Для чего растению фотосинтез
Фотосинтез растений
Что такое фотосинтез растений?
Фотосинтез — это процесс, в котором растения и другие организмы используют энергию света для превращения углекислого газа и воды в простую сахарную глюкозу. При этом фотосинтез обеспечивает основной источник энергии практически для всех организмов.
Основная функция фотосинтеза состоит в том, чтобы преобразовать солнечную энергию в химическую энергию и затем сохранить эту химическую энергию для будущего использования. По большей части живые системы планеты приводятся в действие этим процессом. Это не особенно эффективно по стандартам человеческого инжиниринга, но оно делает свою работу. Фотосинтез происходит в областях клетки, называемых хлоропластами.
Фотосинтез имеет далеко идущие последствия. Как и растения, люди и другие животные зависят от глюкозы в качестве источника энергии, но они не могут производить ее самостоятельно и в конечном итоге должны полагаться на глюкозу, вырабатываемую растениями. Кроме того, кислород, которым дышат люди и другие животные, – это кислород, выделяющийся во время фотосинтеза. Люди также зависят от древних продуктов фотосинтеза, известных как ископаемое топливо, для обеспечения большей части нашей современной промышленной энергии. Эти ископаемые виды топлива, в том числе природный газ, уголь и нефть, состоят из сложной смеси углеводородов, остатков организмов, которые полагались на фотосинтез миллионы лет назад. Таким образом, практически вся жизнь на земле, прямо или косвенно, зависит от фотосинтеза как источника пищи, энергии и кислорода, что делает его одним из самых важных биохимических процессов, известных.
Продукты фотосинтеза растений
Фотосинтез происходит у зеленых растений, морских водорослей и некоторых бактерий. Эти организмы являются настоящими сахарными фабриками, производящими миллионы новых молекул глюкозы в секунду. Растения используют большую часть этой глюкозы, углевода, в качестве источника энергии для создания листьев, цветов, фруктов и семян. Они также превращают глюкозу в целлюлозу, структурный материал, используемый в их клеточных стенках. Однако большинство растений производят больше глюкозы, чем используют, и хранят ее в форме крахмала и других углеводов в корнях, стеблях и листьях. Затем растения могут использовать эти резервы для получения дополнительной энергии или строительных материалов. Каждый год фотосинтезирующие организмы производят около 170 миллиардов тонн дополнительных углеводов, около 30 тонн на каждого человека на земле.
Чрезвычайно важным побочным продуктом фотосинтеза является кислород, от которого зависит большинство организмов.
К продуктам фотосинтеза растений относятся:
Хлорофилл и фотосинтез растений
Фотосинтетические клетки содержат специальные пигменты, которые поглощают энергию света. Различные пигменты реагируют на различные длины волн видимого света. Хлорофилл, основной пигмент, используемый в фотосинтезе, отражает зеленый свет и наиболее сильно поглощает красный и синий свет.
У растений фотосинтез происходит в хлоропластах, которые содержат хлорофилл.
Хлорофилл А является основным пигментом, используемым в фотосинтезе, но существует несколько типов хлорофилла и множество других пигментов, которые реагируют на свет, включая красные, коричневые и синие пигменты. Эти другие пигменты могут помочь направить световую энергию на хлорофилл А или защитить клетку от фотоповреждений.
Например, фотосинтетические протисты, называемые динофлагеллятами, которые ответственны за «красные приливы», (часто приводят к предупреждению употребления в пищу моллюсков), содержат различные светочувствительные пигменты, как хлорофилл, так и красные пигменты, ответственные за их предупреждающее окрашивание.
Фазы фотосинтеза растений
Внутри хлоропласта фотосинтез происходит в две отдельные фазы:
Фотосинтез. Фаза I
Составляет световые реакции, потому и называется световой.
Приводимая в действие световой энергией, вода окисляется: она разделяется на электроны и протоны с высокой энергией. Эти электроны и протоны используются для восстановления окисленного электронного носителя NADP до его восстановленной высокоэнергетической формы NADPH. Энергия, полученная во время световых реакций, также используется для преобразования низкоэнергетического АДФ и неорганического фосфата в высокоэнергетическую АТФ. Продуктом отходов (но одним из важнейших для аэробных организмов, таких как мы) является кислород, обозначенный цифрой. Все это происходит в тилакоидных мешочках с выходом световых реакций, перемещающихся в строму для поддержки второй фазы фотосинтеза.
Фотосинтез. Фаза II
Вторая фаза фотосинтеза использует продукты Фазы 1 в качестве входных данных (исключая кислород, который проникает в атмосферу). Фаза 2 известна как цикл Кальвина, в честь биохимика из Беркли Мелвина Кальвина, который получил Нобелевскую премию за совместное открытие цикла в 1961 году. Поскольку цикл Кальвина не зависит напрямую от света, вторую фазу называют темновой.
Во время цикла Кальвина ключевым внешним входом является диоксид углерода. Используя энергию от АТФ, а также электроны и водород от обогащенного энергией восстановленного электронного носителя NADPH, диоксид углерода восстанавливается, превращаясь в трехуглеродный глицеральдегидфосфат или G3P, которые могут быть преобразованы в глюкозу или что-либо еще, в чем нуждается растение.
Фотосинтез в листьях растений
Структура листа это компромиссы между максимизацией площади поверхности для поглощения света при минимизации потерь воды. Чтобы предотвратить потерю воды, восковая кутикула покрывает верхний и нижний эпидермис. Основная функция эпидермиса — защитная, и большая часть способа защиты заключается в выделении воскообразного слоя на уровне восковой кутикулы.
Вода попадает в лист через пучки сосудистой ткани, которые мы обычно называем венами. Вены также позволяют сахару покидать лист и перемещаться в другие части растения, где они могут, в растении, таком как картофель, превращаться в полисахариды, такие как крахмал, для длительного хранения энергии.
Углекислый газ попадает в растение через поры на нижнем эпидермисе. Эти поры называются устьицами, и они образованы защитными ячейками, которые могут изменять форму, чтобы регулировать размер отверстия устья, даже до точки закрытия, когда растение испытывает недостаток воды.
Внутри листа находятся две другие фотосинтетические ткани. Чуть ниже верхнего эпидермиса находится слой плотно прижатых фотосинтезирующих клеток, которые подвергаются большей части фотосинтеза в растениях, мезофилла палисада. Непосредственно под этим слоем находятся фотосинтетические клетки, которые гораздо более распространены, известные как губчатый мезофилл. Когда защитные камеры находятся близко к воде, этот слой служит резервуаром углекислого газа, который позволяет продолжить фотосинтез даже в замкнутой системе. То есть до тех пор, пока весь газ не будет зафиксирован.
Вода поглощается корнями растения и перемещается по сосудистой системе тканями, известными как ксилемы. Вода поступает в лист и поглощается в фотосинтетических клетках путем осмоса, в сочетании с углекислым газом для производства глюкозы и кислорода. Глюкоза либо используется клеткой напрямую, либо переносится в сосудистую ткань, которая транспортирует глюкозу в другие клетки, неспособные к фотосинтезу (т.е. корни) в сосудистой ткани, известной как флоэма.
Фотосинтез в клетках растений
Как известно, фотосинтез осуществляется в хлоропластах.
Если рассмотреть хлоропласт под микроскопом, можно увидеть несколько остатков его бактериального происхождения. Как и митохондрии (еще один эндосимбионт), хлоропласты имеют двойную мембрану, пережиток древнего эндоцитоза (когда его цианобактериальный предок был поглощен более крупной клеткой и по какой-то причине не переварился). Внешняя мембрана, является остатком пузырька, который принадлежал клетке, которая охватила исходный хлоропласт. Внутренняя мембрана, является остатком мембраны этого исходного хлоропласта.
Хлоропласты поглощают солнечный свет и используют его в сочетании с водой и углекислым газом для производства продуктов питания для растения. Они улавливают световую энергию солнца, чтобы произвести свободную энергию, запасенную в АТФ и НАДФН, посредством процесса, называемого фотосинтезом.
Хлоропласты встречаются только в растениях и фотосинтезирующих водорослях. (Люди и другие животные не имеют хлоропластов.)
Хлоропласты представляют собой дискообразные органеллы, найденные в цитозоле клетки. Они имеют внешнюю и внутреннюю мембраны с межмембранным пространством между ними. Если вы пройдете через два слоя мембраны и достигнете места в центре, вы обнаружите, что он содержит мембранные диски, известные как тилакоиды, расположенные во взаимосвязанных стопках, называемых грана.
Мембрана тилакоидного диска содержит светособирающие комплексы, которые включают хлорофилл, пигмент, который придает растениям зеленый цвет. Тилакоидные диски являются полыми, и пространство внутри диска называется тилакоидным пространством или просветом, в то время как заполненное жидкостью пространство, окружающее тилакоиды, называется стромой.
Хлоропласты являются одной из многих уникальных органелл в организме.
В этом отношении они похожи на митохондрии, но встречаются только в растениях и протистах.
Обе органеллы окружены двухклеточной композитной мембраной с межмембранным пространством; оба имеют свою собственную ДНК и участвуют в энергетическом обмене; и у обоих есть сетчатки, заполняющие их внутренние пространства.
Значение фотосинтеза для растений
– Фотосинтез обеспечивает пищу для растений. Процесс фотосинтеза происходит в зеленых растениях, которые являются основными производителями в пищевой цепи.
– Фотосинтез необходим для поддержания жизни. Это основной источник кислорода и энергии для всех живых организмов.
– Фотосинтез помогает в росте и развитии растений.
– Он превращает атмосферный углекислый газ (выделяемый при дыхании и других видах деятельности) обратно в кислород.
– В процессе фотосинтеза образовавшиеся углеводы, используются для создания клеточных структур — клеточных стенок целлюлозы.
Деревья и другие зеленые растения практикуют дыхание также как животные, но они также практикуют фотосинтез. Вот почему экологи классифицируют зеленые растения как «производителей», а большинство других форм жизни — как «потребителей». Речь идет об энергии. Хорошо, есть и разложители, но это уже другая история, и они все еще зависят от энергии, получаемой производителями.
Деревья часто считаются главным генератором кислорода для планеты, но это не совсем верно. Большая часть планеты покрыта водой, и коллективный фотосинтез низших водорослей является настоящей кислородной машиной.
Тем не менее, деревья и леса действительно являются значительными производителями кислорода. Однако, если бы кислород был единственным преимуществом деревьев и лесов, мы могли бы легко жить без них. А некоторые леса на самом деле производят больше углекислого газа, чем кислорода. К счастью, преимущества как деревьев, так и лесов простираются далеко за пределы чего-то такого узкого, как производство кислорода.
Фотосинтез важен для живых организмов, потому что это источник кислорода номер один в атмосфере. Без фотосинтеза углеродный цикл не состоялся бы, жизнь, требующая кислорода, не выжила бы, и растения погибли бы. Зеленые растения и деревья используют фотосинтез для производства пищи из солнечного света, углекислого газа и воды в атмосфере: это их основной источник энергии. Важность фотосинтеза в нашей жизни — это кислород, который он производит. Без фотосинтеза на планете практически не было бы кислорода.
Что такое фотосинтез? История открытия процесса, фазы фотосинтеза и его значение.
Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.
История открытия фотосинтеза
В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.
Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.
Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.
Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.
Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.
После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».
Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.
И как часто бывает в науке, помог его величество случай.
Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.
Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.
В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.
И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.
Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.
Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.
Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.
А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.
Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.
Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.
Значение фотосинтеза для жизни на Земле
И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.
Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.
Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.
Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.
К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.
Определение и формула фотосинтеза
Определение и формула фотосинтеза
Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.
Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:
Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод
или (на языке формул):
Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.
Фазы фотосинтеза
К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.
Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:
Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.
Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.
Световая фаза фотосинтеза
Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н2О.
Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.
Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.
Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:
Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.
Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.
На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.
Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:
У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.
Как и где происходит процесс фотосинтеза у растений?
Каждое живое существо на планете нуждается в пище или энергии, чтобы выжить. Некоторые организмы питаются другими существами, тогда как другие могут производить свои собственные питательные элементы. Растения сами производят продукты питания, глюкозу, в процессе, который называется фотосинтезом.
Фотосинтез и дыхание взаимосвязаны. Результатом фотосинтеза является глюкоза, которая хранится как химическая энергия в растительных клетках. Эта накопленная химическая энергия получается в результате превращения неорганического углерода (углекислого газа) в органический углерод. Процесс дыхания высвобождает накопленную химическую энергию.
Помимо продуктов, которые они производят, растениям также необходим углерод, водород и кислород, чтобы выжить. Вода, поглощенная из почвы, обеспечивает водород и кислород. Во время фотосинтеза, углерод и вода используются для синтеза пищи. Растения также нуждаются в нитратах, чтобы производить аминокислоты (аминокислота – ингредиент для выработки белка). В дополнение к этому, они нуждаются в магнии для производства хлорофилла.
Заметка: Живые существа, которые зависят от других продуктов питания называются гетеротрофами. Травоядные, такие как коровы, а также растения, питающиеся насекомыми, являются примерами гетеротрофов. Живые существа, производящие собственную пищу, называются автотрофами. Зеленые растения и водоросли – примеры автотрофов.
В этой статье вы узнаете больше о том, как происходит фотосинтез у растений и об необходимы для этого процесса условиях.
Определение фотосинтеза
Фотосинтез – это химический процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и водоросли производят глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, используя только свет в качестве источника энергии.
Этот процесс чрезвычайно важен для жизни на Земле, поскольку благодаря ему выделяется кислород, от которого зависит вся жизнь.
Зачем растениям нужна глюкоза (пища)?
Подобно людям и другим живым существам, растения также нуждаются в питании для поддержания жизнедеятельности. Значение глюкозы для растений заключается в следующем:
Фазы фотосинтеза
Процесс фотосинтеза разделен на две фазы: световую и темновую.
Как следует из названия, световые фазы нуждаются в солнечном свете. В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в запасенную химическую энергию в виде молекулы электронного носителя НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и молекулы энергии АТФ (аденозинтрифосфат). Световые фазы протекают в тилакоидных мембранах в пределах хлоропласта.
Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина
В темновой фазе или цикле Кальвина возбужденные электроны из световой фазы обеспечивают энергию для образования углеводов из молекул углекислого газа. Не зависящие от света фазы иногда называют циклом Кальвина из-за цикличности процесса.
Хотя темновые фазы не используют свет в качестве реагента (и, как результат, могут происходить днем или ночью), им необходимо, чтобы продукты светозависимых реакций функционировали. Независимые от света молекулы зависят от молекул энергоносителей – АТФ и НАДФН – для создания новых молекул углеводов. После передачи энергии молекулы энергоносители возвращаются к световым фазам для получения более энергичных электронов. Кроме того, несколько ферментов темновой фазы активируются с помощью света.
Схема фаз фотосинтеза
Заметка: Это означает, что темновые фазы не будут продолжаться, если растения будут лишены света слишком долго, так как они используют продукты световых фаз.
Строение листьев растений
Мы не можем полностью изучить фотосинтез, не зная больше о строении листа. Лист адаптирован для того, чтобы играть жизненно важную роль в процессе фотосинтеза.
Внешнее строение листьев
Площадь
Одной из самых главных особенностей растений является большая площадь поверхности листьев. Большинство зеленых растений имеют широкие, плоские и открытые листья, которые способны захватывать столько солнечной энергии (солнечного света), сколько необходимо для фотосинтеза.
Центральная жилка и черешок
Центральная жилка и черешок соединяются вместе и являются основанием листа. Черешок располагает лист таким образом, чтобы он получал как можно больше света.
Листовая пластинка
Простые листья имеют одну листовую пластину, а сложные – несколько. Листовая пластинка – одна из самых главных составляющих листа, которая непосредственно участвует в процессе фотосинтеза.
Сеть жилок в листьях переносит воду от стеблей к листьям. Выделяемая глюкоза также направляется в другие части растения из листьев через жилки. Кроме того, эти части листа поддерживают и удерживают листовую пластину плоской для большего захвата солнечного света. Расположение жилок (жилкование) зависит от вида растения.
Основание листа
Основанием листа выступает самая нижняя его часть, которая сочленена со стеблем. Зачастую, у основания листа располагается парное количество прилистников.
Край листа
В зависимости от вида растения, край листа может иметь различную форму, включая: цельнокрайнюю, зубчатую, пильчатую, выемчатую, городчатую и т.п.
Верхушка листа
Как и край листа, верхушка бывает различной формы, включая: острую, округлую, туповатую, вытянутую, оттянутою и т.д.
Внутреннее строение листьев
Ниже представлена близкая схема внутреннего строения тканей листьев:
Кутикула
Кутикула выступает главным, защитным слоем на поверхности растения. Как правило, она толще на верхней части листа. Кутикула покрыта веществом, похожим на воск, благодаря которому защищает растение от воды.
Эпидермис
Эпидермис – слой клеток, который является покровной тканью листа. Его главная функция – защита внутренних тканей листа от обезвоживания, механических повреждений и инфекций. Он также регулирует процесс газообмена и транспирации.
Мезофилл
Мезофилл – это основная ткань растения. Здесь происходит процесс фотосинтеза. У большинства растений мезофилл разделен на два слоя: верхний – палисадный и нижний – губчатый.
Защитные клетки
Защитные клетки – специализированные клетки в эпидермисе листьев, которые используются для контроля газообмена. Они выполняют защитную функцию для устьица. Устьичные поры становятся большими, когда вода есть в свободном доступе, в противном случае, защитные клетки становятся вялыми.
Устьице
Фотосинтез зависит от проникновения углекислого газа (CO2) из воздуха через устьица в ткани мезофилла. Кислород (O2), полученный как побочный продукт фотосинтеза, выходит из растения через устьица. Когда устьица открытые, вода теряется в результате испарения и должна быть восполнена через поток транспирации, водой, поглощенной корнями. Растения вынуждены уравновешивать количество поглощенного СО2 из воздуха и потерю воды через устьичные поры.
Условия, необходимые для фотосинтеза
Ниже приведены условия, которые необходимы растениям для осуществления процесса фотосинтеза:
Что образуется в результате фотосинтеза?
Заметка: Растения получают CO2 из воздуха через их листья, и воду из почвы через корни. Световая энергия исходит от Солнца. Полученный кислород выделяется в воздух из листьев. Получаемую глюкозу можно превратить в другие вещества, такие как крахмал, который используется как запас энергии.
Если факторы, способствующие фотосинтезу, отсутствуют или присутствуют в недостаточном количестве, это может негативно повлиять на растение. Например, меньшее количество света создает благоприятные условия для насекомых, которые едят листья растения, а недостаток воды замедляет.
Где происходит фотосинтез?
Фотосинтез происходит внутри растительных клеток, в мелких пластидах, называемых хлоропластами. Хлоропласты (в основном встречающиеся в слое мезофилла) содержат зеленое вещество, называемое хлорофиллом. Ниже приведены другие части клетки, которые работают с хлоропластом, чтобы осуществить фотосинтез.
Строение растительной клетки
Функции частей растительной клетки
Хлорофилл поглощает световую энергию, необходимую для фотосинтеза. Важно отметить, что поглощаются не все цветовые длины волны света. Растения в основном поглощают красную и синюю волны – они не поглощают свет в зеленом диапазоне.
Углекислый газ в процессе фотосинтеза
Растения получают углекислый газ из воздуха через их листья. Углекислый газ просачивается через маленькое отверстие в нижней части листа – устьицу.
Нижняя часть листа имеет свободно расположенные клетки, чтобы углекислый газ достиг других клеток в листьях. Это также позволяет кислороду, образующемуся при фотосинтезе, легко покидать лист.
Углекислый газ присутствует в воздухе, которым мы дышим, в очень низких концентрациях и служит необходимым фактором темновой фазы фотосинтеза.
Свет в процессе фотосинтеза
Лист обычно имеет большую площадь поверхности, поэтому он может поглощать много света. Его верхняя поверхность защищена от потери воды, болезней и воздействия погоды восковым слоем (кутикулой). Верх листа находится там, где падает свет. Этот слой мезофилла называется палисадным. Он приспособлен для поглощения большого количества света, ведь в нем находится много хлоропластов.
В световых фазах, процесс фотосинтеза увеличивается с большим количеством света. Больше молекул хлорофилла ионизируется, и больше генерируется АТФ и НАДФН, если световые фотоны сосредоточены на зеленом листе. Хотя свет чрезвычайно важен в световых фазах, необходимо отметить, что чрезмерное его количество может повредить хлорофилл, и уменьшить процесс фотосинтеза.
Световые фазы не слишком сильно зависят от температуры, воды или углекислого газа, хотя все они нужны для завершения процесса фотосинтеза.
Вода в процессе фотосинтеза
Растения получают воду, необходимую для фотосинтеза через свои корни. Они имеют корневые волоски, которые разрастаются в почве. Корни характеризуются большой площадью поверхности и тонкими стенками, что позволяет воде легко проходить сквозь них.
На изображении представлены растения и их клетки с достаточным количеством воды (слева) и ее нехваткой (справа).
Заметка: Корневые клетки не содержат хлоропластов, поскольку они, как правило, находятся в темноте и не могут фотосинтезировать.
Если растение не впитывает достаточное количество воды, оно увядает. Без воды, растение будет не способно фотосинтезировать достаточно быстро, и может даже погибнуть.
Какое значение имеет вода для растений?
Значение фотосинтеза в природе
Биохимический процесс фотосинтеза использует энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в кислород и глюкозу. Глюкоза используется в качестве строительных блоков в растениях для роста тканей. Таким образом, фотосинтез – это способ, благодаря которому формируются корни, стебли, листья, цветы и плоды. Без процесса фотосинтеза растения не смогут расти или размножаться.
Продуценты
Из-за фотосинтетической способности, растения известны как продуценты и служат основой почти каждой пищевой цепи на Земле. (Водоросли являются эквивалентом растений в водных экосистемах). Вся пища, которую мы едим, происходит от организмов, являющихся фотосинтетиками. Мы питаемся этими растениями напрямую или едим животных, таких как коровы или свиньи, которые потребляют растительную пищу.
Основа пищевой цепи
Внутри водных систем, растения и водоросли также составляют основу пищевой цепи. Водоросли служат пищей для беспозвоночных, которые, в свою очередь, выступают источником питания для более крупных организмов. Без фотосинтеза в водной среде жизнь была бы невозможна.
Удаление углекислого газа
Фотосинтез превращает углекислый газ в кислород. Во время фотосинтеза углекислый газ из атмосферы поступает в растение, а затем выделяется в виде кислорода. В сегодняшнем мире, где уровни двуокиси углерода растут ужасающими темпами, любой процесс, который устраняет углекислый газ из атмосферы, является экологически важным.
Круговорот питательных веществ
Растения и другие фотосинтезирующие организмы играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ. Азот в воздухе фиксируется в растительных тканях и становится доступным для создания белков. Микроэлементы, находящиеся в почве, также могут быть включены в растительную ткань и стать доступными для травоядных животных, дальше по пищевой цепи.
Фотосинтетическая зависимость
Фотосинтез зависит от интенсивности и качества света. На экваторе, где солнечный свет обилен весь год и вода не является ограничивающим фактором, растения имеют высокие темпы роста, и могут стать довольно большими. И наоборот, фотосинтез в более глубоких частях океана встречается реже, поскольку свет не проникает в эти слои, и в результате эта экосистема оказывается более бесплодной.