Экология СПРАВОЧНИК. Фотосинтезирующие зеленые растения

ФОТОСИНТЕЗ

ФОТОСИНТЕЗ, химический процесс, возникающий в зеленых растениях, водорослях и многих бактериях, при котором вода и УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ превращаются в КИСЛОРОД и продукты питания растений при помощи энергии, поглощаемой из солнечного света. Существует две стадии фотосинтеза: СВЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ и ТЕМНОВАЯ РЕАКЦИЯ. Эти реакции происходят в ХЛОРОПЛАСТАХ. В течение первой стадии процесса свет поглощается ХЛОРОФИЛЛАМИ и расщепляет воду на ВОДОРОД и кислород. Водород присоединяется к транспортным молекулам, кислород освобождается. Водород и энергия света создают запас клеточной химической энергии, АДЕНОЗИН ТРИФОСФАТ (АТФ). При темновой реакции водород и АТФ посредством процесса, называемого ЦИКЛОМ КАЛВИНА, превращают углекислый газ в сахара, включая глюкозу и крахмал. см. также АВТОТРОФ.

Фактически, вся жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии способны превращать эту энергию посредством фотосинтеза в химическую энергию, пригодную для использования. Сначала эта энергия накапливается в виде простых Сахаров— ежегодно путем фотосинтеза вырабатывается более 150 млрд. тонн сахара. У зеленых растений и водорослей фотосинтез происходит в хлоропластах, крошечных преобразователях солнечной энергии, находящихся внутри клеток растения. Хло-ропласты содержат зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает свет. Затем энергия света проходит сквозь сложную цепь реакций и биохимических процессов, которые в конечном счете приводят к образованию простых органических соединений. В то же время вода расщепляется на составляющие, образуя газообразный кислород. Таким образом, кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Сахара используются растениями в качестве источника дыхания, вырабатывающего химическую энергию в митохондриях. '•>!« шгршм. и чю»> очередь, питает биохимические (н-нкции, не обходимые для жизни и рост. Кроме гот, дыхание растений в качестве побочною продукта производит углекислый та (СО?), который затем опять может быть использован в фотосинтезе. Продукты фотосинтеза также представляют начальные стадии образования других простых органических молекул. Эти молекулы затем могут объединяться в более крупные молекулы, такие как белки, нуклеиновые кислоты и липиды, из которых состоит вся живая материя. Растения хранят продукты питания в форме сахарозы, соединения, состоящего из Сахаров глюкозы и фруктозы, а также крахмала.

Углекислый газ (COJ и вода являются неорганическим сырьем для фотосинтеза. Они поступают в фотосинтезирую-щие клетки различными пугя-иДА^ COj просто проходит сквозь поры в устьицах листа (1) и сквозь воздушные пустоты между клетками мезофилла листа (мякоти) (2). Вода, в свою очередь, поднимается от корней по системе сосудов кселемы (3). Продукты фотосинтеза, простые, растворимые в воде сахара, поступают в ситовидные трубки флоэмы и распространяются по всему растению (4). Фотосинтез в клетке растения происходит внутри структур, или органоидов, называемых хлоропластами (В). Каждый хлоропласт отделен от цитоплазмы двойной мембраной (1), которая окружает плотную жидкость, называемую промой (2). Внутренняя часть мембраны, врастая в строму, образует систему основных структурных единиц хлоро-пластов в виде плоских дис-ковидных мешков — тила-коидов. Группы тилакоидов, связанных друг с другом таким образом,что их полости оказываются непрерывными, образуют структуры (похожие на стопки монет), называемые гранами. Хлоропласту содержат фотосинтезирующие пигменты, основным из которых является хлорофилл. Этот пигмент поглощает свет, главным образом, синей, фиолетовой и красной части спектра. Зеленый свет не поглощается, т.к. он отражается от поверхности, что окрашивает листья в зеленый цвет. Фотосинтез включает комплекс химических реакций. Удобства ради их разделяют на зависящие от света реакции, происходящие в тилако-идной части мембраны, и независящие от света реакции, происходящие в строме. В зависящей от света реакции фотосинтеза (С) энергия солнечного света поглощается хлорофиллами и превращается сначала в электрическую, а затем в химическую энергию, которая временно «хранится» в соединениях аденозинтри-фосфата (АТФ) и никотина-мидадениндинуклеотидфос-фата (НАДФ-Н). Позднее эти соединения используются как источник энергии, питающей независимое от света превращение С02 в молекулы Сахаров. Все необходимое для зависящих от света реакций содержится на поверхности тилакоидов. Поглощающие свет пигменты, включая хлорофилл, сгруппированы в фотосистемы (1) на внешней стенке тилакои-да. Когда свет попадает на молекулу пигмента, один из электронов возбуждается и переносится через фотосистему к носителю электронов в мембране (2). Потеряв электрон, фотосистема приобретает положительный заряд. Затем она восполняет электроны в процессе разложения воды (Н20) (3), при котором также в тилакоид ный мешок (4) выпускается ион водорода (Н+), и освобождается газообразный кислород (OJ (5). Возбужденный электрон передается другому носителю в тилакоидной мембране: в этом процессе часть энергии расходуется на добавление Н* в ти-лакоидный мешок (6). Электрон переходит во вторую фотосистему (7). Здесь также поглощается свет, что увеличивает уровень энергии электрона. Повторно возбужденный электрон теперь проходит через другие носители электронов, отдавая часть своей энергии на образование НАДФ-Н из НАДО и ионов водорода (9). В результате концентрация Н* в ти-лакоидном мешке повышается в 1000 раз, что создает в строме химическое давление. Н+ может «просочиться» назад в строму только через стягивающие мембрану «турбины» — ферменты, синтезирующие АТФ (10). Когда Н+ проходит через них, начинается синтез АТФ из АДФ (аденозиндифос-фата) и фосфата, как в митохондриях клеток. Затем химические соединения АТФ и НАДФ-Н, обладающие большими запасами энергии, используются как источники энергии при образовании сахара в независимых от света реакциях, проходящих в строме (D). С02 участвует в образовании серии промежуточных соединений, используя накопленную энергию, до тех пор, пока, наконец, не получается сахар (1).

gufo.me

Фотосинтез света

Свет может повысить скорость реакции с меньшей энергией активации (фотоактивируемые реакции) или сместить равновесие реакции, причем световая энергия аккумулируется в форме внутренней энергии образующихся веществ (реакции фотосинтеза) .[ ...]

Фотосинтез представляет собой совокупность процессов синтеза, необходимых для функционирования клетки органических веществ (биосинтез), за счет энергии солнечного света. Суммарный процесс фотосинтеза включает в себя поглощение и улавливание световой энергии, превращение ее в химическую энергию и запасание этой химической энергии в конечных продуктах фотосинтеза. Способностью к фотосинтезу обладают клетки зеленых растений, одноклеточных водорослей и некоторых бактерий.[ ...]

Фотосинтез представляет собой сложную окислительно-вос-становительную реакцию, при которой из диоксида углерода и воды синтезируются молекулы сахаров (в частности, глюкозы) с выделением свободного кислорода. Для образования органических веществ необходима энергия, которая поступает на Землю от Солнца в виде фотонов (квантов энергии). Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов. Этот электрон перемещается внутри хлоропласта и взаимодействует с молекулой адено-зиндифосфорной кислоты (АДФ). В результате этого молекула АДФ получает дополнительную энергию, достаточную для превращения ее в молекулу аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), вещества, являющегося энергоносителем клетки. Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и углекислый газ, способствует протеканию реакции образования глюкозы и кислорода. При этом АТФ утрачивает часть энергии и превращается обратно в АДФ. Затем процесс повторяется вновь с использованием следующего фотона света.[ ...]

Фотосинтез — синтез углеводов зелеными растениями под влиянием солнечного света.[ ...]

Фотосинтез синтез органических веществ из диоксида углерода и водьу у фотоавтотрофных организмов - зеленых (содержащих хлорофилл) растений, использующих энергию квантов солнечного света.[ ...]

ФОТОСИНТЕЗ — образование в клетках зеленых растений, водорослей и некоторых микроорганизмов органических веществ из углекислоты и воды под действием света, сопровождающееся выделением кислорода.[ ...]

В среднем 1-5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи.[ ...]

Фотосинтез - процесс питания зеленых растений, осуществляемый при помощи световой энергии, поглощаемой пигментом хлорофиллом. Фотосинтез - основной процесс восстановления окисленного углерода в природе. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем около 1 % энергии света. Ежегодно в результате фотосинтеза в потенциальную энергию химической связи превращается около 2.1013 кВт.ч энергии солнечной радиации. Энергия солнечной радиации через посредство фотосинтеза служит движущеи силон колоссального по размерам круговорота веществ на Земле.[ ...]

Свет — необходимый компонент для обес- / 7 печения жизнедеятельности растений, и в пер- Г вую очередь для такого важного процесса, как фотосинтез. Свет поглощается хлорофиллом и используется на построение первичного органического вещества (фотосинтез). Свет неоднороден по своему составу Наибольшее значение для растений имеют красные и оранжевые лучи, которые служат основными поставщиками энергии для фотосинтеза. Кроме них в фотосинтезе участвуют синие и фиолетовые лучи; они же играют большую роль в процессах, управляющих развитием растений. Не менее важны для растений и другие составляющие солнечного спектра. Лишь желтые и зеленые лучи 41 обладают минимальной физиологической активностью.[ ...]

Фотосинтез — процесс синтеза органических соедине-, ний из неорганических веществ, идущий за счет энергии света (рис. 2.2).[ ...]

Свет является важнейшим абиотическим фактором, особенно для фотосинтезирующих растений (фототрофов). Уровень фотосинтеза зависит от интенсивности солнечной радиации, качественного состава света, распределения света во времени. Однако для других организмов его значение по сравнению с температурой является меньшим, поскольку известны многие виды бактерий и грибов, которые могут длительно размножаться в условиях полной темноты. Различают светолюбивые, теплолюбивые и тепловыносливые растения. Для многих животных зоопланктона свет является сигналом к вертикальной миграции, в результате чего днем они остаются на глубинах, тогда как ночью поднимаются в теплые, богатые кормом верхние слои воды. Для животных, обладающих зрением, наиболее успешно добывание пищи в светлое время.[ ...]

Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание растительностью Земли органических соединений из неорганических , и в этом его важнейшая энергетическая функция. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для фотосинтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые лучи (600—700 нм) и фиолетово-голубые (400—500 нм), наименьшее — желто-зеленые (500—600 нм). Последние отражаются, что и придает хлорофиллоносным растениям зеленую окраску.[ ...]

Фотосинтез - превращение зелеными растениями лучистой энергии Солнца в энергию химических связей и органические вещества. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. Реакции, в которых поглощается световая энергия, называются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия солнечного света аккумулируется в форме химических связей.[ ...]

Фотосинтез — это синтез органических соединений в листьях зеленых растений из воды и углекислого газа атмосферы с использованием солнечной (световой) энергии, адсорбируемой хлорофиллом в хлоропластах. Благодаря фотосинтезу происходит улавливание энергии видимого света и превращение ее в химическую энергию, сохраняемую (запасаемую) в органических веществах, образуемых при фотосинтезе (рис. 70). Значение фотосинтеза гигантское. Отметим лишь, что он поставляет топливо (энергию) и атмосферный кислород, необходимые для существовария всего живого. Следовательно, роль фотосинтеза является планетарной.[ ...]

Процесс фотосинтеза осуществляется на свету растениями, содержащими зеленый пигмент — хлорофилл. Коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтеза очень низок: растения суши используют лишь несколько процентов видимого спектра солнечного излучения. Для всей поверхности суши КПД составляет в среднем не более 0,3%. Этим объясняется малая концентрация углекислого газа в атмосфере и гидросфере.[ ...]

В процесс фотосинтеза непосредственно вовлекаются три ресурса: свет, двуокись углерода и вода, вступающие между собой в сложные взаимодействия. Связанная хлорофиллом лучистая энергия расходуется на расщепление молекул воды; при этом двуокись углерода восстанавливается, а кислород высвобождается.[ ...]

Солнечный свет, двуокись углерода, вода и минеральные соли — ресурсы, требующиеся для создания первичной продукции на суше. В то же время на скорость фотосинтеза большое влияние оказывает температура. Обычно в атмосфере содержится около 0,03% СОг. Хотя вблизи растений эта концентрация меняется, она обычно не играет заметной роли в лимитировании продуктивности на суше. С другой стороны, качество и количество света, наличие воды и биогенных элементов, а также температура— сильно изменчивые факторы, способные лимитировать первичную продукцию. Рассмотрим каждый из них подробнее.[ ...]

В процессах фотосинтеза два широко распространенных соединения - диоксид углерода и водя образуют глюкозу, один из простых сахаров. При этом часть поступающей солнечной энергии преобразуется и пеосходит на качественную болсс высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет.[ ...]

В процессах фотосинтеза различают световую и темновую фазы. В световой фазе происходит улавливание и преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей органических соединений - в форму, пригодную для использования в процессах биосинтеза.[ ...]

Возникновение фотосинтеза является важнейшим этапом эволюции жизни на Земле. Благодаря фотосинтезу в каждый последующий момент на поверхности Земли происходило накопление все больших количеств энергии солнечного света, аккулированной в органическом веществе, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ и эволюции органического мира в целом. Относительно возможных путей происхождения основные царств живой природы одной из интересных является гипотеза сим-биогенеза (рис. 19). Гипотеза симбиогенеза в последние десятилетия находит все больше и больше подтверждений.[ ...]

Интенсивность фотосинтеза несколько варьирует с изменением длины волны света. В наземных средах жизни качественные характеристики солнечного света не настолько изменчивы, чтобы это сильно влияло на интенсивность фотосинтеза, при прохождении же света через воду красная и синяя области спектра отфильтровываются, и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако живущие в море красные водоросли (Шю[ ...]

Интенсивность света, падающего на автотрофный ярус, управляет всей экосистемой, влияя на первичную продукцию. Как у наземных, так и у водных растений интенсивность фотосинтеза связана с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым во многих случаях следует снижение интенсивности фотосинтеза даже при высоких интенсивностях прямого солнечного света. Таким образом, здесь вступает в действие компенсация факторов: отдельные растения и целые сообщества приспосабливаются к разным интенсивностям света, становясь «адаптированными к тени» или «адаптированными к прямому солнечному свету».[ ...]

Энергия видимого света улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется в хлоропластах их клеток. Благодаря фотосинтезу живые существа создают упорядоченность из неупорядоченности, а световая энергия превращается в химическую энергию, запасаемую в углеводах, являющихся продуктами фотосинтеза. Таким образом, фотосинтезирующие организмы извлекают свободную энергию из солнечного света. В результате этого клетки зеленых растении обладают высоким содержанием свободной энергии.[ ...]

Спектр солнечного света состоит из лучей различной интенсивности: лучей высокой энергии, или ультрафиолетовой части, лучей с энергией средней интенсивности - видимый, свет и невидимых лучей невысокой энергии, или инфракрасной части спектра. Энергия ультрафиолетовых лучей большей частью поглощается при химических реакциях, осуществляющихся в атмосфере и почве. Энергия этих лучей настолько велика, что они способны убивать некоторые виды бяктерий Видимый свет используется растениями а химических реакциях и фотосинтезе. Энергия инфракрасных лучей поглощается главным образом поверхностью Материков и морей, которые прп этом нагреваются пропорционально поглощенной тепловой энергии. Распределение солнечных лучей по энергии показано на рис. 11.[ ...]

Под действием света осуществляется фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение, синтез витамина Д и пр.[ ...]

ФОТОТРОПИЗМ — влияние света на направление движения органов растения. См. Тропизмы. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ — химические процессы, происходящие под действием света. Широко распространены в природе (см. Фотобиология) и лежат в основе фотосинтеза, образования и разрушения озонового слоя, образования фотохимического смога и ряда других превращений загрязняющих веществ. См. также Фотолиз.[ ...]

Известно, что в процессе фотосинтеза флора поверхностных слоев воды использует углерод из СОг и выделяет в окружающую среду кислород. Поэтому свет оказывает большое влияние на окислительные процессы.[ ...]

ФОТОБИОЛОГИЯ [от гр. photos — свет и биология] — раздел биологии, изучающий закономерности и механизмы действия света на биологические системы. Помимо фотосинтеза, благодаря которому обеспечиваются энергией почти все процессы жизнедеятельности, существует множество др. биологических процессов, обусловленных регуляторным действием света на организмы (напр., зрение), его влиянием на активность ферментов, биологическим действием ультрафиолетового излучения (фотохимические реакции).[ ...]

Для использования слабого света в процессе фотосинтеза требуется увеличенная площадь ассимилирующих органов. Так, стрелолист (8а§1Капа формирует разные по форме листья при развитии на суше и в воде (рис. 5.22).[ ...]

Здесь Д 1800), но в реальном процессе — множество различных органических веществ, включающих и другие химические элементы. Их окисление дает энергию для различных физиологических и биохимических процессов. Количества поглощенной и выделенной энергии в описываемой реакции равны: Д(7, = ДНе » 478 кДж/моль. Общий множитель п определяет масштаб преобразований вещества и энергии в экосистеме. Прямая реакция полностью, а обратная на 80—90% обеспечиваются растениями. Остальное количество органического вещества потребляется гетеротрофными организмами — животными, грибами, бактериями — и расходуется в процессе их дыхания.[ ...]

Растения, поглощающие солнечный свет, не могут развивать мощность потоков синтеза органических веществ больше мощности солнечных лучей, падающих на территорию, равную их проекции. Максимальный поток солнечного излучения у поверхности Земли не превышает 1 кВт/м£, поэтому любые макроскопические процессы, поддерживаемые непосредственно солнечной радиацией, не могут иметь потолок мощности, превышающий згу величину. Мощность потоков фотосинтеза в сотни раз меньше солнечной радиации и КПД преобразования солнечной энергии в энергию органических веществ меньше единицы. Максимальная мощность фотосинтеза в течение года составит около 2 Вт/м2 (около 30 Т/га-ч сухой биомассы).[ ...]

И у наземных и водных растений фотосинтез связан с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым во многих случаях следует падение фотосинтеза при очень сильных интенсивностях света (Рабинович, 1951; Томас, 1955). Крайние значения светового насыщения показаны на фиг. 49. Диатомовые, живущие в песке пляжей или на илистой литорали, интересны тем, что максимальный фотосинтез достигается у них при интенсивности света менее 5% интенсивности прямого солнечного овета и чистая продукция образуется при интенсивности света менее 1% полной (Тейлор, 1964). Однако при высокой интенсивности света продукция у этих диатомовых подавляется лишь незначительно. Морской фитопланктон также адаптирован к низкой интенсивности света; свет высокой интенсивности очень сильно его подавляет, и в результате максимум продукции в океане приходится обычно не на поверхностный слой, а на слой, лежащий несколько ниже. На другом полюсе — солнцелюбивые хлебные злаки, для которых световое насыщение достигается только при ярком солнечном свете (фиг. 49).[ ...]

Основные физиологические адаптации к свету лежат в сфере фотосинтеза. В общей форме изменение фотосинтеза в зависимости от интенсивности света выражается «световой кривой фотосинтеза». Экологическое значение имеют следующие ее параметры (рис. 5.47).[ ...]

Для экологии важны качественные признаки света (длина волны или цвет), интенсивность (действующая энергия в калориях или фут-канделах) и продолжительность воздействия (длина дня). Известно, что и животные, и растения реагируют на изменения длины волны света. Цветовое зрение распространено в разных таксономических группах животных. «пятнисто»; оно, по-видимому, хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать (например, из млекопитающих цветовое зрение хорошо развито только у приматов). Интенсивность фотосинтеза несколько варьирует с изменением длины волны света. В наземных экосистемах качественные характеристики солнечного света не настолько изменчивы, чтобы это сильно влияло на интенсивность фотосинтеза, но при прохождении света через воду красная и синяя части спектра отфильтровываются и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом.[ ...]

Прозрачность воды определяет количество солнечного света, поступающего в воду, а следовательно, и интенсивность процесса фотосинтеза в водных растениях. В мутных водоемах фотосинтезирующие растения обитают только у поверхности, а в прозрачной воде проникают на большие глубины. Прозрачность воды зависит от количества взвешенных в ней минеральных частиц (глины, ила, торфа), от наличия мелких животных и растительных организмов.[ ...]

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет — единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.[ ...]

Не все согласны с тем, что нормальный яркий солнечный свет также может лимитировать развитие организмов. При высокой интенсивности света фотоокисление ферментов, видимо, ослабляет синтез, а активное дыхание ведет к расходованию продукта фотосинтеза. Особенно ослабляется синтез белка, так что при ярком освещении в продукте повышается процент углеводов. Именно поэтому в тропиках трудно получить высокие урожаи культур, богатых белком.[ ...]

Коэффициент полезного действия поглощенной растениями солнечной энергии невелик. На фотосинтез используется лишь небольшая часть радиации, всего около 1,5%. У сельскохозяйственных культур КПД использования лучистой энергии обычно выше, чем у диких предков и сородичей. Так, на фотосинтез кормовая свекла использует 1,90 % поглощенной солнечной энергии, вика — 1,98, клевер — 2,18, картофель — 2,38, рожь — 2,42, пшеница — 1,68, овес — 2,74, лен — 3,61, люпин — 4,79 %. От эффективности использования ФАР зависит урожайность растений. Чем выше эффективность использования света в фотосинтезе, тем выше урожайность сельскохозяйственной культуры.[ ...]

В постоянных условиях, свойственных большим источникам, можно по отдельности исследовать действия света и температуры. Так, было обнаружено (Туксен, 1944), что в горячих источниках Исландии температура воды на протяжении долгой зимы остается постоянной и благоприятной для роста водорослей, но для протекания процессов фотосинтеза оказывается слишком мало света. В результате этого плотность популяции водорослей зимой снижается, что влечет за собой и снижение численности животного населения как следствие недостатка пищи и кислорода. Сходный, но менее резко выраженный ритм, связанный с сезонными изменениями освещенности, наблюдается в источниках Флориды, температура которых постоянна (Г. Одум, 1957).[ ...]

Таким образом, жизнь можно рассматривать как термодинамический процесс. Кинематическая энергия солнечного света непрерывно воспринимается экосистемой и в процессе фотосинтеза преобразуется в более концентрированную потенциальную энергию - энергию химических связей. В соответствии со вторым законом термодинамики эффективность такого превращения всегда ниже 100 %, потому что часть энергии превращается из концентрированной в рассеянную (деградирует). То. же наблюдается при дальнейших превращениях накопленной энергии химической связи при потреблении пищи. Следовательно, экосистемы и организмы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой энергией и веществом, уменьшающие этим энтропию внутри себя, но увеличивающие энтропию во вне (согласно законам термодинамики).[ ...]

Некоторые факторы, рассматриваемые в качестве абиотических, могут обладать как энергетическим, так и сигнальным действием. Примером может служить свет, который считается одним из основных экологических факторов. Свет служит главным источником энергии для фотосинтеза растений и играет важнейшую роль в продуктивности экосистем. В то же время его главная экологическая роль состоит в синхронизации биологических ритмов разной продолжительности. В этом проявляется сигнальное действие света. Подобная «двойственность» света как экологического фактора снижает ценность и этой классификации.[ ...]

В разных климатических зонах существуют экосистемы различной сложности. Наибольшей сложностью характеризуются экосистемы влажных тропиков, где обилие тепла, света и воды создает условия для интенсивного фотосинтеза растений и, следовательно, их высокой продуктивности. Длительное, в течение десятков миллионов лет, существование тропических дождевых лесов вело к тому, что в них сформировалось множество видов растений и животных, использующих практически все возможности для получения вещества и энергии, необходимых для их жизнедеятельности. Кроме того, каждый источник пищи или иной ресурс используется, как правило, многими видами. Поэтому снижение численности одного вида легко компенсируется повышением численности другого. В целом биологическая продуктивность таких экосистем устойчиво остается высокой и практически не меняется из-за колебаний численности отдельных видов.[ ...]

Жизнь на Земле зависит от потока энергии, идущего от Солнца. Около 1% энергии, достигающей Земли, преобразуется клетками растений в химическую энергию синтезируемых ими углеводов. Образование органических веществ на свету - фотосинтез -необходимое связующее звено между живой и неживой природой. Синтезированные растениями углеводы (сахароза, глюкоза, крахмал и др.) являются главным источником энергии для гетеротрофных организмов, населяющих нашу планету.[ ...]

Отрицательная роль кукушкина льна и сфагнума, вызывающих или усиливающих заболачивание, давно известна и все более подтверждается и раскрывается новыми исследованиями. Однако влияние этих растений-эдификаторов может быть не только отрицательным. По данным А. В. Веретенникова (1961), проводившего физиологические исследования в условиях долгомошных вырубок, вода в «напочвенных блюдцах» обогащается кислородом, выделяющимся в процессе фотосинтеза временно затопляемых мхов кукушкина льна и сфагнума. Это -проливает новый свет на известные ранее факты благоприятного влияния напочвенного покрова из названных мхов (в начальной фазе их образования) на возобновление отдельных древесных пород. Таким образом, расширяющийся комплекс наших знаний о природе долгомошных, как и других типов вырубок, позволяет все более осмысленно бороться с отрицательными и использовать их положительные стороны. На злаковых вырубках (вейниковые, луговиковые) кратковременный дерновый процесс почвообразования накладывается на подзолистый.[ ...]

Никто не знает, какими были первые живые формы, но предполагают, что ими были самореплицирующиеся (автокаталитические) молекулы. Что касается первичных организмов, то ими, вероятно, бь1ли гетеротрофы. Из-за отсутствия кислорода в примитивной земной атмосфере и гидросфере метаболизм первичных организмов был анаэробным. Как предполагают, они питались за счет органических веществ, растворенных в первичном океане. Однако запасы абиогенно возникших органических субстанций постепенно истощались, что давало преимущество тем организмам, которые обладали способностью поглощать свет и создавать органические вещества из неорганических соединений углерода. В результате отбора в условиях повышенной концентрации С02 в среде возник биологический путь синтеза органического вещества — фотосинтез. Опираясь на время возникновения цианобактерий, предполагают, что это произошло около 3,5 х 10е лет назад. Вслед за фотосинтезом наступило расхождение организмов на растения и животных.[ ...]

ru-ecology.info

Что такое фотосинтез? — Зелёный Мир

В детстве у каждого ребенка возникает вопрос: «Почему трава зеленого цвета?» Хотя и взрослые иногда и сами не могут на него правильно ответить. Любое зеленое растение — это совершенная фабрика. Солнечный свет служит своеобразным «топливом», растения используют углекислый газ, воду, различные минералы, чтобы производить пищу чуть ли не для всех форм жизни на земле. При этом растения выделяют в атмосферу кислород, а углекислый газ поглощают. Прочитайте несколько интересных фактов о фотосинтезе.

Подсчитано, что все зеленые растения на земле производят от 150 до 400 миллиардов тонн сахар в год, для этого растения используют энергию солнца: за счет нее  растения отнимают атомы водорода от молекул воды и затем присоединяют эти атомы к молекулам углекислого газа, взятого из воздуха, превращая углекислый газ в углевод, известный как сахар. Это и есть фотосинтез.

Далее растения используют этот сахар в качестве «топлива» или составляют из него крахмал про запас, или целлюлозу — твердый растительный материал, образующий растительное волокно. Это видно на примере секвойи, высота которой достигает 90 метров! Если сказать проще, секвойя появилась из воздуха, а также воды и нескольких минералов.

Обратим внимание на лист растения. Невооруженному глазу кажется, что лист секвойи абсолютно зеленый, но под микроскопом можно рассмотреть. что отдельные клетки растения не такие уж зеленые.

На самом деле они — прозрачные, но в каждой из них содержится от 50 до 100 крохотных зеленых пятнышек — хлоропластов. В хлоропласте находится светочувствительный хлорофилл. Хлоропласт похож на крохотную сумочку со множеством кармашков — тилакоиды.

Еще одна интересная особенность. На растения попадает свет с самой разной длиной волны, и только зеленый им вовсе не нужен, так что он просто отражается и достигает наших глаз. Трава так нежно зеленеет весной, а летом мы любуемся красивой лужайкой или лесом благодаря световым волнам, которые не по вкусу растениям, но так приятны людям!

ФОТОСИНТЕЗ И ЕДА

РОЛЬ ФОТОСИНТЕЗА

Статьи схожие по теме:

zeleny-mir.ru

«фотосинтез»

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

« Усть – Козлухинская (полная) средняя общеобразовательная школа

с. Усть-Козлуха Краснощёковского района

Исследовательская работа

Тема:

«ФОТОСИНТЕЗ»

Выполнила Агаркова Кристина

ученица 6 класса

МКОУ Усть –Козлухинской СОШ

Руководитель: Трунова Г. А.

