как происходит процесс фотосинтеза?? ? помогите пожалуйста. Источником углерода используемого растениями в процессе фотосинтеза
как происходит процесс фотосинтеза?? ? помогите пожалуйста
Из общего количества солнечного излучения, попадающего на нашу планету, лишь половина доходит до поверхности Земли, только 1/8 имеет длину волны, подходящую для фотосинтеза, и лишь 0,4 % таких лучей (около 1 % от общего объёма энергии) используется растениями. Именно от этого одного процента зависит вся жизнь на Земле.
В процессе фотосинтеза углекислый газ в присутствии хлорофилла реагирует с водой; при этом образуется глюкоза и выделяется кислород: 6CO2 + 6h3O → C6h22O6 + 6O2. Более грамотной будет запись CO2 + 2h3O → [Ch3O] + O2 + h3O, которая показывает, что выделяющийся кислород образуется из воды. Похожим уравнением описывается и хемосинтез серобактерий: CO2 + 2h3S → [Ch3O] + 2S + h3O,
Таким образом, процесс фотосинтеза включает в себя две стадии:
- получение водорода (фотолиз) – при этом кислород выделяется как побочный продукт реакции;
- получение глюкозы (восстановление) .
Первая стадия фотосинтеза протекает на свету. Световые кванты дают электронам энергию, необходимую для переноса их от хлорофилла или другого фотосинтезирующего пигмента. В ходе первой стадии из АДФ (аденозиндифосфата) и фосфата синтезируется АТФ (аденозинтрифосфат) , а НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) восстанавливается до НАДФ∙h3. Синтез АТФ за счёт энергии световых квантов называется фотофосфорилированием. Этот процесс может быть циклическим (в реакции «работают» одни и те же электроны) и нециклическим (электроны в конце концов доходят до НАДФ и, взаимодействуя с ионами водорода, образуют НАДФ∙h3). Кислород как побочный продукт реакции выделяется только во втором случае.
Для реакций второй стадии свет не нужен. Восстановление CO2 происходит за счет энергии АТФ и накопленного НАДФ∙h3. Углекислый газ связывается с пятиуглеродным сахаром рибулозобисфосфатом, образуя две молекулы трёхуглеродной фосфоглицериновой кислоты (ФГК) . Такой процесс получил название C3-фотосинтеза. Последующий цикл реакций (цикл Кальвина) приводит к образованию из ФГК сахара (например, глюкозы) , а также ресинтезу рибулозобисфосфата. У некоторых растений (например, сахарного тростника, сои) наблюдается так называемый C4-фотосинтез, в реакциях которого CO2, восстанавливаясь, включается в состав органических кислот, имеющих четыре атома углерода (например, яблочной) . При этом поглощение углекислоты идёт гораздо эффективнее, повышается и продуктивность растений.
На скорость фотосинтеза влияют многие факторы. Основными из них являются интенсивность света, концентрация кислорода и углекислого газа, температура окружающей среды. Состояние, когда скорость выделения кислорода растением равна скорости его дыхания, называется точкой компенсации.
Кислород в процессе фотосинтеза может действовать как конкурентный ингибитор, взаимодействуя с рибулозодисфосфатом вместо углекислого газа. При этом образуется одна молекула ФГК и фосфогликолат, сразу расщепляющийся до гликолата. Чтобы вернуть хотя бы часть углерода, связанного в бесполезном гликолате, у растения имеется процесс, называемый фотодыханием. Это зависимое от света потребление кислорода с выделением углекислого газа, заметное лишь у C3-растений, не имеет ничего общего с обычным дыханием. Фотодыхание, в целом, идёт с поглощением энергии; в результате образуется фосфоглицерат, а 25 % углерода теряется в виде CO2. В фотодыхании участвуют хлоропласты, пероксисомы и митохондрии. У C4-растений фотодыхания практически нет, что и является причиной их большей продуктивности.
В связи с энергетической проблемой учёные пытаются провести фотосинтетические процессы искусственно, особенно их первые этапы, когда вода под действием солнечной радиации расщепляется на кислород и водород. Сжигание водорода (с образованием воды) – экологически чистый процесс
otvet.mail.ru
Фотосинтез как источник органического углерода
Углеводы являются чрезвычайно важным классом природных соединений. Исследование их химических свойств может дать ценную информацию о механизмах реакций и стереохимии. Значительным достижением в настоящее время является применение углеводов в качестве хиральных синтонов и заготовок для стерео-специфического синтеза таких соединений, как простагландины, аминокислоты, гетероциклические производные, липиды и т. д. Для биолога значение углеводов заключается в доминирующей роли, которая отводится им в живых организмах, и в сложности их функций. Углеводы участвуют в большинстве биохимических процессов в виде макромолекулярных частиц, хотя во многих биологических жидкостях содержатся моно- и дисахариды, а большинство растений содержит глюкозу, фруктозу и сахарозу. Только растения способны осуществлять полный синтез углеводов посредством фотосинтеза, в процессе которого атмосферный диоксид углерода превращается в углеводы, причем в качестве источника энергии используется свет (см. гл. 28.2). В результате этого накапливается огромное количество гомополисахаридов — целлюлозы (структурный материал) и крахмала (запасной питательный материал). Некоторые растения, в особенности сахарный тростник и сахарная свекла, накапливают относительно большие количества уникального дисахарида сахарозы (а-О-глюкопиранозил-р-О-фруктофуранозида), который выделяют в значительных количествах (82-10 т в год). Сахароза — наиболее дешевое, доступное, Чистое органическое вещество, запасы которого (в отличие от запасов нефти и продуктов ее переработки) можно восполнять. -Глюкоза известна уже в течение нескольких веков из-за ее способности кристаллизоваться из засахаривающегося меда и винного сусла. В промышленном масштабе ее получают гидролизом крахмала, причем в настоящее время применяют непрерывную Схему с использованием ферментов, иммобилизованных на твердом полимерном носителе. [c.127]
Фотосинтезы углеводов в растениях. Ассимиляция двуокиси углерода зелеными растениями под влиянием света является единственной реакцией в природе, за счет которой органические вещества образуются из неорганического материала, и, следовательно, опа является источником всего органического на земном шаре. [c.259]
Фотосинтез. — Весь сложный органический материал, из которого построены зеленые растения, синтезируется из дву-i окиси углерода — единственного источника углерода, — воды и неорганических солей, входящих в состав почвы. Животный организм не способен начинать синтез, исходя из таких простыв соединений, и поэтому целиком зависит от органического материала, который он получает с пищей. Так как жиры и белки растений, по всей вероятности, образуются из углеводных предшественников, а не наоборот, то очевидно, что углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза. В суммарном процессе, выражаемом уравнением [c.579]
Среди многообразных процессов жизнх фотосинтез зеленых растений пожалуй, имеет наибольшее значение для человечества, в настоящее время получающего из этого источника около 99% всей потребляемой им энергии. Как известно, в результате фотосинтеза, происходящего за счет энергии солнечного света, улавливаемой хлорофиллом, растения накаиливают различные органические вещества, для образования которых использ ется углекислота, поглощаемая из воздуха, и вода, поступающая через корневую систему. Кроме того, при фотосинтезе листья растений выделяют кислород в окрунфотосинтез зеленых растений, достигают колоссальных размеров. Ен егодно фиксируя около 175 миллиардов тонн углерода и освобождая соответственное количество кислорода, растения непрерывно преобразуют атмосферу земли и являются одной из самых мощных движущих сил, вызывающих круговорот элементов на нашей н,ланете. Эта обусловленная фотосинтезом космическая роль зеленых растений была особенно ярко охарактеризована К. А. Тимирязевым и В. И. Вернадским. [c.3]
Жизненный цикл. Этот цикл тесно связан с углеродом атмосферы и гидросферы. В атмосфере источниками углекислого газа служат дыхание гетеротрофных организмов, гниение и горение органических веществ, газообмен с гидросферой, выветривание пород, вулканизм. Запас углерода атмосферы расходуется в основном на фотосинтез в зеленых растениях суши и на газообмен с гидросферой. В гидросфере посредством фотосинтеза, осуществляющегося водными растениями, диоксид углерода попадает в растительное вещество, на базе которого развивается животный мир гидросферы.-В то же время углекислый газ выделяется в воду при дыхании гетеротрофов. [c.207]
Таким образом, в этой фуппе обнаружены разные биосинтетические способности, сочетающиеся с разнообразными способами получения энергии. Источниками углерода могут быть СО2 или органические соединения, а источниками энергии — фотосинтез, аэробное и анаэробное дыхание, брожение. [c.300]
Источником получения разнообразных синтетических продуктов являются естественные запасы реакционноспособного углерода, содержащиеся в горючих веществах органического происхождения. Основная их масса накопилась в земной коре за прошедшие геологические эпохи в результате жизнедеятельности существовавших тогда растений и организмов, базировавшейся на процессах фотосинтеза органических соединений под воздействием солнечных лучей. В настоящее время запасы горючих веществ являются для человечества кладовой углерода и солнечной энергии, и эти богатства следует расходовать умно и бережливо. [c.10]
Углеводы составляют обширную группу природных веществ, выполняющих в растительных и животных организмах разнообразные функции. Они служат источником энергии, являются строительным материалом клеточных стенок растений и некоторых организмов, а также определяют защитные (иммунные) свойства млекопитающих. Углеводы получают главным образом из растительных источников. Это связано с тем, что углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, осуществляемого растениями из оксида углерода (IV) и воды. Углеводы представляют своеобразный мост между неорганическими и органическими соединениями. [c.386]
| Рис. 13-3. Поток солнечной энергии и круговорот углерода, кислорода и азота на примере одной из экосистем. В этой изолированной экосистеме в результате фотосинтеза, осуществляемого травянистой растительностью, фиксируется атмосферная СО , образуются органические соединения и выделяется кислород. Почвенные микроорганизмы фиксируют атмосферный азот, переводя его в аммиак и нитраты, используемые затем растениями в качестве источников азота для синтеза белков и нуклеиновых кислот. Зебры получают кислород из воздуха, а необходимый им углерод и аминокислоты-из растений в результате окисления крахмала, белка и других компонентов растительной пищи. Львы поедают зебр, а их экскременты попадают в почву, где микроорганизмы перерабатывают их, завершая цикл. |  |
Заводы сбрасывают в водоемы огромные количества сточных вод. Наибольшее количество сточных вод, содержащих разнообразные токсичные примеси, сбрасывают заводы целлюлозно-бумажной, нефтяной, нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Источником загрязнения водоемов служит также сельское хозяйство, при недостаточно рациональном ведении которого в реки и озера попадают удобрения и ядохимикаты. В результате реки, озера, моря и океаны все в большей мере загрязняются нефтью, тяжелыми металлами, хлорорганическими и другими органическими соединениями, радиоактивными веществами и множеством других ядовитых веществ и химикатов. Проблема защиты Мирового океана беспокоит сейчас общественность всех стран мира. В Мировом океане осуществляется глобальный процесс дыхания земного шара — фотосинтез, при котором усваивается значительная часть двуокиси углерода атмосферы и вырабатывается больше половины ее кислорода. Гибель планктона, при помощи которого идет фотосинтез, ухудшает естественный газообмен между атмосферой и океаном. Наряду с этим постоянное отравление водоемов может привести в конце концов к гибели всего живого в Мировом океане. [c.255]
Таким образом, растения при фотосинтезе запасают энергию и связывают углерод в виде D-фруктозо-б-фосфата, из которого затем синтезируют сахарозу и крахмал. Сахароза хорошо растворяется в воде и транспортируется в различные части растения, крахмал используется в качестве резервного полисахарида. Сахароза и крахмал легко гидролизуются, образующиеся при этом D-глюкоза и D-фруктоза служат исходньпки материалами для биосинтеза других моно-, олиго- и полисахаридов. D-Глюкоза и D-фруктоза подвергаются также расщеплению и окислению с выделением необходимой для жизнедеятельности растения энергии и образованием промежуточных соединений для последующего биосинтеза (ацетилкофермент А, D-эpитpoзo-4-фo фaт, фосфоенолпировиноградная кислота, рибозо-5-фосфат). На основе этих веществ растения синтезируют многочисленные представители различных классов соединений (лигнины, липиды, таннины, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, терпены, пигменты, алкалоиды, фитогормоны и т.д.). Растительная биомасса является обширным возобновляемым сырьевым источником для производства различных органических материалов и соединений. [c.341]
В результате минерализации поверхностные и подземные воды обогащаются двуокисью углерода, органическими кислотами, сероводородом и другими продуктами обмена веществ. Воды приобретают высокую химическую активность, заряжаются энергией, первоисточником которой служит солнечный свет, поглощенный при фотосинтезе. На своем пути воды растворяют многие соли, в результате чего происходит миграция (перемещение) химических элементов в земной коре. Каждый источник воды характеризуется определенными щелочно-кислотными и окислительно-восстановительными свойствами. Все это имеет большое значение для концентрации и рассеяния отдельных химических элементов. [c.10]
Подавляющее большинство грибов — аэробы. Поскольку грибы не обладают способностью к фотосинтезу, то источником углерода для них являются самые разнообразные органические вещества, содержащие углерод (крахмал, целлюлоза, жирные кислоты, многоатомные спирты, парафины и т. д.). Источником азота являются аммонийные соли и нитраты, иногда пептоны и аминокислоты. [c.155]
Наиболее типичные автотрофные клетки связывают в процессе фотосинтеза энергию солнечного света и при помощи этой энергии используют углерод атмосферной углекислоты для построения молекул глюкозы и других органических природных соединений. Роль АТФ в фотосинтезе удалось выяснить сравнительно недавно. Это позволило объяснить, каким образом фотосинтезирующие клетки в процессе синтеза углеводов связывают солнечную энергию — источник энергии всех живых существ на земле. [c.159]
Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем перимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а энергшо получают за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и Др.). [c.100]
За сравнительно короткий срок ученые получили возможность полнее и во многих случаях по-новому представить жизнь растения и животного, их взаимосвязь с окружающей средой, процессы движения в них питательных веществ, построения органического вещества. Так, с помощью радиоактивного изотопа углерода С обнаружена новая функция корневой системы СОг в растение поступает не только из воздуха через листья, как это предполагалось раньше, но и через корни из почвы. Поступая затем в листья и другие зеленые части растения, СОг включается в процесс фотосинтеза. Это открытие показало целесообразность и эффективность применения органических удобрений, являющихся источником почвенной двуокиси углерода. [c.485]
Получаемые при фотосинтезе АТР и NADPH служат источниками энергии для многих биосинтетических реакций, происходящих в строме, в том числе для жизненно важного цикла фиксации СО2, в котором из СО2 образуются углеводы. Эти углеводы в виде трехуглероОных фосфосахаров переносятся в цитозоль клетки, где служат источником органического углерода, АТР и восстановительной силы. [c.477]
Существует мнение, что мы неправильно поступаем, сжигая нефть, так как это слишком ценный источник органического углерода, чтобы растрачивать его таким образом. Это замечание вполне справедливо. Мы часто склонны забывать, что, в то время как наши топливно-энергетические проблемы можно решить, ишользуя силу морского прилива или термоядерные реакции, проблема обеспечения органическим углеродом остается нерешенной. Почти все, что мы видим вокруг себя, в той или иной мере создано с участием фотосинтеза. Садовник обычно говорит, что он кормит растение, применяя удобрения бытует мнение, что растение поглощает питательные вещества из почвы. Но это не так. Растения получают из почвы минеральные соли, но основное питание — из воздуха. То, что растения развиваются не за счет почвы, показал еще в XVII в. Ван Гельмопт, который посадил черенок ивы в тщательно взвешенную почву и поливал его дождевой водой (рис, 1.2). Через 5 лет растение весило 74,4 кг, а вес почвы уменьшился на 56,7 г. Будучи честнейшим [c.13]
Фотосинтез является непременным условием жизни растений и животных, будучи фактически самым крупномасштабным синтетическим процессом на Земле. Как считает П. Нобел, за год фотосинтезирующими организмами фиксируется и переводится в форму органических соединений около 5-10 г (50 млрд. т) углерода, причем большая часть его фиксируется фитопланктоном, живущим вблизи поверхности океанов. Это количество соответствует параллелепипеду, сложенному из фотосинтетиче-ских продуктов, с основанием 1 км и высотой несколько более 100 км. Источником углерода для фотосинтеза служит атмосферный СО2 (содержание в атмосфере составляет 0,03%), а также СО2 и НСОз растворенные в воде озер и океанов. Из продуктов фотосинтеза, кроме органических соединений, очень важное значение имеет кислород, необходимый для всех организмов, обладающих дыханием. Весь кислород, содержащийся в атмосфере, был образован путем фотосинтеза за несколько тысячелетий. [c.161]
Пурпурные несерные бактерии имеют склонность к фотоор-ганогетеротрофному образу жизни, предпочитая в качестве доноров электронов и источников углерода в процессе фотосинтеза простые органические соединения жирные кислоты, спирты, сахара, аминокислоты. Многие виды способны расти фотолито-автотрофно, используя молекулярный водород в качестве донора электронов для восстановления СО2. [c.299]
Две важнейшие специфические для растений функции осуществляются фо-тосмитезнруюшимн клетками, которые содержат хлоропласты и служат для всего организма источником органических веществ-продуктов ассимиляции углерода, и всасывающими клетками, которые поглощают из окружающей среды воду и растворенные минеральные вещества. У большинства высших растений эти две функции не могут выполняться одними и теми же клетками, так как для первой из них нужен свет, а вторая осуществляется в толше почвы в темноте. Для каждого из этих процессов требуется и ряд других условий. Фотосинтез, например, должен протекать в особой микросреде, где строго регулируется относительная влажность и содержание СОг. Достигается это с помощью устьиц-особых отверстий в покрытом кутикулой эпидермисе, которые способны открываться и закрываться в зависимости от тургора замыкающих клеток (рис. 19-10). С другой стороны, для эффективного поглощения веществ из почвы нужна очень большая всасывающая поверхность, которую обеспечивают корни необходимы также мембранные транспортные [c.175]
Растительный мир является наиболее распространенным источником органических веществ. По данным А. А. Ничипорови-ча (3) наземные растения земного шара связывают ежегодно путем фотосинтеза около 20 млрд. т углерода и водные растения около 155 млрд. г, т. е. всего 175 млрд. г углерода (а возможно, в 2—3 раза больше), в то время как ежегодное мировое потребление уГля и нефти составляет около 2,4 млрд. г [c.7]
Многоклеточная организация у растений, как и у животных, делает возможным разделение функций, при котором различные типы клеток дополняют друг друга благодаря специализации, приобретаемой ими в процессе дифференцировки. Две важнейшие специфические для растений функции осуществляются фотосинтезирующими клетками, которые содержат хлоропласта и служат для всего организма источником органических веществ, в частности сахарозы, и всасывающими клетками, которые поглощают из окружающей среды воду и растворенные минеральные вещества. У большинства высших растений эти две функции не могут выполняться одними и теми же клетками, поскольку для первой из них необходим свет, а вторая осуществляется в толще почвы и темноте. Для каждого из этих процессов требуется и ряд других условий. Фотосинтез, например, должен протекать в особой микросреде, где строго регулируется относительная влажность и содержание двуокиси углерода. Достигается это с помощью устьиц - особых отверстий в покрытом кутикулой эпидермисе листа, которые способны открываться и закрываться в зависимости от тургора замыкающих клеток (см. рис. 20-11). С другой стороны, для эффективного поглощения веществ из почвы нужна очень большая всасывающая поверхность, которую обеспечивают корни необходимы также мембранные транспортные системы, к которым часто добавляются транспортные системы симбиотических микроорганизмов. Таким образом, фотосинтезирующие и всасывающие клетки питают дру1 друга, а вместе - снабжают все остальные части растения минеральными и органическими веществами, необходимыми для процессов биосинтеза. Чтобы обеспечить дальний транс- [c.402]
Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеро-трофы и автотрофы, которые различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатьша-ют их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофиые организмы потребляют для синтеза неорганический углерод, а энергию получают либо за счет фотосинтеза, либо за счет хемосинтеза при окислении ряда неорганических соединений. [c.241]Тогда замещение второго гидроксила на К(Аг) дает кетоны, или на Н-атом (альдегиды). При этом степень окисления С-атома понижается еще на единицу и становится равной двум. Подобное рассмотрение устанавливает генетическую связь карбоксил-(-СООН) и карбонил-(С=0) производных с неорганической молекулой Н2СО3. На этом примере видна условность отнесения Н2СО3, к неорганическим соединениям. Эта молекула столь же неорганическая, как и органическая, так как СО2 является крайней степенью окисления не только углерода, но и всех углеводородов. Кроме того, СО2 в природе — источник всего многообразия органических молекул, синтезируемых в процессе фотосинтеза и других биологических процессов. [c.480]
Есть между этими двумя группами и еще одно важное различие. Многие ав-тотрофные организмы осуществляют фотосинтез, т. е. обладают способностью использовать энергию солнечного света, тогда как гетеротрофные клетки добывают необходимую им энергию, расщепляя органические соединения, вырабатываемые автотрофами. В биосфере автотрофы и гетеротрофы сосуществуют как участники единого гигантского цикла, в котором автотрофные организмы строят из атмосферной СО2 органические биомолекулы и часть их при этом выделяет в атмосферу кислород. Гетеро-трофы используют вырабатываемые автотрофами органические продукты в качестве пищи и возвращают в атмосферу СО2. Таким путем совершается непрерывный круговорот углерода и кислорода между животным и растительным миром. Источником энергии для этого колоссального по своим масштабам процесса служит солнечный свет (рис. 13-1). [c.376]
Теперь мы обратимся к процессу, который служит в конечном счете источником почти всей биологической энергии, т.е. к процессу улавливания солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и превращению ее в энергию биомассы. Фотосинтезирующие и гетеротрофные организмы сосуществуют в биосфере в сбалансированном стационарном состоянии (рис. 23-1). Фотосинтезирующие растения улавливают солнечную энергию и запасают ее в форме АТР и NADPH, которые служат им источником энергии для синтеза углеводов и других органических компонентов клетки из двуокиси углерода и воды при этом они вьщеляют в атмосферу кислород. Аэробные гетеротрофы используют этот кислород ДЛЯ расщепления богатых энергией органических продуктов фотосинтеза до СО2 и Н2О, чтобы генерировать таким путем АТР для своих собственных нужд. Двуокись углерода, образующаяся при дыхании гетеротрофов, возвращается в атмосферу и вновь используется фотосинтезирующими организмами. Солнечная энергия, таким образом, создает движущую силу для круговорота, в процессе которого атмосферная двуокись углерода и атмосферный кислород непрерывно циркулируют, проходя через биосферу (рис. 23-1). [c.683]
В пользу существования циклического фотофосфорилирования в интактных клетках зеленых водорослей можно привести еще целый ряд доводов. Один из таких доводов вытекает из фотохимической ассимиляции органических субстратов. За исключением некоторых видов сине-зеленых водорослей (например, Ana ystis), которые, по-видимому, неспособны использовать никакие органические вещества, боль-1ЛИНСТВ0 растений может потреблять, например, глюкозу или ацетат в качестве единственного источника углерода и энергии независимо от фотосинтеза. Было найдено, что поглощение глюкозы, зависящее от АТФ, может стимулироваться светом [54] и может подавлять фотовосстановление [12]. Некоторые водоросли не могут расти на глюкозе в темноте или только на свету без глюкозы — им необходимы оба [c.580]
Ну, а что же будет потом, после нефтяного и угольного бума Может быть, место нефте- и карбохимии займет химия карбонатов, которая навсегда освободит нас от забот об углероде Пожалуй, это не так уж невероятно. Скорее всего, уже в XXI в. такие превращения станут энергетически приемлемыми, тем более что намечаются пути уменьшения затрат энергии при переработке карбонатов. Так, в СССР разработан каталитический метод превращения СО 2 воздуха в простые органические соединения, причем в отличие от существующих методов высокие температуры и давления не применяются. Конечно, для обозримого будущего развитие химии карбонатов не является такой уж острой необходимостью, и, кроме того, до настоящего времени совсем не принимались во внимание 2 блн. т углерода, накопленного в биосфере. Для производства энергии эти резервы уже более 100 лет никто не принимает всерьез, а химия их для себя так и не открыла А ведь ежегодно растительностью нашей планеты вьще-ляется около 270 млрд. т СО2 (т. е. ежедневно около 200 млн. т углерода), а в воде трансформируется до 155 млрд. т органического сухого вещества, находящегося в форме целлюлозы, лигнина, крахмала, белков и жиров. Из них на леса нашей планеты приходится 65, на культурные растения-9, а на океаны-55 млрд. т. Растительный мир Земли можно рассматривать как непрерывно работающие химические фабрики, которые снабжает энергией Солнце. Их продукцией человечество при разумном хозяйствовании будет обеспечено как в ближайшем, так и в отдаленном будущем, причем она будет получена по сравнению с другими процессами при минимальных затратах энергии. Все это ставит фотосинтез-важнейший химический процесс на всем земном шаре-на совершенно обособленное место и придает значительную ценность биосфере планеты как источнику сырья. [c.47]
Питание — это процесс приобретения энергии и веществ. Основываясь на природе необходимого источника энергии или источника углерода — наиважнейшего элемента для роста, — живые организмы можно подразделить на несколько групп. Для синтеза органических соединений живые организмы способны использовать только два вида энергии энергию света и энергию химических связей. Организмы, использующие световую энергию, называются фототрофами, а организмы, использующие только химическую энергию — хемотрофами. Фототрофы осуществляют фотосинтез. [c.29]
chem21.info
Основная функция молекул хлорофилла, расположенных в гранах хлоропластов
А. ускорение световых и темновых реакций фотосинтеза
Б. использование световой энергии для синтеза органических веществ
В. расщепление органических веществ до неорганических
Г. участие в реакциях синтеза белка на рибосомах
Какой из перечисленных процессов происходит в световую фазу фотосинтеза?
А. образование глюкозы Б. синтез АТФ
В. поглощение CO2 Г. все перечисленное
Назовите в хлоропласте участок, где происходят реакции темновой фазы фотосинтеза
А. наружная мембрана оболочки Б. вся внутренняя мембрана оболочки
В. граны Г. строма
30. Об условиях жизни древесных растений в разные годы можно узнать по толщине
А. Коры Б. Пробки
В. Лубяных волокон Г. Годичных колец
31. В пробирке с раствором хлорофилла фотосинтез не происходит, так как для этого процесса необходим набор ферментов, расположенных на
А. Кристах митохондрий Б. Гранах хлоропластов
В. Эндоплазматической сети Г. Плазматической мембране
Какие почки развиваются на листьях и корнях цветковых растений?
А. Придаточные Б. Верхушечные В. Пазушные Г. Боковые
33. Источником углерода, используемого растениями в процессе фотосинтеза, служит молекула
А. Угольной кислоты Б. Углеводорода
В. Полисахарида Г. Углекислого газа
Для улучшения дыхания корней культурных растений необходимо
А. Проводить прополку сорняков
Б. Систематически поливать растения
В. Периодически рыхлить почву вокруг растения
Г. Периодически подкармливать растения минеральными удобрениями
35. Приспособление растений к уменьшению испарения воды – наличие
А. Устьиц на верхней стороне листа
Б. Большого числа листовых пластинок
В. Широких листовых пластинок
Г. Воскового налета на листьях
36. Видоизмененный подземный побег многолетних растений с утолщенным стеблем, почками, придаточными корнями и чешуевидными листьями – это
А. Главный корень Б. Корневище
В. Боковой корень Г. Корнеклубень
Подземный побег отличается от корня наличием у него
А. Вегетативных почек
Б. Зоны проведения
В. Зоны всасывания
Г. корневых волосков
38. Какие удобрения усиливают рост зеленой массы растений?
А. Органические Б. Азотные
В. Калийные Г. Фосфорные
39. Свойство органов растений изгибаться под влиянием силы земного притяжения называют
А. Гидротропизмом Б. Фототропизмом
В. Геотропизмом Г. Хемотропизмом
40. Внешним сигналом, стимулирующим наступление листопада у растений, служит
А. Увеличение влажности среды
Б. Сокращение длины светового дня
В. Уменьшение влажности среды
Г. Повышение температуры среды
41. Затопление ранней весной полей пшеницы талыми водами иногда приводит к гибели всходов, так как при этом нарушается процесс
А. Фотосинтеза из-за недостатка кислорода
Б. Дыхания из-за недостатка кислорода
В. Поглощения воды из почвы
Г. Испарения воды
Часть В
В1(выберите несколько верных ответов из шести)
Значение транспирации
А. регулирует газовый состав внутри листа
Б. способствует передвижению воды
В. обеспечивает привлечение опылителей
Г. улучшает транспорт углеводов
Д. регулирует температуру листьев
Е. снижает удельный вес листвы
В2(выберите несколько верных ответов из шести)
Корневой чехлик выполняет функции
А. обеспечивает отрицательный геотропизм
Б. обеспечивает положительный геотропизм
В. облегчает проникновение корня в почву
Г. запасает питательные вещества
Д. защищает активно делящиеся клетки
Е. участвует в транспорте веществ
В3. Выберите несколько верных ответов
В чем состоит значение фотосинтеза?
А. в обеспечении всего живого органическими веществами
Б. в расщеплении биополимеров до мономеров
В. в окислении органических веществ до углекислого газа и воды
Г. в обеспечении всего живого энергией
Д. в обогащении атмосферы кислородом, необходимым для дыхания
Е. в обогащении почвы солями азота
В4. Установите соответствие между наиболее важными процессами и фазами фотосинтеза
| процессы | фазы |
| 1. возбуждение хлорофилла 2. образование свободного кислорода 3. фотолиз воды 4. синтез углеводов 5. образование АТФ 6. диссоциация воды | А. световая Б. темновая |
В5. Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза
А. возбуждение хлорофилла
Б. синтез глюкозы
В. соединение электронов с НАДФ+ и Н+
Г. фиксация углекислого газа
Д. фотолиз воды
В6. Выберите несколько верных ответов
Выберите процессы, происходящие в световую фазу фотосинтеза
А. фотолиз воды Б. синтез углеводов
В. фиксация углекислого газа Г. синтез АТФ
Д. выделение кислорода Е. гидролиз АТФ
В7. Выберите несколько верных ответов
В темновую фазу фотосинтеза в отличие от световой происходит
А. фотолиз воды
Б. восстановление углекислого газа до глюкозы
В. синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света
Г. соединение водорода с переносчиком НАДФ+
Д. использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов
Е. образование молекул крахмала из глюкозы
В8. Выберите несколько верных ответов
megaobuchalka.ru
Реферат на тему: Фотосинтез
СОДЕРЖАНИЕ
- История фотосинтеза
- Процессы, происходящие в листе
- Современные представления о фотосинтезе
- Значение фотосинтеза в природе
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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 семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков — растения получают питательные вещества, прежде всего, не из почвы, а из воды. На два столетия в науке утвердилась теория водного питания растений. Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу.
К самому неожиданному, но правильному предположению о воздушном питании растений ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он поставил опыт, в результате которого он сделал вывод: растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет. Десять лет спустя, учёные поняли, что растение не просто превращает углекислый газ в кислород. Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями).
Воздушное питание растений называется фотосинтезом. Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве необычного продукта. Миллиарды лет назад на земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза. Фотосинтез сумел изменить весь облик нашей планеты!
Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса. Значение фотосинтеза не осознавалось до сравнительно недавнего времени. Аристотель и другие учёные Греции, наблюдая, что жизненные процессы животных зависят от потребления пищи,
полагали, что растения добывают свою «пищу» из почвы. Немногим более трехсот лет назад в одном из первых тщательно продуманных биологических экспериментов голландский врач Ян Ван Гельмонт представил доказательства того, что не одна почва кормит растение. Ван Гельмонт выращивал маленькое дерево ивы в глиняном горшке, добавляя в него только воду. Через пять лет масса игл увеличилась на 74,4 кг, в то время, как масса почвы уменьшилась только на 57 гр.
В конце XVIII века английский ученый Джозеф Пристли сообщил, что он «случайно обнаружил метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечей». 17 августа 1771 г. Пристли «… поместил живую веточку мяты в закрытый сосуд, в котором горела восковая свеча», а 21 числа того же месяца обнаружил, что «… другая свеча снова могла гореть в этом же сосуде». «Исправляющим началом, которым для этих целей пользуется природа, — полагал Пристли, — было растение». Он расширил свои наблюдения и скоро показал, что воздух, «исправляемый» растением, не был «совсем не подходящим для мыши».
Опыты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается «чистым» и может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных огней и дыхание множества живых организмов. Он говорил: «Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения произрастают не напрасно, а очищают и облагораживают нашу атмосферу».
Позднее голландский врач Ян Ингенхауз (1730-1799) подтвердил работу Пристли и показал, что воздух «исправляется» только на солнечном свету и только зелеными частями растения. В 1796 году Ингенхауз предположил, что углекислота разлагается при фотосинтезе на С и О2, а О2 выделяется в виде газа. В последствие было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода в сахарах и крахмале таково, что один атом углерода приходится на одну молекулу воды, на что и указывает слово «углеводы». Считалось общепринятым, что углеводы образуются из С и Н2О, а О2 выделяется из углекислоты. Это вполне разумная гипотеза была широко признана, но, как позднее выяснилось, она была совершенно неверной.
Исследователем, который опроверг эту общепринятую теорию, был Корнелиус ван Ниль из Стамфордского университета, когда он, будучи еще студентом — дипломником, исследовал метаболизм различных фотосинтезирующих бактерий. Одна группа таких бактерий, а именно пурпурные серные бактерии, восстанавливает С до углеводов, но не выделяет О2. Пурпурным серным бактериям для фотосинтеза необходим сероводород. В результате фотосинтеза внутри бактериальных клеток накапливаются частицы серы. Ван Ниль обнаружил, что для этих бактерий уравнение фотосинтеза может быть записано как:
свет
С О2 + 2Н2S → (Ch3O) + Н2О + 2S
Этот факт не привлекал внимания исследователей до тех пор, пока ван Ниль не сделал смелого сообщения и не предложил следующего суммарного уравнения фотосинтеза:
свет
С О2 + 2Н2А → (Ch3O) + Н2О + 2А
В этом уравнении Н2А представляет собой либо воду, либо другое окисляемое вещество, например, сероводород или свободный Н2. У зеленых растений и водорослей Н2А = Н2О. То есть ван Ниль предположил, что Н2О, а не углекислота, разлагается при фотосинтезе. Эта блестящая идея, выдвинутая в тридцатые годы, экспериментально была доказана позднее, когда исследователи, использую тяжелый изотоп О2(18О2), проследили путь кислорода от воды до газообразного состояния:
свет
С О2 + 2Н218О2 → (Ch3O) + Н2О + 18О2
Таким образом, для водорослей или зеленых растений, у которых вода служит донором электронов, суммарное уравнение фотосинтеза записывается следующим образом:
свет
6СО2 + 12Н2О → C6h22O6 + 6О2 + 6Н2О
Процессы, происходящие в листе
Лист осуществляет три важных процесса – фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе фотосинтеза в листьях из воды и двуокиси углерода под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в результате фотосинтеза и дыхания, растение выделяет кислород и двуокись углерода, а ночью – только двуокись углерода, образующуюся при дыхании.
Большинство растений способно синтезировать хлорофилл при слабом освещении. При прямом солнечном освещении хлорофилл синтезируется быстрее.
Необходимая для фотосинтеза световая энергия в известных пределах поглощается тем больше, чем меньше затемнен лист. Потому у растений в процессе эволюции выработалась способность поворачивать пластину листа к свету так, чтобы на нее падало больше солнечных лучей. Листья на растении располагаются так, чтобы не притеснять друг друга.
Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза служат преимущественно красные лучи спектра. На это указывает спектр поглощения хлорофилла, где наиболее интенсивная полоса поглощения наблюдается в красной, и менее интенсивное – в сине-фиолетовой части.
В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл. Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают красные и желтые. Некоторые ученые приписываю каротину и ксантофиллу роль экранов, защищающих хлорофилл от разрушительного действия синих лучей.
Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть – в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки.
Фотосинтез при различных условиях протекает с разной интенсивностью.
Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растения. Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.
Обычное содержание углекислоты в воздухе составляет 0,03% по объему. Уменьшение содержания углекислоты в воздухе снижает интенсивность фотосинтеза. Повышение содержания углекислоты до 0,5% увеличивает интенсивность фотосинтеза почти пропорционально. Однако при дальнейшем повышении содержания углекислоты, интенсивность фотосинтеза не возрастает, а при 1% — растение страдает.
Растения испаряют или трансперируют очень большое количество воды. Испарение воды является одной из причин восходящего тока. Вследствие испарения воды растением в нем накапливаются минеральные вещества, и происходит полезное для растения понижение температуры во время солнечного нагрева. Иногда трансперация снижает температуру растения на 6о.
Растение регулирует процесс испарения воды посредством работы устьиц. Отложение кутикулы или воскового налета на эпидерме, образование его волосков и другие приспособления направлены к сокращению нерегулируемой трансперации.
Процесс фотосинтеза и постоянное протекающее дыхание живых клеток листа требуют газообмена между внутренними тканями листа и атмосферой. В процессе фотосинтеза из атмосферы поглощается ассимилируемый углекислый газ и возвращается в атмосферу кислородом.
Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвращаемый в атмосферу (16О) принадлежит воде, а не углекислому газу воздуха, в котором преобладает другой его изотоп — 15О. При дыхании живых клеток (окисление свободным кислородом органических веществ внутри клетки до углекислого газа и воды) необходимо поступление из атмосферы кислорода и возвращение углекислоты. Этот газообмен также в основном осуществляется через устьичный аппарат.
Современные представления о фотосинтезе
В настоящее время известно, что фотосинтез проходит две стадии, но только одна из них – на свету. Доказательства двухстадийности процесса впервые были получены в 1905 году английским физиологом растений Ф.Ф. Блэклином, который исследовал влияние освещенности и температуры на объем фотосинтеза.
На основании экспериментов, Блэклин сделал следующие выводы:
1. Имеется одна группа светозависимых реакций, которые не зависят от температуры. Объем этих реакций в диапазоне низких освещенностей мог возрастать с увеличением освещенности, но не с увеличением температуры.
2. Имеется вторая группа реакций, зависимых от температуры, а не от света. Оказалось, что обе группы реакций необходимы для осуществления фотосинтеза. Увеличение объема только одной группы реакций увеличивает объем всего процесса, но только до того момента, пока вторая группа реакций не начнет удерживать первую. После этого необходимо ускорить вторую группу реакций, чтобы первые могли проходить без ограничений.
Таким образом, было показано, что обе стадии светозависимы: «световая и темновая». Важно помнить, что темновые реакции нормально проходят на свету и нуждаются в продуктах световой стадии. Выражение «темновые реакции» просто означает, что свет как таковой в них не участвует.
Объем темновых реакций возрастает с увеличением температуры, но только до 30о, а затем начинает падать. На основании этого факта предположили, что темновые реакции катализируются ферментами, поскольку обмен ферментативных реакций, таким образом, зависит от температуры. В последствие оказалось, что данный вывод был сделан неправильно.
На первой стадии фотосинтеза (световые реакции) энергия света используется для образования АТР (молекула аденозин-трифосфата) и высокоэнергетических переносчиков электронов. На второй стадии фотосинтеза (темновые реакции) энергетические продукты, образовавшиеся в световых реакциях, используются для восстановления СО2 до простого сахара (глюкозы).
Процесс фотосинтеза все больше и больше привлекает к себе внимание ученых. Наука близка к разрешению важнейшего вопроса – искусственного создания при помощи световой энергии ценных органических веществ из широко распространенных неорганических веществ. Проблема фотосинтеза усиленно разрабатывается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами.
В последнее время уже удалось искусственно получить синтез формальдегида и сахаристых веществ из водных растворов карбонатной кислоты; при этом роль поглотителя световой энергии играли вместо хлорофилла карбонаты кобальта и никеля. Недавно синтезирована молекула хлорофилла.
Успехи науки в области синтеза органических веществ наносят сокрушительный удар по идеалистическому учению – витализму, который доказывал, что для образования органических веществ из неорганических необходима особая «жизненная сила» и что человек не сможет синтезировать сложные органические вещества.
Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах. Он включает преобразования энергии (световой процесс), превращение вещества (темновой процесс). Световой процесс происходит в гилакоидах, темновой – в строме хлоропластов. Обобщенное циркулирование фотосинтеза выглядит следующим образом:
свет
6СО2 + 12Н2О → C6h22O6 + 6Н2О + 6О2
Два процесса фотосинтеза выражаются отдельными уравнениями
свет
12Н2О → 12h3 + 6О2 + энергия АТР
(световой процесс)
свет
12h3 + 6О2 + энергия АТР → С6Н12О6 + Н2О
(темновой процесс)
Значение фотосинтеза в природе
Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия – основной источник энергии для человечества.
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода.
Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта».
Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную или опосредованную базу питания всех других гетеротрофных организмов, фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей планете. Он – важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Хотя возможности воздействия на него еще не велики, но все же и они, в какой то мере используются. При повышении концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (против 0,3% в естественной атмосфере) удалось, например, повысить урожайность огурцов и томатов втрое.
Квадратный метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует около одного грамма сахара; это значит, что все растения, по приблизительной оценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в год. Около 60% этого количества поглощают леса, занимающие 30% непокрытой льдами поверхности суши, 32% — окультуренные земли, а оставшиеся 8% — растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков.
Зеленое растение способно не только использовать углекислый газ и создавать сахар, но и превращать азотные соединения, и соединения серы в вещества, слагающие его тело. Через корневую систему растение получает растворенные в почвенной воде ионы нитратов и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты – основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также возникают из соединений, образующихся в процессах обмена веществ и энергии. Из жирных кислот и глицерина возникают жиры и масла, которые служат для растения, главным образом, запасными веществами. В семенах приблизительно 80% всех растений, в качестве богатого энергией запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Айкхорн П. и др. «Современная ботаника».
- Артемов А. «Энциклопедия БИОЛОГИЯ», 1995.
- Коган В. Л. и др. «Биология», 1984.
- Медведева В. «Ботаника», 1980.
- Питерман И. и др. «Интересная ли ботаника?», 1979.
- Пенкин П. «Физиология растений», 1975.
- Челобитько Г. и др. «Ботаника», 1990.
referati-besplatno.ru
