Опыт доказывающий что фотосинтез происходит в хлоропластах инструкция

Скачать материал

без ожидания

Скачать материал

без ожидания

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Фотосинтез. эксперименты

• 

  2 слайд

  Фотосинтез – это чрезвычайно важный для природы процесс. Он заключается в преобразовании световой энергии в химическую. Фотосинтез происходит у большинства растений и водорослей, а также у некоторых бактерий и простейших. Для фотосинтеза обязательно наличие особых пигментов, главные из которых – хлорофиллы.

• 

  3 слайд

  Значение фотосинтеза

  — Ежегодно на планете образуется 150 млн тонн органического вещества.
  — В атмосферу ежегодно выделяется 200 млн тонн кислорода, который необходим для всех живых организмов.
  — Из кислорода в верхних слоях атмосферы образуется озон, который защищает всё живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей.
  — Поглощается углекислый газ из атмосферы.
  — Растения усваивают солнечную энергию (недоступную для других организмов) и переводят её в энергию химических связей (доступную для всех организмов)

• 

  4 слайд

  Опыт №1
  «Какой газ выделяет растение на свету?»
  Почему в лесу так легко дышится?…. Благодаря фотосинтезу растения выделяют кислород, необходимый для дыхания человека. Предположение докажем опытом
  Цель: установить, что растение при фотосинтезе выделяет кислород.
  Ход опыта: поместим внутрь высокой прозрачной горшочек с растением. Поставим в теплое, светлое место. Через 2 суток получим ответ на вопрос:  накопился ли в банке кислород? (кислород горит, значит можно поднести туда горящую спичку). Наблюдаем за яркой вспышкой пламени лучинки, внесенной в емкость сразу после снятия крышки.
  Вывод: растения нужны животным и человеку для дыхания, потому что
  выделяют кислород.

• 

• 

  6 слайд

  Предположим, что органическое вещество образуется в листьях, но как его обнаружить? Мы знаем, что существуют вещества-индикаторы, с помощью которых можно точно узнать о наличии других определённых веществ. Например, раствор йода помогает обнаружить крахмал. А крахмал — это органическое вещество.
  Ход опыта: Капнем раствор йода на срез клубня картофеля или кусочек белого хлеба, он изменит окраску. А при попадании на лист растения, окраска не изменяется . Из этого можно предположить, что в листьях органическое вещество не образуется, но ведь изменению окраски может мешать зеленый цвет листа. Попробуем удалить хлорофилл и ещё раз обработать лист йодом. Для этого мы возьмем растение пеларгонию и срежем у неё один лист. Опустим его на две минуты в кипяток, а затем в сосуд с горячим спиртом. Мы наблюдаем, что лист теряет зелёную окраску. Обесцвеченный лист промоем в горячей воде и, положив в чашку Петри, зальём слабым раствором йода. Лист окрасился в синий цвет, значит здесь обнаружен
  крахмал.
  Вывод: Для обнаружения органических веществ используются
  вещества-индикаторы.

  Опыт №2
  «как обнаружить органическое вещество в листьях растений?»

• 

• 

• 

  9 слайд

  Опыт №3
  «образуются ли органические
  вещества в зелёных растениях в темноте»
  Ход опыта : Срежем лист комнатного растения, выдержанного несколько дней в темноте. Обесцветим лист. Опустим лист в ванночку с кипятком, а потом в горячий спирт. Хлорофилл растворяется в спирте и лист обесцвечивается. Капнем на лист капельку йода. Что мы наблюдаем? Лист не изменил окраски. В листьях растений, находящихся долгое время в темноте не произошло образование органических веществ – крахмала.
  Вывод. Органические вещества не образуются
  в зелёных растениях при отсутствии света.

• 

• 

  11 слайд

  Опыт №4
  «образуются ли органические
  вещества в зелёных растениях на свету»
  Ход опыта: Возьмём комнатное растение, выдержанное предварительно в темноте и прикрепим с обеих сторон листа этого растения полоску чёрной бумаги. Выставим растение на яркий свет. На следующий день срежем этот лист и обесцветим его. Промоем лист и капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Часть листа, закрытая полоской бумаги цвет не изменила. Часть листа, находившаяся на свету, окрасилась в синий цвет.
  Вывод. Органические вещества
  (крахмал) в зелёных листьях
  образуются только на свету.

• 

  12 слайд

  Опыт №5
  «Во всех ли частях листа растения происходит фотосинтез?»

    Ход опыта: Возьмём лист комнатного
  растения хлорофитума, который имеет
  двухцветную окраску (серединка белая,
  а край листа зелёный). Обесцветим лист.
  Капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Края листа
  посинели, а середина с белой полоской осталась без
  изменения.
  Вывод. Органические вещества (крахмал) образуются только в зелёных листьях, то есть там, где есть зелёный пигмент хлорофилл.

• 

  13 слайд

  Опыт №6
  «Во всех ли листьях
  происходит фотосинтез?»

  Цель: доказать, что фотосинтез происходит во всех листьях.
  Ход опыта: Выясним, происходит ли фотосинтез в листьях, окрашенных не в зеленый цвет. Поместим лист в кипящую воду, через 5—7 минут его рассматриваем. (Лист становится зеленым, а вода изменяет окраску). 
  Вывод: в листе не зелёного цвета тоже происходит фотосинтез.

  колеус кротон пуансеттия

• 

• 

  15 слайд

  Опыт № 7
  «При каких условиях происходит фотосинтез?»
  Цель: доказать , что фотосинтез происходит только в присутствии углекислого газа
  Ход опыта:   возьмем комнатное растение, выдержанное в темноте несколько дней и поместим его на стекло под стеклянный колпак. Рядом поместим емкость с раствором щелочи, чтобы поглотить углекислый газ. Края колпака смажем вазелином, чтобы исключить попадание углекислого газа из воздуха. Теперь поместим теперь растение под колпаком на свет. На следующий день
  испытаем лист на наличие крахмала
  (капнем йод). Что наблюдаем?
  Синяя окраска не появилась.
  Вывод : Фотосинтез происходит
  только в присутствии углекислого газа.

• 

• 

  17 слайд

  Спасибо за внимание

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 258 334 материала в базе

• Выберите категорию:

• Выберите учебник и тему

• Выберите класс:

• Тип материала:

  • Все материалы

  • Статьи

  • Научные работы

  • Видеоуроки

  • Презентации

  • Конспекты

  • Тесты

  • Рабочие программы

  • Другие методич. материалы

Найти материалы

Вам будут интересны эти курсы:

• Курс повышения квалификации «Организация и руководство учебно-исследовательскими проектами учащихся по предмету «Биология» в рамках реализации ФГОС»

• Курс повышения квалификации «ФГОС общего образования: формирование универсальных учебных действий на уроке биологии»

• Курс повышения квалификации «Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности»

• Курс повышения квалификации «Государственная итоговая аттестация как средство проверки и оценки компетенций учащихся по биологии»

• Курс повышения квалификации «Нанотехнологии и наноматериалы в биологии. Нанобиотехнологическая продукция»

• Курс повышения квалификации «Основы биоэтических знаний и их место в структуре компетенций ФГОС»

• Курс профессиональной переподготовки «Анатомия и физиология: теория и методика преподавания в образовательной организации»

• Курс повышения квалификации «Гендерные особенности воспитания мальчиков и девочек в рамках образовательных организаций и семейного воспитания»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация производственно-технологической деятельности в области декоративного садоводства»

• Курс повышения квалификации «Составление и использование педагогических тестов при обучении биологии»

• Курс повышения квалификации «Инновационные технологии обучения биологии как основа реализации ФГОС»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация и выполнение работ по производству продукции растениеводства»

Значение света для образования крахмала в хлоропластах

Горшечные растения, такие как пеларгония, гортензия или примула ставят в темное место, куда не проникают лучи света. Там они не способны производить крахмал. Как это проверить? Капнуть на лист йод — отсутствие синей окраски означает отсутствие крахмала. Причем если оставить растение на свету, но один лист закрыть плотной бумагой или фольгой, — результат тот же, опыт с йодом покажет отсутствие в нем крахмала, который в остальных листьях, освещенных, активно вырабатывается.

Значение углекислого газа для образования крахмала в хлоропластах

Ставим одно растение под стеклянную колбу и рядом с ним — едкую щелочь, поглощающую углекислый газ. Рядом со вторым растением ставим стакан с содой и водой, или кусочками мрамора, смоченными соляной кислотой — всё это выделяет углекислый газ. Оба экспериментальных растения должны быть освещены одинаково. Крахмал образовался у второго растения — там, где был источник углекислого газа.

Выделение растением кислорода в ходе фотосинтеза

Элодею помещаем в колбу с водой, накрываем воронкой, сверху укрепляем пробирку. Вдуваем в воду углекислый газ или добавим немного питьевой соды. В опыте участвуют две колбы с элодеей, одну ставим на свет, другую в темноту. На свету элодея вырабатывает кислород, который вытесняет воду из пробирки. Вытащили пробирку, внесли в нее зажженную спичку — горит, значит, там кислород! спичка. Вывод: кислород  выделяется только при наличии воды, углекислого газа и света.

Второй сосуд с элодеей (который стоял в темноте) оказался без кислорода — в пробирке не горит спичка. Вывод: кислород  выделяется только при наличии воды, углекислого газа и света.

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда — репетитор: ЕГЭ биология

Задачи: Сформировать знания о реакциях пластического и энергетического обменов и их взаимосвязи; вспомнить особенности строения хлоропластов. Дать характеристику световой и темновой фазы фотосинтеза. Показать значение фотосинтеза как процесса, обеспечивающего синтез органических веществ, поглощение углекислого газа и выделение кислорода в атмосферу.

Тип урока: лекция.

Оборудование:

1. Средства наглядности: таблицы по общей биологии;
2. ТСО: компьютер; мультимедиапроектор.

План лекции:

1. История изучения процесса.
2. Эксперименты по фотосинтезу.
3. Фотосинтез, как анаболический процесс.
4. Хлорофилл и его свойства.
5. Фотосистемы.
6. Световая фаза фотосинтеза.
7. Темновая фаза фотосинтеза.
8. Лимитирующие факторы фотосинтеза.

Ход лекции

История изучения фотосинтеза

1630 год начало изучения фотосинтеза. Ван Гельмонт доказал, что растения образуют органические вещества, а не получают их из почвы. Взвешивая горшок с землей и ивой, и отдельно само дерево, он показал, что через 5 лет масса дерева увеличилась на 74 кг, тогда как почва потеряла только 57 г. Он решил, что пищу дерево получает из воды. В настоящее время мы знаем, что используется углекислый газ.

В 1804 году Соссюр установил, что в процессе фотосинтеза велико значение воды.

В 1887 году открыты хемосинтезирующие бактерии.

В 1905 году Блэкман установил, что фотосинтез состоит из двух фаз: быстрой – световой и ряда последовательных медленных реакций темновой фазы.

Эксперименты по фотосинтезу

1 опыт доказывает значение солнечного света (рис. 1.)	2 опыт доказывает значение углекислого газа для фотосинтеза (рис. 2.)
3 опыт доказывает значение фотосинтеза (рис.3.)

Фотосинтез, как анаболический процесс

1. Ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд. тонн органического вещества и 200 млрд. тонн свободного кислорода.
2. Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез. Поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для существования современных форм жизни.
3. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации углекислого газа, предотвращая перегрев Земли вследствие парникового эффекта.
4. Фотосинтез – основа всех цепей питания на Земле.
5. Запасенная в продуктах энергия – основной источник энергии для человечества.

Сущность фотосинтеза заключается в превращении световой энергии солнечного луча в химическую энергию в виде АТФ и НАДФ·Н₂.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂↑

Существует два главных типа фотосинтеза:

анаэробный	аэробный
Характерен для фотосинтезирующих бактерий (подцарство Настоящие бактерии). Фотосинтезирующим пигментом у них является бактериохлорофилл. Кислород не выделяется.	Характерен для всех оксифотобактерий и зеленых растений. Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах содержащих хлорофилл. Кислород выделяется.

Хлорофилл и его свойства

Рис.4. Структурная формула хлорофилла а

Молекула хлорофилла имеет эмпирическую формулу: С55Н72О5N4Мg. Атомы С, Н, О, N соединены в сложное порфириновое кольцо. Хлорофилл близок по строению к гемоглобину крови, только в гемме в центре молекулы атом Fe, а в хлорофилле атом Мg, связанный с одним или четырьмя атомами азота. Молекула хлорофилла имеет длинный «хвост» — остаток спирта фитола, который содержит цепь из 20 углеродных атомов.

Виды хлорофилла

Хлорофилл имеет модификации а, в, с, d. Отличаются они структурным строением и спектром поглощения света. Например: хлорофилл в содержит на один атом кислорода больше и на два атома водорода меньше, чем хлорофилл а.

Все растения и оксифотобактерии имеют как основной пигмент желто-зеленый хлорофилл а, а как дополнительный хлорофилл в.

Другие пигменты растений

Некоторые другие пигменты способны поглощать солнечную энергию и передавать ее в хлорофилл, вовлекая ее тем самым в фотосинтез.

У большинства растений есть темно оранжевый пигмент – каротин, который в животном организме превращается в витамин А и желтый пигмент – ксантофилл.

Фикоцианин и фикоэритрин – содержат красные и сине-зеленые водоросли. У красных водорослей эти пигменты принимают более активное участие в процессе фотосинтеза, чем хлорофилл.

Хлорофилл минимально поглощает свет в сине-зеленой части спектра. Хлорофилл а, в- в фиолетовой области спектра, где длина волны 440 нм. Уникальная функция хлорофилла состоит в том, что он интенсивно поглощает солнечную энергию и передает ее другим молекулам.

Пигменты поглощают определенную длину волны, не поглощенные участки солнечного спектра отражаются, что обеспечивает окраску пигмента. Зеленый свет не поглощается, поэтому хлорофилл зеленый.

Пигменты – это химические соединения, которые поглощают видимый свет, что приводит электроны в возбужденное состояние. Чем меньше длина волны, тем больше энергия света и больше его способность переводить электроны в возбужденное состояние. Это состояние неустойчиво и вскоре вся молекула возвращается в свое обычное низкоэнергетическое состояние теряя при этом энергию возбуждения. Эта энергия может быть использована на флуоресценцию.

Фотосистемы

Пигменты растений участвующие в фотосинтезе «упакованы» в тилакоиды хлоропластов в виде функциональных фотосинтетических единиц – фотосинтетических систем: фотосистемы I и фотосистемы II.

Каждая система состоит из набора вспомогательных пигментов (от 250 до 400 молекул), передающих энергию на одну молекулу главного пигмента и она называется реакционным центром. В нем энергия Солнца используется для фотохимических реакций.

Рис.5. Фотосистемы

Фотосистема I имеет более мелкие частицы, чем фотосистема II. Частицы фотосистемы II связаны с гранами. Энергия захватывается как бы в ловушку со вспомогательных (антенных) пигментов на главный. Это может быть хлорофилл а – Р690 или Р700 (Р – пигмент, а 690-700 – максимально поглощенная длина волны в нм). Р690 и Р700 – энергетические ловушки

 

Фотосинтез
Световая фаза Фотофизический этап	Световая фаза Фотохимический этап	Темновая фаза или цикл Кальвина
Поглощение квантов света пигментами, идет возбуждение электронов в этих молекулах и передача возбуждения от одной молекулы к другой.	Преобразование энергии света в энергию химических связей АТФ и НАДФ.Н2. Идет в фотосинтетических мембранах.	Идет за счет энергии, которая образовалась в световой фазе. Суть процесса: включение углекислого газа в образование органических веществ.

Световая фаза идет обязательно с участием света, темновая фаза и на свету и в темноте. Световой процесс происходит в тилакоидах хлоропластов, темновой – в строме, т.е. эти процессы пространственно разобщены.

Световая фаза фотосинтеза

В 1958 году Арнон и его сотрудники изучили световую фазу фотосинтеза. Они установили, что источником энергии при фотосинтезе является свет, а так как на свету в хлорофилле происходит синтез из АДФ+Ф.к. → АТФ, то этот процесс называется фосфорилированием. Оно сопряжено с переносом электронов в мембранах.

Роль световых реакций: 1. Синтез АТФ – фосфорилирование. 2. Синтез НАДФ.Н₂.

Путь переноса электронов называется Z-схемой.

Z-схема. Нециклическое и циклическое фотофосфорилирование (рис. 6.)

1. Начало процесса. Поглощение квантов света. Квант света попадает на ФС II, находящуюся в мембранах тилакоидов гран и приводит к возбуждению пигментов – это возбуждение передается от одной молекулы антенного пигмента к другой вплоть до реакционного центра. Все электроны собираются вокруг ловушки и отдают энергию виде электронов в электроннотранспортную цепь. Электрон, поглотив фотон, отрывается от молекулы хлорофилла и переходит на более высокий энергетический уровень присоединяясь к молекулам-переносчикам. Затем он двигается по электроннотранспортной цепи переходя от одного переносчика к другому (от пластохинона к пластоцианину) постепенно растрачивая энергию. Часть этой энергии растрачивается на синтез АТФ.

2. Нециклическое фотофосфорилирование. Растратив энергию электрон достигает ФСI, где он опять поглощает фотон и снова поднимается еще на более высокий энергетический уровень, и пройдя через несколько переносчиков (ферредоксин) передается конечному акцептору цепи НАДФ⁺, который расположен на внешней стороне мембраны тилакоида.

3. Фоторазложение или фотолиз воды. Поглотив фотон электроны отрываются от молекул хлорофилла реакционного центра ФС II и через ФС I переходят к НАДФ+. Пока на место ушедшего электрона в ФС II не встанет другой, она не сможет функционировать. Место ушедших электронов занимают электроны воды, которая находится во внутреннем пространстве тилакоида. При этом происходит светозависимое разложение воды или фотолиз («фото» — свет): Н₂О →2 Н+ 2е + ½ О₂. При фотолизе вода распадается на протоны, электроны и кислород. Процесс происходит с участием ферментов локализованных на внутренней мембране тилакоидов. Образовавшийся кислород выделяется в окружающую среду. Протоны накапливаются во внутреннем пространстве тилакоидов, образуя резервуар протонов. Таки образом при нециклическом потоке электронов от ФС II к НАДФ⁺ в конечном счете транспортируются электроны воды.

4. Процесс химио-осмоса.

   
   Рис.7. Процесс фотосинтеза

   • Свет, попадая на молекулы хлорофилла, которые находятся в мембранах тилакоидов гран, приводит их в возбужденное состояние. В результате этого электроны сходят со своих орбит и переносятся с помощью переносчиков за пределы мембраны тилакоида, где накапливаются, создавая отрицательно заряженное электрическое поле.
   • Протоны, образовавшиеся при фотолизе, не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, образуя положительно заряженное электрическое поле, что приводит к увеличению разности потенциалов по обе стороны мембраны.
   • При достижении критической разности потенциалов, протоны могут выходить в строму по протонному каналу. С каналами связаны ферменты АТФ-синтетазы, которые используют энергию протонов на синтез АТФ. На каждые три протона, которые проходят через канал, синтезируется одна молекула АТФ. Большая часть АТФ при фотосинтезе образуется этим путем.
   • Протоны, вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление переносчика НАДФ⁺.

5. Циклический поток электронов. ФС I может работать независимо от ФСII. Под действием света, электрон выбивается из молекулы хлорофилла реакционного центра ФС I, передается к тому же акцептору, что и при нециклическом потоке, но далее идет не к НАДФ⁺, а по обходному пути возвращается на тоже место в ФС I. Поглощенная электроном энергия используется на синтез АТФ. Таким образом электрон двигается по кольцу. Это циклический поток.

В ходе циклического транспорта электронов не происходит образования НАДФ.Н₂ и фоторазложения Н₂О, следовательно и выделение О₂. Этот путь используется тогда, когда в клетке избыток НАДФ.Н₂, но требуется дополнительная АТФ.

Все эти процессы относятся к световой фазе фотосинтеза. В дальнейшем энергия АТФ и НАДФ.Н₂ используется для синтеза глюкозы. Для этого процесса свет не нужен. Это реакции темновой фазы фотосинтеза.

Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина

Синтез глюкозы происходит в ходе циклического процесса, который получил название по имени ученого Мельвина Кальвина, открывшего его, и награжденного Нобелевской премией.

Рис. 8. Цикл Кальвина

Каждая реакция цикла Кальвина осуществляется своим ферментом. Для образования глюкозы используются: СО₂, протоны и электроны от НАДФ.Н₂, энергия АТФ и НАДФ.Н₂. Происходит процесс в строме хлоропласта. Исходным и конечным соединением цикла Кальвина, к которому с помощью фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы присоединяется СО2, является пятиуглеродный сахар – рибулозобифосфат, содержащий две фосфатные группы. В результате образуется шестиуглеродное соединение, сразу же распадающееся на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты, которые затем восстанавливаются до фосфоглицеринового альдегида. При этом, часть образовавшегося фосфоглицеринового альдегида используется для регенерации рибулозобифосфата, и, таким образом, цикл возобновляется снова (5С₃ → 3С₅), а часть используется для синтеза глюкозы и других органических соединений (2С₃ → С₆ → С₆Н₁₂О₆).

Для образования одной молекулы глюкозы необходимо 6 оборотов цикла и требуется 12НАДФ.Н₂ и 18 АТФ. Из суммарного уравнения реакции получается:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Из приведенного уравнения видно, что атомы С и О вошли в глюкозу из СО₂, а атомы водорода из Н₂О. Глюкоза в дальнейшем может быть использована как на синтез сложных углеводов (целлюлозы, крахмала), так и на образование белков и липидов.

(С₄ – фотосинтез. В 1965 году было доказано, что у сахарного тростника – первыми продуктами фотосинтеза, являются кислоты, содержащие четыре атома углерода (яблочная, щавелевоуксусная, аспарагиновая). К С₄ растениям принадлежат кукуруза, сорго, просо).

Лимитирующие факторы фотосинтеза

Скорость фотосинтеза – наиболее важный фактор влияющий на урожайность с/х культур. Так, для темновых фаз фотосинтеза нужны НАДФ.Н₂ и АТФ, и поэтому скорость темновых реакций зависит от световых реакций. При слабой освещенности скорость образования органических веществ будет мала. Поэтому свет – лимитирующий фактор.

Из всех факторов одновременно влияющих на процесс фотосинтеза лимитирующим будет тот, который ближе к минимальному уровню. Это установил Блэкман в 1905 году. Разные факторы могут быть лимитными, но один из них главный.

1. При низкой освещенности скорость фотосинтеза прямопропорциональна интенсивности света. Свет – лимитирующий фактор при низкой освещенности. При большой интенсивности света происходит обесцвечивание хлорофилла и фотосинтез замедляется. В таких условиях в природе растения обычно защищены (толстая кутикула, опушенные листья, чешуйки).

   

2. Для темновых реакций фотосинтеза необходим углекислый газ, который включается в органические вещества, в полевых условиях является лимитирующим фактором. Концентрация СО₂ варьирует в атмосфере в пределах от 0,03–0,04%, но если повысить ее, то можно увеличить скорость фотосинтеза. Некоторые тепличные культуры сейчас выращиваются при повышенном содержании СО₂.
3. Температурный фактор. Темновые и некоторые световые реакции фотосинтеза контролируются ферментами, а их действие зависит от температуры. Оптимальная температура для растений умеренного пояса составляет 25 °С. При каждом повышении температуры на 10 °С (вплоть до 35 °С) скорость реакций удваивается, но из-за влияния ряда иных факторов растения лучше растут при 25 °С.
4. Вода – исходное вещество для фотосинтеза. Недостаток воды влияет на многие процессы в клетках. Но даже временное увядание приводит к серьезным потерям урожая. Причины: при увядании устьица растений закрываются, а это мешает свободному доступу СО₂ для фотосинтеза; при нехватке воды в листьях некоторых растений накапливается абсцизовая кислота. Это гормон растений – ингибитор роста. В лабораторных условиях ее используют для изучения торможения ростового процесса.
5. Концентрация хлорофилла. Количество хлорофилла может уменьшаться при заболеваниях мучнистой росой, ржавчиной, вирусными болезнями, недостатком минеральных веществ и возрастом (при нормальном старении). При пожелтении листьев наблюдаются хлоротичные явления или хлороз. Причиной может быть недостаток минеральных веществ. Для синтеза хлорофилла нужны Fe, Mg, N и К.
6. Кислород. Высокая концентрация кислорода в атмосфере (21%) ингибирует фотосинтез. Кислород конкурирует с углекислым газом за активный центр фермента, участвующего в фиксации СО₂, что снижает скорость фотосинтеза.
7. Специфические ингибиторы. Лучший способ погубить растение – это подавить фотосинтез. Для этого ученые разработали ингибиторы – гербициды – диоксины. Например: ДХММ – дихлорфенилдиметилмочевина – подавляет световые реакции фотосинтеза. Успешно используют для изучения световых реакций фотосинтеза.
8. Загрязнение окружающей среды. Газы промышленного происхождения, озон и сернистый газ, даже в малых концентрациях сильно повреждают листья у ряда растений. К сернистому газу очень чувствительны лишайники. Поэтому существует метод лихеноиндикации – определение загрязнения окружающей среды по лишайникам. Сажа забивает устьица и уменьшает прозрачность листовой эпидермы, что снижает скорость фотосинтеза.

Космическая роль растений (описана К. А. Тимирязевым) заключается в том, что растения – единственные организмы, усваивающие солнечную энергию и аккумулирующие ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений. Выделяющийся О₂ поддерживает жизнедеятельность всех аэробных организмов. Из кислорода образуется озон, который защищает все живое от ультрафиолетовых лучей. Растения использовали из атмосферы громадное количество СО₂, избыток которого создавал «парниковый эффект», и температура планеты понизилась до нынешних значений.

Фотосинтез. Воздушное питание растений.

Фотосинтез (от лат. «фото» -свет, «синтез» — соединение) — основа воздушного питания растений. При фотосинтезе зеленые растения извлекают энергию из солнечного света и создают органические вещества.

Как же осуществляется фотосинтез?

Через устьичные щели в лист поступает углекислый газ. При попадании солнечных лучей на поверхность листа в его хлоропластах происходит сложный процесс: из углекислого газа и воды, всасываемой корнями, образуется органическое вещество — сахар (глюкоза). При этом выделяется кислород. Частично он используется растениями для дыхания, а излишки поступают в воздух также через устьица. Сахар затем превращается в крахмал. Крахмал в воде не растворяется. Образование сахара на свету при участии воды и углекислого газа происходит только в хлоропластах и только за счет энергии солнечного света.

Следовательно, процесс образования в хлоропластах на свету органических веществ из воды и углекислого газа с выделением кислорода называется фотосинтезом (рис.1).

История открытия фотосинтеза

Первые опыты по изучению питания растений провел в 1630 г. голландский врач Ян Батист ван Гельмонт. Он доказал, что растения не получают органические вещества в готовом виде из почвы, а сами образуют их (рис.2)

А швейцарский естествоиспытатель Жан Сенебье доказал, что растения используют углекислый газ.

