С какой целью растение поглощает солнечную энергию

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Всё живое на Земле зависит от фотосинтеза, он снабжает растения и животных энергией и углеродом, обеспечивает выделение кислорода в атмосферу. Растения поглощают около 1% падающей на Землю солнечной энергии, связывают углекислый газ атмосферы, а также и воду, превращая их в 150 млрд т сухого органического топлива в год (около 1 кг/м 2 ). Часть этого органического вещества поедается травоядными животными, которыми питаются хищные животные и человек. Растительные и животные остатки разлагаются бактериями и грибами до уровня исходных неорганических веществ. Затем этот круговорот замыкается: энергия солнечного излучения, поглощённая растениями, переходит в тепло и излучается Землёй в космическое пространство. Можно сказать, что жизнь на Земле есть процесс поглощения солнечного света.

Важнейшей особенностью процесса фотосинтеза является его протекание с использованием энергии солнечного света. Лучистая энергия – это энергия электромагнитных колебаний, которая характеризуется определённой длиной волны , частотой колебаний и скоростью распространения c – скоростью света, равной 3 · 10 8 м/с. Эти величины связаны между собой следующим образом: Е = c/. Собственно свет, или область электромагнитных колебаний, воспринимаемая человеческим глазом, лежит в диапазоне длин волн 400–700 нм. Более короткие волны характерны для ультрафиолетовых (УФ) лучей, а более длинные – для инфракрасных (ИК). Окраска видимого света зависит от длины волны. Обладая волновыми свойствами, свет проявляет и корпускулярные свойства. Лучистая энергия излучается и распространяется в виде дискретных единиц – квантов, или фотонов. Квант света обладает энергией E = h = h·c/, где h – постоянная Планка. Из этой формулы ясно, что величина энергии квантов для разных участков спектра различна: чем короче длина волны, тем она больше:

2. Значение отдельных участков солнечного спектра для фотосинтеза

Согласно первому закону фотохимии, только поглощённые лучи могут быть использованы в химических реакциях. В том случае, если реагирующие молекулы бесцветны и не поглощают свет, фотохимические реакции могут идти только в присутствии специальных веществ – фотосенсибилизаторов. Фотосенсибилизаторы – вещества, поглощающие энергию света и передающие её той или иной бесцветной молекуле.

Положение о том, что в процессе фотосинтеза могут быть использованы только поглощённые лучи, впервые получило экспериментальное подтверждение в опытах К.А.Тимирязева. До этого господствовало ошибочное представление, что наибольшее значение в процессе фотосинтеза имеют жёлтые лучи солнечного спектра, которые хлорофиллом не поглощаются. К.А.Тимирязев показал, что процесс усвоения CO₂ на свету представляет собой фотохимический процесс и подчиняется законам фотохимии, что процесс фотосинтеза проходит именно в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом. Хлорофилл является оптическим сенсибилизатором, поглощающим энергию света.

Наиболее интенсивное усвоение углекислого газа наблюдается в красных лучах. Затем, в направлении зелёной части спектра процесс фотосинтеза постепенно ослабевает, зелёные лучи хлорофиллом почти не поглощаются. В сине-фиолетовой части спектра наблюдается второй подъём интенсивности фотосинтеза. Таким образом, кривая интенсивности фотосинтеза имеет два максимума соответственно двум максимумам поглощения хлорофилла. Интенсивность процесса фотосинтеза в различных участках спектра получила название спектра действия.

II. Экспериментальная часть

1. Цель: 1) выявить влияние световых волн разной длины на прорастание семян злаковых растений; 2) выявить влияние световых волн разной длины на интенсивность фотосинтеза в листьях растений.

Оборудование: четыре ёмкости с землёй; семена злаковых растений; штатив с укреплённой на нём люминесцентной лампой; световые фильтры (по 4 штуки сине-фиолетового, зелёного и оранжево-красного цветов); контейнер; сушильный шкаф; фарфоровые чашечки.

1-й этап выполнение работы

• 08.01.07 в четыре ёмкости с землёй были посеяны семена одинаковой злаковой культуры – овса.

• После посадки и первого полива три ёмкости поместили в контейнер под светофильтры разных цветов. Одна ёмкость – контрольная, семена в ней прорастали при естественном освещении.

• С этого дня полив осуществлялся регулярно.

• 10.01.07 появились первые всходы в ёмкости под сине-фиолетовым светофильтром.

• Почти одновременно с ними, через несколько часов, появились всходы под оранжево-красным светофильтром.

• Через два дня, 12 января, появились всходы под зелёным светофильтром.

• И последними, 13 января, проросли семена в контрольной ёмкости.

2-й этап выполнения работы

• 18.01.07 и 25.01.07 были произведены срезы листьев растений и замеры площади и сырой массы срезанных листьев (см. таблицу).

• Для определения сухой массы растения были помещены в сушильный шкаф в фарфоровых чашечках на один час.

• После сушки растения были взвешены на весах (см. таблицу внизу).

2. Методика работы

• Определение площади листа. Метод основан на сопоставлении листа с некоторой простой геометрической фигурой, достаточно хорошо совпадающей с его конфигурацией. Лист вписывают в соответствующую фигуру так, чтобы основные параметры были общими. Так, листья злаков легко вписываются в вытянутый прямоугольник. Измеряя длину a и ширину b такого прямоугольника, находят его площадь: S = a · b.

где B₁ и B₂ – сухая масса растений в начале и конце учётного периода; (B₂ – B₁) – прирост сухой массы в течение n дней между двумя последовательными сроками наблюдений; Л₁ и Л₂ – площадь листьев в начале и в конце периода, м 2 ; 0,5 (Л₁ + Л₂) – средняя работавшая площадь листьев за время опыта.

• Показатели чистой продуктивности фотосинтеза в природных условиях обычно колеблются от 0,1 до 20 г (и более) сухого вещества на 1 м 2 в сутки: у злаков в фазе интенсивного роста 40–50 г/ (м 2 · сут.), у основных сельскохозяйственных культур 4–10 г/ (м 2 · сут.).

3. Выводы на основе наблюдений

1. Площадь листьев быстрее нарастает у растений, находящихся под оранжево-красным и сине-фиолетовым светофильтрами.

2. ЧПФ имеет два пика: при красном (37,37 г/м 2 ) и при сине-фиолетовом (26,3 г/м 2 ) облучениях.

3. ЧПФ минимальна при зелёном облучении, т.к. зелёные световые лучи не поглощаются хлорофиллом, а отражаются от него.

III. Значение фотосинтеза в продукционном процессе. Фотосинтез и урожай

Чтобы перейти от массы усвоенного углекислого газа к сухому веществу, необходимо ввести коэффициент 0,64 (1 г усвоенного CO₂ соответствует 0,64 г углеводов). Однако не всё образовавшееся сухое вещество накапливается. Частично оно расходуется в процессе дыхания, теряется при опадении отдельных органов, а также при экзосмосе, – эти потери составляют 25–30%. Вместе с тем определённое количество веществ поступает через корневую систему (5–10% от общей массы растения). В итоге можно считать К_эф = 0,5.

Следовательно, общее накопление сухой массы растений зависит от интенсивности фотосинтеза, коэффициента эффективности (куда входит трата на процесс дыхания), размера листовой пластины и суммы дней вегетационного периода.

Как видно из приведённых уравнений, накопление сухой массы зависит не только от площади листьев, но и от интенсивности фотосинтеза. Расчёты показывают, что интенсивность фотосинтеза может достигать 100 мг CO₂/(дм 2 · ч), а обычно составляет 10–15 мг CO₂/(дм 2 · ч). Необходимо учесть, что в агрономической практике важен не столько биологический, сколько хозяйственный урожай. Хозяйственный урожай – это доля полезного продукта, ради которой возделывают данное растение (зерно, корнеплоды, волокно и т.д.): У_хоз = У_биол · К_хоз. Коэффициент К_хоз может колебаться от 50% для сахарной свёклы до 1% для волокна хлопчатника, а также значительно изменяться и для одного и того же растения.

В большей степени биологический, а следовательно, и хозяйственный урожай зависят от площади листьев. Необходимо добиваться быстрого развития листовой поверхности в начале вегетационного периода. Однако при чрезмерном развитии листьев они затеняют друг друга, их работоспособность уменьшается. Могут быть даже случаи, когда листья из снабжающих органов становится потребляющими. Вместе с тем лист – это не только орган фотосинтеза, но и орган транспирации. Следовательно, чем больше площадь листьев, тем больше растение теряет воды в процессе испарения.

КПД фотосинтеза в естественных условиях ничтожно мал. Для его повышения очень важно уменьшать затраты солнечной энергии на транспирацию. В частности, это может быть достигнуто улучшением условий корневого питания.

Наконец, для получения наибольшего хозяйственного урожая большое значение имеет повышение К_хоз, иначе говоря, увеличение доли полезного продукта в урожае. Это может быть достигнуто прежде всего путём изменения направления оттока ассимилянтов из листьев и связанной с этим различной скоростью роста отдельных органов. В этом отношении существенную роль должно сыграть умелое применение регуляторов роста – фитогормонов. Важно также, чтобы в конце вегетационного периода питательные вещества как можно полнее использовались на формирование хозяйственно ценных органов. В связи с этим могут быть полезны все приёмы, которые усиливают отток ассимилянтов и даже отмирание листа в конце вегетационного периода

Наконец, большую роль играет селекционный отбор растений. В настоящее время показана возможность отбора сортов сельскохозяйственных растений, характеризующихся более высокой интенсивностью как световых, так и темновых реакций.

Подводя итоги, можно сказать, что, отмечая важность фотосинтеза в продукционном процессе, необходимо учитывать его связь с процессами роста, развития, дыхания, водного и минерального питания.

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3 томах. Пер. с англ. /Под ред. Р.Сопера – 2-е издание. – М: Мир , 1996.

Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – Новосибирск: ООО ЮКЭА, 1997.

Практикум по физиологии растений: Под ред. Н.Н.Третьякова. – М.: Колос, 1982.

Якушкина Н.Н., Бахтенко Е.Ю. Физиология растений: Учеб. для студентов вузов. – М: Владос, 2005.

Евдокия Панкратова получила аттестат с отличием по окончании основной школы, сейчас учится в 10-м классе естественно-математического профиля. Участвовала в прошлом учебном году в пяти олимпиадах и на четырёх заняла 1-е место, а на одной – 2-е. В нынешнем учебном году из пяти олимпиад выиграла четыре, на одной заняла 3-е место. Стипендиат Главы г. Лобни за 2007 г. Собирается поступать в медицинский институт.

Обращаем внимание, что для первокурсников бакалавриата, специалитета и магистратуры, поступивших в сентябре 2021 года, изначальный пароль для входа - дата рождения в формате чч.мм.гггг. Например, 01.01.2001

Все заявки обрабатываются в порядке живой очереди в режиме неонлайн в течение суток. Техническая поддержка сайта: 521-242

Если Вы НЕ знаете свой логин/пароль, то в письме на email educa@isu.ru укажите в качестве темы "Не знаю логин/пароль" . В теле письма обязательно укажите свои ФИО и учебное подразделение . Письма без указания этих данных обрабатываться не будут.

Основным является сессионный cookie, обычно называемый MoodleSession. Вы должны разрешить использование этого файла cookie в своем браузере, чтобы обеспечить непрерывность и оставаться в системе при просмотре сайта. Когда вы выходите из системы или закрываете браузер, этот файл cookie уничтожается (в вашем браузере и на сервере).

Другой файл cookie предназначен исключительно для удобства, его обычно называют MOODLEID или аналогичным. Он просто запоминает ваше имя пользователя в браузере. Это означает, что когда вы возвращаетесь на этот сайт, поле имени пользователя на странице входа в систему уже заполнено для вас. Отказ от этого файла cookie безопасен - вам нужно будет просто вводить свое имя пользователя при каждом входе в систему.

Некоторые курсы, возможно, открыты для гостей

Войти с использованием учетной записи:

Если у Вас непроизводительный компьютер и долго загружается видео на этой странице, Вы можете уменьшить размер окна браузера. При достаточном уменьшении видео скроется, вместо него будет отображаться картинка с административным корпусом университета.

24.05.2018

Среди множества факторов, оказывающих влияние на жизнедеятельность всех растительных организмов и сельскохозяйственных культур в частности, одним из первоочередных по значимости является солнечная энергия. Питательные вещества, достаточное количество воздуха и влаги не могут в полной мере обеспечить гармоничное развитие растений. Именно фотоны, частицы света, являются энергетическим источником осуществления фотосинтеза – наиважнейшего процесса, происходящего в растениях, в результате которого из углекислого газа, воды и минеральных веществ образуются органические соединения.

Кроме того, растения используют солнечный свет как источник информации. Так, соотношение продолжительности ночного и дневного периода служит для большинства растительных организмов ориентиром в этапах их развития (начало вегетации, цветения, периода покоя и т. п.). Такая реакция растений на длину дня и ночи, известная как фотопериодизм, позволяет культурам выбирать наиболее оптимальное время для осуществления каждой фазы своей жизнедеятельности. Правильно используя в агротехнологиях эту особенность, можно регулировать начало некоторых стадий (например, цветения) с целью их ускорения или отсрочки, в зависимости от требуемых обстоятельств.

Недостаточность или отсутствие освещения очень пагубно сказываются на развитии культур по причине деактивации процесса фотосинтеза и, как следствие, ограниченного образования органических веществ. В результате растения вырастают слабыми, и у них наблюдаются различные дефекты роста и развития: вытянутость побегов и междоузлий, бледная окраска зеленой массы, уменьшение размеров листьев, скудность цветообразования или полное отсутствие цветения, пожелтение и опадание нижних листьев и т. д. Хронический дефицит солнечной энергии приводит к гибели растений.

Культуры могут испытывать недостаток света при короткой продолжительности светового дня, а также при недостаточной интенсивности самого освещения. По требовательности к освещению растения делятся на светолюбивые (гелиофиты), теневыносливые (сциогелиофиты) и тенелюбивые (сциофиты). К первой группе относятся культуры, которые хорошо растут и развиваются под действием прямых солнечных лучей или яркого рассеянного света, а на уменьшение продолжительности и интенсивности освещения реагируют негативно. Как правило, это растения южных регионов, где солнечная активность позволяет им получать не менее 10 – 12 тысяч люксов за год. В эту категорию входят большинство огородных культур и плодоносящих деревьев, цитрусовые, пальмы, суккуленты, бугенвиллия, жасмин, гибискус, гардения, пассифлора, розы и пр.

Часть растений, приспособленных как к рассеянному освещению, так и к периодическому или частичному затенению, образуют группу теневыносливых культур. Их потребность в свете находится в диапазоне от 5 тыс. до 10 тыс. люксов. К теневыносливым относятся многие плодово-ягодные кустарники, а также фенхель, хрен, эстрагон, мята перечная, розмарин, базилик и др. Тенелюбивые – это нетребовательные к освещению растения, предпочитающие затененные участки и болезненно реагирующие на прямые солнечные лучи. Необходимое количество солнечного света для них ограничивается 2,5 тыс. – 4 тыс. люксов в год. К представителям тенелюбивых культур причисляют лимонник, актинидию коломикту, некоторые сорта земляники садовой, салата, мяты, ландыш, барвинок и др.

Не только интенсивность светового потока оказывает огромное влияние на жизнедеятельность растений. Также культуры очень чувствительны и к продолжительности освещения. В зависимости от этой реакции различают растения длинного дня, для которых требуется световой период не менее 12 – 18 часов в сутки (пшеница, рожь, лен, ячмень, овес, чечевица, горох, мак, свекла и др.) и растения короткого дня, довольствующиеся солнечным светом в течение 8 – 12 часов (кукуруза, просо, соя, фасоль, табак, хлопчатник и пр.). С помощью укорачивания или удлинения осветительного периода можно регулировать начало и продолжительность фаз жизнедеятельности (вегетацию, цветение, плодоношение) растений. У культур, входящих в группу растений короткого дня, сокращение осветительного периода вызывает ускорение перехода от вегетативной стадии развития к репродуктивной. Обратная реакция наблюдается у растений длинного дня: более продолжительный осветительный период стимулирует более раннее вступление в фазу цветения.

Путем длительных экспериментов и наблюдений ученым удалось установить, что определенные диапазоны солнечного спектра по-разному воздействуют на растения, а с помощью правильно подобранного спектрального освещения можно стимулировать увеличение урожайности культур на 30%. Для определения качества света, получаемого растениями, необходимо знать и его спектральный состав, т. е. соотношение лучей с разной длиной волны.

Наименьшую роль в жизнедеятельности культур играют лучи желтого (длина волн 490 – 565 нм) и зеленого (длина волн 565 – 600 нм) спектра, что учитывается при выращивании урожаев в условиях искусственной освещенности (в теплицах, оранжереях, зимних садах и пр.).

На данном уроке будет рассмотрено, как происходит образование питательных веществ и кислорода в растении, как осуществляется дыхание растений. На уроке также раскрывается различие и взаимосвязь процессов дыхания и образования питательных веществ. Данный урок содержит большое количество анимаций и опытов, что позволяет сделать его более информативным, увлекательным и повысить эффективность учебного процесса.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Дыхание и питание растений"

Здравствуйте ребята! Меня зовут профессор Колбочкин! Очень много своего времени я провожу в своей любимой лаборатории, ставлю различные опыты и эксперименты. И сегодня на уроке я помогу вам узнать, как происходит дыхание и питание растений.

Вы уже знаете, что растение – это живой организм. Значит, для него, как и для всех других живых организмов характерно питание, дыхание, рост, развитие, размножение, старение и гибель.

Растение – живой организм

Растениям для жизни необходима вода, минеральные вещества и воздух. Все эти вещества растения получают из окружающей среды с помощью своих органов. Корень поглощает из почвы воду. Вместе с водой в растение поступают растворённые в ней минеральные вещества. Убедиться в этом нам поможет опыт.

У комнатного растения срежем стебель на высоте 10 сантиметров и на пенёк наденем короткую резиновую трубку, которая соединяет его со стеклянной трубкой. Если почву в горшке полить водой, то вода начинает подниматься по трубке и вытекать из неё. Этот опыт доказывает нам, что корень поглощает из почвы воду с минеральными веществами, которая далее поднимается вверх по растению во все его органы.

Растения получают вещества не только из почвы, но и из воздуха.

С помощью опытов, я и другие учёные установили, что зелёные листья поглощают из воздуха углекислый газ. Под действием солнечного света из углекислого газа и воды в листьях образуются органические вещества – сахар и крахмал, и выделяется кислород. Сначала из углекислого газа и воды образуется сахар. Затем сахар превращается в крахмал и наоборот. Из листьев органические вещества поступают во все органы растения. Они используются растением для различных целей: идут на построение его тела, необходимы для питания, используются при прорастании семян. Часть органических веществ не расходуется и откладывается в запас. Например, у яблони питательные вещества накапливаются в плодах, у моркови в корнеплодах (утолщённых корнях), а у картофеля в клубнях.

Подтвердим это опытом. Возьмём клубень картофеля и разрежем его. Капнем на срез несколько капель раствора йода. Срез картофеля окрасится в сине-фиолетовый цвет. Как известно, от йода крахмал синеет. Значит, можно сделать вывод, что различные органы растения, например клубни картофеля, содержат крахмал.

Кроме сахара и крахмала в зелёных листьях под действием света образуется газ кислород. Он выделяется из листьев в воздух, и необходим всем живым организмам, в том числе и человеку для дыхания. Убедимся в этом с помощью опыта.

Возьмём две ёмкости, опустим в них горшок с растениями и закроем их. Поставим одну ёмкость с растением на яркий свет, вторую - в темноту, например, в тёмный шкаф. Через сутки откроем ёмкости, опустим в них горящие лучинки. В первой - лучинка не гаснет, а продолжает ярко гореть. Значит, в этой ёмкости появился какой-то газ, поддерживающий горение. Поддерживает горение только кислород. Зелёные листья растения выделили кислород. Опущенная во вторую ёмкость горящая лучинка потухнет. Значит, зелёные растения выделяют газ кислород и только на свету.

Листья растений испаряют воду. Проведём небольшой эксперимент. Наклоним ветку с листьями и, не отрезая её от растения, поместим в стеклянную колбу. Горлышко колбы закроем ватой. Через некоторое время стенки колбы покроются капельками воды. Её испарили листья.

Можно определить количество воды, испаряемой растением. Возьмём три пробирки, нальём в них одинаковое количество воды, в две пробирки на поверхность воды нальём масло. Оно покроет воду и не даст ей испаряться с поверхности. Срежем ветку с листьями какого-нибудь растения и поставим в третью пробирку. Уже через сутки воды в пробирке без масла станет меньше, так как часть её испарится. В третьей пробирке воды станет меньше всего. Значит, вода поднялась вверх по растению и испарилась через листья.

Разные растения испаряют разные количества воды. Одно можно сказать точно, так это то, что растения испаряют очень много воды. Для примера одно растение подсолнечника испаряет за день от 3 до 4 стаканов воды, капуста – 5 стаканов, а берёза в жаркий день испаряет до 6 вёдер воды.

Чем крупнее листья растений, чем больше их поверхность, тем больше испаряется воды. В этом легко убедиться, проделав следующий опыт. Поставим в две одинаковые пробирки с водой по одной веточке комнатного растения с мелкими и крупными листьями. Уровень воды быстрее понизится в пробирке, в которой находится ветка с крупными листьями.

Испарение играет в жизни растений большую роль. Ярко освещённые солнцем листья сильно нагреваются. При испарении листья охлаждаются и растение не перегревается. Испарение помогает передвижению воды в растении. Благодаря испарению листьями вода поступает через корни по стеблю в листья. А вместе с ней передвигаются и растворённые в ней питательные вещества.

Растения, как и все другие живые организмы, дышат. При дыхании они поглощают из окружающей среды кислород и выделяют углекислый газ. Дыхание происходит у растений круглые сутки — и на свету, и в темноте.

Если дыхание прекращается, растение гибнет. Дышат все органы растения. Убедиться, что все органы растения дышат, можно, поставив опыт.

Возьмём три прозрачные ёмкости. В одну из них поместим прорастающие семена гороха. Во вторую ёмкость положим корнеплод моркови. В третью ёмкость поместим свежесрезанный стебель растения с листьями. На следующий день опустим в каждую из ёмкостей горящую лучинку. Лучинки гаснут, потому что в процессе дыхания органы растения поглотили кислород из воздуха, и выделили большое количество углекислого газа, который не поддерживает горение. Для дыхания необходим кислород.

Проведём опыт. В две стакана с водой поместим растения. Нальём во второй стакан масло, которое покроет всю поверхность воды плёнкой. Спустя некоторое время растение во втором стакане погибнет, так как через слой масла к корням не поступает кислород. Растения поглощают при дыхании значительно меньше кислорода, чем выделяют его при образовании питательных веществ. Благодаря этому днём растения обогащают атмосферу кислородом и поглощают из неё выделяемый всеми живыми организмами углекислый газ.

Подведём итог. Растения – это живые организмы. Для них, как и для всех живых организмов характерно питание и дыхание. Всё необходимое для жизни – воду, минеральные вещества и воздух, растения получают из окружающей среды с помощью своих органов. На свету зелёные листья поглощают из воздуха углекислый газ. Под действием солнечного света из углекислого газа и воды в листьях образуются органические вещества – сахар и крахмал, которые являются основной пищей растений. Вместе с питательными веществами образуется кислород. Растения выделяют его в воздух. Кислородам дышат животные, люди и сами растения. Если бы на Земле не росли растения, в воздухе совсем бы не было кислорода!

При дыхании растения поглощают из окружающей среды кислород и выделяют углекислый газ. Дыхание происходит у них круглые сутки — и на свету, и в темноте.

Читайте также: