§ 15. Воздушное питание (фотосинтез)

Определения и обозначения

Воздушное питание — получение растением из воздуха углекислого газа, который используется для образования органических веществ. Это не значит, что растение получает из воздуха всё необходимое: вода и минеральные вещества поступают из почвы. Углекислый газ служит одним из исходных веществ для фотосинтеза.

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету; при этом выделяется кислород. Он позволяет растению создавать вещества, необходимые для жизни и роста. Часть образовавшихся веществ растение может использовать сразу, а часть — запасать.

Хлорофилл — зелёный пигмент, который поглощает энергию света и участвует в фотосинтезе. Пигментом называют вещество, придающее тканям окраску. Благодаря хлорофиллу клетки листа могут использовать световую энергию для образования органических веществ.

Устьица — небольшие отверстия в кожице листа, через которые происходит газообмен. Через них углекислый газ из воздуха попадает внутрь листа, а кислород, образовавшийся при фотосинтезе, выходит наружу. Поэтому устьица помогают листу обмениваться газами с окружающей средой.

Как это устроено

Для фотосинтеза листу нужны углекислый газ и вода. Углекислый газ растение получает из воздуха: он проходит через устьица в кожице листа. Вода поступает из почвы через корни и затем перемещается к листьям. Если одного из этих исходных веществ недостаточно, растению сложнее образовывать органические вещества.

В клетках листа находятся хлоропласты — части клетки, в которых происходит фотосинтез. Внутри хлоропластов есть хлорофилл. Он поглощает энергию света, поэтому свет не просто освещает лист, а обеспечивает процесс необходимой энергией. Без работы хлорофилла растение не могло бы использовать свет для создания органических веществ.

Получив воду и углекислый газ и используя энергию света, растение образует органические вещества. К ним относится сахар, который служит питательным материалом для клеток и помогает растению расти. Часть продуктов фотосинтеза расходуется сразу, а часть растение может запасать. Так фотосинтез обеспечивает растение веществами, которые нужны ему для жизни.

В ходе фотосинтеза образуется не только органическое вещество, но и кислород. Он не остаётся весь внутри растения: газ выходит из листа через устьица в окружающую среду. Поэтому фотосинтез растений влияет на состав воздуха. Кислород здесь является продуктом процесса, а не веществом, которое растение поглощает для фотосинтеза.

Фотосинтез идёт на свету, потому что хлорофилл должен получить световую энергию. Если света мало, энергия поступает в меньшем количестве и образование органических веществ замедляется. На процесс также влияют доступность воды и углекислого газа. Значит, одного света недостаточно: растению нужны все исходные вещества и подходящие условия.

Что растение получает и образует при фотосинтезе

В таблице показано, какие вещества и условия нужны растению и что появляется в результате фотосинтеза. Сопоставляйте каждый пункт с его источником и ролью: так легче отличить исходные вещества от продуктов процесса. Помните, что свет — условие фотосинтеза, а органические вещества и кислород образуются в ходе него.

Разбор задач

Задача 1. Ученик накрыл часть листа непрозрачной бумагой, оставив растение на свету. Предположите, в какой части листа будет идти фотосинтез активнее. Чтобы ответить, нужно сравнить доступ света к двум участкам листа. Важно не перепутать освещённость с наличием воды или углекислого газа: в условии различается именно освещение.

1. Непрозрачная бумага закрывает часть листа от света.
2. Открытая часть получает свет, который нужен хлорофиллу для фотосинтеза.
3. Значит, при прочих равных условиях в открытой части фотосинтез будет идти активнее.

Ответ: активнее фотосинтез будет в освещённой части листа. Под бумагой света не хватает, поэтому образование органических веществ там замедлится.

Задача 2. Растение поместили в закрытый сосуд, где постепенно стало меньше углекислого газа. Объясните, почему это может повлиять на образование органических веществ. Здесь нужно определить, является ли углекислый газ участником фотосинтеза или только окружает растение. Вспомните, откуда поступает это вещество и зачем оно нужно листу.

1. Углекислый газ входит в число исходных веществ фотосинтеза.
2. В закрытом сосуде его становится меньше, поэтому лист получает меньше этого исходного вещества.
3. При недостатке углекислого газа растению труднее образовывать органические вещества, даже если другие условия сохраняются.

Ответ: уменьшение количества углекислого газа может замедлить образование органических веществ. Этот газ нужен растению для фотосинтеза, а закрытый сосуд ограничивает его доступ из окружающего воздуха.

Задача 3. Сравните два одинаковых растения: одно освещают и поливают, другое держат в темноте, сохраняя полив. У какого растения фотосинтез будет идти активнее и почему? Сначала найдём, какие условия одинаковы, а какие различаются. Полив обеспечивает растения водой, но для фотосинтеза нужны также свет и углекислый газ из воздуха.

1. Оба растения получают воду, потому что их поливают.
2. Первое растение освещают, а второе находится в темноте.
3. При наличии света хлорофилл может использовать световую энергию; в темноте это условие отсутствует.

Ответ: у освещённого растения фотосинтез будет идти активнее. Вода есть у обоих, но второму не хватает света; вывод предполагает, что оба растения получают углекислый газ из воздуха.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что растение получает все необходимые вещества из почвы. Так можно подумать, потому что корни поглощают воду и минеральные вещества, но углекислый газ поступает через устьица из воздуха. Проверьте себя вопросом: откуда растение получает исходные вещества для фотосинтеза? Нужно назвать и воду из почвы, и углекислый газ из воздуха.

Ошибка — путать фотосинтез с дыханием. Оба процесса происходят у растений, поэтому их названия иногда смешивают, но фотосинтез образует органические вещества на свету, а дыхание обеспечивает клетки энергией и идёт постоянно. Чтобы проверить ответ, спросите себя, о каком процессе говорится: о создании органических веществ или о получении клетками энергии.

Ошибка — думать, что при фотосинтезе растение поглощает кислород. Путаница возникает из-за того, что кислород связан с дыханием, но при фотосинтезе он образуется и выделяется наружу через устьица. Проверьте себя: кислород в этом процессе относится к исходным веществам или к продуктам? Правильный ответ — к продуктам.

Ошибка — считать, что для фотосинтеза достаточно только света. Свет действительно необходим, но без воды и углекислого газа растение не получит все исходные вещества для образования органических веществ. Такую ошибку допускают, когда запоминают только роль освещения. Проверьте себя, перечислив три условия: свет, вода и углекислый газ.

Связь с другими темами

Для понимания фотосинтеза пригодятся знания о корне: он поглощает воду из почвы. Также нужно знать, что лист покрыт кожицей и имеет устьица, через которые происходит газообмен. Тема связана со строением клетки, потому что в хлоропластах находится хлорофилл, участвующий в фотосинтезе. Позже эти знания помогут изучать дыхание растений, круговорот веществ и роль растений в природе.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит на свету.
• Для фотосинтеза нужны углекислый газ и вода.
• Хлорофилл поглощает световую энергию.
• При фотосинтезе образуются органические вещества.
• Кислород, образующийся при фотосинтезе, выделяется в окружающую среду.
• Углекислый газ поступает в лист через устьица.