§ 13. Фотосинтез — способ питания растений

Определения и обозначения

Фотосинтез — процесс, при котором на свету из воды и углекислого газа образуются органические вещества, а в окружающую среду выделяется кислород. Для него нужны свет и зелёные части растения, содержащие хлорофилл. Благодаря фотосинтезу растение получает вещества, необходимые ему для жизни.

Хлорофилл — зелёный пигмент, то есть окрашенное вещество, которое поглощает свет. Он находится в хлоропластах и участвует в использовании световой энергии при фотосинтезе. Без этой энергии образование органических веществ не происходит.

Хлоропласт — часть растительной клетки, в которой содержится хлорофилл и происходит фотосинтез. Хлоропласты есть во многих зелёных клетках, особенно в клетках листьев. Их наличие помогает понять, в каких клетках растения образуются органические вещества.

Органические вещества — вещества, которые растение создаёт при фотосинтезе из воды и углекислого газа. К ним относится, например, сахар, из которого растение может образовывать и другие нужные ему вещества. Растение использует их как пищу и как материал для роста и построения своего тела.

Как это устроено

Вода, нужная для фотосинтеза, поступает в растение из почвы через корни. Затем она перемещается по растению к листьям, где находится много клеток с хлоропластами. Углекислый газ растение получает из воздуха: он проникает в листья через небольшие отверстия на их поверхности. Так оба исходных вещества оказываются в тех частях растения, где идёт фотосинтез.

Само присутствие воды и углекислого газа ещё не означает, что фотосинтез будет идти. Для превращения этих веществ растению нужна энергия, и её источником служит свет. Хлорофилл поглощает световую энергию в хлоропластах, поэтому зелёные клетки могут использовать её в процессе образования органических веществ. В темноте энергии света нет, и фотосинтез не происходит.

Во время фотосинтеза вода и углекислый газ превращаются в органические вещества. Это не простое смешивание: растение использует энергию света, чтобы из исходных веществ образовать вещества с другими свойствами. Поэтому воду и углекислый газ называют исходными веществами, а органические вещества — результатом процесса. Образованные вещества нужны растению для питания и построения его тела.

При фотосинтезе выделяется кислород, который выходит из растения в окружающую среду. Он образуется при превращениях, происходящих в процессе фотосинтеза, и его источник — вода. Поэтому нельзя говорить, что растение поглощает кислород именно при фотосинтезе: в этом процессе кислород, наоборот, выделяется.

Фотосинтез важен не только для самого растения. Растение самостоятельно создаёт органические вещества и использует их для роста, а ими также прямо или косвенно питаются другие организмы. Выделяемый кислород попадает в окружающую среду и используется живыми организмами для дыхания. Таким образом, фотосинтез связывает питание растений с обеспечением жизни других организмов.

Условия, исходные вещества и результаты фотосинтеза

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите место процесса и необходимое условие, а затем проследите путь от исходных веществ к результатам. Не путайте вещества, которые растение расходует, с теми, которые образуются. Последняя строка помогает увидеть значение фотосинтеза для растения и других живых организмов.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Назовите вещества, которые растение использует при фотосинтезе, и условие, необходимое для процесса. Чтобы ответить, разделим вещества, поступающие в растение, и условия, обеспечивающие их превращение. Вспомним также, где находится пигмент, поглощающий свет.

1. Вода поступает к листьям из почвы через корни. Углекислый газ попадает в листья из воздуха.
2. Для фотосинтеза нужен свет. Его энергию поглощает хлорофилл в хлоропластах.
3. Не следует называть кислород исходным веществом: при фотосинтезе он образуется и выделяется.

Ответ. Растение использует воду и углекислый газ. Необходимое условие — свет; фотосинтез происходит в хлоропластах с хлорофиллом.

Задача 2

Условие. Объясните, почему растение на свету может образовывать органические вещества, а в темноте фотосинтез не происходит. Здесь нужно выяснить, какую роль играет свет, а не только перечислить вещества процесса. Проследим, как свет связан с работой хлорофилла.

1. Хлорофилл поглощает световую энергию в хлоропластах клеток растения. Значит, свет даёт растению энергию, нужную для фотосинтеза.
2. Используя эту энергию, растение превращает воду и углекислый газ в органические вещества. Свет не является одним из этих исходных веществ, но без него превращение не идёт.
3. В темноте хлорофилл не получает световую энергию. Поэтому фотосинтез прекращается и новые органические вещества этим способом не образуются.

Ответ. На свету хлорофилл поглощает энергию, необходимую для фотосинтеза. В темноте такой энергии нет, поэтому фотосинтез не происходит.

Задача 3

Условие. Часть листа закрыли непрозрачной бумагой, а затем проверили наличие крахмала. Предскажите результат для закрытой и освещённой частей и объясните его. Крахмал — органическое вещество, которое можно обнаружить в листе после образования продуктов фотосинтеза. Сравнение двух участков позволяет проверить, требуется ли свет.

1. Закрытая бумага не пропускает свет к участку листа. Поэтому там фотосинтез не идёт, и новое органическое вещество, в том числе крахмал, не образуется.
2. Освещённая часть получает свет. В её клетках с хлорофиллом может происходить фотосинтез, поэтому в ней ожидается крахмал.
3. Сравнивают оба участка: наличие крахмала на освещённой части и отсутствие его на закрытой показывает связь фотосинтеза со светом. Остальные условия опыта должны быть одинаковыми.

Ответ. На закрытой части крахмал не должен обнаруживаться, а на освещённой — должен. Разница возникает потому, что свет необходим для образования органических веществ при фотосинтезе.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что растения питаются готовыми органическими веществами из почвы. Обычно так думают, потому что корни действительно поглощают вещества из почвы, но при фотосинтезе растение само образует органические вещества. Проверь себя: вода — исходное вещество, а органические вещества создаются в зелёных клетках.

Ошибка — путать исходные вещества и продукты фотосинтеза. Это легко сделать, если запомнить перечень веществ, но не проследить, что с каждым из них происходит. Проверь себя: вода и углекислый газ расходуются, а органические вещества и кислород образуются.

Ошибка — думать, что фотосинтез может идти без света. Иногда свет принимают за простое условие, которое не влияет на само превращение, однако именно он даёт необходимую энергию. Проверь себя: если освещения нет, хлорофилл не получает световую энергию и фотосинтез не происходит.

Ошибка — считать, что растение поглощает кислород при фотосинтезе. Такое представление может появиться из-за смешения фотосинтеза с другими процессами растения. Проверь себя: при фотосинтезе кислород образуется и выделяется, а исходными веществами являются вода и углекислый газ.

Связь с другими темами

Чтобы понять фотосинтез, нужно знать строение растительной клетки и представлять, какую роль выполняют её части, в том числе хлоропласты. Пригодятся знания о корне, который поглощает воду из почвы, и о газообмене листьев с воздухом. Позже эта тема поможет сравнить фотосинтез с дыханием растений и разобраться в круговороте веществ. Она также объясняет значение растений в экосистемах: растения создают органические вещества и выделяют кислород.

Что запомнить

• Фотосинтез происходит в хлоропластах, содержащих хлорофилл.
• Для фотосинтеза необходим свет.
• Исходные вещества фотосинтеза — вода и углекислый газ.
• При фотосинтезе образуются органические вещества.
• При фотосинтезе выделяется кислород.
• Фотосинтез обеспечивает растения органическими веществами и поддерживает содержание кислорода в окружающей среде.