Растения для синтеза органических веществ используют энергию
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
С древних времён люди знали, что растения не могут существовать без почвы. Поэтому сначала предполагали, что именно из почвы растение получает всё необходимое. В XVII веке голландский врач Ян Баптист ван Гельмонт доказал, что почва для растений не самое главное. Опыт Гельмонта длился 5 лет. Маленький побег ивы и почву для его выращивания Гельмонт взвесил в самом начале опыта и по его окончании. Сравнив разницу в весе почвы и выросшего ивового деревца, Гельмонт предположил, что растение в основном растёт за счёт поглощения воды.
В опытах с растениями Д. Пристли доказал, что растения выделяют кислород только на свету. Дальнейшие исследования показали,что кислород выделяется только в присутствии углекислого газа; в растениях на свету образуется крахмал, который выявляется йодной пробой. Крахмал образуется только в зелёных листьях (содержащих хлорофилл).
Основная функция листа – фотосинтез – отражена не только на внешнем строении и расположении листьев, но и на анатомическом, то есть внутреннем строении. Если поместить срез листа под микроскоп, то можно рассмотреть его внутреннее строение. В основном лист состоит из фотосинтезирующей ткани, кожица листа позрачная и пропускает солнечный свет, необходимый для фотосинтеза.
Внешнее строение листа
Космическая роль растений
Ежегодно на Землю поступает огромное количество солнечной энергии, 42 % которой отражается в мировое пространство. Используя часть энергии солнечных лучей, зелёные растения используют углекислый газ воздуха как источник углерода в процессе синтеза органических веществ. Зелёное растение не только получает для себя пищу из неорганической природы, оно, по словам Тимирязева, является посредником между небом и Землей. Энергия, полученная от солнечного луча, аккумулируется в растении и в этом виде вместе с накопленным в его теле органическим веществом поступает в организм других растений или животных, питающихся растительной пищей. Последние в свою очередь служат пищей для других гетеротрофных организмов.
Выделяемый в процессе фотосинтеза кислород оказывается необходимым для жизни всех аэробных организмов, которые в процессе дыхания поглощают его из воздуха, одновременно выделяя углекислый газ. Такое постоянное поступление углекислого газа в атмосферу имеет колоссальное значение в круговороте веществ.
Зелёные растения благодаря фотосинтезу осуществляют чрезвычайно важную – космическую – роль в жизни нашей планеты. Она заключается в том, что растения, преобразуя энергию солнечного света, запасают огромное количество энергии в виде органического вещества и выделяют в атмосферу кислород.
Биология
Для здорового роста и развития растениям следует получать все необходимые для жизни компоненты. Питание для представителей флоры играет основную роль. Процесс обмена веществ у любого организма является главным признаком жизни. Суть питания состоит в том, что необходимые вещества поступают в органы и ткани. Изучается минеральное питание растений и фотосинтез по биологии в 6 классе, по подробным схемам и в форме рефератов.
Общие сведения
Растениям, как и любым другим живым существам, нужна энергия, которая находится в цепях особых химических соединений. Представители флоры все им необходимые элементы получают из земли и воздуха, что является их особенностью. Человеку требуются знания о том, чем удобрять почву, чтобы, к примеру, повысить урожай.
Существуют группы организмов, которые можно разделить по типу питания. Первые сами для себя создают органику. К таким относятся все растения и некоторые микроорганизмы. Для синтеза органических веществ автотрофы затрагивают несколько видов энергии:
- Водоросли и растения используют энергию солнца.
- Бактерии относятся к хемотрофам, так как окисляют соединения минералов.
- Другая часть бактерий, грибы и животные насыщаются готовой органикой разными способами. Их называют гетеротрофами.
В мире существует множество удивительных видов растений. Их способы насыщения могут меняться и зависеть от окружающих условий.
Почвенное питание растений
В конспектах по биологии за 6 класс минеральному питанию растений отводится много разделов.
Поэтому все знают, что урожайность зависит от количества влаги и от качества почвы. Для нормального развития растениям требуются минеральные соли, которые они втягивают с помощью корней.
Эти растворы с помощью проводящей ткани расплываются по стеблю и листьям.
Главными питательными элементами являются:
Все эти макроэлементы требуются представителям флоры в огромном количестве, и заменить какой-либо элемент не получится. Но и микроэлементы имеют значение для развития побегов и корневища.
В агрохимии ими питают почву как удобрениями:
Азот тоже играет важную роль и способствует росту побегов. Главным признаком нехватки азота являются пожелтевшие и увядшие стебли и листья. Воздух обычно содержит в себе нужное количество элемента. Но атмосферный азот не может усваиваться растениями. В этом им помогают специальные бактерии, которые делают из важного элемента растворимые соли. Корни поглощают их вместе с водой из земли. А также руками человека азот может быть внесен в виде удобрений, которые используются в качестве добавки по весне, при формировании растения.
Сам эффект питания минералами зависит от влажности почвы. Ведь растения могут питаться только растворенными элементами. Именно поэтому при засухе флора не выживает. Но и избыток воды в почве приводит к гниению корней.
Воздух — важнейший компонент, находящийся в земле. Корням необходима для развития хорошая воздушная подушка, которая создается при помощи рыхления.
Помимо человека, в этом процессе могут помочь и земляные обитатели, к примеру, дождевые черви и многие насекомые. Они питают землю кислородом и глубже заносят полезные органические вещества.
Понятие фотосинтеза
Фотосинтез и дыхание — это противоположные друг другу процессы. Но они протекают одновременно и крайне необходимы растениям. Суть воздушного питания заключается в поступлении в листья углекислого газа и последующей реакции с другими веществами. В итоге получается глюкоза, она используется как источник энергии. Такой процесс называется фотосинтезом.
Почвенное и воздушное насыщение тесно связываются между собой. Минеральные растворы поступают из подземных частей в побеги и листья. И наоборот, органические вещества из листьев поступает в корень.
В процессе фотосинтеза, помимо глюкозы, образуется кислород, который необходим для жизнеспособности как животным, так и грибам с растениями. Фотосинтез занимает два этапа: световой и темновой. Хлорофилл — это зеленый пигмент, который поглощает солнечную энергию. Результатом получается фотолиз: вода распадается на водород и кислород под действием солнца. Затем запускается восстановительный процесс углекислого газа.
В ходе фотосинтеза происходит процесс питания в клетках, называемых хлоропластами. В них находится красящий пигмент, из-за чего они имеют зеленый цвет. В хлоропластах находится хлорофилл.
Требуется углекислый газ и вода, чтобы провести процесс фотосинтеза. Только при солнечных лучах возникает химическая реакция. Вода проникает через корни, а листья впитывают углекислый газ.
Насекомоядные представители
Это самый необычный способ питания у растений, которые относятся к хищным, или насекомоядным.
В окружающем мире их насчитывают более 650 тысяч разновидностей. У них специальные ловчие приспособления, которые им помогают в охоте на мелких насекомых. Такие растения также пользуются и автотрофным питанием, но зато при возможности поглощения живых организмов они намного меньше имеют зависимость от содержания азота в земле.
Большинством представителей хищников являются многолетние травы или мелкие кустарники. Росянка и пузырчатка являются самыми известными примерами. На австралийском континенте обитает самый огромный представитель хищного растения, который питается мелкими лягушками и ящерками, это библис.
Паразитические виды
У таких разновидностей нет нужны в минеральном питании. Они чаще всего неспособны осуществлять фотосинтез. Такие паразиты насыщаются соком других представителей флоры. Таким примером является заразиха, которая получает нужные ей питательные вещества из тыквы.
Повилика является распространенным паразитом. После прорастания семени ее корень засыхает, а стебель вьется вокруг хозяина и прикрепляется с помощью специальных присосок. Они высасывают для себя органические и минеральные вещества. Многие культуры гибнут из-за таких паразитических видов, которых насчитывается примерно 4 тысячи.
Существует семейство раффлизиевых, у которых цветок огромных размеров и может в диаметре достигать 1 метра. Оно само полностью сидит в другом растении, а снаружи можно заметить только цветки. Семейство санталовых также является примером паразитирующего вида. Встречаются они исключительно на тополе.
Существуют и полупаразиты, так как их питание через почву затруднено. Это объясняется тем, что у них не сильно развиваются органы, находящиеся под землей, а также тем, что мало волосков на корнях. Для нужного количества поглощения воды у таких представителей существуют специальные присоски на корнях.
Среди растений встречаются как автотрофные, так и гетеротрофные виды.
Одни питаются солнцем, минеральными веществами, другие — мелкими животными, переваривая их при помощи специальных желез. И еще одной группой являются паразиты, зависящие от хозяина.
Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Биологические диктанты
№ 1. Вместо точек подберите соответствующие термины.
а) Наука о закономерностях взаимоотношений организмов, видов, сообществ со средой обитания – это … (экология) .
б) Реакция организма на продолжительность дня – это … (фотопериодизм) .
в) Различают три группы экологических факторов: …, …, … (абиотические, биотические, антропогенные) .
г) Рельеф, почва, климат, воздух – это … факторы (абиотические) .
д) Производители органического вещества – это … (продуценты).
е) Сообщество организмов, населяющих одну территорию, взаимосвязанных цепями питания и влияющих друг на друга, – … (биоценоз) .
ж) Растения для синтеза органических веществ используют энергию … (солнца).
з) Временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни, – … (анабиоз) .
и) Устойчивая саморегулирующаяся система, в которой органические компоненты неразрывно связаны с неорганическими, – … (биогеоценоз) .
к) Разрушители органических остатков – это … (редуценты).
л) Растительноядные и плотоядные животные – … (консументы).
м) Длина пищевой цепи характеризуется … (потерей Е).
н) Биологическая продуктивность биоценозов определяется … (биомассой).
о) Все виды растений и животных, образующих данный биогеоценоз, – это его … (видовой состав).
п) Количество особей данного вида на единице площади или объема – … (плотность популяции).
р) Смена одних видов сообществ другими за определенный период времени – … (сукцессия).
№ 2. Заполните пропуски в тексте.
Производителями органического вещества в биоценозе являются … (зеленые растения). Они используют … (солнечную) энергию в процессе … (фотосинтеза). Организмы, потребляющие готовые органические вещества, называются … (консументами). Основная роль в минерализации органических веществ принадлежит … (редуцентам) , представителями которых могут быть … (грибы) и … (бактерии) .
№ 3. Заполните пропуски, выбирая одно слово из пары в скобках.
Многоклеточным паразитам, обитающим в органах и тканях человека, … (а) … (грозит, не грозит) высыхание; в среде их обитания колебания температуры, солености, давления … (б) … (сильные, слабые) ; среда, в которой они обитают, для них химически … (в) … (агрессивна, неагрессивна) ; они . (г) … (имеют, не имеют) защитные покровы; они … (д) … (имеют, не имеют) органы, связанные с поиском пищи; они … (е) … (имеют, не имеют) слух; они … (ж) … (имеют, не имеют) органы зрения; количество продуцируемых ими яиц … (з) … (большое, небольшое) .
Ключ : а) не грозит; б) слабые; в) агрессивна; г) имеют; д) не имеют; е) не имеют; ж) не имеют; з) большое.
№ 4. Дайте объяснение терминам:
экологическая система, биогеоценоз, биоценоз, продуценты, консументы, редуценты, абиотические факторы, биотические факторы, антропогенные факторы, оптимальный фактор, ограничивающий фактор, предел выносливости, фотопериодизм, сезонный ритм, биологические часы, анабиоз, агроценоз, цепи питания, сети питания, правило экологической пирамиды, смена биогеоценозов, восстановление биоценоза, саморегуляция в биогеоценозе.
№ 5. Цифровой диктант.
Решите, правильно или неправильно то или иное предложенное суждение; выпишите номера правильных суждений.
1. Биоценоз – это сообщество организмов в их взаимосвязи с окружающей средой.
2. Экосистемы состоят из живых и неживых компонентов, называемых соответственно биотическими и абиотическими.
3. Рельеф, климат, почва, воздух – абиотические факторы внешней среды.
4. Сигналом к сезонным изменениям для растений и животных является температура окружающей среды.
5. Вся энергия, поступающая к растениям от Солнца, расходуется на синтез органических веществ.
6. Интенсивность фактора, наиболее благоприятную для жизнедеятельности организма, называют оптимумом.
7. Некоторые бактерии для создания необходимой им пищи используют энергию, высвобождающуюся при химических реакциях.
8. Консументы разлагают органические остатки до неорганических соединений.
9. Роль продуцентов заключается в синтезе органических веществ.
10. В большинство экосистем входят растительноядные животные и хищники.
11. Грибы и микроорганизмы являются консументами.
12. Длина пищевой цепи живых организмов лимитируется потерей энергии на каждом трофическом уровне.
13. Вторичные консументы – это растительноядные животные.
14. Длина светового дня играет ведущую роль в сезонных изменениях.
15. Пищевая цепь имеет не более 3–5 звеньев.
16. В пустыне лимитирующим фактором продуктивности экосистемы является температура.
17. Продуктивность океанов зависит от элементов питания, солнечного света и тепла.
18. Элементы питания совершают в экосистеме непрерывный круговорот.
19. В пищевой сети, включающей травянистые растения, саранчу, жука навозника, паука крестовика, воробья, ястреба, консументом первого порядка является ястреб.
20. Численность популяции любого вида животных или растений зависит от баланса рождаемости и гибели особей.
21. Пестициды уничтожают не только насекомых-вреди-телей, но и большую часть хищных и паразитических животных.
22. В природе смена биогеоценоза происходит в направлении от более устойчивого к менее устойчивому.
23. Распространение различных видов растений определяется климатическими и почвенными факторами.
№ 6. Распределительный диктант.
Какие из приведённых ниже положений относятся к агроценозам (А) , а какие – к биогеоценозам (Б) .
1. Состоят из большого числа видов.
2. Способны к саморегуляции.
3. Не способны к саморегуляции.
4. Состоят из небольшого числа видов.
5. Все поглощённые растениями элементы питания со временем возвращаются в почву.
6. Значительная часть элементов питания изымается из почвы.
7. Единственным источником энергии является солнечный свет.
8. Основной движущей силой эволюции является искусственный отбор.
9. Основной движущей силой эволюции является естественный отбор.
10. Процветание, сохранение и высокая продуктивность связаны с деятельностью человека.
Ключ : А – 3, 4, 6, 8, 10; Б – 1, 2, 5, 7, 9.
№ 7. Распределительный диктант.
Распределите перечисленные ниже факторы на абиотические (А) и биотические (Б) .
а) Химический состав воды;
б) разнообразие планктона;
в) влажность, температура почвы;
г) наличие клубеньковых бактерий на корнях бобовых;
д) скорость течения воды;
е) засоленность почвы;
ж) разнообразие растений;
з) химический состав воздуха;
и) наличие в воздухе бактерий.
Ключ : А – а, в, д, е, з; Б – б, г, ж, и.
№ 8. * Цифровой диктант.
1. Биосфера – это оболочка Земли, населенная живыми организмами.
2. Озоновый слой расположен в тропосфере.
3. Внешняя твердая оболочка земного шара называется мантией.
4. Размножение организмов обусловливает давление жизни и плотность жизни.
5. Эффективность использования растениями солнечной энергии в процессе фотосинтеза составляет 0,1–0,5 %.
6. К универсальным биогенным элементам относится бор.
7. Быстрота размножения и широкая распространенность микроорганизмов обусловливают их колоссальную роль в биосфере.
8. Азотофиксирующие бактерии относятся к хемосинтезирующим бактериям.
№ 9. Буквенный диктант.
Из предложенной информации по каждому вопросу выберите те буквенные обозначения, после которых даны правильные ответы.
1. Основателем учения о биосфере является:
2. Озоновый слой расположен:
3. Биогенная миграция – это круговорот:
а) органических веществ;
в) элементов, входящих в состав организмов.
4. К универсальным биогенным элементам относится:
5. Наивысшая плотность жизни на суше наблюдается:
б) широколиственном лесу;
в) тропическом лесу.
6. Важнейшую роль в эволюции биосферы сыграло появление в атмосфере Земли:
б) углекислого газа;
7. Накопление в атмосфере углекислого газа в результате антропогенного воздействия может вызвать:
Задания Д20 № 20579
получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
СИНТЕЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В РАСТЕНИИ
Энергию, необходимую для своего существования, растения запасают в виде органических веществ. Эти вещества синтезируются в ходе ___________ (А). Этот процесс протекает в клетках листа в ___________ (Б) — особых пластидах зелёного цвета. Они содержат особое вещество зелёного цвета — ___________ (В). Обязательным условием образования органических веществ помимо воды и углекислого газа является ___________ (Г).
| 1) дыхание | 2) испарение | 3) лейкопласт | 4) питание |
| 5) свет | 6) фотосинтез | 7) хлоропласт | 8) хлорофилл |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Энергию, необходимую для своего существования, растения запасают в виде органических веществ. Эти вещества синтезируются в ходе фотосинтеза. Этот процесс протекает в клетках листа в хлоропластах — особых пластидах зелёного цвета. Они содержат особое вещество зелёного цвета — хлорофилл. Обязательным условием образования органических веществ помимо воды и углекислого газа является свет.
Сохранение жизни зависит от способности организмов использовать различные источники энергии. Какие же источники энергии используют живые организмы?
(Можно предоставить учащимся дать ответ на этот вопрос. Как правило, ответы бывают довольно разнообразные, их лучше записать на доске.)
При всем своем разнообразии организмы используют в основном два источника энергии: энергию химических связей органических веществ и энергию солнечного света.
(Здесь нужно вернуться к ответам учащихся, записанным на доске, и распределить их на две группы в соответствии с источником энергии. Необходимо упомянуть, что есть особая группа живых организмов, которые используют в качестве источника энергии химические связи неорганических веществ. Учащиеся могут сами назвать некоторые из организмов, относящихся к этой группе.)
Вопросы учащимся
1. Какие организмы используют энергию солнца и как они называются?
2. Как называются организмы, которые используют энергию химических связей органических веществ, и кто к ним относится?
Организмы, которые используют энергию органических веществ (совокупность всех органических веществ, используемых организмом, называется пищей), называются органотрофами. Все остальные организмы называют литотрофами. Эти названия для нас новые, однако обозначаемые этими терминами организмы нам хорошо знакомы: литотрофы относятся к автотрофам, а органотрофы – это гетеротрофы.
Автотрофные организмы используют для питания соединения, не представляющие энергетической ценности, такие как предельные окислы углерода (СО2) или водорода (Н2О), поэтому они нуждаются в дополнительном источнике энергии. Этим источником энергии для большинства автотрофных организмов является солнечный свет.
Автотрофные организмы испльзуют СО2 в качестве единственного или главного источника углерода и обладают как системой ферментов для ассимиляции СО2 , так и способностью синтезировать все компоненты клетки. Автотрофы делятся на две группы:
– фотоавтотрофы – зеленые растения, водоросли, бактерии, способные к фотосинтезу;
– хемоавтотрофы – бактерии, использующие окисление неорганических веществ (водород, сера, аммиак, нитраты, сероводород и др.). К ним относятся, например, водородные бактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии, метанобразующие бактерии.
Мы будем рассматривать только фотоавтотрофные организмы.
Можно предложить учащимся подготовить доклады или рефераты о хемоавтотрофах.
Поглощенный солнечный свет используется фотоавтотрофами для синтеза органических веществ. Поэтому можно дать следующее определение фотосинтеза.
Фотосинтез – это процесс преобразования поглощенной энергии света в химическую энергию органических соединений.
Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению энергии биосферы за счет внешнего источника – Солнца – и обеспечивающий существование как растений, так и практически всех гетеротрофных организмов.
2. Немного истории
Рис. 1. Опыт Пристли. А – свеча, горящая в закрытом сосуде, через некоторое время гаснет. Б – мышь погибает, если оставить ее в закрытом сосуде. В – если вместе с мышью поместить в сосуд растение, то мышь не погибнет
Благодаря этим и другим опытам Д.Пристли в 1774 г. открыл кислород (одновременно с К.В. Шееле). Название этому газу дал французский ученый А.Л. Лавуазье, повторивший открытие год спустя. Дальнейшее изучение растений показало, что в темноте они, как и другие живые существа, выделяют не пригодный для дыхания газ СО2.
В 1782 г. Жан Сенебье показал, что растения, выделяя кислород, одновременно поглощают двуокись углерода. Это позволило ему предположить, что в вещество растения превращается углерод, входящий в состав двуокиси углерода.
Австрийский врач Ян Ингенхауз обнаружил, что растения выделяют кислород только на свету. Он погружал ветку ивы в воду и наблюдал на свету образование на листьях пузырьков кислорода. Если листья находились в темноте, пузырьки не появлялись.
Дальнейшие опыты показали, что органическая масса растения формируется не только за счет углекислого газа, но и за счет воды. Обобщая результаты перечисленных опытов, немецкий ученый В.Пфеффер в 1877 г. дал описание процесса поглощения СО2 из воздуха при участии воды и света с образованием органического вещества и назвал его фотосинтезом.
Большую роль в выявлении сущности фотосинтеза сыграло открытие закона сохранения и превращения энергии Ю.Р. Майером и Г.Гельмгольцем.
Для развития межпредметных связей рекомендуется, чтобы ученики дома письменно ответили на вопрос: почему открытие закона сохранения и превращения энергии имело большое значение для выявления сущности фотосинтеза?
Для дальнейшего изучения фотосинтеза, как показывает наш опыт, необходимо, чтобы учащиеся вспомнили материал по следующим вопросам из химии и физики (повторение материала можно дать как домашнее задание):
– строение атома;
– виды орбиталей;
– энергетические уровни;
– окислительно-восстановительные реакции.
Дальнейшее изучение фотосинтеза строится по следующему плану:
– физико-химические основы фотосинтеза;
– состав и строение фотосинтетического аппарата;
– фазы и процессы фотосинтеза;
– виды фотосинтеза.
3. Физико-химические основы фотосинтеза
В общих чертах физико-химическую суть фотосинтеза можно описать следующим образом.
Молекула хлорофилла поглощает квант света и переходит в возбужденное состояние, характеризующееся электронной структурой с повышенной энергией и способностью легко отдавать электрон. Такой электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, – он также приобретает дополнительную потенциальную энергию. Электрон, как по ступеням, перемещается по цепочке сложных органических соединений, встроенных в мембраны хлоропласта. Эти соединения отличаются друг от друга своими окислительно-восстановительными потенциалами, которые к концу цепи повышаются. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ.
Растративший свою энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает молекулу хлорофилла. Электрон снова проходит по тому же пути, расходуя свою энергию на образование новых молекул АТФ, и весь цикл повторяется.
В этом описании выделены ключевые понятия, разбор которых поможет учащимся глубже понять суть процесса фотосинтеза.
Рис. 2. Шкала электромагнитного излучения. Ангстрем – единица длины, равная 10-8 смм
Видимый свет занимает очень маленькую часть электромагнитного спектра, но именно ее используют растения для фотосинтеза.
Электромагнитные волны излучаются и поглощаются не непрерывно, а отдельными порциями – квантами (фотонами). Каждый квант света несет определенное количество энергии, которая находится в обратной зависимости от длины волны :
т.е. чем больше длина волны, тем меньше энергия кванта (h – постоянная Планка).
От длины волны зависит не только энергия кванта, но и его цвет (рис. 2).
Попадая на какую-либо поверхность, квант света отдает ей свою энергию, в результате чего поверхность нагревается. Но в некоторых случаях при поглощении кванта света молекулой его энергия не сразу превращается в тепло и может привести к различным изменениям внутри молекулы. Например, под действием света происходит фотолиз воды:
т.е. вода диссоциирует на ион водорода и ион гидроксила. Затем ион гидроксила теряет свой электрон, и радикалы гидроксила образуют воду и кислород:
Что же происходит в молекуле под действием кванта света? Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить строение атома. В атоме электроны находятся на различных орбиталях и обладают различной энергией (рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма энергетических уровней электронных оболочек
Рис. 4. Строение молекулы хлорофилла
Хлорофилл – зеленый пигмент. Основу молекулы составляет Мg-порфириновый комплекс, состоящий из четырех пирольных колец. Пирольные кольца в молекуле хлорофилла образуют систему сопряженных связей. Такая структура облегчает поглощение кванта света и передачи энергии света электрону хлорофилла.
Существует несколько типов хлорофиллов, различающихся строением, а следовательно, и спектрами поглощения. Все растения имеют два вида хлорофилла: основной, присутствует у всех растений, это хлорофил a и дополнительный, который у разных растений разный: у высших растений и зеленых водорослей это хлорофилл b, у бурых и диатомовых – хлорофилл с, у красных водорослей – хлорофилл d. У фототрофных бактерий присутствует аналог хлорофилла – бактериохлорофилл.
Кроме хлорофилла, в растениях присутствуют и другие пигменты. К желтым пигментам, каротиноидам, относятся оранжевые или красные пигменты – каротины, желтые – ксантофиллы. На фоне хлорофилла каротиноиды в листе не заметны, но осенью после разрушения хлорофилла придают листьям желтую и красную окраску. Как и хлорофилл, каротиноиды принимают участие в поглощении света при фотосинтезе, но хлорофилл является основным пигментом, а каротиноиды – дополнительными. Каротиноиды выполняют роль стабилизаторов фотосинтеза, защищая хлорофилл от самоокисления и разрушения.
Все пигменты, участвующие в фотосинтезе, находятся в специальных органоидах растительной клетки – хлоропластах.
4. Состав и строение фотосинтетического аппарата
Перед изучением этого раздела рекомендуется дать домашнее задание на повторение строения листа.
Хлоропласты являются внутриклеточными двумембранными органоидами, в которых осуществляется фотосинтез.
У высших растений хлоропласты находятся преимущественно в клетках палисадной и губчатой тканей мезофилла листа. Они присутствуют также в замыкающих клетках устьиц эпидермиса листьев.
Хлоропласты сосудистых растений имеют форму двояковыпуклой, плоско-выпуклой или вогнуто-выпуклой линзы с круглым или эллипсоидным контуром. Внутренняя структура всех хлоропластов (рис. 5) характеризуется наличием системы мембран, называемых также ламеллами, погруженных в гидрофильный белковый матрикс, или строму.
Рис. 5. Строение хлоропласта
Основной субъединицей этой мембранной структуры является тилакоид – пузырек, образованный одинарной мембраной (рис. 6).
Рис. 6. Часть тилакоидной системы
Хлоропласты зрелых клеток имеют максимально развитую тилакоидную систему. Ее структура в хлоропластах разных растений различна и связана главным образом с отношением данного вида растений к свету: хлоропласты светолюбивых растений содержат много мелких гран, хлоропласты теневыносливых – меньшее количество гран, но крупных.
В клетке хлоропласты постоянно перемещаются с током цитоплазмы или самостоятельно, ориентируясь по отношению к свету. Если падающий на лист поток света имеет высокую интенсивность, то хлоропласты располагаются вдоль световых лучей и занимают боковые стенки клеток. Если свет слабый, то хлоропласты ориентируются перпендикулярно световому потоку, тем самым увеличивая площадь поглощения света. Это проявление фототаксиса у хлоропластов.
Читайте также: