Смородина поглощает углекислый газ из воздуха
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
Лидерами стали осина и береза, на третьем месте — дуб. Следом за ними расположились хвойные породы
Специалисты Рослесинфорга сформировали рейтинг пород деревьев, которые лучше всего поглощают углерод. Первое место заняла осина, второе — береза, а на третьем оказался дуб. Их доля в лесах России составляет около 30%, сообщили в пресс-службе ведомства.
Наиболее интенсивными поглотителями оказались лиственные древесные породы: осина — до 3,6 т СО2 в год/га; береза — до 3,3 т СО2 в год/га и дуб — до 3,2 т СО2 в год/га. За ними расположились хвойные древесные породы: сосна – до 2,4 тонн СО2 в год/га; ель и пихта – до 2 тонн СО2 в год/га; кедр – до 1,8 тонн СО2 в год/га; лиственница – до 1,8 тонн СО2 в год/га.
В Рослесинфорге отметили, что для повышения поглощающей способности лесов при проведении мероприятий по лесовосстановлению и лесоразведению необходимо использовать быстрорастущие породы деревьев, создавая смешанные леса с преобладанием лиственных пород. При этом нужно соблюдать баланс между хозяйственно-ценными породами и породами, нейтрализующими парниковый эффект.
Согласно государственной инвентаризации лесов, общие запасы древесины равны 112 млрд кубометров. Ежегодно леса России поглощают до 1,6 млрд тонн СО2. Больше всего накопили углерода сибирские леса — там хранится порядка 13,8 млрд тонн. На втором месте российская часть Дальнего Востока — 10,8 млрд тонн, а на третьем — Северо-Западный федеральный округ, где скопилось около 5,8 млрд тонн.
Чтобы в листе образовался крахмал, необходимо сочетание нескольких условий: достаточное количество света, воды и углекислого газа.
№ 2. Какой опыт можно провести, чтобы доказать, что для образования крахмала в листьях необходим свет?
Для опыта можно взять фиалку. На один листик растения нанесем трафарет или положим просто кусочек бумаги и выставим на свет, например, на подоконник или хорошо освещённую дневным светом полку. Через несколько дней уберем трафарет или кусочек бумаги, срежем экспериментальный листочек и капнем несколько капель йода на него. Участки, которые освещались, приобретут фиолетовый цвет, что говорит о том, что там образовывался крахмал.
№ 3. Почему раствор йода не окрашивает в синий цвет белую каёмку листа герани окаймлённой?
Потому что йод способен окрасить в синий цвет крахмал, который содержится в клетках с зелёным пигментом - хлорофиллом. В белой каёмке листа герани окаймлённой этот пигмент отсутствует.
№ 4. Из каких веществ образуется сахар в зелёных листьях растений?
Из воды и углекислого газа.
№ 5. Какой опыт показывает, что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород?
Можно провести такой опыт в темноте с зажженной свечой. Для этого под огнеупорную стеклянную емкость поставить растение и свечу. При свете дня свеча будет гореть долгое время, потому что от фотосинтезирующего растения есть доступ кислорода. В темноте свеча погаснет быстрее, потому что в таких условиях растение не будет выделять кислород, а только углекислый газ.
Стр. 91
№ 1. Можно ли утверждать, что строение листа приспособлено к осуществлению фотосинтеза?
Да, лист полностью приспособлен к поглощению солнечного света, воды. Его площадь позволяет улавливать больше света, ведь листовая пластина располагается под прямым углом, а хлоропласты, которые отвечают за максимальное улавливание света, сосредоточены на ее верхней поверхности. Наличие устьиц, открывание которых регулируют замыкающие клетки, обеспечивает газообмен растения.
№ 2. Как вы думаете, выделяют ли кислород водные растения?
Я думаю, что водные растения тоже выделяют кислород, который поступает в воду и используется для дыхания всеми обитателями водоемов.
Стр. 91
Составьте план параграфа.
Что такое фотосинтез?
Необходимость фотосинтеза в природе.
Значение фотосинтеза для растений.
Стр. 91
Задания для любознательных
№ 1. Попробуйте получить какое-либо изображение на листе примулы, пеларгонии или другого комнатного растения, воспользовавшись описанием опыта в этом параграфе.
№ 2. Соберите прибор, показанный на рисунке 70. В банку налейте воду, насыщенную углекислым газом. Поставьте банку на яркий свет. Наблюдайте за выделением газа веточками элодеи. Когда газ полностью вытеснит воду из пробирки, убедитесь с помощью горящей лучинки, что этот газ — кислород. Сделайте вывод.
Водные растения также способны выделять кислород, который в природе используется водными обитателями для дыхания.
Несмотря на огромное разнообразие организмов, способных вырабатывать ферменты для превращения диоксида углерода в органические соединения, до сих пор еще никому не удавалось использовать эту возможность для преобразования СО2 в биотопливо или возобновляемые источники для получения ценных химических веществ. Слишком высокая концентрация углекислого газа в атмосфере – это серьезная проблема, но некоторые ученые рассматривают ее как возможность.
Команда исследователей из Института земной микробиологии Общества Макса Планка в Марбурге, Германия, разработала для растений новый высокоэффективный метод переработки СО2. Он основывается на новом ферменте для связывания углерода, благодаря которому этот процесс может гипотетически идти в 2-3 раза быстрее.
Растения и водоросли вполне неплохо справляются с тем, чтобы уменьшить количество углекислого газа в атмосфере. Ежегодно они потребляют около 350 миллиардов тонн СО2 во всем мире. Почти все растения делают это с помощью одного и того же химического процесса, ряда химических реакций, называемых циклом Кальвина.
Цикл Кальвина представляет собой набор молекулярных превращений, в процессе которых три простых атома молекулы СО2 медленно преобразуются в глюкозу, сложный сахар. Этот способ достаточно хорошо отлажен эволюцией, но ученые нашли способ его улучшить.
Успешное завершение цикла Кальвина зависит от конкретного молекулярного инструмента – рибулозобисфосфаткарбоксилаза (RuBisCO) – фермента, который захватывает СО2 из атмосферы и формирует крупную молекулу, чтобы начать превращение. Проблема в том, что RuBisCO делает это относительно медленно. Кроме того, каждая пятая попытка RuBisCO зафиксировать CO2 приводит потерям углерода из цикла Кальвина и снижает эффективность фотосинтеза.
Биохимики во главе с Тобиасом Эрбом разработали в пробирке цикл поглощения углерода, во многом схожий с циклом Кальвина. Главное отличие нового способа заключается в том, что в нем используются более быстрый и эффективный молекулярный инструмент – фермент ECR, который выполняет ту же работу, что и RuBisCO, только, примерно, в 9 раз быстрее. Эрб назвал этот процесс циклом CETCH. Помимо фермента ECR, ученые путем секвенирования и синтеза вывели еще 16 катализаторов из 9 различных организмов для CETCH цикла.
Цикл CETCH превращает переносимый по воздуху СО2 в глиоксилат за 11 шагов. На каждом этапе требуется фермент, трансформирующий молекулы. Каждый из таких ферментов был тщательно отобран из 40 тысяч известных катализаторов. Некоторые из них обнаружились в организме человека и кишечных бактериях, другие взяли из растений и микробов, обитающих в Мировом океане.
Эрб и его коллеги проверили CETCH цикл в своей лаборатории. Они соединили все добытые катализаторы с некоторым количеством химического топлива и подсчитали, сколько углекислого газа было изъято из воздуха. Они обнаружили, что их цикл на 25% эффективнее, чем цикл Кальвина в растениях и водорослях. CETCH преобразует диоксид углерода в органические молекулы со скоростью 5 нмоль СО2 в минуту на миллиграмм белка.
Ободренный успешным восстановлением синтетической ферментативной сети в пробирке, которая, к тому же, может конкурировать с природными циклами, Эрб открывает сразу несколько дверей для использования технологии CETCH. Если ввести синтетические ферменты в живой организм, цикл CETCH поддержит естественный фотосинтез. В конце концов, он же может послужить толчком разработки самодостаточного, полностью синтетического углеродного обмена веществ в бактериальных и водорослевых системах.
Эрб отмечает, что на этом этапе очень трудно спрогнозировать, насколько быстрым будет синтезированный CETCH по сравнению с циклом Кальвина, который работает в живых организмах. Но поскольку он проходит меньшее количество этапов и его ферменты быстрее, ученые ожидают ускорения в два или три раза. В конечном итоге он может оказаться немного медленнее, чем цикл Кальвина. Ученые просто не знают этого наверняка, пока.
Хотя глиоксилат, который получается в ходе цикла CETCH во многом бесполезен сам по себе, его можно легко преобразовать в другое химическое вещество, пригодное для производства биотоплива или анитибиотиков.
Ученые надеются, что однажды цикл CETCH можно будет внедрить в живой организм с помощью методов генной инженерии. Однако это весьма непростая задача, для решения которой необходимо провести множество исследований. Сейчас команда Эрба не имеет ни малейшего представления о том, что произойдет, если их цикл разместить внутри системы живой клетки.
Сейчас в основе всей химической промышленности лежит использование ископаемого топлива. Пластмассы и текстиль, техника и антибиотики – все это производится с огромным количеством выбросов углекислого газа. Вместо того, чтобы обременять планету новыми выбросами, химическое производство могло бы активно бороться с изменением климата, создавая полезные продукты из CO2.
Растения, как все живые организмы, в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Газообмен у них происходит через устьица на листьях, а также через чечевички на стеблях и трещины в коре. Внутри тканей кислород следует по межклетникам, потом проникает в клетки. Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий жизни.
При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха и, следовательно, кислорода. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Ведь растения, так же как люди или животные, умирают без кислорода. Но у них потребность в кислороде меньше, чем у животных, и у них нет таких сложных органов дыхания.
Дыхание
Дыхание — это поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии (Рис.1).
Рис.1 Сравнение дыхания и фотосинтеза растений
| Дыхание | Признак | Фотосинтез |
| Кислород | 1.Поглощаемый газ | Углекислый газ |
| Углекислый газ | 2.Выделяемый газ | Кислород |
| Чечевички, устьица, кожица семян и т.д. | 3.Пути газообмена | Только через устьица |
| Во всех живых клетках | 4.В каких клетках происходит | Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл |
| Получение и использование энергии из питательных веществ на рост и развитие | 5.Роль в жизни растений | Запасание энергии света в виде питательных веществ |
Во время дыхания часть органических веществ расходуется. Например, прорастающее зерно теряет 3-10% сухого вещества. Чем более неблагоприятна oкружающая среда для прорастания, тем больше требуется питательных веществ и тем интенсивнее дыхание проростка. Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов растений. Подтвердим опытным путем поглощение прорастающим семенем кислорода и выделение им углекислого газа (Рис.2).
Рис.2 Поглощение кислорода и выделение углекислого газа прорастающими семенами (1-влажные семена, 2-сухие семена)
Возьмем 2 широкогорлые стеклянные банки и в одну из них положим проросшие семена гороха (20-30 шт.). В другую — столько же сухих, непроросших семян гороха. Банки плотно закрываем крышками и ставим в теплое место. Через неделю в банку с сухими семенами опустим горящую свечу. Свеча не потухнет, будет продолжать гореть. Поскольку дыхание сухих семян замедленное, за неделю они не успели поглотить весь кислород из воздуха в банке.
В банке с проросшими семенами свеча сразу же погаснет. Почему? Проросшие семена дышат интенсивно, поэтому они поглотили весь кислород в банке и насытили воздух углекислым газом. Во время набухания и прорастания семян и дальнейшего развития растений дыхание в тканях усиливается. Межклеточные воздушные пространства в тканях растений облегчают движение газов.
Влияние различных условий на дыхание растений
Интенсивность дыхания у разных частей растения неодинакова. Наиболее высока она у молодых быстро растущих органов и тканей. С окончанием периода активного роста растений дыхание их тканей ослабевает. Активнее дышат высокогорные и светолюбивые растения (по сравнению с теневыносливыми). Дыхание растений усиливается с повышением температуры, когда речь идет о потеплении. Но в зной оно ослабевает, а при 45-50°С почти прекращается. Таким образом, на дыхание растений влияют различные факторы.
1. Влияние воды.
Сухие семена (10-12% влаги) дышат очень слабо. Если содержание влаги в семенах достигает 33%, то дыхание усиливается, расход питательных веществ увеличивается, и семена начинают прорастать. Поэтому при хранении в зернохранилищах влажность зерна не должна превышать 12-14%. Только в таких условиях семена могут долго храниться.
2. Влияние температуры.
Чем выше температура окружающей среды, тем интенсивнее дышат семена. Даже зимой при температуре -20-25°С дыхание растений не прекращается, оно лишь замедляется. Дыхание семян прекращается при температуре +50°С. Зимой в клубнях картофеля, хранящегося при низкой температуре, дыхание замедляется.
3.Влияние света.
При наличии достаточной освещенности дыхание растений ускоряется. Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Если поместить молодые проростки в темное место, их дыхание немного замедлится.
4.Влияние воздуха.
Всему живому на Земле, кроме некоторых бактерий, необходим кислород. Мы дышим воздухом, в котором кислород находится в определенном соотношении с другими газами (азот, инертные газы, углекислый газ).
Когда в воздух попадают отходы промышленного производства, это соотношение изменяется, что может оказаться губительным для растений, животных и человека.
В последнее время можно часто слышать выражения озоновые дыры, и парниковый эффект. Эти явления связаны с состоянием воздушной оболочки Земли. Накопление вредных веществ в атмосфере оказывает отрицательное воздействие на все живое, и на растения в том числе. Их дыхание замедляется.
Какие же вещества загрязняют воздух?
Вот главные из них:
1.Углекислый газ, выделяемый всеми живыми организмами, обитающими на Земле.
2.Отходы производства и газы, выделяемые заводами и фабриками, прежде всего угарный газ, зола, сажа, пыль, копоть, дым.
3.Выхлопные газы автомобилей.
4.Ядовитые газы, выделяемые синтетическими веществами, созданными химическим путем.
5.Пылевые частицы ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве.
Рост и развитие растений в условиях загрязненной атмосферы замедляются.
Они быстро подвергаются различным вредным воздействиям. Таким образом, воздух необходим не только для надземных органов растений, но и для корней, находящихся в почве. Если не будет обеспечен достаточный приток воздуха к корням, их дыхание замедлится, и они погибнут. Если корни постоянно покрыты водой, они загниют. Корни обеспечивают всю надземную часть растения питательными веществами и водой. Без них само растение неминуемо погибнет.
Роль зеленых растений:
1.Создание органических веществ.
2.Поступление кислорода в атмосферу
3.Поддержание постоянного содержания углекислого газа.
4.Участие в создании почв.
Зеленые растения запасают энергию космического светила — Солнца в виде органических веществ, используемых живыми существами нашей планеты.
Дыхание — это процесс, происходящий во всех живых организмах: поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию. Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания, В целом, растения интенсивнее фотосинтезируют, чем дышат.
Растения не могут обходиться без углекислого газа точно так же, как и человек без кислорода. Без СО2 невозможен рост и развитие садовых культур.
Растения не могут обходиться без углекислого газа точно так же, как и человек без кислорода. Без СО2 невозможен рост и развитие садовых культур. Если кислород уходит в атмосферу, то углекислый газ именно к растениям, которые нуждаются в нем. В данной статье пойдет речь о том, какую роль играет углекислый газ в жизни растений , почему так важен для них СО2.
Растения поглощают из воздуха и почвы углекислый газ
Самая важная часть питания растений — углекислый газ, они воспроизводят органику из СО2 и воды, а человек окисляет ее обратно до СО2 и воды. Так происходи обмен: человек дает растениям углекислый газ, а они человеку – органику и кислород. Кислород, как и водород, растения получают в основном из воды. Миллионы лет на планете поддерживается разумный баланс упомянутых газов.
Но если растения дышат углекислым газом, а его катастрофически не хватает, как объяснить тогда буйное процветание растительного царства. Разве могли растения миллионы лет так рисковать своим выживанием? Например, высоко в горах, на Крайнем Севере? Не поспешил ли Климент Аркадьевич (Тимирязев.), приписав поглощение СО2 только листьям? Если не листьями – как добывают растения столько углерода? У Кузнецова нашелся логичный ответ и на эти вопросы.
Очевидно: вернуть углекислый газ для растений может только постоянный распад, окисление дерна или подстилки. Итак, источник СО2 – почва. Главный резервуар, хранитель СО2 – почвенная мульча.
Как растения дышат углекислым газом в почве
Азот – химический сосед, почти родич углерода. В воздухе его – не доли процента, а целых ¾. Но поглощается он только в виде растворов – аммония, нитратов и простой азотистой органики. Можно предположить: углерод также усваивается в виде растворов. И действительно, почва просто пропитана его растворами. Это сам растворенный углекислый газ, которым питаются растения, угольная кислота, карбонаты, простые сахара и всевозможные кислоты. И корни, поглощают СО и угольную кислоту – этот факт отражен еще в энциклопедии 60-х. Основной ли это способ добычи углерода?
По Тимирязеву, огромная площадь листьев нужна только и именно для поглощения углекислого газа из воздуха. Но ведь листовое испарение выкачивает почвенный раствор, добывая, таким образом, минералы. Значит, площадь листьев добывает из почвы и углекислые растворы. Чем больше он испарил и прокачал, тем большим будет поглощение углекислого газа этими растениями. Охлаждение листьев, добыча минералов, воды и углерода одновременно, сразу, одним усилием, с минимальными затратами – вот рациональность, свойственная природе. Именно так растения и должны жить.
Но сколько в почвенной воде СО2? Хватит ли его для фотосинтеза? А гидропоника – откуда там углекислый газ в растворе? Там же нет органики. А ведь растения растут.
Растут, и будут расти, потому что не существует прохладной воды, не насыщенной газами. Дождевые капли, еще не долетев до земли, превращаются в слабые растворы. Выпаренная дистиллированная вода (дистиллированная вода – химически чистая вода. Получается в дистилляторах путем простой конденсации пара на холодную поверхность.), оставленная открыто, уже через пару часов – раствор. А растворимость СО2 в 70 раз больше азотной, и в 150 – кислородной.
Поглощение углекислого газа растениями в почве
Известно, что добавка углекислого газа в воздух теплиц помогает в развитии растений, а значит, увеличивает урожаи. Об этом защищена масса диссертаций. И вот что они сообщают. Рост содержания СО2 вчетверо, до 0,12 %, усиливает фотосинтез вдвое и прибавляет четверть урожая. Подъем до 0,3 % – в десять раз – позволяет собрать полтора урожая. Дальнейшее насыщение воздуха СО до 1 % урожай не увеличивает. А выше 1,5–2 % урожай начинает резко падать: фотосинтез прекращается. Потому что после критического уровня (1,5 %) доля СО2 в воздухе уже такова, что вообще не дает ему выходить из цитоплазмы клеток. Корни качают углекислоту, а излишки девать некуда. Идет угроза отравления. И растение блокирует всасывание и прокачку растворов – замирает, пережидая стресс.
Как растения питаются углекислым газом в почве
Доказано, что диффузия, то есть взаимопроникновение у газов в 10 000 раз быстрее, чем у жидкостей. Так что устьица это очень эффективные отверстия.
Классик физиологии растений А. Л. Курсанов с помощью меченых атомов доказал: поглощенный корнями углерод очень скоро оказывается в сахарах листьев. Но его количество – в среднем 5 % от всего поглощенного.
Корни совсем не просто передают углерод листьям. Прямо в корнях идет синтез сахаров и аминокислот. Корни – самодостаточный синтезирующий орган. В питательном растворе они прекрасно могут расти и множиться сами, вообще без вершков.
Корни сами выделяют огромное количество и сахаров, и СО2. Сахарами они кормят своих ризосферных бактерий. А углекислого газа выдыхают до 40 % от всего почвенного.
Наконец, при содержании СО2 в почве более 1,5 % корни начинают задыхаться. Как оказалось, им намного важнее избыток кислорода. И это – своя тема, выросшая в целое направление: аэропонику.
Как бы там ни было, но принцип распада органической мульчи под растениями – верен, и именно его показывает нам природа.
Таким образом, влияние углекислого газа на развитие и продуктивность растений полностью подтверждено и доказано научно.
Читайте также: