ФОТОСИНТЕЗ

Зелёные растения на свету способны образовывать органические вещества из неорганических. Этот процесс называется фотосинтезом (от греч. фотос - свет и синтез - соединение). Способность к фото­синтезу — основной признак зелёных растении.

Для осуществления фотосинтеза растения используют энергию Солнца. Зелёное растение, а точнее хлорофилл, находящийся в хло­ропластах, является посредником между Солнцем (космосом) и Зем­лёй. По словам К.А.Тимирязева, который первым обратил внимание на эту связь, зелёные растения в жизни Земли играют роль косми-

ческого фактора. Ежегодно на Земле в результате фотосинтеза обра­зуется 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн кислорода.

Фотосинтез - очень сложный процесс. Изучать его начали давно, но и сейчас еще не все секреты фотосинтеза открыты. Ещё в XVII веке голландский естествоиспытатель Ян Баптист ван Гельмонт про­вел опыт, в результате которого доказал, что растения питаются не только веществами почвы. Известно, что для фотосинтеза растение использует воду и углекислый газ, которых имеется достаточно в ок­ружающей среде. Попав в лист, они начинают взаимодействовать. Толчком для этого служит световая энергия Солнца, получаемая растением благодаря хлорофиллу, находящемуся в хлоропластах. На свету вода подвергается изменениям, вследствие которых из неё выделяется кислород, поступающий в окружающую среду. Другая часть воды соединяется с углекислым газом и образует органичес­кое вещество — углевод глюкозу, из которого потом образуется крах­мал, сахар и другие вещества. Превращение солнечной энергии в энергию химических связей сложных органических соединений про­исходит только на свету, поэтому эту часть фотосинтеза и на­звали световой фазой. Ту часть фотосинтеза, во время которой происходит превращение веществ, называют темновой фазой. Существует много разнообразных приборов и приспособлений для изучения фотосинтеза.

Чтобы убедиться, что фотосинтез происходит на свету, можно провести классический опыт. Для этого любое комнатное растение ставят на несколько дней в тёмное место. Достав растение из тем­ноты, закрывают часть любого листа полоской тёмной бумаги. Предва­рительно на ней вырезают буквы, слово или фигуру. После того, как растение постоит на свету несколько часов (6-8), эксперименталь­ный лист срезают и погружают в кипяток, а потом в горячий спирт. Хлорофилл вследствие таких действий попадает в спирт и окраши­вает его в зелёный цвет, а лист становится бесцветным. Потом лист промывают водой, расправляют и брызгают на него слабым раство­ром йода. Йод окрашивает крахмал в синий цвет, и на листе можно различить ранее нанесенные на полоску тёмной бумаги знаки. Крах­мал из листа разносится по всему растению, где из него опять обра­зуются простые углеводы, а из них — всё разнообразие веществ, име­ющихся в растении (рис.77). Всё это возможно благодаря особеннос­тям строения листа. Рассмотрим его.

Сверху лист покрыт однослойной покровной тканью — кожицей, или эпидермой (от греч. эпи - сверху и дерма ~ кожа), в которой имеют­ся устьица; через них в лист поступает углекислый газ. Под кожицей находятся клетки, заполненные хлоропластами. Прилегающие к верх­ней кожице, 2-3 слоя клеток составляют столбчатую, или палисадную, ткань, где и происходит фотосинтез. Клетки столбчатой ткани плотно прилегают друг к другу. Под нижней кожицей находится губчатая

125

ткань, клетки которой располагаются не плотно, между ними образу­ются большие полости, или межклетники. Эта ткань не имеет боль­шого значения для фотосинтеза, но обеспечивает газообмен и тран- спирацшо (испарение воды). В листе имеется также проводящая ткань, по которой в него поступает вода и минеральные вещества, а из него выходит крахмал и разносится по всему растению (рис.78).

Газообмен в листе обусловливается законами диффузии (взаим­ного проникновения веществ). Днем, когда происходит фотосинтез, в средине листа концентрация углекислого газа уменьшается срав­нительно с внешним воздухом, поскольку углекислый газ расходу­ется на образование углеводов. Поэтому углекислый газ и диффун­дирует (проникает) через устьица к межклетникам губчатой ткани, а оттуда — в клетки. Именно в это время из листьев выделяется кис­лород, освобождающийся в процессе фотосинтеза. Ночью происходит обратный процесс, а именно: количество углекислого газа в листь­ях возрастает и он выделяется в воздух.

Вода, поступающая в растение, лишь частично расходуется на вну­триклеточные процессы. Большая её часть испаряется. Скорость испа­рения воды зависит от многих факторов: движения воздуха, темпера­туры, возраста листьев (молодые листья испаряют воды больше), пло­щади поверхности листа, физиологического состояния растений и т.д.

Выделение растениями свободного кислорода, образующегося во время фотосинтеза, подтверждается опытами. Так, если собрать в пробирку газ, выделяемый на солнце элодеей, а потом в эту пробир­ку внести зажжённую спичку, она ярко вспыхнет. Следовательно, в пробирке собрался кислород (рис.78).

Немецкий исследователь Т.Энгельман в конце XIX века, чтобы под­твердить выделение растениями на свету кислорода, провел ориги­нальный опыт. Он сконструировал приспособление, позволяющее освещать отдельными порциями света участки листа, чтобы точно знать, где осуществляется фотосинтез. В это приспособление Энгель-ман помещал и аэробные бактерии, А что это за бактерии, помните? Если забыли, обратитесь к §10. Эти бактерии скапливались именно в тех местах, где находились освещенные участки листа, в которых происходил фотосинтез.

Поиск по сайту: