Вопрос: Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1. Водоросли – это группа низших растений, обитающих в водной среде. 2. У них отсутствуют органы, но имеются ткани: покровная, фотосинтезирующая и образовательная. 3. В одноклеточных водорослях осуществляется как фотосинтез, так и хемосинтез. 4. В цикле развития водорослей происходит чередование полового и бесполого поколений. 5. При половом размножении гаметы сливаются, происходит оплодотворение, в результате которого и развивается гаметофит. 6. В водных экосистемах водоросли выполняют функцию продуцентов.

Ответ:

2. У водорослей нет тканей и органов.

3. Осуществляют только фотосинтез.

5. При слиянии гамет образуется зигота, которая дает начало спорофиту.

Объяснение

Водоросли относят к низшим растениям именно потому, что их тело не дифференцировано на органы и ткани, а представлено однородными клетками. Тело многоклеточных водорослей называют слоевищем, или талломом.

При фотосинтезе используется энергия излучения Солнца. Хемосинтез — это синтез органических веществ за счет энергии, которая выделяется в химических реакциях. Хемосинтез встречается только у прокариот. Водоросли к ним не относятся, т. к. их клетки имеют ядра.

Цвет водорослей не всегда зеленый. Бурые и красные водоросли имеют разнообразные оттенки. Однако они все-равно остаются фотосинтетиками, просто их зеленый пигмент маскируется рядом других цветных пигментов.

Водоросли размножаются как половым, так и бесполым путем. У любых эукариотических организмов гаметы содержат гаплоидный набор хромосом. При слиянии двух гамет с образованием зиготы диплоидный набор восстанавливается. У растений организмы, содержащие диплоидный набор хромосом, называются спорофитом. Гаметофит содержит гаплоидный набор хромосом.

Водоросли обитают в воде, где в экосистемах выполняют ту же роль, что сухопутные растения, – являются продуцентами, т. е. синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза.

Дополнительные материалы:

Признаки водорослей

Водоросли

Источник: zen.yandex.ru

Определение фотосинтеза

Фотосинтез — это химический процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и водоросли производят глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, используя только свет в качестве источника энергии.

Этот процесс чрезвычайно важен для жизни на Земле, поскольку благодаря ему выделяется кислород, от которого зависит вся жизнь.

Зачем растениям нужна глюкоза (пища)?

Подобно людям и другим живым существам, растения также нуждаются в питании для поддержания жизнедеятельности. Значение глюкозы для растений заключается в следующем:

• Глюкоза, полученная в результате фотосинтеза, используется во время дыхания для высвобождения энергии, необходимой растению для других жизненно важных процессов.
• Растительные клетки также превращают часть глюкозы в крахмал, который используют по мере необходимости. По этой причине мертвые растения используются в качестве биомассы, ведь в них хранится химическая энергия.
• Глюкоза также необходима, чтобы производить другие химические вещества, такие как белки, жиры и растительные сахара, необходимые для обеспечения роста и других важных процессов.

Фазы фотосинтеза

Процесс фотосинтеза разделен на две фазы: световую и темновую.

Световая фаза фотосинтеза

Как следует из названия, световые фазы нуждаются в солнечном свете. В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в запасенную химическую энергию в виде молекулы электронного носителя НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и молекулы энергии АТФ (аденозинтрифосфат). Световые фазы протекают в тилакоидных мембранах в пределах хлоропласта.

Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина

В темновой фазе или цикле Кальвина возбужденные электроны из световой фазы обеспечивают энергию для образования углеводов из молекул углекислого газа. Не зависящие от света фазы иногда называют циклом Кальвина из-за цикличности процесса.

Хотя темновые фазы не используют свет в качестве реагента (и, как результат, могут происходить днем или ночью), им необходимо, чтобы продукты светозависимых реакций функционировали. Независимые от света молекулы зависят от молекул энергоносителей — АТФ и НАДФН — для создания новых молекул углеводов. После передачи энергии молекулы энергоносители возвращаются к световым фазам для получения более энергичных электронов. Кроме того, несколько ферментов темновой фазы активируются с помощью света.