Русский ученый К. А. Тимирязев (1843-1920) впервые описал роль хлорофилла (пигмент, который находится в хлоропластах) в фотосинтезе. Он назвал фотосинтез космическим процессом. Растения используют космическую энергию Солнца. Жизнь как явление существует на нашей планете, только благодаря фотосинтезу, обеспечивающему питанием и кислородом все живое. Может, благодаря фотосинтезу наша планета единственная в Космосе, населенная живыми существами?

Опыт доказывающий образование крахмала в листьях

Доказать процесс образования крахмала в листьях можно путем постановки простого опыта (рис.3)

Комнатное растение, желательно пеларгонию или примулу, хорошо поливают и ставят в темное место на 2-3 дня. За это время растением расходуется ранее образованный в листьях крахмал. Через 2—3 дня несколько листьев на растении закрывают с двух сторон черной бумагой так, чтобы часть поверхности листа оставалась открытой. Растение выставляют на свет.

Через сутки бумагу убирают, лист срывают, опускают его на одну минуту в кипяток, затем переносят в посуду с горячим спиртом, который в целях предосторожности подогревается на водяной бане. Обесцвеченный лист ополаскивают холодной водой и помещают в плоский сосуд. Расправленный лист заливают слабым раствором йода. Через 2—3 мин можно увидеть, что закрытая часть листа не изменила своего цвета, а та часть листа, на которую попадал свет, окрасилась в синий цвет.

Обработка йодом помогает обнаружить в клетках крахмал. Следовательно, крахмал образуется в листьях только на свету.

В ходе фотосинтеза растение использует углекислый газ и выделяет кислород, который поддерживает горение. Это можно подтвердить следующим опытом.

Следует взять две банки (0,8 л) из светлого стекла и поместить в каждую по 5-6 веточек традесканции. Чтобы растения не завяли, в банки наливают немного воды. Затем небольшие свечи, укрепленные на проволоке, зажигают, опускают в банки и закрывают их. Вскоре свечи погаснут, что указывает на отсутствие в банке кислорода и на увеличение содержания углекислого газа, образовавшегося в результате горения свеч. Свечи вынимают, закрывают обе банки стеклом и выставляют одну на свет, а другую — в темное место. На следующий день банки открывают и опять опускают туда на проволоке зажженные свечи. В банке, стоявшей на свету, свеча горит, а в банке, находившейся в темном месте, — гаснет (рис.4).

Подводим итог

Фотосинтез — основа воздушного питания растений. При фотосинтезе зеленые растения с помощью хлорофилла извлекают энергию из солнечного света и с ее помощью создают органические вещества из углекислого газа и воды. Как побочный результат при фотосинтезе выделяется кислород.

 Дыхание растений

 Значение воды в жизни растений. Испарение воды листьями.

 Внешнее и внутреннее строение листа

Фотосинтез

Воду и минеральные вещества растения получают с помощью корней. Листья обеспечивают органическое питание растений. В отличие от корней они находятся не в почве, а в воздушной среде, поэтому осуществляют не почвенное, а воздушное питание.

Из истории изучения воздушного питания растений

Знания о питании растений накапливались постепенно. Около 350 лет назад голландский ученый Ян Гельмонт впервые поставил опыт по изучению питания растений. В глиняном горшке с почвой он выращивал иву, добавляя туда только воду. Опадавшие листья ученый тщательно взвешивал. Через пять лет масса ивы вместе с опавшими листьями увеличилась на 74,5 кг, а масса почвы уменьшилась всего на 57 г. На основании этого Гельмонт пришел к выводу, что все вещества в растении образуются не из почвы, а из воды. Мнение о том, что растение увеличивается в размерах только за счет воды, сохранялось до конца XVIII века.

В 1771 г. английский химик Джозеф Пристли изучал углекислый газ, или, как он его называл, «испорченный воздух» и сделал замечательное открытие. Если зажечь свечу и накрыть оо стеклянным колпаком, то, немного погорев, она погаснет. Мышь под таким колпаком начинает задыхаться. Однако если под колпак вместе с мышью поместить ветку мяты, то мышь не задыхается и продолжает жить. Значит, растения «исправляют» воздух, испорченный дыханием животных, то есть превращают углекислый газ в кислород.

В 1862 г. немецкий ботаник Юлиус Сакс с помощью опытов доказал, что зеленые растения не только выделяют кислород, но и создают органические вещества, служащие пищей всем другим организмам.

Фотосинтез

Главное отличие зеленых растений от других живых организмов — наличие в их клетках хлоропластов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл обладает свойством улавливать солнечные лучи, энергия которых необходима для создания органических вещсств. Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды с помощью солнечной энергии называется фотосинтезом (греч. рЬо1оз свет). В процессе фотосинтеза образуются не только органические вещества — сахара, но и выделяется кислород.

Схематически процесс фотосинтеза можно изобразить так:

Вода поглощается корнями и по проводящей системе корней и стебля передвигается к листьям. Углекислый газ — составная часть воздуха. Он поступает в листья через открытые устьица. Поглощению углекислого газа способствует строение листа: плоская поверхность листовых пластинок, увеличивающая площадь соприкосновения с воздухом, и наличие большого числа устьиц в кожице.

Образующиеся в результате фотосинтеза сахара превращаются в крахмал. Крахмал это органическое вещество, которое не растворяется в воде. Кго легко обнаружить с помощью раствора йода.

Доказательства образования крахмала в листьях на свету

Докажем, что в зеленых листьях растений из углекислого газа и воды образуется крахмал. Для этого рассмотрим опыт, который в свое время был поставлен Юлиусом Саксом.

Комнатное растение (герань или примулу) выдерживают двое суток в темноте, чтобы весь крахмал израсходовался на процессы жизнедеятельности. Затем несколько листьев закрывают с двух сторон черной бумагой так, чтобы была прикрыта только их часть. Днем растение выставляют на свет, а ночью его дополнительно освещают с помощью настольной лампы.

Через сутки исследуемые листья срезают. Чтобы выяснить, в какой части листа образовался крахмал, листья кипятят в воле (чтобы набухли крахмальные зерна), а затем выдерживают в горячем спирте (хлорофилл при этом растворяется, и лист обесцвечивается). Затем листья промывают в воде и действуют на них слабым раствором йода. Тс участки листьев, которые были на свету, приобретают от действия йода синюю окраску. Это означает, что крахмал образовался в клетках освещенной части листа. Следовательно, фотосинтез происходит только на свету.

Доказательства необходимости углекислого газа для фотосинтеза

Чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим углекислый газ, комнатное растение также предварительно выдерживают в темноте. Затем один из листьев помещают в колбу с небольшим количеством известковой воды. Колбу закрывают ватным тампоном. Растение выставляют на свет. Углекислый газ поглощается известковой водой, поэтому его в колбе не будет. Лист срезается, и так же, как в предыдущем опыте, исследуется на наличие крахмала. Он выдерживается в горячей воде и спирте, обрабатывается раствором йода. Однако в этом случае результат опыта будет иным: лист не окрашивается в синий цвет, т.к. крахмал в нем не содержится. Следовательно, для образования крахмала, кроме света и воды, необходим углекислый газ.

Таким образом, мы ответили на вопрос, какую пищу получает растение из воздуха. Опыт показал, что это углекислый газ. Он необходим для образования органического вещества.

Организмы, самостоятельно создающие органические вещества для построения своего тела, называются автотрофамн (греч. autos — сам, trofe — пища).

Доказательства образования кислорода в процессе фотосинтеза

Чтобы доказать, что при фотосинтезе растения во внешнюю среду выделяют кислород, рассмотрим опыт с водным растением элодеей. Побеги элодеи опускают в сосуд с водой и сверху накрывают воронкой. На конец воронки надевают пробирку с водой. Растение выставляют на свет на двое-трое суток. На свету элодея выделяет пузырьки газа. Они скапливаются в верхней части пробирки, вытесняя воду. Для того чтобы выяснить, какой это газ, пробирку аккуратно снимают и вносят в нее тлеющую лучинку. Лучинка ярко вспыхивает. Это значит, что в колбе накопился газ, поддерживающий горение кислород.

Космическая роль растений

Растения, содержащие хлорофилл, способны усваивать солнечную энергию. Поэтому К.А. Тимирязев назвал их роль на Земле космической. Часть энергии Солнца, запасенная в органическом веществе, может долго сохраняться. Каменный уголь, торф, нефть образованы веществами, которые в далекие геологические времена были созданы зелеными растениями и вобрали в себя энергию Солнца. Сжигая природные горючие материалы, человек освобождает энергию, запасенную миллионы лет назад зелеными растениями.

• ГДЗ к учебнику Пасечника 6 класс
• ГДЗ к рабочей тетради Пасечника 6 класс
• Все рабочие тетради (главная страница сайта)

Вопросы в начале параграфа

1. Какие вещества входят в состав растений?

В состав растений входят органические вещества, вода и минеральные вещества.

2. Какие органические вещества вы знаете?

Белки, липиды (жиры и жироподобные вещества), углеводы. 

3. Какое вещество придаёт листьям зелёную окраску?

Зелёную окраску придаёт листьям зелёный пигмент хлорофилл.

---

Вопросы в конце параграфа

1. Какие условия необходимы для образования крахмала в листе?

Крахмал образуется только в листьях с хлоропластами и только при наличии воды, света и углекислого газа в воздухе.

