§ 32. Химический состав растений

Определения и обозначения

Химический состав растений — это вещества и химические элементы, входящие в состав растительного организма. Говоря проще, это ответ на вопрос, из чего состоит растение на уровне веществ и элементов. Это понятие помогает различать то, что растение получает из окружающей среды, и то, что оно создаёт само.

Неорганические вещества — вода и минеральные соли, поступающие в растение главным образом из почвы и окружающей среды. Их нельзя считать ненужными только потому, что растение получает их извне: без них оно не сможет нормально жить. Это понятие помогает отделить воду и соли от органических веществ.

Органические вещества — вещества, образующиеся в растении, прежде всего в процессе фотосинтеза. К ним относятся, например, крахмал, белки и жиры; они входят в состав клеток и могут служить запасом веществ. Понимание этой группы объясняет, как растение создаёт материал для роста.

Минеральные соли — неорганические вещества, необходимые растению для роста, развития и обмена веществ. В почве они находятся в растворённом виде и поступают в растение вместе с водой. Это определение помогает понять, почему плодородие почвы и минеральное питание важны для растений.

Как это устроено

Вода составляет значительную часть массы растения, потому что она входит в состав его клеток и содержится в их внутренней среде. Многие вещества растворяются в воде, поэтому с ней могут перемещаться по растению. Вода также участвует в жизненных процессах, в том числе в фотосинтезе. При недостатке воды клетки теряют нормальное состояние, а растение вянет, поэтому вода необходима не только для увеличения массы.

Минеральные соли находятся в почве, и корень поглощает их вместе с водой. Сначала соли растворяются во влаге почвы, после чего раствор проходит через ткани корня. Далее он перемещается по проводящим тканям к стеблю, листьям и другим частям растения. Такой путь обеспечивает клетки элементами, которые нужны им для роста и работы.

В листьях при фотосинтезе из воды и углекислого газа образуются органические вещества. Для этого нужна энергия света, которую поглощают зелёные части растения. Полученные вещества становятся материалом для новых клеток или запасаются, например, в виде крахмала. Поэтому растение не просто берёт готовую пищу из почвы: значительную часть органического материала оно создаёт само.

В растениях обнаруживаются углерод, кислород, водород, азот и другие химические элементы. Элемент — это вид атомов, а вещество состоит из атомов и может включать несколько разных элементов; например, вода и кислород — не одно и то же. Углерод, кислород и водород входят во многие органические вещества, а азот нужен, в частности, для образования белков. Одни элементы требуются в больших количествах, другие — в малых, но нехватка даже небольшого количества необходимого элемента может нарушить рост.

Наличие воды можно обнаружить, если высушить взвешенный образец растения: при нагревании вода испаряется, и масса уменьшается. Если затем сжечь сухой образец, его органические вещества разрушаются, а минеральные вещества остаются в виде золы. Сравнение массы до и после каждого этапа помогает оценить, какая часть приходилась на воду, сгорающую часть и минеральный остаток. Опыт показывает, что в растении есть разные группы веществ, а не только органические.

Основные вещества в составе растений

Сначала определите, о какой группе идёт речь: о воде, солях, органических веществах или элементах. Затем проследите, откуда она берётся и какую роль выполняет. Помните, что химический элемент — не отдельная группа веществ наравне с водой: элементы входят в состав разных веществ.

Разбор задач

В растении массой 250 г содержится 80% воды. Определите массу воды. Здесь 250 г — масса всего растения, а 80% показывают, какую долю этой массы составляет вода. Чтобы найти часть от целого, процент переводят в десятичную дробь и умножают на целое.

1. Запишем долю воды: 80% = 0,8.
2. Умножим массу растения на эту долю: 250 г × 0,8 = 200 г.
3. Проверим смысл результата: 200 г меньше общей массы 250 г, значит, ответ возможен.

Ответ: масса воды равна 200 г.

Распределите вещества по группам: вода, крахмал, белки, минеральные соли, жиры. Нужно определить, какие из перечисленных веществ неорганические, а какие органические. Вода и минеральные соли относятся к неорганическим веществам, а крахмал, белки и жиры — к органическим. Не путайте происхождение вещества с его группой: то, что вещество нужно для питания растения, ещё не делает его органическим.

1. Выделим воду: это неорганическое вещество.
2. Отнесём минеральные соли к неорганическим веществам.
3. Объединим крахмал, белки и жиры в группу органических веществ.

Ответ: неорганические — вода и минеральные соли; органические — крахмал, белки и жиры.

При высушивании масса образца уменьшилась с 50 г до 12 г, а после сжигания осталось 2 г золы. Определите массу воды и органических веществ. При высушивании уходит вода, поэтому разность начальной и сухой массы показывает её массу. При сжигании сухого образца органические вещества сгорают, а зола остаётся как минеральный остаток.

1. Найдём массу воды: 50 г − 12 г = 38 г.
2. Из сухого образца вычтем массу золы, чтобы найти сгоревшую часть: 12 г − 2 г = 10 г.
3. Проверим баланс: 38 г воды + 10 г органических веществ + 2 г золы = 50 г.

Ответ: в образце было 38 г воды и 10 г органических веществ.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что растение состоит только из органических веществ. Её допускают, потому что растения часто связывают с фотосинтезом и образованием органического вещества, забывая о воде и солях. Проверьте себя: перечислите, что останется после высушивания и после сжигания. Наличие воды и золы показывает, что состав растения не ограничивается органическими веществами.

Ошибка — называть минеральные соли органическими, поскольку они нужны растению для питания. Слово «питание» здесь обозначает получение необходимых веществ, а не принадлежность к органической группе. Проверьте, образуются ли соли в растении при фотосинтезе или поглощаются из почвы: соли поступают из почвы и относятся к неорганическим веществам. Значимость для организма не определяет группу вещества.

Ошибка — утверждать, что все вещества растение получает из почвы. Так можно подумать, если помнить о поглощении корнем воды и солей, но забыть о фотосинтезе. Проверьте себя вопросом: откуда берётся органический материал для роста? Растение образует органические вещества в листьях из воды и углекислого газа, используя свет.

Ошибка — путать химический элемент и вещество, например считать кислород и воду одним и тем же. Путаница возникает потому, что названия кислорода и воды знакомы и оба связаны с составом растения. Проверьте, обозначает ли слово вид атомов или конкретное вещество: кислород — химический элемент, а вода — вещество, в состав которого входят водород и кислород. Один элемент может входить в состав разных веществ.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении корня и листа, поглощении воды и минеральных солей, а также о фотосинтезе. Позже эти сведения помогут разобраться в минеральном питании растений и в том, зачем используют удобрения. С химией тему связывают понятия химического элемента, органических и неорганических веществ. Так биология объясняет, где вещества встречаются в организме и какую роль выполняют, а химия помогает описать их состав.

Что запомнить

• В состав растений входят вода, минеральные соли и органические вещества.
• Вода составляет значительную часть массы растительного организма.
• Минеральные соли поступают в растение из почвы через корень.
• Органические вещества образуются в листьях при фотосинтезе.
• В растениях обнаруживаются углерод, кислород, водород, азот и другие элементы.
• После сжигания органические вещества исчезают, а минеральные вещества образуют золу.