Роль процесса фотосинтеза

Космическая роль растений уже давно доказана многими учеными Особую роль 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. Половое размножение существенно отличается от бесполого тем, что данном случае генотип потомков возникает результате перекомбинации генов, принадлежащих обоим родителям Это повышает возможности организмов приспособлении меняющимся условиям среды. Десять лет спустя учёные поняли, что растение не просто превращает углекислый газ кислород Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей вместе с водой и минеральными солями. Немногим более трехсот лет назад 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 глиняном горшке, добавляя него только воду. 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 17301799 подтвердил работу Пристли и показал, что воздух исправляется только на солнечном свету и только зелеными частями растения В 1796 Ингенхауз предположил, что углекислота разлагается при фотосинтезе на С и О 2 а О 2 выделяется виде газа Впоследствии было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода 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 Н 2 О, а О 2 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 студентомдипломником, исследовал метаболизм различных фотосинтезирующих бактерий Одна группа таких бактерий, а именно пурпурные серные бактерии, восстанавливает С до углеводов, но не выделяет О 2 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.

В этом уравнении Н 2 А представляет собой либо воду, либо другое окисляемое вещество, например сероводород или свободный Н 2 У зеленых растений и водорослей Н 2 А Н 2 О То есть ван Ниль предположил, что Н 2 О, а не углекислота разлагается при фотосинтезе Эта блестящая идея, выдвинутая тридцатые годы, экспериментально была доказана позднее, когда исследователи, используя тяжелый изотоп О 2 18 О 2, проследили путь кислорода от воды до газообразного состояния. Большинство растений способно синтезировать хлорофилл при слабом освещении При прямом солнечном освещении хлорофилл синтезируется быстрее. Необходимая для фотосинтеза световая энергия известных пределах поглощается тем больше, чем меньше затемнен лист Потому у растений 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. Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть темноте Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы сахар, а затем крахмал, органические кислоты, аминокислоты, белки. Обычное содержание углекислоты воздухе составляет 0, 03 по объему Уменьшение содержания углекислоты 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, нем накапливаются минеральные вещества и происходит полезное для растения понижение температуры во время солнечного нагрева Иногда трансперация снижает температуру растения на.

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 атмосферу кислородом. Таким образом, было показано, что обе стадии светозависимы световая и темновая Важно помнить, что темновые реакции нормально проходят на свету и нуждаются продуктах световой стадии Выражение темновые реакции просто означает, что свет как таковой них не участвует. Фотосинтез растениях осуществляется хлоропластах Он включает преобразование энергии световой процесс, превращение вещества темновой процесс Световой процесс происходит гилакоидах, темновой строме хлоропластов Обобщенное циркулирование фотосинтеза выглядит следующим образом. Значение фотосинтеза природе Фотосинтез единственный процесс биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника Запасенная продуктах фотосинтеза энергия основной источник энергии для человечества. Из всех перечисленных типов питания углеродом фотосинтез зеленых растений, при котором построение органических соединений идет за счет простых неорганических веществ С0 2 и Н 2 0 с использованием энергии солнечного света, занимает совершенно особое место Общее уравнение фотосинтеза. В процессе фотосинтеза из простых неорганических соединений С0 2 Н 2 0 строятся различные органические вещества В результате происходит перестройка химических связей вместо связей С О и Н О возникают связи С С и С Н, которых электроны занимают более высокий энергетический уровень Таким образом, богатые энергией органические вещества, которыми питаются и за счет которых получают энергию процессе дыхания животные и человек, первоначально создаются зеленом листе Можно сказать, что практически вся живая материя на Земле является результатом фотосинтетической деятельности. Датой открытия процесса фотосинтеза можно считать 1771 Английский ученый Дж Пристли обратил внимание на изменение состава воздуха вследствие жизнедеятельности животных В присутствии зеленых растений воздух вновь становился пригодным как для дыхания, так и для горения В дальнейшем работами ряда ученых Я Ингенгауз, Ж Сенебье, Т Соссюр, Ж Б Буссенго было установлено, что зеленые растения из воздуха поглощают С0 2 из которого при участии воды на свету образуется органическое вещество Именно этот процесс 1877 немецкий ученый В Пфеффер назвал фотосинтезом Большое значение для раскрытия сущности фотосинтеза имел закон сохранения энергии, сформулированный Р Майером В 1845 Р Майер выдвинул предположение, что энергия, используемая растениями, это энергия Солнца, которую растения процессе фотосинтеза превращают химическую энергию Это положение было развито и экспериментально подтверждено исследованиях замечательного русского ученого К А Тимирязева.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний своей учебе и работе, будут вам очень благодарны. Оксигенный гораздо более широко распространён Осуществляется растениями, цианобактериями и прохлорофитами. Первая возможность реализуется светособирающих комплексах, вторая реакционных центрах, где переходящий возбужденное состояние под воздействием кванта света хлорофилл становится донором электрона восстановителем и передаёт его на первичный акцептор Чтобы предотвратить возвращение электрона на положительно заряженный хлорофилл, первичный акцептор передаёт его вторичному Кроме того, время жизни полученных соединений выше чем у возбуждённой молекулы хлорофилла Происходит стабилизация энергии и разделения зарядов Для дальнейшей стабилизации вторичный донор электронов восстанавливает положительно заряженный хлорофилл, первичным донором же является случае оксигенного фотосинтеза вода. Белок пластоцианин, восстановленный b6f комплексе, транспортируется к реакционному центру первой фотосистемы со стороны внутритилакоидного пространства и передаёт электрон на окисленный. В 1955 была выделена и очищена bisco С4 фотосинтез был описан Ю С Карпиловым 1960 и М Д Хэтчем и К Р Слэком. Сущность процесса фотосинтеза процесса превращения углекислого газа и воды углеводы и кислород под действием энергии солнечного света Зелёный пигмент хлорофилл, и органы растений его содержащие хлоропласты Световая и темновая фазы фотосинтеза. Во все органические вещества входит химический элемент углерод Именно растения связывают его органические вещества глюкозу, получая из неорганических углекислого газа И делают они это процессе фотосинтеза В дальнейшем, путешествуя по пищевым цепям, углерод переходит из одних органических соединений другие В конечном итоге, при гибели организмов и их разложении, углерод снова переходит неорганические вещества. Световая энергия процессе фотосинтеза превращается доступную для всех организмов энергию химических связей органических веществ, запасаемую продуктах фотосинтеза простые углеводы, крахмал и другие полисахариды В процессе фотосинтеза зеленые растения и цианобактерии выделяют кислород, который используется при дыхании организмов зеленые и пурпурные бактерии кислород не выделяют. Космическая роль фотосинтеза объясняется тем, что это процесс на Земле, идущий глобальном масштабе и связанный с превращением энергии солнечного излучения энергию химических связей сложных органических веществ Эта космическая энергия, запасаемая зелеными растениями, и составляет основу жизнедеятельности всех организмов от бактерий до человека. Изучение фотосинтеза имеет существенное значение для развития сельского хозяйства, поскольку урожайность растений напрямую зависит от интенсивности процесса фотосинтеза.

Хемосинтезирующими организмами также являются бактерии, которые используют качестве источника углерода углекислый газ и энергию химических реакций а не световую, как это происходит при фотосинтезе Энергия, выделяющаяся при окислении неорганических веществ, запасается клетках форме. В водоемах, которых вода содержит сероводород, живут бесцветные серобактерии Энергию, необходимую для синтеза органических веществ из углекислого газа, они получают на основе идущих с их участием реакций окисления сероводорода. Важную роль природе играют нитрифицирующие бактерии, живущие почве и некоторых водоемах и добывающие энергию окислением аммиака и азотистой кислоты Аммиак водоемах и почве образуется при гниении белков, там он окисляется бактериями Этот процесс происходит почве колоссальных масштабах, служит источником нитратов и представляет собой важнейший фактор плодородия почвы. Чрезвычайно широко распространены природе бактерии, живущие как пресных водоемах, так и морях, и окисляющие соединения железа и марганца Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей откладывается огромное количество железных и марганцевых. Проблема происхождения жизни актуальна современном естествознании По ней ведутся интенсивные исследования различных научных центрах нашей страны и за рубежом Огромное количество разрозненных эмпирических данных требует новых подходов, новых принципов обобщения Проблема происхождения жизни является комплексной, и ее решение становится не под силу одному человеку. Актуальность работы изучив историю научного открытия и познакомившись с процессом фотосинтеза, становится понятно, насколько велико значение зеленых растений природе оно одевает, кормит и согревает людей, дает красоту, кислород, без которого невозможна жизнь всего живого на земле. 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 начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт Он взвесил землю 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.

