Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό και την απελευθέρωση οξυγόνου από τα φυτικά κύτταρα και ορισμένους τύπους βακτηρίων.
Βασική ιδέα
Η φωτοσύνθεση δεν είναι παρά μια αλυσίδα μοναδικών φυσικών και χημικών αντιδράσεων. Τι είναι αυτό? Τα πράσινα φυτά, καθώς και ορισμένα βακτήρια, απορροφούν τις ακτίνες του ήλιου και τις μετατρέπουν σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Το τελικό αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης είναι η ενέργεια των χημικών δεσμών διαφόρων οργανικών ενώσεων.
Σε ένα φυτό που φωτίζεται από τις ακτίνες του ήλιου, οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις συμβαίνουν με μια συγκεκριμένη σειρά. Το νερό και το υδρογόνο, που είναι αναγωγικοί δότες, μετακινούνται με τη μορφή ηλεκτρονίων σε έναν οξειδωτικό δέκτη (διοξείδιο του άνθρακα και οξικό άλας). Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται ανηγμένες ενώσεις υδατανθράκων, καθώς και οξυγόνο, το οποίο εκκρίνεται από τα φυτά.
Ιστορία της μελέτης της φωτοσύνθεσης
Για πολλές χιλιετίες, ο άνθρωπος έχει πειστεί ότι η θρέψη ενός φυτού γίνεται μέσω του ριζικού του συστήματος μέσω του εδάφους. Στις αρχές του δέκατου έκτου αιώνα, ο Ολλανδός φυσιοδίφης Jan Van Helmont πραγματοποίησε ένα πείραμα με την καλλιέργεια ενός φυτού σε γλάστρα. Αφού ζύγισε το έδαφος πριν από τη φύτευση και αφού το φυτό είχε φτάσει σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλοι οι εκπρόσωποι της χλωρίδας λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά κυρίως από το νερό. Αυτή τη θεωρία ακολούθησαν οι μελετητές για τους επόμενους δύο αιώνες.
Απροσδόκητο για όλους, αλλά η σωστή υπόθεση για τη διατροφή των φυτών έγινε το 1771 από έναν χημικό από την Αγγλία, τον Joseph Priestley. Τα πειράματά του απέδειξαν πειστικά ότι τα φυτά είναι σε θέση να καθαρίσουν τον αέρα που προηγουμένως ήταν ακατάλληλος για την ανθρώπινη αναπνοή. Λίγο αργότερα, συνήχθη το συμπέρασμα ότι αυτές οι διαδικασίες είναι αδύνατες χωρίς τη συμμετοχή του ηλιακού φωτός. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα πράσινα φύλλα των φυτών κάνουν περισσότερα από το να μετατρέπουν απλώς το διοξείδιο του άνθρακα που λαμβάνουν σε οξυγόνο. Χωρίς αυτή τη διαδικασία η ζωή τους είναι αδύνατη. Μαζί με το νερό και τα μεταλλικά άλατα, το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμεύει ως τροφή για τα φυτά. Αυτή είναι η κύρια σημασία της φωτοσύνθεσης για όλους τους εκπροσώπους της χλωρίδας.
Ο ρόλος του οξυγόνου για τη ζωή στη Γη
Τα πειράματα που έγιναν από τον Άγγλο χημικό Priestley βοήθησαν την ανθρωπότητα να εξηγήσει γιατί ο αέρας στον πλανήτη μας παραμένει αναπνεύσιμος. Εξάλλου, η ζωή διατηρείται, παρά την ύπαρξη τεράστιου αριθμού ζωντανών οργανισμών και το κάψιμο αμέτρητων πυρκαγιών.
Η εμφάνιση ζωής στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια ήταν απλώς αδύνατη. Η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δεν περιείχε ελεύθερο οξυγόνο. Όλα άλλαξαν με την έλευση των φυτών. Όλο το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα σήμερα είναι το αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης στα πράσινα φύλλα. Αυτή η διαδικασία άλλαξε το πρόσωπο της Γης και έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη της ζωής. Αυτή η ανεκτίμητη αξία της φωτοσύνθεσης συνειδητοποιήθηκε πλήρως από την ανθρωπότητα μόλις στα τέλη του 18ου αιώνα.
Δεν είναι υπερβολή να ισχυριστούμε ότι η ίδια η ύπαρξη των ανθρώπων στον πλανήτη μας εξαρτάται από την κατάσταση του φυτικού κόσμου. Η σημασία της φωτοσύνθεσης έγκειται στον ηγετικό της ρόλο για την πορεία διαφόρων διεργασιών της βιοσφαιρικής. Σε παγκόσμια κλίμακα, αυτή η εκπληκτική φυσικοχημική αντίδραση οδηγεί στον σχηματισμό οργανικών ουσιών από ανόργανες.
Ταξινόμηση διαδικασιών φωτοσύνθεσης
Τρεις σημαντικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο πράσινο φύλλο. Είναι φωτοσύνθεση. Ο πίνακας στον οποίο εισάγονται αυτές οι αντιδράσεις χρησιμοποιείται στη μελέτη της βιολογίας. Εισαγάγετε στις γραμμές του:
Φωτοσύνθεση;
- ανταλλαγή αερίων.
- εξάτμιση νερού.
Αυτές οι φυσικοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο φυτό στο φως της ημέρας επιτρέπουν στα πράσινα φύλλα να απελευθερώσουν διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο. Τη νύχτα - μόνο το πρώτο από αυτά τα δύο συστατικά.
Η σύνθεση της χλωροφύλλης σε ορισμένα φυτά συμβαίνει ακόμη και σε χαμηλό και διάχυτο φως.
Κύρια βήματα
Υπάρχουν δύο φάσεις της φωτοσύνθεσης, οι οποίες συνδέονται στενά. Στο πρώτο στάδιο, η ενέργεια των ακτίνων φωτός μετατρέπεται σε ενώσεις ATP υψηλής ενέργειας και σε γενικούς παράγοντες μείωσης NADPH. Αυτά τα δύο στοιχεία είναι τα κύρια προϊόντα της φωτοσύνθεσης.
Στο δεύτερο (σκοτεινό) στάδιο, τα λαμβανόμενα ATP και NADPH χρησιμοποιούνται για τη στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα μέχρι να μετατραπεί σε υδατάνθρακες. Οι δύο φάσεις της φωτοσύνθεσης διαφέρουν όχι μόνο χρονικά. Εμφανίζονται επίσης σε διαφορετικούς χώρους. Για όσους μελετούν το θέμα της «φωτοσύνθεσης» στη βιολογία, ένας πίνακας με ακριβή ένδειξη των χαρακτηριστικών των δύο φάσεων θα βοηθήσει στην ακριβέστερη κατανόηση της διαδικασίας.
Μηχανισμός παραγωγής οξυγόνου
Αφού τα φυτά απορροφήσουν διοξείδιο του άνθρακα, συνθέτουν θρεπτικά συστατικά. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται σε πράσινες χρωστικές που ονομάζονται χλωροφύλλες, υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός. Τα κύρια συστατικά αυτής της εκπληκτικής αντίδρασης είναι:
Φως;
- χλωροπλάστες.
- νερό?
- διοξείδιο του άνθρακα;
- θερμοκρασία.
Ακολουθία φωτοσύνθεσης
Η παραγωγή οξυγόνου από τα φυτά πραγματοποιείται σταδιακά. Τα κύρια στάδια της φωτοσύνθεσης είναι τα ακόλουθα:
Απορρόφηση φωτός από χλωροφύλλες.
- διαίρεση με χλωροπλάστες (ενδοκυτταρικά οργανίδια πράσινης χρωστικής) του νερού που λαμβάνεται από το έδαφος σε οξυγόνο και υδρογόνο.
- η κίνηση ενός μέρους του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα και του άλλου - για την εφαρμογή της αναπνευστικής διαδικασίας από τα φυτά.
- σχηματισμός μορίων σακχάρου σε πρωτεϊνικούς κόκκους (πυρενοειδή) φυτών.
- παραγωγή αμύλου, βιταμινών, λιπών κ.λπ. με ανάμειξη ζάχαρης με άζωτο.
Παρά το γεγονός ότι η φωτοσύνθεση απαιτεί ηλιακό φως, αυτή η αντίδραση μπορεί επίσης να συμβεί κάτω από τεχνητό φωτισμό.
Ο ρόλος του φυτικού κόσμου για τη Γη
Οι κύριες διεργασίες που συμβαίνουν στο πράσινο φύλλο έχουν ήδη μελετηθεί πλήρως από την επιστήμη της βιολογίας. Η σημασία της φωτοσύνθεσης για τη βιόσφαιρα είναι τεράστια. Αυτή είναι η μόνη αντίδραση που οδηγεί σε αύξηση της ποσότητας της ελεύθερης ενέργειας.
Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σχηματίζονται εκατόν πενήντα δισεκατομμύρια τόνοι οργανικής ύλης κάθε χρόνο. Επιπλέον, σχεδόν 200 εκατομμύρια τόνοι οξυγόνου απελευθερώνονται από τα φυτά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Από αυτή την άποψη, μπορεί να υποστηριχθεί ότι ο ρόλος της φωτοσύνθεσης είναι τεράστιος για όλη την ανθρωπότητα, καθώς αυτή η διαδικασία είναι η κύρια πηγή ενέργειας στη Γη.
Στη διαδικασία μιας μοναδικής φυσικοχημικής αντίδρασης, ο άνθρακας, το οξυγόνο και πολλά άλλα στοιχεία ανακυκλώνονται. Μια άλλη σημαντική σημασία της φωτοσύνθεσης στη φύση προκύπτει από αυτό. Αυτή η αντίδραση διατηρεί μια ορισμένη σύνθεση της ατμόσφαιρας, στην οποία είναι δυνατή η ζωή στη Γη.
Η διαδικασία που συμβαίνει στα φυτά περιορίζει την ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα, χωρίς να το επιτρέπει να συσσωρεύεται σε αυξημένες συγκεντρώσεις. Είναι επίσης σημαντικό για τη φωτοσύνθεση. Στη Γη, χάρη στα πράσινα φυτά, δεν δημιουργείται το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η χλωρίδα προστατεύει αξιόπιστα τον πλανήτη μας από την υπερθέρμανση.
Ο φυτικός κόσμος ως βάση της διατροφής
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης είναι σημαντικός για τη δασοκομία και τη γεωργία. Ο φυτικός κόσμος είναι η θρεπτική βάση για όλους τους ετερότροφους οργανισμούς. Ωστόσο, η σημασία της φωτοσύνθεσης δεν έγκειται μόνο στην απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα από τα πράσινα φύλλα και στην παραγωγή ενός τέτοιου τελικού προϊόντος μιας μοναδικής αντίδρασης όπως η ζάχαρη. Τα φυτά είναι σε θέση να μετατρέψουν αζωτούχες και θειικές ενώσεις στις ουσίες που αποτελούν το σώμα τους.
Πώς συμβαίνει; Ποια είναι η σημασία της φωτοσύνθεσης στη ζωή των φυτών; Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται μέσω της παραγωγής νιτρικών ιόντων από το φυτό. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στο νερό του εδάφους. Εισέρχονται στο φυτό μέσω του ριζικού συστήματος. Τα κύτταρα ενός πράσινου οργανισμού επεξεργάζονται νιτρικά ιόντα σε αμινοξέα, τα οποία σχηματίζουν πρωτεϊνικές αλυσίδες. Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σχηματίζονται επίσης συστατικά λίπους. Είναι σημαντικές εφεδρικές ουσίες για τα φυτά. Έτσι, οι σπόροι πολλών φρούτων περιέχουν θρεπτικό λάδι. Αυτό το προϊόν είναι επίσης σημαντικό για τον άνθρωπο, καθώς χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων και στη γεωργία.
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης στη φυτική παραγωγή
Στην παγκόσμια πρακτική του έργου των γεωργικών επιχειρήσεων, τα αποτελέσματα της μελέτης των κύριων προτύπων ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών χρησιμοποιούνται ευρέως. Όπως γνωρίζετε, η βάση του σχηματισμού των καλλιεργειών είναι η φωτοσύνθεση. Η έντασή του, με τη σειρά του, εξαρτάται από το υδατικό καθεστώς των καλλιεργειών, καθώς και από τη μεταλλική τους διατροφή. Πώς επιτυγχάνει ένα άτομο αύξηση της πυκνότητας των καλλιεργειών και του μεγέθους των φύλλων, έτσι ώστε το φυτό να αξιοποιεί στο έπακρο την ενέργεια του Ήλιου και να παίρνει διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα; Για αυτό, βελτιστοποιούνται οι συνθήκες ορυκτής διατροφής και ύδρευσης των γεωργικών καλλιεργειών.
Έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι η απόδοση εξαρτάται από την περιοχή των πράσινων φύλλων, καθώς και από την ένταση και τη διάρκεια των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά. Αλλά ταυτόχρονα, η αύξηση της πυκνότητας των καλλιεργειών οδηγεί σε σκίαση των φύλλων. Το ηλιακό φως δεν μπορεί να διεισδύσει σε αυτά και λόγω της επιδείνωσης του αερισμού των μαζών αέρα, το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται σε μικρούς όγκους. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μείωση της δραστηριότητας της διαδικασίας φωτοσύνθεσης και μείωση της παραγωγικότητας των φυτών.
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης για τη βιόσφαιρα
Σύμφωνα με τις πιο πρόχειρες εκτιμήσεις, μόνο τα αυτότροφα φυτά που ζουν στα νερά του Παγκόσμιου Ωκεανού μετατρέπουν ετησίως από 20 έως 155 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα σε οργανική ύλη. Και αυτό παρά το γεγονός ότι η ενέργεια του ηλιακού φωτός χρησιμοποιείται από αυτούς μόνο κατά 0,11%. Όσον αφορά τα χερσαία φυτά, απορροφούν ετησίως από 16 έως 24 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα. Όλα αυτά τα δεδομένα δείχνουν πειστικά πόσο σημαντική είναι η φωτοσύνθεση στη φύση. Μόνο ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, η ατμόσφαιρα αναπληρώνεται με το μοριακό οξυγόνο που είναι απαραίτητο για τη ζωή, το οποίο είναι απαραίτητο για την καύση, την αναπνοή και διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι όταν η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται, ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης αυξάνεται. Ταυτόχρονα, η ατμόσφαιρα αναπληρώνεται με το οξυγόνο που λείπει.
Κοσμικός ρόλος της φωτοσύνθεσης
Τα πράσινα φυτά είναι μεσολαβητές μεταξύ του πλανήτη μας και του Ήλιου. Αιχμαλωτίζουν την ενέργεια του ουράνιου σώματος και παρέχουν τη δυνατότητα ύπαρξης ζωής στον πλανήτη μας.
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία για την οποία μπορούμε να μιλήσουμε σε κοσμική κλίμακα, καθώς κάποτε συνέβαλε στη μεταμόρφωση της εικόνας του πλανήτη μας. Λόγω της αντίδρασης που λαμβάνει χώρα στα πράσινα φύλλα, η ενέργεια των ακτίνων του ήλιου δεν διαχέεται στο διάστημα. Περνά στη χημική ενέργεια νεοσχηματισμένων οργανικών ουσιών.
Η ανθρώπινη κοινωνία χρειάζεται τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης όχι μόνο για τρόφιμα, αλλά και για οικονομικές δραστηριότητες.
Ωστόσο, όχι μόνο αυτές οι ακτίνες του ήλιου που πέφτουν στη Γη μας αυτή τη στιγμή είναι σημαντικές για την ανθρωπότητα. Εξαιρετικά απαραίτητα για τη ζωή και την υλοποίηση των παραγωγικών δραστηριοτήτων είναι εκείνα τα προϊόντα φωτοσύνθεσης που ελήφθησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια. Βρίσκονται στα έγκατα του πλανήτη με τη μορφή στρωμάτων άνθρακα, εύφλεκτου αερίου και πετρελαίου, κοιτασμάτων τύρφης.
Η σημασία της φωτοσύνθεσης στη φύση δεν ήταν από καιρό απόλυτα ακριβής. Στο αρχικό στάδιο της μελέτης, πολλοί επιστήμονες πίστευαν ότι τα φυτά εκπέμπουν τόσο οξυγόνο όσο απορροφούν. Μάλιστα, προσεκτική έρευνα έδειξε ότι η δουλειά που κάνουν τα φυτά είναι σε μεγαλειώδη κλίμακα. Παρά το σχετικά μικρό τους μέγεθος, οι χώροι πρασίνου εκτελούν μια σειρά από χρήσιμες λειτουργίες που στοχεύουν στην υποστήριξη της ζωής στη Γη.
Η πιο σημαντική αξία της φωτοσύνθεσης είναι η παροχή ενέργειας σε όλα τα έμβια όντα στον πλανήτη, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Στα πράσινα μέρη των φυτών, υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, αρχίζει να σχηματίζεται οξυγόνο και τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται από τα φυτά για τις δικές τους ανάγκες μόνο εν μέρει, και το αχρησιμοποίητο δυναμικό συσσωρεύεται. Στη συνέχεια τα φυτά πηγαίνουν για να ταΐσουν φυτοφάγα, τα οποία λαμβάνουν τα απαραίτητα χωρίς τα οποία η ανάπτυξή τους θα είναι αδύνατη. Τότε τα φυτοφάγα γίνονται τροφή για τα αρπακτικά, χρειάζονται επίσης ενέργεια, χωρίς την οποία η ζωή απλά θα σταματήσει.
Λίγο μακριά από αυτό είναι ο άνθρωπος, οπότε για αυτόν το αληθινό νόημα της φωτοσύνθεσης δεν φαίνεται αμέσως. Απλώς, πολλοί άνθρωποι προσπαθούν να αποδείξουν στον εαυτό τους ότι δεν είναι μέρος του ζωικού κόσμου του πλανήτη μας. Δυστυχώς, μια τέτοια άρνηση δεν θα οδηγήσει σε τίποτα, αφού όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί εξαρτώνται σε κάποιο βαθμό ο ένας από τον άλλο. Αξίζει να εξαφανιστούν αρκετά είδη ζώων ή φυτών - και η ισορροπία στη φύση θα διαταραχθεί πολύ. Για να προσαρμοστούν στις νέες συνθήκες διαβίωσης, άλλοι ζωντανοί οργανισμοί θα αναγκαστούν να αναζητήσουν εναλλακτικές πηγές τροφής. Είναι αλήθεια ότι υπάρχουν περιπτώσεις που η εξαφάνιση ορισμένων ειδών οδηγεί στην εξαφάνιση άλλων.
Η αξία της φωτοσύνθεσης δεν έγκειται μόνο στην παραγωγή ενέργειας, αλλά και στην προστασία από την καταστροφή. Οι επιστήμονες προσπάθησαν εδώ και καιρό να καταλάβουν πώς ξεκίνησε η ζωή στον πλανήτη μας - και δημιούργησαν μια αρκετά εύλογη θεωρία. Αποδείχθηκε ότι η ποικιλομορφία των ζωντανών οργανισμών έγινε δυνατή μόνο λόγω της παρουσίας μιας προστατευτικής ατμόσφαιρας, η οποία σχηματίστηκε λόγω της εντατικής εργασίας ενός τεράστιου αριθμού φυτών. Φυσικά, με το μέγεθος των σύγχρονων δασών και των μεμονωμένων φυτών, δεν μπορεί κανείς να πιστέψει σε ένα τέτοιο θαύμα, αλλά τα αρχαία φυτά είχαν γιγάντιο μέγεθος.
Οι παλιοί γίγαντες του φυτικού κόσμου έχουν πεθάνει, αλλά ακόμη και μετά θάνατον ωφελούν όλη την ανθρωπότητα. Η ενέργεια που έχει συσσωρευτεί σε αυτά εισέρχεται πλέον στα σπίτια μας με τη μορφή άνθρακα. Σήμερα, ο ρόλος αυτού του τύπου καυσίμου έχει μειωθεί σημαντικά, αλλά για μεγάλο χρονικό διάστημα η ανθρωπότητα σώθηκε από το κρύο με τη βοήθειά του.
Επίσης, μην ξεχνάτε ότι τα αρχαία φυτά έχουν δώσει τη σκυτάλη τους στα σύγχρονα δέντρα και λουλούδια, που διατηρούν την ασφάλεια της ατμόσφαιρας. Όσο περισσότεροι χώροι πρασίνου στον πλανήτη μας, τόσο πιο καθαρός είναι ο αέρας που αναπνέουμε. Η καταστροφή και η αύξηση των επιβλαβών οδήγησε στο γεγονός ότι εμφανίστηκαν τρύπες στο στρώμα του όζοντος. Εάν η ανθρωπότητα δεν συνειδητοποιήσει τον πραγματικό ρόλο της φωτοσύνθεσης, θα οδηγήσει τον εαυτό της στην αυτοκαταστροφή. Απλώς δεν μπορούμε να επιβιώσουμε χωρίς οξυγόνο και προστασία, και ο αριθμός των τροπικών δασών συνεχίζει να μειώνεται ραγδαία.
Αν οι άνθρωποι θέλουν πραγματικά να σώσουν τη ζωή στον πλανήτη τους, πρέπει να κατανοήσουν πλήρως την έννοια της φωτοσύνθεσης. Όταν κάθε άτομο αναγνωρίσει τη σημασία των φυτών, όταν σταματήσουμε να κόβουμε αλόγιστα δάση, τότε η ζωή στη Γη θα γίνει καλύτερη και καθαρότερη. Διαφορετικά, οι άνθρωποι θα πρέπει να μάθουν πώς να αντέχουν τις καυτές ακτίνες του ήλιου, να αναπνέουν αιθαλομίχλη, επιβλαβείς εκπομπές και να λαμβάνουν ενέργεια από εναλλακτικές πηγές.
Μόνο από εμάς κουλουριάζεται αυτό που θα είναι το μέλλον μας - και θέλω να πιστεύω ότι οι άνθρωποι θα κάνουν τη σωστή επιλογή.
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι μια από τις πιο σημαντικές βιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση, επειδή χάρη σε αυτήν σχηματίζονται οργανικές ουσίες από διοξείδιο του άνθρακα και νερό υπό τη δράση του φωτός, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φωτοσύνθεση. Και το πιο σημαντικό, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, εμφανίζεται μια κατανομή, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την ύπαρξη ζωής στον εκπληκτικό πλανήτη μας.
Η ιστορία της ανακάλυψης της φωτοσύνθεσης
Η ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου της φωτοσύνθεσης πηγαίνει πίσω τέσσερις αιώνες στο παρελθόν, όταν το 1600 κάποιος Βέλγος επιστήμονας Jan Van Helmont δημιούργησε ένα απλό πείραμα. Τοποθέτησε ένα κλαδί ιτιάς (έχοντας προηγουμένως καταγράψει το αρχικό του βάρος) σε μια σακούλα, η οποία περιείχε επίσης 80 κιλά χώμα. Και μετά για πέντε χρόνια το φυτό ποτίστηκε αποκλειστικά με νερό. Ποια ήταν η έκπληξη του επιστήμονα όταν, μετά από πέντε χρόνια, το βάρος του φυτού αυξήθηκε κατά 60 κιλά, παρά το γεγονός ότι η μάζα της γης μειώθηκε μόνο κατά 50 γραμμάρια, από όπου προήλθε μια τόσο εντυπωσιακή αύξηση βάρους παρέμεινε μυστήριο. ο επιστήμονας.
Το επόμενο σημαντικό και ενδιαφέρον πείραμα, που έγινε το προοίμιο της ανακάλυψης της φωτοσύνθεσης, δημιουργήθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Joseph Priestley το 1771 (είναι περίεργο ότι από τη φύση του επαγγέλματός του, ο κ. Priestley ήταν ιερέας της Αγγλικανικής Εκκλησίας , αλλά έμεινε στην ιστορία ως εξαιρετικός επιστήμονας). Τι έκανε ο κύριος Priestley; Τοποθέτησε ένα ποντίκι κάτω από ένα καπάκι και πέντε μέρες αργότερα πέθανε. Έπειτα τοποθέτησε πάλι ένα άλλο ποντίκι κάτω από το καπάκι, αλλά αυτή τη φορά, μαζί με το ποντίκι κάτω από το καπάκι, υπήρχε ένα κλαδάκι μέντας, και ως αποτέλεσμα, το ποντίκι έμεινε ζωντανό. Το αποτέλεσμα που προέκυψε οδήγησε τον επιστήμονα στην ιδέα ότι υπάρχει μια διαδικασία αντίθετη από την αναπνοή. Ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα αυτού του πειράματος ήταν η ανακάλυψη του οξυγόνου ως ζωτικού για όλα τα έμβια όντα (το πρώτο ποντίκι πέθανε από την απουσία του, ενώ το δεύτερο επέζησε χάρη σε ένα κλαδάκι μέντας, το οποίο δημιούργησε οξυγόνο κατά τη φωτοσύνθεση).
Έτσι, διαπιστώθηκε το γεγονός ότι τα πράσινα μέρη των φυτών είναι ικανά να απελευθερώνουν οξυγόνο. Στη συνέχεια, ήδη το 1782, ο Ελβετός επιστήμονας Jean Senebier απέδειξε ότι το διοξείδιο του άνθρακα αποσυντίθεται σε πράσινα φυτά υπό την επίδραση του φωτός - στην πραγματικότητα, ανακαλύφθηκε μια άλλη πλευρά της φωτοσύνθεσης. Στη συνέχεια, μετά από άλλα 5 χρόνια, ο Γάλλος επιστήμονας Jacques Busengo ανακάλυψε ότι η απορρόφηση νερού από τα φυτά συμβαίνει και κατά τη σύνθεση οργανικών ουσιών.
Και η τελευταία συγχορδία σε μια σειρά επιστημονικών ανακαλύψεων που σχετίζονται με το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης ήταν η ανακάλυψη του Γερμανού βοτανολόγου Julius Sachs, ο οποίος το 1864 κατάφερε να αποδείξει ότι ο όγκος του διοξειδίου του άνθρακα που καταναλώνεται και το οξυγόνο που απελευθερώνεται συμβαίνει σε αναλογία 1:1.
Η σημασία της φωτοσύνθεσης στη ζωή του ανθρώπου
Αν φανταστείτε μεταφορικά, το φύλλο οποιουδήποτε φυτού μπορεί να συγκριθεί με ένα μικρό εργαστήριο, τα παράθυρα του οποίου βλέπουν στην ηλιόλουστη πλευρά. Σε αυτό ακριβώς το εργαστήριο γίνεται ο σχηματισμός οργανικών ουσιών και οξυγόνου, που είναι η βάση για την ύπαρξη οργανικής ζωής στη Γη. Πράγματι, χωρίς οξυγόνο και φωτοσύνθεση, η ζωή απλά δεν θα υπήρχε στη Γη.
Αλλά αν η φωτοσύνθεση είναι τόσο σημαντική για τη ζωή και την απελευθέρωση οξυγόνου, τότε πώς ζουν οι άνθρωποι (και όχι μόνο οι άνθρωποι), για παράδειγμα, σε μια έρημο όπου υπάρχουν ελάχιστα πράσινα φυτά ή, για παράδειγμα, σε μια βιομηχανική πόλη όπου τα δέντρα είναι σπάνια. Το γεγονός είναι ότι τα χερσαία φυτά αντιπροσωπεύουν μόνο το 20% του οξυγόνου που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο 80% εκπέμπεται από τα φύκια της θάλασσας και των ωκεανών, δεν είναι χωρίς λόγο ότι οι ωκεανοί αποκαλούνται μερικές φορές «οι πνεύμονες του πλανήτη μας». .
Τύπος φωτοσύνθεσης
Ο γενικός τύπος για τη φωτοσύνθεση μπορεί να γραφτεί ως εξής:
Νερό + Διοξείδιο του άνθρακα + Φως > Υδατάνθρακες + Οξυγόνο
Και αυτός είναι ο τύπος για τη χημική αντίδραση της φωτοσύνθεσης
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C6H 12 O 6 + 6O 2
Η σημασία της φωτοσύνθεσης για τα φυτά
Και τώρα ας προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στο ερώτημα γιατί τα φυτά χρειάζονται φωτοσύνθεση. Στην πραγματικότητα, η παροχή οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δεν είναι ο μόνος λόγος για τη φωτοσύνθεση· αυτή η βιολογική διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας όχι μόνο για τους ανθρώπους και τα ζώα, αλλά και για τα ίδια τα φυτά, επειδή οι οργανικές ουσίες που σχηματίζονται κατά τη φωτοσύνθεση αποτελούν το βάση της ζωής των φυτών.
Πώς γίνεται η φωτοσύνθεση
Η κύρια μηχανή της φωτοσύνθεσης είναι η χλωροφύλλη - μια ειδική χρωστική ουσία που περιέχεται στα φυτικά κύτταρα, η οποία, μεταξύ άλλων, είναι υπεύθυνη για το πράσινο χρώμα των δέντρων και άλλων φυτών. Η χλωροφύλλη είναι μια σύνθετη οργανική ένωση, η οποία έχει επίσης μια σημαντική ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά το ηλιακό φως. Απορροφώντας το, είναι η χλωροφύλλη που ενεργοποιεί αυτό το μικρό βιοχημικό εργαστήριο που περιέχεται σε κάθε μικρό φύλλο, σε κάθε γρασίδι και σε κάθε φύκι. Στη συνέχεια λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση (δείτε τον παραπάνω τύπο), κατά την οποία λαμβάνει χώρα η μετατροπή του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες απαραίτητους για τα φυτά και οξυγόνο απαραίτητο για όλα τα ζωντανά όντα. Οι μηχανισμοί της φωτοσύνθεσης είναι ένα λαμπρό δημιούργημα της φύσης.
Φάσεις φωτοσύνθεσης
Επίσης, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης αποτελείται από δύο στάδια: το φως και το σκοτάδι. Και παρακάτω θα γράψουμε αναλυτικά για καθένα από αυτά.
Φωτοσύνθεσηείναι η διαδικασία σύνθεσης οργανικών ουσιών από ανόργανες ουσίες με χρήση φωτεινής ενέργειας. Στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, η φωτοσύνθεση πραγματοποιείται από φυτά χρησιμοποιώντας κυτταρικά οργανίδια όπως π.χ χλωροπλάστεςπου περιέχει πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη.
Εάν τα φυτά δεν ήταν ικανά να συνθέσουν οργανική ύλη, τότε σχεδόν όλοι οι άλλοι οργανισμοί στη Γη δεν θα είχαν τίποτα να φάνε, αφού τα ζώα, οι μύκητες και πολλά βακτήρια δεν μπορούν να συνθέσουν οργανικές ουσίες από ανόργανες. Απορροφούν μόνο τα έτοιμα, τα χωρίζουν σε πιο απλά, από τα οποία πάλι συναρμολογούν πολύπλοκα, αλλά ήδη χαρακτηριστικά του σώματός τους.
Αυτό συμβαίνει αν μιλήσουμε πολύ σύντομα για τη φωτοσύνθεση και τον ρόλο της. Για να κατανοήσετε τη φωτοσύνθεση, πρέπει να πείτε περισσότερα: ποιες συγκεκριμένες ανόργανες ουσίες χρησιμοποιούνται, πώς γίνεται η σύνθεση;
Η φωτοσύνθεση απαιτεί δύο ανόργανες ουσίες - διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) και νερό (H 2 O). Το πρώτο απορροφάται από τον αέρα από τα εναέρια μέρη των φυτών κυρίως μέσω των στομάτων. Νερό - από το έδαφος, από όπου παραδίδεται στα φωτοσυνθετικά κύτταρα από το αγώγιμο σύστημα των φυτών. Η φωτοσύνθεση απαιτεί επίσης την ενέργεια των φωτονίων (hν), αλλά δεν μπορούν να αποδοθούν στην ύλη.
Συνολικά, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, σχηματίζεται οργανική ύλη και οξυγόνο (O 2). Συνήθως, υπό την οργανική ύλη, εννοείται πιο συχνά η γλυκόζη (C 6 H 12 O 6).
Οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται κυρίως από άτομα άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Βρίσκονται στο διοξείδιο του άνθρακα και στο νερό. Ωστόσο, η φωτοσύνθεση απελευθερώνει οξυγόνο. Τα άτομά του προέρχονται από το νερό.
Συνοπτικά και γενικά, η εξίσωση για την αντίδραση της φωτοσύνθεσης συνήθως γράφεται ως εξής:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Αλλά αυτή η εξίσωση δεν αντικατοπτρίζει την ουσία της φωτοσύνθεσης, δεν την κάνει κατανοητή. Κοίτα, αν και η εξίσωση είναι ισορροπημένη, έχει συνολικά 12 άτομα σε ελεύθερο οξυγόνο.Αλλά είπαμε ότι προέρχονται από το νερό και είναι μόνο 6 από αυτά.
Στην πραγματικότητα, η φωτοσύνθεση γίνεται σε δύο φάσεις. Το πρώτο λέγεται φως, δεύτερο - σκοτάδι. Τέτοιες ονομασίες οφείλονται στο γεγονός ότι το φως χρειάζεται μόνο για τη φάση του φωτός, η σκοτεινή φάση είναι ανεξάρτητη από την παρουσία του, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι πηγαίνει στο σκοτάδι. Η φωτεινή φάση ρέει στις μεμβράνες των θυλακοειδών του χλωροπλάστη, η σκοτεινή φάση - στο στρώμα του χλωροπλάστη.
Στην ελαφριά φάση, η δέσμευση CO 2 δεν λαμβάνει χώρα. Υπάρχει μόνο η δέσμευση της ηλιακής ενέργειας από σύμπλοκα χλωροφύλλης, η αποθήκευση της σε ATP, η χρήση ενέργειας για τη μείωση του NADP σε NADP * H 2. Η ροή ενέργειας από τη χλωροφύλλη που διεγείρεται από το φως παρέχεται από ηλεκτρόνια που μεταδίδονται μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων των ενζύμων που είναι ενσωματωμένες στις θυλακοειδή μεμβράνες.
Το υδρογόνο για το NADP λαμβάνεται από το νερό, το οποίο, υπό τη δράση του ηλιακού φωτός, αποσυντίθεται σε άτομα οξυγόνου, πρωτόνια υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτόλυση. Το οξυγόνο από το νερό δεν χρειάζεται για τη φωτοσύνθεση. Τα άτομα οξυγόνου από δύο μόρια νερού συνδυάζονται για να σχηματίσουν μοριακό οξυγόνο. Η εξίσωση αντίδρασης για την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης μοιάζει εν συντομία ως εξής:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Έτσι, η απελευθέρωση οξυγόνου συμβαίνει στην ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης. Ο αριθμός των μορίων ATP που συντίθενται από ADP και φωσφορικό οξύ ανά φωτόλυση ενός μορίου νερού μπορεί να είναι διαφορετικός: ένα ή δύο.
Έτσι, το ATP και το NADP * H 2 εισέρχονται στη σκοτεινή φάση από τη φάση του φωτός. Εδώ, η ενέργεια του πρώτου και η δύναμη αποκατάστασης του δεύτερου ξοδεύονται στη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό το βήμα της φωτοσύνθεσης δεν μπορεί να εξηγηθεί απλά και συνοπτικά, γιατί δεν προχωρά με τέτοιο τρόπο ώστε έξι μόρια CO 2 να συνδυάζονται με υδρογόνο που απελευθερώνεται από τα μόρια NADP * H 2 και να σχηματίζεται γλυκόζη:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(η αντίδραση γίνεται με τη δαπάνη ενέργειας από το ATP, το οποίο διασπάται σε ADP και φωσφορικό οξύ).
Η παραπάνω αντίδραση είναι απλώς μια απλοποίηση για ευκολία κατανόησης. Στην πραγματικότητα, τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα συνδέονται ένα κάθε φορά, ενώνοντας την ήδη παρασκευασμένη οργανική ύλη πέντε άνθρακα. Σχηματίζεται μια ασταθής οργανική ουσία έξι άνθρακα, η οποία διασπάται σε μόρια υδατανθράκων τριών ανθράκων. Μερικά από αυτά τα μόρια χρησιμοποιούνται για την επανασύνθεση της αρχικής ουσίας πέντε άνθρακα για δέσμευση CO 2. Αυτή η επανασύνθεση παρέχεται Κύκλος Calvin. Ένα μικρότερο μέρος των μορίων υδατανθράκων, που περιλαμβάνει τρία άτομα άνθρακα, φεύγει από τον κύκλο. Ήδη από αυτά και άλλες ουσίες συντίθενται όλες οι άλλες οργανικές ουσίες (υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες).
Δηλαδή, στην πραγματικότητα, τα σάκχαρα τριών άνθρακα, και όχι η γλυκόζη, βγαίνουν από τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης.
Κάθε ζωντανό ον στον πλανήτη χρειάζεται τροφή ή ενέργεια για να επιβιώσει. Μερικοί οργανισμοί τρέφονται με άλλα πλάσματα, ενώ άλλοι μπορούν να παράγουν τα δικά τους θρεπτικά συστατικά. Φτιάχνουν μόνοι τους την τροφή τους, τη γλυκόζη, σε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοσύνθεση.
Η φωτοσύνθεση και η αναπνοή είναι αλληλένδετα. Το αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης είναι η γλυκόζη, η οποία αποθηκεύεται ως χημική ενέργεια στο σώμα. Αυτή η αποθηκευμένη χημική ενέργεια προέρχεται από τη μετατροπή του ανόργανου άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα) σε οργανικό άνθρακα. Η διαδικασία της αναπνοής απελευθερώνει αποθηκευμένη χημική ενέργεια.
Εκτός από τα προϊόντα που παράγουν, τα φυτά χρειάζονται επίσης άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο για να επιβιώσουν. Το νερό που απορροφάται από το έδαφος παρέχει υδρογόνο και οξυγόνο. Κατά τη φωτοσύνθεση, ο άνθρακας και το νερό χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των τροφίμων. Τα φυτά χρειάζονται επίσης νιτρικά άλατα για να παράγουν αμινοξέα (ένα αμινοξύ είναι συστατικό για την παραγωγή πρωτεΐνης). Επιπλέον, χρειάζονται μαγνήσιο για να παράγουν χλωροφύλλη.
Το σημείωμα:Τα έμβια όντα που εξαρτώνται από άλλες τροφές ονομάζονται. Τα φυτοφάγα ζώα όπως οι αγελάδες, καθώς και τα εντομοφάγα φυτά, είναι παραδείγματα ετερότροφων. Τα έμβια όντα που παράγουν τη δική τους τροφή ονομάζονται. Τα πράσινα φυτά και τα φύκια είναι παραδείγματα αυτότροφων.
Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε περισσότερα για το πώς συμβαίνει η φωτοσύνθεση στα φυτά και τις συνθήκες που είναι απαραίτητες για αυτή τη διαδικασία.
Ορισμός της φωτοσύνθεσης
Η φωτοσύνθεση είναι η χημική διαδικασία με την οποία τα φυτά, ορισμένα και τα φύκια παράγουν γλυκόζη και οξυγόνο από διοξείδιο του άνθρακα και νερό, χρησιμοποιώντας μόνο το φως ως πηγή ενέργειας.
Αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά σημαντική για τη ζωή στη Γη, επειδή απελευθερώνει οξυγόνο, από το οποίο εξαρτάται όλη η ζωή.
Γιατί τα φυτά χρειάζονται γλυκόζη (τροφή);
Ακριβώς όπως οι άνθρωποι και άλλα έμβια όντα, τα φυτά χρειάζονται επίσης τροφή για να παραμείνουν ζωντανά. Η τιμή της γλυκόζης για τα φυτά είναι η εξής:
- Η γλυκόζη που λαμβάνεται από τη φωτοσύνθεση χρησιμοποιείται κατά την αναπνοή για να απελευθερώσει την ενέργεια που χρειάζεται το φυτό για άλλες ζωτικές διεργασίες.
- Τα φυτικά κύτταρα μετατρέπουν επίσης μέρος της γλυκόζης σε άμυλο, το οποίο χρησιμοποιείται ανάλογα με τις ανάγκες. Για το λόγο αυτό, τα νεκρά φυτά χρησιμοποιούνται ως βιομάζα επειδή αποθηκεύουν χημική ενέργεια.
- Η γλυκόζη είναι επίσης απαραίτητη για την παραγωγή άλλων χημικών ουσιών όπως πρωτεΐνες, λίπη και φυτικά σάκχαρα που απαιτούνται για την ανάπτυξη και άλλες βασικές διαδικασίες.
Φάσεις φωτοσύνθεσης
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης χωρίζεται σε δύο φάσεις: το φως και το σκοτεινό.
Η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης
Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι φωτεινές φάσεις χρειάζονται ηλιακό φως. Σε αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως, η ενέργεια του ηλιακού φωτός απορροφάται από τη χλωροφύλλη και μετατρέπεται σε αποθηκευμένη χημική ενέργεια με τη μορφή του μορίου ηλεκτρονίου-φορέα NADPH (νικοταμιδική αδενίνη δινουκλεοτιδική φωσφορική) και του μορίου ενέργειας ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη). Οι ελαφριές φάσεις εμφανίζονται στις θυλακοειδείς μεμβράνες εντός του χλωροπλάστη.
Σκοτεινή φάση φωτοσύνθεσης ή κύκλος Calvin
Στη σκοτεινή φάση ή στον κύκλο του Calvin, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια από την φωτεινή φάση παρέχουν ενέργεια για το σχηματισμό υδατανθράκων από μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Οι ανεξάρτητες από το φως φάσεις ονομάζονται μερικές φορές κύκλος Calvin λόγω της κυκλικής φύσης της διαδικασίας.
Αν και οι σκοτεινές φάσεις δεν χρησιμοποιούν το φως ως αντιδραστήριο (και ως αποτέλεσμα μπορεί να συμβεί μέρα ή νύχτα), απαιτούν τα προϊόντα των αντιδράσεων που εξαρτώνται από το φως για να λειτουργήσουν. Τα ανεξάρτητα από το φως μόρια εξαρτώνται από τα μόρια ενεργειακού φορέα ATP και NADPH για τη δημιουργία νέων μορίων υδατανθράκων. Μετά τη μεταφορά της ενέργειας στα μόρια, οι φορείς ενέργειας επιστρέφουν στις φωτεινές φάσεις για να αποκτήσουν περισσότερα ενεργητικά ηλεκτρόνια. Επιπλέον, αρκετά ένζυμα σκοτεινής φάσης ενεργοποιούνται από το φως.
Διάγραμμα των φάσεων της φωτοσύνθεσης
Το σημείωμα:Αυτό σημαίνει ότι οι σκοτεινές φάσεις δεν θα συνεχιστούν εάν τα φυτά στερηθούν το φως για πολύ καιρό, καθώς χρησιμοποιούν τα προϊόντα των φωτεινών φάσεων.
Η δομή των φύλλων των φυτών
Δεν μπορούμε να κατανοήσουμε πλήρως τη φωτοσύνθεση χωρίς να γνωρίζουμε περισσότερα για τη δομή των φύλλων. Το φύλλο είναι προσαρμοσμένο να παίζει ζωτικό ρόλο στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Η εξωτερική δομή των φύλλων
- τετράγωνο
Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των φυτών είναι η μεγάλη επιφάνεια των φύλλων. Τα περισσότερα πράσινα φυτά έχουν πλατιά, επίπεδα και ανοιχτά φύλλα που είναι ικανά να συλλάβουν όση ηλιακή ενέργεια (ηλιακό φως) χρειάζεται για τη φωτοσύνθεση.
- Κεντρική φλέβα και μίσχος
Η μέση και ο μίσχος ενώνονται και σχηματίζουν τη βάση του φύλλου. Ο μίσχος τοποθετεί το φύλλο με τέτοιο τρόπο ώστε να δέχεται όσο το δυνατόν περισσότερο φως.
- λεπίδα φύλλου
Τα απλά φύλλα έχουν μια λεπίδα φύλλου, ενώ τα σύνθετα έχουν αρκετές. Η λεπίδα του φύλλου είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του φύλλου, το οποίο εμπλέκεται άμεσα στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
- φλέβες
Ένα δίκτυο φλεβών στα φύλλα μεταφέρει νερό από τους μίσχους στα φύλλα. Η απελευθερωμένη γλυκόζη στέλνεται επίσης σε άλλα μέρη του φυτού από τα φύλλα μέσω των φλεβών. Επιπλέον, αυτά τα μέρη του φύλλου υποστηρίζουν και κρατούν την πλάκα φύλλου επίπεδη για μεγαλύτερη δέσμευση του ηλιακού φωτός. Η διάταξη των φλεβών (venation) εξαρτάται από τον τύπο του φυτού.
- βάση φύλλων
Η βάση του φύλλου είναι το χαμηλότερο τμήμα του, το οποίο αρθρώνεται με το στέλεχος. Συχνά, στη βάση του φύλλου υπάρχει ένα ζευγάρι ραβδάκια.
- άκρη φύλλου
Ανάλογα με τον τύπο του φυτού, η άκρη του φύλλου μπορεί να έχει διάφορα σχήματα, μεταξύ των οποίων: ολόκληρη, οδοντωτή, οδοντωτή, οδοντωτή, λοβό κ.λπ.
- Μύτη φύλλου
Όπως η άκρη του φύλλου, η κορυφή έχει διάφορα σχήματα, όπως: αιχμηρή, στρογγυλή, αμβλεία, επιμήκης, συρόμενη κ.λπ.
Η εσωτερική δομή των φύλλων
Παρακάτω είναι ένα κοντινό διάγραμμα της εσωτερικής δομής των ιστών των φύλλων:
- Επιδερμίδα
Η επιδερμίδα λειτουργεί ως το κύριο, προστατευτικό στρώμα στην επιφάνεια του φυτού. Κατά κανόνα, είναι πιο χοντρό στην κορυφή του φύλλου. Η επιδερμίδα καλύπτεται με μια ουσία που μοιάζει με κερί που προστατεύει το φυτό από το νερό.
- Επιδερμίδα
Η επιδερμίδα είναι ένα στρώμα κυττάρων που είναι ο περιβαλλοντικός ιστός του φύλλου. Η κύρια λειτουργία του είναι να προστατεύει τους εσωτερικούς ιστούς του φύλλου από αφυδάτωση, μηχανικές βλάβες και μολύνσεις. Ρυθμίζει επίσης τη διαδικασία ανταλλαγής αερίων και διαπνοής.
- Μεσοφύλλη
Η μεσόφυλλη είναι ο κύριος ιστός του φυτού. Εδώ λαμβάνει χώρα η διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Στα περισσότερα φυτά, η μεσόφυλλη χωρίζεται σε δύο στρώματα: το πάνω είναι παλίσαρο και το κάτω είναι σπογγώδες.
- Προστατευτικά κύτταρα
Τα προστατευτικά κύτταρα είναι εξειδικευμένα κύτταρα στην επιδερμίδα των φύλλων που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ανταλλαγής αερίων. Επιτελούν προστατευτική λειτουργία για το στόμα. Οι στοματικοί πόροι γίνονται μεγάλοι όταν το νερό είναι ελεύθερα διαθέσιμο, διαφορετικά τα προστατευτικά κύτταρα γίνονται ληθαργικά.
- Στόμα
Η φωτοσύνθεση εξαρτάται από τη διείσδυση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από τον αέρα μέσω των στομάτων στους ιστούς της μεσόφυλλης. Το οξυγόνο (O2), που λαμβάνεται ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης, εξέρχεται από το φυτό μέσω των στομάτων. Όταν τα στομία είναι ανοιχτά, το νερό χάνεται μέσω της εξάτμισης και πρέπει να αναπληρωθεί μέσω της ροής της διαπνοής από το νερό που προσλαμβάνεται από τις ρίζες. Τα φυτά αναγκάζονται να εξισορροπήσουν την ποσότητα του CO2 που απορροφάται από τον αέρα και την απώλεια νερού μέσω των στοματικών πόρων.
Συνθήκες που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση
Ακολουθούν οι συνθήκες που χρειάζονται τα φυτά για να πραγματοποιήσουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης:
- Διοξείδιο του άνθρακα.Ένα άχρωμο, άοσμο φυσικό αέριο που βρίσκεται στον αέρα και έχει την επιστημονική ονομασία CO2. Σχηματίζεται κατά την καύση άνθρακα και οργανικών ενώσεων και εμφανίζεται επίσης κατά την αναπνοή.
- Νερό. Διαφανές υγρό χημικό, άοσμο και άγευστο (υπό κανονικές συνθήκες).
- Φως.Αν και το τεχνητό φως είναι κατάλληλο και για τα φυτά, το φυσικό φως του ήλιου γενικά δημιουργεί τις καλύτερες συνθήκες για φωτοσύνθεση επειδή περιέχει φυσική υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία έχει θετική επίδραση στα φυτά.
- Χλωροφύλλη.Είναι μια πράσινη χρωστική ουσία που βρίσκεται στα φύλλα των φυτών.
- Θρεπτικά συστατικά και μέταλλα.Χημικές και οργανικές ενώσεις που απορροφούν οι ρίζες των φυτών από το έδαφος.
Τι σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης;
- Γλυκόζη;
- Οξυγόνο.
(Η φωτεινή ενέργεια εμφανίζεται σε παρένθεση επειδή δεν είναι ουσία)
Το σημείωμα:Τα φυτά λαμβάνουν CO2 από τον αέρα μέσω των φύλλων τους και νερό από το έδαφος μέσω των ριζών τους. Η φωτεινή ενέργεια προέρχεται από τον Ήλιο. Το οξυγόνο που προκύπτει απελευθερώνεται στον αέρα από τα φύλλα. Η γλυκόζη που προκύπτει μπορεί να μετατραπεί σε άλλες ουσίες, όπως το άμυλο, το οποίο χρησιμοποιείται ως αποθήκη ενέργειας.
Εάν οι παράγοντες που προάγουν τη φωτοσύνθεση απουσιάζουν ή υπάρχουν σε ανεπαρκείς ποσότητες, αυτό μπορεί να επηρεάσει αρνητικά το φυτό. Για παράδειγμα, το λιγότερο φως δημιουργεί ευνοϊκές συνθήκες για τα έντομα που τρώνε τα φύλλα ενός φυτού, ενώ η έλλειψη νερού το επιβραδύνει.
Πού γίνεται η φωτοσύνθεση;
Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα μέσα στα φυτικά κύτταρα, σε μικρά πλαστίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες. Οι χλωροπλάστες (που βρίσκονται κυρίως στο στρώμα της μεσοφύλλης) περιέχουν μια πράσινη ουσία που ονομάζεται χλωροφύλλη. Παρακάτω είναι άλλα μέρη του κυττάρου που συνεργάζονται με τον χλωροπλάστε για να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση.
Η δομή ενός φυτικού κυττάρου
Λειτουργίες μερών φυτικών κυττάρων
- : παρέχει δομική και μηχανική υποστήριξη, προστατεύει τα κύτταρα από βακτήρια, καθορίζει και καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, ελέγχει τον ρυθμό και την κατεύθυνση της ανάπτυξης και δίνει σχήμα στα φυτά.
- : παρέχει μια πλατφόρμα για τις περισσότερες από τις χημικές διεργασίες που ελέγχονται από ένζυμα.
- : δρα ως φραγμός, ελέγχοντας την κίνηση των ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο.
- : όπως περιγράφηκε παραπάνω, περιέχουν χλωροφύλλη, μια πράσινη ουσία που απορροφά την ενέργεια του φωτός κατά τη φωτοσύνθεση.
- : μια κοιλότητα μέσα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου που αποθηκεύει νερό.
- : περιέχει ένα γενετικό σήμα (DNA) που ελέγχει τη δραστηριότητα του κυττάρου.
Η χλωροφύλλη απορροφά τη φωτεινή ενέργεια που απαιτείται για τη φωτοσύνθεση. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν απορροφώνται όλα τα έγχρωμα μήκη κύματος φωτός. Τα φυτά απορροφούν κυρίως κόκκινα και μπλε μήκη κύματος - δεν απορροφούν φως στην πράσινη περιοχή.
Διοξείδιο του άνθρακα κατά τη φωτοσύνθεση
Τα φυτά προσλαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα μέσω των φύλλων τους. Το διοξείδιο του άνθρακα διαρρέει από μια μικρή τρύπα στο κάτω μέρος του φύλλου - τη στομία.
Η κάτω πλευρά του φύλλου έχει κελιά σε χαλαρή απόσταση ώστε να επιτρέπεται στο διοξείδιο του άνθρακα να φτάσει σε άλλα κύτταρα του φύλλου. Επιτρέπει επίσης στο οξυγόνο που παράγεται από τη φωτοσύνθεση να φύγει εύκολα από το φύλλο.
Το διοξείδιο του άνθρακα υπάρχει στον αέρα που αναπνέουμε σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις και είναι απαραίτητος παράγοντας στη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης.
Φως στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης
Το φύλλο έχει συνήθως μεγάλη επιφάνεια, οπότε μπορεί να απορροφήσει πολύ φως. Η πάνω επιφάνειά του προστατεύεται από την απώλεια νερού, τις ασθένειες και τις καιρικές συνθήκες με ένα κηρώδες στρώμα (επιδερμίδα). Το πάνω μέρος του φύλλου είναι το σημείο που πέφτει το φως. Αυτό το στρώμα μεσοφύλλης ονομάζεται παλίσα. Είναι προσαρμοσμένο να απορροφά μεγάλη ποσότητα φωτός, γιατί περιέχει πολλούς χλωροπλάστες.
Στις φωτεινές φάσεις, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης αυξάνεται με περισσότερο φως. Περισσότερα μόρια χλωροφύλλης ιονίζονται και περισσότερο ATP και NADPH δημιουργούνται εάν τα φωτόνια φωτός εστιαστούν σε ένα πράσινο φύλλο. Αν και το φως είναι εξαιρετικά σημαντικό στις φωτεινές φάσεις, πρέπει να σημειωθεί ότι η υπερβολική ποσότητα του μπορεί να βλάψει τη χλωροφύλλη και να μειώσει τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Οι φωτεινές φάσεις δεν εξαρτώνται πολύ από τη θερμοκρασία, το νερό ή το διοξείδιο του άνθρακα, αν και όλες χρειάζονται για να ολοκληρωθεί η διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Νερό κατά τη φωτοσύνθεση
Τα φυτά παίρνουν το νερό που χρειάζονται για τη φωτοσύνθεση μέσω των ριζών τους. Έχουν τρίχες ρίζας που φυτρώνουν στο έδαφος. Οι ρίζες χαρακτηρίζονται από μεγάλη επιφάνεια και λεπτά τοιχώματα, που επιτρέπουν στο νερό να περνά εύκολα μέσα από αυτές.
Η εικόνα δείχνει φυτά και τα κύτταρά τους με αρκετό νερό (αριστερά) και την έλλειψή του (δεξιά).
Το σημείωμα:Τα ριζικά κύτταρα δεν περιέχουν χλωροπλάστες γιατί συνήθως βρίσκονται στο σκοτάδι και δεν μπορούν να φωτοσυνθέσουν.
Εάν το φυτό δεν απορροφά αρκετό νερό, θα μαραθεί. Χωρίς νερό, το φυτό δεν θα είναι σε θέση να φωτοσυνθέσει αρκετά γρήγορα και μπορεί ακόμη και να πεθάνει.
Ποια είναι η σημασία του νερού για τα φυτά;
- Παρέχει διαλυμένα μέταλλα που υποστηρίζουν την υγεία των φυτών.
- Είναι το μέσο μεταφοράς.
- Υποστηρίζει σταθερότητα και ευθύτητα.
- Ψύχεται και κορεστεί με υγρασία.
- Καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή διαφόρων χημικών αντιδράσεων στα φυτικά κύτταρα.
Η σημασία της φωτοσύνθεσης στη φύση
Η βιοχημική διαδικασία της φωτοσύνθεσης χρησιμοποιεί την ενέργεια του ηλιακού φωτός για να μετατρέψει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και γλυκόζη. Η γλυκόζη χρησιμοποιείται ως δομικό στοιχείο στα φυτά για την ανάπτυξη των ιστών. Έτσι, η φωτοσύνθεση είναι ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζονται οι ρίζες, οι μίσχοι, τα φύλλα, τα άνθη και οι καρποί. Χωρίς τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά δεν μπορούν να αναπτυχθούν ή να αναπαραχθούν.
- Παραγωγοί
Λόγω της φωτοσυνθετικής τους ικανότητας, τα φυτά είναι γνωστά ως παραγωγοί και χρησιμεύουν ως η ραχοκοκαλιά σχεδόν κάθε τροφικής αλυσίδας στη Γη. (Τα φύκια είναι το αντίστοιχο του φυτού). Όλα τα τρόφιμα που τρώμε προέρχονται από οργανισμούς που είναι φωτοσυνθετικοί. Τρώμε αυτά τα φυτά απευθείας ή τρώμε ζώα όπως αγελάδες ή χοίρους που καταναλώνουν φυτικές τροφές.
- Βάση της τροφικής αλυσίδας
Στα υδάτινα συστήματα, τα φυτά και τα φύκια αποτελούν επίσης τη βάση της τροφικής αλυσίδας. Τα φύκια χρησιμεύουν ως τροφή, τα οποία, με τη σειρά τους, λειτουργούν ως πηγή τροφής για μεγαλύτερους οργανισμούς. Χωρίς τη φωτοσύνθεση στο υδάτινο περιβάλλον, η ζωή θα ήταν αδύνατη.
- Απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα
Η φωτοσύνθεση μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο. Κατά τη φωτοσύνθεση, το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα εισέρχεται στο φυτό και στη συνέχεια απελευθερώνεται ως οξυγόνο. Στον σημερινό κόσμο όπου τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα αυξάνονται με ανησυχητικό ρυθμό, κάθε διαδικασία που απομακρύνει το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα είναι περιβαλλοντικά σημαντική.
- Ανακύκλωση θρεπτικών συστατικών
Τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί παίζουν ζωτικό ρόλο στον κύκλο των θρεπτικών συστατικών. Το άζωτο στον αέρα στερεώνεται στους φυτικούς ιστούς και γίνεται διαθέσιμο για την παραγωγή πρωτεϊνών. Τα ιχνοστοιχεία που βρίσκονται στο έδαφος μπορούν επίσης να ενσωματωθούν στον φυτικό ιστό και να διατεθούν σε φυτοφάγα ζώα πιο ψηλά στην τροφική αλυσίδα.
- φωτοσυνθετικό εθισμό
Η φωτοσύνθεση εξαρτάται από την ένταση και την ποιότητα του φωτός. Στον ισημερινό, όπου το φως του ήλιου είναι άφθονο όλο το χρόνο και το νερό δεν είναι ο περιοριστικός παράγοντας, τα φυτά έχουν υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης και μπορούν να γίνουν αρκετά μεγάλα. Αντίθετα, η φωτοσύνθεση είναι λιγότερο συχνή στα βαθύτερα μέρη του ωκεανού, επειδή το φως δεν διαπερνά αυτά τα στρώματα, και ως αποτέλεσμα, αυτό το οικοσύστημα είναι πιο άγονο.
