§ 34. Фотосинтез

Определения и обозначения

Фотосинтез — процесс образования растением органических веществ из воды и углекислого газа на свету. Он позволяет растению создавать нужную для жизни пищу, а не получать готовые органические вещества из почвы. В процессе участвуют зелёные части растения, например листья. Фотосинтез также приводит к выделению кислорода.

Хлорофилл — зелёный пигмент, то есть окрашивающее вещество, которое улавливает световую энергию. Он находится в клетках зелёных частей растения и придаёт им характерную окраску. Уловленная энергия нужна для образования органических веществ. Поэтому без хлорофилла зелёная часть не сможет использовать свет так, как это происходит при фотосинтезе.

Органические вещества — вещества, которые растение образует при фотосинтезе и использует для питания и роста. Из них строятся части растения, а некоторые могут служить запасом. Такие вещества не поступают к растению в готовом виде из почвы: растение создаёт их само из воды и углекислого газа. Это помогает понять, почему фотосинтез называют способом питания растений.

Крахмал — запасное органическое вещество, которое может образоваться в листе из продуктов фотосинтеза. Он не служит исходным веществом процесса, а показывает, что органические вещества в листе уже образовались и часть их была отложена про запас. Наличие крахмала можно выявить специальной проверкой листа. Поэтому крахмал используют как признак, позволяющий судить о ходе фотосинтеза.

Как это устроено

Для фотосинтеза растению нужны вода и углекислый газ. Воду корни поглощают из почвы, а затем она поступает к листьям по тканям растения. Углекислый газ попадает в листья из окружающего воздуха. Если одного из этих исходных веществ не хватает, растению сложнее образовывать органические вещества.

Фотосинтез идёт на свету, потому что для образования органических веществ нужна энергия. В зелёных частях растения содержится хлорофилл, который улавливает световую энергию. Благодаря этому листья могут использовать энергию света в процессе фотосинтеза. В темноте световая энергия не поступает, поэтому фотосинтез не идёт.

В листьях вода и углекислый газ участвуют в образовании органических веществ. Для этого необходимы одновременно исходные вещества, свет и хлорофилл: каждый из этих факторов выполняет свою роль. Органические вещества затем используются растением для питания и роста, а часть может запасаться. Так растение само создаёт вещества, необходимые ему для жизни.

При фотосинтезе образуется не только органическое вещество: одновременно выделяется кислород. Он поступает из растения в окружающую среду, поэтому воздух вокруг растений обогащается кислородом. Кислород не нужно считать исходным веществом фотосинтеза. В этом процессе он является продуктом, который выделяется наружу.

Образовавшиеся в листе органические вещества могут превращаться в крахмал и откладываться про запас. Если растение некоторое время освещать, в листе может накопиться крахмал. Затем лист проверяют на его наличие: обнаруженный крахмал показывает, что в листе образовались органические вещества. Опыт помогает судить о фотосинтезе по его результату, хотя сам процесс непосредственно увидеть нельзя.

Условия и результаты фотосинтеза

Сначала по таблице найди исходные вещества и условия: это то, что необходимо для процесса. Затем сравни их с результатами, которые образуются при фотосинтезе. Отдельно обрати внимание на судьбу продуктов: растение использует органические вещества, а кислород поступает в окружающую среду.

Разбор задач

Задача 1. В листья растения поступили вода и углекислый газ. Какие ещё условия необходимы, чтобы шёл фотосинтез? В условии уже названы исходные вещества, поэтому их не нужно повторять как ответ. Нужно вспомнить, что позволяет растению использовать эти вещества именно при фотосинтезе. Проверим, какие условия обеспечивают процесс.

1. Свет необходим, потому что фотосинтезу нужна световая энергия.
2. Хлорофилл улавливает эту энергию в зелёных частях растения.
3. Значит, при наличии воды и углекислого газа нужны также свет и хлорофилл.

Ответ: необходимы свет и хлорофилл. Если растение находится в темноте или в его листьях нет хлорофилла, одного поступления воды и углекислого газа недостаточно. Так мы проверяем, что назвали не исходные вещества, а именно недостающие условия.

Задача 2. Лист растения некоторое время освещали, а затем проверили на наличие крахмала. Какой результат ожидается и что он показывает? Нужно связать освещение с фотосинтезом, а результат проверки — с продуктами этого процесса. Крахмал не является светом или исходным веществом, это запасное органическое вещество. Поэтому он может появиться в листе после образования органических веществ.

1. Освещение даёт растению энергию для фотосинтеза.
2. При фотосинтезе в листе образуются органические вещества, часть которых может запасаться как крахмал.
3. Если крахмал обнаружен, это служит признаком образования органических веществ в освещённом листе.

Ответ: ожидается, что проверка выявит крахмал; это показывает, что в листе шёл фотосинтез и образовались органические вещества. Результат не означает, что крахмал был взят растением из почвы. Он возник как запасной продукт, связанный с фотосинтезом.

Задача 3. Растение поместили на свет под прозрачный колпак, внутри которого удалили углекислый газ. Будет ли нормально идти фотосинтез и почему? Свет имеется, но одного этого условия недостаточно. Нужно проверить, остались ли в окружении растения все необходимые исходные вещества. В задаче углекислого газа нет.

1. Свет позволяет хлорофиллу улавливать световую энергию.
2. Но углекислый газ — одно из исходных веществ фотосинтеза, и под колпаком его удалили.
3. Поэтому образование органических веществ будет затруднено, и процесс не сможет нормально идти.

Ответ: фотосинтез не будет идти нормально, потому что растению не хватает углекислого газа. Прозрачный колпак пропускает свет, но он не заменяет исходное вещество. При решении подобных задач проверяй наличие не только света, но и воды, углекислого газа и хлорофилла.

Типичные ошибки

Ошибка — думать, что растение получает готовую пищу из почвы. Такое представление возникает потому, что корни действительно поглощают из почвы воду и минеральные вещества. Однако органические вещества растение образует при фотосинтезе из воды и углекислого газа. Проверь себя: если речь о готовой органической пище, не приписывай её поступление из почвы.

Ошибка — путать фотосинтез и дыхание, считая их одним процессом. Оба связаны с жизнью растения, поэтому их названия и роль иногда смешивают. При фотосинтезе на свету образуются органические вещества, а при дыхании клетки получают энергию из них. Чтобы проверить себя, спроси, идёт ли речь об образовании пищи или о получении энергии.

Ошибка — считать, что для фотосинтеза достаточно только света. Свет действительно нужен, но это не отменяет роли исходных веществ и хлорофилла. Растению нужны вода, углекислый газ, свет и хлорофилл. Проверь условие задачи: если одного из этих необходимых компонентов нет, одного освещения недостаточно.

Ошибка — полагать, что кислород растение поглощает при фотосинтезе. Это можно перепутать с дыханием, при котором растение использует кислород. Но при фотосинтезе кислород образуется и выделяется в окружающую среду. Для проверки определи, какой процесс описан: фотосинтез или дыхание.

Связь с другими темами

Чтобы понять фотосинтез, нужно знать, что у растений есть органы и клетки, корни поглощают воду, а листья взаимодействуют с окружающим воздухом. Тема связана с дыханием растений: сравнение помогает не путать образование органических веществ с получением энергии. Фотосинтез также пригодится при изучении питания растений и круговорота веществ. Он объясняет, почему растения важны для природы: они образуют органические вещества и выделяют кислород.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит в зелёных частях растения на свету.
• Хлорофилл улавливает световую энергию.
• Для фотосинтеза нужны вода и углекислый газ.
• В результате образуются органические вещества.
• При фотосинтезе выделяется кислород.
• Крахмал в листе служит признаком образования органических веществ.