Позднее голландский врач Ян Ингенхауз 17301799 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 виде газа В последствие было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода 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 студентомдипломником, 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. Органические вещества, которые образуются фотосинтезирующих клетках из углекислого газа, воды, азота атмосферы и неорганических солей почвы или водных сред, используются всеми живыми существами нашей планеты, которые не способны к фотосинтезу В число этих существ входят все животные и человек, живущие благодаря трансформированной растениями энергии солнца Исключение составляют хемосинтезирующие микроорганизмы, о которых речь будет далее Фотосинтезирующие клетки, захватывая углекислый газ из атмосферы, выделяют нее кислород. В результате этого наступил следующий важный этап развитии жизни на Земле этап кислородной или аэробной, жизни Первые клетки, способные использовать энергию солнечного света, возникли, очевидно, около 3 млрд лет назад Это были одноклеточные синезеленые водоросли Окаменелые остатки таких клеток были найдены слоях сланцев, относящихся к тому периоду истории Земли, который называют архейской эрой Потребовалось еще более 1 млрд лет для насыщения атмосферы Земли кислородом и возникновения аэробных клеток. Очевидно, что планетарная роль растений и иных фотосинтезирующихорганизмов исключительно велика. Фотосинтез является главным входом неорганического углерода биологический цикл Весь свободный кислород атмосферы биогенного происхождения и является побочным товаром фотосинтеза Формирование окислительной атмосферы кислородная катастрофа полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом древесина, уголь, нефть, волокнами целлюлоза и бесчисленными полезными химическими соединениями Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха ходе фотосинтеза, образуется около 9095 сухого веса урожая Остальные 510 приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы Человек использует около 7 продуктов фотосинтеза пищу, качестве корма для животных и виде топлива и строительных материалов. За последние десятилетия понимание происхождения жизни сделало огромные успехи Остается надеяться, что следующее десятилетие принесет еще больше новые исследования очень активно ведутся во многих областях. Агапова О В Агапов В И Лекции по концепциям современного естествознания Вузовский курс Рязань Биология Слюсарев А О Самсонов О В Мухин В М и др под ред В О Мотузного 2е изд испр К Вища школа, 1995г. Среди многообразных процессов жизнх фотосинтез зеленых растений пожалуй имеет наибольшее значение для человечества, настоящее время получающего из этого источника около 99 всей потребляемой им энергии Как известно, 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 окрун Смотреть страницы где упоминается термин Фотосинтез космическая роль c 230 Физиология растений 1989 c 61. О роли зеленого растения на Земле К А Тимирязев говорил так Едва ли какой процесс, совершающийся на поверхности земли заслуживает такой степени всеобщего внимания, как тот далеко ещё не разгаданный процесс, который происходит зеленом листе, когда на него падает луч солнца это процесс, от которого конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества. Cколько гектаров леса необходимо для того, чтобы население Алтайского края не страдало от кислородного голодания. Методы исследования поиск, изучение и анализ теоретического материала проведение опытов и их описание, сравнительный анализ.

Научное и практическое значение работы результаты работы будут представлять интерес и значимость учебном процессе курса биологии, а так же на районном, краевом и федеральном уровнях работникам лесного хозяйства. 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 начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт Он взвесил землю 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 науке утвердилась теория водного питания растений Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу. Техника безопасности соблюдать осторожность при работе со спиртовкой, спиртом, горячей водой, чтобы не вызвать ожоги. Затем я продолжила опыт На этом же растении на один из листочков с двух сторон 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 растворе йода, не окрасилось, а та часть листа, которая была открыта солнечным лучам окрасилась фиолетовый цвет Я пришла к выводу, что на свету растении, зеленых листьях, образуется крахмал.

Оборудование растение хлорофитум пестролистный, штатив, спиртовка, вода, спирт, пинцет. Зеленая окраска листа хлорофилл растворяется спирте Когда лист обесцветился, его ополоснула воде и опустила раствор йода цвет крепкого чая, налитого блюдце Я увидела, что лист посинел не по всей поверхности, а только там, где он зеленый, а белые полоски на листе остались бесцветными. Оборудование стеклянная банка, воронка, пробирка, вода, водное растение элодея из аквариума, лучинка, раствор пищевой соды. В стеклянную банку налила воду Скальпелем отрезала две веточки элодеи, поместила 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 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 пробирку начал выделяться газ Когда газа 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 неё лучинку с тлеющим угольком Лучинка вспыхнула ярко. Фотосинтез единственный процесс биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника Запасенная продуктах фотосинтеза энергия основной источник энергии для человечества. Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СO 2 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 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, какой то мере используются При повышении концентрации углекислого газа воздухе до 0, 1 против 0, 3 естественной атмосфере удалось, например, повысить урожайность огурцов и томатов втрое. Что первично, а что вторично процессе протекания фотосинтеза В листе первично синтез органических веществ из неорганических, а кислород образуется как побочный продукт. 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 природе. Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались растении ли, животном или человеке, прошли через лист вне листа природе не существует лаборатории, где бы выделывалось органическое вещество Без усвоения растениями углерода на земле не было бы жизни том виде, каком она есть сейчас Таким образом, мы восходим до самого общего представления о жизни растения, до понятия о его значении, о его роли органическом мире Это роль посредника между солнцем и животным миром Растение или, вернее, самый типичный его орган хлорофилловое зерно представляет то звено, которое связывает деятельность всего органического мира, все то, что мы называем жизнью, с центральным очагом энергии нашей планетной системе.

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. Ответ для восстановления нормального состава воздуха необходимо 120 869, 15 га леса. Новизна проведено исследование и получены результаты, которые доказывают, что растения это продуценты и жизнь на Земле существует только благодаря их деятельности. Поэтому, настоящее время, буду призывать всех учащихся к тому, чтобы озеленить классы и коридоры как можно больше. Таким образом, учебное проектирование я рассматриваю как учебнопроизводственный 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.

Интенсивность, или скорость процесса фотосинтеза растении зависит от ряда внутренних и внешних факторов Из внутренних факторов наиболее важное значение имеют структура листа и содержание нем хлорофилла, скорость накопления продуктов фотосинтеза хлоропластах, влияние ферментов, а также наличие малых концентраций необходимых неорганических веществ Внешние параметры это количество и качество света, попадающего на листья, температура окружающей среды, концентрация углекислоты и кислорода атмосфере вблизи растения. Скорость фотосинтеза возрастает линейно, или прямо пропорционально увеличению интенсивности света По мере дальнейшего увеличения интенсивности света нарастание фотосинтеза становится все менее и менее выраженным, и, наконец, прекращается, когда освещенность достигает определенного уровня 10000 люкс Дальнейшее увеличение интенсивности света уже не влияет на скорость фотосинтеза Область стабильной скорости фотосинтеза называется областью светонасыщения Если нужно увеличить скорость фотосинтеза этой области, следует изменять не интенсивность света, а какиелибо другие факторы Интенсивность солнечного света, попадающего ясный летний день на поверхность земли, во многих местах нашей планеты составляет примерно 100000 люкс Следовательно, растениям, за исключением тех, которые растут густых лесах и тени, падающего солнечного света бывает достаточно для насыщения их фотосинтетической активности энергия квантов, соответствующих крайним участкам видимого диапазона фиолетового и красного, различается всего лишь два раза, и все фотоны этого диапазона принципе способны осуществить запуск фотосинтеза. Мезоструктура включает систему морфофизиологических характеристик фотосинтетического аппарата листа, хлоренхимы и клезофилла Основные показатели мезоструктуры фотосинте. IV объем хлоропластов, площадь проекции хлоропласта, мкм2, поверхность хлоропласта Среднее число хлоропластов у закончившего рост листа обычно достигает 1030, у некоторых видов оно превышает 400 Это соответствует млн хлоропластов расчете на 1 см2площади листа Хлоропласты сосредоточены клетках различных тканей количестве 15 80 штук на клетку Средний объем хлоропласта один мкм2 У большинства растений суммарный объем всех хлоропластов составляет 1020, у древесных растений до 35 объема клетки Отношение общей поверхности хлоропластов к площади листа находится пределах 38 В одном хлоропласте содержится разное количество молекул хлорофилла, у тенелюбивых видов их число возрастает Приведенные выше показатели могут значительно варьировать зависимости от физиологического состояния и экологических условий роста растений По данным А Т Мокроносова, молодом листе активизация фотосинтеза при удалении 5080 листа обеспечивается увеличением числа хлоропластов клетке без изменения их индивидуальной активности, то время как листе, окончившем рост, усиление фотосинтеза после дефолиации происходит за счет повышения активности каждого хлоропласта без изменения их числа Анализ мезоструктуры показал, что адаптация к условиям освещения вызывает перестройку, которая оптимизирует светопоглошающие свойства листа. Микроскопические исследования хлоропласта, техника криоскопии позволили сформулировать пространственную модель объемной организация хлоропластов Наиболее известна гранулярнорешетчатая модель Дж ХеслопХаррисона.

Таким образом, фотосинтез это сложный процесс преобразования световой энергии энергию химических связей органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и других организмов, не способных к самостоятельному синтезу органических веществ. Фотосинтез образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода. В 1860х было высказано предположение, что диоксид углерода растениях восстанавливается до органических кислот, частности, муравьиной и щавелевой Затем эти кислоты при дальнейшем восстановлении переходят углеводы В 1861 русский химик Александр Михайлович Бутлеров получил при действии известковой воды на формальдегид сиропообразное вещество, содержащее углеводы Основываясь на этом открытии, немецкий химик Адольф Байер 1870 высказал предположение, что первичным продуктом восстановления диоксида углерода зеленых растениях является формальдегид, который затем превращается углеводы Эта гипотеза привлекла всеобщее внимание она казалась наиболее правдоподобной Однако она ничего не говорила о механизме выделения кислорода. В 20 было установлено, что процесс фотосинтеза начинается на свету фоторецепторах хлорофиллов, однако многие из последующих стадий могут протекать темноте Общий процесс является эндотермическим. В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен виде простого уравнения.

Наряду с фотосинтезом на Земле совершаются примерно равноценные по масштабам, но противоположные по направлению процессы окисления органических веществ и восстановленного углерода при горении топливных материалов каменный уголь, нефть, газ, торф, дрова и, при расходовании органических веществ живыми организмами процессе их жизнедеятельности дыхание, брожение, результате которых образуются полностью окисленные соединения углекислый газ и вода, и освобождается энергия Затем с помощью энергии солнечной радиации углекислый газ, вода снова вовлекаются процессы фотосинтеза, энергия солнечного света, используемая при фотосинтезе, служит движущей силой колоссального по размерам круговорота на Земле таких элементов, как углерод, водород, кислород В этот круговорот включаются и многие др элементы N, S, Р, Mg, Ca и др За время существования Земли благодаря фотосинтезу важнейшие элементы и вещества прошли уже много тысяч циклов полного круговорота. Следствием появления на Земле мира фотосинтезирующих растений и непрерывного новообразования ими больших количеств богатых энергией органических веществ явилось развитие мира гетеротрофных организмов бактерий, грибов, животных, человека потребителей этих веществ и энергии В результате процессе дыхания, брожения, гниения, сжигания органические соединения стали окисляться и подвергаться разложению таких же количествах, каких образуют их высшие растения, водоросли, бактерии На Земле установился круговорот веществ, котором сумма жизни на нашей планете определяется масштабами фотосинтеза В текущем геологическом периоде антропогеновом размеры фотосинтетической продуктивности на Земле, вероятно, стабилизировались Однако связи с бурно возрастающим использованием продуктов фотосинтеза основным её потребителем человеком приходится думать о предстоящем истощении горючих ископаемых, пищевых, лесных ресурсов и Недостаточна фотосинтетическая мощность современной растительности для регенерации атмосферы растительность Земли не способна полностью усваивать весь углекислый газ относительное содержание его атмосфере за последние 100 лет медленно, но неуклонно возрастает, дополнительно поступающий окружающую среду результате бурно возрастающих масштабов добычи и сжигания горючих ископаемых. При этом потенциальная фотосинтетическая активность растений используется далеко не полно Проблема сохранения, умножения и наилучшего использования фотосинтетической продуктивности растений одна из важнейших современном естествознании и практической деятельности человека. Таким образом, основе фотосинтеза лежит превращение электромагнитной энергии света химическую энергию Эта энергия, конце концов, дает возможность превращать диоксид углерода углеводы и другие органические соединения с выделением кислорода Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода. Уникальная роль процесса фотосинтеза на Земле Физические и фотохимические процессы Образование энергии мембране тилакоида. Самостоятельно выделить и сформулировать познавательную цель, произвести поиск и выделение необходимой информации, проанализировать полученные знания, создать алгоритм своей деятельности при решении данного творческого задания.

В группе специфических для химического образования предметных умений известный ученый методистхимик М С Пак выделяет следующие 10 типов умений. Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит. Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют кислород продукт жизнедеятельности растений К тому же, фотосинтез играет важнейшую роль круговороте углерода природе. Фотосинтез играет ведущую роль биосферных процессах, приводя глобальных масштабах к образованию органического вещества из неорганического Фотосинтезирующие организмы, используя солнечную энергию реакциях фотосинтеза, осуществляют связь жизни на Земле со Вселенной и определяют конечном итоге всю ее сложность и разнообразие Гетеротрофные организмы животные, грибы, большинство бактерий, а также бесхлорофилльные растения и водоросли обязаны своим существованием автотрофным организмам растениямфотосинтетикам, создающим на Земле органическое вещество и восполняющим убыль кислорода атмосфере Человечество все более осознает очевидную истину, впервые научно обоснованную К А Тимирязевым и В И Вернадским экологическое благополучие биосферы и существование самого человечества зависит от состояния растительного покрова нашей планеты. Во многих случаях, фотофизические и фотохимические процессы связаны с образованием триплетных возбужденных молекул или триплетных экситонов. Энергия кванта излучения, поглощенная молекулой, может расходоваться фотофизических и фотохимических процессах В результате фотофизических процессов происходит рассеивание поглощенной энергии или передача ее другим молекулам. Важно заметить, что из правила сохранения спина вытекает разная реакционная способность при фотофизических и фотохимических процессах переноса энергии от электронновозбужденного атома или молекулы к триплетным или синглетным молекулам Поэтому правило Вигнера широко применяется к фотофизическим спектроскопическим процессам Эти работы привели к созданию эффективных конверторов инфракрасного излучения видимое без предварительного возбуждения и к развитию новых представлений о механизме явления сенсибилизации фотофизических и фотохимических процессов том числе очувствления оптической сенсибилизации фотографических материалов к длинноволновому излучению Установленная авторами широкая распространенность кооперативных явлений открывает новые пути к изучению и таких важнейших, тем не менее далеко ясных даже основных звеньях явлений природы, как фотосинтез. Домашняя работа это форма организации учащихся для самостоятельного выполнения дома заданий учителя, связанных с изучаемой темой. Особенно важны домашние задания, имеющие целью сопоставить и сравнить, отметить признаки сходства и отличия у изучаемых предметов и явлений, выявить причинность природных явлений Такие задания дают возможность учащемуся глубже осмыслить изучаемый материал Подобную работу целесообразнее выполнить таблицах Их различные виды Рабочих тетрадях по биологии ориентируют учащихся на сравнение, усвоение и применение термина научных теорий, на выявление сущности биологических законов, закономерностей, установление причины, связи строения с функциями. Некоторые таблицы заполняются дома по материалам одного урока например, Сравнение признаков двух популяций у вида, Сравнение цветка ветроопыляемых и насекомоопыляемых растений, Сравнение лягушки и жабы, Сравнение разных отделов кишечника человека, Сравнение растительной и животной клетки и др Но многие таблицы, как правило, заполняют течение нескольких дней Например, Сравнительная характеристика основных классов типа Хордовые, Эволюция нервной системы у многоклеточных животных, Основные признаки представителей разных отделов высших растений и др заполняют после изучения животных, относящихся к данному классу, а также классов и семейств растений.

