Фотосинтез

К. А. Тимирязев писал:
«Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, солнечного свет и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно – он решит, что вы над ним смеётесь».
О чём говорил учёный?

«Природа поставила себе задачей уловить на лету притекающий на Землю свет, превратить эту подвижнейшую из сил природы в твердую форму и собрать ее в запас. Для этого она покрыла земную кору организмами, которые в течение своей жизни поглощают солнечный свет и превращают потребляемую таким образом силу в непрерывно нарастающий запас химической разности. Эти организмы - растения»
Роберт Майер

Основополагающий вопрос
Какова роль растений в биосфере?

Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.
Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90-95% сухого веса урожая. Остальные 5-10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы.
Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных и в виде топлива и строительных материалов.

Опорные точки урока
История изучения процесса фотосинтеза
Фотосистемы
Особенности строения листьев
Строение хлоропластов
Фазы фотосинтеза
- световая фаза
- темновая фаза
Общая схема фотосинтеза
Влияние на скорость фотосинтеза различных факторов
Значение фотосинтеза

Основные понятия урока
Фотосинтез
фотосистема
Хлоропласты
Тилакоиды
Граны
Строма
Ламеллы
Световая фаза
Темновая фаза
Фосфорилирование
Цикл Кальвина

В чём заключается
суть опыта
Д. Пристли
(18 августа 1772 год)?
В чём заключается суть опыта Ван Гельмонта?

История изучения процесса фотосинтеза
Ян ван Гельмонт. XVII век. Эксперимент по выращиванию ивы в кадке. Вывод: растение образует все вещества из воды.
Мерчелло Мальпиги. 1667 год. Растение перестает развиваться, если у проростков тыквы оборвать первые зародышевые листочки. Вывод: под действием солнечных лучей в листьях растений происходят какие-то преобразования и испаряется вода.

История изучения процесса фотосинтеза
Джозеф Пристли. 1772 год. Знаменитый опыт со свечой и мятой. Вывод: растение улучшает воздух и делает его пригодным для дыхания и горения. Первое предположение о роли света в жизнедеятельности растений.

История изучения процесса фотосинтеза
Жан Сенебье. 1800 год. Установил, что листья разлагают углекислый газ под действием сол-нечного света.
Вторая половина XIX века. Получена спирто-вая вытяжка зеленого цвета с сильной крова-во-красной флюоресценцией. Это вещество названо хлорофиллом.
Роберт Майер. Вывод: количество отлагающе-гося в растениях углерода должно зависеть от количества падающего на растение света.

История изучения процесса фотосинтеза
Климент Аркадьевич Тимирязев.
Исследовал влияние различных участков солнечного света процесс фотосинтеза.
Вывод: процесс фотосинтеза идет интенсивно в красных лучах; интенсивность фотосинтеза соответствует поглощению света хлорофиллом; усваивая углерод, растение усваивает и солнечный свет, переводя его энергию в энергию органических веществ.
Лондонское королевское общество.1903 год.
Лекция «Космическая роль растений»

Фотосистемы
Фотосистема – I. Фотосинтезирующие бактерии.
СО2 + 2Н2S + световая энергия (СН2О)+Н2О+2S
Фотосистема – II. От сине-зеленых водорослей до настоящих растений.
СО2 +2Н2О +световая энергия (СН2О) +Н2О+О2

Особенности строения листьев
Плоские, широкие, большая поверхность
Эпидермис – бесцвет-ный защитный слой с устьицами
Тонкостенные клетки ассимиляционной тка-ни
Сосудисто-волокнистые пучки

1. Растение обильно полить.
2. На 2 – 3 дня поставить в тёмный шкаф.
3. Проверить есть ли в листьях крахмал:
срезать лист и опустить на 2 – 3 мин. в кипяток, затем в горячий спирт.
4. Залить лист слабым раствором
иодной пробы.
ВЫВОД: Окраска листа не изменилась, или приобрела бледно – жёлтый цвет.
5. Покрыть лист с обеих сторон плотной бумагой.
6. Растение выставить на солнечный или электрический свет.
7. Через сутки повторить опыт
ВЫВОД: Лист окрасился в фиолетовый (тёмно – синий) цвет, кроме участка листа, который был накрыт бумагой. Значит крахмал образовался только в той части листа, которая была освещена.

Что необходимо для фотосинтеза?
Н2О с минеральными веществами
Е солнца
СО2
хлорофилл

Строение хлоропластов
Двумембранные органоиды
Внутренняя часть строма
Тилакоиды – мембраные компоненты, образу-ющие граны
Ламеллы (одиночные тилакоиды) соединяют граны
У высших растений эллиптической формы
В зависимости от освещенности меняют свое положение

тилакоид
грана
строма
Хлоропласт
хлорофилл
наружная и внутренняя мембрана

Виды хлорофилла
Наиболее распространены хлорофиллы а, b
Хлорофилл а – желто-зеленая окраска, поглощает свет наиболее интенсивно в красном и ультрафиолетовом спектрах. Имеется у всех растений.
Хлорофилл b – сине-зеленого цвета поглощает энергию в фиолетовом спектре, значительно меньше в красном. Встречается у высших растений и зеленых водорослей.
Хлорофилл с – зеленой окраски есть у бурых и некоторых одноклеточных водорослей.

Фазы фотосинтеза
- световая фаза

Протекающие реакции
Разложение воды под действием энергии света
Образование водорода и выделение свободного кислорода
Накопление энергии в результате синтеза АТФ
Связывание водорода с переносчи-ком

Фазы фотосинтеза. Темновая фаза

ТЕМНОВАЯ фаза
Место:
строма
Цикл Кальвина
6
5
4
7
8
9
10
11
12
13
3
1
2
РИБФ
СО
2
2АТФ
Н
НАДФ
2
АТФ
глюкоза
2НАДФ
АДФ
крахмал
целлюлоза
белки
липиды
полимеризация
На образование С6Н12О6
необходимо 6 оборотов
цикла Кальвина:
6СО2, 12 Н, 18АТФ
2АДФ
Цикл Кальвина
+

Протекающие реакции
Фиксация углекислого газа
Восстановление углекислого газа водородом
Синтез глюкозы за счет энер-гии АТФ

Общая схема фотосинтеза

Влияние на скорость фотосинтеза различных факторов
Длина световой волны
Степень освещенности
Концентрация углекислого газа
Температура
Вода

Значение фотосинтеза
«..
Значение фотосинтеза
Используется 1% падающей энергии, продуктивность около 1 г на 1 кв. м.
Выделяется кислорода при фотосинтезе в 20-30 раз больше, чем поглощается при дыхании.
Без фотосинтеза запас кислорода был бы израсходован в течение
3 000 лет.

РОСЯНКА
Все ли растения способны к фотосинтезу?

Саррацерия пурпурная

Венерина мухоловка
(Dionaea muscipula) - насекомоядное растение, способное питаться с помощью фотосинтеза, встречается в районах песчаных кустарниковых болот в прибрежной части Северной и Южной Каролины. Частые в этих местах пожары уничтожают конкурирующие с мухоловкой растения и приводят к дефициту азота в почве.
А венерина мухоловка, обладая уникальным приспособлением
для ловли насекомых, получает дополнительный источник
незаменимых питательных веществ (главным образом азота и
фосфора), которых лишены растения,
добывающие их из почвы.

НЕПЕНТЕС