Реферат на тему: Фотосинтез

Оглавление:

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Тысячи лет люди верили, что растение питается исключительно своими корнями и поглощает из почвы все необходимые вещества. Голландский натуралист Ян Ван Хельмонт занял эту должность в начале девятнадцатого века. Он взвешивал землю в горшке и посадил там иву. В течение пяти лет он поливал дерево, затем высушивал землю и взвешивал его и растение. Ива весила семьдесят пять килограммов, а вес земли изменился всего на несколько сотен граммов. Ученый пришел к выводу, что питательные вещества растения получают в первую очередь из воды, а не из почвы.

В течение двух столетий в науке была создана теория питания растительной водой. Листья, согласно теории, только помогали растению испарять избыток влаги.

Только в начале девятнадцатого века ученые пришли к весьма неожиданному, но правильному предположению о питании растений воздухом. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие английского химика Джозефа Пристли в 1771 году, и он предложил опыт, который привел его к выводу, что растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позже стало ясно, что растениям нужен свет, чтобы очистить воздух.

Десять лет спустя ученые поняли, что растение не только преобразует углекислый газ в кислород. Углекислый газ жизненно важен для растений, он служит им настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями).

Питание растений воздухом называется фотосинтезом. Кислород выделяется во время фотосинтеза как необычный продукт.

Миллиарды лет назад на Земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа на нашей планете, во время фотосинтеза изолирован растениями. Фотосинтез изменил все лицо нашей планеты!

С семидесятых годов прошлого века в России достигнуты большие успехи в области фотосинтеза. Благодаря работе российских ученых Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие аспекты этого процесса.

Важность фотосинтеза была признана сравнительно недавно. Аристотель и другие греческие ученые обнаружили, что процессы жизнедеятельности животных зависят от приема пищи, и считали, что растения извлекают свою «пищу» из почвы.

Чуть более трехсот лет назад, в одном из первых тщательно продуманных биологических экспериментов, голландский врач Ян Ван Хельмонт представил доказательства того, что более чем одна почва питает растение. Ван Хельмонт посадил маленькое ивовое дерево в глиняный горшок и добавил только воду.

Через пять лет масса игл увеличилась на 74,4 кг, в то время как масса почвы уменьшилась всего на 57 граммов.

Конец XVIII. век, английский ученый Джозеф Пристли сообщил, что он «случайно открыл метод коррекции воздуха, который был испорчен горящими свечами». 17 августа 1771 года Пристли «…положил живую мятную ветку в закрытый сосуд, в котором горела восковая свеча», и 21 числа месяца обнаружил, что «…в том же сосуде может снова гореть другая свеча». «Корректирующий элемент», — думал Пристли, — это растение. Он продолжил свои наблюдения и вскоре показал, что воздух, «откорректированный» растением, «совсем не подходит для мыши».

Опыт священника стал первым объяснением того, почему воздух на Земле остается «чистым» и может поддерживать жизнь, даже несмотря на то, что бесчисленные пожары горят и многие живые организмы дышат. Он сказал: «Этими открытиями мы уверены, что растения не напрасно растут, а скорее очищают и обогащают нашу атмосферу.

Позже голландский врач Ян Ингенхаус (1730-1799) подтвердил работу священника и показал, что воздух «корректируется» только при солнечном свете и только зелеными частями растений. В 1796 году Ингенхаус предположил, что при фотосинтезе углекислый газ разлагается на С и О2, в то время как О2 высвобождается в виде газа. Позже было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода в сахаре и крахмале таково, что на молекулу воды приходится один атом углерода, о чем свидетельствует слово «углевод». Принято считать, что углеводы образуются из C и H2O, а O2 — из углекислого газа. Эта совершенно обоснованная гипотеза была широко принята, но впоследствии оказалась совершенно ошибочной.

Исследователем, опровергнувшим эту традиционную теорию, был Корнелиус ван Ниль из Стэмфордского университета, когда он еще был аспирантом и занимался исследованием метаболизма различных фотосинтезирующих бактерий. Одна группа таких бактерий, а именно пурпурная сера, восстанавливает С в углеводах, но не выделяет O2. Фиолетовым серным бактериям нужен сероводород для фотосинтеза. В результате фотосинтеза частицы серы накапливаются внутри бактериальных клеток. Ван Нил обнаружил, что для этих бактерий уравнение фотосинтеза.

Этот факт привлек внимание исследователей только тогда, когда Ван Ниль сделал смелое заявление и предложил следующее краткое уравнение фотосинтеза.

В этом уравнении H2A означает либо воду, либо другое окисленное вещество, например, сероводород или свободный H2. В зеленых растениях и водорослях H2A = H2O. Это означает, что Ван Ниль предположил, что H2O, а не углекислый газ, разлагается во время фотосинтеза. Эта гениальная идея, выдвинутая в 1930-х годах, впоследствии была экспериментально доказана, когда исследователи использовали тяжелый изотоп O2 (18O2), чтобы следовать по пути кислорода от воды до газообразного состояния.

Например, для водорослей или зеленых растений, где вода является донором электронов, все фотосинтетическое уравнение записывается следующим образом.

Процессы, происходящие на листе

Лист выполняет три важных процесса — фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе фотосинтеза под воздействием солнечного света синтезируются органические вещества в листьях из воды и углекислого газа. Днем растение выделяет кислород и углекислый газ посредством фотосинтеза и дыхания, а ночью — только углекислый газ из дыхания.

Большинство растений способны синтезировать хлорофилл при слабом освещении. Хлорофилл синтезируется быстрее при прямом солнечном свете.

Чем больше световой энергии требуется для фотосинтеза в известных пределах, тем меньше затемняется пленка. Вот почему растения развили способность в процессе эволюции освещать лист так, чтобы на него падало больше солнечного света. Листья растения расположены таким образом, что они не переполняют друг друга.

Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза являются в основном красные лучи спектра. На это указывает спектр поглощения хлорофилла, где наиболее интенсивная полоса поглощения красная, а менее интенсивная — сине-фиолетовая.

Каротин и ксантофилл пигменты присутствуют в хлоропластах вместе с хлорофиллом. Эти два пигмента поглощают синие и частично зеленые лучи и передают красный и желтый цвета. Некоторые ученые приписывают каротину и ксантофилу роль экранов, защищающих хлорофилл от вредного воздействия синих лучей.

Процесс фотосинтеза состоит из серии последовательных реакций, одни из которых происходят с поглощением световой энергии, другие — в темноте. Стабильными конечными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахар, затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки.

Фотосинтез происходит в различных условиях с различной интенсивностью.

Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растений. Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.

Типичное содержание углекислого газа в воздухе составляет 0,03 процента по объему. Снижение содержания углекислого газа в воздухе снижает интенсивность фотосинтеза. Увеличение содержания углекислого газа до 0,5% почти пропорционально увеличивает интенсивность фотосинтеза. Однако дальнейшее увеличение содержания углекислого газа не приводит к повышению интенсивности фотосинтеза, и на 1% страдает растение.

Растения испаряют или преобразуют очень большое количество воды. Испарение воды является одной из причин восходящего потока. По мере испарения воды в растении накапливаются минералы, и температура растения, полезная для него, падает при солнечном нагреве. Иногда при транспирации температура растения снижается на 6o.

Растение регулирует испарение воды через работу ротовой полости. Осаждение кутикулы или воскового налета на эпидермисе, образование волосяного покрова и другие приспособления направлены на уменьшение нерегулируемого потоотделения.

Процесс фотосинтеза и постоянное дыхание живых клеток листа требуют обмена газами между внутренними тканями листа и атмосферой. В процессе фотосинтеза ассимилированный углекислый газ поглощается из атмосферы и с помощью кислорода высвобождается обратно в атмосферу.

Применение метода изотопного анализа показало, что возвращаемый в атмосферу кислород (16O) принадлежит воде, а не углекислоте воздуха, в которой доминирует другой ее изотоп — 15O. Во время дыхания живых клеток (окисление органических веществ внутри клетки до углекислого газа и воды свободным кислородом) необходимо подавать кислород из атмосферы и возвращать углекислый газ. Этот газовый обмен также осуществляется в основном через мундштук.

Современные представления о фотосинтезе

В настоящее время известно, что фотосинтез проходит через две фазы, но только одна из них находится в свету. Доказательство двухступенчатого процесса впервые было представлено в 1905 году английским физиологом растений Ф.Ф. Блаклиным, исследовавшим влияние света и температуры на объем фотосинтеза.

На основе экспериментов Блэклин сделал следующие выводы.

Существует группа светозависимых реакций, которые не зависят от температуры. Объем этих реакций в диапазоне низкой освещенности может увеличиваться с увеличением освещенности, но не с увеличением температуры.

Существует вторая группа температурно-зависимых реакций, не зависящих от света. Оказалось, что для фотосинтеза нужны обе группы реакции. Увеличение объема только одной группы реакций увеличивает объем всего процесса, но только до тех пор, пока вторая группа реакций не начнет удерживать первую. После этого необходимо ускорить вторую группу реакций, чтобы первая группа реакций могла пройти без ограничений.

Таким образом, было показано, что обе стадии зависят от света: «светлые и темные». Важно помнить, что темные реакции обычно происходят при свете и требуют продуктов светлой стадии. Термин «темные реакции» просто означает, что сам свет не участвует.

Объем темных реакций увеличивается с ростом температуры, но только до 30o, а затем начинает уменьшаться. В связи с этим предполагалось, что темные реакции катализируются ферментами, так как обмен ферментативными реакциями, таким образом, зависит от температуры. Следовательно, этот вывод оказался неверным.

На первом этапе фотосинтеза (реакции света) энергия света используется для формирования АТФ (молекулы аденозинтрифосфата) и высокоэнергетических носителей электронов. На втором этапе фотосинтеза (темные реакции) энергетические продукты, образующиеся в ходе световых реакций, используются для обратного преобразования CO2 в простые сахара (глюкоза).

Процесс фотосинтеза все больше привлекает внимание ученых. Наука находится на грани решения важнейшей проблемы — искусственного производства ценных органических веществ из широко распространенных неорганических веществ с использованием световой энергии. Проблема фотосинтеза интенсивно изучается ботаниками, химиками, физиками и другими специалистами.

В последнее время уже искусственно получен синтез формальдегида и сахаридов из водных растворов карбонатной кислоты; вместо хлорофилла карбонаты кобальта и никеля взяли на себя роль поглотителей светлой энергии. Недавно была синтезирована молекула хлорофилла.

Достижения науки в области синтеза органической материи — сокрушительный удар по идеалистической доктрине жизненной силы, доказавшей, что образование органической материи из неорганической требует особой «жизненной силы» и что человек не может синтезировать сложную органическую материю.

Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах. Она включает в себя преобразование энергии (световой процесс), преобразование материалов (темный процесс). Световой процесс происходит в хилакоидах, темный — в хлоропластической строме.

Важность фотосинтеза в природе

Фотосинтез — единственный процесс в биосфере, который приводит к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Энергия, накопленная в продуктах фотосинтеза, является основным источником энергии для человечества.

В результате фотосинтеза на Земле ежегодно образуется 150 миллиардов тонн органической материи и высвобождается около 200 миллионов тонн свободного кислорода.

Цикл кислорода, углерода и других элементов, участвующих в фотосинтезе, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез предотвращает увеличение концентрации CO2, предотвращая перегрев Земли из-за так называемого «парникового эффекта».

Поскольку зеленые растения являются прямым или косвенным источником пищи для всех других гетеротрофных организмов, фотосинтез удовлетворяет потребности в питании всего живого на нашей планете. Это важнейшая основа для сельского и лесного хозяйства. Хотя его потенциал для действий еще невелик, он также используется в определенной степени. Например, за счет увеличения концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (по сравнению с 0,3% в природной атмосфере) урожайность огурцов и помидоров возросла втрое.

Один квадратный метр поверхности листа производит около одного грамма сахара в течение одного часа; это означает, что, по приблизительным подсчетам, все растения ежегодно извлекают из атмосферы от 100 до 200 миллиардов тонн сахара. Около 60% этого объема поглощается лесами, которые занимают 30% площади ледяного покрова, 32% — пахотными землями, а остальные 8% — растениями из степных и пустынных районов, а также городов и населенных пунктов.

Заключение

Зеленое растение может не только использовать углекислый газ и производить сахар, но и преобразовывать соединения азота и серы в вещества, составляющие его организм. Через корневую систему растение растворяется в нитрат-ионах почвенной воды и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты — основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также получают из соединений, которые образуются в ходе метаболических и энергетических процессов. Жиры и масла производятся из жирных кислот и глицерина, которые в основном используются в качестве заменителей растений. Около 80% всех растений содержат жиры в качестве заменителя энергии в своих семенах. Производство семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.

Список литературы

Икхорн П. и др. «Современная ботаника», стр. 95-99.
Артемов А. «Энциклопедия БИОЛОГИЯ», 1995, с. 200-203.
Коган В.Л. и другие. «Биология», 1984, стр. 160-161.
Медведева В. «Ботаника», 1982, с. 128-131.
Питерман И. и др. «Ботаника интересна?», 1974, страницы 19-20.
Пенкин П. «Физиология растений», 1973, с. 69.
Челобико Г. и др. «Ботаника», 1993, стр.79, 102-103.