либо остановится.

У растений возникают проблемы, если они теряют слишком много воды, поэтому устьица закрываются в жаркие и засушливые периоды, когда транспирация самая высокая. Однако СО ₂ , который необходим для фотосинтеза, также попадает в растение через открытые устьица. Таким образом, если устьица остаются закрытыми долгое время, чтобы остановить потерю воды, CO ₂ поступает недостаточно для фотосинтеза. В результате замедляются фотосинтез и дыхание, что, в свою очередь, замедляет рост растений.

Многие травяные растения производят много высокоэнергетических масел, которые помогают им выживать в засушливых ландшафтах, где они эволюционировали. Эти масла помогают им пережить длительные периоды закрытия устьиц.

Фотосинтез происходит, когда организмы используют световую энергию солнца для преобразования неорганических молекул (а именно, углекислого газа и воды) в органические молекулы (глюкозу) и кислород. Это управляемая светом окислительно-восстановительная реакция .

Фотосинтез происходит в хлоропластах растения . Хлоропласты содержат хлорофилл , зеленый пигмент, способный «захватывать» солнечный свет. Хлорофилл находится в мембране тилакоидных дисков , которые представляют собой небольшие компартменты внутри структуры хлоропласта. Светозависимая реакция протекает по этому тилакоидная мембрана . Независимая от света реакция происходит в строме, жидкости внутри хлоропласта, которая окружает стопки тилакоидных дисков (в совокупности называемых « grana »).

На первом этапе участвует хлорофилл, присоединенный к фотосистеме II в тилакоидах хлоропластов, поглощающих свет. Хлорофилл ионизируется, когда электроны покидают молекулу хлорофилла в фотосистеме II и переносятся по цепи переноса электронов вниз по тилакоидной мембране.

Используя световую энергию, поглощенную хлорофиллом, происходит светозависимая реакция. Это происходит в двух фотосистемах, расположенных вдоль тилакоидной мембраны. Вода расщепляется на кислород, ионы Н+ и электроны. Затем электроны переносятся пластоцианином (медьсодержащим белком, который опосредует перенос электронов) из фотосистемы II в фотосистему I для следующей части световой реакции.

На заключительном этапе светозависимой реакции в тилакоидной мембране хлоропластов образуется АТФ . АТФ также известен как аденозин-5-трифосфат и часто упоминается как энергетическая валюта клетки. Подобно НАДФН, он необходим для светонезависимой реакции.

Ограничивающий фактор тормозит или замедляет скорость процесса, когда его не хватает. В фотосинтезе ограничивающим фактором может быть что-то, необходимое для подпитки светозависимой или светонезависимой реакции, например углекислый газ, температура или световая энергия. Когда все три фактора находятся на оптимальном уровне, скорость фотосинтеза будет неуклонно возрастать до определенного момента до плато (состояние незначительных изменений или их отсутствие). Плато произойдет, потому что один из этих трех факторов будет в дефиците, в результате чего скорость фотосинтеза перестанет увеличиваться или уменьшится.

По мере увеличения интенсивности света увеличивается и скорость светозависимых реакций фотосинтеза. Следовательно, увеличение интенсивности света увеличивает общую скорость фотосинтеза. Это потому, что больше фотонов (базовая единица всего света) упадет на лист, что позволит воде быстрее окислиться. Следовательно, увеличивается продукция АТФ и НАДФН и происходит больше циклов светонезависимой реакции.

Однако после определенного момента скорость фотосинтеза остается постоянной, даже если интенсивность света увеличивается, поскольку для дальнейшего увеличения скорости фотосинтеза недостаточно тепловой энергии, ферментов или углекислого газа.

Как показано на рис. 6, увеличение концентрации углекислого газа увеличивает скорость фотосинтеза до определенного момента (аналогично воздействию интенсивности света). Чем больше молекул углекислого газа будет доступно, тем больше циклов светонезависимой реакции будет происходить с большей скоростью. Это означает, что образуется больше молекул глюкозы, расходуется больше НАДФН и АТФ, больше Образуется RuBP (органическое вещество, участвующее в фотосинтезе), и общая скорость фотосинтеза будет увеличиваться.

Однако на определенном уровне скорость фотосинтеза будет ограничиваться другими факторами. Энергии света может не хватить для производства достаточного количества НАДФН и АТФ для подпитки большего количества циклов светонезависимой реакции. Следовательно, скорость фотосинтеза не увеличится даже при увеличении концентрации углекислого газа.

В качестве альтернативы может не хватить тепловой энергии для катализа ферментативные реакции в светонезависимой реакции с более высокой скоростью, поэтому скорость фотосинтеза не сможет увеличиться с концентрацией углекислого газа.

Поскольку ферменты контролируют фотосинтез, температура является важным фактором, ограничивающим скорость фотосинтеза. Как видно из рисунка 7, скорость фотосинтеза увеличивается с повышением температуры. Однако, в отличие от концентрации углекислого газа и интенсивности света, скорость фотосинтеза достигает оптимальной точки, а затем резко снижается. В возрасте 35-40 лет ферменты, контролирующие фотосинтез, работают лучше всего. Однако, если температура превышает эту оптимальную точку, ферменты начинают нагреваться до денатурация . Активный центр фермента (где связывается субстрат ) изменяется , и субстрат (вещество, на которое действует фермент) больше не подходит. Этим объясняется резкое снижение скорости фотосинтеза при более высоких температурах.

Вода не является ограничивающим фактором для фотосинтеза. Во всем процессе фотосинтеза требуется очень мало воды. Однако даже при нехватке воды до такой степени, что фотосинтез будет ограничен, устьица растения начнут закрываться и поглощать углекислый газ с меньшей скоростью. Следовательно, другие процессы остановятся раньше, чем вода сможет оказать на них ограничивающее воздействие.

Фотосинтез – это процесс, при котором углекислый газ и вода превращаются в глюкозу и кислород с использованием солнечной энергии. Фотосинтез протекает в ходе двух реакций: светозависимой реакции и светонезависимой реакции.

Фотосинтез водных растений с помощью Cobra SMARTsense

просто и понятно о его значении в биологии

Определение

История открытия

Значение в жизни человека

Формула

Значение для растений

Как происходит

Фазы

Световая фаза

Темновая фаза

Видео

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

Схожі записи:

Рост и развитие растений

Фотосинтез

Свет

Вода

Двуокись углерода

Температура

Дыхание

Транспирация

Уравновешивание

Определение, формула и процесс I StudySmarter

Где в растении происходит фотосинтез?

Какое уравнение/формула для фотосинтеза?

Какие стадии фотосинтеза вы знаете?

Этап 1: Поглощение света

Этап 2: Световая реакция: Окисление

Стадия 3: Световая реакция: Восстановление

Стадия 4: Световая реакция: Образование АТФ

Этап 5: Темновая реакция: Фиксация углеродом

Какие продукты фотосинтеза?

Что такое ограничивающий фактор?

Какие факторы ограничивают фотосинтез?

Свет

Концентрация углекислого газа

Температура

Фотосинтез – Основные выводы