§ 26. Воздушное питание растений — фотосинтез

Определения и обозначения

Воздушное питание растений — образование органических веществ из углекислого газа, поступающего из воздуха. Это название показывает, что растение получает один из исходных материалов не из почвы, а через листья из окружающего воздуха. При этом для образования веществ нужны и другие условия, в частности вода и свет.

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету. Его можно представить как превращение исходных веществ в новые при участии энергии света. Благодаря этому процессу растение самостоятельно создаёт вещества, которые использует для жизни.

Хлорофилл — зелёный пигмент, поглощающий энергию света и участвующий в фотосинтезе. Пигментом называют вещество, придающее клетке или её части окраску. Хлорофилл нужен растению, чтобы улавливать световую энергию и использовать её в процессе образования органических веществ.

Хлоропласт — клеточная структура, содержащая хлорофилл и служащая местом фотосинтеза. Хлоропласты находятся в клетках зелёных частей растения, особенно многочисленны они в листьях. Именно поэтому фотосинтез связан не просто с освещением растения, а с работой определённых клеток и их содержимого.

Как это устроено

Для фотосинтеза нужны углекислый газ и вода, но они поступают в растение разными путями. Углекислый газ из воздуха проходит в лист через устьица — небольшие отверстия на его поверхности, через которые происходит газообмен. Вода поглощается корнями из почвы и затем перемещается по растению к листьям, где используется вместе с углекислым газом.

Фотосинтез происходит в клетках зелёных частей растения, прежде всего в листьях, потому что в таких клетках есть хлоропласты с хлорофиллом. Листья обычно хорошо освещены и имеют большую поверхность, поэтому могут получать много света. В хлоропластах находится хлорофилл, который улавливает световую энергию; без него клетка не смогла бы использовать свет для фотосинтеза.

Свет необходим не как исходное вещество, а как источник энергии. Эту энергию растение использует для превращения углекислого газа и воды в органические вещества, в том числе сахар. Поэтому в темноте фотосинтез не идёт: даже если вода и углекислый газ доступны, преобразование не получает нужной энергии.

Во время фотосинтеза образуется кислород, который растение выделяет в окружающую среду. Это означает, что кислород не поступает в растение как материал для фотосинтеза, а появляется в результате процесса. Его выделение связано с тем, что в ходе превращений исходных веществ образуются новые вещества, в том числе органические вещества и кислород.

Органические вещества, образованные при фотосинтезе, нужны растению для роста и жизнедеятельности. Из них строятся части растения, а также обеспечиваются процессы, необходимые для его жизни. Часть образованных веществ растение может откладывать про запас, поэтому фотосинтез помогает не только текущему росту, но и накоплению ресурсов.

Условия и результаты фотосинтеза

Сначала раздели строки на исходные вещества, условие, участника и продукты процесса. Затем проследи для каждого вещества, откуда оно поступает или куда направляется. Так легче не перепутать кислород, который образуется, с углекислым газом, который растение поглощает.

Разбор задач

Освещённая и закрытая части листа

В опыте часть листа закрыли непрозрачной бумагой, а растение оставили на свету. Нужно определить, где будут образовываться органические вещества. Сравним две части одного листа: условия у них одинаковы, кроме доступа света. Это позволяет понять, как именно освещение влияет на фотосинтез.

1. Фотосинтез требует света, потому что свет даёт процессу энергию.
2. Открытая часть листа получает свет, а непрозрачная бумага не пропускает его к закрытой части.
3. В освещённой части есть возможность использовать энергию света; закрытая часть её не получает.

Следовательно, органические вещества сможет образовывать освещённая часть листа, если ей доступны и остальные необходимые условия. Закрытая часть не сможет нормально фотосинтезировать, несмотря на то что остаётся частью живого листа. Ответ: органические вещества образуются в освещённой части листа.

Растение без углекислого газа

Растение поместили в закрытый сосуд, из которого удалили углекислый газ, но оставили свет и воду. Нужно предсказать, как изменится образование органических веществ. В условии сохранены два необходимых фактора, однако один из исходных материалов отсутствует. Проверим, можно ли провести фотосинтез без него.

1. Свет даёт энергию, а вода является одним из исходных веществ фотосинтеза.
2. Углекислый газ также служит исходным веществом и должен поступать из воздуха.
3. В закрытом сосуде его удалили, поэтому растение не может использовать его для образования органических веществ.

Свет и вода не заменяют углекислый газ, поэтому нормальное образование органических веществ при фотосинтезе прекратится или резко ограничится. Ответ: без углекислого газа органические вещества не будут образовываться обычным образом, даже если есть свет и вода. Чтобы фотосинтез шёл, должны быть доступны все необходимые условия и исходные вещества.

Зелёный лист и лист без хлорофилла

Сравниваются два освещённых листа: один зелёный, другой лишён хлорофилла. Нужно выяснить, в каком листе будет идти фотосинтез и почему одного света недостаточно. Рассмотрим не только освещение, но и наличие вещества, которое улавливает световую энергию. Это сравнение показывает, что фотосинтез зависит сразу от нескольких условий.

1. Оба листа получают свет, значит, источник энергии присутствует.
2. В зелёном листе есть хлорофилл в хлоропластах, а в листе без хлорофилла его нет.
3. Без хлорофилла клеткам недоступно необходимое поглощение световой энергии для фотосинтеза.

Фотосинтез будет идти в зелёном листе, если ему доступны вода и углекислый газ. Лист без хлорофилла не сможет нормально проводить этот процесс, хотя освещён. Ответ: фотосинтез идёт в зелёном листе, потому что для него нужны и свет, и хлорофилл.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растение получает органическую пищу из почвы. Так могут думать, потому что корни находятся в почве и поглощают оттуда вещества; однако из почвы поступают вода и минеральные вещества, а органические вещества растение образует при фотосинтезе. Проверь себя вопросом: где образуется органическое вещество — в почве или в зелёных частях растения на свету?

Ошибка: путать источники исходных веществ и считать, что и вода, и углекислый газ поступают из одного места. Путаница возникает потому, что оба вещества нужны листу для фотосинтеза; на самом деле углекислый газ приходит из воздуха через устьица, а вода — главным образом из почвы через корни. Для проверки проследи отдельно путь каждого вещества.

Ошибка: считать, что для фотосинтеза достаточно одного света. Свет заметен и важен, поэтому легко забыть об остальных необходимых условиях, но растению также нужны вода, углекислый газ и хлорофилл. Проверь себя: если убрать один из этих факторов, сможет ли растение нормально образовывать органические вещества?

Ошибка: считать кислород исходным веществом фотосинтеза. Возможно, это происходит из-за того, что кислород связан с жизнью растений и воздуха, однако при фотосинтезе он образуется и выделяется наружу. Чтобы проверить себя, раздели вещества на те, что поступают в процесс, и те, что возникают в его результате.

Связь с другими темами

Для понимания фотосинтеза нужны знания о строении листа, устьиц и растительной клетки, а также о том, как корни поглощают воду. Минеральное питание связано с поступлением веществ из почвы, но само по себе не заменяет фотосинтез, при котором образуются органические вещества. Эти знания пригодятся при изучении дыхания растений, круговорота веществ и роли растений в природе: фотосинтез помогает понять, откуда появляются органические вещества и кислород.

Что запомнить

• Фотосинтез — воздушное питание растений.
• Для фотосинтеза нужны углекислый газ, вода, свет и хлорофилл.
• Основное место фотосинтеза — зелёные части растения, особенно листья.
• Углекислый газ поступает из воздуха, а вода — из почвы.
• При фотосинтезе образуются органические вещества и кислород.
• Энергию света растение использует для образования органических веществ.