§23. Образование растениями кислорода в процессе фотосинтеза

Определения и обозначения

Фотосинтез — образование органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии хлорофилла; при этом выделяется кислород. Органические вещества служат растению материалом для роста и источником запасов. Это понятие помогает связать питание растения с изменениями газового состава окружающей среды.

Хлорофилл — зелёный пигмент растений, который поглощает свет и необходим для фотосинтеза. Он находится в зелёных частях растения, поэтому именно там обычно наблюдают выделение газа. Без хлорофилла растение не смогло бы использовать свет для образования органических веществ.

Кислород — газ, выделяемый растением при фотосинтезе. Его можно обнаружить с помощью тлеющей лучинки: в кислороде она вспыхивает ярче. Такая проба позволяет установить состав собранного газа, а не просто заметить его появление.

Углекислый газ — газ, который растение использует при фотосинтезе для образования органических веществ. Он поступает из окружающей среды, а созданные из его участия вещества становятся частью растения. Поэтому поглощение углекислого газа связано с питанием, а выделение кислорода — с тем же процессом фотосинтеза.

Как это устроено

Для наблюдения часто берут зелёное водное растение и помещают его в сосуд с водой. На свету на зелёных частях растения становятся заметны пузырьки газа. Вода удерживает пузырьки рядом с растением, поэтому можно проследить, откуда они появляются, и собрать их. На воздухе такой газ быстро смешался бы с окружающей средой, и наблюдать его было бы труднее.

Чтобы выяснить, что выделяется именно кислород, газ собирают в перевёрнутую ёмкость над растением. Затем к собранному газу осторожно подносят тлеющую лучинку. Если она вспыхивает ярче, это характерная проба на кислород: он поддерживает горение. Пузырьки сами по себе доказывают только выделение газа, а результат пробы помогает определить его состав.

Роль света выясняют сравнением двух одинаковых установок: одну оставляют на свету, а другую затеняют. В обеих должны быть одинаковыми растение, сосуд, количество воды и температура. Если изменено только освещение, более заметное выделение пузырьков у освещённого растения можно связать с действием света. Если одновременно изменить несколько условий, станет непонятно, какое из них повлияло на результат.

В освещённых зелёных частях растения идёт фотосинтез: оно использует углекислый газ и воду для образования органических веществ, а кислород выделяется наружу. Это связывает наблюдаемые пузырьки с работой зелёных частей, а не просто с присутствием растения в воде. Проверка собранного газа и сравнение с затенённой установкой дополняют друг друга: первая определяет газ, вторая показывает значение света.

Нельзя считать, что растение постоянно выделяет кислород независимо от условий. Для фотосинтеза необходим свет, поэтому в темноте фотосинтетическое выделение кислорода прекращается. Однако растение продолжает дышать: при дыхании оно использует кислород и выделяет углекислый газ. Значит, результат опыта зависит от того, какой процесс и какие условия наблюдают.

Наблюдения и выводы об образовании кислорода растениями

Сначала сопоставьте условия опыта с наблюдением, а затем формулируйте вывод: пузырьки показывают выделение газа, а проба лучинкой помогает определить его. Сравнивая освещённый и затенённый варианты, проверьте, что остальные условия не изменялись. Так вывод будет опираться на опыт, а не на догадку.

Разбор задач

Задача 1. В сосуд с водой поместили зелёное водное растение и выставили его на свет. Какие наблюдения помогут предположить, что выделяется газ?

1. Найдём, что именно можно наблюдать без дополнительных приборов: появление пузырьков на зелёных частях растения.
2. Проследим, возникают ли пузырьки снова и поднимаются ли они вверх. Их повторное появление указывает, что растение выделяет газ.
3. Не будем сразу называть газ кислородом. Внешний вид пузырьков не показывает их состав, поэтому для этого нужна отдельная проверка.

Ответ: появление пузырьков позволяет предположить выделение газа, но его состав нужно подтвердить пробой.

Задача 2. Газ, собранный над освещённым растением, проверили тлеющей лучинкой. Она вспыхнула ярче. Какой вывод можно сделать?

1. Уточним, что лучинку поднесли именно к собранному газу, а не просто наблюдали пузырьки в воде.
2. Вспыхивание тлеющей лучинки ярче — характерный признак кислорода, так как этот газ поддерживает горение.
3. Свяжем результат с установкой: газ собрали над зелёным растением, которое находилось на свету, значит, он выделялся при фотосинтезе.

Ответ: собранный газ содержит кислород; опыт показывает его выделение освещённым растением.

Задача 3. Одно одинаковое водное растение держали на свету, другое — в темноте, сохраняя прочие условия. У какого растения ожидается более заметное выделение кислорода и почему?

1. Сравним установки: растения одинаковые, а температура и другие условия сохранены. Отличается только освещение.
2. В освещённом варианте свет позволяет идти фотосинтезу, при котором образуются органические вещества и выделяется кислород.
3. В темноте фотосинтез не идёт, поэтому связанное с ним выделение кислорода не ожидается. Это сравнение позволяет связать различие результата именно со светом.

Ответ: более заметное выделение кислорода ожидается у растения на свету, потому что фотосинтезу необходим свет.

Типичные ошибки

Ошибка — считать пузырьки готовым доказательством того, что это кислород. Их появление показывает лишь выделение какого-то газа, а определить состав по виду нельзя. Так ошибаются, когда принимают наблюдение за проверку. Для самопроверки спросите себя: проведена ли проба тлеющей лучинкой?

Нельзя делать вывод о роли света, если в опытах одновременно изменили освещение, температуру и другие условия. Тогда непонятно, какое изменение повлияло на результат, хотя его часто приписывают самому заметному фактору. Чтобы проверить вывод, сравните установки и убедитесь, что отличается только освещение.

Ошибочно утверждать, что кислород выделяется одинаково и в темноте. Так могут решить, смешав выделение газа при фотосинтезе с дыханием растения. Проверьте себя: фотосинтез требует света, а дыхание — отдельный процесс, который продолжается и в темноте.

Поглощение углекислого газа нельзя путать с выделением кислорода: это не одно и то же действие. Путаница возникает, потому что оба явления связаны с фотосинтезом. Для проверки отдельно назовите, какой газ растение использует для образования органических веществ, а какой выделяется при процессе.

Связь с другими темами

Для понимания опыта нужно знать, что фотосинтез происходит при участии света и хлорофилла, а углекислый газ служит исходным веществом для образования органических веществ. Это связывает наблюдение за пузырьками с темой питания растений: растение не только получает вещества из среды, но и создаёт органические вещества. Выделяемый кислород входит в круговорот кислорода и важен для дыхания многих живых организмов. Поэтому фотосинтез влияет не только на само растение, но и на жизнь вокруг него.

Что запомнить

• При фотосинтезе растение образует органические вещества.
• Фотосинтез происходит в зелёных частях растения при участии хлорофилла.
• Для фотосинтеза необходим свет.
• При фотосинтезе выделяется кислород.
• Кислород можно распознать по тому, что тлеющая лучинка в нём вспыхивает ярче.
• Вывод о роли света делают, сравнивая опыты, в которых изменено только освещение.