Фотосинтез

Реферат на тему:

Фотосинтез

                                                 Выполнял работу

                                                 Студент группы Х-11

                                                                                     Кремовских Данил

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Процессы, происходящие  в листе.

2. Современные представления  о фотосинтезе.

3. Роль фотосинтеза  в природе.

 

      Процессы, происходящие в листе.

      Лист  осуществляет три важных процесса  – фотосинтез, испарение  воды  и

газообмен. В процессе фотосинтеза в листьях из воды и двуокиси углерода  под

действием солнечных  лучей  синтезируются  органические  вещества.  Днем,  в

результате фотосинтеза  и дыхания,  растение  выделяет  кислород  и  двуокись

углерода, а ночью – только двуокись углерода, образующуюся при дыхании.

      Большинство   растений  способно  синтезировать   хлорофилл  при  слабом

освещении. При прямом солнечном освещении хлорофилл  синтезируется быстрее.

      Необходимая  для фотосинтеза  световая  энергия  в известных пределах

поглощается тем больше, чем  меньше  затемнен  лист.  Потому  у  растений  в

процессе эволюции выработалась способность  поворачивать  пластину  листа  к

свету так, чтобы на нее  падало больше солнечных лучей.  Листья  на  растении

располагаются так, чтобы  не притеснять друг друга.

      Тимирязев  доказал,  что  источником  энергии   для  фотосинтеза  служат

преимущественно красные  лучи спектра. На  это  указывает  спектр  поглощения

хлорофилла,  где  наиболее  интенсивная  полоса  поглощения  наблюдается   в

красной, и менее интенсивное  – в сине-фиолетовой части.

      В   хлоропластах  вместе  с  хлорофиллом   имеются  пигменты  каротин   и

ксантофилл. Оба этих пигмента поглощают синие и,  отчасти,  зеленые  лучи  и

пропускают  красные  и желтые.  Некоторые ученые  приписываю  каротину   и

ксантофиллу роль экранов, защищающих хлорофилл от  разрушительного  действия

синих лучей.

      Процесс  фотосинтеза слагается из целого  ряда последовательных реакций,

часть которых  протекает  с  поглощением  световой  энергии,  а  часть  –  в

темноте.  Устойчивыми   окончательными   продуктами   фотосинтеза   являются

углеводы (сахара, а  затем  крахмал),  органические  кислоты,  аминокислоты,

белки.

      Фотосинтез  при различных условиях протекает с разной интенсивностью.

      Интенсивность  фотосинтеза также зависит   от  фазы  развития  растения.

Максимальная интенсивность  фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.

      Обычное  содержание углекислоты в воздухе  составляет 0,03%  по  объему.

Уменьшение  содержания   углекислоты   в   воздухе   снижает   интенсивность

фотосинтеза.  Повышение   содержания   углекислоты   до   0,5%   увеличивает

интенсивность  фотосинтеза  почти  пропорционально.  Однако  при  дальнейшем

повышении содержания углекислоты, интенсивность фотосинтеза  не  возрастает,

а при 1% - растение страдает.

      Растения  испаряют или трансперируют   очень  большое  количество  воды.

Испарение  воды  является  одной  из  причин  восходящего  тока.  Вследствие

испарения  воды  растением  в  нем накапливаются минеральные вещества,  и

происходит полезное для растения понижение температуры  во  время  солнечного

нагрева. Иногда трансперация снижает температуру растения на 6о.

      Растение  регулирует процесс испарения  воды посредством работы  устьиц.

Отложение  кутикулы  или  воскового  налета  на  эпидерме,  образование  его

волосков и другие  приспособления  направлены  к  сокращению  нерегулируемой

трансперации.

      Процесс  фотосинтеза и  постоянное  протекающее  дыхание  живых   клеток

листа требуют газообмена между внутренними тканями  листа  и  атмосферой.  В

процессе фотосинтеза  из атмосферы поглощается ассимилируемый углекислый  газ

и возвращается в атмосферу  кислородом.

      Применение  изотопного  метода   анализа   показало,   что   кислород,

возвращаемый в атмосферу (16О)  принадлежит  воде,  а  не  углекислому  газу

воздуха, в котором  приобладает другой его изотоп - 15О.  При  дыхании  живых

клеток (окисление свободным  кислородом органических  веществ  внутри  клетки

до углекислого газа и воды) необходимо поступление из атмосферы кислорода  и

возвращение углекислоты. Этот  газообмен  также  в  основном  осуществляется

через устьичный аппарат.

 

        Современные представления о  фотосинтезе.

      В настоящее  время известно, что фотосинтез  проходит  две  стадии,  но

только одна из них  –  на  свету.  Доказательства  двухстадийности  процесса

впервые были получены  в  1905  году  английским  физиологом  растений  Ф.Ф.

Блэклином, который исследовал влияние освещенности и  температуры  на  объем

фотосинтеза.

      На основание экспериментов  Блэклин сделал следующие выводы.

      1.Имеется одна  группа светозависимых реакций,  которые  не  зависят  от

температуры.  Объем  этих  реакций  в  диапазоне  низких  освещенностей  мог

возрастать с увеличением освещенности, но не с увеличением температуры.

      2.Имеется вторая  группа реакций, зависимых от  температуры,  а  не  от

света. Оказалось,  что  обе  группы  реакций  необходимы  для  осуществления

фотосинтеза. Увеличение  объема  только  одной группы  реакций увеличивает

объем всего процесса, но только до того момента, пока вторая группа  реакций

не начнет удерживать первую. После  этого необходимо ускорить  вторую  группу

реакций, чтобы первые могли проходить  без ограничений.

      Таким образом, было показано, что обе стадии светозависимы:  «световая

и темновая». Важно помнить,  что  темновые  реакции  нормально  проходят  на

свету и нуждаются в продуктах  световой стадии. Выражение «темновые  реакции»

просто означает, что  свет как таковой в них не участвует.

      Объем  темновых реакций возрастает  с увеличением температуры, но  только

до 30о, а затем начинает падать. На основании этого факта  предположили,  что

темновые реакции катализируются ферментами, поскольку  обмен  ферментативных

реакций, таким образом, зависит от  температуры.  В  последствие  оказалось,

что данный вывод был  сделан неправильно.

      На  первой  стадии  фотосинтеза  (световые  реакции)   энергия   света

используется  для   образования   АТР   (молекула   аденозин-трифосфата)   и

высокоэнергетических  переносчиков электронов. На второй  стадии  фотосинтеза

(темновые  реакции)  энергетические  продукты,  образовавшиеся  в   световых

реакциях, используются для восстановления СО2 до простого сахара (глюкозы).

      Процесс  фотосинтеза все больше и больше  привлекает  к  себе  внимание

ученых. Наука  близка  к  разрешению  важнейшего  вопроса  –  искусственного

создания при помощи световой энергии ценных органических веществ  из  широко

распространенных  неорганических  веществ.  Проблема  фотосинтеза   усиленно

разрабатывается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами.

      В   последнее  время   уже   удалось   искусственно   получить   синтез

формальдегида и сахаристых веществ из водных растворов карбонатной  кислоты;

при  этом  роль  поглотителя  световой  энергии  играли  вместо   хлорофилла

карбонаты кобальта и  никеля. Недавно синтезирована молекула хлорофилла.

      Успехи  науки  в  области   синтеза   органических   веществ   наносят

сокрушительный  удар  по  идеалистическому  учению  –   витализму,   который

доказывал,  что  для  образования  органических  веществ  из  неорганических

необходима особая «жизненная сила» и что  человек  не  сможет  синтезировать

сложные органические вещества.

      Фотосинтез  в растениях  осуществляется  в  хлоропластах.  Он  включает

преобразования энергии (световой процесс),  превращение  вещества  (темновой

процесс). Световой процесс  происходит в  гилакоидах,  темновой  –  в  строме

хлоропластов.  Обобщенное  циркулирование  фотосинтеза  выглядит   следующим

образом:

 

                                   свет

    6СО2 + 12Н2О               C6H12O6  + 6Н2О  + 6О2

    Два процесса  фотосинтеза выражаются отдельными  уравнениями

                                  свет

              12Н2О               12H2 + 6О2 + энергия АТР

                              (световой процесс)

                                                       свет

              12H2 + 6О2 + энергия АТР              С6Н12О6 + Н2О

                               (темновой процесс)

 

 

      Значение  фотосинтеза в природе.

      Фотосинтез  – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению  ее

свободной  энергии  за  счет  внешнего  источника.  Запасенная  в  продуктах

фотосинтеза энергия – основной источник энергии для человечества.

      Ежегодно  в результате фотосинтеза на  Земле образуется 150  млрд.  тонн

органического  вещества  и  выделяется  около  200  млн.   тонн   свободного

кислорода.

       Круговорот  кислорода, углерода  и  других  элементов,  вовлекаемых  в

фотосинтез,  поддерживает  современный  состав  атмосферы,  необходимый  для

жизни  на  Земле.  Фотосинтез  препятствует  увеличению  концентрации   СО2,

предотвращая  перегрев  Земли  вследствие   так   называемого   «парникового

эффекта».

      Поскольку  зеленые растения  представляют  собой  непосредственную  или

опосредованную  базу   питания   всех   других   гетеротрофных   организмов,

фотосинтез удовлетворяет  потребность в пище всего живого на  нашей  планете.

Он – важнейшая  основа  сельского  и  лесного  хозяйства.  Хотя  возможности

воздействия на него еще  не велики,  но  все  же  и  они,  в  какой  то  мере

используются. При повышении  концентрации углекислого газа в  воздухе до  0,1%

(против  0,3%  в   естественной  атмосфере)   удалось,   например,   повысить

урожайность огурцов  и томатов втрое.

      Квадратный  метр поверхности листьев в  течение одного часа  продуцирует

около  одного  грамма   сахара;   это   значит,   что   все   растения,   по

приблизительной оценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд.  тонн  С  в

год. Около 60% этого количества поглощают леса,  занимающие  30%  непокрытой

льдами поверхности  суши, 32%  -  окультуренные  земли,  а  оставшиеся  8%  -

растения степей и  пустынных мест, а также городов и поселков.

      Зеленое  растение способно не  только  использовать  углекислый  газ   и

создавать сахар, но и  превращать азотные соединения,  и  соединения  серы  в

вещества, слагающие его  тело.  Через  корневую  систему  растение  получает

растворенные в почвенной  воде ионы нитратов  и  перерабатывает  их  в  своих

клетках в аминокислоты  –  основные  компоненты  всех  белковых  соединений.

Компоненты жиров также  возникают из  соединений,  образующихся  в  процессах

обмена веществ и энергии. Из жирных кислот  и глицерина возникают жиры  и

масла, которые служат для растения, главным образом,  запасными  веществами.

В семенах приблизительно 80% всех растений,  в  качестве  богатого  энергией

запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и  масел  играет

важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.