Тест ЕГЭ Биология 11 класс Бесплатно Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь

Введение

В средние века бельгийский естествоиспытатель Ян ван Гельмонт провел опыт. Он посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю.

У него получилось, что веточка ивы весит 2,5 кг, а земля 90,6 кг.

В течение пяти лет он поливал растение чистой дождевой водой.

Ученый взвесил иву через пять лет и обнаружил, что её вес увеличился на 74,2 кг, а вес земли уменьшился всего на 56,6 г.

Откуда растение добыло 74,2 кг своей массы?

Ян ван Гельмонт объяснил результат эксперимента исключительно поглощением воды.

Так возникла водная теория питания растений, которая в последующем была опровергнута.

Сегодня на уроке мы рассмотрим причину прибавления веса растений и увидим, почему Ян ван Гельмонт был неправ в своем выводе.

История изучения питания растений

Михаил Васильевич Ломоносов - великий русский ученый, первый высказавший мысль о воздушном питании растений в 1761 г., однако экспериментальных данных у него не было.

Как отзывался о нем А.С.Пушкин, «Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец…»

Одна из его работ «Слово о влияниях воздушных от электрической силы происходящих». В ней М.В. Ломоносов указал, что «питание растениям составляет воздух, почерпаемый листьями».

В другой своей работе «Слово о слоях земных» он высказался о воздушном питании растений еще более определенно: «Откуда же новый сок сосны собирается и умножает их возраст, о том не будет спрашивать, кто знает, что многочисленные иглы нечувствительными скважинами почерпают в себя с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело».

«Нечувствительные скважины»- это ни что иное, как устьица, хорошо известные каждому из школьного учебника ботаники.

К сожалению, мысли, высказанные великим Ломоносовым, остались малоизвестными научным кругам.

Следующий ученый, который приблизил понимание сущности питания растений, стал английский ученый-химик Джозеф Пристли.

Джозеф Пристли решил понять, почему воздух полей и лесов чище городского.

Ученый предположил, что растения очищают воздух от тех вредных веществ, которые выделяют заводы и фабрики городов.

В его опытах мышь, накрытая стеклянным колпаком, погибала, но если мышь была под колпаком вместе с веткой мяты, то она оставалась живой.

И свеча под колпаком очень быстро погасала, в отличие от свечи, которая находилась под колпаком с растением.

Дж.Пристли установил тот факт, что растения способны «исправлять» воздух.

Однако то, что это «исправление» воздуха происходит лишь на свету, ускользнуло от его внимания, поэтому последующие подобные опыты его и других ученых давали противоречивые результаты.

Опыт Дж.Пристли:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Джозеф Пристли родился в небогатой семье.

Из-за финанасовых трудностей родителям пришлось отдать сына на воспитание тетушке. Джозеф стал рано проявлять способности к наукам.

Благодаря заботам тётушки и собственному усердию к моменту окончания академии Пристли был хорошо образованным для своего времени человеком, знакомым не только с теологическими трудами, но и с работами современных и древних философов.

Он изучил девять иностранных языков.

Сначала был проповедником. Далее он пробует себя на педагогическом поприще, а после 1761 года начинает заниматься естественными науками.

Но Пристли пришлось приостановить свою научную работу, так как он был сторонником Великой французской революции, где он с большой страстностью оправдывал право народа на восстание и свержение тирании.

За сочувствие идеям французской революци, консервативно настроенные англичане разгромили прекрасно оборудованную лабораторию и богатую библиотеку Пристли.

После чего он эмигрировал в США.

Мысль, что растения очищают воздух, так понравилась народу, что началось массовое разведение цветов в помещениях, где находились больные.

При этом двери обычно держали плотно закрытыми, дабы «вредный» наружный воздух не мог проникнуть в комнату.

Голландский врач Ян Ингенхауз (1730–1799) усомнившись в правильности такого использования растений провел ряд экспериментов и показал, что зеленые растения выделяют кислород только на ярком свету.

В 1782 г. Жан Сенебье, швейцарский ученый, показал, что выделение кислорода происходит лишь в случае, если растение поглощает СО2.

