§23. Условия, необходимые для фотосинтеза

Фотосинтез — важнейший процесс в организме растений. Напомним, что все эукариотные организмы, кроме зеленых растений, получают энергию из питательных веществ потребляемой пищи. А все зеленые растения получают энергию из света. Фотосинтез — это процесс превращения энергии света в энергию белков, жиров и углеводов. Общую схему фотосинтеза можно представить так:

Лист — главный орган воздушного питания. Фотосинтезировать мо­гут не только листья, но и все другие зеленые органы растений. Так, у некоторых растений, лишенных листьев, фотосинтезируют стебли или молодые побеги (кактус).

Условия, необходимые для фотосинтеза. Из схемы видно, что в клетках растений должен быть хлорофилл, находящийся в хлоропла­стах. Из окружающей среды должны поступать вода (из почвы через корень) и углекислый газ (из воздуха, поглощаемый листьями). Еще одно обязательное условие — свет. Вез энергии солнечного света ре­акции синтеза органических веществ в зеленых клетках растений не будут происходить.

Хлорофилл — зеленый пигмент, который обязательно должен быть в самом растении.

У некоторых водорослей, обитающих на большой глубине, цвет может быть не зеленым, а бурым или красным. Просто кроме хлорофилла их клет­ки содержат и другие вспомогательные красящие вещества, хотя основную роль продолжает играть именно хлорофилл.

Свет. Растения усваивают свет с определенными характеристи­ками. Идеально подходит для фотосинтеза видимый солнечный свет.

При хорошем естественном освещении интенсивность фотосинтеза максимальна.

Без света растения теряют хлорофилл, белеют (рис. 67), пере­стают фотосинтезировать и погибают.

Вода. Из-за ее недостатка часто снижается эффективность процесса фотосинтеза. Особенно этот показатель важен для жарких и засушли­вых регионов.

Из углекислого газа и водорода, образовавшегося из воды в процес­се фотоинтеза, образуются белки, жиры и углеводы, из которых состоят тела растений. Все растительные продукты, которые мы едим, содержат в себе углерод, оказавшийся в них в процессе фотосинтеза. И все белки,

жиры и углеводы, из которых состоят тела животных, тоже попали к ним в организм благодаря фотосинтезу: посредством поедания растений или других животных, которые ели растения. Ученые доказали, что весь углерод, входящий в состав углекислого газа в атмосфере, хотя бы один раз уже побывал в телах живых организмов.

Количество углекислого газа в воздухе меньше, чем необходимо растени­ям. Поэтому, повышая количество углекислого газа, можно повысить и ин­тенсивность фотосинтеза. Но повышенное содержание углекислого газа очень опасно, так как может вызвать парниковый эффект, который спровоцирует глобальное потепление климата и таяние ледников. Поэтому особенно важно высаживать растения вблизи мест выброса углекислого газа: ТЭЦ, заводов, автомобильных и железных дорог и т. д.

С ростом численности населения планеты усиливается и его отрицатель­ное влияние на природу. Оказывается, что пыль, оседающая на листьях, и промышленные газы серьезно снижают интенсивность фотосинтеза. По не­которым данным, при высоких температурах (жаркое лето) в загрязненных районах на 15% может снизиться масса злаков.

Задача каждого жителя нашей планеты — заботиться по мере сил о зеленых насаждениях. Не уничтожать растения понапрасну. Не срывать листья, не ломать даже мелкие зеленые ветки, не рвать и не топтать травы и цветы. При любой возможности поливать растения и опрыскивать запыленные листья, чтобы увеличивать эффективность процесса фотосинтеза.

Знание и понимание:

1. Дайте определение понятию «фотосинтез».
2. Назовите необходимые для фотосинтеза условия.

Применение:

1. В виде схемы изобразите процесс фотосинтеза.
2. Расскажите о необходимости зеленых насаждений возле заводов, авто­мобильных и железных дорог.

Анализ:

1. Сделайте анализ роли хлорофилла и света в фотосинтезе.
2. Докажите влияние температуры на процесс фотосинтеза.

Синтез:

1. Напишите эссе на тему «Углекислый газ атмосферы источник угле­водов, жиров, белков и топлива на нашей планете».
2. Назовите причины исчезновения хлорофилла в растениях.

Оценка:

Выскажите свое мнение, как вы видите заботу каждого жителя Земли о зеленых насаждениях и предотвращении «парникового эффекта».

Дискуссия:

Обсудите, что важнее для человечества — повышение количества угле­кислого газа или сохранение его количества в атмосфере. Выскажите аргументы «за» и «против».

№6. Исследование факторов, влияющих на процессы фотосинтеза. См. с. 235.

Тестовые вопросы

Раздел 6. ДЫХАНИЕ

§24. Значение дыхания для живых организмов. Типы дыхания

Значение дыхания для организмов. Вы уже знаете, откуда полу­чают энергию организмы растений и животных. Все химические реак­ции при синтезе органических веществ происходят только с затратой энергии. При разрушении этих веществ энергия выделяется, и ее мож­но использовать.

Количество получаемой энергии измеряется в калориях или джоу­лях. Вспомните, сколько энергии выделяется при распаде 1 г углеводов, белков и жиров. В расфасованных продуктах питания количество энер­гии указывают в килокалориях (Ккал) или в килоджоулях (КДж).

Для чего же мы дышим? Как связаны процесс получения энергии и дыхание? Оказывается, под воздействием кислорода органические вещества распадаются на простые компоненты: углекислый газ, воду, иногда и другие соединения. При этом выделяется энергия, которая и используется живыми организмами. Значит, они дышат, чтобы полу­чить энергию (схема 7).

Схема 7

Органику животные получают из поедаемой пищи. Растения сами создают белки, жиры, углеводы, используя энергию солнечного света в ходе фотосинтеза. Из одной части накопленных органических веществ

растения строят собственные тела. А другая часть расходуется на энер­гию. Растения, как и животные, дышат, чтобы с помощью кислорода разрушить уже созданные вещества и получить из них энергию для жизни. К счастью, растения гораздо активнее фотосинтезируют, чем дышат. Ведь они почти не тратят энергию на движение и работу нерв­ной системы и постоянно получают ее от Солнца (рис. 68). Поэтому всем животным хватает и кислорода, образующегося в ходе фотосинтеза, и питательных веществ, с избытком созданных растениями.

Типы дыхания. Дыхание — сложный химический процесс, в котором участвует кислород. Но он на нашей планете появился только благодаря фотосинтезу. Первые живые организмы, возникшие еще до появления кислорода в атмосфере, разрушали питательные вещества без кислорода. При этом тоже выделялась энергия, хотя эффективность такого способа совсем небольшая. По подсчетам ученых, менее 5%. Процесс разложения питательных веществ без кислорода для получения энергии называется анаэробным дыханием. Такой процесс и сейчас обязательно протекает во всех живых клетках перед тем. как туда попадет кислород.

Организмы-анаэробы — это существа, которые могут жить без кислорода. Они способны добывать энергию из питательных веществ только примитивным бескислородным способом. Кто же относится к анаэробам? В первую очередь это древние бактерии, которые жили еще до фотосинтеза и сохранились до наших дней: бактерии гниения, бро­жения и мн. др. Размеры бактерий — микроскопические, им не нужно тратить энергию на строительство большого тела. Они состоят из одной клетки и не имеют ни мозга, ни мышц, которые как раз и тратят боль­ше всего энергии у животных.

Кроме того, к анаэробам относятся плесневые грибы и дрожжи. По плесень тоже не двигается, а дрожжи не только неподвижны, но еще и одноклеточны.

Анаэробами являются и некоторые кишечные паразиты, например глисты, а также полезные одноклеточные, живущие в желудке или кишечнике других животных. Ведь там нет кислорода. Но этим орга­низмам не нужно двигаться. Затраты энергии у них минимальны. Им не нужно искать себе пищу и реагировать на изменения окружающей среды. Они питаются той пищей, которая находится вокруг них в же­лудке или кишечнике. А энергию на поиск и захват этой пищи тратит тот организм, внутри которого они живут. Именно поэтому они могут позволить себе быть анаэробами.

Организмы-аэробы — это те живые существа, которые дышат кис­лородом и не могут без него жить. К аэробному типу дыхания принад­лежит подавляющее большинство известных видов живых существ. К ним относятся все растения, позвоночные животные, большинство бес­позвоночных животных, почти все грибы, множество бактерий. Про­цесс получения энергии с использованием кислорода примерно в 17 раз эффективнее бескислородного.

Чем сложнее и совершеннее организм, тем больше он тратит энер­гии. У теплокровных животных дыхание не прекращается, даже если они впадают в зимнюю спячку.

Знание и понимание:

1. Что такое дыхание?
2. Какие два типа дыхания существуют? Чем отличаются аэробы от ана­эробов?

Применение:

1. Расскажите о значении энергии для животных. Откуда они ее полу­чают и на что тратят?
2. Расскажите о значении энергии для растений. Откуда они ее получают и на что тратят?

Анализ:

1. Изобразите в виде схемы и объясните с ее помощью процесс дыхания.
2. Составьте схему, в которой объясните, откуда растения получают энергию и на что ее расходуют.
3. Составьте схему, в которой объясните, откуда животные получают энергию и на что ее расходуют.

Синтез:

1. Составьте таблицу, в которой сравните процессы аэробного и анаэроб­ного дыхания по пунктам: когда возникли, энергетическая эффектив­ность, необходимость кислорода, примеры организмов.
2. Назовите особенности существования анаэробных организмов.

Дискуссия:

1. Возможна ли жизнь без дыхания? Попытайтесь выдвинуть аргумен­ты, доказывающие, что без дыхания можно было бы обойтись.
2. Какова связь дыхания и других процессов, связанных с обеспечением организмов энергией? Сколько энергии выделяется при распаде 1 г белков, жиров и углеводов?