§ 30. Фотосинтез — воздушное питание растений

Определения и обозначения

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету с участием хлорофилла. При этом выделяется кислород. Это главный способ, которым зелёное растение создаёт питательные вещества.

Воздушное питание растений — получение растением из воздуха углекислого газа, используемого при образовании органических веществ. Вода также нужна, но название подчёркивает источник углекислого газа. Благодаря этому растение само производит пищу, а не получает готовую органику из почвы.

Хлорофилл — зелёный пигмент, поглощающий световую энергию. Он находится в клетках зелёных частей растения и помогает использовать энергию света в фотосинтезе. Именно хлорофилл придаёт листьям зелёную окраску.

Устьица — небольшие отверстия в кожице листа. Через них углекислый газ поступает внутрь листа, а кислород выходит наружу. Устьица также участвуют в обмене газами между листом и окружающим воздухом.

Как это устроено

Углекислый газ находится в воздухе вокруг растения. Он проникает внутрь листа через устьица, потому что между наружным воздухом и клетками листа происходит газообмен. Вода поступает иначе: корни всасывают её из почвы, а затем она поднимается по проводящим тканям к листьям.

Свет сам по себе не превращается в органическое вещество, а даёт энергию для такого превращения. Хлорофилл поглощает свет и передаёт его энергию процессам в клетках зелёных частей растения. Поэтому в темноте фотосинтез прекращается или резко ослабевает: без энергии невозможно образовать новые органические вещества.

В клетках листа углекислый газ и вода становятся исходными веществами для образования органических соединений. Углерод растение получает из углекислого газа, а вода доставляет необходимые атомы и участвует в химических превращениях. Фотосинтез называют воздушным питанием потому, что значительная часть исходного вещества поступает из воздуха, хотя без воды процесс тоже невозможен.

Кислород появляется в ходе фотосинтеза как побочный продукт происходящих превращений. Он не является исходным веществом этого процесса, поэтому растение не поглощает его для образования органики. Образовавшийся кислород выходит из клеток листа наружу и покидает растение через устьица.

Органические вещества используются клетками как материал для роста и как источник энергии в других процессах жизнедеятельности. Избыток таких веществ растение может откладывать в запас, например в семенах, корнях или клубнях. Фотосинтез важен и для других организмов: он создаёт пищу в природе и обогащает воздух кислородом.

Вещества и условия фотосинтеза

В таблице разделены исходные вещества, условие процесса, участник фотосинтеза и его продукты. По второй колонке можно восстановить путь каждого вещества, а по третьей — объяснить его значение. Если убрать хотя бы одно необходимое условие, образование органических веществ будет затруднено.

Разбор задач

Задача 1

Назовите вещества, необходимые для фотосинтеза, и укажите, откуда они поступают в растение.

1. Определим исходные вещества процесса: это углекислый газ и вода.
2. Углекислый газ найдём среди веществ воздуха и свяжем его путь с устьицами листа.
3. Воду свяжем с почвой, корнями и проводящими тканями, по которым она поступает к листьям.

Ответ: для фотосинтеза нужны углекислый газ из воздуха, поступающий через устьица, и вода из почвы, всасываемая корнями.

Задача 2

Ученик накрыл часть листа непрозрачной бумагой, а затем проверил наличие крахмала в закрытой и открытой частях. Предскажите результат и объясните его.

1. Сравним условия: открытая часть получает свет, а закрытая часть свет не получает.
2. Учтём, что крахмал может накапливаться как результат образования органических веществ при фотосинтезе.
3. Сделаем вывод по цвету реакции на крахмал: там, где был свет, он обнаружится, а в закрытой части — не обнаружится или его будет значительно меньше.

Ответ: крахмал обнаружится главным образом в освещённой части листа. Непрозрачная бумага перекрыла свет, поэтому фотосинтез в закрытом участке не шёл нормально.

Задача 3

Растение поместили на свет, но ограничили доступ углекислого газа. Объясните, почему фотосинтез будет затруднён, и назовите ещё два необходимых для него условия или вещества.

1. Свет даёт энергию, но углекислый газ является исходным веществом, из которого образуется органика.
2. При недостатке углекислого газа клеткам не из чего синтезировать органические вещества, поэтому фотосинтез ослабевает.
3. Назовём другие необходимые условия: вода и хлорофилл; также процесс требует света, который уже есть в условии.

Ответ: фотосинтез затруднён из-за нехватки углекислого газа. Кроме него, необходимы вода и хлорофилл, а процесс происходит на свету.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что растение получает готовые органические вещества из почвы. Так думают, потому что корни действительно поглощают вещества из почвы. Проверка проста: вспомните, что органика образуется в зелёных частях растения из углекислого газа и воды.

Ошибка — называть единственными условиями фотосинтеза углекислый газ и свет. Такой ответ неполон, поскольку растению нужны ещё вода и хлорофилл. Проверьте себя по цепочке: исходные вещества — углекислый газ и вода, энергия — свет, участник — хлорофилл.

Ошибка — путать источники воды и углекислого газа. Углекислый газ поступает главным образом через устьица листьев, а вода — через корни. Чтобы проверить ответ, задайте вопрос о пути каждого вещества от источника до листа.

Ошибка — считать кислород исходным веществом фотосинтеза. Он образуется в процессе и выделяется в воздух через устьица. Если вещество названо продуктом фотосинтеза, его нельзя одновременно называть исходным веществом.

Связь с другими темами

Для понимания фотосинтеза нужны знания о корне, который поглощает воду и минеральные вещества, а также о листьях, где есть устьица и жилки. Эти органы обеспечивают поступление веществ и газообмен.

Фотосинтез связан с клеточным строением листа: хлорофилл находится в клетках зелёных частей растения. Поэтому наличие зелёных клеток помогает определить, где процесс может идти активнее.

Позже фотосинтез поможет понять дыхание растений, круговорот веществ и значение растений для состава атмосферы. Он связывает жизнь растений с питанием других организмов и появлением кислорода в воздухе.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит на свету с участием хлорофилла.
• Для фотосинтеза нужны углекислый газ и вода.
• Углекислый газ поступает в листья через устьица.
• Вода поступает из почвы через корни.
• При фотосинтезе образуются органические вещества.
• Кислород выделяется в окружающую среду.
• Фотосинтез — основа образования органических веществ в природе.