2. Какой опыт можно провести, чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет?

Порядок выполнения опыта доказывающего, что для образования крахмала растению нужен свет:

1. Поставить какое-нибудь комнатное растение в тёмное место на 3 суток, чтобы произошёл отток питательных веществ от листьев.
2. Поместить на один из листочков растения плодный лист бумаги с вырезанным словом или картинков.
3. Поставить растение на солнечный свет или под электрическую лампочку на 8 — 10 часов.
4. Срезать листочек закрытый листом бумаги, снять бумагу с листочка.
5. Положить этот листочек в горячий спирт на несколько минут. Подождать пока лист окрасится в зелёный цвет, а листочек станет белым.
6. Промыть листочек водой и расправить на тарелке.
7. Облить листочек слабым раствором йода.

Результат опыта: буквы или рисунок, который был вырезан из бумаги и на который попадали солнечные лучи, окрасится в синий цвет. Остальная часть листочка останется белой.

Вывод: Крахмал синеет от йода, значит в освещённой части листа образовался крахмал.

3. Почему раствор йода не окрашивает в синий цвет белую каёмку листа герани окаймлённой?

Органические вещества, в том числе и крахмал, образуются только в клетках с хлоропластами, а в клетках белой каёмки листа герани окаймлённой его нет.

4. Из каких веществ образуется глюкоза в зелёных листьях растений?

Сахар (глюкоза) образуется в зелёных листьях растений только под воздействием света из воды, которую поглощают корни из почвы, и углекислого газа, поступающего через устьица листа.

5. Какой опыт показывает, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород?

Порядок выполнения опыта доказывающего, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород:

1. Взять две большие стеклянные банки и опустить в них стаканы с водой, в которые поставлены веточки с зелёными листьями.
2. Наполнить банки углекислым газом и очень плотно закрыть их.
3. Первую банку выставить на яркий свет, а вторую банку поместить в темноту (например в шкаф).
4. Подождать одни сутки.
5. Открыть банки и опустить в них горячие лучинки.

Результат опыта: в банке которая находилась на свету лучина останется гореть, а в банке стоящей сутки в темноте сразу погаснет.

Вывод: Для поддержания процесса горения необходим кислород, значит в первой банка (на свету) образовался кислород, а часть углекислого газа была поглощена растением.

---

Подумайте

1. Можно ли утверждать, что строение листа приспособлено к осуществлению фотосинтеза?

Процесс фотосинтеза — это процесс преобразования неорганических веществ в органические посредством использования световой энергии.

Листья растения прекрасно приспособлены для осуществления этого процесса:

• устьица листа поглощают углекислый газ из окружающего воздуха;
• сосуды листа доставляют от корней растения воду;
• листовая пластина листа поглощает максимальное количество солнечного света;
• хлоропласты, находящиеся в клетках мякоти листа, под воздействием солнечного света перерабатывают воду и углекислый газ (неорганические вещества) в глюкозу (органическое вещество), то есть осуществляют фотосинтез.

2. Как вы думаете, выделяют ли кислород водные растения?

Да, водные растения также выделяют кислород, так как в их листьях также имеются хлоропласты, они поглощают углекислый газ, получают воду и находятся под воздействием солнечных лучей.

Выделяемый водными растениями кислород аэрирует воду (наполняет воду кислородом), что создаёт условия для дыхания рыб и других обитателей водоёма.

---

Задания

Составьте план параграфа.

1. Что такое фотосинтез?
2. Первое условие для фотосинтеза — световая энергия. Опыт 1 доказывающий, что под действием света в листьях образуется крахмал.
3. Круговорот органических веществ в листе растения.
4. Второе условие для фотосинтеза — хлоропласты в листьях. Опыт 2 доказывающий, что крахмал образуется только в зелёных частых листа (с хлоропластами).
5. Третье условие для фотосинтеза — углекислый газ в окружающем воздухе. Опыт 3 доказывающий, что крахмал образуется только если листья поглощают углекислый газ.
6. Четвертое условие для фотосинтеза — вода, поступающая из корней растения. 
7. Растения — фабрики по преобразованию газа. Опыт 4 доказывающий, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.
8. Два типа питания растений: минеральное питание и фотосинтез.

---

Задания для любознательных

1. Попробуйте получить какое-либо изображение на листе примулы, пеларгонии или другого комнатного растения, воспользовавшись описанием опыта в этом параграфе.

2. Соберите прибор, показанный на рисунке 70. В банку налейте воду, насыщенную углекислым газом. Поставьте банку на яркий свет. Наблюдайте за выделением газа веточками элодеи. Когда газ полностью вытеснит воду из пробирки, убедитесь с помощью горящей лучинки, что этот газ — кислород. Сделайте вывод.

Вывод: газ (в нашем случае кислород) может полностью заполнить весь объем пробирки вытеснив оттуда воду. 

---

Задания

Изучив параграф учебника и дополнительный текст, подготовьте сообщение «Роль зелёных растений в обеспечении энергией живых организмов на нашей планете».

Роль зелёных растений в обеспечении энергией живых организмов на нашей планете

Без всякого преувеличения можно утверждать что зелёные растения — это главный поставщик энергии для живых организмов на нашей планете. Не будь зелёных растений и жизнь на Земле была бы невозможна: люди и животные исчезли бы с лица планеты за считанные часы.

Это действительно так! Солнце — главный источник энергии на планете. Оно согревает и освещает Землю и всё живущее на ней. Но без зелёных растений ни люди, ни животные не смогли бы в полной мере воспользоваться щедростью солнца. Зелёные растения своими листьями ловят каждый лучик света и под его воздействием преобразуют его в энергию, которой могут воспользоваться люди и животные.

Например, растения умеют преобразовывать неорганические вещества в органические. Под лучами солнца они из воды и углекислого газа синтезируют глюкозу, а из неё они делают такие необходимые нам и животным белки, жиры и углеводы. Употребляя растения в пищу живые существа на планете наполняются энергией, необходимой для роста, развития и продолжения рода. 

Растения способны передавать нам энергию не только при употреблении их в пищу, но и другими путями. Например, несколько миллионов лет назад из древних умерших растений образовались самые разнообразные полезные ископаемые: торф, уголь, горючие сланцы и т.д.

Добывая эти полезные ископаемые современный человек получает энергию необходимую ему для обогрева жилища и получения электричества. Так что без растений мы не смогли бы пользоваться ни компьютером, ни телевизором, ни холодильником, ни стиральной машиной. Мало того, вся промышленность, оставшись без энергии, не смогла бы произвести ни одну нужную человеку вещь.

Зелёные растения не только дают всему живому энергию, но и создают условия, чтобы этой энергией мы могли воспользоваться. Человек не может действовать и развиваться без кислорода. Животные не могут охотиться и жить не дыша. Все живое должно дышать, причём не просто дышать, а вдыхать кислород.

Но способность преобразовывать в кислород углекислый газ есть только у зелёных растений, в листьях которых находятся уникальные пластиды — хлоропласты. Словно маленькие химические фабрики они день за днём поглощают миллионы кубометров углекислого газа и производят необходимый для дыхания всего живого кислород. Так что зелёные растения — это лёгкие планеты, которые наполняют людей и животных энергией жизни — кислородом.

Роль зелёных растений в обеспечении энергией живых организмов на нашей планете сложно переоценить — ведь именно они дают нам пищу, тепло, кислород и все, что необходимо людям и животным для жизни на Земле.

---

Словарик

Фотосинтез — это процесс образования органических веществ из неорганических, используя световую энергию.

• ГДЗ к учебнику Пасечника 6 класс
• ГДЗ к рабочей тетради Пасечника 6 класс
• Все рабочие тетради (главная страница сайта)

Оглавление

Введение

1. История открытия фотосинтеза
2. Опыт доказывающий образование крахмала в растениях

Заключение
Литература

Введение

Фотосинтез (от лат. «фото» -свет, «синтез» — соединение) —это химический процесс, основа воздушного питания растений. При фотосинтезе зеленые растения извлекают энергию из солнечного света и создают органические вещества.
Как же осуществляется фотосинтез?

Через устьичные щели в лист поступает углекислый газ. При попадании солнечных лучей на поверхность листа в его хлоропластах происходит сложный процесс: из углекислого газа и воды, всасываемой корнями, образуется органическое вещество — сахар (глюкоза). При этом выделяется кислород. Частично он используется растениями для дыхания, а излишки поступают в воздух также через устьица. Сахар затем превращается в крахмал.

Крахмал в воде не растворяется. Образование сахара на свету при участии воды и углекислого газа происходит только в хлоропластах и только за счет энергии солнечного света.

Крахмал-главный резервный полисахарид растений, накапливается в виде зерен в клетках семян луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях.

История открытия фотосинтеза

Первые опыты по изучению питания растений провел в 1630 г. голландский врач Ян Батист ван Гельмонт. Он доказал, что растения не получают органические вещества в готовом виде из почвы, а сами образуют их.

А швейцарский естествоиспытатель Жан Сенебье доказал, что растения используют углекислый газ.
Русский ученый К. А. Тимирязев (1843-1920) впервые описал роль хлорофилла (пигмент, который находится в хлоропластах) в фотосинтезе. Он назвал фотосинтез космическим процессом. Растения используют космическую энергию Солнца. Жизнь как явление существует на нашей планете, только благодаря фотосинтезу, обеспечивающему питанием и кислородом все живое. Может, благодаря фотосинтезу наша планета единственная в Космосе, населенная живыми существ

Опыт доказывающий образование крахмала в листьях

Доказать процесс образования крахмала в листьях можно путем постановки простого опыта.

Комнатное растение хорошо поливают и ставят в темное место на 2-3 дня. За это время растением расходуется ранее образованный в листьях крахмал. Через 2—3 дня несколько листьев на растении закрывают с двух сторон черной бумагой так, чтобы часть поверхности листа оставалась открытой. Растение выставляют на свет.

Через сутки бумагу убирают, лист срывают, опускают его на одну минуту в кипяток, затем переносят в посуду с горячим спиртом, который в целях предосторожности подогревается на водяной бане. Обесцвеченный лист ополаскивают холодной водой и помещают в плоский сосуд. Расправленный лист заливают слабым раствором йода. Через 2—3 мин можно увидеть, что закрытая часть листа не изменила своего цвета, а та часть листа, на которую попадал свет, окрасилась в синий цвет. Обработка йодом помогает обнаружить в клетках крахмал. Следовательно, крахмал образуется в листьях только на свету.

Заключение

В листьях образуется крахмал. Этот процесс происходит только на свету и называется фотосинтез. Во время опыта мы выяснили, что посинение листа, где был хлорофилл, и отсутствие его в местах , лишенных хлорофилла, указывает на то, что крахмал образуется на свету в присутствии хлорофилла. Крахмал из листьев, в виде раствора сахара перетекает к различным органам растения.

Cписок литературы

1. Учебник Биологии 5 класс Д.И. Трайтак, Н.Д. Трайтак

История открытия фотосинтеза

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Определение и формула фотосинтеза

Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

1. две мембраны;
2. стопки гранов;
3. диски тилакоидов;
4. строма — внутреннее вещество хлоропласта;
5. люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н₂О.

Н₂О → Н+ + ОН-

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

4ОН → О₂ + 2Н₂О

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

1. Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
2. Фотолиз воды.
3. Выделение кислорода.
4. Накопление НАДФН+.
5. Накопление АТФ.

У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.

Темновая фаза фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза — совокупность ферментативных реакций, которые происходят в строме хлоропласта. Результатом таких реакций является восстановление поглощенного СО₂ при помощи НАДФН+ и АТФ из световой фазы, а еще – синтез сложных органических веществ.

В настоящее время учеными открыто три различных варианта реакций, протекающих в темновую фазу фотосинтеза.

В зависимости от метаболизма, СО₂ растения делят на:

1. С₃-растения — большинство сельскохозяйственных культур, произрастающих в умеренном климате, у которых в результате реакций СО₂ превращается в фосфоглицериновую кислоту.
2. С₄-растения — растения тропиков и субтропиков, наиболее живучие сорняки. У этих растений в результате реакций СО₂ превращается в оксалоацетат.
3. САМ-растения — особый тип С₄-фотосинтеза у растений, испытывающих дефицит влаги.

Более подробно остановимся на реакциях С₃-фотосинтеза, присущих большинству растений и носящих название цикл Калвина.

Мелвин Калвин, американский химик, в 1961 году за определение последовательности реакций при усвоении СО₂ был удостоен Нобелевской премии в области химии.

В ходе реакций цикла образуется глюкоза. Чтобы получилась всего лишь одну молекулу глюкозы, последовательные реакции цикла Кальвина одна за другой происходят целых шесть раз и на ее построение тратится шесть молекул СО₂, восемнадцать молекул АТФ, двенадцать НАДФН+ и двадцать четыре протона.

В ходе дальнейших исследований с меченым радиоактивным углеродом было установлено, что у некоторых тропических и субтропических растений синтез углеводов идет другим путем. И в 1966 году австралийские ученые М. Хетч и К. Слэк описали С₄-фотосинтез, который в их честь называется циклом Хетча-Слэка.

Главное отличие этих путей фотосинтеза в том, что у С₃-растений процесс фотосинтеза протекает лишь в клетках мезофилла, а у С₄-растений как в клетках мезофилла, так и в клетках обкладки сосудистых пучков.

На первый взгляд, увеличение количества реакций может показаться лишенным смысла. Однако в природе не существует ничего бессмысленного или излишнего. И путь С₄-фотосинтеза — эволюционное приспособление растений к более сухому и жаркому климату. Произрастание в условиях ограниченного водоснабжения привело к снижению транспирации для уменьшения потерь воды, что в свою очередь привело к дефициту диоксида углерода и необходимости его концентрации в клетках обкладки.

Также существует еще один уникальный механизм фотосинтеза, характерный для суккулентов. Он носит название САМ (crassulaceae acid metabolism)— «путь фотосинтеза». Химические реакции напоминают путь метаболизма С₄, однако здесь химические реакции разделены не в пространстве, а во времени. Диоксид углерода накапливается в темное время суток.

Протекание фотосинтетических реакций в таком варианте позволяет растениям осуществлять процесс фотосинтеза в условиях значительного дефицита влаги. Считается, что данный путь фотосинтеза сформировался самым последним в ходе эволюции.

Изучая пути фотосинтеза, Вы могли заметить, что в ходе эволюции вырабатываются уникальные приспособительные механизмы к различным условиям существования: от засушливых пустынь до морских глубин.

Тайны живой природы помогут открыть электронные учебники по биологии на портале LECTA.

---

#ADVERTISING_INSERT#

Обновлено: 20.05.2023

Тип урока: лекция с элементами проблемного обучения.

Цели урока:

Обучающие цели: изучить процессы фотосинтеза, дыхания, транспирации; показать взаимосвязь и различие этих процессов, продолжить развитие представлений об обмене веществ.

Развивающие цели: продолжить развитие логического мышления, экспериментально-наблюдательских навыков, умения обобщать и делать выводы, систематизировать материал, работать с учебником.

Воспитательные цели: формировать у учащихся культуру биологической речи, осознанное бережное отношение к природе, формирование экологического мышления, развитие коммуникативных учебных действий.

Предварительная подготовка к уроку: за неделю до урока группа учащихся закладывает два опыта, а именно: 1. Проба Сакса.

2. Доказательство выделения кислорода в процессе фотосинтеза.

Для опыта используются растения – примула, герань или традесканция. Одно растение обильно поливают и для оттока крахмала помещают в темное место на двое суток. Другое растение оставляют на свету. Затем первое растение извлекают из шкафа, и на его листья прикрепляют фигурки, вырезанные из плотной черной бумаги. Оба растения выдерживают на свету в течении трех, четырех дней, осуществляя полив. Затем с каждого растения срезают по листу, выдерживают их две, три минуты в кипящей воде и помещают в стакан с горячим спиртом для получения вытяжки хлорофилла. Обесцвеченные листья обрабатывают раствором йода. На листе растения, которое побывало в шкафу, проявится конфигурация фигурки, которая была прикреплена к нему. Лист, который был всегда на свету, равномерно окрасится в синий цвет.

Инструкция № 2 для проведения опыта, демонстрирующего

выделения кислорода в процессе фотосинтеза.

Для опыта берут две банки из светлого стекла. В каждую помещают по 2-3 веточки растения, чтобы растения не завяли, в банки налить немного воды. Свечи, укрепленные на проволоке, зажигают и опускают в банки, закрыв их пробками. Свечи гаснут, что указывает на отсутствие кислорода и наличие углекислого газа, образующегося при горении. Свечи вынимают. Банки с растениями закрывают крышками, одну ставят в темное место, а другую – на свет. На следующий день банки открывают и опять опускают зажженные свечи. В банке, стоящей на свету, свеча горит, а в банке, находившейся в темноте, — гаснет.

3. Учитель закладывает опыты по доказательству выделения углекислого газа в процессе дыхания разными органами растения (веточками растения, корнеплодами моркови).

Оборудование:

Дидактический материал: презентация к уроку.

Практический материал: результаты опытов №1, №2, №3, лучинка, спички, пробирка с известковой водой, газоотводная трубка.

ТСО: мультимедиа проектор, компьютер, экран.

Тип урока: лекция с элементами проблемного обучения.

Методы работы: словесные, наглядные, практические, создание проблемных ситуаций.

I . Организационный момент:

1.1. Приветствие, проверка готовности класса к уроку, проверка посещаемости.

Воду и минеральные вещества растения получают с помощью корней. Листья обеспечивают органическое питание растений. В отличие от корней они находятся не в почве, а в воздушной среде, поэтому осуществляют не почвенное, а воздушное питание.

Из истории изучения воздушного питания растений

Знания о питании растений накапливались постепенно. Около 350 лет назад голландский ученый Ян Гельмонт впервые поставил опыт по изучению питания растений. В глиняном горшке с почвой он выращивал иву, добавляя туда только воду. Опадавшие листья ученый тщательно взвешивал. Через пять лет масса ивы вместе с опавшими листьями увеличилась на 74,5 кг, а масса почвы уменьшилась всего на 57 г. На основании этого Гельмонт пришел к выводу, что все вещества в растении образуются не из почвы, а из воды. Мнение о том, что растение увеличивается в размерах только за счет воды, сохранялось до конца XVIII века.

В 1862 г. немецкий ботаник Юлиус Сакс с помощью опытов доказал, что зеленые растения не только выделяют кислород, но и создают органические вещества, служащие пищей всем другим организмам.

Фотосинтез

Главное отличие зеленых растений от других живых организмов — наличие в их клетках хлоропластов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл обладает свойством улавливать солнечные лучи, энергия которых необходима для создания органических вещсств. Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды с помощью солнечной энергии называется фотосинтезом (греч. рЬо1оз свет). В процессе фотосинтеза образуются не только органические вещества — сахара, но и выделяется кислород.

Схематически процесс фотосинтеза можно изобразить так:

Вода поглощается корнями и по проводящей системе корней и стебля передвигается к листьям. Углекислый газ — составная часть воздуха. Он поступает в листья через открытые устьица. Поглощению углекислого газа способствует строение листа: плоская поверхность листовых пластинок, увеличивающая площадь соприкосновения с воздухом, и наличие большого числа устьиц в кожице.

Образующиеся в результате фотосинтеза сахара превращаются в крахмал. Крахмал это органическое вещество, которое не растворяется в воде. Кго легко обнаружить с помощью раствора йода.

Доказательства образования крахмала в листьях на свету

Докажем, что в зеленых листьях растений из углекислого газа и воды образуется крахмал. Для этого рассмотрим опыт, который в свое время был поставлен Юлиусом Саксом.

Комнатное растение (герань или примулу) выдерживают двое суток в темноте, чтобы весь крахмал израсходовался на процессы жизнедеятельности. Затем несколько листьев закрывают с двух сторон черной бумагой так, чтобы была прикрыта только их часть. Днем растение выставляют на свет, а ночью его дополнительно освещают с помощью настольной лампы.

Через сутки исследуемые листья срезают. Чтобы выяснить, в какой части листа образовался крахмал, листья кипятят в воле (чтобы набухли крахмальные зерна), а затем выдерживают в горячем спирте (хлорофилл при этом растворяется, и лист обесцвечивается). Затем листья промывают в воде и действуют на них слабым раствором йода. Тс участки листьев, которые были на свету, приобретают от действия йода синюю окраску. Это означает, что крахмал образовался в клетках освещенной части листа. Следовательно, фотосинтез происходит только на свету.

Доказательства необходимости углекислого газа для фотосинтеза

Чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим углекислый газ, комнатное растение также предварительно выдерживают в темноте. Затем один из листьев помещают в колбу с небольшим количеством известковой воды. Колбу закрывают ватным тампоном. Растение выставляют на свет. Углекислый газ поглощается известковой водой, поэтому его в колбе не будет. Лист срезается, и так же, как в предыдущем опыте, исследуется на наличие крахмала. Он выдерживается в горячей воде и спирте, обрабатывается раствором йода. Однако в этом случае результат опыта будет иным: лист не окрашивается в синий цвет, т.к. крахмал в нем не содержится. Следовательно, для образования крахмала, кроме света и воды, необходим углекислый газ.

Таким образом, мы ответили на вопрос, какую пищу получает растение из воздуха. Опыт показал, что это углекислый газ. Он необходим для образования органического вещества.

Организмы, самостоятельно создающие органические вещества для построения своего тела, называются автотрофамн (греч. autos — сам, trofe — пища).

Доказательства образования кислорода в процессе фотосинтеза

Чтобы доказать, что при фотосинтезе растения во внешнюю среду выделяют кислород, рассмотрим опыт с водным растением элодеей. Побеги элодеи опускают в сосуд с водой и сверху накрывают воронкой. На конец воронки надевают пробирку с водой. Растение выставляют на свет на двое-трое суток. На свету элодея выделяет пузырьки газа. Они скапливаются в верхней части пробирки, вытесняя воду. Для того чтобы выяснить, какой это газ, пробирку аккуратно снимают и вносят в нее тлеющую лучинку. Лучинка ярко вспыхивает. Это значит, что в колбе накопился газ, поддерживающий горение кислород.

Космическая роль растений

Растения, содержащие хлорофилл, способны усваивать солнечную энергию. Поэтому К.А. Тимирязев назвал их роль на Земле космической. Часть энергии Солнца, запасенная в органическом веществе, может долго сохраняться. Каменный уголь, торф, нефть образованы веществами, которые в далекие геологические времена были созданы зелеными растениями и вобрали в себя энергию Солнца. Сжигая природные горючие материалы, человек освобождает энергию, запасенную миллионы лет назад зелеными растениями.

растения он закрыл с двух сторон одну половину листа ______бумагой, другую оставил открытой. Растение выставил на ______. Спустя некоторое время Ю. Сакс обесцветил этот лист кипячением в спирте и нанес на него иодный раствор. Половина листа, которая была накрыта бумагой, цветной реакции на дала. Другая окрасилась в ____цвет. Это показало наличие в нем ______. Данный опыт доказал, что процесс______происходит при наличнии в нем _____. Слова для вставки: свет, фотосинтез, крахмал, фиолетовый, темный.

Ответ или решение 1

В 1862 году немецкий ботаник Юлиус Сакс провел следущий опыт. У комнатного растения
он закрыл с двух сторон одну половину листа темной бумагой, другую оставил открытой.
Растение выставил на свет. Спустя некоторое время Ю. Сакс обесцветил этот лист
кипячением в спирте и нанес на него иодный раствор. Половина листа, которая была накрыта
бумагой, цветной реакции на дала. Другая окрасилась в фиолетовый цвет. Это показало
наличие в нем крахмала. Данный опыт доказал, что процесс фотосинтеза происходит при наличнии
в нем света.

Однако и Ингенгуз, и Пристли рассматривали вопрос об изменении состава воздуха в результате жизнедеятельности растений, главным образом, с гигиенической точки зрения. Научное разъяснение сущности этого процесса принадлежит поэтому не им, а швейцарскому ученому Сенебье. Он первый попытался разобраться в физической и химической стороне явлений, открытых Пристли.

Сенебье начал свои работы с повторения опытов Бонне, но только применил к выделявшимся при этих опытах пузырькам воздуха приемы химического анализа газов. Он погружал листья в воду в сосуде, имевшем форму опрокинутой воронки с глухой узкой частью: в этой глухой, т.е. закрытой сверху, трубочке и собирался газ, выделявшийся с поверхности листьев.

Из работ Лавуазье было известно, что углекислый газ образуется при горении и тлении за счет соединения горючего вещества с кислородом воздуха. Отсюда легко было сделать вывод, что при обратном процессе, когда углекислота деятельностью растения перерабатывается опять в кислород, горючее начало должно оставаться, отлагаться в растении. Но это горючее вещество ведь и есть то самое вещество, из которого состоит растение, следовательно, процесс этот должен быть и процессом питания растения.

Наблюдения, проведенные Сенебье, встретили возражения со стороны аббата Фонтаны, который утверждал, что громадное большинство растений своими листьями приходит в соприкосновение с атмосферой, а не с водой, как то было в опытах Сенебье. А между тем, как утверждал Фонтана, ему при исследовании около 700 растений никогда не удавалось обнаружить поглощение листьями углекислоты из воздуха.

Преемник Сенебье в его исследованиях, тоже уроженец Женевы, Теодор Соссюр постарался разъяснить это недоразумение путем точного количественного учета прихода и расхода газообразных и твердых веществ в процессе воздушного питания растений.

В то время как Сенебье проводил свои исследования над листьями в сосудах с водой, т.е. в самой наглядной форме (по методу Бонне), Соссюр поставил своей задачей исследовать процесс воздушного питания растений в замкнутых объемах воздуха. Для этого он избрал более сложный и трудоемкий, но зато и несравненно более точный, так называемый эвдиометрический, метод (эвдиометр – прибор для измерения объема газа).

Дополнив результаты объемного анализа газов данными о массах обугленных остатков растений до и после опыта, Соссюр показал, что:

1) поглощение растениями углекислоты из воздуха и ее разложение с выделением кислорода не только имеет место, но и сопровождается увеличением сухого веса растений;

2) увеличение веса растений после опыта происходит благодаря отложению углерода, удерживаемого растением при разложении углекислоты воздуха;

3) привес сухой массы растений всегда превышает привес углерода, из чего Соссюр сделал заключение, что отложение углерода в растении всегда сопровождается присоединением элементов воды в процессе образования органического вещества.

Особую заслугу Соссюра составляет первое в истории науки определение концентрации углекислоты в воздухе. Хотя оно и не было точным, однако показало ничтожно малое содержание этого газа в обычном атмосферном воздухе, окружающем растение. Это обстоятельство вызвало новые сомнения у ученых-скептиков – может ли растение улавливать и разлагать углекислый газ, так скупо рассеянный в природе? Это еще предстояло доказать.

Эту задачу, требовавшую методов еще более тонких и точных, через 30 с лишним лет после Соссюра, (в 1840 г.), решил Жан-Батист Буссенго. Для доказательства способности растений улавливать углекислоту из воздуха и разлагать ее он поставил следующий опыт.

В большой стеклянный шар с тремя отверстиями через нижнее отверстие он просовывал молодой побег виноградной лозы с зелеными листьями. Побег сохранял свою связь с растением и, следовательно, находился в нормальных условиях минерального питания. При помощи особого засасывающего прибора через стеклянный шар и соединенную с ним систему изогнутых трубок постоянно и медленно прокачивался атмосферный воздух. Буссенго измерял, сколько было пропущено воздуха через шар в течение всего опыта.

Зная, сколько воздуха было пропущено через шар с растением и сколько этот воздух содержал углекислоты до входа в шар и после выхода из него, Буссенго легко определил, сколько углекислоты, было поглощено и разложено листьями. Для определения содержания углекислоты в выходящем из шара воздухе Буссенго использовал систему коленчатых трубок. Часть этих трубок содержала сухую едкую щелочь, способную поглощать углекислоту. Взвесив ее до и после опыта, по прибыли в весе легко узнать, сколько не поглощенной растением углекислоты осталось в токе воздуха.

Оказалось, что при благоприятных условиях освещения из шара выходил воздух, почти лишенный углекислоты. Ничтожного, казалось бы, содержания углекислоты в атмосферном воздухе достаточно, чтобы покрыть довольно значительную потребность растения в углероде.

До какой степени точны были измерения Буссенго, можно уяснить из его рассказа об этих опытах.

«Мы предприняли исследование вместе с Дюма, но так, что каждый производил взвешивания и вел журнал опытов отдельно, не сообщая другому, для того, чтобы лучше контролировать полученные результаты. Сначала все шло хорошо: растение, как и следовало ожидать, разлагало углекислоту. Вдруг картина изменилась. Несмотря на ясные солнечные дни, оно закапризничало и вместо того, чтобы разлагать углекислоту, стало ее выделять.

С недоумением подводили мы в своих записных книжках вечерние итоги, бросая друг на друга немые вопросительные взгляды. Обоим невольно приходила на память неудача, испытанная Пристли, когда он хотел повторить свой знаменитый опыт. Так продолжалось несколько дней.

Таким образом, в результате ряда блестящих опытов Пристли, Соссюра, Сенебье и Буссенго было установлено явление воздушного питания растений с усвоением ими углерода из углекислоты воздуха.

Задачей последующих исследований было выяснение дальнейшей судьбы углерода, удержанного растением. Мы знаем уже о гениальных догадках Соссюра и Буссенго, указывавших, что удержанный растениями в процессе воздушного питания углерод входит затем в состав органического вещества, образующегося в растении. Соссюр и Буссенго указывали, что это первичное органическое вещество, образующееся в растении в результате процесса фотосинтеза, должно быть соединением трех элементов: углерода, заимствуемого растением из углекислоты воздуха, кислорода и водорода, получаемых с водой. Иначе говоря, это соединение должно быть углеводом типа крахмала или сахара.

Однако этим ученым не удалось проследить процесс образования крахмала или сахара в растении. Это открытие пришло с развитием метода микроскопических исследований в ботанике.

Несколько позже Артюр Гри констатировал, что при перенесении растений в темное помещение наблюдавшиеся в их хлорофилловых зернах частицы крахмала исчезают. Связь процессов образования и исчезновения частиц крахмала в зернах хлорофилла с наличием или отсутствием света была тщательно исследована Саксом.

Предметом его наблюдений были листья табака, настурции и герани. У этих растений, выращиваемых в обычных условиях на солнечном свете, Сакс отрезал от листовой пластинки каждого из этих растений маленькие кусочки, которые и исследовал под микроскопом.

В зеленых клетках хлорофилла он всегда находил частицы крахмала. Затем он переносил свои растения в темное помещение, где через определенные промежутки времени снова отрезал от тех же листовых пластинок маленькие кусочки.

Сакс пришел к совершенно верному выводу о зависимости образования и исчезновения крахмала в зернах хлорофилла от воздействия на них света и указал на крахмал как на один из первых продуктов ассимиляции.

Саксу же принадлежит идея чрезвычайно наглядного приема демонстрации зависимости образования в листьях крахмала от воздействия на них света. Прием этот, вошедший теперь в школьную демонстрационную практику, заключается в частичном закрытии листовой пластинки светонепроницаемым материалом (фольгой, черной бумагой и т.п.) и экспозиции такого полузакрытого листа на солнце. Невидимые в начале скопления крахмальных зерен в незатененной части листа затем проявлялись под воздействием слабых растворов йода на предварительно убитые горячей водой и обесцвеченные спиртом клетки листа. Получались так называемые амилограммы. По степени посинения или почернения можно было приблизительно судить о количестве образовавшегося крахмала. Эта так называемая йодная проба была впервые предложена Саксом.

Вскоре после первых опытов Сакса русский ученый А.С. Фаминцын (1835–1918) произвел ряд опытов, имевших целью выяснить влияние искусственного света на образование крахмала в зеленой растительной ткани. В качестве объекта своих наблюдений он избрал пресноводную нитчатую водоросль спирогиру. Каждая тончайшая нить этой водоросли состоит, как известно, из одного ряда клеток, сросшихся своими концами. Характерную особенность внутреннего строения этих клеток составляют зеленые спирали, или ленты, хлорофилла. Каждая из клеток вполне самостоятельна и может при отделении от соседних клеток легко разрастись в новую длинную нить.

Опыты Фаминцына дали два важных результата. Во-первых, способность растений образовывать крахмал связана с наличием в их клетках хлорофилла и не зависит от формы тех телец, в которые он включен. Во-вторых, рост и размножение клеток зависят от образования крахмала.

Особую задачу представляло собой выяснение деталей процесса синтеза углеводов при воздушном питании растений. Утверждение Сакса, что крахмал является первичным продуктом ассимиляционной деятельности растений, с самого начала вызвало сомнения и возражения у целого ряда ученых. Начиная с 70-х гг. XIX в. этот вопрос был одним из основных и наиболее спорных в области изучения процессов обмена веществ у растений.

В 1874 г. Бем обнаружил, что проростки высших растений могут образовывать крахмал и в отсутствие света за счет органических соединений, отложенных в семени. Далее выяснилось, что обескрахмаленные листья, положенные в раствор сахара, также могут накапливать крахмал в хлоропластах при полном отсутствии света. Поэтому Бем сделал заключение, что первым продуктом фотосинтеза должен быть не крахмал, а сахар, из которого крахмал образуется в качестве вторичного продукта.

Последующие исследования А.Мейера показали, что среди однодольных существует ряд растений, которые в нормальных условиях накапливают в своих листьях не крахмал, а сахар. На основании этих фактов некоторые ботаники стали делить растения на две физиологические группы: крахмалистые и сахаристые. Крахмал – полисахарид, т.е. полимер, состоящий из моносахаридов, которые естественно считать начальными продуктами фотосинтеза.

Новый вклад в решение этого вопроса внесли знаменитые исследования по органическому синтезу, произведенные русским химиком Бутлеровым. В 1861 г. ему удалось при кипячении растворов формальдегида, смешанных с известковой и баритовой водой, получить сладкий сироп, который он назвал метиленитаном. Повторяя опыты Бутлерова в 1886 г., химик Лёв обнаружил в сладком сиропе Бутлерова формозу – настоящий, но не поддерживающий брожения сахар. На основании опытов Бутлерова Бейер в 1870 г. построил свою знаменитую теорию, согласно которой первичным продуктом фотосинтеза в листьях растений является именно формальдегид, а не сахар. В этом его убеждали опубликованные в 1869 г. опыты химика Гофмана, которому удалось синтезировать и сам формальдегид из простых неорганических соединений. Гофман получал формальдегид из окиси углерода или из углекислоты воздействием на них едкого или металлического калия. Продолжая опыты Гофмана и Бутлерова, в 1890 г. известный германский химик Эмиль Фишер получил, наконец, искусственным (синтетическим) путем настоящий виноградный сахар, взяв исходными материалами воду и углекислоту.

Открытие Крофт-Гиля придало ферментам совершенно новое и весьма существенное значение. До этого за ферментами была признана лишь роль факторов разрушающих, теперь же они приобрели значение и факторов, созидающих сложные соединения. Данные Крофт-Гиля были затем подтверждены выдающимся английским ученым Бейлисом и известным французским химиком Е.Буркло.

Теория Крофт-Гиля прошла широкую проверку в лабораториях крупнейших научных учреждений Европы. Она оказалась верной не только по отношению к ферментам, расщепляющим углеводы, но и к ферментам, вызывающим разложение жиров. Наконец и в третьей (физиологически самой важной) группе белковых веществ рядом исследователей описаны явления, истолкованные как синтетические ферментные процессы. Поэтому в современной науке укрепилось представление о том, что все основные превращения веществ в организмах совершаются с помощью ферментов.

Дальнейшей задачей науки стало раскрытие всей сложной цепи химических превращений простых неорганических соединений в органическое вещество, совершающихся в клетках зеленого листа. Наиболее близко к разрешению поставленной задачи современной науке удалось подойти в связи с изучением хлорофилла. Это изучение было начато еще в первой половине XIX в. французскими химиками Пельтье и Каванту.

Читайте также:

  

• История одного солдата великой отечественной войны кратко

  

• Растительный мир восточной азии кратко

  

• Тайна гибели титаника кратко

  

• Экологический кодекс рт кратко

  

• Феминизм в международных отношениях кратко