Учитель биологии

С. Усть – Козлуха

2012г

Оглавление:

I Введение:…………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1.1Вступление

1.2Актуальность темы

II История фотосинтеза……………………………………………………………………………………………………………………….4

III Процессы, происходящие в листе (практическая часть):…………………………………………………………….5-8

• «Определение необходимости света для зеленого растения»
• «Образование крахмала в листьях на свету»
• «Значение хлорофилла в питании растения»
• «Определение выделения кислорода и поглощение углекислого газа зелеными растениями»

V Заключение……………………………………………………………………………………………………………………………..10-11

Приложение 1………………………………………………………………………………………………………………………………12

Список литературы……………………………………………………………………………………………………………………….13

I Введение

1. Вступление

О роли зеленого растения на Земле К.А.Тимирязев говорил так: «Едва ли какой процесс, совершающийся на поверхности земли заслуживает в такой степени всеобщего внимания, как тот далеко ещё не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает луч солнца…- это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества»

1.2 .Актуальность темы.

Я всегда думала, что растение питается водой и растворенными в ней солями, которые корень берет из почвы. Но на уроке биологии, изучая тему «Питание растений», я узнала, что это почвенное питание, но, оказывается, что есть еще и воздушное питание, то есть фотосинтез. Причиной появления жизни на Земле является, именно процесс фотосинтеза, который характерен для зеленых растений.

Цель работы: путем проведения исследований доказать, что зеленый лист, а именно, хлорофилл является источником жизни на Земле.

Задачи исследования:

• Почему говорят, что лист – живой?
• Почему существует выражение: «лист – живая лаборатория»?
• Что первично, а что вторично в процессе протекания фотосинтеза?
• В чем космическая роль зеленых растений?
• Cколько гектаров леса необходимо для того, чтобы население Алтайского края не страдало от кислородного голодания?
• Что произойдет, если растения на Земле исчезнут?

Предмет исследования: Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений.

Методы исследования: поиск, изучение и анализ теоретического материала; проведение опытов и их описание, сравнительный анализ.

Сроки проведения работы: январь – март 2012года

Научное и практическое значение работы: результаты работы будут представлять интерес и значимость в учебном процессе курса биологии, а так же на районном, краевом и федеральном уровнях работникам лесного хозяйства.

II История фотосинтеза

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 75 килограммов, а вес земли изменился всего на 57 грамма. 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!

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».

III Процессы, происходящие в листе.

Практическая часть

1. «Определение необходимости света для зеленого растения»

Заполнили два цветочных горшка огородной землей, высадили в них по два семени томата. Когда у растения появилось 4 настоящих листа, я прикрыла одно из них картонным ящиком, а другое оставила открытым на свету. Растения регулярно поливала. Через две недели сняла ящик и обнаружила, что растение под коробкой сильно вытянулось и листья его пожелтели.

Я сделала вывод: растение тянется к свету, а это значит, что для роста растений нужен свет, так как растение усваивает солнечную энергию.

2. «Образование крахмала в листьях на свету»

Техника безопасности: соблюдать осторожность при работе со спиртовкой, спиртом, горячей водой, чтобы не вызвать ожоги!

У тепличного растения герани, стоявшего на свету, оторвала один лист и опустила его на 5 минут в чашку с кипящей водой. Затем положила лист в стаканчик с небольшим количеством спирта, который поставила в кипящую воду.

Зеленая окраска листа (хлорофилл) растворяется в спирте. Когда лист обесцветился, его ополоснула в воде и опустила в раствор йода (цвет крепкого чая), налитого в блюдце. Я увидела, что лист посинел. Вывод: значит в листе есть крахмал, который в присутствии йода окрашивается в синий цвет.

Затем я продолжила опыт. На этом же растении на один из листочков с двух сторон в одном месте я, с помощью скрепок, прикрепила одинаковые фигуры, вырезанные из картона и поставила растение на свет на 3 дня, предварительно полив его. Затем провела тот же эксперимент, предложенный выше, я увидела, что, то место, которое было закрыто картоном в растворе йода, не окрасилось, а та часть листа, которая была открыта солнечным лучам окрасилась в фиолетовый цвет. Я пришла к выводу, что на свету в растении, в зеленых листьях, образуется крахмал.

Примечание: йод является качественной реакцией на крахмал.

3. «Значение хлорофилла в питании растения»

У хлорофитума пестролистного, стоявшего на свету, оторвала один лист и опустила его на 5 минут в чашку с кипящей водой. Затем положила лист в стаканчик с небольшим количеством спирта, который поставила в кипящую воду.

Зеленая окраска листа (хлорофилл) растворяется в спирте. Когда лист обесцветился, его ополоснула в воде и опустила в раствор йода (цвет крепкого чая), налитого в блюдце. Я увидела, что лист посинел не по всей поверхности, а только там, где он зеленый, а белые полоски на листе остались бесцветными.

Вывод: крахмал образуется только в зеленой части листа.

4. «Определение выделения кислорода и поглощение углекислого газа зелеными растениями»

В стеклянную банку налила воду. Скальпелем отрезала две веточки элодеи, поместила в воронку, (отрезанным концом к узкому краю воронки) и широким концом воронку поместила на дно банки. Узкий конец воронки должен быть покрыт водой на 2 – 3 см. В пробирку налила воду и, закрыв пробирку пальцем, опустила вверх дном в банку, под водой убрала палец (открыла пробирку) и надела её на узкий конец воронки. Опыт поставила на свет. Через несколько часов увидела, что из воронки в пробирку начал выделяться газ. Когда газа в пробирке набралось на 2/3, я аккуратно сняла пробирку с воронки так, чтобы отверстие пробирки находилось под водой. Под водой же закрыла пробирку пальцем, вынула её из воды, перевернула. Затем зажгла лучинку, погасила её и, когда она образовала тлеющий уголек на конце, открыла пробирку и ввела в неё лучинку с тлеющим угольком. Лучинка вспыхнула ярко.

Вывод: В пробирке скопился кислород, потому что, только он поддерживает горение.

Этими опытами я доказала, что для растения обязательно нужен свет. Растение тянется к свету. Без света растение пожелтеет и погибнет. Крахмал образуется только на свету и в зеленой части листа, там где есть хлорофилл. В процессе фотосинтеза образуется кислород. Таким образом «зеленый лист» осуществляет очень важный процесс для жизни на Земле – это фотосинтез.

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. Это листовая мозаика.

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.

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.

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.

IV 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 СO2, 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.

V.Заключение

Задачи, которые я поставила перед выполнением данного исследования выполнены. Я нашла ответы на поставленные перед собой вопросы.

Почему говорят, что лист – живой? Лист – это часть растения и он, как и всё растение питается, дышит, растёт, приспосабливается к условиям среды (например: у кактуса – листья-колючки, через которые уменьшается испарение влаги и растут они в засушливых местах)

Почему существует выражение: «лист – живая лаборатория»? В листе, как в любой химической лаборатории, идут очень сложные процессы синтеза органических веществ из неорганических в присутствии энергии солнца.

Что первично, а что вторично в процессе протекания фотосинтеза? В листе первично: синтез органических веществ из неорганических, а кислород образуется как побочный продукт.

В чем космическая роль зеленых растений?

