Содержание
Космическая роль растений: в чем она заключается?
Космическая роль растений уже давно доказана многими учеными. Особую роль в исследовании этого процесса сыграл российский исследователь Климент Тимирязев. Именно он доказал, что данный процесс имеет жизненно важное значение. На каких же особенностях строения основано это уникальное свойство растительных организмов?
Космическая роль зеленых растений
Все живые организмы характеризуются определенными признаками. Однако все они нуждаются в кислороде для осуществления процесса дыхания. Космическая роль растений и заключается в обеспечении всех организмов этим жизненно важным веществом. Только растения способны производить его в ходе уникального процесса, который называется фотосинтез.
Представители растений: характерные черты строения
Почему же другие организмы не производят кислород в процессе своей жизнедеятельности? Потому что только растения имеют уникальные черты строения. Прежде всего это наличие в клетке зеленых пластид хлоропластов.
На внутренней поверхности этих органелл происходит процесс фотосинтеза, которым определяется космическая роль растений. Характерными признаками представителей этого царства живой природы является также наличие углевода целлюлозы в клеточной стенке. Это вещество придает поверхностному аппарату прочность и жесткость. В качестве запасного питательного вещества в цитоплазме клеток откладываются гранулы крахмала. Этот полисахарид образуется из многочисленных молекул глюкозы, синтезирующейся в процессе фотосинтеза. Для растений также характерен неограниченный рост. Это значит, что процесс количественных изменений у них происходит в течение всей жизни.
Суть процесса фотосинтеза
Итак, космическая роль растений проявляется в ходе фотосинтеза. Само название этого процесса свидетельствует об участии солнечного излучения в нем. И действительно, фотосинтез заключается в образовании органических веществ из минеральных при условии наличия квантов света. Происходит он только в зеленых пластидах хлоропластах.
На их внутренней поверхности углекислый газ взаимодействует с водой. Продуктами этой уникальной химической реакции является моносахарид глюкоза и кислород. Первое вещество растения используют в качестве источника энергии для осуществления процессов жизнедеятельности. А кислород участвует в процессах дыхания абсолютно всех живых организмов.
Условия протекания фотосинтеза
Синтез органических веществ и кислорода, в котором заключается космическая роль растений на земле, возможен только при наличии солнечного света. Учеными доказано, что от его количества зависит и интенсивность фотосинтеза. Она возрастает до освещенности в 15 тысяч люкс, а после идет на спад. Осенью происходит естественное уменьшение количества солнечного света. В результате листья меняют цвет и опадают. Суть этого процесса заключается в превращении зеленых пластид в желтые и багряные, которые называются хромопласты. При этом лист уже не может выполнять свои функции и прекращает жизнедеятельность. Листопад имеет защитное значение для растений в холодный период, поскольку этот процесс практически прекращает транспирацию.
Ведь терять влагу в период ее недостатка очень неразумно.
Солнечное излучение необходимо только на первой фазе фотосинтеза. Она так и называется — световая. В течение этого периода происходит накопление энергии для запуска сложной химической реакции и активации хлорофилла. После этого свет уже не нужен. Наступает темновая фаза, в ходе которой происходит накопление углеводов. Также обязательными условиями протекания фотосинтеза является наличие воды и углекислого газа.
Фотосинтез: космическая роль растений
Растения осуществляют удивительный круговорот. Они выделяют кислород, все живые организмы используют это вещество для окисления органических веществ, в результате чего выделяют углекислый газ. Именно он является необходимым условием и реагентом в процессе фотосинтеза. Способны к этому только растения. По типу питания они являются автотрофами, способными самостоятельно производить органические вещества. Космическая роль зеленых растений заключается в обеспечении необходимых условий для жизни живых организмов.
Причем, если традиционно считается, что именно леса являются «легкими планеты», то на самом деле огромная часть производимого на планете кислорода приходится на долю водных растений.
Итак, космическая роль растений заключается в осуществлении процесса фотосинтеза. В его ходе в пластидах хлоропластах при наличии воды и углекислого газа происходит волшебное появление глюкозы и кислорода, необходимого для дыхания всех живых организмов, обитающих в биосфере.
Подведем итоги. Космическая роль растений на Земле
1. Найдите в тексте параграфа слова К.А. Тимирязева о луче солнца, который упал на землю, но не пропал благодаря «хлорофилловому зерну». Предложите схему пищевой цепи, поясняющую слова учёного.
2. Фотосинтез — процесс питания растений, который можно выразить следующим образом… Объясните, почему от процесса фотосинтеза зависит жизнь других обитателей нашей планеты.
Всем обитателям нашей планеты для жизни необходимы органические вещества и кислород для дыхания, но производить их могут только растения в процессе фотосинтеза.
3. Энергия необходима каждой живой клетке, каждому органу живого организма. Солнце — источник энергии, необходимой для всего живого на Земле. Почему же говорят о космической роли только зелёных растений, а не всех обитателей планеты?
Только зеленые растения могут использовать энергию солнечного света для производства органических веществ и образования кислорода.
4. Энергия Солнца, преобразованная растением в химическую энергию, заключена в органических веществах. Как называется химический процесс, в результате которого организм высвобождает энергию, заключённую в органических веществах? Назовите этот процесс и допишите схему химической реакции, лежащей в основе этого процесса. В случае затруднения вернитесь к § 15.
Этот процесс называется дыхание.
Органическое вещество + кислород = углекислый газ + вода + энергия
5. В растительном организме протекают два противоположных процесса, обеспечивающие его жизнедеятельность. Это процесс фотосинтеза и процесс дыхания. Используя схемы, приведённые в п. 3 и 5, дайте сравнительную характеристику этим процессам. Ответ запишите в таблицу, проставив знаки «+» и «—».
6. Используя полученные знания о процессах, происходящих в растении, объясните результаты описанных ниже опытов.
1. Около 300 лет назад знаменитый голландский учёный Ян Баптист ван Гельмонт решил поставить опыт. В горшок он поместил 80 кг земли и посадил ветку ивы. Землю в горшке прикрыл, чтобы в неё не попала пыль. Поливали ветку только дождевой водой, которая не содержала никаких питательных веществ. Через 5 лет выросшую иву вынули из земли и взвесили. Её масса за 5 лет увеличилась на 65 кг. Масса же земли в горшке уменьшилась всего на 50 г.
Откуда же растение взяло 64 кг 950 г органического вещества? Ван Гельмонт ответить на этот вопрос не смог. Предстояло раскрыть ещё много тайн живых растений, чтобы найти ответ.
Может быть, вы сможете объяснить загадку этого опыта? Вместо подробного ответа заполните в тетради таблицу.
2. Учёный-химик Джозеф Пристли провёл в 1771 году опыт. Под один стеклянный колпак он поместил мышь вместе с веткой растения, под другой — только мышь. Под первым колпаком мышь осталась жива, под вторым — погибла.
Выскажите свои предположения о причинах полученных результатов в том и другом случае. Составьте план ответа.
1.
2. Под первым колпаком рядом с мышью находилось зеленое растение, в котором проходил процесс фотосинтеза и выделялся кислород. Поэтому мышь была обеспечена кислородом для дыхания. Под вторым колпаком растения не было. Пространство ограничено, поэтому, когда кончился кислород, мышь задохнулась.
Проверьте себя.
Поставьте нужные надписи в рисунке а; поясните рисунки Б, В и Г.
На рисунке Б приведены доказательства того, что для процесса фотосинтеза необходим свет.
Рисунок В иллюстрирует применение знаний о фотосинтезе на практике.
На рисунке Г представлен опыт, который подтверждает, что листья на свету выделяют кислород.
Что космические условия могут рассказать нам о растениях на Земле? – HudsonAlpha Institute for Biotechnology
Автор: Сара Шарман, доктор философии, научный писатель
Человечество всегда смотрело в ночное небо с удивлением и недоумевало, что находится в бескрайней тьме, покрытой звездами. В 1609 году Галилей стал первым человеком, зафиксировавшим наблюдения неба, сделанные с помощью телескопа, приблизив к реальности тайны великого неизведанного.
Первый космонавт (точнее, советский космонавт) побывал в космосе в 1961, а теперь некосмонавтов запускают на край земной атмосферы для развлечения.
Максимальное время пребывания космонавта в космосе — 437 дней. Но у космического сообщества есть большие планы на то, что люди однажды будут постоянно жить в космосе и на других планетах, таких как Марс. Чтобы достичь этой цели, ученые пытаются выяснить, как поддерживать жизнь в космосе без необходимости дорогостоящих и трудоемких поставок.
Растения предлагают многообещающее решение для обеспечения продовольствием за тысячи миль от Земли. Выращивание сельскохозяйственных культур на космических станциях не только дополнит здоровую диету, но и удалит токсичный углекислый газ из воздуха внутри космического корабля и создаст необходимый для жизни кислород. Давайте узнаем о некоторых проблемах выращивания растений в космосе и о том, как решения находят применение здесь, на Земле.
Какие проблемы возникают при выращивании растений в космосе?
Выращивание растений в космосе — довольно сложная задача. Космическое сообщество пытается это сделать вот уже несколько десятилетий.
Чтобы понять некоторые проблемы выращивания растений в космосе, давайте сначала рассмотрим некоторые элементы, влияющие на рост и выживание растений.
Ограниченное доступное пространство
- Закрытые помещения космического корабля сильно отличаются от больших участков сельскохозяйственных угодий, которые есть на Земле. Контейнеры для выращивания должны быть компактными, но в то же время иметь большую полезность. Автоматизация и возможность регулировать полив, влажность, освещение, циркуляцию воздуха и подачу питательных веществ — идеальные черты системы выращивания.
- Исследователи работают над созданием многоярусных контейнеров для выращивания, которые занимают меньше места, но могут одновременно выращивать различные овощи и растения.
Как ученые выращивают растения в космосе?
Фото: НАСА
Растения можно выращивать в космосе, если удовлетворяются все их потребности. Ученые разработали специальные контейнеры, решающие ряд проблем, описанных выше.
Первая переносная коробка для выращивания растений под названием Veggie была отправлена на Международную космическую станцию (МКС) в 2014 году.0005
Огород размером с ручную кладь и обычно вмещает шесть растений. Каждое растение растет в похожем на подушку мешочке, наполненном питательной средой и удобрением. Подушки важны для распределения воды, питательных веществ и воздуха вокруг корней в здоровом балансе.
Сначала астронавты выращивали салат в системе Veggie. Они потерпели неудачу несколько раз, но в 2015 году в конце концов впервые попробовали выращенный в космосе салат. Сейчас Veggie успешно выращивает в космосе три вида салата, пекинскую капусту, красную русскую капусту, горчицу мизуна и цветы циннии.
В дополнение к двум ящикам для выращивания овощей на МКС также есть система выращивания растений другого типа, которая называется Advanced Plant Habitat. Advanced Plant Habitat похож на Veggie, но он закрыт и автоматизирован с помощью камер и более 180 датчиков, которые находятся в постоянном интерактивном контакте с командой на Земле.
Он не требует особого повседневного ухода от экипажа.
Advanced Plant Habitat имеет больше цветов светодиодов, чем Veggie, с красным, зеленым и синим светом, а также белым, дальним красным и даже инфракрасным, что позволяет получать изображения растений в ночное время. В конце 2021 года астронавты успешно использовали Advanced Plant Habitat для выращивания перца чили. Они собрали перцы и съели несколько штук, а остальные упаковали, чтобы вернуться на Землю для анализа.
Могут ли космические растения рассказать нам что-нибудь о растениях на Земле?
Изучение того, как выращивать растения в космосе, поможет ученым более эффективно выращивать растения в сложных условиях здесь, на Земле. МКС — это национальная лаборатория США, которая служит важным местом для проведения научных прорывов и технологических достижений, невозможных на Земле.
Исследователи из Института биотехнологии HudsonAlpha участвуют в проекте, в ходе которого клетки хлопка недавно были отправлены на МКС на борту миссии SpaceX Dragon по пополнению запасов.
Проект был выбран победителем конкурса Cotton Sustainability Challenge, проводимого Центром развития науки в космосе и спонсируемого Target Corporation.
Проект под названием «Открытие генома хлопка для точной генетики» исследует геном хлопка и то, как он по-разному реагирует в условиях микрогравитации и нормальной гравитации. Ученые из Центра секвенирования генома HudsonAlpha и лаборатории Криса Саски, доктора философии, в Университете Клемсона секвенируют как образцы, выращенные на Земле, так и образцы, возвращенные из космоса, в поисках различий на генетическом уровне.
Хлопок как вид отличается очень небольшим разнообразием, что ограничивает возможности повышения устойчивости хлопка с помощью традиционных методов селекции. С помощью этого проекта исследователи надеются увеличить скорость, с которой ученые смогут преобразовывать хлопок. Это открыло бы возможность быстро тестировать гены, связанные с полезными свойствами, и вносить положительные целевые модификации в важные линии хлопка для производителей США и многих отраслей, зависящих от производства хлопка высокого качества.
Чтобы узнать больше о хлопковом проекте, вы можете прочитать эту историю от Клемсона. Или, если вам больше нравится слушать, зайдите на сайт Tiny Expeditions, чтобы узнать об этом и других интересных проектах о растениях в космосе.
растений! В! Пространство! — Scientific American Blog Network
Поделиться в Facebook
Поделиться в Twitter
Поделиться на Reddit
Поделиться на LinkedIn 90202
5
0002 Поделиться по электронной почте
Распечатать
Сегодня Международный день увлечения растениями, поэтому я хотел поделиться некоторыми науками о растениях, которыми я недавно был очарован. Я стал немного одержим исследованиями выращивания растений в космосе, того, как растения реагируют на микрогравитацию, и потенциалом космического сельского хозяйства. Исследования растений в космосе сосредоточены на выращивании растений для длительных космических полетов, где растения могут не только кормить космонавтов, но и очищать воздух от углекислого газа, производить кислород и перерабатывать воду.
Обмен питательными веществами и отходами между растениями и астронавтами может стать краеугольным камнем биорегенеративной системы жизнеобеспечения (BLSS) для орбитальных космических станций и, возможно, даже будущих космических колоний.
Растения путешествовали в космос после некоторых из самых ранних орбитальных миссий, и эксперименты по изучению того, как семена прорастают и растут в космосе, использовались для изучения того, как растения реагируют на свет, воду и кислород, без искажающей переменной того, как растения реагируют. к гравитации. Хотя растения можно выращивать из семян в специально сконструированных камерах для выращивания в космосе, а семена, доставленные на орбиту, могут вырасти, когда их вернут на Землю (например, лунные деревья, которые вращались вокруг Луны во время миссии «Аполлон-14»), потребовалось почти 40 лет исследований, прежде чем растения, выращенные в космосе, могут образовывать плодородные семена и размножаться, создавая самодостаточное сельское хозяйство.
Микрогравитация влияет на растения разными способами, изменяя способ диффузии воды через почву к корням и поднимаясь вверх по стеблям, и, что важно, изменяя движение воздуха вокруг растения и обмен газами, такими как кислород и углекислый газ. Состав воздуха в кабине на борту космического корабля, а также вентиляция вокруг установки для улучшения воздухообмена должны очень точно контролироваться, чтобы обеспечить воспроизводство на борту. Даже после того, как условия были оптимизированы и растения могли давать плодородные семена, особенности микрогравитации могут влиять на метаболизм растений, часто ограничивая их устойчивость и питательные свойства.
Изменение воздушного потока, а также изменения метаболизма растений в космосе могут влиять и на другие характеристики растений, включая их запах. Миниатюрная роза «Ночной аромат» была отправлена на орбиту в 1998 году в рамках миссии космического корабля «Дискавери» STS-95, чтобы идентифицировать запах цветка в космосе. Джон Гленн, первый американец, вышедший на орбиту Земли, также стал самым старым человеком, совершившим полет в космос во время этой миссии, где он провел анализ свободного пространства, чтобы уловить запах космической розы.
Общий аромат был приятным, но гораздо менее выраженным по сравнению с запахом розы, выращенной на Земле. Анализ компонентов летучих веществ розы показал, что, хотя запах в целом уменьшился, производство основных компонентов запаха розы, фенилэтилового спирта, цитронеллола, гераниола и метилгераната фактически увеличилось в космосе. Этот ультра-розовый запах космической розы был ресинтезирован на основе запаха свободного пространства и является основной нотой в аромате Shiseido Zen [PDF].
Растения в космосе могут рассказать нам о потенциале жизни на орбите и обустройстве территории на последнем рубеже, а также об удивительной биологии и химии растений, которые делают возможной жизнь на Земле. Я очарован лунным деревом и космической розой, а также движением растущих корней растений, не контролируемых силой тяжести. Растения очаровательны, на Земле и в космосе.
Выраженные взгляды принадлежат автору (авторам) и не обязательно совпадают с мнением Scientific American.
ОБ АВТОРАХ
Кристина Агапакис — биолог, дизайнер и писатель, придерживающаяся экологического и эволюционного подхода к синтетической биологии и биологической инженерии.