Фотосинтез и дыхание растений

1.

2.

3.

Первым обнаружил, что растения выделяют
кислород, английский химик Джозеф Пристли
около 1770. Проделал опыт: посадил мышь под
стеклянный колпак, и через пять часов животное
погибло. При введении же под колпак веточки мяты,
мышь осталась живой. Ученый пришел к выводу, что
зеленые растения способны осуществлять реакции
противоположные дыхательным процессам.

4.

5.

Шведский исследователь Карл Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить
опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в
свое свободное время – в основном по ночам. Но у него получилось, что
растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения и дыхания.
На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал
повторять опыты, и тут стало все непонятно. Растения то улучшали воздух, то
нет. Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили при
каких внешних условиях растения очищают и портят воздух.

6.

Точку в этом вопросе поставил Ян Ингенхауз – личный врач австрийской
императрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На
солнечном свету из растения поднимались пузырьки газа. Ингенхауз собрал газ и
проверил, что это чистейший кислород. Но оказалось, что пузырьки выделялись
только на свету, причем не зелёные части растений пузырьков не выделяли. Таким
образом Ингенхауз доказал, что растения действительно улучшают воздух, но только
на свету.

7.

1864г.
Немецкий ботаник Юлиус Сакс
Доказал, что соотношение объемов поглощаемого
углекислого газа и выделяемого кислорода равно
1:1. продемонстрировал образование зерен
крахмала при фотосинтезе.

8.

в 20 в. К.А.Тимирязев показал, что фотосинтез
проходит с наибольшей интенсивностью в тех
областях солнечного спектра, где находятся
максимумы поглощения хлорофилла.
В 1941 американский биохимик Мелвин
Кальвин показал, что первичный процесс
фотосинтеза заключается в фотолизе молекул
воды, в результате чего образуются кислород и
водород, идущий на восстановление диоксида
углерода до органических веществ

9.

Где происходит фотосинтез?
Фотосинтез происходит в клетках, содержащих зелёный
пигмент – хлорофилл. Это вещество способно поглощать
и трансформировать солнечную энергию. У растений
хлорофилл содержится в специальных органеллах –
хлоропластах.

10.

Хлоропласт

11.

12.

13.

1 этап –
Поглощение фотонов солнечной энергии
молекулами хлорофилла

14.

15.

1 этап –
Поглощение фотонов солнечной энергии
молекулами хлорофилла
• Хлорофилл поглощает лучи видимой
части солнечного спектра:
В сине – фиолетовой области
(длина световой волны около 380 нм)
В красно – оранжевой области
(длина световой волны около 750 нм)

16.

Метод хроматографии
Учёный выделил пигменты фотосинтеза из листа растения. Каким методом он
мог бы разделить их? На чём основан этот метод?
Пояснение.1) метод хроматографии
• 2) метод основан на разделении пигментов из-за различий в скорости
движения пигментов в растворителе (подвижной фазы по неподвижной фазе)
М.С. Цвет (1872—1919) разработал хроматографический метод разделения
веществ и выделил пигменты листа в чистом виде.
Хроматографический метод разделения веществ основан на их различной
способности к адсорбции. Отдельные компоненты смеси пигментов различались
по степени адсорбируемости и передвигались с разной скоростью, в результате
чего они концентрировались в разных зонах колонки. Листья высших растений
содержат хлорофилл а и хлорофилл b, а также каротиноиды (каротин,
ксантофилл и др.). Хлорофиллы, так же как и каротиноиды, нерастворимы в воде,
но хорошо растворимы в органических растворителях. Хлорофиллы а и b
различаются по цвету: хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, а хлорофилл b
— желто-зеленый.

17.

Михаил Семенович Цвет бился над
задачей разделения пигментов зеленого
листа. Он взял стеклянную трубку,
наполнил ее порошком мела и на
верхний слой налил немного спиртового
экстракта листьев. Экстракт был бурозеленого цвета, и такого же цвета стал
верхний слой меловой колонки. А затем
Михаил Семенович начал по каплям
лить сверху в трубку с мелом чистый
спирт. Капля за каплей очередная его
порция растворяла пигменты с крупинок
мела, передвигаясь вниз по трубке. В
результате в столбике мела получались
однородные окрашенные полосы чистых
веществ. Это было прекрасно. Яркозеленая полоса, полоса чуть желтее
зеленого – это два вида хлорофиллов и
яркая желто-оранжевая полоса
каротиноидов. Цвет назвал эту картину
хроматограммой.

18.

.
??? Красные водоросли (багрянки) обитают на большой глубине. Несмотря на
это, в их клетках происходит фотосинтез. Объясните, за счёт чего происходит
фотосинтез, если толща воды поглощает лучи красно-оранжевой части спектра.
Пояснение.
• 1) для фотосинтеза необходимы лучи красной и синей части спектра;
2) в клетках багрянок содержится красный пигмент, который поглощает лучи
синей части спектра, их энергия используется в процессе фотосинтеза
Почему на поверхности водоемов обитают растения с зеленой окраской, а на
морских глубинах — красной?
• Пояснение.1) На поверхности водоемов зеленые пигменты — хлорофиллы
поглощают световые лучи.
• 2) На большие глубины морей проникают не все лучи светового спектра, а
только синие и фиолетовые.
• 3) Эти лучи поглощаются красными и желтыми пигментами, поэтому
водоросли приобретают красную окраску.

19.

Опыты

20.

Значение углекислого газа для
образования крахмала в
хлоропластах
• Поместим два растения
(пеларгонию, бегонию) в тёмный
шкаф.
• Переставим через двое-трое
суток оба растения на стекло
под стеклянные колпаки и
выставим их на свет. Под один
колпак рядом с растением
поставим раствор щёлочи,
который способен поглощать из
воздуха углекислый газ, а под
другой — стакан с раствором
соды для создания в воздухе
избытка углекислого газа. Края
колпаков смажем вазелином,
чтобы ограничить в них доступ
свежего воздуха.

21.

выводы
Срежем через сутки с каждого растения по листу. Опустим их на 2–3 минуты в
кипяток, потом — в горячий спирт. Промоем листья в воде, а затем в стеклянной
чашечке зальём их слабым раствором йода.
При этом будет видно, что крахмал образовался только в листьях того растения,
которое находилось под колпаком с ____________________________.
Вывод: крахмал образуется в листьях растений только при наличии в воздухе
_______________________________________

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

рибулезобифосфаткарбоксилаза

31.

32.

33.

Суммарное уравнение фотосинтеза
6CO2 + 12H2O =
=C6H12O6 + 6O2 +6H2O

34.

С4-фотосинтез. Путь Хэтча-Слэка
В 1965 г. было обнаружено, что первыми продуктами фотосинтеза у сахарного
тростника (растение тропиков) являются органические кислоты, в состав которых
входят 4 атома углерода (яблочная, щевелевоуксусная и аспарагиновая), а не 3Скислота (фосфоглицериновая), как у большинства растений умеренного климата.
С тех пор выявили множество растений, в основном тропических и
субтропических, и имеющих порой важное экономическое значение, у которых
фотосинтез протекает по такому же пути. Они получили название С4-растений.
Примерами могут служить кукуруза, сорго, сахарный тростник и просо. Растения,
в которых первым продуктом фотосинтеза является трехуглеродная
фосфоглицериновая кислота, носят название С3-растения.
С4-растения значительно эффективнее, чем С3 растения, поглощают диоксид
углерода. У С4-растений листья имеют характерную особенность строения:
вокруг каждого проводящего пучка у них расположены два ряда клеток. У клеток
внутреннего кольца — обкладки проводящего пучка — хлоропласты по своей
форме отличаются от хлоропластов клеток мезофилла внешнего кольца.

35.

36.

САМ-путь
Существует еще одна группа растений, имеющая
особенности в осуществлении первичной фиксации
С02. Это суккуленты, в частности кактусы и растения
семейства Толстянковые (Crassulaceae). Поэтому этот
тип фотосинтеза получил название Crassulaceae acid
metabolism или САМ-метаболизм (САМ-путь). При
функционировании САМ-пути устьица растений
закрыты днем, когда интенсивность транспирации
максимальна, и открыты ночью, когда потери воды
минимальны. Это предохраняет растения от
излишней потери воды, повышает их устойчивость к
засухе. Химизм фиксации С02 при САМ-пути сходен с
С4-путем, однако если у С4-растений фотосинтез
разделен в пространстве, то при САМ-пути — во
времени. У САМ-растений фиксация С02 происходит
в ночное время, когда устьица открыты.

37.

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из
неорганических,
гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения.
Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива
(уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе
фотосинтеза.
Появление кислорода в атмосфере Земли сопровождалось возникновением
биологического окисления (дыхания) и появлением многоклеточных организмов;
Накопление кислорода в атмосфере Земли способствовало возникновению
озонового слоя и освоению суши организмами.