Фотосинтез

1. Історія фотосинтеза.

2. Процеси, які у листе.

3. Сучасні ставлення до фотосинтезе.

4. Роль фотосинтезу в природе.

Історія фотосинтеза.

Протягом тисячоліть люди вважали, що харчується рослина виключно завдяки коріння, поглинаючи з допомогою всі необхідні речовини з грунту. Перевірити цю думку взявся на початку XIX століття голландський натураліст Ян Ван Гельмонт. Він зважив землю в горщику і посадив туди втеча верби. П’ять років він поливав деревце, та був висушив землі і зважив неї і рослина. Іва важила п’ять кілограм, а вагу землі змінився всього сталася на кілька сотень грамів. Висновок ученого був такий — рослини отримують живильні речовини не з грунту, та якщо з воды.

На двоє століть у науці утвердилася теорія водного харчування рослин. Листя, у цій теорії, лише допомагали рослині випаровувати надмірну влагу.

До самого несподіваного, але правильному припущенню про повітряному харчуванні рослин вчені дійшла лише до початку XIX століття. Важливу роль цього процесу зіграло відкриття, досконале англійським хіміком Джозефом Прістлі в 1771 року. Він поставив досвід, внаслідок якого він дійшов висновку: рослини очищають повітря і роблять його придатним для дихання. Пізніше з’ясувалося: у тому, щоб рослина очищало повітря, необхідний свет.

Через десять років вчені зрозуміли, що рослина непросто перетворює вуглекислий газ кисень. Вуглекислий газ необхідний рослинам не для життя, він служить їм справжньої їжею (разом із водою і мінеральними солями).

Повітряний харчування рослин називається фотосинтезом. Кисень в процесі фотосинтезу виділяється як незвичного продукта.

Мільярди років тому землі було вільного кисню. Весь кисень, яким дихають майже всі живі істоти нашої планети, виділено рослинами у процесі фотосинтезу. Фотосинтез зумів змінити вся суть нашої планеты!

Починаючи з 70-х років минулого століття, великі успіхи у сфері фотосинтезу були отримані Росії. Роботами російських вчених Пуриевича, Іванівського, Риктера, Іванова, Костычева прокуратура вивчила чимало сторін цього процесу .

Значення фотосинтезу не усвідомлювалося до недавнього часу. Аристотель та інші вчені Греції, спостерігаючи, що життєві процеси тварин залежить від споживання їжі, вважали, що рослини видобувають свою «їжу» з почвы.

Трохи більше трьохсот років тому у одному із перших старанно продуманих біологічних експериментів голландський лікар Ян Ван Гельмонт представив докази, що ні одна грунт годує рослина. Ван Гельмонт вирощував маленьке дерево верби в глиняному горщику, додаючи до нього лише воду.

Через п’ять років залишилося безліч голок збільшилася на 74,4 кг, тоді, як маса грунту зменшилася лише з 57 гр.

Наприкінці XVIII століття англійський учений Джозеф Прістлі повідомив, що він «випадково виявив метод виправлення повітря, який було зіпсовано горінням свічок». 17 серпня 1771 р. Прістлі «…помістив живу гілочку м’яти в закритий посудину, у якому горіла воскова свіча», а 21 числа тієї самої місяці виявив, що «… інша свіча знову могла горіти у тому ж посудині». «Исправляющим початком, яким для цього користується природа, — думав Прістлі, — було рослина». Він розширив свої спостереження та скоро показав, що повітря, «исправляемый» рослиною, ні «не підхожим для мыши».

Досліди Прістлі вперше дозволили пояснити, чому повітря Землі залишається «чистим» і може підтримувати життя, попри горіння незліченних вогнів і навіть дихання безлічі живих організмів. Він завжди казав: «Завдяки цим відкриттям переконані, що рослини ростуть не даремно, а очищують і облагороджують нашу атмосферу».

