§ 26. Фотосинтез

Определения и обозначения

Фотосинтез — образование органических веществ из углекислого газа и воды на свету с участием хлорофилла. Проще говоря, растение использует световую энергию, чтобы изготовить себе пищу из веществ, которые само получает из окружающей среды. Благодаря фотосинтезу растение растёт, а многие другие организмы получают пищу и кислород.

Хлорофилл — зелёный пигмент клеток растений, поглощающий энергию света. Пигмент — это вещество, которое придаёт клетке окраску; хлорофилл делает зелёные части растения зелёными. Он нужен, чтобы улавливать свет, без энергии которого фотосинтез не происходит.

Органические вещества — вещества, образующиеся в растении в процессе фотосинтеза и используемые для питания и роста. Они служат растению материалом для образования новых частей и источником энергии. Поэтому растение не просто поглощает вещества из почвы, а само создаёт необходимые ему питательные вещества.

Крахмал — запасное органическое вещество, наличие которого выявляют с помощью раствора йода. Растение может накапливать крахмал в листьях и других частях, используя его как запас. Йод помогает проверить, образовался ли крахмал: при его наличии окраска становится синей или сине-чёрной.

Как это устроено

Фотосинтез происходит преимущественно в зелёных частях растения, потому что именно там есть клетки с хлорофиллом. Особенно много таких клеток в листьях, которые получают свет и имеют большую поверхность для его поглощения. Хлорофилл улавливает энергию света, а клетка использует её для образования органических веществ. Поэтому не всякая клетка растения фотосинтезирует: нужны и подходящее строение, и свет.

Вода поступает в растение из почвы через корни и далее движется по растению к листьям. Углекислый газ растение получает из воздуха: он входит в лист через небольшие отверстия, называемые устьицами. Из листа вода и углекислый газ попадают к клеткам, в которых есть хлорофилл. Эти два вещества служат исходным материалом для фотосинтеза, а не готовой пищей.

Свет необходим не как вещество, которое растение превращает в пищу, а как источник энергии. Хлорофилл поглощает эту энергию, и с её помощью из воды и углекислого газа образуются органические вещества. Веществами растение затем пользуется для роста и жизнедеятельности. Если света нет, необходимой энергии не хватает, поэтому образование органических веществ прекращается.

При фотосинтезе образуется не только органическое вещество, но и кислород. Он появляется в ходе превращений веществ, используемых клеткой, и выходит из листа в окружающую среду. Кислород нужен растениям, животным и человеку для дыхания, поэтому его выделение имеет значение для жизни. Фотосинтез также пополняет запасы кислорода в атмосфере.

Чтобы проверить образование крахмала, лист сначала обесцвечивают, удаляя зелёную окраску, а затем наносят раствор йода. Йод окрашивает крахмал в синий или сине-чёрный цвет, и результат становится заметен на светлом листе. Если часть листа заранее закрыть от света, она не окрашивается так же, как освещённая часть. Это показывает, что на закрытом участке крахмал не образовался, потому что для фотосинтеза не хватало света.

Условия, исходные вещества и продукты фотосинтеза

Сначала определяй, что нужно растению для процесса, а что получается в результате. Свет и хлорофилл обеспечивают использование энергии, а вода и углекислый газ служат исходными веществами. Органические вещества и кислород — продукты фотосинтеза.

Разбор задач

Задача 1. Условия фотосинтеза

Назови условия, необходимые для фотосинтеза в листе комнатного растения. Нужно перечислить не только вещества, но и то, что позволяет клеткам использовать энергию света. Проверь, что в ответе есть и исходные вещества, и условия процесса.

1. Вспомним, что для фотосинтеза требуется свет: без него клетка не получает нужную энергию.
2. Укажем хлорофилл, который находится в зелёных клетках и поглощает энергию света.
3. Добавим исходные вещества: воду растение получает из почвы, а углекислый газ — из воздуха.

Ответ: для фотосинтеза нужны свет, хлорофилл, вода и углекислый газ. Если одного из этих условий не хватает, процесс не может идти обычным образом. Например, без света в листе не образуется крахмал.

Задача 2. Закрытый участок листа

Участок листа комнатного растения закрыли от света, а после опыта добавили раствор йода. Почему закрытая часть не окрашивается в синий цвет? Нужно связать наблюдаемую окраску не с цветом самого листа, а с тем, какое вещество выявляет йод. Затем выяснить, почему на закрытом участке этого вещества нет.

1. Раствор йода помогает обнаружить крахмал: при его наличии появляется синяя или сине-чёрная окраска.
2. На закрытый участок не попадал свет, поэтому там не шёл фотосинтез.
3. Без фотосинтеза на этом участке не образовался крахмал, и йоду нечего окрашивать.

Ответ: закрытая часть не становится синей, потому что без света в ней не образовался крахмал. Освещённая часть может окраситься, если в ней шёл фотосинтез. Так опыт показывает, что для образования крахмала листу нужен свет.

Задача 3. Входящие и образующиеся вещества

Определи, какие вещества растение поглощает, а какие образуются и выделяются при фотосинтезе. В списке нужно разделить исходные вещества и продукты процесса. Не перепутай углекислый газ с кислородом, хотя оба являются газами.

1. Сначала назовём вещества, поступающие к клеткам: вода приходит из почвы, углекислый газ — из воздуха.
2. Затем определим продукты: растение образует органические вещества, а кислород выделяет наружу.
3. Проверим направление процесса: углекислый газ используется, кислород получается, поэтому менять их местами нельзя.

Ответ: растение поглощает воду и углекислый газ. В результате образуются органические вещества, а кислород выделяется в окружающую среду. Эта последовательность помогает отличать исходные вещества от продуктов фотосинтеза.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растение получает готовые органические вещества из почвы. Так можно подумать, потому что растение всасывает воду и растворённые вещества корнями. Но органические вещества оно образует в листьях при фотосинтезе. Проверь себя: назови отдельно то, что корни получают из почвы, и то, что возникает в зелёных клетках на свету.

Ошибка: путать углекислый газ и кислород. Оба вещества — газы, и потому их легко переставить местами. При фотосинтезе углекислый газ используется, а кислород образуется и выделяется. Чтобы проверить ответ, спроси себя: какой газ поступает из воздуха в лист, а какой выходит наружу?

Ошибка: утверждать, что фотосинтез идёт без света. Растение дышит и при отсутствии света, поэтому можно ошибочно решить, что так же происходит и фотосинтез. Однако фотосинтезу нужна энергия света, которую поглощает хлорофилл. Проверь себя по опыту с закрытым листом: без света на участке не образуется крахмал.

Ошибка: считать, что фотосинтез происходит во всех клетках растения. Вода и питательные вещества движутся по всему растению, поэтому кажется, что процесс идёт везде. На самом деле фотосинтез происходит главным образом в зелёных клетках, содержащих хлорофилл. Проверь себя: для фотосинтеза клетке нужны и хлорофилл, и доступ к свету.

Связь с другими темами

Чтобы понять фотосинтез, полезно знать строение клетки, роль листа и корня, а также то, что устьица пропускают газы. Различие органических и неорганических веществ помогает понять, из чего растение создаёт пищу. В экологии фотосинтез связывают с круговоротом веществ: он даёт начало пищевым цепям и пополняет атмосферу кислородом. Позже эти знания пригодятся при изучении дыхания растений, питания организмов и строения растительной клетки.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит в зелёных частях растения.
• Для фотосинтеза нужны свет, хлорофилл, вода и углекислый газ.
• Вода поступает в растение из почвы, а углекислый газ — из воздуха.
• В результате фотосинтеза образуются органические вещества.
• Побочный продукт фотосинтеза — кислород.
• Крахмал является запасным продуктом фотосинтеза и обнаруживается раствором йода.
• Фотосинтез имеет значение для питания живых организмов и газового состава атмосферы.