Питание растений. Фотосинтез

Название|Яблоня домашняя (Malus domestica) Класс|Покрытосеменные, двудольные Среда|Умеренный климат, сады Факты|Одно дерево в солнечный день производит столько кислорода, сколько нужно для дыхания 2–3 человек

Определение. Фотосинтез

Фотосинтез — процесс образования органических веществ (глюкозы) из неорганических (углекислого газа и воды) за счёт энергии солнечного света, протекающий в хлоропластах клеток листа.

$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

Читаем уравнение слева направо: растение поглощает углекислый газ (CO₂) из воздуха и воду (H₂O) из почвы, с помощью энергии солнечного света и хлорофилла превращает их в глюкозу (C₆H₁₂O₆) — органическое вещество, и выделяет кислород (O₂) в атмосферу.

Фотосинтез — это воздушное питание растений. В отличие от животных, растения не поедают готовую органику — они сами создают её из воздуха и воды. Именно фотосинтез обеспечивает пищей всё живое на Земле: глюкоза, созданная растением, становится источником углерода и энергии для самого растения, а затем — для животных, грибов и бактерий по цепям питания.

Условия фотосинтеза

Для фотосинтеза нужны одновременно четыре условия:

1. Свет — источник энергии (солнечный или искусственный достаточной яркости).
2. Углекислый газ — поступает из воздуха через устьица листа.
3. Вода — поднимается из корней по сосудам стебля.
4. Хлорофилл — зелёный пигмент, улавливающий энергию света.

Уберите любое из условий — и фотосинтез остановится.

Препарат|Клетки мякоти листа элодеи (водное растение), ×400 Что видно|Прямоугольные клетки с крупными зелёными хлоропластами, движущимися вдоль клеточной стенки (циклоз). В ярком свете хлоропласты выстраиваются вдоль стенок, обращённых к свету Увеличение|×400 Вывод|Хлоропласты подвижны: они перестраиваются, чтобы захватывать больше света в пасмурный день и избегать перегрева на ярком солнце

Световая и темновая стадии фотосинтеза

Фотосинтез состоит из двух последовательных стадий.

Процесс|Световая стадия фотосинтеза Место|Мембраны тилакоидов хлоропласта Реагенты|Вода (H₂O) и энергия солнечного света Продукты|Кислород (O₂) и запасённая энергия Смысл|Свет расщепляет молекулу воды — кислород уходит в атмосферу, энергия запасается для следующей стадии

Процесс|Темновая стадия фотосинтеза Место|Строма (жидкое содержимое) хлоропласта Реагенты|Углекислый газ (CO₂) из воздуха и энергия, запасённая в световой стадии Продукты|Глюкоза (C₆H₁₂O₆) Смысл|CO₂ превращается в органическое вещество — глюкозу. Именно здесь создаётся «еда» для растения

Темновая стадия не требует света напрямую, но использует энергию, запасённую в световой стадии. Поэтому без света невозможны обе стадии.

Минеральное питание

Кроме воздушного питания (фотосинтеза), растение получает питательные вещества из почвы — это минеральное питание. Из почвы через корневые волоски поглощаются вода и растворённые в ней минеральные соли.

Три главных элемента минерального питания:

• Азот (N) — строительный материал для белков и хлорофилла. При недостатке азота листья желтеют, рост задерживается. Вносят весной (навоз, аммиачная селитра).
• Фосфор (P) — входит в состав ДНК и молекул-переносчиков энергии. Без фосфора не развиваются корни и не завязываются плоды. Вносят перед цветением (суперфосфат).
• Калий (K) — регулирует работу устьиц, повышает устойчивость к засухе и болезням. Вносят летом (древесная зола, калийная соль).

Термин|Минеральное питание Суть|Поглощение воды и растворённых минеральных солей из почвы через корень Механизм|Вода поступает пассивно (осмос), ионы солей — активно (с затратой энергии клеткой) через мембраны корневых волосков Пример|Растение, которое не поливают, вянет — нет воды для фотосинтеза и тургора клеток

Пример. Опыт с геранью на свету и в темноте

Классический школьный опыт: два одинаковых растения герани. Одно стоит на ярком окне, другое — в тёмном шкафу. Через неделю на свету листья зелёные и упругие, в темноте — бледные и тонкие. Срезаем по листу, обесцвечиваем в спирте и капаем йод: лист со света синеет (в нём есть крахмал, образовавшийся из глюкозы), лист из темноты остаётся жёлтым (крахмала нет — фотосинтеза без света не было).

Вывод: свет необходим для фотосинтеза; без света глюкоза не образуется.

Важно!

⚠️ Два разных питания. У растения два типа питания: воздушное (фотосинтез — глюкоза из CO₂ и воды на свету) и минеральное (почвенное — вода и соли из почвы через корень). Это не одно и то же — их часто путают. Фотосинтез даёт органику (глюкозу), минеральное питание — неорганические соли для построения белков и ДНК.

⚠️ Фотосинтез ≠ дыхание. Фотосинтез — это создание глюкозы (накопление энергии), дыхание — расщепление глюкозы (высвобождение энергии). Это два противоположных процесса, которые идут в растении одновременно, но в разных органоидах: фотосинтез — в хлоропластах, дыхание — в митохондриях. Подробнее — в теме «Дыхание растений».

⚠️ Не весь кислород планеты — от растений. Основная масса кислорода атмосферы действительно создана фотосинтезом растений и цианобактерий за миллиарды лет. Но кислород, выделяемый растением сегодня, — это кислород из расщеплённой воды (H₂O), а не из углекислого газа. Это тонкий момент, который часто объясняют неверно.