Схема фаз фотосинтеза

Заметка: Это означает, что темновые фазы не будут продолжаться, если растения будут лишены света слишком долго, так как они используют продукты световых фаз.

Строение листьев растений

Мы не можем полностью изучить фотосинтез, не зная больше о строении листа. Лист адаптирован для того, чтобы играть жизненно важную роль в процессе фотосинтеза.

Внешнее строение листьев

• Площадь

Одной из самых главных особенностей растений является большая площадь поверхности листьев. Большинство зеленых растений имеют широкие, плоские и открытые листья, которые способны захватывать столько солнечной энергии (солнечного света), сколько необходимо для фотосинтеза.

• Центральная жилка и черешок

Центральная жилка и черешок соединяются вместе и являются основанием листа. Черешок располагает лист таким образом, чтобы он получал как можно больше света.

• Листовая пластинка

Простые листья имеют одну листовую пластину, а сложные — несколько. Листовая пластинка — одна из самых главных составляющих листа, которая непосредственно участвует в процессе фотосинтеза.

• Жилы

Сеть жилок в листьях переносит воду от стеблей к листьям. Выделяемая глюкоза также направляется в другие части растения из листьев через жилки. Кроме того, эти части листа поддерживают и удерживают листовую пластину плоской для большего захвата солнечного света. Расположение жилок (жилкование) зависит от вида растения.

• Основание листа

Основанием листа выступает самая нижняя его часть, которая сочленена со стеблем. Зачастую, у основания листа располагается парное количество прилистников.

• Край листа

В зависимости от вида растения, край листа может иметь различную форму, включая: цельнокрайнюю, зубчатую, пильчатую, выемчатую, городчатую и т.п.

• Верхушка листа

Как и край листа, верхушка бывает различной формы, включая: острую, округлую, туповатую, вытянутую, оттянутою и т.д.

Внутреннее строение листьев

Ниже представлена ​​близкая схема внутреннего строения тканей листьев:

• Кутикула

Кутикула выступает главным, защитным слоем на поверхности растения. Как правило, она толще на верхней части листа. Кутикула покрыта веществом, похожим на воск, благодаря которому защищает растение от воды.

• Эпидермис

Эпидермис — слой клеток, который является покровной тканью листа. Его главная функция — защита внутренних тканей листа от обезвоживания, механических повреждений и инфекций. Он также регулирует процесс газообмена и транспирации.

• Мезофилл

Мезофилл — это основная ткань растения. Здесь происходит процесс фотосинтеза. У большинства растений мезофилл разделен на два слоя: верхний — палисадный и нижний — губчатый.

• Защитные клетки

Защитные клетки — специализированные клетки в эпидермисе листьев, которые используются для контроля газообмена. Они выполняют защитную функцию для устьица. Устьичные поры становятся большими, когда вода есть в свободном доступе, в противном случае, защитные клетки становятся вялыми.

• Устьице

Фотосинтез зависит от проникновения углекислого газа (CO2) из воздуха через устьица в ткани мезофилла. Кислород (O2), полученный как побочный продукт фотосинтеза, выходит из растения через устьица. Когда устьица открытые, вода теряется в результате испарения и должна быть восполнена через поток транспирации, водой, поглощенной корнями. Растения вынуждены уравновешивать количество поглощенного СО2 из воздуха и потерю воды через устьичные поры.

Условия, необходимые для фотосинтеза

Ниже приведены условия, которые необходимы растениям для осуществления процесса фотосинтеза:

• Углекислый газ. Бесцветный природный газ без запаха, обнаруженный в воздухе и имеет научное обозначение CO2. Он образуется при горении углерода и органических соединений, а также возникает в процессе дыхания.


• Вода. Прозрачное жидкое химическое вещество без запаха и вкуса (в нормальных условиях).
• Свет. Хотя искусственный свет также подходит для растений, естественный солнечный свет, как правило, создает лучшие условия для фотосинтеза, потому что в нем присутствует природное ультрафиолетовое излучение, которое оказывает положительное влияние на растения.
• Хлорофилл. Это зеленый пигмент, найденный в листьях растений.
• Питательные вещества и минералы. Химические вещества и органические соединения, которые корни растений поглощают из почвы.

Что образуется в результате фотосинтеза?

• Глюкоза;
• Кислород.

Заметка: Растения получают CO2 из воздуха через их листья, и воду из почвы через корни. Световая энергия исходит от Солнца. Полученный кислород выделяется в воздух из листьев. Получаемую глюкозу можно превратить в другие вещества, такие как крахмал, который используется как запас энергии.

Если факторы, способствующие фотосинтезу, отсутствуют или присутствуют в недостаточном количестве, это может негативно повлиять на растение. Например, меньшее количество света создает благоприятные условия для насекомых, которые едят листья растения, а недостаток воды замедляет.

Где происходит фотосинтез?

Фотосинтез происходит внутри растительных клеток, в мелких пластидах, называемых хлоропластами. Хлоропласты (в основном встречающиеся в слое мезофилла) содержат зеленое вещество, называемое хлорофиллом. Ниже приведены другие части клетки, которые работают с хлоропластом, чтобы осуществить фотосинтез.

Строение растительной клетки

Функции частей растительной клетки

• Клеточная стенка: обеспечивает структурную и механическую поддержку, защищает клетки от патогенов, фиксирует и определяет форму клетки, контролирует скорость и направление роста, а также придает форму растениям.
• Цитоплазма: обеспечивает платформу для большинства химических процессов, контролируемых ферментами.
• Мембрана: действует как барьер, контролируя движение веществ в клетку и из нее.
• Хлоропласты: как было описано выше, они содержат хлорофилл, зеленое вещество, которое поглощает световую энергию в процессе фотосинтеза.
• Вакуоль: полость внутри клеточной цитоплазмы, которая накапливает воду.
• Клеточное ядро: содержит генетическую марку (ДНК), которая контролирует деятельность клетки.

Хлорофилл поглощает световую энергию, необходимую для фотосинтеза. Важно отметить, что поглощаются не все цветовые длины волны света. Растения в основном поглощают красную и синюю волны — они не поглощают свет в зеленом диапазоне.

Углекислый газ в процессе фотосинтеза

Растения получают углекислый газ из воздуха через их листья. Углекислый газ просачивается через маленькое отверстие в нижней части листа — устьицу.

Нижняя часть листа имеет свободно расположенные клетки, чтобы углекислый газ достиг других клеток в листьях. Это также позволяет кислороду, образующемуся при фотосинтезе, легко покидать лист.

Углекислый газ присутствует в воздухе, которым мы дышим, в очень низких концентрациях и служит необходимым фактором темновой фазы фотосинтеза.

Свет в процессе фотосинтеза

Лист обычно имеет большую площадь поверхности, поэтому он может поглощать много света. Его верхняя поверхность защищена от потери воды, болезней и воздействия погоды восковым слоем (кутикулой). Верх листа находится там, где падает свет. Этот слой мезофилла называется палисадным. Он приспособлен для поглощения большого количества света, ведь в нем находится много хлоропластов.

В световых фазах, процесс фотосинтеза увеличивается с большим количеством света. Больше молекул хлорофилла ионизируется, и больше генерируется АТФ и НАДФН, если световые фотоны сосредоточены на зеленом листе. Хотя свет чрезвычайно важен в световых фазах, необходимо отметить, что чрезмерное его количество может повредить хлорофилл, и уменьшить процесс фотосинтеза.

Световые фазы не слишком сильно зависят от температуры, воды или углекислого газа, хотя все они нужны для завершения процесса фотосинтеза.

Вода в процессе фотосинтеза

Растения получают воду, необходимую для фотосинтеза через свои корни. Они имеют корневые волоски, которые разрастаются в почве. Корни характеризуются большой площадью поверхности и тонкими стенками, что позволяет воде легко проходить сквозь них.

На изображении представлены растения и их клетки с достаточным количеством воды (слева) и ее нехваткой (справа).

Заметка: Корневые клетки не содержат хлоропластов, поскольку они, как правило, находятся в темноте и не могут фотосинтезировать.

Если растение не впитывает достаточное количество воды, оно увядает. Без воды, растение будет не способно фотосинтезировать достаточно быстро, и может даже погибнуть.

Какое значение имеет вода для растений?

• Обеспечивает растворенными минералами, которые поддерживают здоровье растений;
• Является средой для транспортировки минеральных ресурсов;
• Поддерживает устойчивость и прямостояние;
• Охлаждает и насыщает влагой;
• Дает возможность проводить различные химические реакции в растительных клетках.

Значение фотосинтеза в природе

Биохимический процесс фотосинтеза использует энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в кислород и глюкозу. Глюкоза используется в качестве строительных блоков в растениях для роста тканей. Таким образом, фотосинтез — это способ, благодаря которому формируются корни, стебли, листья, цветы и плоды. Без процесса фотосинтеза растения не смогут расти или размножаться.

• Продуценты

Из-за фотосинтетической способности, растения известны как продуценты и служат основой почти каждой пищевой цепи на Земле. (Водоросли являются эквивалентом растений в водных экосистемах). Вся пища, которую мы едим, происходит от организмов, являющихся  фотосинтетиками. Мы питаемся этими растениями напрямую или едим животных, таких как коровы или свиньи, которые потребляют растительную пищу.

• Основа пищевой цепи

Внутри водных систем, растения и водоросли также составляют основу пищевой цепи. Водоросли служат пищей для беспозвоночных, которые, в свою очередь, выступают источником питания для более крупных организмов. Без фотосинтеза в водной среде жизнь была бы невозможна.

• Удаление углекислого газа

Фотосинтез превращает углекислый газ в кислород. Во время фотосинтеза углекислый газ из атмосферы поступает в растение, а затем выделяется в виде кислорода. В сегодняшнем мире, где уровни двуокиси углерода растут ужасающими темпами, любой процесс, который устраняет углекислый газ из атмосферы, является экологически важным.

• Круговорот питательных веществ

Растения и другие фотосинтезирующие организмы играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ. Азот в воздухе фиксируется в растительных тканях и становится доступным для создания белков. Микроэлементы, находящиеся в почве, также могут быть включены в растительную ткань и стать доступными для травоядных животных, дальше по пищевой цепи.

• Фотосинтетическая зависимость

Фотосинтез зависит от интенсивности и качества света. На экваторе, где солнечный свет обилен весь год и вода не является ограничивающим фактором, растения имеют высокие темпы роста, и могут стать довольно большими. И наоборот, фотосинтез в более глубоких частях океана встречается реже, поскольку свет не проникает в эти слои, и в результате эта экосистема оказывается более бесплодной.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

Источник: www.chem21.info

Две трети поверхности земного шара занимают моря и океаны. Да и на материках бесчисленное количество озер, рек, водоемов, увлажненной поверхности почвы, куда так или иначе проникает солнечный свет. Все эти места населены микроскопическими водорослями, относящимися к различным семействам, родам, видам и обладающими разными свойствами. Их очень много. За последние годы пристальное внимание ученых привлекла к себе пресноводная одноклеточная водоросль — хлорелла.

Свободно живущие клетки этой водоросли обладают фотосинтетическим аппаратом — хроматофором (одно из разновидностей хлоропластов), содержащим хлорофилл.

Особое свойство хлореллы в том, что клетки ее обитают в водной среде и благодаря этому для них не существует проблемы недостаточного водоснабжения, а также быстрых и резких чрезмерных колебаний температуры внешней среды. Питательные вещества — углекислый газ, элементы минерального питания клетки водоросли получают непосредственно из окружающей жидкой среды, усваивая их всей своей поверхностью. Начальные продукты питания и продукты фотосинтеза производятся и используются на месте, в одной и той же клетке, без сложных транспортировок из одних органов в другие, без необходимости создавать сложные транспортные системы и органы, связывающие растения с почвой и воздушной средой. Живая клетка водоросли несет обязанности и органа размножения. Она дает автоспоры — зачаточные образования, из которых возникают дочерние клетки. Каждая дочерняя клетка, осуществляя фотосинтез, растет и в свою очередь достигает больших размеров и зрелости. Внутри ее образуются две, четыре, а в хороших условиях 16 автоспор. Разрывая оболочку материнской клетки, они выпадают в жидкую среду, давая новое поколение дочерних клеток, содержащих много хлорофилла и способных опять быстро начать энергичный фотосинтез, расти и осуществить такой же жизненный цикл, как и клетки предшествующих поколений. У очень активных форм цикл жизни определяется 8 часами. Таким образом, за сутки могут завершить жизнь три поколения, дав начало четвертому.

Если даже в среднем каждая клетка будет давать 4 дочерних, то и при этом суточный коэффициент размножения, а, следовательно, и умножения органического вещества за счет фотосинтеза может достигнуть 64. Такой быстрый фотосинтез и прирост биомассы может осуществляться в очень благоприятных условиях и, в частности, тогда, когда плотность суспензий очень невелика, например, не свыше 2—3 млн, клеток в см³ жидкости.

В этом случае суспензия почти прозрачна, свет проникает в ее глубину без особых препятствий, все клетки освещаются, не мешая друг другу, и не проявляется борьба между ними за углекислоту и минеральное питание. Однако начальная биомасса клеток в жидкости в этом случае ничтожна и даже суточное увеличение ее в 64 раза не может дать сколько-нибудь значительной продукции. В благоприятных условиях, благодаря быстрому размножению клеток, плотность суспензии быстро и сильно возрастает и в конце концов может достигнуть одного, двух и больше миллиардов клеток в 1 см³. При этом суспензии приобретают очень высокую оптическую плотность, свет может проникать внутрь суспензии на глубину не больше 1—2 мм, остальные клетки не получают света, но дышат и расходуют органические вещества. Кроме того, им начинает не хватать элементов минерального питания и в конце концов рост плотности суспензии или нарастание биомассы прекращается.

Наибольшее абсолютное нарастание органических веществ в результате фотосинтеза происходит при некоторой оптимальной при данных условиях плотности суспензии. Коэффициент размножения клеток при этом хотя и снижается, но зато исходная масса в суспензии достаточно велика и даже при сниженных коэффициентах размножения общий результат фотосинтеза оказывается наивысшим.

В этом состоянии суспензии из нее можно непрерывно отбирать нарастающую биомассу, состоящую в основном из органических веществ, как продуктов фотосинтеза, и поддерживать суспензию на уровне оптимальной плотности, добавляя взамен отбираемой части чистый раствор питательных солей. Такая суспензия будет непрерывно осуществлять фотосинтез и равномерно выдавать продукцию его в виде органического вещества.

В данном случае мы описали принцип высокопроизводительной биологической фотосинтезирующей системы, в которую вводится энергия в виде света, подаются исходные питательные вещества в виде углекислого газа и минеральных солей. В такой установке с помощью автоматической системы на выходе отбирается готовая продукция, непрерывно получаемая при оптимальном режиме работы суспензии. Интереснейшая особенность этой системы заключается также в том, что в ней фотосинтетический аппарат не только выдает нужную нам продукцию, но и непрерывно сам себя обновляет, воссоздает и обеспечивает таким образом непрерывную равномерную работу системы в течение произвольно длительного времени.

Замечательные свойства подобной системы можно умножить. Непрерывный высокий выход фотосинтетической продукции обеспечивается обильным питанием азотом, поддерживающим не только интенсивный фотосинтез, а и очень энергичное размножение клеток. В этом случае на выходе из системы получается биомасса с высоким содержанием белков (до 50%), а белки — основа жизни и ценнейшая часть кормов и пищи.

Но в ряде случаев выгодно или необходимо получать органическую биомассу, богатую углеводами или жирами. Для этого отбираемую из первого основного реактора суспензию с энергично растущими клетками после ее концентрирования помещают в другой реактор с питательной средой, бедной азотом. Здесь суспензия обильно освещается и хорошо снабжается углекислым газом.

В этих условиях клетки энергично фотосинтезируют, но не столь энергично размножаются. Вместо этого они сильно увеличиваются в размерах, заполняясь углеводами и жирами. Выдержав в этих условиях суспензию, можно получать биомассу, в составе которой может быть много углеводов (до 50%) или жиров (до 60%).

Таким образом, можно управлять фотосинтезом описанных систем, не только увеличивая его КПД, но и получая продукцию разного химического состава. В дальнейшем, путем подбора соответствующих форм водорослей и режимов их культуры, вероятно, можно будет получать и другие специализированные продукты, богатые витаминами, ферментами, физиологически активными, и даже техническими веществами, необходимыми для их использования в промышленности.

Остается выяснить, какими могут быть коэффициенты полезного действия такой непрерывно действующей фотосинтезирующей системы.

В очень разбавленной суспензии, когда клетки водоросли не затеняют друг друга, как показывают графики, плато кривой фотосинтеза, характеризующее оптимальный режим процесса, начинается при освещенности 5—10 тыс. люкс. Если суспензия в плоской кювете освещается светом, не превышающим интенсивности в 5—10 тыс. люкс, то каждая отдельная клетка использует поглощаемый ею свет с высоким КПД, соответствующим 20—25%.

Но пропуская большую часть света через себя, слабая суспензия поглощает мало света. Общий КПД всей суспензии в целом низок. Отсюда ясно, что для того чтобы повысить выход фотосинтеза и КПД, надо либо увеличить толщину слоя (что не всегда выгодно), либо повысить плотность суспензии. Повышать плотность суспензии надо так, чтобы в самых глубоких ее слоях оставался свет, интенсивность которого не спускалась бы ниже величины, соответствующей компенсационному пункту фотосинтеза. В этом случае суспензия могла бы работать с коэффициентом полезного действия, равным примерно 25%.

Однако при низких интенсивностях света общая суммарная продуктивность фотосинтеза на единицу освещаемой площади суспензии будет низкой. Как видно, в этом случае стремление иметь высокий КПД фотосинтеза оказалось в некотором противоречии с требованием общей высокой производительности системы.

Для того чтобы удовлетворить и второе требование, необходимо работать при более высоких плотностях суспензий, т. е. увеличивать оптическую их плотность. Но если при этом не увеличить интенсивность света, то клетки глубоких слоев не будут получать достаточного для фотосинтеза количества света. Эти клетки будут тратить органические вещества на дыхание. Увеличивая плотность суспензии, мы должны также увеличивать и интенсивность света.

В этих случаях самые наружные клетки будут освещаться светом излишне высоких интенсивностей и будут работать с пониженным КПД в зоне плато световой кривой фотосинтеза. Но в более выгодных условиях будут находиться клетки внутренних слоев. Это повысит общий выход продукции, но снизит коэффициент .полезного действия фотосинтеза суспензии.

В разных случаях з зависимости от задачи и цели работы, от доступности условий приходится ориентироваться либо на необходимость получать высокие выходы продукции с единицы освещаемой площади или объема суспензии (но при этом приходится мириться со сниженным КПД использования света). Либо, наоборот, приходится стремиться получать высокий КПД использования света, но со сниженными абсолютными выходами биомассы. Отыскание условий наиболее выгодных для тех или иных целей и техники культуры водорослей обычно осуществляется путем математического анализа, тем более оправдывая оценку подобных фотосинтезирующих систем, как систем инженерно-биологических. Такой подход по отысканию оптимальных вариантов культуры особенно необходим в тех ответственных случаях, когда предполагается использование культуры водорослей в условиях космических полетов, где они, осуществляя фотосинтез, могут и поддерживать на нормальном уровне состав воздуха, освобождая его о г углекислого газа и обогащая кислородом. Здесь нужна особенно высокая производительность и надежность работы подобных систем.

Все это требует усиленной работы по улучшению конструкции специальных аппаратов — реакторов, разработки наилучших условий освещения, питания клеток, перемешивания суспензии и, наконец, подбора для культуры наиболее выгодных форм водорослей. Это так называемые термофильные, теплолюбивые формы. Они легче переносят свет высоких интенсивностей и лучше на него отзываются.

При хороших условиях можно рассчитывать на то, что совершенные системы интенсивной культуры одноклеточных водорослей смогут использовать энергию поглощаемого ими света с КПД в 15—20%.

Источник: lsdinfo.org