В качестве домашнего задания можно предложить учащимся составить схему например, цепи питания, круговорот веществ и др или сделать рисунок Рисунки могут быть направлены на изучение особенностей строения органа, организма Так, задании по ботанике зарисовать и подписать части цветка, на рисунке показать строение семени однодольного и двудольного растения по зоологии нарисовать амебу и обозначить ее части, по анатомии зарисовать схему строения нервной клетки, почки. Одним из наиболее важных вопросов организации домашней работы является ее объем Общим недостатком, который обычно наблюдается практике работы учителей биологии особенно старших классах, является перегрузка учащихся домашними заданиями. Совершенствование учебного процесса на уроке и комплексный подход к изучению явлений природы всегда находят отражение домашних заданиях Система домашних работ по биологии оптимизирует процесс обучения В связи с этим домашние задания имеют следующую направленность. Большое значение имеют предварительные домашние работы по постановке опытов или наблюдений природе до их изучения классе Полученные результаты учащиеся демонстрируют на уроке В таком случае школьники участвуют решении поставленной проблемы, творческом осмыслении нового материала на уроке. Фотосинтез необходим всем живым существам Растения через фотосинтез получают пищу, а животные и люди чистый кислород для дыхания Но чтобы фотосинтез происходил, необходимы некоторые условия. Условия необходимые для фотосинтеза создаются автоматически благодаря разным природным процессам и живым организмам Ведь световая энергия попадает на Землю от Солнца, углекислый газ растения берут из атмосферы, а воду из грунта. Солнечная энергия является обязательным условием не только для протекания реакций фотосинтеза, но и для жизни всех живых существ Она попадает к нам от Солнца единственной нашей звезды Именно под воздействием солнечных лучей происходит световая фаза фотосинтеза, от которой напрямую зависит и темная Энергия Солнца способна возбуждать электроны хлорофилла составе листьев растений, благодаря чему происходит протекание остальных процессов световой фазы Подробнее о световой фазе фотосинтеза можно почитать. Важность наличия углекислого газа атмосфере для процесса фотосинтеза. Внутреннее строение хлоропластов, их ультраструктура была раскрыта после того, как появился электронный микроскоп Оказалось, что хлоропласта окружены двойной оболочкой мембраной Толщина каждой оболочки 7, 5 10 нм, расстояние между ними 10 30 нм Внутреннее пространство хлоропластов заполнено бесцветным содержимым стромой и пронизано мембранами ламеллами Ламеллы, соединенные друг с другом, образуют как бы пузырьки тилакоиды греч тилакоидес мешковидный В хлоропластах тилакоиды двух типов Короткие тилакоиды собраны пачки и расположены друг над другом, напоминая стопку монет Эти стопки называются гранами, а составляющие их ламеллы ламеллами гран Между гранами параллельно друг другу располагаются длинные тилакоиды Составляющие их ламеллы получили название ламеллы стромы Между отдельными тилакоидами стопках гран имеются узкие щели Относительно связи между ламеллами гран и ламеллами стромы имеются разные точки зрения Т Вейер предложил гранулярнорешетчатую модель, согласно которой внутренние пространства всех тилакоидов соединены между собой рис 1, 2 Таким образом, хлоропластах имеется как бы два раздельных пространства внутреннее внутри тилакоидов и внешнее вне тилакоидов У большинства водорослей гран нет, а ламеллы собраны группы пачки по 2 8 штук Не во всех случаях и у высших растений хлоропласты имеют гранальную структуру Так, листьях кукурузы имеются два вида хлоропластов В клетках мезофилла содержатся мелкие хлоропласты гранального строения В клетках обкладки, окружающих листовые сосудистые пучки, хлоропласты крупные и гран не содержат. Для дальнейшего развития структуры пропластид необходим свет На свету образуется хлорофилл Молекулы хлорофилла локализуются мембранах Именно на свету образуются два типа тилакоидов Длинные тилакоиды тянутся через все продольное сечение пластид и образуют тилакоиды стромы Короткие тилакоиды располагаются стопкой друг над другом и образуют тилакоиды гран Пластиды достигают окончательного размера рис 4 Непосредственно из пропластид могут образовываться и бесцветные пластиды лейкопластыамилопласты.

В 1776 шведский химик К В Шееле повторил опыты Пристли, но не получил того же эффекта, который был описан Пристли Растения опытах Шееле делали воздух непригодным для дыхания так же, как горящая свеча Объяснил противоречие между результатами опытов Пристли и Шееле голландский врач Я Л Ингенгауз Он обнаружил, что все зависит от света Пристли ставил опыты при ярком свете, Шееле помещении с недостаточным освещением Ингенхауз показал, что зеленые растения выделяют кислород только при действии на них света Зеленые растения темноте, а их незеленые органы например, корни темноте и при освещении поглощают кислород точно так же, как животные процессе дыхания. Тимирязев постулировал, что при ассимиляции С02 хлорофилл служит оптическим сенсибилизатором веществом, увеличивающим чувствительность к свету и что он непосредственно участвует процессе фотосинтеза, необратимо переходя из восстановленного состояния окисленное Он сформулировал также идею о космической роли фотосинтеза фотосинтез единственный процесс, с помощью которого космическая солнечная энергия улавливается и остается на Земле, трансформируясь другие формы энергии Тимирязев писал, что хлоропласте лучистая энергия солнечного света превращается химическую энергию углеводов Крахмал, клейковина и другие соединения, консервирующие солнечную энергию, служат нам пищей Освобождаясь нашем теле процессе дыхания, эта энергия солнечного луча согревает нас, приводит движение, поддерживает мышление. Происхождение 02 при фотосинтезе В приведенном выше уравнении остается неясным, каково происхождение выделяющегося кислорода из С02 или из Н20 Во второй половине XIX и начале XX считалось, что при фотосинтезе происходит фоторазложение С02 с последующим восстановлением углерода до углеводов с участием воды Немецкий химик А Байер 1870 предложил следующий порядок реакций. В 1893 крупнейший русский биохимик А Н Бах высказал мысль о том, что ассимиляция С02 при фотосинтезе связана не с отщеплением 02 от диоксида углерода, а является сопряженным окислительновосстановительным процессом, происходящим за счет водорода и гидроксила воды, причем 02 выделяется из воды через промежуточные перекисные соединения. К А Тимирязев, который первым начал изучать космическую роль зеленых растений, публичной лекции, прочитанной 1875 следующим образом представил эту проблему слушателям луч солнца упал на зеленую былинку пшеничного ростка Он затратился на внутреннюю работу превратясь растворимый сахар отложился, наконец, зерне виде крахмала или виде клейковины В той или другой форме он вошел состав хлеба, который послужил нам пищей Он преобразился наши мускулы, наши нервы Этот луч солнца согревает нас Он приводит нас движение Быть может, эту минуту он играет нашем мозгу. За время существования жизни на Земле органические остатки растений и животных накапливались и модифицировались На суше эти органические вещества представлены виде подстилки, гумуса и торфа, из которых, при определенных условиях, толще литосферы формировался уголь В морях и океанах органические остатки главным образом животного происхождения оседали на дно и входили состав осадочных пород При опускании более глубокие области литосферы из этих остатков под действием микроорганизмов, повышенных температур и давления образовывались газ и нефть Масса органических веществ подстилки, торфа и гумуса оценивается 194, 220 и 2500 млрд соответственно Нефть и газ составляют 1000012000 млрд Содержание органических веществ осадочных породах достигает 20 000 000 млрд по углероду. В кайнозойской эре содержание диоксида углерода атмосфере стабилизировалось и испытывало лишь суточные, сезонные и более длительные геохимические колебания Эта стабилизация достигается сбалансированным связыванием и освобождением С02, осуществляемых глобальном масштабе Связывание С02 ходе фотосинтеза и образование карбонатов компенсируется выделением С02 за счет других процессов Ежегодное поступление С02 атмосферу пересчете на углерод млрд обусловлено дыханием растений 10, дыханием и брожением микроорганизмов 25, дыханием животных и человека 1, 6, производственной деятельностью людей 5 геохимическими процессами 0 05 При отсутствии этого поступления весь С02 атмосферы был бы связан ходе фотосинтеза за 6 7 лет Мощным резервом диоксида углерода является Мировой океан, водах которого растворено 60 раз больше С02, чем находится атмосфере Фотосинтез, с одной стороны, дыхание организмов и карбонатная система океана, с другой, поддерживают относительно постоянный уровень С02 атмосфере. Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи области фотосинтеза были получены России Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса.

Фотосинтез растений осуществляется хлоропластах обособленных двухмембранных органеллах клетки Хлоропласты могут быть клеткахплодов, стеблей, однако основным органом фотосинтеза, анатомически приспособленным к его ведению, является лист В листе наиболее богата хлоропластами ткань палисадной паренхимы У некоторых суккулентов с вырожденными листьями например, кактусы основная фотосинтетическая активность связана со стеблем. Обычное содержание углекислоты воздухе составляет 0, 03 по объему Уменьшение содержания углекислоты 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.

 

© Copyright 2017-2018 - academy-schools-7.ru