Этот процесс он назвал углеродным питанием, в результате которого углерод накапливается в растениях.

Сенебье впервые дал правильное объяснение сущности газообмена растений.

Он же предложил термин «физиология растений» и в 1880 году написал первый учебник по этой дисциплине.

В 1804 г. Никола Теодор де Соссюр доказал необходимость воды в ходе питания растений. Ученый также установил, что растения, как и животные, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.

В 1817 г. химики Пьер Жозеф Пеллетье и Жозеф Бьенеме Каванту выделили из листьев зеленый пигмент и назвали его хлорофиллом (от греч. chloros- зеленый и phyllos- лист).

В 1865 г. Юлиус фон Сакс продемонстрировал, что в листьях на свету образуется крахмал и что он находится в хлоропластах («проба Сакса»).

В 1875 г. Климент Аркадьевич Тимирязев сформулировал учение о космической роли зеленого растения: «Лист- уникальный орган, в котором солнечная энергия улавливается и остается на Земле, трансформируясь в другие формы энергии; процесс подчиняется закону сохранения и превращения энергии; интенсивность ассимиляции СО2 максимальна при освещении листа красным светом, который в наибольшей степени поглощается хлорофиллом; хлорофилл служит фотосенсибилизатором, он непосредственно участвует в окислительно-восстановительных превращениях».

Вильгельм Пфеффер в 1877 году процесс образования растениями органических веществ на свету назвал «фотосинтезом».

Так постепенно складывались представления о фотосинтезе как о процессе, в ходе которого из углекислого газа и воды зеленые растения на свету образуют органические вещества и выделяют кислород.

Вывод: более 100 лет потребовалось, чтобы понять суть питания растений и назвать этот процесс фотосинтезом.

В ходе длительного коллективного труда нескольких поколений ученых было составлено простое суммарное уравнение фотосинтеза, хотя многое в этом процессе еще оставалось неясным.

Потребовалось еще столетие, чтобы приблизиться к пониманию сущности механизма перевода солнечной энергии в энергию химических связей.

Фотосинтез и его сущность

Фототрофы- организмы, которые обеспечивают себя органическими веществами за счет процесса фотосинтеза. Соответственно, если они обеспечивают сами себя, то вправе называться автотрофами, точнее фотоавтотрофами.

Фотоавтотрофами являются большинство растений и некоторые бактерии.

Фотосинтез- процесс синтеза органических веществ из неорганических (воды и углекислого газа) с использованием энергии солнечного света.

Фотосинтез- это пример пластического обмена, так как идет процесс образования органических веществ.

Фотосинтез выражается следующим сумарным уранением:

6 СО2 + 6 Н2О = С6Н12О6 + 6 О2

Из уравнения фотосинтеза видно, что из простых веществ углекислого газа и воды в клетках растений образуется глюкоза.

Помимо глюкозы образуется и кислород, но он является побочным продуктом световой фазы фотосинтеза, зато необходим всем живым существам на Земле.

Результаты фотосинтеза вы можете прочувствовать на себе, когда употребляете в пищу фрукты и ощущаете их сладкий вкус. Этот вкус есть результат фотосинтеза в листьях растений, при котором образовавшаяся фруктоза или глюкоза постепенно накопилась в плодах.

Крахмал в клубнях картофеля тоже является результатом процесса фотосинтеза.

Поэтому чем крупнее листья картофеля, тем больше света они улавливают, следовательно больше образуется глюкозы, которая быстро преобразуется в крахмал.

При выращивании любого растения необходимо ухаживать за ним: соблюдать требования к освещению, удалять сорники, вовремя осуществлять полив и другие меры по уходу. Все это для того, чтобы процесс фотосинтеза шел интенсивно и растение могло активно накапливать органические вещества.

Вы можете услышать такое выражение, как «космическая роль растений».

Первым употребил это понятие русский ученый К.А.Тимирязев (1843-1920).

Он писал: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества».

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Климент Аркадьевич Тимирязев родился в 1843 в Санкт-Петербурге, принадлежал к старинному дворянскому роду Тимирязевых.

Он был русским естествоиспытателем, специалистом по физиологии растений, крупным исследователем фотосинтеза, одним из первых в России пропагандистов идей Дарвина об эволюции, популяризатор и историк науки, заслуженный профессор Московского университета.

К.А.Тимирязев как истинный ученый не мог обойти и проблемы гуманизма, в силу этого по своим убеждениям он тяготел к идеям социализма, а позднее и коммунизма.

В частности, он с энтузиазмом поддержал Апрельские тезисы В.И.Ленина и Октябрьскую революцию.

Умер 28 апреля 1920 г. в Москве

Только растения научились воспринимать солнечную энергию, преобразовывать ее в энергию химических связей органических молекул.

Таким образом, растения дают пищу почти всему остальному живому миру на Земле, а также кислород, который является обязательным участником окислительных реакций, необходимых для образования энергии в клетках живых существ.

Конечно, исходя из уравнения мы не можем понять механизма процесса фотосинтеза, поэтому в этом разделе кратко попытаемся объяснить этот сложный процесс, происходящий в каждой клетке зеленого растения.

Если обратится к теме строение растительной клетки, мы вспомним, что в клетках растений есть такой органоид, как хлоропласт.

В хлоропластах, а конкретно в тилакоидах, находится пигмент хлорофилл, именно ему принадлежит основная роль в фотосинтезе.

Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света и переходить в возбужденное состояние.

Процесс фотосинтеза включает две последовательные и взаимозависящие друг от друга фазы:

  • световая фаза фотосинтеза
  • темновая фаза фотосинтеза

Световая фаза идет в гранах (тилакоидах) хлоропластов при обязательном участии солнечного света.

Молекула восстановленного хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны, которые необходимы для создания молекул АТФ.

Запомните эту схему:

444

Возмещение недостающих электронов в хлорофилле происходит благодаря распаду молекул воды.

Распад молекул воды называется фотолиз.

При фотолизе также происходит образование кислорода, который как побочный продукт реакции распада воды выходит в окружающую среду.

Атомный водород, который освобождается также при фотолизе воды, подхватывает переносчик водорода НАДФ+ и востанавливается до НАДФ·2Н.

В результате перемещений электронов и создания на мембране тилакоида градиента концентрации протонов происходит образование молекул АТФ из АДФ.

Суммарно это выглядит так:

Н2О + НАДФ++ 2 АДФ + 2 Фн = НАДФ·2Н + 2 АТФ + ½ О2­

Условие протекания данной реакции- воздействие энергии света на хлорофилл.

Как мы видим, в результате световой фазы фотосинтеза происходят три основных процесса:

  • синтез АТФ
  • создание НАДФ·2Н
  • образование свободного кислорода

То есть в реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в виде НАДФ·2Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.

Темновая фаза происходит в строме хлоропласта и протекает независимо от света, но с обязательным участием углекислого газа.

Углекислый газ попадает в растение через устьица.

Вспомним строение устьиц:

Далее углекислый газ претепевает ряд последовательных превращений, чтобы превратиться в глюкозу.

Для этих реакций требуется большое количество энергии, которая, как мы уже знаем, запаслась в световую фазу фотосинтеза.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина.

Следует отметить, что кроме молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование и других органических веществ, к примеру, аминокислот, спиртов.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу за счет энергии АТФ и НАДФ·2Н; далее глюкоза может запасаться в виде крахмала.

Опыт, доказывающий, что растениям необходим солнечный свет для фотосинтеза и результатом фотосинтеза являются углеводы:

Описание опыта вы можете прочитать в Уроке биологии 11 класса (ЕГЭ) «Физиология растений»

Существуют и такие растения, которые далеко не сладкие, хотя в них также просходит процесс фотосинтеза. Почему одни сладкие, а в других нет сладкого вкуса?

Дело в том, что в листьях таких растений так же вырабатывается сахар, но из него в процессе метаболизма может образоваться крахмал и большое число других органических соединений, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов - все они не имеют сладкого привкуса.

Обобщающая таблица фазы фотосинтеза:

Признаки сравнения

Световая фаза

Темная фаза

Условия протекания реакций

Обязательно наличие солнечного света

Солнечный свет не обязателен, может идти днем и ночью

Место протекания реакций в хлорпластах

На мембранах тилакоидов (на граннах)

В строме хлоропластов

Источник энергии

Солнечный свет

Энергия АТФ, НАДФ·2Н

Исходные вещества

Вода, АДФ, Фн, НАДФ+

Углекислый газ, АТФ, НАДФ·2Н

Конечные продукты реакции

Кислород, АТФ, НАДФ·2Н

Глюкоза, АДФ, НАДФ+

Углубленное описание фотосинтеза

Источником запуска процесса фотосинтеза является солнечный свет.

Свет представляет собой одновременно и волну, и частицу. Частица света называется фотоном.

Солнечный свет представляет собой смесь разных фотонов или, иными словами, совокупность волн разной длины.

Растения для процесса фотосинтеза используют лишь некоторую часть этих световых волн.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Почему растения зеленого цвета?

Растения за свое долгое существование на Земле научились использовать солнечный свет для выработки энергии и образования питательных веществ.

Но не все световые волны растения активно используют, а только те, в которых сконцентрированно наибольшее количество энергии, - это в основном красная часть спектра солнечного света.

Синие фотоны несут больше энергии чем красные, но Солнце излучает преимущественно красные. Растения используют и синие фотоны из-за их качества, а красные из-за их количества. Длина волны зеленого света лежит как раз между красным и синим спектром, но зеленые фотоны не отличаются ни доступностью, ни энергией, поэтому растения их чаще всего не используют.

Зеленая же часть спектра, совершенно не участвующая в образовании органического вещества, полностью отражается хлорофиллом клетки и, попадая в человеческий глаз, дает ощущение зеленого цвета.

Именно поэтому растения и имеют зеленую окраску

Фотосинтезирующие растения имеют специальные пигменты, которые поглащают кванты света.

Красные и синие световые волны поглащаются этими пигментами и дают энергию для процесса производства органических веществ.

Фотосинтез можно разделить на две фазы:

  • светозависимая фаза (световая)
  • светонезависимая фаза (темновая)

Для начала рассмотрим строение мембраны тилакоидов, на которых происходит световая фаза фотосинтеза.

Строение фотосистем:

  • светособирающий комплекс с молекулами хлорофилла (белки связывающие молекулы хлорофилла)
  • активный центр фотосистемы с белками и пигментами, в глубине активного центра у фотосистемы 2 находится пара молекул хлорофилла Р680 (рекреационный центр), у фотосистемы 1 пара молекул хлорофилла Р700

 

Белки- переносчики электронов:

  1. пластохинон
  2. цитохром-b6f-комплекс
  3. пластоцианин
  4. ферредоксин
  5. ферредоксин-НАДФ-редуктаза

Светособирающий комплекс еще называют светособирающие антенны, потому что пигменты, расположенные в них, способны поглощать солнечный свет.

У высших растений выделяют следующие пигменты:

  • хлорофиллы
  • каротиноиды

 

Класс пигментов

Цвет

Распространение

Хлорофилл а

 

желто-зелёный

не встречаются у бактерий, у остальных фототрофов есть

Хлорофилл b

сине-зеленый

у высших растений и зеленых водорослей

Хлорофилл с

зеленый

у бурых водорослей и некоторых одноклеточных водорослей

Каротиноиды

оранжевый, желтый

у всех фотосинтезирующих организмов, кроме бактерий. Они придают окраску цветкам и плодам растений

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Долгое время ученые считали, что в клетках красных водорослей содержится хлорофилл d, который в растворах органических растворителей имеет красный максимум поглощения в области 690- 697 нм.

Но оказывается, в экспериментах по обнаружению этого хлорофилла, пробы были загрязнены цианобактериями, у которых этот тип хлорофилла действительно встречается.

В красных водорослях находится другой красный пигмент фикоэритрин, который и придает этим водорослям красный цвет.

Благодаря этому пигменту красные водоросли могут улавливать зеленые, голубые, сине-фиолетовые лучи спектра, которые способны проникнуть глубоко в толщу воды, в отличие от красных лучей солнечного спектра.

И именно поэтому красные водоросли могут жить на большой глубине.

Световая фаза фотосинтеза:

  • фотоны света ударяют в молекулы хлорофилла, которые находятся в фотосистеме 2
  • хлорофилл переходит в возбужденное состояние и создается энергия резонанса, которая передается соседним молекулам хлорофилла
  • далее эта энергия достигает рекреационного центра Р680 и выбивает электрон с молекулы хлорофилла, а другой фотон точно таким же путем выбивает еще одни электрон
  • рядом с хлорофиллом Р680   располагается пластохинон- переносчик электронов, он захватывает сразу два электрона, которые высвободились из хлорофилла Р680, а также захватывает и два протона из стромы хлоропласта
  • далее пластохинон переносит электронык цитохром-b6f-комплексу
  • в этот момент два протона высвобождаются в пространство между двумя мембранами хлоропласта (люмен)
  • в цитохром-b6f-комплексе также идет захват протонов и дальнейшее их высвобождение
  • далее электроны захватываются пластоцианином
  • с пластоцианина электроны уходят в фотосистему 1
  • два недостающих электрона фотосистемы 2 возмещаются благодаря фотолизу воды, при котором высвобождаются протоны для создания протонного градиента, как в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях
  • фотолиз воды- процесс распада воды под действием солнечного света, он происходит на внутренней поверхности мембраны тилакоида
  • при фотолизе двух молекул воды образуется одна молекула кислорода

2 Н2О - 4е- = 4 Н+2

Отданные водой электроны идут на восстановление израсходованных хлорофиллом электронов при образовании АТФ из АДФ. Таким образом получается восстановленный хлорофилл. Образованный в этой реакции кислород выделяется в атмосферу.

  • проходя по электрон- транспортной цепи, энергия возбужденных электронов используется для перекачивания протонов из стромы хлоропласта во внутритилакоидное пространство, что создает протонный градиент
  • протонный градиент сообщает энергию АТФ-синтазе для фосфорилирования АДФ в АТФ
  • в фотосистеме 1 также происходит возбуждение хлорофилла P700 фотонами света, как и в фотосистеме 2 (они поглощают свет только длиной волны 680 и 700 нм)
  • возбужденные электроны уходят на ферредоксин
  • ферредоксин переносит электроны на ферредоксин-НАДФ-редуктазу
  • после этого переноса электронов синтезируется НАДФ⋅2Н

Следует отметить, что фотоны света попадают на фотосистемы 1 и фотосистемы 2 одновременно.

Образовавшиеся НАДФ⋅2Н и АТФ поступают в строму хлоропласта, где активно используются для темновой фазы фотосинтеза.

Схема движения электронов:

Вывод:

Световая фаза фотосинтеза необходима для накопления энергии в виде молекул АТФ и НАДФ⋅2Н. Эти молекулы идут на образование глюкозы в темновой фазе, а кислород является лишь побочным продуктом распада молекул воды.

 

Темновая фаза фотосинтеза

Для темновой фазы фотосинтеза обязательными компонентами являются АТФ и НАДФ⋅2Н, углекислый газ (из атмосферы) и вода.

Она не зависит от света, и протекает одновременно со световой фазой фотосинтеза, а также и в темное время суток.

Более точное название этой стадии: углеродные циклы при фотосинтезе.

Эта фаза происходит в строме хлоропласта.

В темновой фазе с участием АТФ и НАДФ⋅2Н происходит образование фосфоглицеринового альдегида. Эта молекула может использоваться в дальнейшем для образования глюкозы, фруктозы и других углеводов.

Эти реакции восстановления углекислого газа называют циклом Кальвина.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Мелвин Эллис Кальвин- американский биохимик.

С 1940-х годов работал над проблемой фотосинтеза.

К 1957 году с помощью CO2, меченного по углероду, выяснил вместе с коллегой Эндрю Бенсоном механизм усвоения растениями CO2.

Эти стадии превращения диоксида углерода в углеводы были названы циклом Кальвина- Бенсона, сокращенно цикл Кальвина

В цикле Кальвина достаточно много участников, но стоит отметить наиболее важные фазы этого цикла:

  • первая фаза- это фиксация углекислого газа или фаза карбоксилирования

Здесь происходит введение углекислого газа в цикл и присоединение его к рибулозодифосфату.

Образующееся при этом непрочное шестиуглеродное соединение распадается с образованием двух молекул фосфоглицериновой кислоты (С3 продукт).

Такой тип фотосинтеза называется С3-фотосинтез, так как фосфоглицериновая кислота состоит из трех углеродов.

  • вторая фаза цикла- восстановительная

В эту фазу происходит восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеринового альдегида, с помощью восстановителей НАДФ⋅2Н и молекул АТФ, которые были накоплены в световую фазу фотосинтеза.

Две молекулы фосфоглицеринового альдегида в результате реакций, обратных гликолизу, превращаются в молекулу глюкозы или другие молекулы углеводов.

Другая часть фосфоглицеринового альдегида в результате ряда превращений дает исходное количество рибулозодифосфата.

Таким образом, происходит циклический процесс превращения веществ. В каждый оборот такого цикла вовлекается 6 молекул CO2 и образуется одна молекула глюкозы.

Избыток глюкозы может запасаться в виде крахмала, таким образом растение накапливает энергию в виде органических соединений, образованных в ходе фотосинтеза.

Только небольшая часть образовавшихся органических веществ остается в листе и используется для его нужд.

Остальные же углеводы путешествуют по ситовидным трубкам флоэмы по всему растению и поступают именно туда, где больше всего нужна энергия, например, в точки роста.

Вывод: темновая фаза фотосинтеза необходима для образования углеводов за счет циклического восстановления углекислого газа, с использованием энергии в виде АТФ и НАДФ⋅2Н

С3 и С4- фотосинтез

В процессе эволюции у растений различных природных зон выработалось несколько типов фотосинтеза - все это результат адаптации к условиям обитания.

Как уже говорилось выше, в ходе темновой фазы у большинства растений в реакциях цикла Кальвина образуются две молекулы трехуглеродного соединения (3-фосфоглицериновой кислоты), поэтому этот фотосинтез называют С3- фотосинтез (по количеству атомов углерода в исходном продукте).

Мы помним, что для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 оборотов цикла Кальвина, в которых расходуется 12 НАДФ•2Н и 18 АТФ.

Растения, в которых протекает этот вид фотосинтеза, называются С3- растения.

К этому типу относится большинство растений, которые мы знаем (пшеница, картофель, томаты, дуб, береза и многие другие).

В 1966 году была опубликована статья Маршала Дэвидсона Хэтча (австралийский биохимик) и Чарльза Роджера Слэка (британский биохимик), в которой они систематизировали и описали новый биохимический путь фотосинтеза, принципиально отличающийся от цикла Кальвина. Новый цикл получил их имена и стал называться циклом Хэтча- Слэка или С4- фотосинтез.

Он может протекать при очень высоких температурах, поэтому наиболее характерен для тропических и субтропических растений (сахарный тростник, сорго) или для растений средних широт, но обитающих в солнечных местах (большинство трав, в том числе сорняки, кукуруза, некоторые злаки).

Другой крайностью является то, что растения с этим типом фотосинтеза могут существовать и в холодном климате, и на больших высотах в горах, он позволяет им выживать при температурах – 20 градусов Цельсия и ниже.

Стоит отметить, что среди С4- растений нет деревьев.

Один из кустарников, произрастающих в Долине Смерти (США, штат Калифорния) при температуре воздуха +47 градусов Цельсия имел максимальную интенсивность процессов фотосинтеза! Согласитесь, при таких условиях С3- растения давно бы погибли.

Из-за высоких температур растения с С4- фотосинтезом длительно держат устьица закрытыми, чтобы не терять влагу, но закрытые устьица препятствует поступлению углекислого газа в лист, поэтому у них сформировалось особое строение листа с обкладочными хлоропластами, которое способствует накоплению углекислого газа в больших объемах, в отличие от С3- растений.

Обкладочные хлоропласты- это особый вид очень плотных хлоропластов почти без тилакоидов, наполненных крахмалом и располагаются они вокруг сосудистых пучков.

Было давно замечено, что эти растения усваивают СОнамного лучше, чем С3- растения.

Если вы поместите под непроницаемую пленку, к примеру, молодое растение кукурузы (С4- растение) рядом с молодым растением пшеницы (С3- растение), то С4- растение скорее всего погубит С3- собрата, так как отберет у него почти весь углекислый газ.

Поэтому при посадке растений обязательно необходимо знать какой тип фотосинтеза идет в нем, чтобы одно растение не нанесло вреда другому.

В ходе реакций цикла Хэтча- Слэка образуется не трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, как у большинства растений с обычным C3- фотосинтезом, а четырёхуглеродная щавелевоуксусная кислота.

Образовавшаяся щавелевоуксусная кислота превращается в яблочную, которая поступает в обкладочные хлоропласты, где сразу расщепляется с выделением СО2.

Для образования одной молекулы глюкозы С4- растениям требуется 30 молекул АТФ.

Заметьте, что потребление АТФ у С4- растений намного превышает энергетические затраты С3- растений.

Справедливости ради стоит отметить, что существуют и переходные типы фотосинтеза, совмещающие в себе как С3 так и С4 пути.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Некоторые растения приспособились еще одним интересным способом фиксировать углекислый газ при фотосинтезе, который назвали кислотным метаболизмом толстянковых (CAM от английского Crassulaceae acid metabolism).

CAM- растения обитают преимущественно в пустынях, в условиях очень высоких температур и недостатка влаги, поэтому они вынуждены очень сильно экономить воду.

Днем их устьица закрыты чтобы уберечь влагу, а открываются лишь ночью, но в это время нет солнечного света. И здесь им помогает CAM путь фотосинтеза!

Суть CAM- фотосинтеза в том, что он позволяет ночью фиксировать СОв виде органических кислот, а в светлое время от них отщепляется СОчтобы пойти на синтез углеводов.

Кстати, процессы САМ фотосинтеза во многом схожи с С4- фотосинтезом.

Вы уже наверно догадались, что этот путь фотосинтеза используют самые выносливые обитатели растительного мира - кактусы и различные суккуленты (растения с толстыми, запасающими воду листьями и стеблями)

33

Значение фотосинтеза:

  • фотосинтез является основным источником органического вещества на Земле, то есть обеспечивает живые организмы веществом и энергией
  • служит источником кислорода, составляющего 20% атмосферы Земли; весь атмосферный кислород образовался в результате фотосинтеза
  • кислород участвует в образовании озонового слоя, который защищает живые организмы
  • при разложении растений после гибели образуется почва, богатая минеральными веществами, которые новые растения могут опять использовать

Тест к разделу Фотосинтез

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Тест усложненный к разделу Фотосинтез

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Хемосинтез

Хемосинтез- это также способ автотрофного питания.

Хемосинтез- это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счёт энергии, освобождающейся при окислении неорганических соединений.

К организмам, осуществляющим хемосинтез, относятся только некоторые бактерии и археи.

Озеро Утренней славы в США меняет цвет воды, благодаря бактериям- хемосинтетикам, которые нашли себе в нем «уютный дом»:

Эти бактерии захватывают вещества. Далее происходит их окисление, при чем выделяется энергия, которая используется на синтез сложных органических молекул из СО2 и Н2О.

Явление хемосинтеза было открыто в 1887г. русским ученым С.Н.Виноградским.

Процесс хемосинтеза, при котором из СО2 образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза. Только используется АТФ, полученный не из солнечной энергии, а из энергии химических связей неорганического вещества (при окислении серы, железа, аммиака и т.п.).

Благодаря жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков в природе накапливаются большие запасы селитры и болотной руды.

Группы хемосинтетиков:

  • серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты
  • железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного и используют освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа
  • нитрифицирующие обитают в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты, а затем до азотной кислоты, которая ими хорошо усваивается, - в результате повышается урожайность растений

 

Значение хемосинтетиков:

  • участвуют в круговороте серы, азота, железа и других веществ в природе
  • уничтожают в природе ядовитые вещества: аммиак и сероводород
  • обогащают почву азотом, необходимыми для активного роста растений
  • разрушают горные породы
  • способствуют образованию руды
  • из них получают кормовой белок

Тест к разделу Хемосинтез

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест