Размещено на http://www.allbest.ru/

Военный институт материального обеспечения, Вольск, Саратовская обл., Россия

Фотосинтез как основа питания растений

Подскребаев В.С., Френкель Е.Э., Сапходоева О.И.

История открытия удивительного и такого жизненного важного явления, как фотосинтез [1], уходит корнями глубоко в прошлое. Более четырех веков назад в 1600 году бельгийский учёный Ян Баптиста ван Гельмонт [2] поставил простейший эксперимент. Он поместил веточку ивы в мешок, где находилось 80 кг земли. Учёный 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, причём масса земли уменьшился всего на 50 г! Откуда растение взяло 64 кг 950 г питательных веществ для учёного осталось загадкой!

Следующий значимый эксперимент на пути открытия фотосинтеза принадлежал английскому химику Джозефу Пристли [3]. Учёный 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 учёного на мысль о том, что существует процесс, противоположный дыханию. Ян Ингенхауз [4] в 1779 году установил тот факт, что только зелёные части растений способны выделять кислород. Через три года швейцарский ученый Жан Сенебье [5] доказал, что углекислый газ под воздействием солнечных лучей разлагается в зелёных органоидах растений. Спустя всего пять лет французский учёный Жак Буссенго [6], 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 [7]. Ему удалось доказать, что объём потребляемого углекислого газа и выделяемого кислорода происходит в пропорции 1:1.

Фотосинтез - один из самых значимых биологических процессов.

Говоря научным языком, фотосинтез (от др.-греч. ц?т - свет и уэниеуйт - соединение, связывание) - это процесс, при котором из углекислого газа и воды на свету образуются органические вещества [1]. 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 днём с огнём 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 «лёгкими планеты» [8].

Общая формула фотосинтеза выглядит следующим образом:

Вода + Углекислый газ + Свет > Углеводы + Кислород

Для чего нужен фотосинтез растениям?

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 [9, 10]. 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 [11].

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. фотосинтез растение световой темновой

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

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 [12].

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.

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

Мы уже определили тот факт, что фотосинтез 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 [13] 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!

Список используемых источников

1. Фотосинтез // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE %D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7.

2. Гельмонт, Ян Баптиста ван // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D1%82,_%D0%AF%D0%BD_ %D0%91%D0%B0%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0_ %D0%B2%D0%B0%D0%BD.

3. Пристли, Джозеф // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BB%D0%B8,_ %D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%84.

4. Ингенхауз, Ян // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B3%D0%B5%D0%BD %D1%85%D0%B0%D1%83%D0%B7,_%D0%AF%D0%BD.

5. Сенебье, Жан // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B1%D1%8C%D0%B5,_%D0%96%D0%B0%D0%BD.

6. Буссенго, Жан Батист // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B5%D0%BD%D0%B3%D0%BE,_%D0%96%D0%B0%D0%BD_%D0%91%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82

7. Сакс, Юлиус фон // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B0%D0%BA%D1%81,_%D0%AE %D0%BB%D0%B8%D1%83%D1%81_%D1%84%D0%BE%D0%BD.

8. Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания : физические,химические и биологические концепции: учеб. пособие [текст] / Е.Н. Френкель. - Ростов н/Д : Феникс, 2014. - 246 с.

9. «Сезоны года» - общеобразовательный журнал [рисунки; Электронныйресурс]. Режим доступа: сезоны-года.рф/фотосинтез.

10. Фотосинтез кратко и понятно [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://рустрана.рф/349088/Fotosintez-kratko-i-ponyatno.

11. Кучер М.И. Экология: учеб. пособие [текст] / под ред. проф. Е.Э.Френкеля. - Вольск: ВВИМО, 2015. - 265 с.

12. Хлорофилл // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE %D1%84%D0%B8%D0%BB%D0%BB.

13. Дыхание // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%8B%D1%85%D0%B0%D0%BD %D0%B8%D0%B5.

Размещено на Allbest.ru