Пізніше голландський лікар Ян Ингенхауз (1730−1799) підтвердив роботу Прістлі і показав, що повітря «виправляється» лише з сонячному світу, де лише зеленими частинами рослини. У 1796 року Ингенхауз припустив, що вуглекислота розкладається при фотосинтезі на З повагою та О2, а О2 виділяється як газу. У наслідок було знайдено, що співвідношення атомів вуглецю, водню і кисню в сахарах і крохмалі таке, що перший атом вуглецю посідає одну молекулу води, потім і вказує слово «вуглеводи». Вважалося загальноприйнятим, що вуглеводи утворюються з З повагою та Н2О, а О2 виділяється з вуглекислоти. Це дуже розумна гіпотеза була широко визнана, але, як пізніше з’ясувалося, у неї цілком неверной.

Дослідником, який спростував цю загальноприйняту теорію, був Корнеліус ван Ниль з Стамфордского університету, що він, тоді ще студентом-дипломником, досліджував метаболізм різних фотосинтезирующих бактерій. Одна група таких бактерій, саме пурпурні сірчані бактерії, відновлює З до вуглеводів, але з виділяє О2. Пурпурним сірчаним бактеріям для фотосинтезу необхідний сірководень. Через війну фотосинтезу всередині бактеріальних клітин накопичуються частки сірки. Ван Ниль виявив, що з цих бактерій рівняння фотосинтезу то, можливо записано як: свет.

З О2 + 2Н2S (CH2O) + Н2О + 2S.

Це притягував уваги дослідників до того часу, поки ван Ниль не зробив сміливого повідомлення й не запропонував наступного сумарного рівняння фотосинтеза:

свет.

З О2 + 2Н2А (CH2O) + Н2О + 2А.

У цьому вся рівнянні Н2А є або воду, або інше окисляемое речовина, наприклад, сірководень чи вільний Н2. У зелених рослин i водоростей Н2А = Н2О. Тобто ван Ниль припустив, що Н2О, а не вуглекислота, розкладається при фотосинтезі. Ця блискуча ідея, висунута в тридцятих років, експериментально було доведено пізніше, коли дослідники, використовую важкий ізотоп О2(18О2), простежили шлях кисню від води до газоподібного состояния:

свет.

З О2 + 2Н218О2 (CH2O) + Н2О + 18О2.

Отже, для водоростей чи зелених рослин, які мають вода служить донором електронів, сумарне рівняння фотосинтезу записується наступним образом:

свет.

6СО2 + 12Н2О C6H12O6 + 6О2 + 6Н2О.

Процеси, які у листе.

Ліст здійснює три важливих процесу — фотосинтез, випаровування води та газообмін. У процесі фотосинтезу в листі із води і двоокису вуглецю під дією сонячних променів синтезуються органічні речовини. Днем, в результаті фотосинтезу й дихання, рослина виділяє кисень і двоокис вуглецю, а вночі - лише двоокис вуглецю, образующуюся при дыхании.

Більшість рослин здатне синтезувати хлорофіл при слабкому висвітленні. При прямому сонячному висвітленні хлорофіл синтезується быстрее.

Необхідна для фотосинтезу світлова енергія у межах поглинається то більше вписувалося, що менше затемнений лист. Тому рослин, у процесі еволюції виробилася здатність повертати пластину аркуша до світу те щоб її у падало більше сонячних променів. Листя на рослині розташовуються те щоб не обмежувати друг друга.

Тімірязєв довів, що джерелом енергії для фотосинтезу служать переважно червоні промені спектра. А ще вказує спектр поглинання хлорофілу, у найбільш інтенсивна смуга поглинання зокрема у червоною, і менше інтенсивне — в сине-фиолетовой части.

У хлоропластах разом із хлорофілом є пігменти каротин і ксантофилл. Обидва ці пігменту поглинають сині й почасти, зелені промені і пропускають червоні і жовті. Деякі вчені приписую каротину і ксантофиллу роль екранів, захищають хлорофіл від руйнівного дії синіх лучей.

Процес фотосинтезу складається з цілого ряду послідовних реакцій, частина яких протікає з поглинанням світловий енергії, а частина — в темряві. Стійкими остаточними продуктами фотосинтезу є вуглеводи (цукру, та був крохмаль), органічні кислоти, амінокислоти, белки.

Фотосинтез за різноманітних умов протікає з різною интенсивностью.

Інтенсивність фотосинтезу також залежить від фази розвитку рослини. Максимальна інтенсивність фотосинтезу зокрема у фазі цветения.

Звичне зміст вуглекислоти повітря становить 0,03% за обсягом. Зменшення змісту вуглекислоти повітря знижує інтенсивність фотосинтезу. Підвищення змісту вуглекислоти до 0,5% збільшує інтенсивність фотосинтезу майже пропорційно. Проте за подальшому підвищенні змісту вуглекислоти, інтенсивність фотосинтезу зростає, а при 1% - рослина страдает.

Рослини випаровують чи трансперируют дуже багато води. Випаровування води є одним із причин вранішнього струму. У результаті випаровування води рослиною у ньому накопичуються мінеральні речовини, і відбувається корисне для рослини зниження температури під час сонячного нагріву. Іноді трансперация знижує температуру рослини на 6о.

Рослина регулює процес випаровування води з допомогою устьиц. Відкладення кутікули чи воскового нальоту на эпидерме, освіту його шерстинок та інші пристосування спрямовані до зменшення нерегульованої трансперации.

Процес фотосинтезу і сталий протекающее подих живих клітин аркуша вимагають газообміну між внутрішніми тканинами аркуша" й атмосферою. У процесі фотосинтезу з атмосфери поглинається ассимилируемый вуглекислий газ й повертається на атмосферу кислородом.

Застосування ізотопного методу аналізу показало, що кисень, возвращаемый у повітря (16О) належить воді, а чи не вуглекислому газу повітря, у якому приобладает іншій — його ізотоп — 15О. При подиху живих клітин (окислювання вільним киснем органічних речовин всередині клітини до вуглекислого газу й води) необхідно надходження з атмосфери кисню і повернення вуглекислоти. Цей газообмін й у основному здійснюється через устьичный аппарат.

Сучасні ставлення до фотосинтезе.

Нині відомо, що фотосинтез проходить стадії, але одна з них — на світу. Докази двухстадийности процесу вперше одержані 1905 року англійським фізіологом рослин Ф. Ф. Блэклином, який досліджував вплив освітленості і температури на обсяг фотосинтеза.

На підставу експериментів Блэклин зробив такі выводы.

1.Имеется одна група светозависимых реакцій, які залежить від температури. Обсяг цих реакцій буде в діапазоні низьких освещенностей міг зростати зі збільшенням освітленості, але з збільшенням температуры.

2.Имеется друга реакцій, які залежать від температури, а чи не від світла. Виявилося, що обидві групи реакцій необхідні здійснення фотосинтезу. Збільшення обсягу лише однієї групи реакцій збільшує обсяг усього процесу, але доти, поки друга реакцій не почне утримувати першу. Після цього потрібні прискорити другу групу реакцій, щоб перші могли проходити без ограничений.

Отже, засвідчили, що обидві стадії светозависимы: «світлова і темновая». Важливо пам’ятати, що темновые реакції нормально проходять на світу, де потребують продуктах світловий стадії. Вислів «темновые реакції» просто означає, що світло як такий у них участвует.

Обсяг темновых реакцій зростає збільшенням температури, але до 30о, та був починає падати. З цього факту припустили, що темновые реакції катализируются ферментами, оскільки обмін ферментативних реакцій, в такий спосіб, залежить від температури. У наслідок виявилося, що це висновок було зроблено неправильно.

У першій стадії фотосинтезу (світлові реакції) енергія світла використовується для освіти АТР (молекула аденозин-трифосфата) і высокоэнергетических переносників електронів. У другий стадії фотосинтезу (темновые реакції) енергетичні продукти, які утворилися в світлових реакціях, йдуть на відновлення СО2 до простого цукру (глюкозы).

Процес фотосинтезу дедалі більше привертає до собі увагу учених. Наука близька до розв’язання найважливішого питання — штучного створення з допомогою світловий енергії цінних органічних речовин із добре поширених неорганічних речовин. Проблема фотосинтезу посилено розробляється ботаніків, хіміками, фізиками та інші специалистами.

Останнім часом вже вдалося штучно отримати синтез формальдегіду і цукристих речовин з водних розчинів карбонатної кислоти; у своїй роль поглинача світловий енергії грали замість хлорофілу карбонаты кобальту і нікелю. Нещодавно синтезована молекула хлорофилла.

Успіхи науки у сфері синтезу органічних речовин завдають нищівного удару идеалистическому вченню — витализму, який доводив, що з освіти органічних речовин з неорганічних необхідна особлива «життєва сила» І що людина зможе синтезувати складні органічні вещества.

Фотосинтез в рослинах ввозяться хлоропластах. Він містить перетворення (світловий процес), перетворення речовини (темновой процес). Світловий процес відбувається у гилакоидах, темновой — в строме хлоропластів. Узагальнене циркулирование фотосинтезу виглядає наступним образом:

свет.

6СО2 + 12Н2О C6H12O6 + 6Н2О + 6О2.

Два процесу фотосинтезу виражаються окремими рівняннями свет.

12Н2О 12H2 + 6О2 + енергія АТР.

(світловий процес) свет.

12H2 + 6О2 + енергія АТР С6Н12О6 + Н2О.

(темновой процесс).

Значення фотосинтезу в природе.

Фотосинтез — єдиний процес у біосфері, що веде до збільшення її вільної енергії з допомогою зовнішнього джерела. Запасена продукти фотосинтезу енергія — основне джерело енергії для человечества.

Щороку до результаті фотосинтезу Землі утворюється 150 млрд. тонн органічного речовини та програм виділяється близько 200 млн. тонн вільного кислорода.

Круговорот кисню, вуглецю та інших елементів, тих, хто в фотосинтез, підтримує сучасний склад атмосфери, необхідний життя Землі. Фотосинтез перешкоджає збільшення концентрації СО2, запобігаючи перегрів Землі внаслідок з так званого «парникового эффекта».

Оскільки зелені рослини є безпосередню чи опосередковану базу харчування від інших гетеротрофных організмів, фотосинтез задовольняє потреба у їжі всього живого на планеті. Він — найважливіша основа сільського господарства і організації лісового господарства. Хоча можливості на цього ще не великі, проте і вони, як і то мері використовуються. При підвищенні концентрації вуглекислого газу повітрі до 0,1% (проти 0,3% у природному атмосфері) вдалося, наприклад, підвищити врожайність огірків і томатів втрое.

Один квадратний метр поверхні листя впродовж години продукує близько грама цукру; це що означає, що це рослини, по приблизною оцінці, вилучають із атмосфери від 100 до 200 млрд. тонн З в рік. Близько 60% цієї кількості поглинають лісу, що займають 30% непокритою крижинами поверхні суші, 32% - окультурені землі, а решта 8% - рослини степів і пустельних місць, і навіть міст і поселков.

Зелене рослина здатне як використовувати вуглекислий на газ і створювати цукор, а й перетворювати азотні сполуки, і з'єднання сірки в речовини, слагающие його тіло. Через кореневу систему рослина отримує розчинені в грунтової воді іони нітратів і переробляє в своїх клітинах в амінокислоти — основні компоненти всіх білкових сполук. Компоненти жирів також творяться з сполук, які виникають у процесах обміну речовин і. З жирних кислот і гліцерину виникають жири й олії, які є для рослини, переважно, запасними речовинами. У насінні приблизно 80% всіх рослин, як багатого енергією запасного речовини, містяться жири. Одержання насіння, жирів і трансмісійних мастил грає значної ролі у сільськогосподарській і харчової промышленности.

1. Айкхорн П. І ін. «Сучасна ботаніка», стр.95−99.

2. Артемів А. «Енциклопедія БІОЛОГІЯ», 1995, стр.200−203.

3. Коган В. Л. та інших. «Біологія», 1984, стр.160−161.

4. Медведєва У. «Ботаніка», 1980, стр.128−131.

5. Питерман І. та інших. «Цікава чи ботаніка?», 1979, стр.19−20.

6. Пєнкін П. «Фізіологія рослин», 1975, стр. 69.

7. Челобитько Р. та інших. «Ботаніка», 1990, стр. 79, 102−103.