Фотосинтез является уникальным и неизмеримо значимым процессом в биосфере нашей планеты, так как он служит начальным звеном в создании органических веществ и энергии для большинства живых существ. Ещё в прошлом биологии он был одной из основных тем для изучения. Но и сейчас, в эпоху генетики и генной инженерии, фотосинтез остается важной темой, интересующей учёных. Однозначного ответа на вопрос, какая наука изучает процесс фотосинтеза, нет. В основном изучает фотосинтез биология и её более узкая специализация ботаника, которая изучает растения и процессы, происходящие в них. Кроме биологов, интересен процесс фотосинтеза и химикам.

• Определение понятия
• История открытия процесса
• Основные задачи фотосинтеза
• Интересные факты

Определение понятия

Кратко фотосинтез можно охарактеризовать как производство кислорода из света живыми существами. Изучая процесс подробнее, нужно разграничивать определения фотосинтез и фотоафтотрофия (оксигенная и аноксигенная). Растения осуществляют оксигенную фотоафтотрофию. Это относится и к высшим, и к низшим их формам, а также к представителям царства Бактерий — цианобактериям.

Это интересно: вакуоль и её особенности.

Характеризуют этот процесс следующие признаки:

• Автотрофный тип питания (органические вещества синтезируются из неорганических);
• Источником энергии является свет;
• В результате производится кислород;

Фотосинтезирующими являются и некоторые другие виды бактерий — пурпурные серные и несерные, зеленые серобактерии, галобактерии и прочие. Однако для них характерна аноксигенная фотоафтотрофия, иначе называемая фоторедукцией.

Это интересно: дикорастущие растения, примеры.

Процесс синтеза кислорода запускается светом и происходит лишь в зеленых пластидах. Это могут быть хлоропласты высших растений, мембраны цианобактерий или же хроматофоры водорослей. Все они имеют в мембранах хлорофилл.

История открытия процесса

• В 1771 году Джозеф Пристли заметил, что растения выделяют кислород, так как воздух становится годным для дыхания и процессов горения;
• В 1779 году Ян Ингенхауз сделал наблюдение, что это происходит лишь под действием света;
• В 1782 году Жан Сенебье открыл, что кислород выделяется исключительно зелеными частями растений и лишь тогда, когда воздух содержит углекислый газ;
• В 1804 году Николя Соссюр подсчитал, что объем потребляемого растениями углекислого газа равен объему производимого ими кислорода. На основе этого наблюдение был сделан вывод об их углеродном питании. Также стало известно, что в процессе производства кислорода задействована вода;
• В 1817 году Пельтье и Каванту обнаружили зеленый пигмент растений, которому дали название хлорофилл;
• В 1840 году Жан-Батистом Буссенго было составлено общее уравнение процесса (6СО2+6Н2О=С6Н12О6+6О2);
• В 1842 году Р. Майром было сформулировано положение — растениями свет превращается в химическую энергию;
• В 1864 году У. Сакс открыл, что основным продуктом синтеза, происходящего в листьях, является крахмал;
• В 1869 году К. А. Тимирязев при помощи экспериментов доказал, что зеленые листья накапливают и трансформируют энергию, а также то, что для этого необходим свет красного спектра;
• В 1877 году В. Пфеффером был введен термин «фотосинтез».

Это интересно: к прокариотам относятся также бактерии, почему?

Основные задачи фотосинтеза

Для растений этот процесс является основой жизнедеятельности — питания, обменных процессов. Но не меньше значение он имеет и для всей Земли. От него зависят:

• Выработка кислорода в масштабах, поддерживающих жизнедеятельность бесчисленных аэробных организмов;
• Защита Земли от космического излучения: с помощью фотосинтеза создается и поддерживается озоновый экран;
• Поддержание газового состава и баланса атмосферы, регуляция уровня содержания в ней углекислого газа;
• Защита от парникового эффекта.

Это интересно: борьба за существование, ее формы и причины.

Интересные факты

• Существуют нефотосинтезирующие растения, в которых не содержится хлорофилл. Это микогетеротрофы, являющиеся паразитами грибов. Например, подъельник одноцветковый — белое растение, у которого отсутствуют листья. Отличающий его от большинства растений белый цвет — признак того, что он не нуждается в свете и может жить в темноте.


• Так называемый морской слизень, живущий в соленых водоёмах на небольшой глубине, усваивает хлоропласты водорослей, которые живут в его организме некоторое время. Они продолжают процесс фотосинтеза, а слизень питается его продуктом — глюкозой.
• Установлено, что в природной среде обитания фотосинтезирующие бактерии имеют возможность использовать различные источники света, наряду с естественным светом Солнца. Потому такие бактерии могут жить в недоступных солнечному свету местах. Это открытие было сделано в 2005 году учеными университета Британской Колумбии. В пробах из окрестностей термального источника на Коста-Рике, взятых на большой глубине, куда не проникает солнечный свет. В образцах была найдена серобактерия, содержащая особый хлорофилл. Вероятно, она фотосинтезирует с помощью тусклого длинноволнового света гидротермальных источников.
• По результатам наблюдений в 1970-х годах было установлено, что мощность энергии Солнца, потребляемой растениями для фотосинтеза, намного превосходила мощность всех земных электрических станций.

Это интересно: сколько пар рёбер у человека в грудной клетке?

Источник: obrazovanie.guru

Как питается растение?

Раньше люди были уверены, что все вещества для своего питания растения берут из почвы. Но один опыт показал, что это не так.

В горшок с землёй было посажено дерево. При этом измерили массу и земли, и дерева. Когда через несколько лет снова взвесили то и другое, оказалось, что масса земли уменьшилась всего на несколько граммов, а масса растения увеличилась на много килограммов.

В почву вносили только воду. Откуда же взялись эти килограммы растительной массы?

Из воздуха. Все органические вещества растений созданы из углекислого газа атмосферы и почвенной воды.

Энергия

Животные и человек питаются растениями, чтобы получить энергию для жизни. Эта энергия содержится в химических связях органических веществ. Откуда она там?

Известно, что растение не может нормально расти без света. Свет и является энергией, с помощью которой растение строит органические вещества своего тела.

Не важно какой это свет, солнечный или электрический. Любой луч света несёт энергию, которая становится энергией химический связей и как клей удерживает атомы в больших молекулах органических веществ.

Где идёт фотосинтез

Фотосинтез проходит только в зелёных частях растений, а точней, в особых органах растительных клеток – хлоропластах.

Рис. 1. Хлоропласты под микроскопом.

Хлоропласты являются разновидностью пластид. Они всегда зелёные, т. к. содержат вещество зелёного цвета – хлорофилл.

Хлоропласт отделён от остального объёма клетки мембраной и имеет вид зёрнышка. Внутреннее пространство хлоропласта называется стромой. В ней и начинаются процессы фотосинтеза.

Рис. 2. Внутреннее строение хлоропласта.

Хлоропласты являются как бы фабрикой, на которую поступает сырьё:

• углекислый газ (формула – СО₂);
• вода (Н₂О).

Вода поступает из корней, а углекислый газ – из атмосферы через особые отверстия в листьях. Свет является энергией для работы фабрики, а полученные органические вещества – продукцией.

Сначала производятся углеводы (глюкоза), но впоследствии из них образуется множество веществ различных запахов и вкусов, которые так любят животные и люди.

Из хлоропластов полученные вещества транспортируются в различные органы растения, где откладываются в запас, либо используются.

Реакция фотосинтеза

В общем виде уравнение фотосинтеза выглядит так:

СО₂ + Н₂О = органические вещества + О₂ (кислород)

Основная функция фотосинтеза – создание органических веществ, из которых строится тело растений.

Выделение кислорода – побочный эффект процесса.

Значение фотосинтеза

Роль фотосинтеза в природе чрезвычайно велика. Благодаря ему создан весь растительный мир планеты.

Рис. 3. Фотосинтез.

Благодаря фотосинтезу растения:

• являются источником кислорода для атмосферы;
• переводят энергию солнца в доступную для животных и человека форму.

Какая наука изучает процесс фотосинтеза

Фотосинтез изучают разные науки, но больше всего ботаника и физиология растений.

Ботаника – это наука о растениях и, поэтому изучает его как важный жизненный процесс растений.

Наиболее подробно изучает фотосинтез физиология растений. Учёные-физиологи определили, что этот процесс сложный и имеет стадии:

• световую;
• темновую.

Это значит, что фотосинтез начинается на свету, но заканчивается в темноте.

Источник: obrazovaka.ru

Определение понятия

Кратко фотосинтез можно охарактеризовать как производство кислорода из света живыми существами. Изучая процесс подробнее, нужно разграничивать определения фотосинтез и фотоафтотрофия (оксигенная и аноксигенная). Растения осуществляют оксигенную фотоафтотрофию. Это относится и к высшим, и к низшим их формам, а также к представителям царства Бактерий — цианобактериям.

Это интересно: вакуоль и её особенности.

Характеризуют этот процесс следующие признаки:

• Автотрофный тип питания (органические вещества синтезируются из неорганических),
• Источником энергии является свет,
• В результате производится кислород,

Фотосинтезирующими являются и некоторые другие виды бактерий — пурпурные серные и несерные, зеленые серобактерии, галобактерии и прочие. Однако для них характерна аноксигенная фотоафтотрофия, иначе называемая фоторедукцией.

Это интересно: дикорастущие растения, примеры.

Процесс синтеза кислорода запускается светом и происходит лишь в зеленых пластидах. Это могут быть хлоропласты высших растений, мембраны цианобактерий или же хроматофоры водорослей. Все они имеют в мембранах хлорофилл.

История открытия процесса

• В 1771 году Джозеф Пристли заметил, что растения выделяют кислород, так как воздух становится годным для дыхания и процессов горения,
• В 1779 году Ян Ингенхауз сделал наблюдение, что это происходит лишь под действием света,
• В 1782 году Жан Сенебье открыл, что кислород выделяется исключительно зелеными частями растений и лишь тогда, когда воздух содержит углекислый газ,
• В 1804 году Николя Соссюр подсчитал, что объем потребляемого растениями углекислого газа равен объему производимого ими кислорода. На основе этого наблюдение был сделан вывод об их углеродном питании. Также стало известно, что в процессе производства кислорода задействована вода,
• В 1817 году Пельтье и Каванту обнаружили зеленый пигмент растений, которому дали название хлорофилл,
• В 1840 году Жан-Батистом Буссенго было составлено общее уравнение процесса (6СО2+6Н2О=С6Н12О6+6О2),
• В 1842 году Р. Майром было сформулировано положение — растениями свет превращается в химическую энергию,
• В 1864 году У. Сакс открыл, что основным продуктом синтеза, происходящего в листьях, является крахмал,
• В 1869 году К. А. Тимирязев при помощи экспериментов доказал, что зеленые листья накапливают и трансформируют энергию, а также то, что для этого необходим свет красного спектра,
• В 1877 году В. Пфеффером был введен термин «фотосинтез».

Это интересно: к прокариотам относятся также бактерии, почему?

Основные задачи фотосинтеза

Для растений этот процесс является основой жизнедеятельности — питания, обменных процессов. Но не меньше значение он имеет и для всей Земли. От него зависят:

• Выработка кислорода в масштабах, поддерживающих жизнедеятельность бесчисленных аэробных организмов,
• Защита Земли от космического излучения: с помощью фотосинтеза создается и поддерживается озоновый экран,
• Поддержание газового состава и баланса атмосферы, регуляция уровня содержания в ней углекислого газа,
• Защита от парникового эффекта.

Это интересно: борьба за существование, ее формы и причины.

Интересные факты

• Существуют нефотосинтезирующие растения, в которых не содержится хлорофилл. Это микогетеротрофы, являющиеся паразитами грибов. Например, подъельник одноцветковый — белое растение, у которого отсутствуют листья. Отличающий его от большинства растений белый цвет — признак того, что он не нуждается в свете и может жить в темноте.
• Так называемый морской слизень, живущий в соленых водоёмах на небольшой глубине, усваивает хлоропласты водорослей, которые живут в его организме некоторое время. Они продолжают процесс фотосинтеза, а слизень питается его продуктом — глюкозой.
• Установлено, что в природной среде обитания фотосинтезирующие бактерии имеют возможность использовать различные источники света, наряду с естественным светом Солнца. Потому такие бактерии могут жить в недоступных солнечному свету местах. Это открытие было сделано в 2005 году учеными университета Британской Колумбии. В пробах из окрестностей термального источника на Коста-Рике, взятых на большой глубине, куда не проникает солнечный свет. В образцах была найдена серобактерия, содержащая особый хлорофилл. Вероятно, она фотосинтезирует с помощью тусклого длинноволнового света гидротермальных источников.
• По результатам наблюдений в 1970-х годах было установлено, что мощность энергии Солнца, потребляемой растениями для фотосинтеза, намного превосходила мощность всех земных электрических станций.

Это интересно: сколько пар рёбер у человека в грудной клетке?

Источник: tvercult.ru