Зеленый цвет не случайное только свойство растения. Оно зелено потому, что от этого именно цвета зависит его важнейшее отправление. В зеленом цвете, этом самом широко распространенном свойстве растения, лежит ключ к пониманию главной космической роли растения в природе

Спиртовая вытяжка хлорофилла

А теперь давайте решим задачу, доказывающую роль растений в природе и жизни человека

Человек в среднем за сутки потребляет 430 граммов кислорода, а выдыхает 900 граммов углекислого газа.

Какое количество углекислого газа выдыхается всеми жителями Алтайского края за сутки? (2 млн. 417 тыс. 385 человек)

900г. х 2 417 385= 21 756 446,5кг. (CO2)

Какое количество кислорода потребляет за сутки население Алтайского края?

430 х 2 417 385 = 1039475,55 кг. (О2)

Сколько гектаров леса необходимо для восстановления нормального состава воздуха, если известно, что 1 га леса поглощает за сутки столько углекислого газа, сколько выдыхает 200 человек?

900 х 200 =180000гр. = 180 кг. (СО2)

1 га – 180кг.

Х га – 21 756 446,5кг Х =21 756 446,5: 180 Х = 120 869,15 га.

Ответ: для восстановления нормального состава воздуха необходимо 120 869,15 га леса.

Такая площадь леса необходима для восстановления нормального состава воздуха только для человека. Но в Алтайском крае существуют животные и растения, которые в процессе дыхания потребляют кислород, а также происходит сжигание топлива. В результате всех этих процессов в атмосферу выделяется большое количество углекислого газа.

Новизна: проведено исследование и получены результаты, которые доказывают, что растения – это продуценты и жизнь на Земле существует только благодаря их деятельности.

Гипотеза: Я теперь твердо убеждена, что растения – это действительно продуценты. Исчезнут они, и жизнь на Земле исчезнет. А спасет нас только «ЗЕЛЁНЫЙ ЛИСТ». Учёные уже сегодня с огорчением констатируют, что южная граница опустынивания продвинулась в крае на 50-80 км. Это проблема, которую сегодня уже надо решать. Поэтому я решила стать экологом и внести свой вклад в решение этой проблемы.

Поэтому, в настоящее время, буду призывать всех учащихся к тому, чтобы озеленить классы и коридоры как можно больше.

Приложение 1

Немного интересного

...Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал 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, он рассек, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте. Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Этот крахмал, превратясь в растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала же или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает форму явной силы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу

Список литературы:

1. Н.А.Блукет, Л.С.Родман, С.А.Пузанова «Ботаника с основами физиологии растений» Москва «КОЛОС»1975г

2. В.А.Корчагина «Ботаника» Москва «Просвещение» 1985г

3. Большой справочник «Биология для школьников и поступающих в вузы» Издательский дом «Дрофа»

4. Е.М.Васильева, Т.В.Горбунова, Л.И.Кашина «Эксперимент по физиологии растений в средней школе» Москва «Просвещение»1978г

5. Г.С.Нога «Опыты и наблюдения над растениями» Москва «Просвещение»1976г

6. В. Церлинг «Знай и умей» библиотечка пионера. Издательство «Детская литература» Москва 1967г

7. Статьи из Интернета

• Фотосинтез.
• Космическая роль зелёных растений.

Рецензия

на научно-исследовательскую работу «Фотосинтез»

К рецензии представлен проект, разработанный ученицей 6-ого класса, МКОУ Усть-Козлухинская» СОШ Агарковой Кристиной.

Проектная деятельность является одним из важнейших педагогических средств развития личности ребенка. В процессе выполнения проекта, ребята учатся самостоятельно работать с информационными источниками: находить нужную для проекта информацию, использовать ее в работе над проектом, учатся проявлять свои творческие способности, работать в мини-группах. Поэтому стало возможным в системе реализовывать проекты исследовательской направленности, что очень помогает в закреплении знаний по формированию самостоятельных методов сохранения своего здоровья.

Таким образом, учебное проектирование я рассматриваю как учебно-производственный эксперимент, связывающий две стороны процесса познания. С одной стороны, оно является методом обучения, развития творческих способностей детей, с другой – средством практического применения усвоенных знаний и умений.

В содержании представленной работы нашли свое отражение проблемы, связанные с сохранением зелёных растений, так как только в них происходит процесс фотосинтеза, который является первопричиной жизни на Земле.

Представленный для рецензии материал соответствует структуре выполнения проекта. Здесь отражены: актуальность проблемы с целями и задачами; постановка опытов, с обработкой результатов; самостоятельной работе с книгами, журналами, Интернетом. Проведена очень большая творческая работа по выяснению полезности процесса фотосинтеза, а именно, роли хлорофилла в этом процессе.

Содержание работы даёт много полезной информации по проблеме сохранения растений, доказала, что растение – живой организм, что в нём, как в лаборатории, идут очень важные для жизни на Земле процессы. Кристина проявила интерес к этой проблеме, поставила цель перед собой: узнать как можно больше и вовлекла других, сформулировала задачи и нашла их решение через разные источники, для себя наметила выбор профессии. Руководитель проекта Учитель биологии Г.А.Трунова

Заявка

nenuda.ru

как это происходит у зеленых, пурпурных и цианобактерий, а также у растений и грибов

Бактерии появились на Земле около трех с половиной миллиардов лет назад и миллиард лет были единственной формой жизни на нашей планете. Их строение является одним из наиболее примитивных, однако существуют виды, имеющие ряд существенных улучшений в своей структуре. Например, фотосинтез бактерий, которые также называются синезелеными водорослями, аналогичен тому, который происходит у высших растений. Грибы же не способны к фотосинтезу.

Наиболее просты по строению те бактерии, которые заселяют сероводородсодержащие горячие источники и глубинные придонные отложения ила. Вершиной эволюции считается появление синезеленых водорослей, или цианобактерий.

Вопрос о том, какие из прокариот способны к синтезу, давно уже изучается специалистами-биохимиками. Именно они обнаружили, что некоторые из них способны к самостоятельному питанию. Фотосинтез бактерий похож на тот, который происходит у растений, но имеет целый ряд особенностей.

Аутотрофы и гетеротрофы

Различают две большие группы живых организмов – автотрофы, способные получать органические вещества при помощи таких процессов, как фото- и хемосинтез, и гетеротрофы, требующие для своего питания готовую органику. Большинство бактерий, а также грибы не способны к фотосинтезу, потому что не имеют в своем составе специальных пигментов для автотрофного питания. В свою очередь, гетеротрофы делятся на симбионтов, паразитов, и сапрофитов.

Аутотрофные прокариоты способны к питанию с помощью фотосинтеза, так как содержат необходимые для этого структуры. Фотосинтез таких бактерий – это способность, обеспечившая возможность существования современных гетеротрофов, таких как грибы, животные, микроорганизмы.

Интересно, что синтез у аутотрофных прокариот происходит в более длинноволновом диапазоне, чем у растений. Зеленые бактерии способны синтезировать органические вещества, поглощая свет длиной волны до 850 нм, у пурпурных, содержащих бактериохлорофилл A, это происходит при длине волны до 900 нм, а у тех, которые содержат бактериохлорофилл B, – до 1100 нм. Если сделать анализ поглощения света in vivo, то окажется, что существует несколько пиков, и находятся они в инфракрасной области спектра. Эта особенность зеленых и пурпурных бактерий дает им возможность существовать в условиях наличия только невидимых инфракрасных лучей.

Одной из необычных разновидностей аутотрофного питания является хемосинтез. Это процесс, в котором энергию для образования органических веществ организм получает из реакции окислительного преобразования неорганических соединений. Фото- и хемосинтез у автотрофных бактерий сходны тем, что энергия от химической реакции окисления сначала накапливается в виде АТФ и только потом передается процессу ассимиляции. К числу видов, жизнедеятельность которых обеспечивает хемосинтез, относятся следующие:

1. Железобактерии. Существуют за счет окисления железа.
2. Нитрифицирующие. Хемосинтез этих микроорганизмов настроен на переработку аммиака. Многие являются симбионтами растений.
3. Серобактерии и тионобактерии. Перерабатывают соединения серы.
4. Водородные бактерии, хемосинтез которых позволяет им при высокой температуре окислять молекулярный водород.

Бактерии, питание которых обеспечивает хемосинтез, не способны к фотосинтезу, потому что не могут использовать в качестве источника энергии солнечный свет.

Синезеленые водоросли – вершина бактериальной эволюции

Фотосинтез цианей происходит так же, как и у растений, что отличает их от других прокариот, а также грибов, поднимая на высшую степень эволюционного развития. Они являются облигатными фототрофами, так как не могут существовать без света. Однако некоторые имеют способность азотфиксации и образуют симбиозы с высшими растениями (как и некоторые грибы), сохраняя при этом способность к фотосинтезу. Недавно было обнаружено, что у этих прокариот существуют тилакоиды, обособленные от складок клеточной стенки, как у эукариот, что дает возможность сделать выводы о направлении эволюции фотосинтезирующих систем.

Другими известными симбионтами цианей являются грибы. С целью совместного выживания в суровых климатических условиях они вступают в симбиотические отношения. Грибы в этой паре играют роль корней, получая из внешней среды минеральные соли и воду, а водоросли осуществляют фотосинтез, поставляя органические вещества. Водоросли и грибы, входящие в состав лишайников, не смогли бы выжить в таких условиях раздельно. Кроме таких симбионтов, как грибы, у цианей есть ещё друзья среди губок.

Немного о фотосинтезе

Фотосинтез у зеленых растений и прокариот– основа органической жизни на нашей планете. Это процесс образования сахаров из воды и углекислого газа, который происходит при помощи специальных пигментов. Именно благодаря им бактерии, колонии которых окрашены, способны к фотосинтезу. Выделяющийся в результате кислород, без которого не могут существовать животные, в данном процессе является побочным продуктом. Все грибы и многие прокариоты не способны к синтезу, потому что они не сумели в процессе эволюции обзавестись нужными для этого пигментами.

У растений фотосинтез происходит в хлоропластах. В клетках зеленых, пурпурных и цианобактерий пигменты также прикреплены к мембране. То есть синтез прокариот также происходит в специальных пузырьках, которые называются тилакоидами. Здесь же расположены системы, передающие электроны и ферменты.

Сравнивая фотосинтез прокариот и высших растений, некоторые ученые пришли к выводу, что растительные хлоропласты – не что иное, как потомки зеленых бактерий. Это симбионты, приспособившиеся к жизни внутри более развитых эукариот (клетки таких организмов, в отличие от бактериальных, имеют настоящее ядро).

Существует две разновидности фотосинтеза – оксигенный и аноксигенный. Первый наиболее распространен у растений, цианобактерий и прохлорофитов. Второй происходит у пурпурных, некоторых зеленых и гелиобактерий.

Аноксигенный синтез

Происходит без выделения кислорода в окружающую среду. Он характерен для зеленых и пурпурных бактерий, которые являются своеобразными реликтами, сохранившимися до наших дней с древнейших времен. Фотосинтез всех пурпурных бактерий имеет одну особенность. Они не могут пользоваться водой, как донором водорода (это более характерно для растений) и нуждаются в веществах с более высокими степенями восстановления (органикой, сероводородом или молекулярным водородом). Синтез обеспечивает питание зеленых и пурпурных бактерий и позволяет им заселять пресные и соленые водоемы.

Оксигенный синтез

Происходит с выделением кислорода. Он характерен для цианобактерий. У этих микроорганизмов процесс проходит аналогично фотосинтезу растений. В состав пигментов у цианобактерий входят хлорофилл А, фикобилины и каротиноиды.

Этапы фотосинтеза

Происходит синтез в три этапа.

1. Фотофизический. Происходит поглощение света с возбуждением пигментов и передачей энергии другим молекулам фотосинтезирующей системы.
2. Фотохимический. На этом этапе фотосинтеза у зеленых или пурпурных бактерий полученные заряды разделяются и электроны переносятся по цепочке, которая завершается образованием АТФ и НАДФ.
3. Химический. Происходит без света. Включает в себя биохимические процессы синтеза органических веществ у пурпурных, зеленых и цианобактерий с использованием энергии, накопленной на предыдущих стадиях. Например, это такие процессы, как цикл Кальвина, глюкогенез, завершающиеся образованием сахаров и крахмала.

Пигменты

Фотосинтез бактерий имеет целый ряд особенностей. Например, хлорофиллы в данном случае свои, особенные (хотя у некоторых обнаружены и пигменты, аналогичные тем, которые работают у зеленых растений).

Хлорофиллы, принимающие участие в фотосинтезе зеленых и пурпурных бактерий, сходны по своему строению с теми, которые встречаются у растений. Наиболее распространены хлорофиллы А1, C и D, встречаются также AG, А, B Основной каркас у этих пигментов имеет одинаковое строение, отличия заключаются в боковых ветвях.

С точки зрения физических свойств хлорофиллы растений, пурпурных, зеленых и цианобактерий представляют собой аморфные вещества, хорошо растворимые в спирте, этиловом эфире, бензоле и нерастворимые в воде. Они имеют два максимума поглощения (один в красной, а другой – в синей областях спектра) и обеспечивают максимальную эффективность фотосинтеза у обычных бактерий и цианобактерий.

Молекула хлорофилла состоит из двух частей. Магнийпорфириновое кольцо формирует гидрофильную пластинку, размещенную на поверхности мембраны, а фитол располагается под углом к этой плоскости. Он образует гидрофобный полюс и погружен в мембрану.

У сине-зеленых водорослей обнаружены также фикоцианобилины – желтые пигменты, позволяющие молекулам цианобактерий поглощать тот свет, который не используется зелеными микроорганизмами и хлоропластами растений. Именно потому максимумы поглощения у них находятся в зеленой, желтой и оранжевой частях спектра.

Все виды пурпурных, зеленых и цианобактерий содержат также желтые пигменты – каротиноиды. Их состав уникален для каждого вида прокариот, а пики поглощения света находятся в синей и фиолетовой части спектра. Они позволяют бактериям фотосинтезировать, используя свет промежуточной длины, чем улучшают их продуктивность, могут быть каналами переноса электронов, а также защищают клетку от разрушения активным кислородом. Кроме того, они обеспечивают фототаксис – движение бактерии к источнику света.

probakterii.ru

фотосинтез

(от фото... и греч. synthesis — соединение), образование клетками высших растений, водорослей и нек-рыми бактериями органич. веществ при участии энергии света. Происходит с помощью пигментов (хлорофиллов и нек-рых других), присутствующих в хлоропластах и хроматофорах клеток. В основе Ф. лежит окислит.-восстановит, процесс, в к-ром электроны переносятся от донора-восстановителя (вода, водород и др.) к акцептору (С02, ацетат) с образованием восстановленных соединений (углеводы) и выделением О2, если окисляется h3O (фотосинтезирующие бактерии, использующие иные, чем вода, доноры, кислород не выделяют).

Преобразование энергии света в энергию химич. связей начинается в спец. структурах — реакционных центрах (РЦ). Они состоят из молекул хлорофилла а (у бактерий — бактериохлорофилла, у галобактерий — бактериородопсина), выполняющих функцию фотосенсибилизаторов, пигмента феофитина, связанных с ними доноров и акцепторов электронов и нек-рых других соединений.

В Ф. высших растений, водорослей и цианобактерий участвуют две последоват. фотореакции с разл. РЦ. При поглощении квантов пигментами фотосистемы II (ФС II) происходит перенос электронов от воды к промежуточному акцептору и через цепь переноса электронов к РЦ фотосистемы I (ФС I). Возбуждение ФС I сопровождается переносом электрона на вторую ступень (через промежуточный акцептор и ферредоксин к НАДФ+). В РЦ сосредоточена лишь небольшая (= 1%) часть хлорофилла, непосредственно участвующая в преобразовании энергии поглощённых фотонов в энергию химич. связей, основная его масса и дополнит, (сопровождающие) пигменты выполняют роль светособирающей антенны. Неск. десятков или сотен таких молекул, собранных в т. н. фотосинтетич. единицы, поглощают кванты и передают возбуждение на пигментные молекулы РЦ. Это значительно повышает скорость Ф. даже при невысоких интенсивностях света. В РЦ происходит образование первичных восстановителя и окислителя, к-рые затем инициируют цепь последоват. окислит.-восстановит, реакций, и энергия в итоге запасается в восстановленном никотинамидадениндинуклеотидфосфате (НАДФ-Н) и АТФ (фотосинтетич. фосфорилирование) — осн. продуктах фотохимич. световых стадий ф.

Продукты первичных стадий Ф. высших растений и водорослей, в к-рых запасена энергия света, используются в дальнейшем в цикле фиксации CO2 и превращении углерода в углеводы (т. н. цикл Калвина). CO2 присоединяется к рибулозодифосфату с участием фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы. Из полученного щестиуглеродного соединения образуется трёхуглеродная (С3) фосфоглицериновая к-та (ФГК), восстанавливаемая затем с использованием АТФ и НАДФ-Н до трёхуглеродных сахаров (триозофосфатов), из к-рых и образуется конечный продукт Ф.— глюкоза. Вместе с тем часть триозофосфатов претерпевает процесс конденсации и перестроек, превращаясь в рибулозомонофосфат, к-рый фосфорилируется с участием «светового» АТФ до рибулозодифосфата — первичного акцептора CO2, что и обеспечивает непрерывную работу цикла. В нек-рых растениях (кукуруза, сахарный тростник и др.) первоначальное превращение углерода идёт не через трёхуглеродные, а через четырёхуглеродные соединения (С4-растения, С4-метаболизм углерода). Акцептором CO2 в клетках мезофилла таких растений служит фосфоенолпируват (ФЕП). Продукты его карбоксилирования — яблочная или аспарагиновая к-ты диффундируют в обкладочные клетки сосудистых пучков, где декарбоксилируются с освобождением CO2, к-рый и поступает в цикл Калвина. Преимущества такого «кооперативного» метаболизма обусловлены тем, что ФЕП-карбоксилаза при низкой концентрации CO2 более активна, чем рибулозодифосфаткарбоксилаза, и, кроме того, в обкладочных клетках с пониженной концентрацией O2 слабее выражено фотодыхание, связанное с окислением рибулозофосфата, и сопутствующие ему потери энергии (до 50%). С4-растеиия привлекают внимание исследователей высокой фотосинтетич. продуктивностью.

Ф. — единств, процесс в биосфере, ведущий к увеличению свободной энергии биосферы за счёт внеш. источника — Солнца и обеспечивающий существование как растений, так и всех гетеротрофных организмов, в т. ч. и человека. Ежегодно в результате Ф. на Земле образуется 150 млрд. т органич. вещества и выделяется ок. 200 млрд. т свободного О2. Кругооборот О2, углерода и др. элементов, вовлекаемых в Ф., создал и поддерживает совр. состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Ф. препятствует увеличению концентрации CO2 в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (вследствие т. н. парникового эффекта). Кислород Ф. необходим не только для жизнедеятельности организмов, но и для защиты живого от губительного коротковолнового УФ-излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы). Запасённая в продуктах Ф. энергия (в виде разл. видов топлива) является осн. источником энергии для человечества. Предполагается, что в энергетике будущего Ф. может занять одно из первых мест в качестве неиссякаемого и незагрязняющего среду источника энергии (создание «энергетич. плантаций» быстрорастущих растений с последующим использованием растит, массы для получения тепловой энергии или переработки в высококачеств. топливо — спирт). Не менее важна роль Ф. как основы получения продовольствия, кормов, технич. сырья. Несмотря на высокую эффективность начальных фотофизич. и фотохимич. стадий (ок. 95%), в урожай переходит лишь менее 1—2% солнечной энергии; потери обусловлены неполным поглощением света, лимитированием процесса на биохимич. и физиол. уровнях. Обеспечение растений водой, минеральным питанием, CO2, селекция сортов с высокой эффективностью Ф., создание благоприятной для светопоглощения структуры посевов и др. пути используют в целях реализации значит, резервов фотосинтетич. продуктивности.

Для ряда культур оправдано выращивание при полном или частичном искусств, освещении, биотехнол. способы получения растит, массы (особенно одноклеточных организмов), аквакультура для нек-рых водорослей, и т. п. В связи с этим особенно актуальными становятся разработка теоретич. основ управления Ф., исследование Ф. как целостного процесса, закономерностей его регулирования и адаптации к внеш. условиям.

↑ Схема двух фотохимических систем (ФС I и ФС II) фотосинтеза. Е — окислительно-восстановит, потенциал при рН 7 (в вольтах), Z — донор электронов для ФС II, P680 — энергетическая ловушка и реакционный центр ФС II (светособирающая антенна этого центра включает молекулы хлорофилла а, хлорофилла b, ксантофиллы), Q — первичный акцептор электронов в ФС II, АДФ — аденозиндифосфат, Рнеорг. — неорганич. фосфат, АТФ — аденозинтрифосфат, Р700 — энергетическая ловушка и реакционный центр ФС I (светособирающая антенна этого центра включает молекуллы хлорофилла а, хлорофилла b, каротин), ВВФ — вещество, восстанавливающее ферредоксин.

↑ Упрощённая схема цикла Калвина — пути фиксации углерода при фотосинтезе.

↑ Продукты световых и темиовых реакций фотосинтеза.

gufo.me

Смотрите также

• 
  Фото пересадка растений
• 
  Примеры папоротниковые растения
• 
  Освещение растений светодиодами
• 
  Онуфриево питомник растений
• 
  Комнатные растения фиттония
• 
  Комнатные растения сенполия
• 
  Освещение растений светодиодами
• 
  Онуфриево питомник растений
• 
  Комнатные растения фиттония
• 
  Зачем поливать растения
• 
  Комнатные растения сенполия