Уравнение реакции фотосинтеза: Суммарное уравнение реакции фотосинтеза. Фотосинтез

Содержание

Фотосинтез общее уравнение — Справочник химика 21

    Общее уравнение. фотосинтеза [c.59]

    Общее уравнение фотосинтеза растений [c.700]

    Фотосинтезирующие растения поглощают солнечную энергию и синтезируют углеводы и другие органические компоненты клетки из двуокиси углерода и воды. При этом они выделяют в атмосферу кислород. Общее уравнение реакции фотосинтеза растений имеет следующий вид  [c.22]


    Общее уравнение фотосинтеза растений……… 700 [c.731]

    Формально общее уравнение фотосинтеза углеводов можно писать так [c.221]

    Физиология растений — наука по преимуществу экспериментальная и как таковая нуждается в методах, которые давали бы возможность надлежащим образом изменять факторы окружающей среды, а затем измерять ответные реакции растений. Из общего уравнения фотосинтеза [c.

79]

    Эта аналогия позволяет заключить, что в бактериальном фотосинтезе роль воды выполняет сероводород. Выведенное отсюда общее уравнение фотосинтеза [c.384]

    Суммируя реакции (ХП.4), (ХП.5) и (ХП.7), мы получаем уравнение (ХП.З) — общее стехиометрическое уравнение для фотосинтеза зеленых растений. [c.318]

    Т. е. при полном окислении одной грамм-молекулы глюкозы или какой-либо другой гексозы образуется шесть грамм-молекул СО2 и шесть грамм-молекул воды и выделяется 686 ккал. Однако, так же как и суммарное уравнение фотосинтеза, это общее уравнение дыхания ничего не говорит о промежуточных реакциях и продуктах, которые образуются при распаде углеводов до углекислоты и воды. [c.153]

    Несмотря на такое неудовлетворительное состояние наших экспериментальных знаний, мы хотим довести до конца ряд кинетических выкладок и вывести общее уравнение для углекислотных кривых в зависимости от различных факторов медленной диффузии, лимитированной скорости карбоксилирования, обратимости карбоксилирования и ограниченного поступления световой энергии.

Мы хотим, таким образом, получить что-то вроде костяка для аналитической теории углекислотных кривых, который мог бы оказаться полезным для планирования и интерпретирования результатов будущих кинетических измерений, если только исследователи кинетики фотосинтеза откажутся от своей привычки принимать во внимание только свои собст- [c.334]

    Природа продуктов фотосинтеза может быть чрезвычайно разнообразной. Дж. Смит [39] показал, что в определенных условиях в листьях подсолнечника в качестве продуктов фотосинтеза могут образоваться почти исключительно углеводы. Следовательно, для них общее уравнение реакции фотосинтеза может быть представлено следующим образом [уравнение (1а)]  

[c.536]

    Для синтеза аминокислот необходимы сера и азот. Окислы этих элементов также восстанавливаются при фотосинтезе [уравнения (2) и (3)]. Общее уравнение для восстановлепия двуокиси углерода в другое органическое соединение — глицериновую кислоту — мы здесь также приводим [уравнение (4)]  [c. 536]


    Для фотосинтезирующих бактерий общее уравнение фотосинтеза заметно отличается  [c.248]

    Результаты изучения воздушного питания растений за первые сто лет после опытов Пристли нашли свое выражение в общем уравнении фотосинтеза  [c.62]

    Углекислый газ восстанавливается до уровня углеводов с одновременным выделением кислорода. Эта реакция высоко эндергонична, и она осуществляется благодаря поглощению световой энергии. Энергия, накопленная в углеводах и других восстановленных соединениях, может быть затем использована в виде АТФ в процессах дыхания и фосфорилирования в дыхательной цепи. Недавно проведенные исследования показали, что световая энергия, накопленная в процессе фотосинтетического фосфорилирования, может непосредственно превращаться в химическую энергию АТФ. Хотя уравнение (6.1) точно воспроизводит общие стехиометрические отношения в процессе фотосинтеза в растениях, оно не определяет его основной реакции.

Например, фотосинтезирующие бактерии никогда не выделяют кислород, а источником углерода для них вместо углекислого газа могут служить такие соединения, как уксусная кислота. По-видимому, основной реакцией фотосинтеза является превращение АДФ в АТФ в процессе циклического фотосинтетического фосфорилирования (см. стр. 274). [c.256]

    Разработка метода меченых атомов (см. гл. 24) и других изощренных лабораторных методов исследования позволила раскрыть тайну способности растений запасать солнечную энергию в форме углеводов, жиров и белков. В качестве исходных веществ при этом используются диоксид углерода и вода, и в самых общих чертах процесс фотосинтеза может быть описан уравнением 

[c.490]

    Стехиометрическое уравнение, описывающее микробиологический рост, представляет собой линейную комбинацию двух подчиненных уравнений [14]. Эти подчиненные уравнения характеризуют два основных процесса, происходящих при микробиологическом росте превращение энергии и синтез клетки. Промежуточные реакции можно описать, исходя из баланса элементов и зарядов. При биологическом росте в результате фотосинтеза оба основных процесса представляют собой окислительно-восстановительные реакции. Упрощенно общую реакцию микробиологического роста можно представить так  

[c.301]

    Изобразив валовую химическую реакцию нормального фотосинтеза уравнениями (3.6) и (8.7), постараемся определить место этой реакции в общей классификации химических реакций, отождествив ее с сенсибилизированным фотохимическим окислением — восстановлением. [c.55]

    Исследование кинетики реакций, т. е. зависимости их скорости от различных внешних условий, приобрело при изучении фотосинтеза гораздо большее значение, чем при изучении других биохимических процессов. Многие исследователи, столкнувшись с неудачей при попытках разобраться в сложном механизме фотосинтеза при помоши обычных качественных биохимических методов, обратились к измерению его скорости, в надежде, что, может быть, таким путем будет возможно установить число, последовательность и характер отдельных процессов, участвующих в фотосинтезе. По причинам, которые нетрудно понять, полученные результаты не вполне оправдали эти надежды. Получаемый путем измерений общий выход фотосинтеза представляет собой суммарный результат действия сложного механизма, и все влияющие на этот выход факторы нельзя учесть при помощи какого-либо простого кинетического уравнения. Сравнительно легко, на основании ряда кинетических измерений на каком-либо выбранном объекте, придумать модель, объясняющую эти частные наблюдения, и даже написать уравнения, более или менее точно согласующиеся с экспериментальными данными. Литература по фотосинтезу изобилует такими решениями. Их ограниченность явствует хотя бы из того, что практически ни один автор не применяет уравнений, выведенных другими каждый исследователь начинает все заново, часто даже не ссылаясь на своих предшественников и, что еще хуже, не пытаясь даже согласовать свои формулы с экспериментальными данными других исследователей. 

[c.240]

    Мы принимаем, что равновесие (27.

36) устанавливается практически мгновенно и не нарушается во время фотосинтеза, но что равновесие (27.37) достигается менее быстро и вследствие этого на свету может сместиться. Обозначая общее доступное количество энзима Ед через е1, мы можем вывести следующие уравнения для равновесного состояния  [c.344]

    Мы уже отмечали, что, согласно уравнению (28.32), половинное световое насыщение фотосинтеза в присутствии избытка двуокиси углерода должно иметь место, когда хлорофилл распределен в одинаковой пропорции между формами X СЫ НЪ и НХ СЫ Нг. Это состояние должно также соответствовать точке, находящейся на половине пути перехода от получаемого при слабом возбуждающем свете выхода флуоресценции ((pJ) к выходу, получаемому при сильном ( д) возбуждающем освещении (см. стр. 482). Некоторые авторы возражают на это, что накопление во время интенсивного фотосинтеза половины общего количества хлорофилла в измененной форме является невероятным, так как никогда не наблюдалось никаких обратимых 

[c. 463]


    Физиологи растений сознавали, что это уравнение было слишком большим упрощением механизма фотосинтеза, так как было ясно, что фотосинтез представляет собой очень сложный процесс. Предстояло провести многочисленные опыты с зелеными растениями, для того чтобы выяснить природу некоторых компонентов реакций, из которых складывается общий процесс, описываемый суммарным уравнением [1]. Блэкман [3, 4] подошел к решению [c.75]

    В то время как зеленые растения окисляют воду и выделяют Оа, другие типы фотосинтезирующих организмов окисляют иные субстраты. Зеленые серные бактерии на свету окисляют На8 и выделяют серу. Другие организмы могут окислять такие соединения, как вторичные спирты (пурпурные бактерии [21]) или даже молекулярный водород (адаптированные зеленые водоросли [22]). Ван Нилем [44] было сформулировано уравнение (6), представляющее в общем виде все известные типы фотосинтеза (НаА — окисляющееся вещество)  

[c. 536]

    Уравнения окислительных и восстановительных стадий фотосинтеза для образования углеводов в наиболее общем виде представлены ниже [уравнения (7) и (8)]  [c.537]

    Механизм реакции фотосинтеза очень сложен. В общем виде она может быть представлена уравнением [c.170]

    Так, примерно к 1800 г. было установлено общее химическое уравнение фотосинтеза, за исключением одной детали тогда еще не знали, что органическое вещество, образующееся при фотосинтезе, представляет собой углевод. Соединения этого класса состоят из углерода, связанного с кислородом и водородом в тех пропорциях, в каких эти последние элементы присутствуют в воде. Пользуясь химическими символами, углеводы можно обозначить формулой С, (НоО) Все сахара, крахмал и клетчатка относятся к классу углеводов. К 1850 г. физи- 

[c.38]

    Рубен и Камен (1941) установили, что общее уравнение Ван Нила справедливо и в случае фотосинтеза в зеленых растениях. Если процесс протекает в присутствии меченой воды, то последняя оказывается донорам атомощ водорода, так как 1Ири этом образуется изотоп кислорода  [c.581]

    Позже, в начале XIX в., были проведены первые количественные измерения поглощаемой двуокиси углерода, вьще-ляемого кислорода и растительной массы, образуемой в процессе фотосинтеза. В 1842 г. Роберт Майер, сформулировавший первый закон термодинамики (закон сохранения энергии), опубликовал статью, в которой он утверждал, что источником энергии для образования фо-тосинтетических продуктов служит солнечный свет. Таким образом, к середине XIX в. стало ясно, что общее уравнение фотосинтеза растений имеет вид [c.684]

    Так как фотосинтез и дыхание описываются одним и тем же общим уравнением реакций (только эти процессы идут в противоположных направлениях), измерение скоростей обмена Ог манометрическим, полярографическим и другими методами не может прояснить характер возможного взаимодействия между этими двумя процессами. Использование 0 , С Ог и масс-спектрометрии могло бы помочь выяснению этого вопроса. Браун и Вайсс [16] показали, что выделение СОг при дыхании на свету уменьшается на фиг. 237 представлены данные по индуцированному светом частичному подавлению поглощения Ог при дыхании. В то же время поглощение Og проявляет линейную зависимость от интенсивности даже на самом слабом свету, нри котором оно еще может быть измерено. Это указывает на то, что эти два процесса протекают независимо и что только кванты, не использованные при истинном фотосинтезе, подавляют поглощение Оз. У Ana ystis длинноволновый свет (X > 680 ммк), который индуцирует выделение кислорода с очень низкой эффективностью, в то же время наиболее эффективен в подавлении дыхания. [c.581]

    Примерно ДО начала 1930-х годов многие исследователи в этой области полагали, что первичная реакция фотосинтеза заключается в расщеплении двуокиси углерода под действием овета на углерод и кислород с последующим восстановлением углерода до углеводов с участием воды в ходе нескольких последовательных реакций. Эта точка зрения изменилась в 1930-х годах в результате двух важных открытий. Во-первых, были обнаружены разновидности бактерий, способных ассимилировать СО2 и синтезировать углеводы, не ичпользуя для этого энергию света. Затем голландский микробиолог ван Нил (van Niel) сравнил процессы фотосинтеза у растений и бактерий и показал, что некоторые бактерии могут ассимилировать СО2 на свету, не выделяя при этом О2. Такие бактерии способны к фотосинтезу лишь при наличии подходящего субстрата — донора водорода. Ван Нил считал, что фотосинтез можно описать общим уравнением [c.30]

    Общая (т. е. осредненная по глубине) первичная фотосинтетическая продукция (Ре(/)) связана с радиацией (/) и максимальным фотосинтезом (Рмаке) уравнением Таллннга [c.96]

    Сахара, называемые также углеводами, представляют собой многочисленную группу соединений, играющую важную роль в растительной и животной жизни. В растениях сахара образуются с помощью хлорофиллового фотосинтеза-, конечным продуктом этого фотосинтеза является крахмал. Продукты фотосинтеза в растениях давно уже привлекали внимание химиков (Пристли, 1771 Ингенхоус, 1779). Первым, кто высказал общую теорию превращения угольного ангидрида в органические соединения под действием воды и солнечного света был Теодор де С о с с ю р (1767—1845), который с 1794 г. начал исследования ассимиляции СО 2 растениями, изложенные в работе Химические исследования жизнедеятельности растений (1804). Идеи Соссюра были приняты около 1840 г. Либихом и Дюма в 1864 г. Буссенго установил коэффициент ассимиляции и определил отношение, в котором находятся объемы превращающегося угольного ангидрида и выделяемого кислорода это отношение оказалось равным примерно 1 1, как следует из уравнения [c.368]

    В вышеприведенных уравнениях экзер топическая реакция, в которой водород переносится от АНг к В, сопряжена с эндергони-ческим фосфорилированием АДФ в АТФ. Хотя в биологических системах, как подчеркивал Сент-Дьёрди [29], может происходить перенос энергии возбуждения, единственная в настоящее время хорошо известная реакция такого типа наблюдается при фотосинтезе. Во всех других случаях сопряжения энергии одна реакция способствует протеканию другой благодаря наличию промежуточного продукта, общего для обеих реакций. Природа общего промежуточного продукта, не входящего в уравнения (5.1)—(5.3), рассмотрена ниже. [c.240]

    Корнелис ван Ниль, один из тех, кто первым занялся изучением метаболизма в сравнительном плане, прищел к убеждению, что у растений и бактерий процессы фотосинтеза в основе своей одинаковы, хотя в них используются разные доноры водорода. Сходство это становится явным, если написать уравнение фотосинтеза в более общей форме  [c.686]

    Недиссоциирующее соединение A Og. Теория Франка — Герцфельда. До сих пор мы рассматривали углекислотные кривые в основном как изотермы насыщения A Og, только несколько искаженные медленной диффузией, медленным карбоксилированием и ограниченным количеством карбокеилазы E.v. Однако ранее уже несколько раз упоминалось другое возможное толкование. Равновесие карбоксилирования может лежать практически полностью на стороне ассоциации и действие фактора [СОд] на скорость фотосинтеза может быть целиком обусловлено исключительно кинетическими явлениями, такими, например, как лимитирование скорости диффузии и карбоксилирования. Соответствующие кинетические уравнения легко вывести из более общих формул, данных в двух последних разделах, если принять = 0, т. е. предположить, что скоростью декарбоксилирования можно пренебречь. Например, если углекислотное лимитирование вызывается исключительно медленным карбоксилированием (тогда как двуокись [c.345]

    Если отбросить упрощающее предположение о том, что акцептор двуокиси углерода находится в равновесии с внешней Og даже во время интенсивного фотосинтеза, то можно ввести в уравнение (28,27) более общее выражение (27.15) для [A Og] вместо уравнения равновесия (27.3). Однако результирующие )фавнения, учитывающие эффекты ограничений в снабжении Og, наряду с лимитированием, обусловленным освещением, были бы слишком громоздки для практического использования. [c.461]

    Общая реакция фотосинтеза в простейшем виде онисывается уравнением (1). Ее результатом является образование сахара (глюкозы) из воды и двуокиси углерода  [c. 535]

    Некоторые виды бактерий пурпурного или зеленого цвета содержат пигмент, называемый бактериохлоро-филлом, который очень близок к хлорофиллу зеленых растений. Они хорошо растут в серных водах или в других средах, содержащих восстанавливающие вещества. Микробиолог Ван-Ниль показал, что эти бактерии могут создавать органические вещества из неорганических на свету. Он предлагает для фотосинтеза, осуществляемого этими бактериями, следующее общее химическое уравнение  [c.53]


Фотосинтез уравнение

Уравнение (3) не исчерпывает всех потенциальных возможностей участия дыхания в продукционном процессе фитопланктона, так как описывает дыхание на накопление исключительно за счет первичных продуктов фотосинтеза. При этом не учитывается возможность гетеротрофного и миксотрофного питания е потреблением внеклеточных органических соединений, также связанного с функционированием дыхательных систем.[ …]

Из уравнения реакции фотосинтеза следует, что из 6 моль С02 получается 1 моль глюкозы, т. е. 180гС6Н1206.[ …]

Из уравнения видно, что на каждые 6 грамм-молекул углекислоты и воды синтезируется грамм-молекула глюкозы (СвН12Ов), выделяется 6 грамм-молекул кислорода и накапливается 2 815 680 Дж энергии. Таким образом, функция фотосинтеза растений является, по существу, биохимическим процессом преобразования световой энергии в химическую.[ …]

Природа первичных продуктов фотосинтеза издавна интересует физиологов. Для решения этого вопроса исследователями были применены разные подходы. Прежде всего была сделана попытка определить фотосиптетический коэффициент. Так, расчеты показывают, что в случае образования белков фотосиптетический коэффициент равен 1,25, в случае жира — 1,44 Средняя величина фотосинтетиче-ского коэффициента для 27 видов растений оказалась равной 1,04. Расчеты показали, что такая величина фотосннтетического коэффициента указывает па образование наряду с углеводами некоторого количества белка (примерно 12%). Оказалось далее, что величина фотосинтетического коэффициента меняется в зависимости от условий. Так, с улучшением азотного питания фотосинтетический коэффициент повышается. Из этого можпо сделать заключение, что в процессе фотосиптеза образуются азотсодержащие соединения.[ …]

Вавилин [578] получил пару дифференциальных уравнений, решение которых может быть найдено через С1„ в функции скорости фотосинтеза, что в свою очередь позволяет вывести теоретически обоснованную формулу для расчета трофического состояния озера.[ …]

В течение многих лет поиски совершенствования записи уравнений, описывающих суммарную планктонную (или первичную) продукцию и процесс фотосинтеза, осуществлялись в двух направлениях. Первый подход заключался в учете внутривидового хищнического образа жизни для большого (или даже полного) набора видов живых организмов в озере (например, поедание фитопланктона зоопланктоном и более высокоорганизованными организмами). По этому вопросу появилась обширная литература, и удалось оценить константы для такого рода взаимодействий (см. также п. 6.12).[ …]

Поясним сказанное на описанном выше примере модели агрофитоценоза. Уравнения движения почвенной влаги являются одинаковыми практически для всех одномерных задач влагопереноса. Следовательно, реализованный в виде некоторой численной схемы блок влагообмена в почве может войти в качестве составной части в целый ряд моделей. С другой стороны, учитывая нелинейный характер этих уравнений, можно предложить несколько численных методов интегрирования исходной системы: метод обычной или потоковой прогонки с линеаризацией, метод конечных элементов, итерационный метод, использование схемы ’’предикатор — корректор” и др. Все эти схемы отличаются друг от друга по точности, затратам машинного времени, требованиям к размерам пространственной сетки. И при этом каждый из них обеспечивает расчет последующего состояния блока (т.е. массива влажности почвы в узлах расчетной сетки) в зависимости от входных переменных блока, заданных на предыдущем шаге. Аналогичным образом ’’работают” блок фотосинтеза, блок метаболизма и другие блоки модели. Следовательно, можно иметь несколько версий реализации одного и того же блока модели и производить выбор той или иной версии в процессе ее сборки, исходя из конкретного содержания решаемой задачи. Более того, многие блоки можно считать универсальными и использовать в самых разнообразных моделях. Мы уже упоминали, что блок водного режима почвы пригоден для широкого набора почв (исключение составляют так называемые ’’набухающие” почвы, изменяющие объемную массу при вариациях влагосодержания). Точно так же один и тот же блок микроклимата посева годится для всех сельскохозяйственных культур, посевы которых можно считать горизонтально однородными.[ …]

Подчеркнем, что для описания углеродного цикла было использовано простейшее линейное уравнение, имеющее физический смысл (скорость накопления диоксида углерода в атмосфере определялась как разность источников углерода, например, разложение углеродсодержащих пород, пожары, гниение, химическое выветривание и т.п., и его стоков, например, процессов фотосинтеза на суше и в океане, диффузионного растворения парникового газа в морской воде и т.п.).[ …]

Модель в целом с математической точки зрения представляет собой систему из нескольких уравнений в частных производных параболического типа и нескольких десятков обыкновенных дифференциальных уравнений. При переходе к численной схеме выбирается шаг интегрирования по координате х и по времени /. При этом с учетом требований, предъявляемых к точности решения, в почвенной части модели выделяется до тридцати узлов расчетной сетки, а в посеве — до десяти. Базовый временной шаг модели выбран равным одному часу, что позволяет с достаточной точностью осуществить имитацию суточного хода как абиотических (энергообмен) , так и основных биотических (фотосинтез, метаболизм) процессов. Общая размерность пространства состояний модели после перехода к дискретному описанию превышает 1000.[ …]

У зеленых растений Н2О окисляется с образованием газообразного кислорода О2, при этом СО2 восстанавливается до органических веществ (в приведенном уравнении органическое вещество — глюкоза). У фотосинтезирующих бактерий синтезируются органические вещества, но не образуется кислород. Дыхание — процесс, обратный фотосинтезу, при котором органические вещества окисляются с помощью атмосферного кислорода.[ … ]

Сам процесс расщепления органических молекул с выделением энергии носит название клеточного дыхания. Этот процесс по сути в целом противоположен фотосинтезу, иными словами, приведенное выше уравнение реакции фотосинтеза может быть записано в обратном порядке: из молекул глюкозы в присутствии кислорода образуется диоксид углерода и самое главное выделяется энергия. В данном случае следует подчеркнуть, что этот процесс осуществляется в каждой клетке организма и речь идет именно о клеточном дыхании.[ …]

Другие составляющие Т. Б. 3. П., как, напр., потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла, переносимый выпадающими осадками, расход энергии на фотосинтез и пр., настолько малы в сравнении с указанными выше основными составляющими, что их можно не принимать во внимание. Члены уравнения баланса, характеризующие потоки тепла, можно заменить соответствующими суммами тепла за любой промежуток времени.[ …]

Позже было показано 5], что данная зависимость несколько отличается от линейной функции, но для удобства в настоящих построениях используется первоначальное, более простое, ее выражение. Уравнение (4) применимо к водоемам разной трофно-сти, с любым сочетанием количества живого и д етритного расти -, тельного материала в сестоне. Однако надо принять во внимание, что при равных величинах Лор значения 5 в озерах двух крайних типов оказываютя разными (табл. 3). Это неизбежным образом отражается на характере изменения величины £ А с ростом уровня трофности, оцениваемого по концентрации хлорофилла „а” и скорости фотосинтеза на оптимальной по условиям освещения глубине.[ …]

Под дыханием понимается процесс, связанный с распадом углеводов, в результате которого высвобождается энергия, обеспечивающая метаболизм и транспорт в растении. Так как кинетика метаболизма и транспорта уже описана, то из известных балансовых соотношений можно вычислить затраты субстрата на дыхание. Отметим, что при описании дыхания объединены две стадии преобразования химической энергии: стадии окисления субстрата, во время которой образуются макроэргические связи АТФ, и стадия использования энергии АТФ. Кроме того, в балансовом уравнении дыхания учитываются затраты углеводов на обеспечение энергией процесса биосинтеза и транспорта органических и неорганических веществ. В процессе дыхания выделяется углекислый газ, который частично используется в фотосинтезе. Его динамика описывается на основе балансовых соотношений.[ …]

Подробное рассмотрение методов измерения первичной продуктивности в экологических системах не входит в нашу задачу, но вопрос этот настолько важен, что мы считаем необходимым кратко на нем остановиться. Как уже указывалось, идеальным способом измерения продуктивности было бы измерение потока энергии, идущего через систему, но пока сделать это трудно. В большинстве методов используются косвенные показатели — измеряется, например, количество произведенного вещества, количество использованного сырья или выделяющихся побочных продуктов. Важно подчеркнуть, что каждый из перечисленных ниже методов отражает какой-то один аспект сложного процесса автотрофно-гетеротрофного метаболизма. Поскольку в природе, как правило, продуцируется протоплазма, более полное уравнение процесса продукции должно выглядеть так: 1 300 000 кал лучистой энергии +106 С02 + + 90 Н20 +16 ЫОз+1 Р04 +минеральные элементы= 13 000 кал потенциальной энергии, заключенной в 3258 г протоплазмы (106 С, 180 Н, 46 О, 16 N. 1 Р, 815 г зольных веществ) + 154 Ог+1 287 000 кал рассеянной тепловой энергии (99%).[ …]

Применение в экологии блоковых моделей описано Паттеном (1971) и ван Дайном (1969). Исследователей, применяющих этот подход, обычно интересует изучение общей динамики целой экосистемы как единицы, осуществляющей переработку энергии или круговорот питательных веществ. Экосистема рассматривается при этом как состоящая из отдельных блоков — отсеков или резервуаров энергии или питательных веществ. Предполагается, что сложные процессы, связанные с популяциями, образующими каждый резервуар, уравновешивают друг друга, в результате чего поведение резервуара в целом оказывается простым. Данные для блоковых моделей могут дать и экспериментальные работы, однако обычно их получают путем простого измерения величин блоков во времени. Для нахождения оценок параметров многократно решают уравнения, меняя параметры до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее соответствие данным об изменении величин во времени. Модель считается неудовлетворительной, если ее нельзя «подогнать» к имеющимся данным. Противники такого подхода считают, что это «ненаучно», так как в обычной экспериментальной науке стараются найти данные, которые бы опровергали, а не подтверждали предполагаемую зависимость. А изображена простая модель, состоящая из шести блоков. Б приведены уравнения, описывающие взаимодействие каждого блока с другими в разное время года. В; здесь видно хорошее соответствие «предсказанных» изменений блоков «наблюденным».[ …]

Это общая блок-схема для моделей луговых биомов, типичных для ряда западных штатов США. Целью построения модели явилось исследование внутри се зонной динамики как лугового биома в целом, так и его частей — растительного покрова, животных и почвы с учетом влияния климата и антропогенных воздействий. Для характеристики поведения системы выделены константы и переменные модели. Последние подразделяются на внешние и внутренние переменные. Внешние управляющие переменные оказывают влияние на характеристики внутри системы. К важнейшим внешним управляющим переменным относятся осадки, солнечная радиация, температура и скорость ветра над растительным покровом. Далее рассматривается набор внутренних переменных состояния (уровней). Эти переменные меняются от шага к шагу в ответ на изменение внешних управляющих воздействий или других внутренних переменных. Примерами таких переменных являются содержание влаги в почвенных слоях, зеленая масса, численность животных. Темпы (скорости процессов), т.е. перетоки из одной ’’емкости” в другую, могут находится под воздействием либо физических, либо физиологических процессов. Так, например, для переменной состояния ’’наземная биомасса растений” скорость входного потока определяется интенсивностью фотосинтеза и перемещения воды и минеральных элементов из корней. Скорость оттока из этой ’’емкости” связана с поеданием травы животными, отмиранием, оттоком метаболитов в корни и вытаптыванием травяного покрова животными. На каждую переменную темпа воздействует несколько переменных уравнений и управляющих воздействий. Скорость фотосинтеза, например, зависит от листового индекса доступной почвенной влаги, солнечной радиации и температуры воздуха. Человек также рассматривается как управляющая переменная или внешняя сила, воздействующая на потоки в систему или из системы.[ …]

Химия — 7

мадных количествах атмосферный кислород тратится при сжигании топлива, на процессы гниения, при вулканических извержениях. Но при этом количество кислорода в атмосфере заметно не изменяется. Стабильность количества кислорода объясняется процессом фотосинтеза, происходящим в зеленых растениях под действием света. Общее уравнение реакции фотосинтеза можно записать следующим образом:

Круговорот кислорода в природе вышеописанным способом происходит непрерывно. Тем самым обеспечивается жизнь на Земле.

Кислород применяется и в жидком виде. В топливных материалах (древесные опилки, сухой торф, уголь) жидкий кислород, впитавшись, размещается в выдолбленных выемках, и в любое время, когда это требуется, с помощью фитиля он поджигается. Полученные при горении сжатые газы обладают большой разрушительной взрывной силой. Их используют в железнодорожных, горнорудных и других работах (в частности, при проведении туннелей). Жидкий кислород также применяется в космических кораблях в качестве эффективного окислителя ракетного топлива.

Нам известно, что полученный в результате постепенного разложения озона атомарный кислород является химически активным. Вот почему при добавлении озона в воду в ней уничтожаются вредные микроорганизмы и вода становится более пригодной для питья. С этой целью в больших городах для обезвреживания воды используют озон, после чего вода приобретает приятный вкус и запах.

Проверка знаний и способностей

1. Напишите ряд по возрастанию окислительной способности кислорода (О2), атомарного кислорода (О), и озона (О3). 2. Сколько процентов кислорода превратилось в озон, если при пропускании через озонатор 60 л кислорода было получено 20 л озона? 3. Вычислите среднюю молярную массу газовой смеси, образовавшейся из 1 моля кислорода (О2) и 1 моль озона (О3): Аr(O)=16. 4. Сколько литров углекислого газа будет поглощено в процессе фотосинтеза 6 л О2 (при н.у.)?

16. Расчеты по химическим

уравнениям

При расчетах по уравнениям химических реакций следует соблюдать нижеприведенный алгоритм (т.е. последовательность операций):

1) Составить уравнение требуемой реакции.
2) Указанные в условии задачи данные (х) (вместе с единицей измерения) записать над соответствующей формулой вещества.
3) Определить количество веществ (v, N, m, V) под химическими формулами, учитывая соответствующие единицы измерения и их коэффициенты.

Фотосинтез назад и вперед

Что мне больше всего нравится в работе учителя, так это то, что каждый день я вижу прямое влияние своей работы. За последние пять лет я увидел, насколько высоки ставки для моих учеников. Но каждый навык или жизненный урок, которому я их учу, может открыть дверь для возможностей и поставить их на жизненный путь, чтобы стать активными гражданами мира в каждом изменяющемся обществе. Этот модуль учебной программы позволит моим студентам узнать, откуда на самом деле берется энергия в ископаемом топливе.Студенты примут участие в серии проблемных учебных занятий, чтобы связать несколько крупных концепций, включая: химию фотосинтеза, роль фотосинтеза в эволюции атмосферы Земли, сжигание ископаемого топлива и химию атмосферы.

Учебная программа New Haven 7 для -го класса включает материалы, соответствующие теме семинара по физике и физической химии. Этот семинар будет связан со вторым разделом учебной программы 7-го класса (Химические свойства), включая химические уравнения. 10

Этот раздел учебной программы будет посвящен химии фотосинтеза. Учащиеся будут использовать химическое уравнение для фотосинтеза, чтобы узнать о свойствах атомов по сравнению с соединениями, реагентами и продуктами в химическом уравнении, уравновешивая химические уравнения, индексы и коэффициенты. На более глубоком уровне мои ученики смогут обнаружить, откуда на самом деле берется энергия в ископаемом топливе, исследуя обратную реакцию фотосинтеза, горение.

Это химическое уравнение также будет использоваться для анализа роли фотосинтеза в эволюции атмосферы Земли.Студенты используют навыки решения проблем для анализа данных проб воздуха, взятых из янтаря. Кривая Килинга также будет использоваться для сравнения тенденций содержания кислорода и углекислого газа в течение сезонов и лет.

Основное внимание в нашем подразделении будет уделяться производству кислорода и поглощению углекислого газа при фотосинтезе, а также выделению углекислого газа при сжигании ископаемого топлива. Затем я хотел бы, чтобы мои студенты создали завершающий проект, в котором они создали трехмерную модель или диаграмму для сравнения химических уравнений фотосинтеза и сжигания ископаемого топлива.

Я считаю, что создание раздела учебной программы, посвященного наукам об энергетике, позволит мне изменить мнение моих студентов и создать граждан, способных принимать обоснованные решения об использовании энергии. Этот модуль будет способствовать трансформационным изменениям, влияя на все сферы жизни моих студентов, от академического роста до решения проблем и развития карьеры. С академической точки зрения мои ученики получат доступ к научным связям реального мира. Они будут участвовать в передовой работе дисциплины посредством практических занятий и демонстраций.Этот блок также будет посвящен решению проблем. Мои ученики, как ученые, будут практиковать критическое и творческое мышление, чтобы решать проблемы, связанные с окружающим миром и другими областями науки и математики. И, наконец, этот модуль даст моим студентам более глубокое понимание карьеры STEM и, надеюсь, вызовет у них интерес к получению степени в области естественных наук, технологий, инженерии или математики, чтобы открыть потенциальные будущие источники энергии.

Экосистема состоит из всех живых и неживых существ, которые взаимодействуют друг с другом в определенном месте.Живые существа в экосистеме зависят друг от друга, но они также зависят от неживых существ вокруг себя. 14   В экосистемах существует взаимодействие между живыми существами и неживыми элементами окружающей среды, такими как вода, температура, солнечный свет, почва и воздух. Абиотические факторы воздействуют на живые организмы; например, температура и доступность воды влияют на рост растений и животных. Живые организмы воздействуют на окружающую среду; например, растения выделяют кислород в воздух, а материалы разлагающихся листьев обогащают почву. 14   Жизненно важное неживое существо, солнце, так или иначе является источником пищи для всех живых существ. 14

Все живые существа нуждаются в энергии и материи для поддержания порядка, роста и размножения 3 . Эта энергия циркулирует в экосистемах и передается от одного живого существа к другому. 14   Организмы полагаются на множество эволюционных стратегий для захвата, использования и хранения энергии. Но источником всей этой энергии является солнечный свет.Солнце является основным источником энергии для всего живого на Земле. Например, автотрофы захватывают энергию из окружающей среды посредством фотосинтеза и хемосинтеза. 14   Растения, водоросли и некоторые бактерии используют энергию солнечного света для приготовления пищи. Эта пища является источником энергии для всех живых существ в экосистеме. Например, травоядные получают энергию, необходимую им для выживания, поедая растения.

Циклы Земли

5

Мир, в котором мы живем, постоянно меняется, но многие природные явления совершают циклы, позволяя им вернуться к тому, чем они были.Некоторые важные циклы включают круговорот воды, цикл кислорода, цикл углерода, цикл азота и цикл фосфора. 5 Хотя эти циклы естественны и непрерывны, деятельность человека, такая как сельское хозяйство, промышленность и производство энергии, может нарушить течение циклов Земли. Например, сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ, влияет на углеродный цикл. 5  Чтобы бороться с этими постоянными проблемами и работать над созданием «более зеленого» мира, нам нужно искать способы стать «зелеными». 5

Фотосинтез

Процесс, посредством которого растения используют энергию солнца для производства своей пищи, называется фотосинтезом. 16   У многоклеточных растений фотосинтез происходит в крошечных структурах, называемых хлоропластами в клетках. 16   У большинства растений хлоропласты находятся в листьях. Хлоропласты содержат зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который поглощает энергию солнечного света. 14   Именно этот пигмент придает листьям и стеблям зеленый цвет.Поглощенная энергия солнца используется для превращения углекислого газа и воды в глюкозу (сахар) и кислород. 16

Фотосинтез происходит в виде серии «опосредованных ферментами шагов», которые позволяют растению улавливать световую энергию солнца и использовать ее для создания богатых энергией углеводов. 3   Процесс сводится к следующей несбалансированной химической реакции:

(03)

Рисунок 1.Фотосинтез в растениях. 1 (At09kg, 2011. Лицензирование без авторских прав на Викискладе.)

Солнце является основным источником энергии на Земле и играет жизненно важную роль в фотосинтезе. Во время фотосинтеза углекислый газ (CO 2 ) и вода (H 2 O) химически соединяются с образованием кислорода (O 2 ) и глюкозы (C 6 H 12 O 6 ), т.е. энергетически богатый сахар. 14 Зеленые растения используют световую энергию для образования молекул сахара из атомов воды (H 2 O) и двуокиси углерода (CO 2 ). 6   Во время этого химического изменения зеленые растения выделяют кислород, необходимый большинству организмов для дыхания. Растения и животные поглощают кислород и используют его для высвобождения энергии, запасенной в сахарах и других молекулах, образующихся в процессе фотосинтеза. 6  Во время этого процесса дыхания CO 2 выделяется в воздух или воду. 14

Способность растений к фотосинтезу зависит от атмосферных условий, таких как количество осадков и температура воздуха.Например, растения поглощают воду из почвы с помощью своих корней. Почва представляет собой смесь материалов, включающую выветренные горные породы и разложившийся органический материал, а также воздух и воду. 14   Состав почв влияет на то, как воздух и вода проходят через почву, и это влияет на виды растений, которые могут расти, и на животных, которые питаются этими растениями. Углекислый газ является еще одним реагентом в этой реакции, и этот газ всасывается через маленькие отверстия в листьях растений, называемые устьицами. 14  Оказавшись внутри листьев, вода и углекислый газ попадают в хлоропласты. Ряд химических реакций приводит к образованию глюкозы и кислорода. 14   Растения используют этот богатый энергией сахар, глюкозу, в пищу и выделяют кислород в воздух в виде отходов.

Энергия фотосинтеза

Энергия есть свойство всего. Энергия должна быть вложена во что-то, чтобы получить энергию. В примере фотосинтеза солнечная энергия (свет) должна быть использована для того, чтобы получить химическую энергию.Этот процесс включает в себя преобразование низкоэнергетических химических веществ в высокоэнергетические химические вещества. Реагентная сторона уравнения фотосинтеза: CO 2 + H 2 O + Солнечный свет. 6   CO 2 и H 2 O имеют прочные связи с низкой энергией. В то время как сторона продуктов химического уравнения: C 6 H 12 O + O 2 . C 6 H 12 O 6 и O 2 имеют слабые связи с высокой энергией.

Зачем нужен свет?

Поскольку сторона реагентов состоит из прочных связей, для разрыва этих сильных связей требуется энергия. Солнечный свет является естественным источником энергии для фотосинтеза.

Свет — это электромагнитная волна. Свет, который мы видим, называется видимым светом. 9 Этот свет представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Белый свет солнца представляет собой смесь всех цветов светового спектра. Таким образом, видимый свет, или белый свет, можно разделить на отдельные цвета или свет. 9   Видимый свет воспринимается как красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Каждый цвет имеет уникальную длину волны. Красный свет имеет большую длину волны, но самую низкую энергию из всех видимых лучей. 9   С другой стороны, фиолетовый цвет имеет самую короткую длину волны из всех видимых лучей, но самую высокую энергию. 9

Свет управляет многими производственными процессами. Свет может либо поглощаться, либо отражаться веществами, называемыми пигментами. Большинство растений зеленые, потому что пигмент хлорофилл отражает зеленый и желтый свет и поглощает другие цвета спектра. Хлорофилл в растениях поглощает в основном синие и красные длины волн света. Синие длины волн 400-450 нм и красные длины волн 625-700 нм необходимы для фотосинтеза. 9   Реакция фотопериода, физиологическая реакция растений и животных на продолжительность дня или ночи также вызывается красными длинами волн. 9   Фототропные реакции, рост растений к источнику света, вызываются синими длинами волн. 9   Средняя скорость захвата энергии фотосинтезом во всем мире составляет 130 тераватт. 15 Это примерно в семь раз превышает текущее энергопотребление планеты. Фотосинтезирующие организмы способны ежегодно преобразовывать в биомассу около 100–115 миллиардов метрических тонн углерода. 15  

Рис. 2. Композитное изображение, показывающее глобальное распределение фотосинтеза, включая как океанический фитопланктон, так и наземную растительность. Темно-красный и сине-зеленый обозначают области высокой фотосинтетической активности в океане и на суше соответственно. 13 (Проект SeaWiFS, 2005 г. Лицензирование без авторских прав на Викискладе.)

Как показано на рисунке выше, растения и водоросли доминируют в биосфере. 13   Внутри клеток листьев растений находятся особые структуры, называемые хлоропластами. Эти хлоропласты содержат слои мембран и раньше были свободноживущими организмами. 13   Ученые полагали, что эти организмы были цианобактериями, и данные показывают, что у них есть собственная ДНК и механизмы для производства белков.

Процесс фотосинтеза

В этой светозависимой реакции некоторая энергия используется для удаления электронов из воды с образованием газообразного кислорода. Ионы водорода и электроны, высвобождаемые при расщеплении воды, затем используются для создания двух других соединений, никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) и аденозинтрифосфата (АТФ), энергии клеток. 6  В фотосинтезе участвуют пять основных комплексов: фотосистема II (ФСII), цитохром, фотосистема I (ФСI), АТФ (энергия) и НАДФН (обеспечивает электроны). 2 ФСII и ФС1 представляют собой комплексы реакционных центров, которые непосредственно участвуют в поглощении света и переносе электронов по цепи переноса электронов. И PSII, и PSI содержат хлорофилл, но они поглощают разные виды света. PSII и PSI поглощают синий свет, но PSI поглощает больше красного света. 6  Эти фотосистемы получают энергию светового возбуждения от светособирающих комплексов, связанных с их реакционными центрами. В фотосистеме также происходит разделение зарядов.

Когда свет поглощается хлорофиллом в фотосистеме, он создает возбужденное состояние. Это возбужденное состояние позволяет донору отдать электрон принимающей молекуле. Это пожертвование выбора принимающей молекуле называется разделением заряда. 6    Растения способны создавать стабильное разделение зарядов, поэтому рекомбинации не происходит и эта энергия может накапливаться.

Светозависимые реакции

В светозависимых реакциях одна молекула хлорофилла поглощает один фотон света и теряет один электрон. Как упоминалось выше, этот электрон отдается. Он передается другой форме хлорофилла, называемой феофитином. 6   Это прохождение электронов начинает создавать поток электронов, известный как цепь переноса электронов. Это оказывает двоякое влияние на растительную клетку. Во-первых, он создает восстановление НАДФ + до НАДФН. Во-вторых, он также создает поток протонов, необходимый для производства АТФ. 2   Молекула хлорофилла способна восстановить электрон, потерянный при расщеплении воды, и высвобождается молекула O 2 .

Электроны, образующиеся в ФС II в результате расщепления воды, передаются по цепи переноса электронов в ФСI, где при поглощении света создается другое возбужденное состояние. 2 Электроны, проходящие по цепи переноса электронов, используются для восстановления НАДФ + до НАДФН, как показано на диаграмме Z-схемы ниже. 17  

Рисунок 3. Z-схема. 17 (w:User:Bensaccount, 2005 г. Лицензия без авторских прав на Викискладе.)

Химические уравнения

Молекулы идентифицируются по химическим формулам. 14   Химическая формула представляет собой группу химических символов и чисел, которые показывают виды и количество атомов в молекуле. 14   Например, формула воды: H 2 O.  H — это химический символ водорода. О — химический символ кислорода. Маленькое число 2 называется нижним индексом. Это показывает, что молекула содержит два атома водорода. У O нет нижнего индекса, что означает, что молекула содержит только один атом кислорода.(Примечание: нет необходимости писать 1 в качестве нижнего индекса в химических формулах или уравнениях. Ни один нижний индекс не означает, что существует только один атом.)

Уравновешивание химических уравнений

В сбалансированном химическом уравнении должны выполняться определенные условия. Химическая реакция — это просто перегруппировка атомов с образованием чего-то с новой химической формулой и другими свойствами. 14   Сбалансированные химические уравнения включают одинаковое количество атомов как в продукте, так и в реагенте. 14   В приведенном выше уравнении несбалансированного фотосинтеза (1) 1 C, 3 O и 2 H со стороны реагента и 6 C, 12 H и 8 O со стороны продукта. Следующие числа необходимо добавить, чтобы обе части уравнения имели 6 C, 18 O и 12 H. 

6 CO 2 + 6 H 2 O + Солнечный свет -> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2  (2)

Кривая киления

12

Кривая Килинга (рис. 4) представляет собой график, отображающий текущие изменения концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. 4  Постоянные измерения проводятся с 1958 года в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях, которая первоначально началась под руководством Чарльза Дэвида Килинга. 12

Кривая Килинга имеет «пилообразную» форму, при этом уровни CO 2 обычно падают с мая по сентябрь и повышаются в остальное время года. 12 Этот цикл обусловлен естественным обменом CO 2 в растениях. 12 Несмотря на эту «пилообразную» картину, уровни CO 2 продолжают расти выше, чем годом ранее, из-за сжигания ископаемого топлива. 12 Согласно данным из Мауна-Лоа, уровни CO 2 увеличились примерно на 2,2 промилле в год. 12  

Рис. 4. Концентрация углекислого газа в атмосфере с 1958 по 2015 гг. 4  (Делорм, 2015 г.  Лицензия без авторских прав на Викискладе. На основе данных доктора Питера Танса, NOAA/ESRL, и доктора Ральфа Килинга, Океанографический институт Скриппса.)

Моделирующие молекулы

8

Чтобы сбалансировать химические уравнения, учащиеся должны знать, как считать атомы, понимать разницу между коэффициентами и нижними индексами, а также определять реагенты и продукты.Уравнения баланса укрепляют понимание закона сохранения массы, поскольку учащиеся должны помнить, что одинаковое количество и типы атомов должны быть в реагентах и ​​продуктах химического уравнения. 8

В этом упражнении учащиеся строят модели соединений, чтобы визуализировать реагенты и продукты химических реакций и определять коэффициенты в химических уравнениях. 8 Это задание подходит для учащихся средней школы, работающих в парах.

Материалы

8

Для этого задания учащимся понадобится 60 леденцов (5 разных цветов), зубочистки и полиэтиленовые пакеты. 8

Процедура

8

1.) Для каждой пары учащихся положите жевательные мармеладки (по 12 каждого цвета) в небольшой пластиковый пакет. Каждой паре студентов также нужны зубочистки.

2.) Разделите класс на пары и раздайте материалы.

3.) Сделайте обзор задания, объяснив, что пары должны построить молекулярные модели, используя леденцы и зубочистки.Они должны моделировать химические реакции, присваивая цвет жевательной резинки определенному элементу. Все еще используя свои модели, они уравновешивают каждую реакцию. Затем они записывают свои окончательные данные, прежде чем перейти к следующей реакции.

4.) Предложите учащимся построить модели реагентов и продуктов, используя леденцы и зубочистки для каждого уравнения. Жевательные резинки представляют собой атомы, а зубочистки — связи. Для целей этого упражнения на равновесие не важно, чтобы учащиеся моделировали правильные валентные углы; количество и типы атомов являются важными вещами.

5.) Предложите учащимся разложить свои модели и сгруппировать их, чтобы они знали, какие модели представляют реагенты, а какие – продукты. Может быть полезно предложить учащимся согнуть лист тетради пополам и обозначить левую сторону как «реагенты», а правую — как «продукты».

6.) После того, как молекулы построены и реакция разложена, сообщите учащимся, что для уравновешивания реакций они должны добавлять целые молекулы, а не отдельные леденцы. Подчеркните разницу между коэффициентом и индексом.Коэффициент — это число перед химической формулой в химическом уравнении, указывающее количество молекул. (Под отсутствием коэффициента понимается 1 молекула.) Нижний индекс указывает, сколько атомов элемента находится в каждой молекуле соединения. Учащиеся должны понимать, что после построения молекулярной модели заданные индексы не подлежат изменению. Только коэффициенты могут изменяться при уравновешивании химического уравнения.

7.) Предложите учащимся подсчитать количество атомов каждого элемента, присутствующего на стороне реагента, и сравнить его с количеством атомов этого элемента на стороне продукта.

8.) Если эти числа не равны, учащиеся должны построить дополнительные молекулы, пока числа не совпадут. Затем количество моделей каждого соединения с каждой стороны обеспечивает коэффициенты, необходимые для балансировки уравнения. Попросите учащихся подставить коэффициенты в уравнение и записать окончательную сумму атомов каждого типа на стороне продукта и реагента.

Пример реакции на баланс

8

__N 2 + __H 2 -> __NH 3

__Fe + __HCl -> __H 2 + __FeCl 3

__CH 4 + __O 2 -> __CO 2 + __H 2 O

__K + H 2 O -> __KOH + __H 2

__HCl + NaOH -> __NaCl + __H 2 O

__FeS + HCl -> __H 2 S + FeCl 2

__C 2 H 4 + __O 2 -> __CO 2 + __H 2 O

Плавающие диски для шпината

7

Листья шпината содержат много хлорофилла, что делает их идеальными для демонстрации фотосинтеза. Студенты могут наблюдать, как фотосинтез заставляет диски шпината подниматься и опускаться, если их поместить в раствор пищевой соды. 7   Листья шпината поглощают углекислый газ из раствора пищевой соды, в результате чего они опускаются на дно, если их поместить в чашку с водой. 7 Однако, когда они подвергаются воздействию света, диски используют углекислый газ и воду для производства кислорода и глюкозы. 7   Когда из листьев высвобождается кислород, образуются крошечные пузырьки, заставляющие диски плавать. 7   В этом эксперименте учащиеся увидят, как листья шпината осуществляют фотосинтез прямо на их глазах.

Материалы

7

Материалы, необходимые для этой демонстрации, включают: свежие листья шпината, дырокол с одним отверстием, пищевую соду, жидкое моющее средство для посуды, пластиковый шприц (без иглы, 10 мл или больше), прозрачную чашку и источник света (яркий солнечный свет, лампу или фонарик). 7

Экспериментальная процедура

7

1. ) Приготовьте раствор бикарбоната, смешав 6,3 грамма (около 1/8 чайной ложки) пищевой соды с 300 миллилитрами воды. (Примечание: этот раствор бикарбоната будет служить источником растворенного углекислого газа для фотосинтеза.)

2.) В другом контейнере приготовьте разбавленный раствор моющего средства, смешав каплю жидкости для мытья посуды с 200 миллилитрами воды.

3.) Добавьте примерно половину раствора пищевой соды в чашку. Добавьте каплю раствора моющего средства в эту чашку. (Примечание: если раствор образует пену, добавляйте больше раствора пищевой соды, пока не перестанете появляться пузырьки.)

4.) Используйте дырокол, чтобы пробить 10-20 дисков из листьев шпината. (Примечание: лучше избегать краев листьев или крупных жилок. Демонстрация лучше всего работает с гладкими плоскими дисками.)

5.) Снимите поршень со шприца и добавьте 10-20 пластинчатых дисков.

6.) Вставьте поршень обратно в шприц и медленно надавите на него, чтобы максимально удалить воздух, не раздавливая листья.

7.) Поместите шприц в раствор пищевой соды/моющего средства и наполните его примерно 3 мл жидкости.Затем постучите по шприцу, чтобы подвесить листья в растворе.

8.) Нажмите на поршень, чтобы выпустить лишний воздух, затем поместите палец на конец шприца и потяните поршень назад, чтобы создать вакуум.

9.) Удерживая вакуум пальцем, вращайте листовые диски в шприце. Через 10 секунд уберите палец, чтобы выпустить вакуум. (Примечание: лучше всего повторить процедуру вакуумирования еще 2-3 раза, чтобы убедиться, что листья поглощают углекислый газ из раствора пищевой соды и освобождаются от пузырьков кислорода.Диски должны опуститься на дно шприца, когда они будут готовы к демонстрации. Если диски не тонут, попробуйте использовать новые диски для шпината и раствор с более высокой концентрацией пищевой соды и большим количеством моющего средства.)

11.) Высыпьте диски листьев шпината в оставшуюся чашку с раствором пищевой соды/моющего средства. (Примечание. Обязательно удалите все диски, прилипшие к стенкам контейнера. Сначала диски должны опуститься на дно стакана.)

12.) Осветите чашку ярким солнечным светом, лампой или фонариком.(Примечание: поскольку листья вырабатывают кислород, на поверхности дисков образуются пузырьки, заставляющие их подниматься. Если из чашки убрать источник света, листья снова опустятся.)

Идеи расширения

7

Студенты могут экспериментировать, чтобы увидеть, что произойдет, если вы вернете диски на свет. Студенты также могут экспериментировать с интенсивностью и продолжительностью света и его длиной волны. 7 Один из способов установить контроль для такого эксперимента, для сравнения, подготовить чашку, содержащую воду с разбавленным моющим средством и диски листьев шпината, не пропитанные раствором бикарбоната. 7

Свет, который нужен растениям

9

В этом упражнении учащиеся будут наблюдать и сравнивать три типа источников света. Затем они проведут эксперимент, чтобы определить, как разные цвета света влияют на рост растений. Вот некоторые важные вопросы, которые можно задать во время выполнения этого задания:  Какое влияние свет оказывает на растения? Какое влияние свет оказывает на другие живые существа? Как разные цвета света влияют на рост растений? Как технологии продвигают науку? 9

Материалы

9

Для выполнения этого задания потребуются следующие материалы: белая лампа накаливания мощностью 60 Вт, белая светодиодная лампа мощностью 6 Вт, 4 семечка фасоли, 4 пенопластовых или пластиковых стаканчика объемом 250 мл, 400 мл грунта для горшков, 8–12 небольших камней, 1 пластиковый кувшин для молока или воды, полный водопроводной воды, 1 стакан на 250 мл, 1 градуированный цилиндр на 100 мл, 1 кусок полиэтиленовой пленки или целлофана размером 30 x 45 см четырех цветов (красный, синий, зеленый и прозрачный), 4 деревянных дюбеля. и 1 тонкая метрическая линейка. 9

Задействовать

9

Спросите учащихся, что они уже знают об лампочках и свете. Предложите им заполнить графический органайзер KHWL, чтобы записать, что они ЗНАЮТ, КАК они узнают эту информацию и что они ХОТЯТ ЗНАТЬ о лампочках и о том, как они излучают свет. Обсудите ответы учащихся. 9

Покажите учащимся лампы накаливания и светодиоды без включения. Попросите учащихся записать различия между двумя источниками света.Выключите свет в классе, включите оба светильника и попросите учащихся записать свои наблюдения. Покажите учащимся фрагмент видеоролика НАСА «Реальный мир: космическое освещение» (5:31), который можно посмотреть на канале NASA eClips в YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=z9hq92u0sl0). После просмотра видео учащиеся должны обсудить, какой тип лампочки, по их мнению, представляет собой каждый из источников света. 9

Исследуйте

9

Объедините учащихся в команды и попросите каждую команду посадить по четыре семечка в каждую чашку.Попросите их выполнить следующие шаги при посадке:

1. ) Поместите камень на дно пластикового стакана, чтобы помочь почве стечь.

2.) С помощью стакана отмерьте и заполните каждую из чашек примерно 100 мл почвы. Залейте сухую почву 45 мл воды и дайте ей впитаться в течение ночи.

3.) Замочите семена фасоли в стакане с водой, на котором указан номер вашей команды, на 24 часа.

4.) В группах обсудите, как разместить четыре цветных пластиковых листа так, чтобы ваши растения, расположенные рядом с окном или обозначенным источником света, получали одинаковое количество света только через соответствующий лист, который действует как светофильтр.Предложите учащимся представить свои решения классу и проголосовать за метод, который одновременно является безопасным и позволяет эффективно поливать и измерять растения.

5.) Посадите каждое семя на глубину 3 см в каждую чашку.

6.) Слегка присыпьте семена почвой. Не уплотняйте почву.

7.) С помощью мерного цилиндра налейте в каждую чашку по 15 мл воды. Слейте лишнюю воду.

8.) Поместите чашки рядом с окном или другим обозначенным источником света. Расположите стаканчики так, чтобы каждый получал одинаковое количество света.

9.) Установите пластиковые листы, как указано в шаге 4.

10. День посадки – день 0. Поливайте растения 15 мл воды через день (или каждый понедельник, среду и пятницу) в течение следующих 20 дней. Если растения кажутся слишком влажными или слишком сухими, обсудите и согласуйте изменения количества воды в команде. Поделитесь своими изменениями и причинами с классом. Обсудите, что делать с длинными выходными.

10.) Запишите наблюдения за растениями. Проверяйте ежедневно, чтобы обязательно отметить дату первого прорастания семян.Как только растения прорастут, измерьте высоту с помощью метрической линейки с плоской «ножкой», сделанной путем складывания узкого листа индексной бумаги и приклеивания ее к нижней части линейки. Это предотвратит погружение линейки в почву. Измерьте высоту растения с точностью до десятых долей сантиметра.

Объяснить

9

Попросите учащихся проанализировать данные о росте растений и построить линейный график для представления данных.

Удлинитель

9

В качестве дополнительного задания учащиеся могут выступать в роли инженеров, чтобы разработать новый эксперимент с растениями, чтобы вырастить самые здоровые растения в кратчайшие сроки.

Оценка

9

Предложите учащимся просмотреть и обновить свою таблицу KHWL, добавив то, что они ИЗУЧИЛИ. Попросите учащихся записать в дневнике их ответы на этот вопрос:  Как разные цвета света влияют на рост растений? 9

Гарднер, Роберт. Циклы Земли: Зеленые научные проекты о круговороте воды,

Фотосинтез и многое другое . Беркли-Хайтс: Enslow Publishers, Inc., 2011 г.

Этот информативный текст сочетается с практическими научными проектами, которые иллюстрируют научный метод и показывают, как наши действия влияют на окружающую среду и ее естественные циклы. Многие из этих экспериментов содержат отличные предложения для потенциальных мероприятий по распространению знаний и проектов научных выставок.

McGraw-Hill Education. «Свет и рост растений . » Гленко . По состоянию на 3 августа 2016 г. 

http://www.glencoe.com/sites/common_assets/science/virtual_labs/LS12/LS12.html. В этой виртуальной лаборатории студенты могут провести эксперимент, чтобы проверить, какие цвета светового спектра вызывают наибольший рост растений. Они рассчитают рост растений, измерив высоту каждого растения при разных цветах света. Сравнивая эти измерения и создавая линейный график, учащиеся могут определить, какие цвета спектра вызывают наибольший рост растений.

Ведущие штаты NGSS. Научные стандарты следующего поколения: для штатов, по штатам.

MS.Материя и энергия в организмах и экосистемах . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press, 2013. http://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/msmatter-and-energy-organisms-and-ecosystems. Предоставляет обзор ожидаемых результатов, научных и инженерных практик, дисциплинарных основные идеи и сквозные концепции.

Снейдеман, Джошуа и Эрин Твэмли, Возобновляемая энергия: Откройте для себя топливо

Будущее с 20 проектами. White River Junction: Normand Press, 2016. Эта книга

обсуждает плюсы и минусы различных источников энергии. Он показывает студентам будущие рабочие места в области возобновляемых источников энергии и предоставляет практические проекты, основные вопросы, онлайн-источники и подсказки для студентов.

Университет Рединга. «Измерение скорости фотосинтеза элодеи ».   Университет

Чтение . По состоянию на 20 июля 2016 г.https://www.reading.ac.uk/virtualexperiments/ves/preloader-photogenesis-full. html. Этот виртуальный эксперимент позволяет учащимся измерять фотосинтез при различной интенсивности света с помощью элодеи, водного растения, обычно используемого в качестве аквариумной растительности.

Гроло, Рик. «Фотосинтез». НОВА . По состоянию на 25 июля 2016 г.

http://www.pbs.org/wgbh/nova/nature/photogenesis.html. Этот интерактивный

Функция

показывает, как растения используют солнечный свет для создания глюкозы.Он включает в себя три действия: цикл, перетасовку атомов и три головоломки.

О’Доннел, Лиам. Понимание фотосинтеза с Максом Аксиом, суперученым.

North Mankato: Capstone Press, 2007. Этот графический роман дает учащимся возможность следить за приключениями Макса Аксиома, когда он объясняет науку, лежащую в основе фотосинтеза.

1 Ат09кг. «Научный процесс фотосинтеза». Викисклад. Последнее изменение: 2 ноября 2011 г. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17219609

2 , Роберт. Молекулярные механизмы фотосинтеза 2 nd Edition . Хобокен:

Уайли-Блэквелл, 2014.

3 Совет колледжа . Руководство AP Biology Lab , Исследование 5: Фотосинтез . Нью-Йорк:

College Board, 2001. http://www.Collegeboard.com/html/apcourseaudit/courses/pdfs/cb-biology-lab-manual-1-24-12.pdf

4 Delorme, 2015. «Среднемесячная концентрация CO2 в Мауна-Лоа» Wikimedia Commons. На основе данных д-ра Питера Танса, NOAA/ESRL, и д-ра Ральфа Килинга, Океанографический институт Скриппса. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mauna_Loa_CO2_monthly_mean_concentration.svg

5 Гарднер, Роберт. Циклы Земли: Зеленые научные проекты о круговороте воды,

Фотосинтез и многое другое (проекты Team Green Science).   Нью-Йорк: Enslow

Издательство, 2011.

6 Холл, Дэвид и Кришна Рао. Фотосинтез (биологические исследования), 6 th edition .

Кембридж: Cambridge University Press, 1999.

7 Хельменстин, Энн Мари. «Легкая демонстрация фотосинтеза — плавающий шпинат

Диски». Об образовании . По состоянию на 15 июля 2016 г.http://chemistry.about.com/od/chemistrydemonstrations/fl/See-Photogenesis-in-Action-Floating-Spinach-Disks-Demonstration.htm

8 Джордан, Шона. «Балансировка химических уравнений ». Каролина Биология. По состоянию на 28 июля

2016 г. http://www.carolina.com/teacher-resources/Interactive/balancing-chemical-equations/tr10663.tr

9 НАСА. «Реальный мир НАСА: свет нужен растениям. ”  Преподаватели NASA eClips

Направляющая . По состоянию на 3 августа 2016 г. https://www.nasa.gov/pdf/474243main_RW8-LightPlantsNeed_508.pdf

10 Государственные школы Нью-Хейвена. 6 th Справочник по шагам . Нью-Хейвен: Государственные школы Нью-Хейвена. Последнее изменение: 12 ноября 2007 г. http://www.newhavenscience.org/6curroverview.htm

11 Ведущие штаты NGSS. Научные стандарты следующего поколения: для штатов, по штатам.

MS.Материя и энергия в организмах и экосистемах . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Национальных академий, 2013 г. http://www.nextgenscience.org/topic-arrangement/msmatter-and-energy-organisms-and-ecosystems.

12 Монро, Роб. — Это последний год? Океанографический институт Скриппса.

По состоянию на 2 августа 2016 г.

13 Проект SeaWiFS.Глобальная биосфера моряков. Викисклад . Последнее изменение: 25 октября 2005 г.  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=387228

14 Триумф Обучение, ООО. Коннектикут 4 th Тренер поколения CMT, наука, 8 класс. Нью-Йорк: Triumph Learning, 2010.

15 Влахогианни, Томаис и Афанасиос Валаванидис. «Влияние энергии и окружающей среды на поток, хранение и преобразование энергии биосферы в человеческой цивилизации. Американский журнал исследований в области образования 1, № 3 (2013): 68-78.

16 Уокер, Д. Энергия, растения и человек . Саусалито: University Science Books, 1992.

.

17 w:User:Bensaccount. «Z-схема». Викисклад . Последнее изменение: 16 апреля 2005 г. 

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Z-scheme. png

Стандарты контента Коннектикута

Концептуальная тема

10

Материя и энергия в экосистемах – Как материя и энергия проходят через экосистемы? 10

Стандарты содержания

10

6.2 — Экосистема состоит из всех популяций, обитающих в определенном пространстве, и физических факторов, с которыми они взаимодействуют. На популяции в экосистемах влияют биотические факторы, такие как другие популяции, и абиотические факторы, такие как почва и водоснабжение. Популяции в экосистемах можно разделить на производителей, потребителей и разлагателей органического вещества. 10

Концепция уровня обучения

10

На популяции в экосистемах влияют биотические факторы, такие как другие популяции, и абиотические факторы, такие как почва и водоснабжение. 10

CMT Ожидаемая производительность

10

C 4. Опишите, как абиотические факторы, такие как температура, вода и солнечный свет, влияют на способность растений создавать себе пищу посредством фотосинтеза. 10

Научные стандарты следующего поколения 11

Ожидаемые результаты

11

МС-ЛС1-6. Разработайте научное объяснение, основанное на доказательствах роли фотосинтеза в круговороте вещества и притоке энергии в энергию и из нее. 11

МС-ЛС1-7. Разработайте модель, описывающую, как пища перестраивается в результате химических реакций с образованием новых молекул, которые поддерживают рост и/или высвобождают энергию, когда это вещество движется по организму. 11

Основные дисциплинарные идеи

11

LS1.C: Организация потока материи и энергии в организмах

Растения, водоросли (включая фитопланктон) и многие микроорганизмы используют энергию света для производства сахаров (пищи) из углекислого газа из атмосферы и воды в процессе фотосинтеза, при котором также выделяется кислород.Эти сахара можно использовать сразу или сохранить для роста или последующего использования. Внутри отдельных организмов пища проходит ряд химических реакций, в ходе которых она расщепляется и перестраивается с образованием новых молекул, поддерживающих рост или высвобождающих энергию. 11

PS3.D: Энергия в химических процессах и повседневной жизни

Химическая реакция, посредством которой растения производят сложные пищевые молекулы (сахара), требует затрат энергии (т. е. солнечного света). В этой реакции углекислый газ и вода объединяются, образуя органические молекулы на основе углерода и выделяя кислород.Клеточное дыхание растений и животных включает химические реакции с кислородом, которые высвобождают накопленную энергию. В этих процессах сложные молекулы, содержащие углерод, реагируют с кислородом с образованием двуокиси углерода и других материалов. 11

Что это? Как это работает?

Слово фотосинтез происходит от двух греческих слов: фото, означающее «свет», и синтез, означающее «соединять». Глядя на эти два корня, мы получаем хорошее представление о том, что происходит во время химического процесса фотосинтеза: растений соединяют воду и углекислый газ с помощью света, чтобы создать глюкозу и кислород.

В этой статье мы разберем, что такое фотосинтез, почему фотосинтез важен, и обсудим химическое уравнение фотосинтеза: что это такое и что означает каждая его часть.

 

Что такое фотосинтез?

Проще говоря — Фотосинтез — это то, как растения, водоросли и некоторые виды бактерий используют энергию солнечного света для создания химической энергии, необходимой для жизни.

Существует два основных типа фотосинтеза: оксигенный фотосинтез и аноксигенный фотосинтез. Кислородный фотосинтез более распространен — такой тип мы наблюдаем у растений и водорослей. Аноксигенный фотосинтез в основном происходит у бактерий.

При оксигенном фотосинтезе растения используют световую энергию для соединения углекислого газа (CO2) и воды (h3O). Эта химическая реакция производит углеводы для потребления растениями и кислород, который высвобождается обратно в воздух.

Аноксигенный фотосинтез очень похож, но он не производит кислород. В оставшейся части этой статьи мы сосредоточимся на более распространенном типе фотосинтеза — оксигенном фотосинтезе.

 

Почему важен фотосинтез?

Фотосинтез важен по нескольким причинам:

Во-первых, он производит энергию, необходимую растениям для жизни. Полученные углеводы обеспечивают растения энергией для роста и жизни.

Во-вторых, фотосинтез помогает поглощать углекислый газ, вырабатываемый дышащими организмами, и преобразовывать его в кислород, который затем возвращается обратно в атмосферу. По сути, с помощью фотосинтеза растения помогают производить кислород, необходимый всем живым существам для дыхания и выживания.

 

 

Уравнение фотосинтеза

Вот химическое уравнение фотосинтеза:

6CO2 + 12h3O + Энергия Света ——> C6h22O6 + 6O2 + 6h3O

 

Расшифровка формулы фотосинтеза

Теперь, когда мы знаем, что такое уравнение фотосинтеза, давайте разберем каждую часть формулы фотосинтеза.

На стороне реагентов:

6CO2 = шесть молекул углекислого газа

12h3O = Двенадцать молекул воды

Энергия Света = Свет Солнца

Что касается продуктов, у нас есть:

C6h22O6 = глюкоза

6O2 = шесть молекул кислорода

6h3O = шесть молекул воды

Как мы узнали ранее, глюкоза будет использоваться растением в качестве энергии.Кислород и вода будут выпущены обратно в атмосферу, чтобы помочь другим живым существам.

 

Что нужно знать о формуле фотосинтеза

Во время фотосинтеза растения используют световую энергию для соединения углекислого газа и воды с образованием глюкозы, кислорода и воды.

Фотосинтез важен, потому что он обеспечивает растения энергией, необходимой им для выживания. Он также выпускает необходимый кислород и воду обратно в атмосферу.

 

Что дальше?

Вы изучаете облака на уроках естествознания? Получите помощь в определении различных типов облаков с помощью нашего экспертного руководства.

Работаете над исследовательской работой, но не знаете, с чего начать? Тогда ознакомьтесь с нашим руководством, в котором мы собрали множество высококачественных исследовательских тем, которые вы можете использовать бесплатно.

Нужна помощь в изучении английского языка , особенно в определении литературных приемов в текстах, которые вы читаете? Тогда вам определенно захочется взглянуть на наше исчерпывающее объяснение самых важных литературных приемов и того, как они используются.

 

Химическое уравнение фотосинтеза

Химическое уравнение фотосинтеза включает ввод (реагенты) углекислого газа, воды и солнечного света для получения продуктов (продуктов) глюкозы и кислорода.Этот химический процесс является фундаментальным уравнением для понимания того, как фотосинтез дополняет дыхание.

Знаете ли вы, что самое важное для жизни на Земле? Это солнечный свет. Солнечный свет отвечает за обеспечение жизни на земле всем необходимым: водой, кислородом и пищей. Тем не менее, мы явно не можем поддерживать себя только солнечным светом, так как же этот солнечный свет превращается в ключевые ингредиенты для жизни? Это происходит в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез — это способность растений преобразовывать лучистую энергию солнечного света в глюкозу — пищу, в которой нуждаются они и животные.В качестве побочного продукта этого процесса растения также создают воду и кислород. Люди и многие другие животные питаются растениями и поглощают воду и кислород, образующиеся при фотосинтезе.

Уравнение фотосинтеза

Фотосинтез управляет жизнью на Земле, но как именно он работает? Давайте подробнее рассмотрим сбалансированное химическое уравнение фотосинтеза и контекстуализируем его, изучив, как оно является частью жизненного цикла растения.

Сбалансированное химическое уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

6 CO2 + 6 h3O → C6h22O6 + 6 O2

Это соответствует производству глюкозы и кислорода из углекислого газа и воды. O2 известен как дикислород, но его часто называют просто кислородом. Позвоночные нуждаются в кислороде для преобразования глюкозы в АТФ, энергию, которая позволяет клеткам животного выполнять свои функции. Кислород доставляется в организм дыхательной системой, а затем эритроциты забирают его для использования.

C6h22O6 технически может относиться ко многим различным молекулам, поскольку это зависит от того, как расположены атомы внутри молекулы. Большинство молекул, к которым может относиться формула, представляют собой сахара того или иного вида, а наиболее широко известным образованием молекул является глюкоза.Глюкоза превращается в вещество, известное как пируват, в клетках животных, которое затем используется для производства АТФ. Глюкоза также известна под множеством других названий, включая сахар в крови и декстрозу.

«У растений достаточно духа, чтобы изменить наше ограниченное видение». — Розмари Гладстар

Так что же происходит, когда клетки животных используют глюкозу и кислород, вырабатываемые растениями, вместе с водой, чтобы жить и выполнять свои функции? Процесс клеточного дыхания высвобождает побочные продукты, как и процесс фотосинтеза. Эти побочные продукты 6CO2 + 6h3O. Другими словами, клеточное дыхание высвобождает воду и углекислый газ.

Заметили что-нибудь о том, как эти побочные продукты связаны с фотосинтезом? Это именно те ингредиенты, которые фотосинтез использует для создания глюкозы и кислорода. Это означает, что два процесса переплетаются, полагаясь на побочные продукты друг друга. Эта взаимозависимая связь известна как углеродный цикл, и именно она обеспечивает существование огромного разнообразия жизни на Земле.

Круговорот углерода — это то, что позволяет молекулам углерода перемещаться по всей биосфере, перерабатываться и обеспечивать жизнь как растениям, так и животным. Углерод, который выделяется в атмосферу при клеточном дыхании и животных, высвобождается в виде углекислого газа, в то время как растения поглощают углекислый газ, выводят его из атмосферы и вместо этого выделяют кислород.

Ключевые части клеток животных и растений

Ключевой частью клетки, участвующей в клеточном дыхании, являются митохондрии. Митохондрии часто называют электростанцией клетки, поскольку они генерируют энергию, которую использует клетка. Клеточное дыхание берет молекулу глюкозы и превращает ее в АТФ. Некоторое количество АТФ образуется при превращении глюкозы, но больше АТФ образуется в процессе фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование происходит, когда электроны движутся по «цепи переноса электронов» глубоко внутри мембраны митохондрий.

Гликолиз является первой частью процесса и превращает глюкозу в пируват.Затем пируват окисляется с образованием соединения, называемого ацетил-КоА. В результате выделяется углекислый газ. Больше углекислого газа высвобождается во время цикла лимонной кислоты, следующей стадии клеточного дыхания. Ацетил-КоА, созданный на последней фазе, во время этой фазы соединяется с четырехуглеродной молекулой. Заключительной частью клеточного дыхания является окислительное фосфорилирование, при котором создается больше АТФ по мере того, как электроны движутся по цепи переноса электронов. Кислородные клетки, используемые на этом этапе, объединяются с электронами и протонами водорода, образуя воду.

«Лесные врачи Амазонки говорят, что у каждого растения есть своя «песня», и что, чтобы знать, как использовать растение, нужно слушать его голос». — Джей Гриффитс

В клетках растений есть структура, называемая хлоропластом, которая генерирует энергию, аналогичную митохондриям в клетках животных. Хлоропласты являются примерами органелл, называемых пластидами, которые находятся в клетках растений. Хлоропласты преобразуют солнечную энергию в углеводы, улавливая длины волн света.Когда световая энергия поглощается, начинается процесс фотосинтеза, если в растении достаточно воды и углекислого газа. Разные растения могут поглощать свет с разной длиной волны, используя разные пигменты. Большинство растений зеленые, цвет исходит от хлорофиллов в клетках растения. Однако есть и другие пигменты, такие как каротиноиды и фикобилины, которые поглощают свет с разной длиной волны и придают растениям разные цвета.

Благодаря процессам, происходящим как в митохондриях, так и в хлоропластах, углерод может довольно быстро циркулировать в окружающей среде.Подсчитано, что от 1 000 до 100 000 миллионов метрических тонн углерода проходит через углеродный цикл в год.

Геологический углеродный цикл

Фото: общественное достояние

Биологический углеродный цикл объясняет, что происходит с большей частью углерода на Земле. Однако есть еще один тип углеродного цикла. Это геологический углеродный цикл, и он относится к тому, как углерод хранится и высвобождается частями самой Земли.

Количество углерода в атмосфере зависит от того, сколько углерода хранится в океане и в почве.Остатки океанской жизни, основанной на углероде, превращаются в отложения, которые становятся частью морского дна. Геологические процессы превращают отложения в известняк, а известняк считается самым большим резервуаром углерода на планете. Углерод может существовать как в неорганическом, так и в органическом виде на суше. Органический углерод относится к разложению мертвых животных, в то время как неорганический углерод хранится в различных породах и минералах. В процессе выветривания этот углерод выбрасывается в атмосферу. Углерод также может выбрасываться в атмосферу при извержении вулканов или при сжигании ископаемого топлива, добытого из-под земли.

«Ты умрешь, а углерод нет; его карьера не заканчивается на вас. Он вернется в почву, и там растение сможет со временем снова принять его, снова отправив в круговорот растительной и животной жизни». — Джейкоб Броновски

Биологический углеродный цикл и геологический углеродный цикл зависят друг от друга. Большая часть углерода содержится в окружающем воздухе в виде углекислого газа. Углекислый газ растворяется в воде, где образуется молекула, называемая бикарбонатом.Бикробаронат и углекислый газ превращаются в органические молекулы бактериями и растениями посредством фотосинтеза, который движется вверх по пищевой цепи, в то время как клеточное дыхание превращает этот органический углерод обратно в CO2.

По мере того, как углерод совершает биологические и геологические циклы углерода, он играет неотъемлемую роль в фотосинтезе. Фотосинтез стимулирует жизнь на Земле, позволяя солнечной энергии поддерживать формы жизни на всех уровнях пищевой цепи.

Была ли эта статья полезной?

😊 ☹️ Приятно слышать! Хотите узнать больше о научных тенденциях? Подпишитесь на нашу научную рассылку! Нам жаль это слышать! Мы любим отзывы 🙂 и хотим, чтобы вы внесли свой вклад в то, как сделать Science Trends еще лучше.

Определение, уравнение, процесс и клеточное дыхание

Определение, уравнение, процесс и клеточное дыхание


Определение: что такое фотосинтез?

В основном фотосинтез представляет собой химический процесс, посредством которого энергия света используется для преобразования/сборки неорганического материала (воды и углекислого газа) в органические молекулы. Способные организмы называются автотрофами/фотоавтотрофами и включают некоторые бактерии (цианобактерии), водоросли и все растения.

Учитывая, что фотосинтез — единственный процесс, посредством которого энергия света используется для сборки неорганических молекул в органические молекулы, которые могут использоваться в качестве источника энергии другими организмами, это, без сомнения, один из самых важных химических процессов на Земле.

 

* Слово «автотроф» происходит от греческих слов «авто» и «трофе», что означает «я» и «питание» соответственно.


Завод фотосинтеза

Для большинства растений листья действуют как фотосинтезирующие фабрики.Как таковые, они хорошо подходят для всех процессов фотосинтеза. Подобно солнечным батареям, листья по большей части тонкие и широкие, причем широкая часть листа обращена к солнцу. Это позволяет максимально улавливать свет.

Было показано, что растения переориентируют свои листья таким образом, чтобы обеспечить максимальное улавливание света в течение дня. Это гарантирует, что достаточное количество световой энергии будет собрано для фотосинтеза.

Помимо общей формы листа и способности к переориентации, некоторые другие структуры листа, участвующие в фотосинтезе, включают:


Процесс фотосинтеза и реакции

В зависимости от экологии различают три основных типа фотосинтеза:

 

Цикл C3

С3-цикл или С3-фотосинтез — тип фотосинтетической реакции, наблюдаемой у большинства растений (80–90 % всех растений).Растения, в которых происходит эта форма фотосинтеза, называются растениями С3.

Этапы C3 (Calvin Cycle) Фотосинтез

Стадия фиксации углекислого диоксида

в течение дня, диоксид углерода рассеивается через поры и в мезофиллированные клетки. Здесь CO2 диффундирует в строму, где синтезируется сахар. В строме фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза катализирует реакцию между газом (CO2) и тремя молекулами пятиуглеродного акцептора, известного как рибулозобисфосфат (RuBP).

В результате этих реакций образуется 6-углеродное соединение, которое затем расщепляется с образованием 2 молекул 3-фосфоглицериновой кислоты.

 

Фиксация углекислого газа – светонезависимая реакция, которую можно представить следующим образом: PGA)

 

Стадия восстановления углерода

 

На стадии восстановления 6 молекул АПТ и НАДФН превращают 3-PGA в 6 молекул глицеральдегид-3-фосфата.В результате АТФ превращается в АДФ (с потерей концевого атома фосфата), а НАДФН превращается в НАДФ+.

 

Регенерация

 

Во время фазы регенерации одна молекула G3P транспортируется в цитоплазму, где она участвует в образовании соединений, необходимых растению. Однако другой G3P подвергается дальнейшим реакциям с образованием RuBP, глюкозы и других сахаров, а также различных других органических соединений.

Цикл С4

У растений С4 (ананас, кукуруза и сахарный тростник среди прочих) фотосинтез происходит в клетках мезофилла и оболочки пучка. Как и в случае с циклом С3, цикл С4 также не зависит от света.

 

В клетках мезофилла гидратация углекислого газа приводит к образованию бикарбонат-иона в присутствии карбоангидразы. Используя ионы карбоната, фермент, фиксирующий углерод, известный как фосфоенолпируваткарбоксилаза, фосфоенолпируват с 3 атомами углерода (PEP) превращается в оксалоацетат (соединение с 4 атомами углерода).

Фермент ФЕП отсутствует в цикле С3, но присутствует в цикле С4. Это дает большое преимущество растениям C4, учитывая, что фермент способен фиксировать углекислый газ в низких концентрациях (карбонат).

По этой причине растениям С4 не обязательно открывать устьица, чтобы поглощать больше углекислого газа для фотосинтеза.

Фотосинтетическая реакция, происходящая в мезофилле, может быть представлена ​​следующим образом: — + PEP ——— (PEP ENZYME) ———-> OAA (оксалоацетат)

 

В клетках мезофилла оксалоацетат превращается в малат (4-углеродное соединение) в присутствии НАДФН перед транспортировкой в ​​клетки обкладки пучка.

 

*  У растений С4 клетки оболочки пучка представляют собой группу специализированных клеток, расположенных вокруг сосудистых пучков в листьях.

 

В клетках оболочки пучка (в хлоропластах этих клеток) малат превращается в 3-углеродный пируват после удаления СО2 путем декарбоксилирования (эта реакция дает СО2, пируват и НАДФН).

В то время как пируват перемещается в слой мезофилла для фосфорилирования (с образованием PEP), углекислый газ входит в цикл C3, где проходит биохимические реакции с образованием 3-углеродного глицеральдегида-3-фосфата.

 

Этот процесс обеспечивает высокую концентрацию углекислого газа. В этом случае рубиско служит карбоксилазой, играющей важную роль в снижении фотодыхания.

 

Фотодыхание  — Это дыхательный процесс, при котором растение сохраняет высокий уровень кислорода в световой период (устьица закрыты). Это оказывается проблемой во время фотосинтеза, учитывая, что кислород в больших количествах конкурирует с углекислым газом за активные центры рубиско. Здесь не происходит газообмена (выходит кислород и поступает углекислый газ). В результате при этом фотодыхании происходит клеточное дыхание, а не фотосинтез.


Цикл САМ (метаболизм крассуловой кислоты)

САМ представляет собой форму фотосинтеза, распространенную среди представителей семейства Crassulaceae. В отличие от растений С4, растения, описываемые как САМ, склонны фиксировать углекислый газ ночью. таким образом, САМ-растения также могут быть описаны как С4-растения.

 

Ночью поры открываются, позволяя листьям поглощать углекислый газ.В присутствии ФЕП-карбоксилазы (также обнаруженной в растениях С4) двуокись углерода фиксируется с образованием оксалоацетата, который затем превращается в малат. На следующее утро малат транспортируется в цитозоль, где подвергается декарбоксилированию с выделением углекислого газа, необходимого для цикла Кальвина.

*  Для растений в очень жарких и сухих условиях этот процесс гарантирует, что листья не теряют лишнюю воду (открываясь в течение дня). Кроме того, это гарантирует, что листья будут иметь достаточное количество углекислого газа, необходимого для фотосинтеза во время солнечного света.

Ночью поры открываются, позволяя растению поглощать углекислый газ и выделять избыток кислорода. Это также помогает предотвратить фотодыхание.


Обзор фотосинтеза

Обычно фотосинтез делится на две основные стадии, которые включают:

 


Светозависимые реакции

Светозависимые реакции — это реакции, в которых энергия света преобразуется в химическую энергию (АТФ и НАДФН).

Они происходят в тилакоидных мембранах хлоропластов и включают три основных этапа, которые включают:

Возбуждение фотосистемыЗатем эти электроны передаются молекулам-носителям, расположенным внутри тилакоидной мембраны (акцептор электронов).

 

Производство АТФ  — Когда электроны проходят через цепь переноса электронов (внутри тилакоидной мембраны), они теряют энергию, поскольку внутри тилакоида создается электрохимический градиент. Используя ионы водорода, перемещенные в тилакоид, АТФ-синтаза катализирует синтез АТФ в процессе, известном как фотофосфорилирование.

Когда этот шаг подходит к концу, теперь обесточенный электрон поглощается фотосистемой 1 из фотосистемы II.

 

Фотолиз воды и НАДФ+ восстановление  — В этой фазе электроны из фотосистемы I могут быть использованы для восстановления НАДФ+ до НАДФН-. Наряду с АТФ эта молекула играет важную роль в светонезависимых реакциях.

 

*  Энергия света в реакциях, зависящих от света, расщепляет воду на кислород и положительные ионы водорода.


Светонезависимые реакции

Также известный как цикл Кальвина, возбужденные электроны от предыдущих реакций обеспечивают энергию, необходимую для синтеза сахаров.

Calvin Cycle, который возникает в строме, разделен на три основных этапа, которые включают в себя:

  • фиксация
  • Уменьшение
  • Регенерация

* Эти шаги описаны в цикле C3 .


Фотосинтез и клеточное дыхание

Хотя фотосинтез и клеточное дыхание — разные процессы, продукты одного являются реагентами другого. Таким образом, эти два процесса противоположны друг другу.

Хотя растения хорошо известны своей способностью производить пищу посредством фотосинтеза, клеточное дыхание также происходит в митохондриях их клеток. Когда используется кислород, этот процесс известен как аэробное дыхание.

Помимо растений, клеточное дыхание также имеет место у животных и представляет собой процесс, посредством которого энергия высвобождается из органических соединений.

Следующие являются общими представлениями (формулы) для фотосинтеза и клеточного дыхания:

3

3

C6H22O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H3O + 32 ATP

Фотосинтез

 

6CO2 + 6h3O —> C6h22O6 + 6O2

 

Глядя на две формулы, становится очевидным, что продукты одной реакции являются реагентами другой. Это показывает связь между двумя реакциями в природе.

Когда животные расщепляют сахара в своих клетках, высвобождаются углекислый газ и вода. Затем растения могут использовать эти продукты для производства продуктов питания, и цикл продолжается.


Подробнее о биологии растений и фотосинтез:

Фотосинтезные бактерии

Структура листа под микроскопом

Страница на пластичанах

Узнайте больше о хлоропластах

Месофил-клетки

МЕРЕЙСТЕМЫ Клетки

охраны

Трансгенные установки

Микропропития

Вернуться к водорослям

Вернуться к обзору биологии растений

Вернуться с изучения фотосинтеза на главную страницу MicroscopeMaster


Каталожные номера

Харви Дж.М. и др.,. (2018). Фотосинтез: структуры, механизмы и приложения.

 

Мэтью П. Джонсон. (2016). Фотосинтез.

 

Уильям Г. Хопкинс. (2008). Фотосинтез и дыхание.

2 Ссылки

https://Openoregon. pressbooksworks/mhccmajorsbio/chapter/calvin-cly/

https://ib.bioninja.com.au/higher- уровень/тема-8-метаболизм-клетка/без названия-2/светозависимые-реакции.html

Видео с вопросами

: Распознавание общего сбалансированного уравнения символов для фотосинтеза

Стенограмма видео

Что из следующего является правильное сбалансированное символьное уравнение для фотосинтеза?

Этот вопрос дает нам четыре варианты химических уравнений фотосинтеза, в которых используются химические символы. Нам нужно выбрать тот, который правильно в том, что продукты и реагенты находятся в правильных местах, а также убедитесь, что химическое уравнение сбалансировано.В том смысле, что есть такие же номера каждого типа атома слева и справа от стрелки.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы сначала вспомним слово уравнение для фотосинтеза, а затем мы собираюсь преобразовать его в правильные и подходящие химические символы. Затем мы убедимся, что это должным образом сбалансированы, чтобы мы могли легко выбрать правильный ответ.

Напомним, что фотосинтез процесс, осуществляемый растениями, при котором вода поглощается корнями из почва и углекислый газ, поглощаемый из воздуха через листья, преобразуется с помощью энергия света превращается в кислород, который, к счастью для нас, высвобождается в воздух через листья и глюкозу, которую потребляют некоторые другие организмы.И растение использует для сотовой связи дыхание, а также производство различных других молекул.

Теперь у нас есть вся информация, которую мы нужно сгенерировать наше словесное уравнение, которое читается как углекислый газ и вода превращается в глюкозу и кислород. Теперь мы можем заменить каждый из этих термины с правильным химическим символом, чтобы получить уравнение символа. Химический символ углерода диоксид – это СО2. Химический символ воды h3O.Химический символ глюкозы С6х22О6. И химический символ кислорода это О2.

Здесь я нарисовал молекулы это уравнение символа, чтобы показать, что сейчас оно не сбалансировано. Атомов гораздо больше углерода, водорода и кислорода в продуктах, чем в реагентах. Для того, чтобы две стороны равны, нам нужно добавить некоторые коэффициенты. К счастью для нас, это довольно легко помните, что все коэффициенты для меньших молекул равны шести.Глюкоза является относительно большим молекула, и в этом сбалансированном химическом уравнении есть только одна.

Теперь, если подсчитать все атомы углерода, водорода и кислорода с каждой стороны химического уравнения, вы бы видеть, что числа равны. Итак, химическое уравнение сбалансированный. Итак, теперь мы готовы выбрать наш отвечать. Правильный сбалансированный символ уравнение фотосинтеза: 6CO2 плюс 6h3O превращается в C6h22O6 плюс 6О2.

Уравнение сбалансированного фотосинтеза — Biology Wise

Сбалансированное уравнение фотосинтеза помогает нам понять процесс синтеза глюкозы растениями в упрощенной форме. Прочитайте эту рецензию, чтобы получить больше информации по этому вопросу.

Наличие хлорофилла и способность к фотосинтезу — вот некоторые признаки, отличающие растения от животных. Фотосинтез определяется как химический процесс, при котором углекислый газ в присутствии воды и лучистой энергии превращается в глюкозу (химическую энергию), выделяя в качестве побочных продуктов кислород.

Что такое уравнение фотосинтеза?

Зеленые растения вместе с водорослями и некоторыми бактериями относятся к фотоавтотрофам, что означает, что они могут производить себе пищу в присутствии света путем фотосинтеза. Это преобразование световой энергии в химическую происходит в пигменте, содержащем пластиды, называемые хлоропластами.

Процесс образования глюкозы, происходящий в хлоропластах, представлен в уравнении фотосинтеза.В уравнении объединяющиеся реагенты и полученные продукты выражаются вместе с их соответствующим количеством молекул.

Сбалансированное фотосинтез Химическое уравнение

Углекислый газ, вода и лучистая энергия находятся на стороне реагентов, тогда как на другой стороне находятся продукты процесса фотосинтеза, т. е. глюкоза и кислород. В упрощенной формуле этот процесс представляет следующее уравнение.

Шаг 1 : CO 2 + H 2 O + Энергия света → C 6 H 12 O 6 + O 2

4

Химическая реакция называется сбалансированной, если обе части уравнения фотосинтеза (реагенты и продукты) содержат одинаковое количество молекул каждого из элементов.

Излишне упоминать, что приведенная выше формула фотосинтеза не сбалансирована, так как на стороне реагента присутствует только один атом углерода, а на стороне продукта 6 атомов углерода. Когда вы пытаетесь сбалансировать приведенное выше уравнение, поставьте 6 перед молекулой углекислого газа, после чего результирующее уравнение будет:

.

Шаг 2 : 6 CO 2 + H 2 O + Энергия света → C 6 H 12 O 6 7 + O 3 4 2

Теперь количество атомов углерода равно 6 с обеих сторон.Остальными атомами, которые необходимо уравновесить, являются водород и кислород. Водород имеет только 2 атома на стороне реагента и 12 атомов на стороне продукта.

Таким образом, чтобы сбалансировать число атомов водорода, поставьте 6 перед молекулой воды со стороны реагента. На этом шаге частично сбалансированная формула фотосинтеза представлена ​​следующим образом:

Шаг 3 : 6 CO 2 + 6 H 2 O + Энергия света → C 6 H 12 O 6 + O 9003 2 2

На этом шаге количество атомов углерода и водорода уравновешивается в обеих частях уравнения фотосинтеза. Таким образом, последний шаг — сбалансировать количество атомов кислорода.

Тщательно рассчитайте количество атомов кислорода на стороне реагента; т. е. 12 атомов углекислого газа (6 CO 2 ) и 6 атомов воды (6 H 2 O) образуют всего 18 атомов. Со стороны продукта есть 6 атомов глюкозы (C 6 H 12 O 6 ) и 2 атома молекулы кислорода (O 2 ), образующих в общей сложности 8 атомов.

И чтобы уравновесить дефицит атомов со стороны продукта, поставьте 6 перед молекулой кислорода:

Этап 4 : 6 CO 2 + 6 H 2 O + Световая энергия → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Итак, вот как можно поэтапно сбалансировать уравнение фотосинтеза.Он показывает, что по шесть молекул углекислого газа и воды соединяются вместе в присутствии световой энергии, образуя одну молекулу глюкозы и шесть молекул кислорода.

Формула уравнения фотосинтеза Процесс и реакция (диаграммы)

«Фотосинтез — это процесс, в котором малоэнергетические неорганические окисленные соединения углерода (CO2) и водорода (вода) восстанавливаются до богатых энергией углеводов (сахар-глюкоза) под действием света. энергия». Энергия света преобразуется в химическую энергию хлорофиллом и фотосинтетическими пигментами.В фотосинтезе происходят следующие процессы.

Реагенты и продукты фотосинтеза

Углекислый газ (CO 2 ), вода и свет являются реагентами фотосинтеза, тогда как глюкоза и кислород являются продуктами фотосинтеза. Вода используется в качестве реагента в одних реакциях и выделяется как продукт в других реакциях. Таким образом, вода появляется с обеих сторон уравнения. Поскольку нет чистого выхода H 2 O, уравнение можно упростить следующим образом:

Это прямо противоположно уравнению аэробного дыхания.Фотосинтез использует продукты дыхания, а дыхание использует продукты фотосинтеза.

Реакции фотосинтеза

Фотосинтез – это окислительно-восстановительный процесс. Он представлен следующим упрощенным уравнением:

Однако это не простой процесс с одним шагом. Это сложный процесс. Он завершается серией простых шагов или реакций. Реакции фотосинтеза протекают в две стадии.

1. Светозависимые реакции (световые реакции)

Непосредственно использует свет.Энергия света поглощается хлорофиллом и другими молекулами фотосинтетического пигмента. Эти пигменты обладают восстановительной и ассимилирующей способностью. Они преобразуют энергию света в химическую энергию. В результате этого преобразования энергии образуются НАДФН 2 (НАДФН + Н + ) и молекулы АТФ. АТФ – временное энергоаккумулирующее соединение. Эта запасенная энергия и H + используются в светонезависимых реакциях.

2. Реакции, независимые от света (реакции темноты)

Не использует световую энергию напрямую.NADPH 2 обеспечивает электроны (и H + ), а АТФ обеспечивает энергию в темных реакциях. Они восстанавливают CO 2 с образованием сахаров. Эта фаза фотосинтеза также называется темновой реакцией, поскольку она не использует энергию света напрямую. Эта фаза может одинаково хорошо проходить как при свете, так и в темноте. Ему нужны только НАДФН 2 и АТФ легких реакций.

Вода и фотосинтез

Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, поступает из воды. Это важный источник кислорода для атмосферы.Большинству организмов этот кислород необходим для аэробного дыхания и получения энергии.

Гипотеза Ван Нейла

Он выдвинул гипотезу о том, что растения проливали воду. Вода является источником водорода. В качестве побочного продукта выделяется кислород. Свою гипотезу он сделал на основе своих экспериментов по фотосинтезу у бактерий. Эти бактерии производят углеводы из CO 2 . Но они не выделяют кислород.

Подтверждение гипотезы Нейла

Согласно гипотезе Нейла источником кислорода является вода, а не CO 2 .Позднее эта гипотеза была подтверждена в 1940-х годах. Изотопный индикатор использовался в биологических исследованиях. Вода и СО 2 , содержащие тяжелый изотоп кислорода 18, были приготовлены в лаборатории. Были сформированы две группы зеленых растений.

  • Одной группе растений был дан H 2 0 содержащий 0 18 с CO 2 содержащий обыкновенный кислород O 18 .
  • Второй группе растений давали H 2 0, содержащую обычный кислород с C0 2 , содержащую O 18 .

Установлено, что растения первой группы дали 18, а растения второй группы не дали О 18 .

Группа -1 Растения:

Группа -2 Растения: Таким образом, вода является одним из сырьевых материалов для фотосинтеза. Другое сырье CO 2 . Водород получается при расщеплении воды. Он восстанавливает NADP + (никотинамиддинуклеотидфосфат) до NADPH + H + . NADPH 2 обладает восстановительной способностью.Образуется вместе с АТФ в ходе световых реакций фотосинтеза. NADPH + восстанавливает CO 2 с образованием сахара во время темных реакций.

Хлоропласты – места фотосинтеза в растениях

Местоположение

Все зеленые части растения имеют хлоропласты. Но листья являются основным местом фотосинтеза у большинства растений. Хлоропласты присутствуют в очень большом количестве. На квадратный миллиметр поверхности листа приходится около полумиллиона хлоропластов.Хлоропласты присутствуют преимущественно в клетках мезофилльной ткани листа. В каждом мезофилле около 20—100 хлоропластов.

Структура хлоропласта

Хлоропласт имеет двойную мембранную оболочку. Внутри него заключена плотная жидкость, называемая Stroma . Эта строма содержит большинство фотосинтетических ферментов. Другая система мембран подвешена в строме. Эти мембраны называются тилакоидами. Тилакоиды представляют собой набор взаимосвязанных плоских дисковидных мешочков.

Внутри тилакоидов имеется заполненное жидкостью внутреннее пространство или просвет тилакоидов. Он отделен от стромы тилакоидными мембранами. Мембраны тилакоидов местами уложены столбиками. «Эти сложенные столбцы тилакоидов называются гранами (единственные граны).

Хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты встроены в мембраны тилакоидов. Хлорофилл придает растению зеленый цвет. В состав этих мембран входят акцепторы электронов фотосинтетических электрон-транспортных цепей.Таким образом, мембраны тилакоидов участвуют в синтезе АТФ путем хемиосмоса.

Хлорофилл и другие пигменты поглощают энергию света. Эта световая энергия преобразуется в химическую энергию в форме АТФ и НАДФН. Эти продукты используются для синтеза сахара в строме хлоропласта.

Хлоропласты отсутствуют у фотосинтезирующих прокариот. Вместо этого у них есть несложенные фотосинтетические мембраны. Эти мембраны работают как тилакоиды.

Фотосинтетические пигменты

В хлоропластах есть пигменты для поглощения света.Пигменты — вещества, способные поглощать видимый свет (длина волны 380—750 нм). Разные пигменты поглощают свет разной длины волны (цвета). Длины волн, которые поглощаются пигментом, исчезают.

Прибор, называемый спектрофотометром, используется для измерения относительной способности различных пигментов поглощать различный свет. «График, отображающий поглощение света с разными длинами волн пигментом, называется спектром поглощения пигмента.”

Мембраны тилакоидов содержат различные виды пигментов. Хлорофилл является основным фотосинтетическим пигментом. В хлоропластах присутствуют и другие дополнительные пигменты. Это:

  • Каротиноиды: Имеют желтый и красно-оранжевый цвета.
  • Каротины: Имеют красный цвет.
  • Ксантофиллы: имеют желтый цвет.

Хлорофиллы

Хлорофилл представляет собой зеленый пигмент. Он присутствует во всех фотосинтезирующих организмах.Он нерастворим в воде, но растворим в органических растворителях, таких как четыреххлористый углерод (CCl 4 ), спирт и т. д.

Типы хлорофилла

Существуют разные виды хлорофилла. Это хлорофилл a, b, c, d и e. Эти пигменты обнаружены у эукариотических фотосинтезирующих растений. Хлорофиллы, присутствующие в фотосинтезирующих бактериях, называются бактериохлорофиллами.

Длина волны, поглощаемая хлорофиллом

Хлорофиллы поглощают в основном фиолетово-синие и оранжево-красные длины волн.Хлорофиллы меньше всего поглощают зеленые и желтые волны. Итак, эти длины волн передаются или отражаются. Темно-зеленый цвет всегда маскирует желтый цвет. Поэтому растение выглядит зеленым. Он остается зеленым, если его не маскирует какой-либо другой пигмент.

Структура хлорофиллов

Молекула хлорофилла состоит из двух основных частей:

Гидрофильная головка

Это плоская квадратная светопоглощающая часть. Голова имеет сложное порфириновое кольцо. Это кольцо состоит из четырех объединенных меньших единиц, называемых пирроловыми кольцами.Каждое пиррольное кольцо состоит из атомов углерода и азота. Атом магния находится в центре порфиринового кольца.

Этот атом Mg координируется с азотом каждого пиррольного кольца. Именно поэтому дефицит магния делает растение желтым. Группа Haem гемоглобина также представляет собой порфириновое кольцо. Но он содержит атом железа вместо магния в центре.

Гидрофобный углеводородный хвост

Это длинная анкерная часть.Он состоит из длинной углеводородной цепи под названием Phytol (C 20 OH 39 ). Этот фитол присоединен к одному из пиррольных колец. Этим хвостом молекула хлорофилла встраивается в гидрофобное ядро ​​тилакоидной мембраны.

Каротиноиды, вспомогательные пигменты

Каротиноиды представляют собой пигменты от желтого и красного до оранжевого цвета. Они сильно поглощают сине-фиолетовый диапазон длин волн. Поэтому они поглощают другие длины волн, чем хлорофиллы. Таким образом, спектр поглощаемого света увеличивается.Таким образом, для фотосинтеза выделяется больше энергии.

Каротиноиды и хлорофилл b поглощают свет и передают энергию хлорофиллу а. Затем этот хлорофилл-а запускает световую реакцию. Поэтому каротиноиды и хлорофилл b называются дополнительными (А) пигментами. Порядок передачи энергии следующий:

Некоторые каротиноиды защищают хлорофилл от яркого света. Они поглощают и рассеивают избыточную световую энергию и не передают эту энергию хлорофиллам. Подобные каротиноиды также могут защищать человеческий глаз.

Свет — движущая энергия

Свет — это форма энергии. Это называется электромагнитной энергией или излучением. Свет ведет себя и как волна, и как частица. Частицы света называются фотонами. Излучения видимого света с длиной волны от 380 до 750 нм наиболее важны для жизни.

Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Он преобразует эту энергию в химическую энергию в процессе фотосинтеза. Хлорофиллы не поглощают весь свет, падающий на их поверхность.Поверхность листа поглощает только один процент световой энергии. Остальной свет отражается или пропускается.

Спектр поглощения

«График (график), показывающий поглощение света различных длин волн соединением, называется спектром поглощения». Это указывает на то, что поглощение максимально в синей и красной частях спектра.

Эти два пика поглощения синего и красного цвета имеют длины волн 430 и 670 нм соответственно. Пики поглощения каротиноидов относятся к разным формам хлорофиллов.

Спектр действия

«График (график), показывающий относительную эффективность различных длин волн (цвета) света при фотосинтезе, называется спектром действия». Первый спектр действия был получен немецким биологом TW. Engelmann в 1883 г. Работал над спирогирой. Разные пигменты поглощают разные длины волн.

Эффективность различных длин волн различна для разных пигментов. Спектр действия можно измерить простым методом. Растение освещают светом разной длины волны (цвета).Оценено относительное количество потребляемого CO 2 или выделяемого кислорода при фотосинтезе для каждой длины волны. Спектр действия показывает, что хлорофилл является фотосинтетическим пигментом.

Спектр действия фотосинтеза аналогичен спектру поглощения хлорофиллов. Есть несколько пиков и спадов поглощения света и потребления CO 2 .

Однако спектр действия фотосинтеза не совсем соответствует спектру поглощения хлорофилла.Пики спектра действия фотосинтеза сравнительно шире спектра поглощения хлорофиллов. Точно так же долины спектра действия узкие и неглубокие. Это указывает на то, что фотосинтез в наиболее поглощаемом диапазоне (в синем и красном) больше, чем поглощение этих длин волн хлорофиллом. Точно так же фотосинтез в 500—600 нм (зеленый свет) больше, чем поглощение зеленого света хлорофиллами.

Это различие возникает из-за дополнительных пигментов, таких как каротиноиды.Эти дополнительные пигменты поглощают свет в этих зонах и передают часть поглощенного света хлорофиллу. Затем этот хлорофилл преобразует световую энергию в химическую энергию. При одинаковой интенсивности света в красной части спектра происходит больше фотосинтеза, чем в синей.

Роль углекислого газа: реагент фотосинтеза

Восстановление CO 2 происходит во время светонезависимой реакции фотосинтеза с образованием сахара. Он использует продукты светозависимых реакций, АТФ и НАДФН. Ясно, что фотосинтез не происходит в отсутствие СО 2 .

Около 10 % всего фотосинтеза осуществляется наземными растениями. Остальные 90% фотосинтеза происходят в океанах, озерах и прудах. Водные фотосинтезирующие организмы используют в качестве источников углерода растворенный CO 2 , бикарбонаты и растворимые карбонаты. Эти вещества присутствуют в воде. Воздух содержит от 0,03 до 0,04% CO 2 .Наземные растения используют этот атмосферный CO 2 во время своего фотосинтеза.

Устьица:

CO 2 проникает в листья через устьица. Этот CO 2 растворяется в воде. Клеточные стенки клеток мезофилла поглощают этот растворенный CO 2 . Устьица присутствуют в большом количестве в листе. Их количество пропорционально количеству газа, диффундирующего в лист. Устьица покрывают лишь 1-2 % общей поверхности листа. Но они пропускают намного больше газа.

Поступление CO 2 зависит от открытия устьиц. Устьица имеют замыкающие клетки. Эти замыкающие клетки имеют своеобразное строение. Его форму можно изменить. Так замыкающие клетки регулируют открытие и закрытие устьиц.

Устьица с регулируемыми порами. Они открываются днем, когда для фотосинтеза требуется CO 2 . Они частично закрываются ночью, когда прекращается фотосинтез.

Существует заметная разница между Фотосинтезом и Дыханием.Фотосинтез происходит в дневное время, тогда как дыхание происходит как днем, так и ночью. Листья (и другие активно метаболизирующие ткани) дышат ночью. Они используют кислород и выделяют CO 2 .

Низкая интенсивность света на рассвете и в сумерках. Таким образом, скорость фотосинтеза и скорость дыхания становятся равными в течение этого короткого промежутка времени. Таким образом, количество кислорода, высвобождаемого при фотосинтезе, равно количеству, используемому клеточным дыханием.

Точно так же количество углекислого газа, выделяемого при дыхании, используется фотосинтезирующими клетками.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск