Схематическое изображение процесса фотосинтеза, происходящего в растениях
Данная статья имеет статус готовой. Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
Фотосинтез является жизненно важным процессом, который происходит во многих растениях, водорослях и некоторых бактериях. Он играет центральную роль в поддержании жизни на Земле, поскольку обеспечивает производство органических молекул и выделение кислорода.
Фотосинтез не только основа пищевой цепи на планете, но и поддержка экологического баланса.
Процесс фотосинтеза
Фотосинтез — это процесс, при котором растения и некоторые другие организмы используют энергию света для преобразования углекислого газа и воды в органические вещества, такие как глюкоза, а также выделяют кислород.
Поглощение света
На этом этапе начинается поглощение света растительными пигментами. В основном хлорофиллами, которые находятся в хлоропластах растительных клеток. Хлорофиллы способны поглощать свет в определенных спектральных областях, в основном в синей и красной частях спектра.
Световая зависимая реакция
Далее в тилакоидах хлоропластов происходит световая зависимая реакция: энергия света преобразуется в химическую. Пигменты хлорофилла поглощают энергию света и передают ее электронам, вызывая их возбуждение.
Фотофосфорилирование
Возбужденные электроны передаются через электронно-транспортную цепь в мембране тилакоида. Так освобождается энергия, которая используется для создания градиента протонов (H+) через мембрану. Градиент протонов используется ферментом АТФ-синтазой для синтеза молекул аденозинтрифосфата (АТФ) – основного источника энергии в клетке.
Выделение кислорода
В процессе световой зависимой реакции вода расщепляется на молекулы водорода и кислорода. Кислород высвобождается в качестве побочного продукта и выходит из клетки через специальные отверстия — газовые ходы.
Светонезависимая реакция (Цикл Кальвина)
Цикл Кальвина, также известный как темновая фаза фотосинтеза или светонезависимая реакция, является важной частью процесса фотосинтеза. Он происходит в хлоропластах растений и включает ряд химических реакций, направленных на фиксацию углекислого газа и образование органических молекул.
Почему при увеличении концентрации углекислого газа свыше 0,1% скорость фотосинтеза не растёт? Как изменится скорость фотосинтеза, если сильно снизить температуру в теплице? Объясните, почему произойдёт изменение. Какую роль играет углекислый газ в процессе фотосинтеза?
Скорость фотосинтеза и факторы, ограничивающие его
Скорость фотосинтеза лимитируется другими факторами, такими как освещённостью, скоростью накопления АТФ, количеством ферментов световой и темновой фазы и другими. При понижении температуры активность ферментов снижается, что приводит к снижению скорости фотосинтеза. Углекислый газ фиксируется в темновой фазе фотосинтеза (цикле Кальвина) и является основой для образования углеводов.
Факторы, ограничивающие фотосинтез | Влияние на скорость фотосинтеза |
---|---|
Освещённость | Влияет на интенсивность процесса |
Скорость накопления АТФ | Влияет на энергетический баланс |
Количество ферментов световой и темновой фазы | Влияют на скорость реакций |
Закон Либиха и ограничивающий фактор
На рисунке отображена закономерность, называемая законом лимитирующего фактора (или закон Либиха), который гласит, что ограничивающим (лимитирующим) фактором для организма является наименьшее количество отдельного компонента среди всех необходимых.
Закон Либиха | Пример применения |
---|---|
Ограничивающий фактор | Аминокислота лизин |
Необходимое количество | Отклонение от оптимального |
Регенерация костей у цыпленка
Эксперименты, проведенные с цыпленком, показали, что костная ткань имеет способность к регенерации. Надкостница способствует росту кости в толщину, оставшаяся хрящевая прослойка позволяет костям удлиняться. У цыпленка восстановление костей происходит быстрее, чем у взрослого петуха, из-за большего количества клеток, способных к делению, в его костной ткани.
Механизмы роста и восстановления костей | Влияние на процесс |
---|---|
Надкостница | Рост в толщину |
Хрящевые прослойки (метафизы) | Рост в длину |
Остеобласты | Клетки, способные к делению |
Наследственные заболевания в общинах
В маленьких общинах с высокой частотой родственных браков увеличивается гомозиготность наследственных признаков, что может привести к развитию рецессивных заболеваний. Переход мутаций в гомозиготное состояние может привести к проявлению заболеваний, которые могут быть скрыты в гетерозиготном состоянии.
Механизм развития наследственных заболеваний | Влияние на частоту заболеваний |
---|---|
Родственные браки | Увеличение гомозиготности |
Гомозиготность | Проявление рецессивных мутаций |
Адаптация организма к высоте над уровнем моря
Спортсмены, тренирующиеся на высоте над уровнем моря, приспосабливаются к гипоксии путем увеличения количества эритроцитов и гемоглобина. Развивается сила и выносливость сердечной мышцы, чтобы обеспечить кислородом организм в условиях низкой концентрации кислорода в атмосфере.
Адаптация к гипоксии на больших высотах | Изменения в организме спортсменов |
---|---|
Увеличение эритроцитов и гемоглобина | Повышение усвоения кислорода |
Развитие силы и выносливости сердечной мышцы | Поддержка организма в условиях низкого кислорода |
Исследование Лонгисквамы
На рисунке изображен Лонгисквама – вымершее животное, обитавшее 202 млн лет назад. Используя фрагмент геохронологической таблицы, установите эру и период, в который обитал данный организм, а также укажите, к какому классу относится данное животное. Укажите, по каким признакам вы определили класс.
- Мезозойская эра, Триасовый период
- Класс: Пресмыкающиеся
- Признаки: Морфологические
Пресмыкающиеся также приобрели необходимые для жизни на суше изменения. У них образовалась плотная ороговевшая кожа, препятствующая испарению. Через такую кожу не проходит кислород. Поэтому изменились легкие: они приобрели ячеистое строение, то есть сильно увеличилась их рабочая поверхность. Кроме того, появились ребра, образовалась грудная клетка, а процесс дыхания стал активным путем расширения и сжатия грудной клетки. В скелете наряду с появлением ребер сильно удлинился шейный отдел и голова стала более подвижной.
Эксперимент Н.И. Лунина
Доктор медицины, Н.И. Лунин, исследовал влияние химического состава пищи на мышей. Ученый кормил подопытных мышей искусственными смесями белков, жиров и углеводов. Мыши погибали на 11 день эксперимента. Через некоторое время Лунин стал добавлять в пищу поваренную соль и воду, после чего мыши погибали на 30 день. Когда же Н.И. Лунин добавил в искусственную пищу все необходимые соли, все мыши погибли. Другая группа мышей питалась коровьим молоком и оставалась здоровой. Какие выводы сделал Н.И. Лунин из первого опыта? Какие выводы он сделал после кормления мышей пищей, содержащей все необходимые соли? Почему выжили мыши, питавшиеся коровьим молоком?
- Первый вывод: мышам кроме органических соединений необходимы неорганические – минеральные соли.
- Второй вывод: полного набора минеральных солей для жизни мышей недостаточно, необходимы прочие питательные вещества.
- Мыши, питавшиеся коровьим молоком, выжили потому, что в нём содержатся все питательные органические вещества и витамины, на необходимость которых и указал Н.И. Лунин.
Реликтовые виды
Среди представителей современной фауны встречаются реликтовые виды, которые относят к таксонам, почти полностью вымершим миллионы лет назад. К таким видам, которые называют живыми ископаемыми, относят, например, латимерию, утконоса и наутилуса. Объясните с позиции эволюционной теории, почему эти виды не вымерли вместе с родственными им организмами, а сохранились до нашего времени в неизменном виде. Какая форма естественного отбора обеспечила им выживание?
- Обитают в относительно изолированных ареалах.
- В ареале относительно стабильные условия.
- В ареале отсутствуют более приспособленные конкуренты.
- В ареале отсутствуют хищники (паразиты).
- Обеспечивала им выживание стабилизирующая форма естественного отбора.
Эксперимент и его результат
Объясните результаты эксперимента. Почему в пробирке раствор не поменял цвет на сине-фиолетовый?
Важность амилазы слюны и реакции йода на крахмал
Амилаза слюны:
Амилаза слюны расщепляет (гидролизует) крахмал в щелочной среде с pH 7,1-14.
Причем в пробирке с щелочной реакцией среды амилаза активна и полностью расщепила крахмал.Реакция йода:
Кроме того, йод реагирует с крахмалом, вызывая сине-фиолетовое окрашивание. Однако, при добавлении йода в результате не появляется сине-фиолетовое окрашивание, а цвет остается бледно-желтым.
Икроножная мышца человека
Мышца в напряжении:
На рисунке 2 икроножная мышца находится в напряжении, что обусловлено ее укорочением (утолщением) при поднятии стопы.Прикрепление к кости:
Икроножная мышца прикрепляется к пяточной кости.Свойства мышечной ткани:
Движение возможно благодаря свойству мышечной ткани – сократимости, которая обеспечивается взаимодействием актина и миозина.Прочность:
Прочность обеспечивается сухожилием.
Особенности выделения мочи у морских костистых рыб
Малое количество мочи:
У морских костистых рыб капиллярные клубочки не развиты, поэтому они выделяют меньшее количество мочи по сравнению с пресноводными рыбами.Потери воды:
Вода выделяется через кожу (или жабры), поэтому с целью сокращения потерь воды, эти рыбы выделяют очень мало мочи.Развитие почечного аппарата:
Слабое развитие клубочкового аппарата также влияет на количество выделяемой мочи.
Причины угрозы вымирания карликового ленивца
Низкое генетическое разнообразие:
Малая численность популяции ведет к низкому уровню генетического разнообразия.Вероятность скрещиваний:
С уменьшением численности возрастает вероятность близкородственных скрещиваний.Летальные рецессивные гены:
Близкородственные скрещивания могут привести к проявлению летальных рецессивных генов.Низкая скорость размножения:
Малочисленность может замедлить скорость размножения из-за низкой вероятности встречи половых партнеров.Гибель от случайных факторов:
Гибель всей популяции ленивцев от случайных факторов также угрожает их вымиранию.
Контролируемые параметры эксперимента и роль освещенности в фотосинтезе
Контролируемый параметр:
Необходимо контролировать освещенность в помещении, где проводится эксперимент.Исследование фотосинтеза:
Сильное снижение освещенности повлияет на скорость фотосинтеза, так как свет играет ключевую роль в этом процессе, необходимом для синтеза органических веществ.
- назван параметр: сторонние (иные) источники света ИЛИ расстояние от источника света до растения; 2) дано объяснение: колба будет обёрнута фольгой, будет оставлено только окно напротив источника света ИЛИ обозначить на столе точки установки лампы и колбы с растением; 3) при снижении освещенности фотосинтез замедляется; 4) свет необходим для проведения реакций фотосинтеза, в ходе которых образуется энергия, необходимая для световой фазы фотосинтеза, для синтеза глюкозы.
Назовите клеточную структуру, изображенную на рисунке. Из какого вещества она состоит? Укажите особенность строения этой структуры и её функцию в клетке. Какие еще структуры клетки имеют схожее строение?
- центриоли клеточного центра (клеточный центр); 2) состоит из белка (тубулина); 3) состоит из (девяти триплетов) микротрубочек; 4) функция: при делении клетки служит организатором нитей веретена деления (обеспечивает расхождение хромосом к полюсам клетки); ИЛИ функция: участвует в формировании цитоскелета; ИЛИ функция: является центром организации микротрубочек; 5) органоиды движения (реснички, жгутики), базальные тельца.
В экосистеме пресноводного водоема обитают беззубки, караси, окуни и щуки. Какие биотические отношения сложились между перечисленными видами организмов? Ответ обоснуйте.
- между окунями, щуками и карасями отношения хищник-жертва (хищничество); 2) окуни и щуки поедают карасей; 3) между взрослыми окунями и щуками наблюдается конкуренция; 4) их пищевые ресурсы одинаковы; 5) между взрослыми щуками и окунями и их молодью – хищник-жертва; 6) взрослые особи поедают молодь; 7) между беззубками и тремя видами рыб – паразитизм; 8) личинки беззубки паразитируют на рыбах.
Все, что нужно знать о хлорофиллах и хлоропластах
Хлоропласты — это органеллы, специализированные для фотосинтеза, присутствующие в клетках растений и некоторых других организмов. Они имеют сложную внутреннюю структуру, которая включает следующие компоненты:
1. Внешняя оболочка — мембрана представляет собой липидный барьер, который отделяет внутреннее пространство хлоропласта от цитоплазмы клетки.
2. Внутренняя оболочка — мембрана, которая находится внутри внешней мембраны. Она также является липидным барьером, разделяющим пространство хлоропласта на две основные части: строму и тилакоиды.
3. Строма — жидкая матрица внутри хлоропласта. Она содержит различные ферменты, рибосомы, ДНК и другие молекулы, необходимые для проведения темновой фазы фотосинтеза.
4. Тилакоиды — это система мембранных структур внутри хлоропласта. Они выглядят как мешочки или пластинки, сложенные в стопку, называемую граной. Тилакоиды содержат хлорофилл и другие пигменты, которые поглощают свет для фотосинтеза.
5. Грана — это стопка тилакоидов, которые связаны друг с другом. Они содержат фотосистемы, которые осуществляют световую фазу фотосинтеза, поглощая световую энергию и преобразуя ее в химическую энергию.
6. Люмен — это пространство внутри тилакоидов, ограниченное мембранами. Здесь происходят световые реакции фотосинтеза, включая перенос электронов и синтез АТФ.
Функция хлоропластов
Основная функция хлоропластов — проведение фотосинтеза. В них происходит преобразование световой энергии в химическую энергию, которая используется для синтеза органических молекул, таких как глюкоза. Хлоропласты также участвуют в синтезе липидов, аминокислот и других важных молекул.
Интересный факт: хлоропласты стараются расположиться в клетке таким образом, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету. Или говоря простым языком, хлоропласты в клетке всегда тянутся на свет.
Хлорофиллы являются главными пигментами, ответственными за поглощение света в процессе фотосинтеза у растений.
Хлорофиллы — это пигменты, в хлоропластах растительных клеток. Хлорофиллы состоят из двух основных типов — хлорофилла «а» и хлорофилла «б». Хлорофилл «а» является наиболее распространенным и играет основную роль в фотосинтезе, а хлорофилл «б» дополняет его функции.
Функции хлорофиллов
Хлорофиллы поглощают свет в определенных диапазонах спектра. Основные пики поглощения хлорофилла «а» находятся в синей (около 430 нм) и красной (около 662 нм) областях спектра, а хлорофилл «b» поглощает свет в дополнительных областях, в основном в зеленой (около 450-500 нм) и оранжевой (около 640 нм) областях.
Фотохимия
Поглощенный свет вызывает электронные переходы в молекуле хлорофилла, что приводит к выделению энергии и запуску цепочки химических реакций, включая световую зависимую реакцию фотосинтеза.
Влияние на цвет растений
Хлорофиллы играют ключевую роль в определении зеленого цвета растений. Это связано с их способностью поглощать свет в синем и красном спектральных областях, а отражать зеленый свет.
В результате, когда свет падает на хлорофиллы, они поглощают энергию в диапазонах, которые не включают зеленый свет, и отражают его обратно. Отражение зеленого света придает растениям зеленый цвет и делает их заметными для человеческого глаза.
Этот феномен объясняет, почему большинство растений на Земле выглядят зелеными. Однако некоторые растения могут иметь разные оттенки зеленого цвета в зависимости от содержания хлорофиллов. Например, некоторые растения могут иметь более темно-зеленый оттенок из-за высокого содержания хлорофилла, а другие могут иметь светло-зеленый или желто-зеленый оттенок из-за относительно низкого содержания хлорофилла или присутствия других пигментов, таких как каротиноиды.
Таким образом, хлорофиллы являются основным фактором, определяющим зеленый цвет растений, и играют важную роль в их визуальном восприятии.
Значение фотосинтеза для эволюции
Хлоропласты в клетках листа
Фотосинтез, будучи экологическим средообразующим фактором в биосфере, находится в прямой зависимости от внешних факторов среды. Его эффективность определяется взаимодействием фотосинтезирующих растений с конкретными условиями окружающей среды. Зная условия среды можно регулировать продуктивность растений в различных природно-климатических зонах сельскохозяйственного производства.
История изучения фотосинтеза
Фамицын, Андрей Сергеевич
Концепция окислительно-восстановительной сущности фотосинтеза
В 1960 году Юрием Соломоновичем Карпиловым был описан C4-фотосинтез, а в 1966 году Маршаллом Дэвинсоном Хэтчем и Чарльзом Роджером Слэком были представлены дальнейшие исследования этого процесса. Они показали, что C4-фотосинтез является эффективным механизмом, позволяющим растениям адаптироваться к жарким условиям и недостатку воды.
Световая и темновая фаза фотосинтеза
Процесс фотосинтеза можно разделить на две основные реакции: световую зависимую и световую независимую(темновую).
В световой зависимой реакции хлорофилл поглощает свет и передает его энергию электронам, которые находятся в молекулах хлорофилла.
Затем эти электроны протекают через цепь электрон-транспортеров, создавая энергетический градиент. В результате — происходит расщепление молекулы воды на молекулы кислорода и протонов, а освободившиеся электроны передаются на специальные молекулы, называемые акцепторами электронов.
Световая независимая(темновая) реакция
В световой независимой реакции осуществляется фиксация углекислого газа и синтез органических молекул. Цикл Кальвина включает ряд химических реакций, в результате которых углекислый газ превращается в глюкозу и другие органические соединения.
Световая независимая реакция получила свое название в честь американского ученого Мелвина Кальвина, который в 1961 году получил Нобелевскую премию за свои исследования этого процесса.
Цикл Кальвина происходит в хлоропластах растительных клеток, в специальной области хлоропласта, называемой стромой. В этом цикле углекислый газ (СО2), полученный во время световой зависимой реакции, используется для синтеза органических молекул, прежде всего глюкозы.
Чтобы изучить тему фотосинтеза, запомнить все этапы и термины, можно обратиться за помощью к репетитору по биологии . Педагог оценит знание предмета, составит план обучения, исходя из целей ученика, поможет подготовиться к итоговой контрольной или выпускному экзамену. Подбирая репетитора на образовательной платформе BUKI, вы можете выбрать именно того, кто имеет опыт подготовки учащихся и предлагает наиболее приемлемый для вас прайс.