Значення фотосинтезу. Значення фотосинтезу в природі. Результат фотосинтезу
Фотосинтезом називають процес, результатом якого є утворення і виділення кисню клітинами рослин і деякими видами бактерій.
Основне поняття
Фотосинтез - це не що інше, як ланцюжок унікальних фізико-хімічних реакцій. У чому ж він полягає? Зелені рослини, а також деякі бактерії поглинають сонячні промені і перетворюють їх в електромагнітну енергію. Кінцевим результатом фотосинтезу є енергія хімічних зв'язків різноманітних органічних сполук.
У рослині, яке висвітлили сонячні промені, в певній послідовності відбуваються окислювально-відновні реакції. Вода і водень, що представляють собою донорів-відновників, переміщуються у вигляді електронів до акцептору-окислителю (вуглекислого газу і ацетату). В результаті утворюються відновлені сполуки вуглеводів, а також кисень, який і виділяють рослини.
Історія вивчення фотосинтезу
Протягом багатьох тисячоліть людина був переконаний в тому, що харчування рослини відбувається за його кореневій системі через грунт. На початку шістнадцятого століття голландським натуралістом Яном Ван Гельмонтом був проведений експеримент з вирощуванням рослини в горщику. Після зважування ґрунту до посадки і після того як рослина досягла певних розмірів, їм був зроблений висновок про те, що всі представники флори отримують поживні речовини в основному з води. Цій теорії дотримувалися вчені протягом двох наступних століть.
Несподіване для всіх, але правильне припущення про живлення рослин було зроблено в 1771 р хіміком з Англії Джозефом Прістлі. Поставлені їм досліди переконливо довели, що рослини здатні очистити повітря, який раніше був не придатний для дихання людини. Трохи пізніше був зроблений висновок про те, дані процеси неможливі без участі сонячного світла. Вчені з'ясували, що зелені листочки рослин не просто перетворюють отриманий ними вуглекислий газ в кисень. Без цього процесу неможлива їхнє життя. У сукупності з водою і мінеральними солями вуглекислий газ служить їжею рослинам. У цьому укладено основне значення фотосинтезу для всіх представників флори.
Роль кисню для життя на Землі
Досліди, які були проведені англійським хіміком Прістлі, допомогли людству пояснити, чому повітря на нашій планеті залишається придатним для дихання. Адже життя підтримується, незважаючи на існування величезної кількості живих організмів і горіння незліченної кількості вогнів.
Виникнення життя на Землі мільярди років тому було просто неможливо. Атмосфера нашої планети не містила в собі вільного кисню. Все змінилося з появою рослин. Весь перебуває сьогодні в атмосфері кисень - це результат фотосинтезу, що відбувається в зелених листах. Даний процес змінив вигляд Землі і дав поштовх до розвитку життя. Це безцінне значення фотосинтезу було до кінця усвідомлено людством лише наприкінці 18 століття.
Не є перебільшенням твердження, що саме існування людей на нашій планеті залежить від того, який стан рослинного світу. Значення фотосинтезу укладено в його провідної ролі для протікання різних біосферних процесів. У глобальних масштабах ця дивовижна фізико-хімічна реакція призводить до утворення органічних речовин з неорганічних.
Класифікація процесів фотосинтезу
У зеленому листі відбувається три важливих реакції. Вони і являють собою фотосинтез. Таблиця, в яку заносять дані реакції, застосовується при вивченні біології. В її рядки вносять:
- фотосінтез-
- газообмен-
- випаровування води.
Ті фізико-хімічні реакції, які відбуваються в рослині при світлі дня, дозволяють зеленим листочками виділяти двоокис вуглецю і кисень. У темний час доби - тільки перший з цих двох компонентів.
Синтез хлорофілу в деяких рослинах відбувається навіть при слабкому і розсіяному освітленні.
Основні етапи
Розрізняють дві фази фотосинтезу, які тісно пов'язані між собою. На першому етапі енергія променів світла перетворюється в високоенергетичні сполуки АТФ і універсальні відновники НАДФН. Ці два елементи є первинними продуктами фотосинтезу.
На другому (Темновий) етапі отримані АТФ і НАДФН використовуються для фіксації вуглекислоти аж до її відновлення в вуглеводи. Дві фази фотосинтезу мають відмінності не тільки в часі. Вони відбуваються і в різному просторі. Тому, хто вивчає з біології тему "фотосинтез", таблиця з точним зазначенням характеристик двох фаз допоможе в більш точному розумінні процесу.
Механізм вироблення кисню
Після поглинання рослинами вуглекислого газу в них відбувається синтез поживних речовин. Даний процес здійснюється в зелених пігментах, званих хлорофілламі, під впливом сонячних променів. Основними складовими цієї дивовижної реакції є:
- світло-
- хлоропласти-
- водо-
- вуглекислий газ-
- температура.
Послідовність фотосинтезу
Вироблення рослинами кисню здійснюється поетапно. Основними стадіями фотосинтезу є наступні:
- поглинання світла хлорофілламі-
- поділ хлоропластами (внутрішньоклітинними органоїдами зеленого пігменту) отриманої з грунту води на кисень і водень-
- переміщення однієї частини кисню в атмосферу, а інший - для здійснення дихального процесу растеніямі-
- утворення молекул цукру в білкових гранулах (піреноїди) рослин-
- виробництво крохмалів, вітамінів, жирів і т.д. в результаті змішування цукру з азотом.
Незважаючи на те, що для здійснення фотосинтезу необхідне сонячне світло, дана реакція здатна протікати і при штучному освітленні.
Роль рослинного світу для Землі
Основні процеси, що відбуваються в зеленому листі, уже досить повно вивчила наука біологія. Значення фотосинтезу для біосфери величезна. Це єдина реакція, що приводить до зростання кількості вільної енергії.
У процесі фотосинтезу щороку відбувається утворення ста п'ятдесяти мільярдів тонн речовини органічного типу. Крім того, за вказаний період рослинами виділяється практично 200 млн. Тонн кисню. У зв'язку з цим можна стверджувати, що роль фотосинтезу величезна для всього людства, так як даний процес служить основним джерелом енергії на Землі.
У процесі унікальною фізико-хімічної реакції відбувається круговорот вуглецю, кисню, а також багатьох інших елементів. З цього випливає ще одне немаловажне значення фотосинтезу в природі. Даною реакцією підтримується певний склад атмосфери, при якому можливе життя на Землі.
Процес, що відбувається в рослинах, обмежує кількість вуглекислого газу, не дозволяючи йому накопичуватися в збільшених концентраціях. Це також важливе значення фотосинтезу. На Землі завдяки зеленим рослинам не створюється так званого парникового ефекту. Флора надійно захищає нашу планету від перегріву.
Рослинний світ як основа харчування
Важлива роль фотосинтезу для лісового та сільського господарства. Рослинний світ є живильним базою для всіх гетеротрофних організмів. Однак значення фотосинтезу криється не тільки в поглинанні зеленим листям вуглекислого газу і отримання такого готового продукту унікальною реакції, як цукор. Рослини здатні перетворювати азотисті і сірчані сполуки в речовини, з яких складаються їхні тіла.
Як же це відбувається? Яке значення фотосинтезу в житті рослин? Даний процес здійснюється за допомогою отримання рослиною іонів нітратів. Ці елементи знаходяться в ґрунтовій воді. В рослина вони потрапляють завдяки кореневій системі. Клітини зеленого організму переробляють іони нітратів в амінокислоти, з яких складаються білкові ланцюжки. У процесі фотосинтезу утворюються і компоненти жирів. Вони для рослин є важливими запасними речовинами. Так, в насінні багатьох плодів знаходиться поживне масло. Цей продукт важливий і для людини, так як знаходить застосування в харчовій та сільськогосподарської промисловості.
Роль фотосинтезу в отриманні врожаю
У світовій практиці роботи сільськогосподарських підприємств широко використовуються результати вивчення основних закономірностей розвитку і росту рослин. Як відомо, основою формування врожаю є фотосинтез. Його інтенсивність, в свою чергу, залежить від водного режиму культур, а також від їх мінерального живлення. Яким же чином людина добивається збільшення щільності посівів і розмірів листя для того, щоб рослина максимально використовувало енергію Сонця й забирало вуглекислий газ з атмосфери? Для цього оптимізуються умови мінерального живлення та водопостачання сільськогосподарських культур.
Науково доведено, що врожайність залежить від площі зеленого листя, а також від інтенсивності й тривалості протікають у них процесів. Але в той же час збільшення щільності посівів призводить до затінення листя. До них не може пробитися сонячне світло, і через погіршення вентиляції повітряних мас в малих обсягах надходить вуглекислий газ. У результаті відбувається зниження активності процесу фотосинтезу і зменшується продуктивність рослин.
Роль фотосинтезу для біосфери
За приблизними підрахунками, тільки автотрофні рослини, що живуть у водах Світового океану, щорічно перетворюють від 20 до 155 млрд. Тонн вуглецю в органічну речовину. І це при тому, що енергія сонячних променів використовується ними лише на 0,11%. Що стосується наземних рослин, то вони щорічно поглинають від 16 до 24 млрд. Тонн вуглецю. Всі ці дані переконливо свідчать про те, наскільки велике значення фотосинтезу в природі. Тільки в результаті даної реакції атмосфера заповнюється необхідним для життя молекулярним киснем, який необхідний для горіння, дихання і різноманітною виробничої діяльності. Деякі вчені вважають, що в разі підвищення вмісту вуглекислого газу в атмосфері відбувається збільшення швидкості фотосинтезу. При цьому атмосфера поповнюється відсутньою киснем.
Космічна роль фотосинтезу
Зелені рослини є посередниками між нашою планетою і Сонцем. Вони вловлюють енергію небесного світила і забезпечують можливість існування життя на нашій планеті.
Фотосинтез являє собою процес, про який можна говорити в космічних масштабах, так як він свого часу сприяв перетворенню образу нашої планети. Завдяки реакції, що проходить в зелених листах, енергія сонячних променів не розсіюється в просторі. Вона переходить в хімічну енергію новостворених органічних речовин.
Людському суспільству продукти фотосинтезу потрібні не тільки для їжі, але і для здійснення господарської діяльності.
Однак людству важливі не тільки ті промені сонця, які падають на нашу Землю в даний час. Вкрай необхідні для життя і здійснення виробничої діяльності ті продукти фотосинтезу, які були отримані мільйони років тому. Вони знаходяться в надрах планети у вигляді пластів кам'яного вугілля, горючого газу і нафти, торф'яних родовищ.
