Все живые существа нуждаются в питании — оно необходимо им, чтобы выжить. Одни могут получать питательные вещества из других особей, потребляя их, другие же сами вырабатывают пищевые продукты. К таким организмам относятся растения, которые сами обогащают себя полезными веществами в результате фотосинтетического процесса.
Что такое фотосинтез
Фотосинтез — это химический процесс, проходящий в листьях зеленых растений и траве на клеточном уровне, с помощью которого они могут синтезировать углеводы, поглощая энергию дневного светила, и таким образом удовлетворять свои потребности в питании.
Сущность фотосинтеза также заключается во всасывании углекислого газа и высвобождении в атмосферу кислорода.
Осуществляется химический процесс с помощью специальных элементов — хлоропластов, которые содержат в себе хлорофилл. Именно этот пигмент окрашивает растения в зеленый цвет.
Молекулы хлорофилла размещаются в мембранах тилакоидов — внутренней мембране хлоропласта. Тилакоиды часто образуют конструкции, напоминающие стопку дисков и называемые гранами.
История возникновения фотосинтеза как явления насчитывает более 4 веков. Его изучение началось в Бельгии и затем продолжалось учеными в разных странах мира. Точку в веренице научных открытий поставил немецкий ученый Сакс, который, проведя комплекс мероприятий, доказал, что количество поглощаемого углекислого газа равно количеству выделенного кислорода.
Растения — это уникальная биоструктура, способная производить органические вещества из неорганических. Если бы у них не было способности трансформировать энергию солнца в органику, многим живым организмам, в том числе грибам и бактериям, пришлось бы голодать.
Формулу уравнения фотосинтеза можно представить следующим образом: вода + углекислый газ + свет = кислород + углеводы.
Фазы
Фотосинтез подразделяется на два этапа — световой и темновой.
Световая стадия
Происходит в тилакоиде хлоропласта и начинается с воздействия кванта света на молекулу хлорофилла. В молекуле происходит пробуждение электрона, который переходит на более высокий уровень и начинает участвовать в образовании атомов водорода, которые затем расходуются на синтез глюкозы.
При интенсивном воздействии происходит фотолиз (разложение) молекул воды и образуются молекулы:
- химической энергии АТФ (аденозин трифосфат),
- НАДФН (никотинамид аденин динуклеотид фосфат).
Темновая фаза
Не зависит от световой энергии и может проходить как в дневное, так и в ночное время. Из-за того, что процесс происходит циклично, эту фазу часто называют циклом Кальвина. Несмотря на то, что темновая фаза не нуждается в свете для катализации фотосинтеза, ей необходимы пробужденные электроны его световой стадии. Именно они помогают преобразовать углекислый газ в молекулы глюкозы. Это значит, что растение, долго пребывающее без полноценного освещения, не сможет провести реакции темновой фазы, так как для этого процесса необходим материал световой фазы.
Значение
Значение фотосинтеза в природе очень велико. Благодаря ему из солнечной энергии вырабатывается жизненно важная органическая субстанция, поддерживающая всю биологическую жизнь на Земле.
Накопление органической массы
Растения накапливают при фотосинтезе углеводы и другие соединения, то есть органическую массу. Все живые организмы на планете могут питаться лишь этой накопленной массой. Пища, полученная из растений, служит основным источником биоэнергии.
Накопление энергии
Вбирая в себя солнечный свет, растения постепенно накапливают энергию. Эта энергия активно используется человеком. Уголь, торф, дрова — все это энергоносители, высвобождающие накопленную биоэнергию.
Недавно американские ученые начали исследовать природные батареи растительного мира и сделали сенсационное открытие: каждый год при благоприятных условиях растениями сохраняется такое количество энергии солнца, что ей можно освещать несколько небольших стран в течение 100 лет.
Кислород в атмосфере
Процесс фотосинтеза позволяет накапливать в атмосфере кислород. Благодаря этому все живые существа дышат и осуществляют свою жизнедеятельность. Также из кислорода образуется озоновый слой, не пропускающий на землю губительные ультрафиолетовые лучи.
Наземные растения способствуют появлению в атмосфере лишь 20 % кислорода, основная масса газовых выделений производится морскими и океанскими водорослями.
Почвообразование
Отмершие растения и их части (корни, опавшие листья) начинают разлагаться в верхнем слое земной поверхности, тем самым образуя состав почвы. Почва развивается благодаря взаимовлиянию элементов органической и неорганической природы. От количества органических элементов зависит ее плодородие.
Наукой доказано, что без взаимодействия продуктов жизнедеятельности животных и бактерий с органическими веществами растений почва образоваться не может.
Основа дыхания
Дыхание — это процесс, противоположный фотосинтезу. То есть происходит распад органической субстанции (углеводов) до неорганической (воды и углекислого газа). Вследствие этого освобождается энергия, необходимая растениям для жизнедеятельности.
Что будет без растений
Без растений жизнь на земле невозможна.
Существует 4 причины, почему без флоры планета погибнет:
- Не будет выработки кислорода и живым существам нечем будет дышать.
- Если растения не будут поглощать углекислый газ и другие вредные примеси из воздуха, то скоро их уровень настолько повысится, что жить на планете станет невозможно.
- Без участия флоры в почвообразовании земли перестанут быть плодородными.
- Без растений травоядным животным нечем будет насытить себя и они вымрут, а следом вымрут и хищники, которым некого будет ловить.
Растительный мир играет основную роль в обеспечении жизни на планете, и его исчезновение пагубно скажется на продолжительности существования всего живого.
Тест
1. Что является результатом фотосинтетического процесса:
1) белки,
2) жиры,
3) углеводы,
4) нуклеиновые кислоты.
2. В процессе фотосинтеза впитывается:
1) энергия АТФ,
2) энергия солнечного света,
3) тепловая энергия,
4) энергия окисления органических веществ.
3. Фотосинтез протекает:
1) в ядре,
2) в цитоплазме,
3) в клетках мезофилла,
4) в хлоропластах.
4. Фотосинтетические пигменты располагаются:
1) в ядре,
2) в реакционном центре,
3) в органах растения,
4) в хлоропластах.
5. Молекулы хлорофилла помещаются:
1) в мембранах тилакоидов,
2) внутри тилакоидов
3) в прокариоте,
4) в строме.
6. Стопка тилакоидов образует:
1) строму,
2) грану,
3) ламеллу,
4) альдегидную группу.
7. Клеточное дыхание — это:
1) обеспечение клетки энергией,
2) транспорт электронов,
3) обеспечение клетки цианобактериями,
4) газовыделение.
8. Разложение молекул воды в растении — это:
1) фотолиз,
2) гликолиз,
3) пигмент,
4) реакция.
Правильные ответы на тест: 1—3, 2—2, 3—4, 4—4, 5—1, 6—2, 7—1, 8—1.
Видео
Больше о фотосинтезе можно узнать из видео.