Работа по теме: «Солнце. Жизнь. Хлорофилл»

Муниципальное общеобразовательное учреждение Телешовская основная общеобразовательная школа

Солнце. Жизнь. Хлорофилл.

Выполнил

ученик 9 класса

Обрынин Дмитрий

Руководитель

учитель биологии

Ментюкова Наталия Алексеевна

2009год

Содержание

1. Введение

3

1.1Актуальные проблемы

3

1.2Задачи реферата.

3

2.Теоретическое положение обсуждаемой проблемы

4

2.1.История открытия фотосинтеза.

4

2.2.Процессы, происходящие в листе

5

2.3.Хлоропласты

7

2.4.Хлорофилл

8

2.5.Современные представления о фотосинтезе

9

2.6.Фотосинтез и урожай

10

2.7.Значение фотосинтеза в природе

11

3.Практические аспекты:

Приспособления растений к фотосинтезу

12

4.Результаты работы

15

5.Заключение

16

6. Источники информации:

17

Актуальность

«Солнце, жизнь, и хлорофилл» - это название книги К.А. Тимирязева о процессе фотосинтеза. Я выбрал такую тему, потому, хочу больше узнать об этом уникальном процессе, благодаря которому существует весь органический мир на нашей планете, поддерживается состав среды, необходимый для обитания всех живых организмов. Этот процесс способствует предохранению поверхности Земли от парникового эффекта и образованию защитного озонового экрана. В результате него образуются органические вещества, и он единственный снабжает кислородом атмосферу.

Цель работы: Изучить процесс фотосинтеза

Задачи:

• познакомиться с историей открытия фотосинтеза;

• изучить строение хлоропластов и хлорофилла и современное представление о фотосинтезе:

• Выяснить, какие особенности строения растения свидетельствуют о приспособленности его к процессу фотосинтеза.

История открытия фотосинтеза

В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы. Проверить эту точку зрения взялся в начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт. Он взвесил землю в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил землю и взвесил её и растение. Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков - растения получают питательные вещества, прежде всего, не из почвы, а из воды. На два столетия в науке утвердилась теория водного питания растений. Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу.

К самому неожиданному, но правильному предположению о воздушном питании растений ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он поставил опыт, в результате которого он сделал вывод: растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет. Десять лет спустя, учёные поняли, что растение не просто превращаетуглекислый газ в кислород. Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями). Воздушное питание растений называется фотосинтезом. Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве побочного продукта. В 1852 году немецкий ботаник Юлиус Сакс с помощью опытов доказал, что растение не только выделяет кислород, но и создаёт органические вещества. Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса

Процессы, происходящие в листе

Лист осуществляет три важных процесса - фотосинтез, испарение воды и

газообмен. В процессе фотосинтеза в листьях из воды и двуокиси углерода под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в результате фотосинтеза и дыхания, растение выделяет кислород и двуокись углерода, а ночью - только двуокись углерода, образующуюся при дыхании.

Большинство растений способно синтезировать хлорофилл при слабом освещении.

При прямом солнечном освещении хлорофилл синтезируется быстрее.

Необходимая для фотосинтеза световая энергия в известных пределах поглощается тем больше, чем меньше затемнен лист. Потому у растений в процессе эволюции выработалась способность поворачивать пластину листа к свету так, чтобы на нее падало больше солнечных лучей. Листья на растении располагаются так, чтобы не притеснять друг друга.

Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза служат

преимущественно красные лучи спектра. В хлоропластах вместе с хлорофиллом имеются пигменты каротин и ксантофилл.

Оба этих пигмента поглощают синие и, отчасти, зеленые лучи и пропускают

красные и желтые. Некоторые ученые приписываю каротину и ксантофиллу роль экранов, защищающих хлорофилл от разрушительного действия синих лучей. Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть

которых протекает с поглощением световой энергии, а часть - в темноте.

Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки.

Фотосинтез при различных условиях протекает с разной интенсивностью.

Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растения.

Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.

Обычное содержание углекислоты в воздухе составляет 0,03% по объему.

Уменьшение содержания углекислоты в воздухе снижает интенсивность

фотосинтеза. Повышение содержания углекислоты до 0,5% увеличивает

интенсивность фотосинтеза почти пропорционально. Однако при дальнейшем повышении содержания углекислоты, интенсивность фотосинтеза не возрастает, а при 1% - растение страдает.

Процесс фотосинтеза и постоянное протекающее дыхание живых клеток листа требуют газообмена между внутренними тканями листа и атмосферой. В процессе фотосинтеза из атмосферы поглощается углекислый газ и выделяется кислород.

Применение изотопного метода анализа показало, что кислород, возвращаемый в атмосферу (¹⁶О) принадлежит воде, а не углекислому газу воздуха При дыхании живых клеток (окисление свободным кислородом органических веществ внутри клетки до углекислого газа и воды) необходимо поступление из атмосферы кислорода и возвращение углекислоты. Этот газообмен также в основном осуществляется через

устьичный аппарат.

Хлоропласты

У наземных растений специальным органом фотосинтетической деятельности служит лист, где локализованы специализированные структуры клетки - хлоропласты, содержащие пигменты и другие компоненты, необходимые для процессов поглощения и преобразования энергии света в химический потенциал. Кроме листа функционально активные хлоропласты присутствуют в стеблях растений, черешках, остях и чешуях колоса и даже в освещаемых корнях ряда растений. Однако именно лист был сформирован в ходе длительной эволюции как специальный орган для выполнения основной функции зеленого растения - фотосинтеза, поэтому анатомия листа, расположение хлорофиллсодержащих клеток и тканей подчинены наиболее эффективному течению процесса фотосинтеза.

Хлоропласты имеют наиболее высокую степень организации внутренних мембранных структур по сравнению с другими органоидами клетки. В клетках высших растений имеют форму двояковыпуклой линзы. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом. Группа тилакоидов, уложенных стопкой, называется граной. В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические ферменты и пигменты. Главный фотосинтетический пигмент - хлорофилл. По степени упорядоченности структур хлоропласты можно сравнить только с рецепторными клетками сетчатки глаза, также выполняющими функцию преобразования световой энергии.

Хлорофилл

Хлорофилл состоит из атомов углерода и азота, соединённых в сложное кольцо в центре с атомом магния. Существуют 4 вида хлорофилла. Хлорофилл поглощает красные и синие лучи света.

Современные представления о фотосинтезе

В настоящее время известно, что фотосинтез проходит две стадии, но только

одна из них - на свету. Доказательства двухстадийности процесса впервые были получены в 1905 году английским физиологом растений Ф.Ф. Блэклином, который исследовал влияние освещенности и температуры на объем фотосинтеза.

На первой стадии фотосинтеза (световые реакции) энергия света используется для переносчиков электронов. На второй стадии фотосинтеза (темновые реакции) энергетические продукты, образовавшиеся в световых реакциях, используются для восстановления СО₂ до простого сахара (глюкозы).

Обобщенно схема фотосинтеза выглядит следующим образом:

_свет

6СО₂ + 12Н₂О = C₆H₁₂O₆ + 6Н₂О + 6О₂

Два процесса фотосинтеза выражаются отдельными уравнениями

_свет

12Н₂О = 24H+ 6О₂ + энергия АТФ

(световой процесс)

24H + 6СО₂ + энергия АТФ = С₆Н₁₂О₆ +6Н₂О

(темновой процесс)

Процесс фотосинтеза все больше и больше привлекает к себе внимание ученых. Наука близка к разрешению важнейшего вопроса - искусственного создания при помощи световой энергии ценных органических веществ из широко распространенных неорганических веществ. Проблема фотосинтеза усиленно разрабатывается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами. Недавно синтезирована молекула хлорофилла

Фотосинтез и урожай

Фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей планете. Он - важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Хотя возможности воздействия на него еще не велики, но все же и они, в какой то мере используются. При повышении концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (против 0,3% в естественной атмосфере) удалось, например, повысить урожайность огурцов и томатов втрое. В овощных хозяйствах листовые овощи рекомендуют собирать вечером, когда образовавшиеся органические вещества не ушли из листа.

Слекционно-генетические и агротехнических работ, проводимых в мировой сельскохозяйственной практике. говорят о том, что до определенных пределов размер урожая находится в тесной связи с размерами площади листьев, длительностью и интенсивностью их работы. Однако по мере увеличения плотности посевов усиливается взаимное затенение листьев, снижается их освещенность, ухудшается вентиляция посевов, затрудняется поступление к листьям углекислого газа. В результате фотосинтетическая активность растения снижается.

Значение фотосинтеза в природе

Фотосинтез - единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее

свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах

фотосинтеза энергия - основной источник энергии для человечества.

Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн

органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода. Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО₂, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта». Квадратный метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует около одного грамма сахара; это значит, что все растения, по приблизительнойоценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в год. Около 60% этого количества поглощают леса, занимающие 30% непокрытой льдами поверхности суши, 32% - окультуренные земли, а оставшиеся 8% - растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков. Зеленое растение способно не только использовать углекислый газ и создавать сахар, но и превращать азотные соединения, и соединения серы в вещества, слагающие его тело. Через корневую систему растение получает растворенные в почвенной воде ионы нитратов и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты - основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также возникают из соединений, образующихся в процессах обмена веществ и энергии. Из жирных кислот и глицерина возникают жиры и масла, которые служат для растения, главным образом, запасными веществами. В семенах приблизительно 80% всех растений, в качестве богатого энергией запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.

Практические аспекты:

Приспособления растений к фотосинтезу

Для изучения этого вопроса я рассмотрел растения в кабинете биологии

1.Рассмотрел положение листьев комнатного растения по направлению к окну. Развернул растение в противоположную сторону. Через два дня листья растения были вновь направлены в строну окна.

• Вывод: Черешок служит для поворачивания листовой пластинки к свету.

2. Рассмотрел порядок расположения листьев на нескольких комнатных растениях.

Растения имеют большое количество листьев, расположенных на побеге мозаично, не затеняя друг друга.

Вывод: Листья растения располагаются таким образом, чтобы как можно больше света попадало на листовые пластинки.

3.Приготовил и рассмотрел под микроскопом микропрепарат кожицы листа амариллиса.

Вывод: Плотное расположение клеток кожицы листа предохраняет лист от механических повреждений, прозрачные, неокрашенные клетки способствуют проникновению света, а наличие устьиц обеспечивает газообмен.

4. Взял два клубня картофеля. Один проращивал в темноте, второй - на свету. Цвет побега, проросшего на свету - зеленый, а проросшего в темноте белый. Это свидетельствует о том, что для образования хлорофилла необходим свет.

4.Выводы и результаты работы

Я изучил процесс фотосинтеза и выяснил, что процесс фотосинтеза - основа жизни на Земле.

Проведя практические работы, убедился в том, что растения для поглощения света имеют следующие приспособления:

• множество листьев с плоской поверхностью, черешок для поворачивания листьев к свету;

• Мозаичное расположение листьев, чтобы как можно больше света попадало на листовые пластинки;

• в клетках мякоти листа особые пластиды хлоропласты, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, способный улавливать солнечный свет.

5.Заключение

Выполняя эту работу, я еще раз убедился в необходимости бережного отношения к природе. Фотосинтез удовлетворяет потребность в пище и кислороде всего живого на нашей планете. Он происходит в растениях. Поэтому человек должен беречь и охранять растительный мир нашей планеты.

Источники информации:

1. 1С репетитор

2. Электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия

3. Пенкин П. «Физиология растений», 1975

4. И,И.Пименова Лекции по общей биологии .Саратов ОАО»Издательство»Лицей»2003