Ang mga halaman ay nakakakuha ng tubig at mineral mula sa kanilang mga ugat. Ang mga dahon ay nagbibigay ng organikong nutrisyon sa mga halaman. Hindi tulad ng mga ugat, wala sila sa lupa, ngunit sa hangin, samakatuwid hindi sila nagbibigay ng lupa, ngunit nutrisyon ng hangin.
Mula sa kasaysayan ng pag-aaral ng aerial nutrition ng mga halaman
Ang kaalaman tungkol sa nutrisyon ng halaman ay unti-unting naipon. Mga 350 taon na ang nakalilipas, unang nag-eksperimento ang Dutch scientist na si Jan Helmont sa pag-aaral ng nutrisyon ng halaman. Nagtanim siya ng willow sa isang palayok na puno ng lupa, na nagdaragdag lamang ng tubig. Maingat na tinimbang ng siyentipiko ang mga nalaglag na dahon. Pagkalipas ng limang taon, ang masa ng willow kasama ang mga nahulog na dahon ay tumaas ng 74.5 kg, at ang masa ng lupa ay nabawasan lamang ng 57 g. Batay dito, dumating si Helmont sa konklusyon na ang lahat ng mga sangkap sa halaman ay nabuo hindi mula sa lupa. , ngunit mula sa tubig. Ang opinyon na ang halaman ay tumataas lamang sa laki dahil sa tubig ay nagpatuloy hanggang sa katapusan ng ika-18 siglo.
Noong 1771, ang Ingles na chemist na si Joseph Priestley ay nag-aral ng carbon dioxide, o, gaya ng tawag niya rito, "sirang hangin" at gumawa ng isang kapansin-pansing pagtuklas. Kung magsisindi ka ng kandila at tinakpan mo ng salamin, tapos pagkatapos masunog ng kaunti, mamamatay. Ang isang daga sa ilalim ng gayong talukbong ay nagsisimulang malagutan ng hininga. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sanga ng mint sa ilalim ng takip gamit ang mouse, ang mouse ay hindi masusuffocate at patuloy na mabubuhay. Nangangahulugan ito na "itinatama" ng mga halaman ang hangin na nasira ng paghinga ng mga hayop, iyon ay, binago nila ang carbon dioxide sa oxygen.
Noong 1862, pinatunayan ng German botanist na si Julius Sachs sa pamamagitan ng mga eksperimento na ang mga berdeng halaman ay hindi lamang gumagawa ng oxygen, ngunit lumikha din ng mga organikong sangkap na nagsisilbing pagkain para sa lahat ng iba pang mga organismo.
Photosynthesis
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga berdeng halaman at iba pang mga nabubuhay na organismo ay ang presensya sa kanilang mga selula ng mga chloroplast na naglalaman ng chlorophyll. Ang kloropila ay may pag-aari ng pagkuha ng mga solar ray, ang enerhiya na kinakailangan para sa paglikha ng mga organikong sangkap. Ang proseso ng pagbuo ng organikong bagay mula sa carbon dioxide at tubig gamit ang solar energy ay tinatawag na photosynthesis (Greek pbo1os light). Sa panahon ng proseso ng photosynthesis, hindi lamang mga organikong sangkap - mga asukal - ang nabuo, ngunit ang oxygen ay inilabas din.
Sa eskematiko, ang proseso ng photosynthesis ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:
Ang tubig ay hinihigop ng mga ugat at gumagalaw sa pamamagitan ng conductive system ng mga ugat at tangkay patungo sa mga dahon. Ang carbon dioxide ay isang bahagi ng hangin. Ito ay pumapasok sa mga dahon sa pamamagitan ng bukas na stomata. Ang pagsipsip ng carbon dioxide ay pinadali ng istraktura ng dahon: ang patag na ibabaw ng mga blades ng dahon, na nagpapataas ng lugar ng pakikipag-ugnay sa hangin, at ang pagkakaroon ng isang malaking bilang ng stomata sa balat.
Ang mga asukal na nabuo bilang resulta ng photosynthesis ay na-convert sa starch. Ang almirol ay isang organikong sangkap na hindi natutunaw sa tubig. Ang Kgo ay madaling matukoy gamit ang isang iodine solution.
Katibayan ng pagbuo ng almirol sa mga dahon na nakalantad sa liwanag
Patunayan natin na sa mga berdeng dahon ng mga halaman, ang almirol ay nabuo mula sa carbon dioxide at tubig. Upang gawin ito, isaalang-alang ang isang eksperimento na minsang ginawa ni Julius Sachs.
Ang isang houseplant (geranium o primrose) ay itinatago sa dilim sa loob ng dalawang araw upang ang lahat ng almirol ay maubos para sa mahahalagang proseso. Pagkatapos ang ilang mga dahon ay natatakpan sa magkabilang gilid ng itim na papel upang ang bahagi lamang ng mga ito ay natatakpan. Sa araw, ang halaman ay nakalantad sa liwanag, at sa gabi ito ay karagdagang iluminado gamit ang isang table lamp.
Pagkatapos ng isang araw, ang mga dahon sa ilalim ng pag-aaral ay pinutol. Upang malaman kung saang bahagi nabubuo ang almirol ng dahon, ang mga dahon ay pinakuluan sa tubig (upang lumaki ang mga butil ng almirol) at pagkatapos ay itinatago sa mainit na alak (ang chlorophyll ay natutunaw at ang dahon ay nawalan ng kulay). Pagkatapos ang mga dahon ay hugasan sa tubig at ginagamot sa isang mahinang solusyon ng yodo. Kaya, ang mga lugar ng mga dahon na nalantad sa liwanag ay nakakakuha ng asul na kulay mula sa pagkilos ng yodo. Nangangahulugan ito na ang almirol ay nabuo sa mga selula ng iluminado na bahagi ng dahon. Samakatuwid, ang photosynthesis ay nangyayari lamang sa liwanag.
Katibayan para sa pangangailangan para sa carbon dioxide para sa photosynthesis
Upang patunayan na ang carbon dioxide ay kinakailangan para sa pagbuo ng almirol sa mga dahon, ang houseplant ay una ring itinatago sa dilim. Ang isa sa mga dahon ay inilalagay sa isang prasko na may kaunting tubig ng dayap. Ang prasko ay sarado gamit ang cotton swab. Ang halaman ay nakalantad sa liwanag. Ang carbon dioxide ay sinisipsip ng lime water, kaya hindi ito malalagay sa flask. Ang dahon ay pinutol at, tulad ng sa nakaraang eksperimento, napagmasdan para sa pagkakaroon ng almirol. Ito ay pinananatili sa mainit na tubig at alkohol at ginagamot sa solusyon ng yodo. Gayunpaman, sa kasong ito, ang resulta ng eksperimento ay magkakaiba: ang dahon ay hindi nagiging asul, dahil hindi ito naglalaman ng almirol. Samakatuwid, para sa pagbuo ng almirol, bilang karagdagan sa liwanag at tubig, kailangan ang carbon dioxide.
Kaya, sinagot namin ang tanong kung anong pagkain ang natatanggap ng halaman mula sa hangin. Ipinakita ng karanasan na ito ay carbon dioxide. Ito ay kinakailangan para sa pagbuo ng organikong bagay.
Ang mga organismo na independiyenteng lumikha ng mga organikong sangkap upang bumuo ng kanilang katawan ay tinatawag na autotrophamnes (Greek autos - mismo, trophe - pagkain).
Katibayan ng paggawa ng oxygen sa panahon ng photosynthesis
Upang patunayan na sa panahon ng photosynthesis, ang mga halaman ay naglalabas ng oxygen sa panlabas na kapaligiran, isaalang-alang ang isang eksperimento sa aquatic plant na Elodea. Ang mga shoots ng Elodea ay inilubog sa isang sisidlan na may tubig at tinatakpan ng isang funnel sa itaas. Maglagay ng test tube na puno ng tubig sa dulo ng funnel. Ang halaman ay nakalantad sa liwanag sa loob ng dalawa hanggang tatlong araw. Sa liwanag, ang elodea ay gumagawa ng mga bula ng gas. Naiipon ang mga ito sa tuktok ng test tube, na nagpapalipat-lipat ng tubig. Upang malaman kung anong uri ng gas ito, ang test tube ay maingat na tinanggal at isang nagbabagang splinter ay ipinapasok dito. Ang splinter ay kumikislap nang maliwanag. Nangangahulugan ito na ang oxygen ay naipon sa prasko, na sumusuporta sa pagkasunog.
Ang kosmikong papel ng mga halaman
Ang mga halaman na naglalaman ng chlorophyll ay nakaka-absorb ng solar energy. Samakatuwid K.A. Tinawag ni Timiryazev ang kanilang papel sa Earth na cosmic. Ang ilan sa mga solar energy na nakaimbak sa organikong bagay ay maaaring maimbak nang mahabang panahon. Ang karbon, pit, langis ay nabuo ng mga sangkap na noong sinaunang panahon ng geological ay nilikha ng mga berdeng halaman at hinihigop ang enerhiya ng Araw. Sa pamamagitan ng pagsunog ng mga natural na nasusunog na materyales, ang isang tao ay naglalabas ng enerhiya na nakaimbak milyun-milyong taon na ang nakalilipas ng mga berdeng halaman.
kung saan ang AH 2 ay ang mga produkto ng F.
Mga tampok na istruktura ng photosynthetic apparatus.
Ang mataas na kahusayan ng posporus sa mas mataas na berdeng mga halaman ay sinisiguro ng isang perpektong photosynthetic apparatus, ang batayan nito ay intracellular organelles-chloroplasts (mayroong 20-100 sa kanila sa isang berdeng selula ng dahon). Ang mga ito ay napapalibutan ng isang double-layer na lamad. Ang panloob na layer nito ay binubuo ng mga flattened sac o vesicle na tinatawag na thylakoids, na kadalasang naka-pack sa mga stack at bumubuo ng grana na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng single intergranular thylakoids. Ang mga thylakoid ay binubuo ng mga photosynthetic membrane mismo, na mga biomolecular lipid layer at mosaically interspersed lipoprotein-pigment complex na bumubuo ng mga photochemically active center, at naglalaman din ng mga espesyal na sangkap na kasangkot sa electron transport at pagbuo ng adenosine triphosphate (ATP). Ang bahagi ng chloroplast na matatagpuan sa pagitan ng mga thylakoids ng stroma ay naglalaman ng mga enzyme na nagpapagana ng mga madilim na reaksyon ng posporus (halimbawa, ang conversion ng carbon, nitrogen, sulfur, ang biosynthesis ng carbohydrates at protina). Ang starch na nabuo sa panahon ng F. ay idineposito sa stroma. Ang mga chloroplast ay may sariling DNA, RNA, ribosom, synthesizing proteins, at may ilang genetic autonomy, ngunit nasa ilalim ng pangkalahatang kontrol ng nucleus. photosynthetic bacteria at karamihan sa mga algae ay walang mga chloroplast. Ang photosynthetic apparatus ng karamihan sa algae ay kinakatawan ng mga dalubhasang intracellular organelles - chromatophores, at photosynthetic bacteria at blue-green algae - thylakoids (ang kanilang mga lamad ay naglalaman ng pigment bacteriochlorophyll o bacterioviridin, pati na rin ang iba pang mga bahagi ng mga reaksyon ng plema), na nahuhulog sa mga peripheral na layer ng cytoplasm.
Ang yugto ng pangunahing pagbabagong-anyo at pag-iimbak ng enerhiya sa proseso ng photosynthesis
Ang photosynthesis ng halaman ay batay sa isang proseso ng redox kung saan ang 4 na mga electron (at mga proton) ay tumaas mula sa antas ng potensyal na redox na naaayon sa oksihenasyon ng tubig (+ 0.8 V) sa isang antas na naaayon sa pagbawas ng CO 2 na may pagbuo ng mga carbohydrates (- 0.4 V). Kasabay nito, ang pagtaas sa libreng enerhiya ng reaksyon ng pagbawas ng CO 2 sa antas ng carbohydrates ay 120 kcal/mol, at ang kabuuang equation ng F. ay ipinahayag bilang.
Photosynthesis ay ang proseso ng synthesis ng mga organikong sangkap mula sa mga di-organikong gamit ang liwanag na enerhiya. Sa karamihan ng mga kaso, ang photosynthesis ay isinasagawa ng mga halaman gamit ang mga cellular organelles tulad ng mga chloroplast naglalaman ng berdeng pigment chlorophyll.
Kung ang mga halaman ay walang kakayahang mag-synthesize ng organikong bagay, kung gayon halos lahat ng iba pang mga organismo sa Earth ay walang makakain, dahil ang mga hayop, fungi at maraming bakterya ay hindi maaaring mag-synthesize ng mga organikong sangkap mula sa mga hindi organiko. Sumisipsip lamang sila ng mga handa, hinati ang mga ito sa mas simple, kung saan muli silang nagtitipon ng mga kumplikado, ngunit katangian na ng kanilang katawan.
Ito ang kaso kung pag-uusapan natin ang tungkol sa photosynthesis at ang papel nito nang napakaikling. Upang maunawaan ang photosynthesis, kailangan nating sabihin nang higit pa: anong mga partikular na inorganic na sangkap ang ginagamit, paano nangyayari ang synthesis?
Ang photosynthesis ay nangangailangan ng dalawang di-organikong sangkap - carbon dioxide (CO 2) at tubig (H 2 O). Ang una ay hinihigop mula sa hangin ng mga bahagi ng halaman sa itaas ng lupa pangunahin sa pamamagitan ng stomata. Ang tubig ay nagmumula sa lupa, kung saan ito dinadala sa mga photosynthetic na selula ng conducting system ng halaman. Gayundin, ang photosynthesis ay nangangailangan ng enerhiya ng mga photon (hν), ngunit hindi sila maaaring maiugnay sa bagay.
Sa kabuuan, ang photosynthesis ay gumagawa ng organikong bagay at oxygen (O2). Karaniwan, ang organikong bagay ay kadalasang nangangahulugan ng glucose (C 6 H 12 O 6).
Ang mga organikong compound ay kadalasang binubuo ng carbon, hydrogen at oxygen atoms. Ang mga ito ay matatagpuan sa carbon dioxide at tubig. Gayunpaman, sa panahon ng photosynthesis, ang oxygen ay inilabas. Ang mga atom nito ay kinuha mula sa tubig.
Sa madaling sabi at sa pangkalahatan, ang equation para sa reaksyon ng photosynthesis ay karaniwang nakasulat bilang mga sumusunod:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ngunit ang equation na ito ay hindi sumasalamin sa kakanyahan ng photosynthesis at hindi ito naiintindihan. Tingnan, kahit na ang equation ay balanse, sa loob nito ang kabuuang bilang ng mga atom sa libreng oxygen ay 12. Ngunit sinabi namin na sila ay nagmula sa tubig, at mayroon lamang 6 sa kanila.
Sa katunayan, ang photosynthesis ay nangyayari sa dalawang yugto. Ang una ay tinawag liwanag, pangalawa - madilim. Ang ganitong mga pangalan ay dahil sa ang katunayan na ang liwanag ay kailangan lamang para sa liwanag na bahagi, ang madilim na bahagi ay independiyente sa presensya nito, ngunit hindi ito nangangahulugan na ito ay nangyayari sa dilim. Ang light phase ay nangyayari sa mga lamad ng thylakoids ng chloroplast, at ang dark phase ay nangyayari sa stroma ng chloroplast.
Sa panahon ng light phase, ang CO 2 binding ay hindi nangyayari. Ang lahat ng nangyayari ay ang pagkuha ng solar energy ng mga chlorophyll complex, ang pag-imbak nito sa ATP, at ang paggamit ng enerhiya upang bawasan ang NADP sa NADP*H 2 . Ang daloy ng enerhiya mula sa light-excited na chlorophyll ay ibinibigay ng mga electron na ipinadala sa kahabaan ng electron transport chain ng mga enzyme na binuo sa thylakoid membranes.
Ang hydrogen para sa NADP ay nagmumula sa tubig, na nabubulok ng sikat ng araw sa oxygen atoms, hydrogen protons at electron. Ang prosesong ito ay tinatawag na photolysis. Ang oxygen mula sa tubig ay hindi kailangan para sa photosynthesis. Ang mga atomo ng oxygen mula sa dalawang molekula ng tubig ay nagsasama upang bumuo ng molekular na oxygen. Ang equation ng reaksyon para sa light phase ng photosynthesis sa madaling sabi ay ganito:
H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2
Kaya, ang paglabas ng oxygen ay nangyayari sa panahon ng light phase ng photosynthesis. Ang bilang ng mga molekula ng ATP na na-synthesize mula sa ADP at phosphoric acid sa bawat photolysis ng isang molekula ng tubig ay maaaring magkakaiba: isa o dalawa.
Kaya, ang ATP at NADP*H 2 ay nagmumula sa light phase hanggang sa dark phase. Dito, ang enerhiya ng una at ang pagbabawas ng kapangyarihan ng pangalawa ay ginugol sa pagbubuklod ng carbon dioxide. Ang yugtong ito ng photosynthesis ay hindi maipaliwanag nang simple at maigsi dahil hindi ito nagpapatuloy sa paraan na ang anim na CO 2 molecule ay nagsasama sa hydrogen na inilabas mula sa NADP*H 2 molecules upang bumuo ng glucose:
6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(ang reaksyon ay nangyayari sa paggasta ng enerhiya ATP, na nasira sa ADP at phosphoric acid).
Ang ibinigay na reaksyon ay pasimple lamang para mas madaling maunawaan. Sa katunayan, ang mga molekula ng carbon dioxide ay nagbubuklod nang paisa-isa, na nagdudugtong sa handa nang limang-carbon na organikong sangkap. Ang isang hindi matatag na anim na carbon na organikong sangkap ay nabuo, na nasira sa tatlong-carbon na mga molekula ng carbohydrate. Ang ilan sa mga molecule na ito ay ginagamit upang muling i-synthesize ang orihinal na limang-carbon substance upang magbigkis ng CO 2 . Sinisiguro ang resynthesis na ito Ikot ni Calvin. Ang isang minorya ng mga molecule ng carbohydrate na naglalaman ng tatlong carbon atoms ay lumabas sa cycle. Ang lahat ng iba pang mga organikong sangkap (carbohydrates, taba, protina) ay synthesize mula sa kanila at iba pang mga sangkap.
Iyon ay, sa katunayan, ang tatlong-carbon na asukal, hindi glucose, ay lumalabas sa madilim na yugto ng potosintesis.
Ang photosynthesis ay isang napakakomplikadong biological na proseso. Ito ay pinag-aralan ng agham ng biology sa loob ng maraming taon, ngunit, tulad ng ipinapakita ng kasaysayan ng pag-aaral ng photosynthesis, ang ilang mga yugto ay hindi pa rin malinaw. Sa mga librong sangguniang pang-agham, ang isang pare-parehong paglalarawan ng prosesong ito ay tumatagal ng ilang pahina. Ang layunin ng artikulong ito ay upang ilarawan ang kababalaghan ng photosynthesis, nang maikli at malinaw para sa mga bata, sa anyo ng mga diagram at mga paliwanag.
Pang-agham na kahulugan
Una, mahalagang malaman kung ano ang photosynthesis. Sa biology, ang kahulugan ay ang mga sumusunod: ito ang proseso ng pagbuo ng mga organikong sangkap (pagkain) mula sa mga di-organikong sangkap (mula sa carbon dioxide at tubig) sa mga chloroplast gamit ang magaan na enerhiya.
Upang maunawaan ang kahulugang ito, maaari nating isipin ang isang perpektong pabrika - anumang berdeng halaman na photosynthetic. Ang "gasolina" para sa pabrika na ito ay sikat ng araw, ang mga halaman ay gumagamit ng tubig, carbon dioxide at mineral upang makagawa ng pagkain para sa halos lahat ng mga anyo ng buhay sa mundo. Ang "pabrika" na ito ay perpekto dahil, hindi katulad ng iba pang mga pabrika, hindi ito nagdudulot ng pinsala, ngunit, sa kabaligtaran, sa panahon ng produksyon ay naglalabas ito ng oxygen sa kapaligiran at sumisipsip ng carbon dioxide. Tulad ng nakikita mo, ang ilang mga kondisyon ay kinakailangan para sa photosynthesis.
Ang natatanging prosesong ito ay maaaring katawanin bilang isang formula o equation:
araw + tubig + carbon dioxide = glucose + tubig + oxygen
Istraktura ng dahon ng halaman
Upang makilala ang kakanyahan ng proseso ng photosynthesis, kinakailangang isaalang-alang ang istraktura ng dahon. Kung titingnan mo sa ilalim ng mikroskopyo, makikita mo ang mga transparent na cell na naglalaman ng mula 50 hanggang 100 green spots. Ito ay mga chloroplast, kung saan matatagpuan ang chlorophyll, ang pangunahing photosynthetic pigment, at kung saan nangyayari ang photosynthesis.
Ang chloroplast ay parang maliit na bag, at sa loob nito ay may mas maliliit pang bag. Ang mga ito ay tinatawag na thylakoids. Ang mga molekula ng chlorophyll ay matatagpuan sa ibabaw ng thylakoids. at nakaayos sa mga pangkat na tinatawag na mga photosystem. Karamihan sa mga halaman ay may dalawang uri ng photosystem (PS): photosystem I at photosystem II. Tanging ang mga cell na may chloroplast ang may kakayahang photosynthesis.
Paglalarawan ng light phase
Anong mga reaksyon ang nangyayari sa panahon ng light phase ng photosynthesis? Sa pangkat ng PSII, ang enerhiya ng sikat ng araw ay inililipat sa mga electron ng molekula ng chlorophyll, bilang isang resulta kung saan ang elektron ay sinisingil, iyon ay, "nasasabik nang labis" na tumalon ito mula sa pangkat ng photosystem at "nakuha ” ng carrier molecule sa thylakoid membrane. Ang electron na ito ay gumagalaw mula sa carrier patungo sa carrier hanggang sa ito ay ma-discharge. Maaari itong magamit sa isa pang pangkat ng PSI upang palitan ang isang elektron.
Kulang ng electron ang pangkat ng Photosystem II, at ngayon positively charged na at nangangailangan ng bagong elektron. Ngunit saan makakakuha ng gayong elektron? Isang lugar sa grupong kilala bilang oxygen-evolving complex ang naghihintay sa walang malasakit na molekula ng tubig na "namamasyal" sa paligid.
Ang isang molekula ng tubig ay naglalaman ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms. Ang oxygen evolution complex sa PSII ay may apat na manganese ions na kumukuha ng mga electron mula sa hydrogen atoms. Bilang resulta, ang molekula ng tubig ay nahahati sa dalawang positibong hydrogen ions, dalawang electron at isang oxygen atom. Nahati ang mga molekula ng tubig, at ang mga atomo ng oxygen ay ipinamamahagi sa mga pares, na bumubuo ng mga molekula ng oxygen gas, na nagbabalik ng halaman sa hangin. Ang mga hydrogen ions ay nagsisimulang mangolekta sa thylakoid bag, mula dito ang halaman ay maaaring gamitin ang mga ito, at sa tulong ng mga electron, ang problema ng pagkawala sa PS II complex ay malulutas, na handang ulitin ang cycle na ito ng maraming beses bawat segundo.
Naiipon ang mga hydrogen ions sa thylakoid sac, at nagsimula silang maghanap ng paraan palabas. Dalawang hydrogen ions, na laging nabubuo sa panahon ng disintegration ng isang molekula ng tubig, ay hindi lahat: pagpasa mula sa PS II complex patungo sa PS I complex, ang mga electron ay umaakit ng iba pang mga hydrogen ions sa bag. Ang mga ion na ito ay nag-iipon sa thylakoid. Paano sila makakaalis doon?
Lumalabas na mayroon silang "turnstile" na may isang output - isang enzyme na ginagamit sa paggawa ng cellular "fuel" na tinatawag na ATP (adenosine triphosphate). Sa pamamagitan ng pagdaan sa "turnstile" na ito, ang mga hydrogen ions ay nagbibigay ng enerhiya na kailangan upang muling magkarga ng mga nagamit nang ATP molecule. Ang mga molekula ng ATP ay mga cellular na "baterya". Nagbibigay sila ng enerhiya para sa mga reaksyon sa loob ng cell.
Kapag nangongolekta ng asukal, kailangan ng isa pang molekula. Ito ay tinatawag na NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). Ang mga molekula ng NADP ay "mga trak", ang bawat isa sa kanila ay naghahatid ng isang hydrogen atom sa enzyme ng molekula ng asukal. Ang pagbuo ng NADP ay nangyayari sa PS I complex. Habang sinisira ng photosystem (PSII) ang mga molekula ng tubig at lumilikha ng ATP mula sa kanila, ang photosystem (PS I) ay sumisipsip ng liwanag at naglalabas ng mga electron, na sa kalaunan ay kakailanganin sa pagbuo ng NADP. Ang mga molekula ng ATP at NADP ay iniimbak sa stroma at sa kalaunan ay gagamitin upang bumuo ng asukal.
Mga produkto ng light phase ng photosynthesis:
- oxygen
- NADP*H 2
Night phase scheme
Pagkatapos ng light phase, ang madilim na yugto ng photosynthesis ay nangyayari. Ang yugtong ito ay unang natuklasan ni Calvin. Kasunod nito, ang pagtuklas na ito ay tinawag na c3 - photosynthesis. Sa ilang mga species ng halaman, ang isang uri ng photosynthesis ay sinusunod - c4.
Walang nagagawang asukal sa panahon ng light phase ng photosynthesis. Kapag nalantad sa liwanag, ATP at NADP lang ang nagagawa. Ang mga enzyme ay ginagamit sa stroma (ang espasyo sa labas ng thylakoid) para sa paggawa ng asukal. Ang chloroplast ay maihahambing sa isang pabrika kung saan ang mga koponan (PS I at PS II) sa loob ng thylakoid ay gumagawa ng mga trak at baterya (NADP at ATP) para sa gawain ng ikatlong pangkat (mga espesyal na enzyme) ng stroma.
Ang pangkat na ito ay bumubuo ng asukal sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga atomo ng hydrogen at mga molekula ng carbon dioxide sa pamamagitan ng mga reaksiyong kemikal gamit ang mga enzyme na matatagpuan sa stroma. Lahat ng tatlong koponan ay nagtatrabaho sa araw, at ang "asukal" na koponan ay nagtatrabaho sa parehong araw at gabi, hanggang sa maubos ang ATP at NADP na natitira pagkatapos ng day shift.
Sa stroma, maraming mga atomo at molekula ang pinagsama sa tulong ng mga enzyme. Ang ilang mga enzyme ay mga molekula ng protina na may espesyal na hugis na nagpapahintulot sa kanila na kunin ang mga atomo o molekula na kailangan nila para sa isang partikular na reaksyon. Pagkatapos Ang koneksyon ay nangyayari, ang enzyme ay naglalabas isang bagong nabuong molekula, at ang prosesong ito ay paulit-ulit na paulit-ulit. Sa stroma, ipinapasa ng mga enzyme ang mga molekula ng asukal na kanilang nakolekta, muling ayusin ang mga ito, sisingilin ang mga ito ng ATP, magdagdag ng carbon dioxide, magdagdag ng hydrogen, pagkatapos ay ipadala ang tatlong-carbon na asukal sa ibang bahagi ng cell kung saan ito ay na-convert sa glucose at iba't ibang mga sangkap.
Kaya, ang madilim na yugto ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga molekula ng glucose. At ang mga carbohydrate ay synthesize mula sa glucose.
Ilaw at madilim na bahagi ng photosynthesis (talahanayan)
Papel sa kalikasan
Ano ang kahalagahan ng photosynthesis sa kalikasan? Ligtas nating masasabi na ang buhay sa Earth ay nakasalalay sa photosynthesis.
- Sa tulong nito, ang mga halaman ay gumagawa ng oxygen, na kinakailangan para sa paghinga.
- Sa panahon ng paghinga, ang carbon dioxide ay inilabas. Kung hindi ito nasisipsip ng mga halaman, magkakaroon ng greenhouse effect sa atmospera. Sa pagdating ng greenhouse effect, maaaring magbago ang klima, maaaring matunaw ang mga glacier, at bilang resulta, maraming bahagi ng lupa ang maaaring baha.
- Ang proseso ng photosynthesis ay nakakatulong sa paggatong sa lahat ng nabubuhay na bagay at nagbibigay din ng panggatong sa sangkatauhan.
- Salamat sa oxygen na inilabas sa pamamagitan ng photosynthesis sa anyo ng isang oxygen-ozone screen ng atmospera, lahat ng nabubuhay na bagay ay protektado mula sa ultraviolet radiation.
Ipinatupad ang proseso ng photosynthesis sa mga dahon ng halaman. Ang photosynthesis ay katangian lamang ng mga berdeng halaman. Ang pinakamahalagang aspeto ng aktibidad ng dahon ay ganap na nailalarawan ng K. A. Timiryazev:
Masasabing ang buhay ng dahon ay nagpapahayag ng pinakadiwa ng buhay ng halaman. Ang lahat ng mga organikong sangkap, gaano man kaiba ang mga ito, saanman sila matatagpuan - maging sa halaman, hayop o tao - ay dumaan sa dahon, na nagmula sa mga sangkap na ginawa ng dahon.
Ang istraktura ng mga dahon ng halaman
Mga dahon ng halaman Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahusay na pagkakaiba-iba sa kanilang anatomical na istraktura, na nakasalalay sa parehong uri ng halaman at mga kondisyon ng kanilang paglago. Ang dahon ay natatakpan sa itaas at sa ibaba ng epidermis - isang nakatakip na tisyu na may maraming bukana na tinatawag na stomata. Sa ilalim ng itaas na epidermis mayroong isang palisade, o columnar parenchyma, na tinatawag na assimilation. Sa ilalim nito ay may mas maluwag na tissue - spongy parenchyma, na sinusundan ng mas mababang epidermis. Ang buong dahon ay natagos ng isang network ng mga ugat na binubuo ng mga conductive bundle kung saan dumadaan ang tubig, mineral at mga organikong sangkap. Cross section ng isang dahon. Ang columnar at spongy tissue ng dahon ay naglalaman ng berdeng plastid - mga chloroplast na naglalaman ng mga pigment. Ang pagkakaroon ng mga chloroplast at ang mga berdeng pigment na taglay nito (chlorophylls) ay nagpapaliwanag sa kulay ng mga halaman. Malaking ibabaw ng dahon, umaabot sa 30,000 - 50,000 sq. m bawat 1 ektarya sa iba't ibang mga halaman, ay mahusay na inangkop para sa matagumpay na pagsipsip ng CO 2 mula sa hangin sa panahon ng photosynthesis. Ang carbon dioxide ay tumagos sa dahon ng halaman sa pamamagitan ng stomata na matatagpuan sa epidermis, pumapasok sa mga intercellular space at, tumagos sa pamamagitan ng lamad ng cell, pumapasok sa cytoplasm, at pagkatapos ay sa mga chloroplast, kung saan nagaganap ang proseso ng asimilasyon. Ang oxygen na nabuo sa prosesong ito ay nagkakalat mula sa ibabaw ng mga chloroplast sa isang libreng estado. Kaya, sa pamamagitan ng stomata, nangyayari ang palitan ng gas sa pagitan ng mga dahon at panlabas na kapaligiran - ang paggamit ng carbon dioxide at ang pagpapalabas ng oxygen sa panahon ng photosynthesis, ang pagpapalabas ng carbon dioxide at ang pagsipsip ng oxygen sa panahon ng paghinga. Bilang karagdagan, ang stomata ay nagsisilbi upang maglabas ng singaw ng tubig. Sa kabila ng katotohanan na ang kabuuang lugar ng stomatal openings ay 1-2% lamang ng buong ibabaw ng dahon, gayunpaman, kapag ang stomata ay bukas, ang carbon dioxide ay tumagos sa mga dahon sa bilis na 50 beses na mas mataas kaysa sa pagsipsip nito ng alkali. . Ang bilang ng stomata ay napakalaki - mula sa ilang dosena hanggang 1500 bawat 1 metro kuwadrado. mm.Mga chloroplast
Mga chloroplast- berdeng plastid kung saan nangyayari ang proseso ng photosynthesis. Ang mga ito ay matatagpuan sa cytoplasm. Sa mas matataas na halaman, ang mga chloroplast ay hugis disc o hugis ng lens; sa mas mababang mga halaman ay mas magkakaiba ang mga ito.
Mga chloroplast sa berdeng mga selula ng halaman. Ang laki ng mga chloroplast sa mas matataas na halaman ay medyo pare-pareho, na may average na 1-10 microns. Karaniwan ang isang cell ay naglalaman ng isang malaking bilang ng mga chloroplast, sa average na 20-50, at kung minsan ay higit pa. Ang mga ito ay matatagpuan pangunahin sa mga dahon, at marami sa kanila sa mga hindi hinog na prutas. Sa isang halaman, ang kabuuang bilang ng mga chloroplast ay napakalaki; sa isang may sapat na gulang na puno ng oak, halimbawa, ang kanilang lugar ay 2 ektarya. Ang chloroplast ay may istraktura ng lamad. Ito ay pinaghihiwalay mula sa cytoplasm sa pamamagitan ng isang double membrane membrane. Ang chloroplast ay naglalaman ng lamellae, protina-lipoid plate, na nakolekta sa mga bundle at tinatawag na grana. Ang chlorophyll ay matatagpuan sa lamellae sa anyo ng isang monomolecular layer. Sa pagitan ng lamellae mayroong isang matubig na likido ng protina - ang stroma; naglalaman ito ng mga butil ng almirol at mga patak ng langis. Ang istraktura ng chloroplast ay mahusay na inangkop sa photosynthesis, dahil ang paghahati ng chlorophyll-bearing apparatus sa maliliit na plato ay makabuluhang pinatataas ang aktibong ibabaw ng chloroplast, na nagpapadali sa pag-access ng enerhiya at paglipat nito sa mga sistema ng kemikal na kasangkot sa photosynthesis. Ang data mula sa A. A. Tabentsky ay nagpapakita na ang mga chloroplast ay nagbabago sa lahat ng oras sa panahon ng ontogenesis ng halaman. Sa mga batang dahon, ang isang pinong-butil na istraktura ng mga chloroplast ay sinusunod, habang sa mga dahon na nakumpleto ang paglaki, isang magaspang na butil na istraktura ay sinusunod. Sa mga lumang dahon, ang pagkasira ng mga chloroplast ay naobserbahan na. Ang dry matter ng chloroplasts ay naglalaman ng 20-45% na protina, 20-40% lipoids, 10-12% carbohydrates at iba pang reserbang sangkap, 10% mineral na elemento, 5-10% green pigments (chlorophyll). A at chlorophyll b), 1-2% carotenoids, pati na rin ang maliit na halaga ng RNA at DNA. Ang nilalaman ng tubig ay umabot sa 75%. Ang mga chloroplast ay naglalaman ng isang malaking hanay ng hydrolytic at redox enzymes. Ang pananaliksik ni N. M. Sissakyan ay nagpakita na ang synthesis ng maraming mga enzyme ay nangyayari rin sa mga chloroplast. Salamat dito, nakikibahagi sila sa buong kumplikadong kumplikado ng mga proseso ng buhay ng halaman. Mga pigment, ang kanilang mga katangian at kondisyon ng pagbuo
Mga pigment maaaring makuha mula sa mga dahon ng halaman na may alkohol o acetone. Ang katas ay naglalaman ng mga sumusunod na pigment: berde - chlorophyll A at chlorophyll b; dilaw - karotina at xanthophyll (carotenoids).Chlorophyll
Chlorophyll kumakatawanisa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na sangkap sa ibabaw ng mundo(C. Darwin), dahil salamat dito, posible ang synthesis ng mga organikong sangkap mula sa inorganic na CO 2 at H 2 O. Ang chlorophyll ay hindi matutunaw sa tubig at madaling nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng mga asing-gamot, acid at alkalis, kaya napakahirap. upang maitatag ang komposisyon ng kemikal nito. Ang ethyl alcohol o acetone ay karaniwang ginagamit upang kunin ang chlorophyll. Ang chlorophyll ay may mga sumusunod na summary formula: chlorophyll A- C 55 H 72 O 5 N 4 Mg, chlorophyll b- C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Sa chlorophyll A 2 higit pang hydrogen atoms at 1 mas kaunting oxygen atom kaysa sa chlorophyll b. Ang mga formula para sa chlorophyll ay maaaring katawanin bilang mga sumusunod:
Mga formula ng chlorophyll A At b. Ang gitnang lugar sa molekula ng chlorophyll ay inookupahan ng Mg; maaari itong maalis sa pamamagitan ng paggamot sa alcoholic extract ng chlorophyll na may hydrochloric acid. Ang berdeng pigment ay nagiging kayumanggi, na tinatawag na pheophytin, kung saan ang Mg ay pinalitan ng dalawang H atoms mula sa hydrochloric acid. Napakadaling ibalik ang berdeng kulay ng katas sa pamamagitan ng pagdaragdag ng magnesium o ibang metal sa molekula ng pheophytin. Samakatuwid, ang berdeng kulay ng chlorophyll ay nauugnay sa pagkakaroon ng metal sa komposisyon nito. Kapag ang isang alcoholic extract ng chlorophyll ay nalantad sa alkali, ang mga grupo ng alkohol (phytol at methyl alcohol) ay inaalis; sa kasong ito, ang berdeng kulay ng chlorophyll ay nananatili, na nagpapahiwatig na ang core ng molekula ng chlorophyll ay napanatili sa panahon ng reaksyong ito. Ang kemikal na komposisyon ng chlorophyll ay pareho sa lahat ng mga halaman. Ang nilalaman ng chlorophyll a ay palaging mas malaki (mga 3 beses) kaysa sa chlorophyll b. Ang kabuuang halaga ng chlorophyll ay maliit at humigit-kumulang 1% ng tuyong bagay ng dahon. Sa likas na kemikal nito, ang chlorophyll ay malapit sa pangkulay na sangkap sa dugo - hemoglobin, ang sentral na lugar sa molekula na kung saan ay hindi inookupahan ng magnesiyo, ngunit ng bakal. Alinsunod dito, ang kanilang mga physiological function ay naiiba din: ang chlorophyll ay nakikibahagi sa pinakamahalagang proseso ng pagbabagong-buhay sa isang halaman - photosynthesis, at hemoglobin - sa proseso ng paghinga ng mga organismo ng hayop, na nagdadala ng oxygen. Mga optical na katangian ng mga pigment
Ang chlorophyll ay sumisipsip ng solar energy at idinidirekta ito sa mga kemikal na reaksyon na hindi maaaring mangyari nang walang enerhiya na natatanggap mula sa labas. Ang isang solusyon sa chlorophyll sa transmitted light ay berde, ngunit sa pagtaas ng kapal ng layer o konsentrasyon ng chlorophyll ay nagiging pula ito. Ang chlorophyll ay sumisipsip ng liwanag hindi ganap, ngunit pili. Kapag ang puting liwanag ay dumaan sa isang prisma, ito ay gumagawa ng isang spectrum na binubuo ng pitong nakikitang kulay, na unti-unting nagbabago sa isa't isa. Kapag nagpapasa ng puting liwanag sa pamamagitan ng isang prisma at isang chlorophyll solution, ang pinakamatinding pagsipsip sa resultang spectrum ay nasa pula at asul-violet na sinag. Ang mga berdeng sinag ay maliit na hinihigop, samakatuwid, sa isang manipis na layer, ang chlorophyll ay may berdeng kulay sa ipinadalang liwanag. Gayunpaman, sa pagtaas ng konsentrasyon ng chlorophyll, ang mga banda ng pagsipsip ay lumalawak (isang makabuluhang bahagi ng berdeng sinag ay hinihigop din) at bahagi lamang ng matinding pulang sinag ang dumadaan nang walang pagsipsip. Pagsipsip ng spectra ng chlorophyll A At b Napakalapit. Sa sinasalamin na liwanag, ang chlorophyll ay lumilitaw na cherry red dahil naglalabas ito ng absorbed light na may pagbabago sa wavelength nito. Ang katangiang ito ng chlorophyll ay tinatawag na fluorescence.Karotina at xanthophyll
Karotina at xanthophyll may mga absorption band lamang sa blue at violet ray. Ang kanilang spectra ay malapit sa isa't isa.
Pagsipsip ng spectra ng chlorophyll A At b. Ang enerhiya na hinihigop ng mga pigment na ito ay inililipat sa chlorophyll A, na isang direktang kalahok sa photosynthesis. Ang carotene ay itinuturing na provitamin A, dahil ang pagkasira nito ay gumagawa ng 2 molekula ng bitamina A. Ang formula ng carotene ay C 40 H 56, ang xanthophyll ay C 40 H 54 (OH) 2. Mga kondisyon para sa pagbuo ng chlorophyll
pagbuo ng chlorophyll isinasagawa sa 2 yugto: ang unang yugto ay madilim, kung saan ang pasimula ng chlorophyll, protochlorophyll, ay nabuo, at ang pangalawa ay liwanag, kung saan ang chlorophyll ay nabuo mula sa protochlorophyll sa liwanag. Ang pagbuo ng chlorophyll ay depende sa uri ng halaman at sa isang bilang ng mga panlabas na kondisyon. Ang ilang mga halaman, tulad ng mga coniferous seedlings, ay maaaring maging berde kahit walang ilaw, sa dilim, ngunit sa karamihan ng mga halaman, ang chlorophyll ay nabuo mula sa protochlorophyll lamang sa liwanag. Sa kawalan ng liwanag, ang mga etiolated na halaman ay nakuha na may manipis, mahina, napakahabang tangkay at napakaliit na maputlang dilaw na dahon. Kung ilantad mo ang mga etiolated na halaman sa liwanag, ang mga dahon ay mabilis na magiging berde. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga dahon ay naglalaman na ng protochlorophyll, na sa ilalim ng impluwensya ng liwanag ay madaling ma-convert sa chlorophyll. Ang temperatura ay may malaking impluwensya sa pagbuo ng chlorophyll; sa isang malamig na tagsibol, ang mga dahon ng ilang mga palumpong ay hindi nagiging berde hanggang sa ang mainit-init na panahon ay nagtatakda: kapag bumaba ang temperatura, ang pagbuo ng protochlorophyll ay pinipigilan. Ang pinakamababang temperatura kung saan nagsisimula ang pagbuo ng chlorophyll ay 2°, ang maximum kung saan hindi nangyayari ang pagbuo ng chlorophyll ay 40°. Bilang karagdagan sa isang tiyak na temperatura, ang mga sustansya ng mineral, lalo na ang bakal, ay kinakailangan para sa pagbuo ng chlorophyll. Sa kawalan nito, ang mga halaman ay nakakaranas ng sakit na tinatawag na chlorosis. Tila, ang iron ay isang katalista sa synthesis ng protochlorophyll, dahil hindi ito bahagi ng molekula ng chlorophyll. Ang pagbuo ng chlorophyll ay nangangailangan din ng nitrogen at magnesium, na bahagi ng molekula nito. Ang isang mahalagang kondisyon ay ang pagkakaroon ng mga plastid sa mga selula ng dahon na may kakayahang mag-greening. Sa kanilang kawalan, ang mga dahon ng halaman ay nananatiling puti, ang halaman ay hindi kaya ng photosynthesis at mabubuhay lamang hanggang sa maubos nito ang mga reserbang binhi. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na albinismo. Ito ay nauugnay sa isang pagbabago sa namamana na katangian ng isang naibigay na halaman.Dami ng mga ugnayan sa pagitan ng chlorophyll at assimilable carbon dioxide
Na may mas mataas na nilalaman chlorophyll Sa isang halaman, ang proseso ng photosynthesis ay nagsisimula sa mas mababang intensity ng liwanag at kahit na sa mas mababang temperatura. Sa pagtaas ng nilalaman ng chlorophyll sa mga dahon, tumataas ang photosynthesis, ngunit sa isang tiyak na limitasyon. Dahil dito, walang direktang kaugnayan sa pagitan ng nilalaman ng chlorophyll at ang intensity ng pagsipsip ng CO 2. Ang halaga ng CO 2 na na-assimilated ng dahon kada oras, na kinakalkula sa bawat yunit ng chlorophyll na nakapaloob sa dahon, ay mas mataas, mas mababa ang chlorophyll. Nagmungkahi sina R. Willstetter at A. Stohl ng isang yunit na nagpapakilala sa kaugnayan sa pagitan ng dami ng chlorophyll at absorbed carbon dioxide. Tinawag nila ang dami ng carbon dioxide na nabubulok sa bawat yunit ng oras bawat yunit ng timbang ng chlorophyll bilang ng asimilasyon. Ang bilang ng asimilasyon ay hindi pare-pareho: ito ay mas mataas kapag ang nilalaman ng chlorophyll ay mababa at mas mababa kapag ang nilalaman nito sa mga dahon ay mataas. Dahil dito, ang molekula ng chlorophyll ay ginagamit nang mas produktibo kapag ang nilalaman nito sa dahon ay mababa, at ang pagiging produktibo ng chlorophyll ay bumababa sa pagtaas ng dami nito. Ang data ay ipinasok sa talahanayan.Numero ng Assimilation ng Talahanayan depende sa nilalaman ng chlorophyll (ayon kay R. Willstetter at A. Stohl)
| Mga halaman |
sa 10 dahon (mg) |
Assimilation number |
|
berdeng lahi lahi ng dilaw |
16,2 1,2 | 6,9 82,0 |
| Lilac | 16,2 | 5,8 |
| Etiolated bean sprouts pagkatapos ng pag-iilaw para sa: 6 na oras 4 na araw |
