Образование в листьях органического вещества и его использование в питании растений

Фотосинтез. Образование органического вещества на свету происходит у растений в клетках, имеющих зеленые пластиды — хлоропласты. Этот процесс назван фотосинтезом (от греч. слов «фотос» — свет и «синтез» — соединение). Происходит фотосинтез, главным образом, в зеленых листьях.

В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды (только на свету) в хлоропластах растения образуется органическое вещество глюкоза, которая вскоре превращается в крахмал.

К. А. Тимирязев
К. А. Тимирязев

Русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев внес большой вклад в изучение фотосинтеза. Он впервые установил, что хлорофилл принимает участие в сложных процессах, приводящих к созданию органического вещества из неорганических.

Наиболее интенсивно фотосинтез про исходит утром, обычно около 9–10 часов. К полудню по мере накопления крахмала и уменьшения притока воды в листья интенсивность фотосинтеза снижается, а к 17–18 часам вновь несколько возрастает. На протекание фотосинтеза значительное влияние оказывают влажность и температура: при похолодании и сухости листья у растений желтеют, а при потеплении и влажности — зеленеют. Объясняется это тем, что у многих растений при снижении температуры до +2°С, а у некоторых — даже до +10°С хлорофилл не образуется.

Доказательства образования органического вещества (крахмала) в листьях на свету. Убедиться в том, что в листьях на свету образуется крахмал, можно на опыте.

Опыт, доказывающий необходимость света для фотосинтеза
Опыт, доказывающий необходимость света для фотосинтеза

Поместим комнатное растение (пеларгонию, бегонию) в темное место, например в шкаф. Через двое — трое суток срежем один лист и опустим его на 2–3 минуты в кипяток, а потом в горячий спирт. Лист потеряет зеленую окраску: хлорофилл, содержавшийся в хлоропластах, растворится в спирте. Промоем лист в воде, поместим его в стеклянную чашечку и зальем слабым раствором йода. При этом лист практически не изменит окраску, а лишь частично пожелтеет от йода. Следовательно, крахмал в листьях растения, помещенного в темное место, не образовался. Вывод: органическое вещество в растении образуется только на свету.

Продолжим опыт. На одном из листьев этого же растения закрепим с двух сторон полоску плотной бумаги. Выставим растение на солнечный свет. Через сутки срежем подопытный лист. Опустим его на 2–3 минуты в кипяток, потом — в горячий спирт. Промоем лист в воде, а затем в стеклянной чашечке зальем его слабым раствором йода. В этом случае большая часть листа окрасится в синий цвет. Участок листа, на который не попадал свет, только слегка пожелтеет от йода. Вывод: образование крахмала происходит в листьях только на свету.

Доказательство поглощения растением углекислого газа. Убедиться в том, что для образования органического вещества необходим углекислый газ, можно на опыте. Поместим два растения (пеларгонию, бегонию) в темный шкаф. Переставим через двое — трое суток оба растения на стекло под стеклянные колпаки и выставим их на свет. Под один колпак рядом с растением поставим раствор щелочи, который способен поглощать из воздуха углекислый газ, а под другой — стакан с раствором соды для создания в воздухе избытка углекислого газа. Края колпаков смажем вазелином, чтобы ограничить в них доступ свежего воздуха.

Опыт, доказывающий необходимость углекислого газа для фотосинтеза
Опыт, доказывающий необходимость углекислого газа для фотосинтеза

Срежем через сутки с каждого растения по листу и обработаем их, как и при проведении предыдущих опытов. При этом будет видно, что крахмал образовался только в листьях того растения, которое находилось под колпаком с углекислым газом. Вывод: углекислый газ поступает в листья растений из воздуха через устьица, а вода — по сосудам жилок.

Доказательства образования органического вещества (крахмала) в хлоропластах. Некоторые растения, например хлорофитум, имеют «пестрые» листья. Их белые участки образованы клетками без хлоропластов. Срежем один лист хлорофитума и обработаем его, так же, как в предыдущих опытах. Лист от действия йода окрасится не полностью: участки, лишенные клеток с хлоропластами, останутся светлыми. Вывод: крахмал образуется только в клетках с хлоропластами.

Опыт, доказывающий образование крахмала в хлоропластах
Опыт, доказывающий образование крахмала в хлоропластах

Образовавшиеся в хлоропластах зерна крахмала можно увидеть при большом увеличении микроскопа. Для этого лист элодеи опускают на 2–3 минуты в кипяток, потом — в горячий спирт, а затем промывают в воде. Приготовим временный препарат, предварительно капнув на лист немного слабого раствора иода. В хлоропластах клеток видны темные точки. Это — зерна крахмала.

Клетка листа элодеи с хлоропластами
Клетка листа элодеи с хлоропластами
Использование растением образуемых органических веществ. В процессе питания растения имеющееся в листьях органическое вещество — крахмал превращается в глюкозу, которая растворяется в воде и доставляется по ситовидным трубкам во все органы. Из глюкозы и минеральных веществ в клетках растения в процессе многочисленных превращений образуются другие органические вещества, в том числе белки и жиры. Все эти органические вещества идут на питание растения — то есть на построение его тела, а также откладываются в запасающих тканях и используются при дыхании.

Фотосинтез, глюкоза, крахмал.

1. Что такое фотосинтез? 2. В каких органах растения происходит фотосинтез и почему? 3. Какие вещества необходимы растению для создания органических веществ? 4. Почему образование органического вещества в растениях происходит на свету? 5. Как можно доказать необходимость света для образования органического вещества? 6. Как можно доказать, что в процессе фотосинтеза используется углекислый газ? 7. С чем связана различная интенсивность фотосинтеза? 8. Как растение использует органическое вещество, образованное в процессе фотосинтеза?

Проведите один из опытов, описанных в §22.