§ 27. Воздушное питание растений — фотосинтез

Определения и обозначения

Воздушное питание растений — получение растением углекислого газа из воздуха и образование из него органических веществ. Это не означает, что растение питается только воздухом: ему нужна и вода из почвы. Углекислый газ служит одним из исходных веществ для создания растительной пищи.

Фотосинтез — образование органических веществ из углекислого газа и воды на свету с участием хлорофилла и выделением кислорода. Так растение создаёт вещества, необходимые ему самому. Название процесса связано с использованием света.

Хлорофилл — зелёный пигмент клеток растений, поглощающий энергию света для фотосинтеза. Он придаёт многим частям растений зелёную окраску. Благодаря ему растение может использовать световую энергию.

Органические вещества — вещества, образуемые растением в процессе фотосинтеза и используемые для роста, развития и запаса. Например, в листьях может накапливаться крахмал. Такие вещества дают растению материал для построения новых клеток и органов.

Как это устроено

Углекислый газ содержится в воздухе, окружающем растение, и поступает в его зелёные части. Он нужен не просто как газ для дыхания: при фотосинтезе его вещества используются для создания органических веществ. Поэтому без углекислого газа растение не сможет нормально образовывать питательные вещества. Часть углекислого газа попадает внутрь листа через небольшие отверстия на его поверхности.

Вода поступает из почвы через корни, а затем движется по растению к листьям. Она нужна наряду с углекислым газом, потому что оба вещества участвуют в фотосинтезе. Если корни не могут получать достаточно воды, её не хватает и листьям. Значит, для воздушного питания растению необходимы вещества как из воздуха, так и из почвы.

Фотосинтез идёт преимущественно в зелёных частях растения, потому что там есть хлорофилл. Этот пигмент находится в клетках и поглощает свет. В частях растения без хлорофилла условия для фотосинтеза отсутствуют. Поэтому, например, в листе фотосинтез происходит активнее, чем в корне.

Свет даёт энергию, с помощью которой из воды и углекислого газа образуются органические вещества. Энергия не появляется сама собой: её поглощает хлорофилл, а затем растение использует её в процессе. Одновременно выделяется кислород — один из результатов фотосинтеза. Упрощённая схема выглядит так: углекислый газ + вода → органические вещества + кислород; необходимы свет и хлорофилл.

Необходимость света можно проверить на двух участках одного листа: один освещают, другой закрывают непрозрачной бумагой. После опыта лист обрабатывают раствором йода: участок, где накопился крахмал, окрашивается в сине-тёмный цвет. На освещённой части крахмал образуется, а на затенённой — нет. Так опыт показывает, что свет необходим для фотосинтеза и образования крахмала.

Условия и результаты фотосинтеза

Читайте таблицу, различая условия процесса, исходные вещества и то, что образуется в результате. Свет и хлорофилл помогают фотосинтезу идти, а вода и углекислый газ используются при нём. Органические вещества остаются растению, кислород выделяется наружу.

Разбор задач

Задача 1. Одну часть листа закрыли непрозрачной бумагой, а другую оставили на свету. После опыта лист обработали раствором йода. Нужно объяснить, какие участки изменят цвет и почему. Йод помогает обнаружить крахмал: при его наличии участок окрашивается в сине-тёмный цвет.

1. Сравним условия: одна часть листа получала свет, вторая была закрыта.
2. Вспомним, что свет нужен для фотосинтеза, а в зелёном листе при этом образуется крахмал.
3. Свяжем результат с йодом: освещённая часть должна посинеть, потому что в ней есть крахмал.
4. На закрытой части крахмал не образуется, поэтому такого окрашивания не будет.

Ответ: освещённый участок станет сине-тёмным, а закрытый не окрасится так же. Опыт показывает, что свет необходим для фотосинтеза и образования крахмала.

Задача 2. Дополните схему: углекислый газ + вода → органические вещества + …; назовите необходимые условия. Нужно восстановить не только продукт, но и то, что помогает процессу происходить. Схема показывает фотосинтез, а не дыхание.

1. Определим процесс по исходным веществам: углекислый газ и вода участвуют в фотосинтезе.
2. Вспомним, что при фотосинтезе наряду с органическими веществами образуется кислород.
3. Запишем результат: углекислый газ + вода → органические вещества + кислород.
4. Добавим условия: нужны свет и хлорофилл; вода и углекислый газ являются исходными веществами.

Ответ: пропущенное вещество — кислород. Для процесса необходимы свет и хлорофилл, а участвуют вода и углекислый газ.

Задача 3. Два одинаковых растения поставили на свет: одно оставили в обычном воздухе, а в сосуде со вторым углекислый газ поглощается. Предскажите результат проверки листьев йодом. Важно заметить, что освещение у растений одинаковое, а количество углекислого газа различается.

1. В обычном воздухе есть углекислый газ, поэтому первое растение получает исходное вещество для фотосинтеза.
2. У второго растения углекислый газ удаляется из воздуха, поэтому одного света недостаточно.
3. При фотосинтезе в листьях первого растения образуется крахмал, который обнаружит йод.
4. У второго растения крахмал не образуется в обычном количестве, поэтому ожидаемого посинения не будет.

Ответ: листья первого растения окрасятся в сине-тёмный цвет, а листья второго — нет или окрасятся значительно слабее. Опыт показывает, что для фотосинтеза, как и свет, необходим углекислый газ.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растение получает готовые органические вещества из почвы. Так думают, потому что корни действительно поглощают воду и минеральные вещества. Но органические вещества растение образует в зелёных частях при фотосинтезе. Проверьте себя: в схеме процесса почва не заменяет углекислый газ и свет.

Ошибка: путать углекислый газ и кислород. Названия газов легко перепутать, но их роли разные: углекислый газ используется при фотосинтезе, кислород образуется и выделяется. Чтобы проверить ответ, проследите направление стрелки в схеме: исходные вещества находятся до неё, продукты — после.

Ошибка: утверждать, что фотосинтез идёт в любых клетках растения. Можно решить, что он происходит везде, потому что всё растение живое. Однако для фотосинтеза необходим хлорофилл, поэтому он идёт преимущественно в зелёных частях. Спросите себя, есть ли в рассматриваемой части растения зелёные клетки с хлорофиллом.

Ошибка: считать, что растению для фотосинтеза достаточно только света. Свет заметен и потому может казаться главным условием, но без воды и углекислого газа процесс не обеспечен исходными веществами. Проверьте себя по схеме: в ней должны быть названы вода, углекислый газ, свет и хлорофилл.

Связь с другими темами

Для понимания фотосинтеза нужно знать строение клетки и роль хлоропластов, где находится хлорофилл, а также движение воды от корней к листьям. Тема связана с почвенным питанием: из почвы поступают вода и минеральные вещества, а органические вещества растение создаёт само. С фотосинтезом сравнивают дыхание растений и связывают круговорот кислорода и углекислого газа в природе. Эти знания помогают объяснить значение растений в экосистемах и понять, какие условия нужны им при выращивании.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит в зелёных частях растения.
• Для фотосинтеза нужны свет, хлорофилл, вода и углекислый газ.
• В процессе фотосинтеза образуются органические вещества.
• Кислород является продуктом фотосинтеза и выделяется в окружающую среду.
• Свет необходим для образования крахмала в зелёных листьях.
• Фотосинтез обеспечивает растение питательными веществами.
• Фотосинтез обогащает атмосферу кислородом.