Как и где происходит процесс фотосинтеза у растений?
Содержание
- Определение фотосинтеза
- Зачем растениям нужна глюкоза (пища)?
- Фазы фотосинтеза
- Световая фаза фотосинтеза
- Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина
- Схема фаз фотосинтеза
- Строение листьев растений
- Внешнее строение листьев
- Внутреннее строение листьев
- Условия, необходимые для фотосинтеза
- Что образуется в результате фотосинтеза?
- Где происходит фотосинтез?
- Строение растительной клетки
- Функции частей растительной клетки
- Углекислый газ в процессе фотосинтеза
- Свет в процессе фотосинтеза
- Вода в процессе фотосинтеза
- Какое значение имеет вода для растений?
- Значение фотосинтеза в природе
- Продуценты
- Основа пищевой цепи
- Удаление углекислого газа
- Круговорот питательных веществ
- Фотосинтетическая зависимость
Каждое живое существо на планете нуждается в пище или энергии, чтобы выжить. Некоторые организмы питаются другими существами, тогда как другие могут производить свои собственные питательные элементы. Растения сами производят продукты питания, глюкозу, в процессе, который называется фотосинтезом.
Фотосинтез и дыхание взаимосвязаны. Результатом фотосинтеза является глюкоза, которая хранится как химическая энергия в растительных клетках. Эта накопленная химическая энергия получается в результате превращения неорганического углерода (углекислого газа) в органический углерод. Процесс дыхания высвобождает накопленную химическую энергию.
Помимо продуктов, которые они производят, растениям также необходим углерод, водород и кислород, чтобы выжить. Вода, поглощенная из почвы, обеспечивает водород и кислород. Во время фотосинтеза, углерод и вода используются для синтеза пищи. Растения также нуждаются в нитратах, чтобы производить аминокислоты (аминокислота – ингредиент для выработки белка). В дополнение к этому, они нуждаются в магнии для производства хлорофилла.
Заметка: Живые существа, которые зависят от других продуктов питания называются гетеротрофами. Травоядные, такие как коровы, а также растения, питающиеся насекомыми, являются примерами гетеротрофов. Живые существа, производящие собственную пищу, называются автотрофами. Зеленые растения и водоросли – примеры автотрофов.
В этой статье вы узнаете больше о том, как происходит фотосинтез у растений и об необходимы для этого процесса условиях.
Определение фотосинтеза
Фотосинтез – это химический процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и водоросли производят глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, используя только свет в качестве источника энергии.
Этот процесс чрезвычайно важен для жизни на Земле, поскольку благодаря ему выделяется кислород, от которого зависит вся жизнь.
Зачем растениям нужна глюкоза (пища)?
Подобно людям и другим живым существам, растения также нуждаются в питании для поддержания жизнедеятельности. Значение глюкозы для растений заключается в следующем:
- Глюкоза, полученная в результате фотосинтеза, используется во время дыхания для высвобождения энергии, необходимой растению для других жизненно важных процессов.
- Растительные клетки также превращают часть глюкозы в крахмал, который используют по мере необходимости. По этой причине мертвые растения используются в качестве биомассы, ведь в них хранится химическая энергия.
- Глюкоза также необходима, чтобы производить другие химические вещества, такие как белки, жиры и растительные сахара, необходимые для обеспечения роста и других важных процессов.
Фазы фотосинтеза
Процесс фотосинтеза разделен на две фазы: световую и темновую.
Световая фаза фотосинтеза
Как следует из названия, световые фазы нуждаются в солнечном свете. В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в запасенную химическую энергию в виде молекулы электронного носителя НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и молекулы энергии АТФ (аденозинтрифосфат). Световые фазы протекают в тилакоидных мембранах в пределах хлоропласта.
Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина
В темновой фазе или цикле Кальвина возбужденные электроны из световой фазы обеспечивают энергию для образования углеводов из молекул углекислого газа. Не зависящие от света фазы иногда называют циклом Кальвина из-за цикличности процесса.
Хотя темновые фазы не используют свет в качестве реагента (и, как результат, могут происходить днем или ночью), им необходимо, чтобы продукты светозависимых реакций функционировали. Независимые от света молекулы зависят от молекул энергоносителей – АТФ и НАДФН – для создания новых молекул углеводов. После передачи энергии молекулы энергоносители возвращаются к световым фазам для получения более энергичных электронов. Кроме того, несколько ферментов темновой фазы активируются с помощью света.
Схема фаз фотосинтеза
Заметка: Это означает, что темновые фазы не будут продолжаться, если растения будут лишены света слишком долго, так как они используют продукты световых фаз.
Строение листьев растений
Мы не можем полностью изучить фотосинтез, не зная больше о строении листа. Лист адаптирован для того, чтобы играть жизненно важную роль в процессе фотосинтеза.
Внешнее строение листьев
Площадь
Одной из самых главных особенностей растений является большая площадь поверхности листьев. Большинство зеленых растений имеют широкие, плоские и открытые листья, которые способны захватывать столько солнечной энергии (солнечного света), сколько необходимо для фотосинтеза.
Центральная жилка и черешок
Центральная жилка и черешок соединяются вместе и являются основанием листа. Черешок располагает лист таким образом, чтобы он получал как можно больше света.
Листовая пластинка
Простые листья имеют одну листовую пластину, а сложные – несколько. Листовая пластинка – одна из самых главных составляющих листа, которая непосредственно участвует в процессе фотосинтеза.
Жилы
Сеть жилок в листьях переносит воду от стeблей к листьям. Выделяемая глюкоза также направляется в другие части растения из листьев через жилки. Кроме того, эти части листа поддерживают и удерживают листовую пластину плоской для большего захвата солнечного света. Расположение жилок (жилкование) зависит от вида растения.
Основание листа
Основанием листа выступает самая нижняя его часть, которая сочлeнена со стeблем. Зачастую, у основания листа располагается парное количество прилистников.
Край листа
В зависимости от вида растения, край листа может иметь различную форму, включая: цельнокрайнюю, зубчатую, пильчатую, выемчатую, городчатую и т.п.
Верхушка листа
Как и край листа, верхушка бывает различной формы, включая: острую, округлую, туповатую, вытянутую, оттянутою и т.д.
Внутреннее строение листьев
Ниже представлена близкая схема внутреннего строения тканей листьев:
Кутикула
Кутикула выступает главным, защитным слоем на поверхности растения. Как правило, она толще на верхней части листа. Кутикула покрыта веществом, похожим на воск, благодаря которому защищает растение от воды.
Эпидермис
Эпидермис – слой клеток, который является покровной тканью листа. Его главная функция – защита внутренних тканей листа от обезвоживания, механических повреждений и инфекций. Он также регулирует процесс газообмена и трaнcпирации.
Мезофилл
Мезофилл – это основная ткань растения. Здесь происходит процесс фотосинтеза. У большинства растений мезофилл разделен на два слоя: верхний – палисадный и нижний – губчатый.
Защитные клетки
Защитные клетки – специализированные клетки в эпидермисе листьев, которые используются для контроля газообмена. Они выполняют защитную функцию для устьица. Устьичные поры становятся большими, когда вода есть в свободном доступе, в противном случае, защитные клетки становятся вялыми.
Устьице
Фотосинтез зависит от проникновения углекислого газа (CO2) из воздуха через устьица в ткани мезофилла. Кислород (O2), полученный как побочный продукт фотосинтеза, выходит из растения через устьица. Когда устьица открытые, вода теряется в результате испарения и должна быть восполнена через поток трaнcпирации, водой, поглощенной корнями. Растения вынуждены уравновешивать количество поглощенного СО2 из воздуха и потерю воды через устьичные поры.
Условия, необходимые для фотосинтеза
Ниже приведены условия, которые необходимы растениям для осуществления процесса фотосинтеза:
- Углекислый газ. Бесцветный природный газ без запаха, обнаруженный в воздухе и имеет научное обозначение CO2. Он образуется при горении углерода и органических соединений, а также возникает в процессе дыхания.
- Вода. Прозрачное жидкое химическое вещество без запаха и вкуса (в нормальных условиях).
- Свет. Хотя искусственный свет также подходит для растений, естественный солнечный свет, как правило, создает лучшие условия для фотосинтеза, потому что в нем присутствует природное ультрафиолетовое излучение, которое оказывает положительное влияние на растения.
- Хлорофилл. Это зеленый пигмент, найденный в листьях растений.
- Питательные вещества и минералы. Химические вещества и органические соединения, которые корни растений поглощают из почвы.
Что образуется в результате фотосинтеза?
- Глюкоза;
- Кислород.
Заметка: Растения получают CO2 из воздуха через их листья, и воду из почвы через корни. Световая энергия исходит от Солнца. Полученный кислород выделяется в воздух из листьев. Получаемую глюкозу можно превратить в другие вещества, такие как крахмал, который используется как запас энергии.
Если факторы, способствующие фотосинтезу, отсутствуют или присутствуют в недостаточном количестве, это может негативно повлиять на растение. Например, меньшее количество света создает благоприятные условия для насекомых, которые едят листья растения, а недостаток воды замедляет.
Где происходит фотосинтез?
Фотосинтез происходит внутри растительных клеток, в мелких пластидах, называемых хлоропластами. Хлоропласты (в основном встречающиеся в слое мезофилла) содержат зеленое вещество, называемое хлорофиллом. Ниже приведены другие части клетки, которые работают с хлоропластом, чтобы осуществить фотосинтез.
Строение растительной клетки
Функции частей растительной клетки
- Клеточная стенка: обеспечивает структурную и механическую поддержку, защищает клетки от патогенов, фиксирует и определяет форму клетки, контролирует скорость и направление роста, а также придает форму растениям.
- Цитоплазма: обеспечивает платформу для большинства химических процессов, контролируемых ферментами.
- Мембрана: действует как барьер, контролируя движение веществ в клетку и из нее.
- Хлоропласты: как было описано выше, они содержат хлорофилл, зеленое вещество, которое поглощает световую энергию в процессе фотосинтеза.
- Вакуоль: полость внутри клеточной цитоплазмы, которая накапливает воду.
- Клеточное ядро: содержит генетическую марку (ДНК), которая контролирует деятельность клетки.
Хлорофилл поглощает световую энергию, необходимую для фотосинтеза. Важно отметить, что поглощаются не все цветовые длины волны света. Растения в основном поглощают красную и синюю волны – они не поглощают свет в зеленом диапазоне.
Углекислый газ в процессе фотосинтеза
Растения получают углекислый газ из воздуха через их листья. Углекислый газ просачивается через маленькое отверстие в нижней части листа – устьицу.
Нижняя часть листа имеет свободно расположенные клетки, чтобы углекислый газ достиг других клеток в листьях. Это также позволяет кислороду, образующемуся при фотосинтезе, легко покидать лист.
Углекислый газ присутствует в воздухе, которым мы дышим, в очень низких концентрациях и служит необходимым фактором темновой фазы фотосинтеза.
Свет в процессе фотосинтеза
Лист обычно имеет большую площадь поверхности, поэтому он может поглощать много света. Его верхняя поверхность защищена от потери воды, болезней и воздействия погоды восковым слоем (кутикулой). Верх листа находится там, где падает свет. Этот слой мезофилла называется палисадным. Он приспособлен для поглощения большого количества света, ведь в нем находится много хлоропластов.
В световых фазах, процесс фотосинтеза увеличивается с большим количеством света. Больше молекул хлорофилла ионизируется, и больше генерируется АТФ и НАДФН, если световые фотоны сосредоточены на зеленом листе. Хотя свет чрезвычайно важен в световых фазах, необходимо отметить, что чрезмерное его количество может повредить хлорофилл, и уменьшить процесс фотосинтеза.
Световые фазы не слишком сильно зависят от температуры, воды или углекислого газа, хотя все они нужны для завершения процесса фотосинтеза.
Вода в процессе фотосинтеза
Растения получают воду, необходимую для фотосинтеза через свои корни. Они имеют корневые волоски, которые разрастаются в почве. Корни хаpaктеризуются большой площадью поверхности и тонкими стенками, что позволяет воде легко проходить сквозь них.
На изображении представлены растения и их клетки с достаточным количеством воды (слева) и ее нехваткой (справа).
Заметка: Корневые клетки не содержат хлоропластов, поскольку они, как правило, находятся в темноте и не могут фотосинтезировать.
Если растение не впитывает достаточное количество воды, оно увядает. Без воды, растение будет не способно фотосинтезировать достаточно быстро, и может даже погибнуть.
Какое значение имеет вода для растений?
- Обеспечивает растворенными минералами, которые поддерживают здоровье растений;
- Является средой для трaнcпортировки минеральных ресурсов;
- Поддерживает устойчивость и прямостояние;
- Охлаждает и насыщает влагой;
- Дает возможность проводить различные химические реакции в растительных клетках.
Значение фотосинтеза в природе
Биохимический процесс фотосинтеза использует энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в кислород и глюкозу. Глюкоза используется в качестве строительных блоков в растениях для роста тканей. Таким образом, фотосинтез – это способ, благодаря которому формируются корни, стeбли, листья, цветы и плоды. Без процесса фотосинтеза растения не смогут расти или размножаться.
Продуценты
Из-за фотосинтетической способности, растения известны как продуценты и служат основой почти каждой пищевой цепи на Земле. (Водоросли являются эквивалентом растений в водных экосистемах). Вся пища, которую мы едим, происходит от организмов, являющихся фотосинтетиками. Мы питаемся этими растениями напрямую или едим животных, таких как коровы или свиньи, которые потрeбляют растительную пищу.
Основа пищевой цепи
Внутри водных систем, растения и водоросли также составляют основу пищевой цепи. Водоросли служат пищей для беспозвоночных, которые, в свою очередь, выступают источником питания для более крупных организмов. Без фотосинтеза в водной среде жизнь была бы невозможна.
Удаление углекислого газа
Фотосинтез превращает углекислый газ в кислород. Во время фотосинтеза углекислый газ из атмосферы поступает в растение, а затем выделяется в виде кислорода. В сегодняшнем мире, где уровни двуокиси углерода растут ужасающими темпами, любой процесс, который устраняет углекислый газ из атмосферы, является экологически важным.
Круговорот питательных веществ
Растения и другие фотосинтезирующие организмы играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ. Азот в воздухе фиксируется в растительных тканях и становится доступным для создания белков. Микроэлементы, находящиеся в почве, также могут быть включены в растительную ткань и стать доступными для травоядных животных, дальше по пищевой цепи.
Фотосинтетическая зависимость
Фотосинтез зависит от интенсивности и качества света. На экваторе, где солнечный свет обилен весь год и вода не является ограничивающим фактором, растения имеют высокие темпы роста, и могут стать довольно большими. И наоборот, фотосинтез в более глубоких частях океана встречается реже, поскольку свет не проникает в эти слои, и в результате эта экосистема оказывается более бесплодной.
Анаконда – вид змей, принадлежащий к подсемейству удавов. Она считается самой тяжелой змеей в мире и одна из самых длинных....
25 04 2024 9:44:17
ОТВЕТ: Слоны являются травоядными животными, поэтому они питаются фруктами, корой, веточками и травой....
24 04 2024 1:30:33
Россия – одна из самых богатых стран мира на полезные ископаемые. Уголь и газ занимают передовые позиции, но есть и множество других востребованных ресурсов, и запасы их по-настоящему огромны....
23 04 2024 3:47:44
Представляем вашему вниманию 10-ть самых больших озер РФ с описанием, фото и географическим расположением на карте страны....
22 04 2024 19:18:10
Взгляд, как не у одного другого животного, супердлинные пальцы, бархатный мех, хорошая реакция, чтобы ловить насекомых или даже птиц – долгопяты необычный род приматов!...
21 04 2024 1:11:44
Узнай, какие озера являются крупнейшими на всех континентах нашей планеты....
20 04 2024 16:54:13
Самыми крупными объектами в Солнечной системе, за исключением самого Солнца, являются планеты. Долгое время у астрономов продолжались споры о точном определении термина «планета»....
19 04 2024 20:43:21
Летающие змеи, конечно, не имеют крыльев, но их виртуозные перемещения по воздуху вполне можно назвать полётом....
18 04 2024 2:54:48
Самым южным материком является Антарктида, ведь именно на ее территории расположен Южный полюс....
17 04 2024 6:42:43
Рога снежных бapaнов имеют интересные завитки. У самцов более крупные и изогнутые рога, чем у самок, а их вес равен около 15 килограмм......
16 04 2024 13:32:59
С целью привлечь внимание населения к экологическим проблемам, был учреждён неофициальный праздник – Международный день климата. Отмечается он ежегодно весной, 15 мая....
15 04 2024 17:34:25
Гигантская летучая лисица, также известная как калонг, или летучая собака является крупнейшим видом рукокрылых в мире. Их легко распознать по мордочке, которая напоминают лисью, длинным крыльям, большим сильным когтям и уникальному поведению....
14 04 2024 1:15:33
Представляем вам ТОП 10 самых больших змей на Земле, с кратким описанием и фото....
13 04 2024 7:30:21
Так как очаги землетрясений лежат глубоко под землей, изучать их тяжело. Ясно, сильнейшие землетрясения происходят вследствие тектонических процессов, однако их природа не вполне понятна....
12 04 2024 4:33:39
Здесь представлена подборка географических карт материка Южная Америка на русском языке и в высоком разрешении:...
11 04 2024 4:34:18
Когда у вас есть домашняя крыса, трудно понять, подходит для нее та или иная пища. В этой статье мы дадим ответ на вопрос о клубнике для крыс, а также предоставим множество другой информации, которая будет вам полезна....
10 04 2024 17:58:46
Давайте узнаем, как процесс выделения отходов жизнедеятельности происходит у растений и животных....
09 04 2024 18:44:34
Понятие животные включает в себя совокупность всех многоклеточных, эукариотических организмов Царства Животные, обитающих на нашей планете....
08 04 2024 10:34:27
Первый верблюд был приобретен у испанцев на Канарских островах и прибыл в Австралию в 1840 году, став частью экспедиции под руководством Джона Хорроксом....
07 04 2024 20:54:35
Океаны мира сильно отличаются по своим размерам. Сравнивать друг с другом их можно двумя методами: по площади и по объему....
06 04 2024 21:12:57
Нас радуют первые весенние деньки, дует теплый ветерок, ласковое солнце начинает прогревать землю. Все это говорит о том, что пора смахнуть пыль с лукошка и отправляться в лес по грибы. Грибной сезон уже стартовал. В укромном лесу, в тени деревьев, на свежей зелени лужаек, на опушках из-под недавно сошедшего снежного покрова появляются такие желанные первые......
05 04 2024 14:56:13
Волга имеет очень большую речную систему бассейна, которая имеет более 150 тысяч водотоков. Самыми крупными притоками Волги являются реки Кама, Ока и Сура. Реки Самара и Ветлуга относятся к средним по размерам притокам Волги....
04 04 2024 23:10:20
Есть много животных, помогающих людям спасти планету. Они играют важную роль в поддержании тонкого баланса жизни на Земле в их родных экосистемах....
03 04 2024 14:28:17
Картинки диких животных являются прекрасным способом начать знакомство ребенка с окружающим его миром. Используя данные изображения вы можете рассказывать малышу интересные факты о животных и с детства прививать ему любовь к природе....
02 04 2024 3:22:20
ОТВЕТ: По словам исследователя Джона Хатчинсона из Королевского ветеринарного колледжа в Великобритании, слоны способны передвигать с максимальной скоростью......
01 04 2024 14:37:48
Каждый день мы встречаемся с растительным миром, будь то в парках, диких уголках природы, садах, огородах, на улице и даже в наших домах. Но действительно ли мы понимаем жизненно важную роль растений для человека и природы в целом?...
31 03 2024 12:38:48
Губки (Porifera) - тип водных беспозвоночных животных, включающий около 10000 известных видов обитающих на Земле в наши дни....
30 03 2024 8:31:58
Официальная классификация, используемая ООН, делит Европу на 4 макрорегиона: Западная Европа; Восточная Европа; Северная Европа; Южная Европа....
29 03 2024 23:20:54
Мамонты относились к семейству слоновых и вымерли около 10 тысяч лет назад. Учёными выделяются несколько видов мамонтов. И до сих пор ведутся споры, связанные с классификацией этих животных....
28 03 2024 0:29:51
Животные не могут приготовить себе пищу из простых неорганических материалов, таких как углекислый газ и вода. Их питание зависит от других организмов. Это называется гетеротрофным питанием....
27 03 2024 0:44:27
Многие люди часто путают крокодилов и аллигаторов друг с другом. Несмотря на то, что эти рептилии имеют поразительное сходство, есть несколько существенных физических хаpaктеристик, которые отличают их....
26 03 2024 9:18:37
Если вы ищете верного спутника, для помощи на охоте, эти собаки самые лучшие варианты. Они разные по размерам и способностям, но......
25 03 2024 9:43:35
Экватор - это воображаемая линия на поверхности Земли, которая проходит с востока на запад, и перпендикулярно пересекает центр оси между Северным и Южным полюсами (самая северная и самая южная точки планеты)....
24 03 2024 16:18:39
Носорог представляет собой сочетание двух греческих слов, означающих нос (rhino) и рог (ceros). На сегодняшний день существует пять видов носорогов......
23 03 2024 9:35:35
Если у вас когда-либо была собака или кошка, вы прекрасно знаете, что животные могут общаться с нами. Они понимают основные комaнды, которые вы им даете. Большинство домашних животных полностью понимают, что вы от них хотите, когда говорите определенные слова....
22 03 2024 18:48:11
В некоторых местах есть локальный набор атмосферных условий, которые отличаются от остальных районов, окружающих это место....
21 03 2024 9:35:17
Представляем вашему вниманию краткую информацию с фото о 7-ми самых знаковых и редких представителях животного мира Сибири....
20 03 2024 9:13:40
ОТВЕТ: Большинство львов живут в Африке к югу от Сахары. Азиатская популяция львов (за исключением животных, содержащихся в зоопарках) представлена......
19 03 2024 12:58:22
Пролив – это относительно узкое водное прострaнcтво, которое, с одной стороны, отделяет два участка суши, а с другой стороны, объединяет два более крупных водоема....
18 03 2024 18:44:50
В различных средах обитания, в которых живут белки, у них разнообразный рацион, который варьируется в зависимости от места, сезона и наличия пищи....
17 03 2024 4:47:19
Человекообразные обезьяны, или гоминоиды (Hominoidae) - надсемейство приматов, которое включает 24 вида. Хотя люди относятся Hominoidea, термин «обезьяна» не применяется к людям и описывает нечеловеческих приматов....
15 03 2024 12:24:43
Деревья проходят через процесс, похожий на спячку у животных, называемый гипобиозом (состояние покоя), который поддерживает их жизнь в течение зимних холодов....
14 03 2024 3:39:12
Из этой статьи вы узнаете, что происходит, когда организм вынужден иметь дело с изменениями условий окружающей среды. Мы расскажем о процессе адаптации, его видах и какую пользу он приносит живым организмам....
13 03 2024 8:24:26
Осенью в выходные дни мы ездим с родителями на дачу, чтобы собрать урожай в саду и подготовить отдельные растения к зиме....
12 03 2024 1:27:32
Считается, что наибольший вклад в исследование нашей планеты внесли европейские мореплаватели. Однако на карте есть много названий, присвоенных россиянами....
11 03 2024 18:44:58
Ветром называют любое движение воздушных масс в атмосфере. Возникновение ветра связано с разницей давления – воздух всегда стремится переместиться из области высокого давления в область низкого давления....
10 03 2024 2:45:32
Возможно, вы слышали, что нет двух снежинок похожих друг на друга. Это не совсем так, хотя шанс найти идентичные снежинки очень, очень и очень маловероятен....
09 03 2024 19:57:58
Что бы вы подумали, если бы услышали, что в город прибыли Опал, Эндрю, Катрина, Хьюго, Камилла и Айрин? Кто они? Потерянные родственники прибывшие для...
08 03 2024 11:59:43
ОТВЕТ: Максимальная зарегистрированная скорость полета шмеля составляла около......
07 03 2024 7:23:19
Еще:
Знания -1 :: Знания -2 :: Знания -3 :: Знания -4 :: Знания -5 :: Знания -6 :: Знания -7 :: Знания -8 :: Знания -9 ::