Значение фотосинтеза в природеФотосинтез 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


  • Как был открыт процесс фотосинтезВ 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

  • Что известно о фотосинтезеСуществуют 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.
  • iv>
  • 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

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

  • Как был открыт процесс фотосинтезВ 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

  • Что известно о фотосинтезеСуществуют 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.

  • iv>

  • 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

Понятие о фотосинтезе

Фотосинтезом называется первичный синтез органических веществ из углекислого газа и воды, протекающий в тканях зеленых растений с использованием энергии света, которая при этом превращается в потенциальную химическую энергию органических веществ. Этот процесс выражают суммарным уравнением: 6СО2+6Н2 О + (энергия света (686 ккал)/хлорофилл) = С6Н12О6+6О2


Процесс фотосинтеза очень сложен и состоит из целого ряда биофизических и биохимических процессов. На основе поглощаемой хлорофиллом солнечной энергии растения перестраивают молекулы СО2 и Н2О, восстанавливая углерод и превращая его из соединения неорганического в органическое, и выделяют кислород.Фотосинтез Использование солнечной энергии как элемент процесса фотосинтеза. Синтезируемые зелеными растениями органические вещества и сосредоточенная в них энергия являются основными источниками материи и энергии, используемыми другими организмами в процессе их жизнедеятельности, (подробнее: Чем полезен лес). Сухое вещество растений почти наполовину состоит из углерода. При исключении углекислого газа из атмосферы растения прекращают накопление органических веществ и вскоре погибают. Следовательно, для нормального роста растений необходим углекислый газ, который они получают из воздуха. По объему углекислый газ в воздухе составляет 0,03%.

М. В. Ломоносов о воздушном питании растений

М. В. Ломоносов (1761 г.) первый высказал мысль о воздушном питании растений, но экспериментальных данных у него не было. >


М.В. Ломоносов М.В. Ломоносов — первый высказал мысль о воздушном питании растений.  

Опыты Д. Пристли

Изучение влияния растений на состав окружающего воздуха впервые было проведено Д. Пристли (1773 г.). В его опытах мышь, накрытая стеклянным колоколом, погибала, но помещенная вместе с веткой мяты в те же условия оставалась живой. Д. Пристли установил тот факт, что растения способны «исправлять» воздух. Однако то, что это «исправление» воздуха происходит лишь на свету, ускользнуло от внимания Д. Пристли в его первых опытах.Д. Пристли Д. Пристли — первым изучал влияние растений на состав окружающего воздуха. В дальнейшем Д. Пристли и И. Ингенгауз (1779 г.) установили, что растения могут исправлять воздух только на свету, а в темноте они, так же как и животные, «портят» воздух. Исправление воздуха на свету свойственно только зеленым частям растения. Таким образом, в этих опытах были впервые получены доказательства существования у растений двух прямо противоположных процессов, влияющих на состав воздуха. Но ни Пристли, ни Ингенгауз не поняли, какое значение имеет «исправление» воздуха для самого растения.

Ж. Сенебье о процессе углеродного питания

Ж. Сенебье (1782 г.) доказал, что усвоение растениями углекислого газа и выделение кислорода на свету — это процесс углеродного питания, в результате которого углерод накапливается в растениях. Сенебье впервые дал правильное объяснение сущности газообмена растений.
Ж. Сенебье Ж. Сенебье — изучал процесс углеродного питания.

Опыты Н. Соссюра

Серия этих открытий в области фотосинтеза завершилась опытами Н. Соссюра (1804 г.), который количественно показал, что объемы обмениваемых газов — кислорода и углекислого газа — в этом процессе равны и что одновременно с углекислотой используется и вода, так как прибыль в весе сухой массы растения значительно превосходила вес углерода в углекислоте. Так было установлено происхождение углерода, кислорода и водорода в растениях.Н. Соссюр Н. Соссюр — на основе опытов установлено происхождение углерода, кислорода и водорода в растениях. Таким образом, на протяжении XVIII и в начале XIX столетия были выяснены основные положения воздушного питания растений: поглощение углекислого газа, выделение кислорода, необходимость света и хлорофилла и характер конечных продуктов. Однако в чем заключалась роль света, оставалось неясным.

К. А. Тимирязевым  продолжена история изучения фотосинтеза

Следующим этапом в познании природы фотосинтеза является изучение К. А. Тимирязевым энергетической стороны этого процесса и роли света. К. А. Тимирязев показал, что свет, поглощаемый хлорофиллом, необходим как источник энергии, и доказал приложимость к процессу фотосинтеза закона о сохранении энергии.
К. А. Тимирязев К. А. Тимирязев — изучал энергетическую сторону фотосинтеза и роль света в этом процессе. Большой вклад в изучение пигментов, участвующих в фотосинтезе, внесли:

  • Вильштеттер, давший формулу хлорофилла и каротиноидов,
  • М. С. Цвет, разработавший хроматографический метод для разделения пигментов листа.

Экология фотосинтеза изучалась многими русскими учеными:

  • С. П. Костычевым,
  • В. Н. Любименко,
  • А. А. Ивановым,
  • Д. И. Ивановским,
  • А. А Рихтером.

Большой вклад в развитие  химии фотосинтеза внесли советские ученые:

  • А. И. Теренин,
  • А. А. Красновский,
  • А. А. Ничипорович,
  • Т. Н. Годнев,

а за рубежом:

  • О. Варбург,
  • М. Кальвин,
  • Е. И. Рабинович и др.

Источник: LibTime.ru

Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

Скорость фотосинтеза определяется в зависимости от скорости производства кислорода либо на единицу массы (или площади) зелёных растительных тканей, либо на единицу веса всего хлорофилла.

Количество света, подача углекислого газа, температура, водоснабжение и наличие полезных ископаемых являются наиболее важными факторами окружающей среды, которые влияют на скорость реакции фотосинтеза на наземных установках. Его скорость определяется также видами растений и его физиологическим состоянием, например, его здоровьем, зрелостью и цветением.

Наука изучающая процесс фотосинтезаФотосинтез происходит исключительно в хлоропластах (греческий хлор = зелёный, пластообразный) растения. Хлоропласты преимущественно обнаруживаются в палисадах, но также и в губчатой ​​ткани. На нижней стороне листа находятся блокирующие ячейки, которые координируют обмен газами. CO 2 течёт в межклеточные клетки снаружи.

Вода, необходимая для фотосинтеза , транспортирует растение изнутри через ксилему в клетки. Зелёный хлорофилл обеспечивает поглощение солнечного света. После того как углекислый газ и вода превращаются в кислород и глюкозу, закрывающие клетки открывают и выделяют кислород в окружающую среду. Глюкоза остаётся в клетке и превращается растением среди других в крахмал. Сила сравниваются с полисахаридом глюкозы и лишь слегка растворимой, так что даже в высоких потерях воды в прочности растительных остатков.

Важность фотосинтеза в биологии

Наука изучающая процесс фотосинтезаИз света, полученного листом, отражается 20%, 10% передаются и 70% фактически поглощаются, из которых 20% рассеивается в тепле, 48% теряется при флуоресценции. Около 2% остаётся для фотосинтеза.

Благодаря этому процессу растения играют незаменимую роль на поверхности Земли; на самом деле зелёные растения с некоторыми группами бактерий являются единственными живыми существами, способными выработать органические вещества из минеральных элементов. По оценкам, каждый год 20 миллиардов тонн углерода фиксируются наземными растениями из углекислого газа в атмосфере и 15 миллиардов водорослями.

Зелёные растения являются основными первичными производителями, первое звено в пищевой цепи; не хлорофилловые растения и травоядные и плотоядные животные (включая людей) полностью зависят от реакции фотосинтеза.

Упрощённое определение фотосинтеза заключается в том, чтобы преобразовать световую энергию от солнца в химическую энергию. Этот фотонный биосинтез углевода производится из углекислого газа СО2 с помощью световой энергии.

То есть фотосинтез является результатом химической активности (синтеза) растений хлорофилла, которые продуцируют основные биохимические органические вещества из воды и минеральных солей благодаря способности хлоропластов захватывать часть энергии солнца.

История открытия удивительного и такого жизненного важного явления, как фотосинтез уходит корнями глубоко в прошлое. Более четырех веков назад в 1600 году бельгийский ученый Ян Ван — Гельмонт поставил простейший эксперимент. Он поместил веточку ивы в мешок, где находилось 80 кг земли. Ученый зафиксировал первоначальный вес ивы, и затем на протяжении пяти лет поливал растение исключительно дождевой водой. Каково же было удивление Яна Ван — Гельмонта, когда он повторно взвесил иву. Вес растения увеличился на 65 кг, причем масса земли уменьшился всего на 50 гр! Откуда растение взяло 64 кг 950 гр питательных веществ для ученого осталось загадкой!

Следующий значимый эксперимент на пути открытия фотосинтеза принадлежал английскому химику Джозефу Пристли. Ученый посадил под колпак мышь, и через пять часов грызун умер. Когда же Пристли поместил с мышью веточку мяты и также накрыл грызуна колпаком, мышь осталась живой. Этот эксперимент навел ученого на мысль о том, что существует процесс, противоположный дыханию. Ян Ингенхауз в 1779 году установил тот факт, что только зеленые части растений способны выделять кислород. Через три года швейцарский ученый Жан Сенебье доказал, что углекислый газ, под воздействием солнечных лучей, разлагается в зеленых органоидах растений. Спустя всего пять лет французский ученый Жак Буссенго, проводя лабораторные исследования, обнаружил тот факт, что поглощение растениями воды также происходит и при синтезе органических веществ. Эпохальное открытие в 1864 году совершил немецкий ботаник Юлиус Сакс. Ему удалось доказать, что объем потребляемого углекислого газа и выделяемого кислорода происходит в пропорции1:1.

Фотосинтез — один из самых значимых биологических процессов

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Говоря научным языком, фотосинтез (от др.-греч. φῶς — свет и σύνθεσις — соединение, связывание) — это процесс, при котором из углекислого газа и воды на свету образуются органические вещества. Заглавная роль в этом процессе принадлежит фотосинтетическим сегментам.

Если говорить образно, то лист растения можно сравнить лабораторией, окна которой выходят на солнечную сторону. Именно в ней происходит образование органических веществ. Этот процесс является основой существования всего живого на Земле.

Многие резонно зададут вопрос: чем дышат люди, живущие в городе, где не то что дерева, и травинки днем с огнем не сыщешь. Ответ очень прост. Дело в том, что на долю наземных растений приходится всего 20% выделяемого растениями кислорода. Главенствующую роль в выработке кислорода в атмосферу играют морские водоросли. На их долю приходится 80% от вырабатываемого кислорода. Говоря языком цифр, и растения, и водоросли ежегодно выделяют в атмосферу 145 млрд. тонн (!) кислорода! Недаром мировой океан называют «легкими планеты».

Общая формула фотосинтеза выглядит следующим образом:

Вода + Углекислый газ + Свет → Углеводы + Кислород

Для чего нужен фотосинтез растениям?

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Как мы уяснили, фотосинтез — это необходимое условие существования человека на Земле. Однако это не единственная причина, по которой фотосинтезирующие организмы производят активную выработку кислорода в атмосферу. Дело в том, что и водоросли, и растения ежегодно образуют более 100 млрд. органических веществ (!), которые составляют основу их жизнедеятельности. Вспоминая эксперимент Яна Ван-Гельмонта мы понимаем, что фотосинтез — это основа питания растений. Научно доказано, что 95% урожая определяют органические вещества, полученные растением в процессе фотосинтеза, и 5% — те минеральные удобрения, которые садовод вносит в почву.

Современные дачники основное внимание уделяют почвенному питанию растений, забывая о его воздушном питании. Неизвестно, какой урожай могли бы получить садоводы, если бы они внимательно относились к процессу фотосинтеза.

Однако ни растения, ни водоросли не могли бы так активно производить кислород и углеводы, не будь у них удивительного зеленого пигмента — хлорофилла.

Тайна зеленого пигмента

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Главное отличие клеток растения от клеток иных живых организмов — это наличие хлорофилла. К слову сказать, именно он является виновником того, что листья растений окрашены именно в зеленый цвет. Это сложное органическое соединение обладает одним удивительным свойством: оно способно поглощать солнечный свет! Благодаря хлорофиллу становится возможны и процесс фотосинтеза.

Две стадии фотосинтеза

Говоря простым языком, фотосинтез представляет собой процесс, при котором поглощенные растением вода и углекислый газ на свету при помощи хлорофилла образуют сахар и кислород. Таким образом, неорганические вещества удивительным образом превращаются в органические. Полученный в результате преобразования сахар является источником энергии растений.

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Фотосинтез имеет две стадии: световую и темновую.

Световая фаза фотосинтеза

Осуществляется на мембранах тилакойдов.

Тилакойд — это структуры, ограниченные мембраной. Они располагаются в строме хлоропласта.

Порядок событий световой стадии фотосинтеза:

  1. На молекулу хлорофилла попадает свет, который затем поглощается зеленым пигментом и приводит его в возбужденное состояние. Входящий в состав молекулы электрон переходит на более высокий уровень, участвует в процессе синтеза.
  2. Происходит расщепление воды, в ходе которого протоны под воздействием электронов превращаются в атомы водорода. Впоследствии они расходуются на синтез углеводов.
  3. На завершающем этапе световой стадии происходит синтез АТФ (Аденозинтрифосфат). Это органическое вещество, которое играет роль универсального аккумулятора энергии в биологических системах.

Темновая фаза фотосинтеза

Местом протекания темновой фазы являются строму хлоропластов. Именно в ходе темновой фазы происходит выделение кислорода и синтез глюкозы. Многие подумают, что такое название эта фаза получила потому что процесс, происходящие в рамках этого этапа осуществляются исключительно в ночное время. На самом деле, это не совсем верно. Синтез глюкозы происходит круглосуточно. Дело в том, что именно на данном этапе световая энергия больше не расходуется, а значит, она попросту не нужна.

Значение фотосинтеза для растений

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Мы уже определили тот факт, что фотоинтез нужен растениям ничем не меньше, чем нам. О масштабах фотосинтеза очень просто говорить языком цифр. Ученые рассчитали, что только растения суши запасают столько солнечной энергии, сколько могли бы израсходовать 100 мегаполисов в течение 100 лет!

Дыхание растений — это процесс, противоположный фотосинтезу. Смысл дыхания растений заключается в освобождении энергии в процессе фотосинтеза и направление ее на нужды растений. Говоря простым языком, урожай — это разница между фотосинтезом и дыханием. Чем больше фотосинтез и ниже дыхание, тем больше урожай, и наоборот!

Фотосинтез — это удивительный процесс, который делает возможной жизнь на Земле!

Жизнь на Земле возможна благодаря световой, главным образом, солнечной энергии. Эта энергия преобразуется в энергию химических связей органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза.

Фотосинтезом обладают все растения и некоторые прокариоты (фотосинтезирующие бактерии и сине зелёные водоросли). Такие организмы называются фототрофами . Энергию для фотосинтеза даёт свет, который улавливается особыми молекулами –фотосинтетическими пигментами. Поскольку при этом поглощается свет лишь определённой длины волны, часть световых волн не поглощается, а отражается. В зависимости от спектрального состава отражённого света пигменты приобретают окраску – зелёную, жёлтую, красную и др.

Различают три типа фотосинтетических пигментов – хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины . Наиболее важным пигментом является хлорофилл. Основой является плоское порфириновое ядро, образованное четырьмя пиррольными кольцами, соединёнными между собой метиловыми мостиками, с атомом магния в центре. Имеются различные хлорофиллы типа- а. У высших растений, зелёных и эвгленовых водорослей имеется хлорофилл-В, который образуется из хлорофилла — А. Бурые и диатомовые водоросли вместо хлорофилла-в содержат хлорофилл-С, а красные водоросли – хлорофилл-Д. Другую группу пигментов образуют каротиноиды, имеющие окраску от жёлтой до красной. Они содержатся во всех окрашенных пластидах (хлоропластах, хромопластах) растений. Причём в зелёных частях растений хлорофилл маскирует каротиноиды, делая их незаметными до наступления холодов. Осенью зелёные пигменты разрушаются и каротиноиды становятся хорошо заметными. Каротиноиды синтезируют фототрофные бактерии и грибы. Фикобилины присутствуют у красных водорослей и цианобактерий.

Световая стадия фотосинтеза

Хлорофиллы и другие пигменты в хлоропластах образуют специфические светособирающие комплексы . Путём электромагнитного резонанса они передают собранную энергию на особые молекулы хлорофилла. Эти молекулы под действием энергии возбуждения отдают электроны молекулам других веществ – переносчикам , а затем отнимают электроны у белков и далее, от воды. Расщепление воды в процессе фотосинтеза называется фотолизом . Это происходит в полостях тилакоидов. Протоны через специальные каналы проходят в строму. При этом выделяется энергия, необходимая для синтеза АТФ:

2Н 2 О = 4е + 4Н + + О 2

АДФ + Ф = АТФ

Участие энергии света здесь является обязательным условием, поэтому данную стадию называют световой стадией. Кислород, образующийся как побочный продукт выводится наружу и используется клеткой для дыхания.

Темновая стадия фотосинтеза

Следующие реакции протекают в строме хлоропласта. Из углекислого газа и воды происходит образование моносахаридов. Сам по себе данный процесс противоречит законам термодинамики, но поскольку при этом участвуют молекулы АТФ, то за счёт этой энергии синтез глюкозы является реальным процессом. Позже, из её молекул создаются полисахариды – целлюлоза, крахмал и другие сложные органические молекулы. Суммарное уравнение фотосинтеза можно представить в следующем виде:

6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Особенно много крахмала откладывается в хлоропластах днём при интенсивном течении фотосинтетических процессов, ночью же крахмал расщепляется до растворимых форм и используется растением.

Хотите более подробно разобраться в этой или другой теме по биологии?Записывайтесь на онлайн-уроки к автору этой статьи Владимиру Смирнову.

Статья является выдержкой из труда Владимира Смирнова «Генезис», любое копирование и использование материала обязательно с указанием авторства.

Также предлагаем посмотреть видеоурок о фотосинтезе от нашего ботаника Ирины:

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Вопрос 1. Что такое фотосинтез? Назовите вещества, необходимые для его осуществления.

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ и кислорода из углекислого газа и воды в листьях зеленых растений на солнечном свету.

Вопрос 2. Закончите предложения.

Фотосинтез происходит в растительных клетках, которые содержат органоиды хлоропласты. В них содержится зелёный пигмент хлорофилл, который придает растению окраску и обеспечивает фотосинтез.

У большинства растений основным органом, обеспечивающим осуществление фотосинтеза, является лист, еще фотосинтез может протекать в стеблях и зеленых плодах.

Вопрос 3. Известно, что наземные растения ежегодно образуют столько листьев, что ими можно было бы покрыть земной шар в несколько слоёв. Объясните, почему у растений образуется так много листьев.

Процесс образования органических веществ идет в листьях зеленых астений на солнечном свету. Поэтому, чтобы прокормить растение листьев должно быть очень много.

Вопрос 4. Рассмотрите рисунок «Образование органических веществ в процессе фотосинтеза». Подпишите на нем названия веществ, поступающих в лист и выводящихся из него.

Углекислый газ

Кислород

Ответьте на вопросы:

1) Каковы необходимые условия осуществления фотосинтеза?

Для фотосинтеза необходим солнечный свет, углекислый газ и хлоропласты.

2) Какие органические вещества образуются в процессе фотосинтеза и каково их значение для растения?

В хлоропластах под воздействием света в процессе фотосинтеза у растений образуется крахмал. Это вещество является углеводом и служит источником энергии для растений.

Вопрос 5*. Прочитайте в учебнике описание опыта по изучению влияния света на образование органических веществ в зеленых растениях и рассмотрите рисунок 61. Как вы думаете, почему в листьях зеленых растений нельзя обнаружить крахмал, после того как их выдерживают в темноте в течение 2-3 дней? Куда он исчезает?

Для преобразования крахмала в листьях необходим солнечный свет. Крахмал образуется в процессе фотосинтеза. Этот процесс произойдет с использованием энергии света. Без света нет процесса фотосинтеза, без процесса нет в листьях крахмала.

Работаем в лаборатории

Вопрос 6. Рассмотрите рисунок, на котором изображен опыт.

Ответьте на вопросы:

1) Почему свеча в первом и третьем случаях гаснет?

В первом и третьем сосудах семена и корнеплоды в процессе дыхания истратили весь кислород и выделили углекислый газ. Свеча погасла.

2) Почему свеча во втором случае горит?

Во втором сосуде растение не только дышит, но и при помощи фотосинтеза выделяет кислород, поэтому свеча горит.

Жизнь человека, как и всего живого на Земле невозможна без дыхания. Мы вдыхаем из воздуха кислород, а выдыхаем углекислый газ. Но почему же кислород не кончается? Оказывается, воздух в атмосфере непрерывно подпитывается кислородом. И происходит это насыщение именно благодаря фотосинтезу.

Фотосинтез — просто и понятно!

Каждый человек обязан понимать, что такое фотосинтез. Для этого совсем не нужно писать сложные формулы, достаточно понять всю важность и волшебство этого процесса.

Главную роль в процессе фотосинтеза играют растения – трава, деревья, кустарники. Именно в листьях растений на протяжении миллионов лет происходит удивительное превращение углекислого газа в кислород, так необходимый для жизни любителям дышать. Попробуем разобрать весь процесс фотосинтеза по порядку.

1. Растения берут из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами – азот, фосфор, марганец, калий, различные соли – всего больше 50 различных химических элементов. Это необходимо растениям для питания. Но из земли растения получают лишь 1/5 часть необходимых веществ. Остальные 4/5 они получают из воздуха!

2. Из воздуха растения поглощают углекислый газ. Тот самый углекислый газ, который мы выдыхаем каждую секунду. Углекислым газом растения дышат, как мы с вами дышим кислородом. Но и этого мало.

3. Незаменимый компонент в природной лаборатории — солнечный свет. Солнечные лучи в листьях растений пробуждают необычайную химическую реакцию. Как же это происходит?

4. В листьях растений есть удивительное вещество – хлорофилл . Хлорофилл способен улавливать потоки солнечного света и неутомимо перерабатывать полученные воду, микроэлементы, углекислый газ в органические вещества, необходимые каждому живому существу нашей планеты. В этот момент растения выделяют в атмосферу кислород! Именно эту работу хлорофилла ученые называют сложным словом – фотосинтез .

Презентацию по теме Фотосинтез можно скачать на образовательном портале

Так почему трава зелёная?

Теперь, когда мы знаем, что в клетках растений, содержится хлорофилл, на этот вопрос ответить очень легко. Недаром с древнегреческого языка хлорофилл переводится как «зелёный лист». Для фотосинтеза хлорофилл использует все лучи солнечного света, кроме зеленого. Мы видим траву, листья растений зелеными именно потому, что хлорофилл получается зеленым.

Наука изучающая процесс фотосинтеза

Значение фотосинтеза.

Значение фотосинтеза невозможно переоценить — без фотосинтеза в атмосфере нашей планеты накопилось бы слишком много углекислого газа, большинство живых организмов просто не смогли бы дышать и погибли. Наша Земля превратилась бы в безжизненную планету. Для того чтобы этого не допустить каждому человеку планеты Земля нужно помнить, что мы очень обязаны растениям.

Именно поэтому так важно в городах делать как можно больше парков и зелёных насаждений. Беречь от уничтожения тайгу и джунгли. Или просто посадить дерево рядом с домом. Или не ломать ветки. Только участие каждого человека планеты Земля поможет сохранить жизнь на родной планете.

Но важность фотосинтеза не ограничивается переработкой углекислого газа в кислород. Именно в результате фотосинтеза сформировался озоновый слой в атмосфере, защищающий планету от губительных лучей ультрафиолета. Растения это пища для большинства живых существ на Земле. Пища необходимая и полезная. Питательность растений это тоже заслуга фотосинтеза.

С недавнего времени хлорофилл стали активно использовать в медицине. Люди издавна знали, что больные животные инстинктивно едят зеленые листья, чтобы вылечиться. Ученые выяснили, что хлорофилл сходен с веществом в клетках крови человека и способен творить настоящие чудеса.

Источник: reabuilding.ru

Какая наука изучает процесс фотосинтеза, Вы узнаете из этой статьи.

Какая наука изучает фотосинтез?

Процесс фотосинтеза изучает наука биология, ведь он является главнейшим процессом на Земле, дающий для всего живого пищу.

Фотосинтез происходит в дневное, световое время и только в зеленых частях растения. Из воды и углекислого газа образуются углеводы – глюкоза и походный от нее крахмал откладываются в запасающих тканях органов растений, а жиры и белки образуют кислород, как побочный продукт фотосинтеза. Кислородом обогащается воздух, в котором так нуждаются все живые существа.

Кроме биологии процесс фотосинтеза изучает и химия, в то числе физическая химия и биохимия. Причем они исследуют термодинамику фотосинтеза.

Также фотосинтез изучает и ботаника, наука о растения, которая зародилась еще в Древней Греции.

Что такое фотосинтез?

Фотосинтез – это процесс, в ходе осуществления которого на свету из углекислого газа и воды образуется органическое вещество.  В данном процессе активное участие берут  фотосинтетические пигменты.

Ученые классифицируют фотосинтез как:

  • Бесхлорофилльный фотосинтез

Отличается простой организацией и является первичным механизмом в процессе запасания энергии от электромагнитного излучения. Эффективность такого фотосинтеза довольно низкая.

  • Хлорофилльный фотосинтез

Отличается большой эффективностью запасания энергии. Бывает двух видов. Первый – аноксигенный, осуществляется без выделения кислорода. Такой вид фотосинтеза присущ пурпурным и зеленым бактериям, гелиобактериям. Второй вид – оксигенный. В качестве побочного продукта выделяется кислород.  Он присущ для водорослей, высших растений, цинобактерий и протистов.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, какая наука изучает процесс фотосинтеза.

Источник: kratkoe.com

Источник: colibris62bethune.org

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.

Хлоропласты под микроскопом

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.

Внутреннее строение хлоропласта

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.

Фотосинтез

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

  • Как был открыт процесс фотосинтезВ 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

  • Что известно о фотосинтезеСуществуют 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