БиологичЕское значение фотосинтеза

09.10.2018



Содержание страницы

Значение фотосинтеза

По своей значимости фотосинтез можно назвать основополагающим жизнеобразующим процессом. Его значение для нашей планеты в целом и для человека конкретно очень велико. Выделяют 6 главных значений процесса фотосинтеза.

Геологическое

Растения в процессе фотосинтеза выводят из пассивного состояния многие виды химических элементов, вовлекая их в геологические циклы на нашей планете. За год растения в среднем перерабатывают около 150 000 000 000 тонн неорганических веществ.

Биологическое

Благодаря фотосинтезу на нашей планете зародилась кислородная атмосфера. Такое изменение состояния земной поверхности сделало возможным появление жизненных форм современных организмов в воде. Появление «озонового слоя», основу которого составляет одна из форм кислорода, позволило животным и растениям заселить сушу.

Основа дыхания

Выделяемый в качестве побочного продукта фотосинтеза кислород является ценным газом в воздухе. 97 % живых организмов на нашей планете дышат именно кислородом. За год в процессе фотосинтеза растения выделяют 200 000 000 тонн свободного кислорода.

Энергетическая

В процессе фотосинтеза запасается большое количество энергии (АТФ). Даже после гибели растения ее возможно извлечь. Известные нам ископаемые виды топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) есть по сути сконцентрированный за века итог фотосинтеза.

Экологическая

Изымая из окружающей среды для нормального течения фотосинтеза углекислый газ растения тем самым спасают нашу планету от «парникового эффекта». «Парниковый эффект» — это перегревание нашей планеты вследствие повышенного содержания углекислоты в воздухе (по сути, получается эффект «душной комнаты»). За год растения поглощают от 100 000 000 000 до 200 000 000 000 тонн углекислого газа.

Сельскохозяйственная

При повышенном содержании углекислоты ряд растений (например, огурцы) растут быстрее, а ряд (например, арбузы) медленнее. Это свойство используется при создании теплиц. Также у многих сельскохозяйственных растений (например, подсолнечник) фотосинтез способствует образованию побочных жирных кислот и глицерина, в форме которых они запасают энергию.

Биологическое значение фотосинтеза и факторы, влияющие на него

В результате процессов фотосинтеза образуется первичный крахмал. Из листьев он перемещается во все другие органы растения, где откладывается как запасной и питательный продукт. Фотосинтез – единственный процесс, при котором на нашей планете энергия солнечного излучения превращается в химическую энергию углеводов, а затем – в энергию и все другие органические вещества любых организмов.

Благодаря фотосинтезу атмосфера обогащается свободным кислородом, который необходим для дыхания жителей нашей планеты, в том числе и для зеленых растений. В процессе фотосинтеза из атмосферы Земли высвобождается СО2, который поступает сюда вследствие как дыхания всех живых существ, так и разнообразных процессов горения, гниения. Фотосинтез является не только первичным синтезом органических веществ, но и процессом, за счет которого на Земле созданы условия для существования всех организмов.

Интенсивность фотосинтеза зависит от многих факторов – от количества углекислого газа в воздухе, интенсивности освещения, влажности воздуха, температуры. Если увеличивать освещенность растения, то интенсивность фотосинтеза увеличивается только до определенных пределов. При очень большой силе освещенности интенсивность фотосинтеза снижается. Утром растения используют для фотосинтеза около 30% света, а в полдень – только 2%.

Продуктивность фотосинтеза выражается количеством сухой массы урожая на 1 м 2 площади листьев и называется чистой продукцией фотосинтеза. Вообще процесс фотосинтеза малоэффективен. В вещество превращается только 1-2% солнечной энергии. Это объясняется неполным поглощением света растениями, а также тем, что часть солнечного света отражается от атмосферы Земли, рассеивается атмосферой.

Факторами, обеспечивающими максимальную продуктивность растений, являются:

1) Оптимальное размещение растений на поле для эффективного использования ими солнечной энергии, увеличения массы листьев, продление сроков их активной жизни;

2) Создание условий для повышения интенсивности фотосинтеза – обеспечение потребностей в воде, углекислом газе, минеральных элементах;

3) Создание новых сортов, имеющих большую скорость ростовых процессов и высокую продуктивность фотосинтеза.

Дата добавления: 2015-02-13 ; просмотров: 1166 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Биологическое значение безусловных и условных рефлексов

1. Автотрофное питание. Фотосинтез, его значение.

Автотрофное питание, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических, включает фотосинтез и хемосинтез (у некоторых бактерий).

Фотосинтез протекает у растений, цианобактерий. Фотосинтез — это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах — пластидах овальной формы, содержащих хлорофилл, который определяет окраску зеленых частей растения. У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах, имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты.

Фотосинтез обеспечивает органическим веществом не только растения, но и животных, которые ими питаются. То есть является источником пищи для всего живого на планете.

Выделяющийся при фотосинтезе кислород, поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем в его отсутствие. Что делает использование пищи гораздо более эффективным, привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.

Все это позволяет говорить о планетарной роли фотосинтеза и необходимости охраны лесов, которые называют «легкими нашей планеты».

2. Характеристика царства животных. Роль животных в природе. Среди готовых микропрепаратов простейших найдите эвглену зеленую. Объясните, почему эвглену зеленую ботаники относят к растениям, а зоологи — к животным.

К царству животных относятся гетеротрофные организмы, являющиеся фаготрофами, т. е. поглощающие пищу более или менее крупными частями, «кусочками». В отличие от грибов, которые всасывают питательные вещества в виде растворов (осмотрофы).

Для животных характерна подвижность, хотя некоторые кишечнополостные во взрослом состоянии ведут оседлый образ жизни. Также у большинства животных имеется нервная система, обеспечивающая ответную реакцию на раздражения.

Животные могут быть растительноядными, плотоядными (хищники, падальщики) и всеядными.

В природе животные являются консументами, потребляют готовое органическое вещество и значительно ускоряют круговорот веществ в экосистемах и биосфере в целом. Животные способствуют процветанию многих видов растений, являясь опылителями, распространяя семена, разрыхляя почву, обогащая ее экскрементами. Морским животным, обладающим известковым скелетом, мы обязаны образованием запасов мела, известняка, способствующих постоянной концентрации углекислого газа в атмосфере.

Эвглена зеленая, одноклеточное живое существо, занимает промежуточное положение в систематике, обладая особенностями, присущими разным царствам. Она имеет хлоропласты и на свету питается с помощью фотосинтеза. При наличии в воде растворенных органических веществ, особенно в темноте, она их поглощает, переходя на гетеротрофное питание. Наличие жгутика обеспечивает подвижность, что также роднит ее с животными.

3. Объясните биологическое значение безусловных и условных рефлексов. Составьте схему рефлекторной дуги (безусловного рефлекса) и объясните, из каких частей она состоит. Приведите примеры безусловных рефлексов человека.

Учение о рефлексах связано с трудами отечественного физиолога Ивана Михайловича Сеченова.

Рефлексом называют ответную реакцию организма на раздражение, осуществляемую при участии нервной системы. Рефлексы бывают безусловные — врожденные и условные — приобретенные в течение жизни.

Безусловные рефлексы обеспечивают выживание организма и вида в постоянных условиях среды и на ранних этапах жизни. К ним относятся защитные (мигание при попадании соринки в глаз), ориентировочные (изучение окружающего мира), пищевые (сосание у детей, выработка слюны). Инстинкты тоже носят врожденный характер, их иногда рассматривают как сложную последовательность безусловных рефлексов. Важнейшим инстинктом является продолжение рода.

Для приспособления к новым условиям служат условные рефлексы. Они образуются при наличии определенных условий и обеспечивают наилучшую ответную реакцию. Примером условного рефлекса является прилет птиц к знакомой кормушке, распознавание съедобного и несъедобного (поначалу птенец клюет все подряд) , обучение собаки командам.

Рефлекторная дуга безусловного коленного рефлекса включает:

  1. рецептор — окончание чувствительного нейрона,
  2. нервные пути, по которым сигнал передается в центральную нервную систему — чувствительный нейрон, который передает сигнал в спинной мозг,
  3. исполнительный нейрон в передних корешках спинного мозга, передающий ответную команду,
  4. орган, производящий ответную реакцию, — мышца.

Большинство дуг других рефлексов включают дополнительно вставочные нейроны.

Биологическое значение мейоза

Фазы мейоза

Способ деления, в результате которого из материнской клетки образуется четыре дочерние с уменьшенным в два раза набором хромосом, называется мейозом.

Таким образом, если делится диплоидная соматическая клетка, то в результате получаем четыре гаплоидные клетки.

Весь процесс проходит непрерывно в два этапа, между которыми практически отсутствует интерфаза. Кратко описать весь процесс поможет следующая таблица:

Фаза

Описание

Первое деление:

Ядрышки растворяются, разрушаются ядерные мембраны, и формируется веретено деления.

Спирализация достигает максимальных значений, пары хромосом располагаются в экваториальной части веретена.

Гомологичные хромосомы отходят к разным полюсам. Поэтому из каждой их пары одна попадает в дочернюю клетку.

Разрушается веретено деления, формируются ядра, и распределяется цитоплазма. В результате получается две клетки, которые буквально сразу же вступают в новый процесс деления способом митоза.

Второе деление:

Происходит формирование хромосом, которые беспорядочно расположены в цитоплазме клетки. Образуется новое веретено деления.

Хромосомы перемещаются к экватору веретена деления.

Хроматиды разделяются и расходятся к разным полюсам.

В результате получаем четыре гаплоидные клетки с одной хроматидой.

Рис. 1. Схема мейоза

Профаза 1 проходит в пять стадий, во время которых хроматин спирализуется, образуются двухроматидные хромосомы. Наблюдается попарное сближение гомологичных хромосом (конъюгация), при этом в некоторых местах они перекрещиваются и обмениваются определёнными участками (кроссинговер).

Рис. 2. Схема профазы 1

Биологическое значение мейоза

Процесс деления клеток-эукариотов способом мейоза играет большую роль, особенно в образовании клеток половой системы – гамет. В процессе оплодотворения, когда гаметы сливаются, новый организм получает диплоидный набор хромосом и тем самым сохраняются признаки кариотипа. Если бы не было мейоза, то в результате размножения число хромосом постоянно бы росло.

Рис. 3. Схема образования гамет

Помимо этого биологическим смыслом мейоза является:

  • образование споров у некоторых растительных организмов, а также грибов;
  • комбинативная изменчивость организмов, так как при конъюгации получаются новые наборы генетической информации;
  • основополагающий этап при образовании гамет;
  • передача генетического кода новому поколению;
  • поддержание постоянного числа хромосом при размножении;
  • дочерние клетки не похожи на материнские и сестринские.

Что мы узнали?

Мейозом называют процесс, сущность которого состоит в уменьшении числа хромосом при делении клетки. Проходит он в два этапа, каждый из которых состоит из четырёх фаз. В результате первого этапа получаем две клетки с гаплоидным набором хромосом. Второй этап проходит по принципу деления способом митоза, в результате чего получаем четыре клетки с гаплоидным набором. Данный процесс очень важен в образовании половых клеток, которые участвуют в оплодотворении. Полученные клетки – гаметы с гаплоидным набором при слиянии образуют зиготу с диплоидным набором, тем самым поддерживается постоянное число хромосом. Особенность мейоза состоит в том, что дочерние клетки не похожи на материнскую клетку, и имеют особый генетический материал.

Биологический процесс фотосинтеза и его значение в природе

Фотосинтез является очень сложным биологическим процессом. Его изучает наука биология на протяжении многих лет, но, как показывает история изучения фотосинтеза, некоторые этапы до сих пор непонятны. В научных справочниках последовательное описание этого процесса занимает несколько страниц. Цель этой статьи — описать такое явление, как фотосинтез, кратко и понятно для детей, в виде схем и объяснения.

Научное определение

Для начала важно узнать, что такое фотосинтез. В биологии определение звучит так: это процесс образования органических веществ (пищи) из неорганических (из углекислого газа и воды) в хлоропластах с помощью энергии света.

Чтобы понять это определение, можно представить совершенную фабрику — это любое зеленое растение, которое является фотосинтетиком. «Топливом» для этой фабрики служит солнечный свет, растения используют воду, углекислый газ и минералы, чтобы производить пищу почти для всех форм жизни на земле. Эта «фабрика» совершенная, потому что она, в отличие от других заводов, не приносит вред, а, наоборот, по ходу производства выделяет в атмосферу кислород и поглощает углекислый газ. Как видно, для фотосинтеза необходимы определенные условия.

Этот уникальный процесс можно представить в виде формулы или уравнения:

солнце +вода+углекислый газ = глюкоза+вода+кислород

Строение листа растения

Для того чтобы охарактеризовать сущность процесса фотосинтеза, необходимо рассмотреть строение листа. Если рассмотреть под микроскопом, можно увидеть прозрачные клетки, в которых находятся от 50 до 100 зеленых пятнышек. Это хлоропласты, где находится хлорофилл — основной фотосинтетический пигмент, и в которых осуществляется фотосинтез.

Хлоропласт похож на маленькую сумочку, а внутри него — сумочки еще меньше. Они называются тилакоидами. Молекулы хлорофилла находятся на поверхности тилакоидов и расположены по группам, которые называются фотосистемами. У большинства растений существует два вида фотосистем (ФС): фотосистемаI и фотосистемаII. К фотосинтезу способны только клетки, имеющие хлоропласт.

Описание световой фазы

Какие реакции происходят во время световой фазы фотосинтеза? В группе ФСII энергия солнечного света предается электронам молекулы хлорофилла, вследствие чего электрон заряжается, то есть «возбуждается настолько», что выпрыгивает из группы фотосистемы и «подхватывается» молекулой-переносчиком в мембране тилакоида. Этот электрон переходит от переносчика к переносчику, пока не разрядится. После этого он может использоваться в другой группе ФСI для замены электрона.

В группе фотосистемы II недостает электрона, и теперь она положительно заряженная и требует новый электрон. Но где взять такой электрон? Область в группе, известная как комплекс выделения кислорода, поджидает беззаботно «прогуливающуюся» молекулу воды.

В молекулу воды входит один атом кислорода и два атома водорода. Комплекс выделения кислорода в ФСII имеет марганца четыре иона, которые забирают электроны у атомов водорода. В результате происходит расщепление молекулы воды на два положительных иона водорода, два электрона и один атом кислорода. Молекулы воды расщепляются, и атомы кислорода распределяются по парам, образуя при этом молекулы газа кислорода, который возвращает растение в воздух. Ионы водорода начинают собираться в сумочке тилакоида, отсюда растение сможет их использовать, а с помощью электронов решается проблема потери в комплексе ФС II, который готов повторить этот цикл много раз в секунду.

В тилакоидном мешочке происходит скопление ионов водорода, и они начинают искать выход. Два иона водорода, образующиеся всегда при распаде молекулы воды, это далеко не всё: проходя путь из комплекса ФС II в комплекс ФС I, электроны притягивают в мешочек и другие ионы водорода. Затем эти ионы скапливаются в тилакоиде. Как им оттуда выбраться?

Оказывается, у них имеется «турникет» с одним выходом — фермент, который используется при выработке клеточного «топлива», называемого АТФ (аденозинтрифосфат). Проходя через этот «турникет», ионы водорода предоставляют энергию, которая необходима для перезарядки уже используемых молекул АТФ. Молекулы АТФ — это клеточные «батареи». Они отдают энергию для реакций внутри клетки.

При сборе сахара нужна еще одна молекула. Она называется НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Молекулы НАДФ — это «грузовики», каждый из них доставляет по атому водорода к ферменту молекулы сахара. Образование НАДФ происходит в комплексе ФС I. Пока фотосистема (ФС II) расщепляет молекулы воды и создает из них АТФ, фотосистема (ФС I) поглощает свет и выдает электроны, которые потом будут нужны при образовании НАДФ. Молекулы АТФ и НАДФ находятся на хранении в строме и потом будут использованы для образования сахара.

Продукты световой фазы фотосинтеза:

Схема ночной фазы

После световой фазы протекает темновая стадия фотосинтеза. Впервые эту фазу открыл Кальвин. Впоследствии это открытие было названо с3 — фотосинтезом. У некоторых видов растений наблюдается вид фотосинтеза — с4.

В процессе фотосинтеза световой фазы сахар не производится. При свете образуется только АТФ и НАДФ. Ферменты используются в строме (пространстве вне тилакоида) для производства сахара. Хлоропласт можно сравнить с фабрикой, на которой бригады (ФС I и ФС II) внутри тилакоида производят грузовики и батареи (НАДФ и АТФ) для работы третьей бригады (особых ферментов) стромы.

Эта бригада образовывает сахар путем присоединения атомов водорода и молекулы углекислого газа благодаря химическим реакциям, используя при этом ферменты, находящиесяся в строме. Все три бригады работают днем, а «сахарная» и днем, и ночью, до того пока не израсходуется АТФ и НАДФ, которые остались после дневной смены.

В строме много атомов и молекул соединяются с помощью ферментов. Некоторые ферменты — это молекулы белка, имеющие особую форму, и это позволяет им брать те атомы или молекулы, которые нужны для определенной реакции. После того как произойдет соединение, фермент отпускает новообразованную молекулу, и такой процесс повторяется постоянно. В строме ферменты пускают по цепочке молекулы сахара, которые собрали, перестраивают их, заряжают с помощью АТФ, присоединяют углекислоту, добавляют водород, затем отправляют трехуглеродный сахар в другую часть клетки, где его преобразуют в глюкозу и множество других веществ.

Итак, темновая фаза характеризуется образованием молекул глюкозы. А из глюкозы синтезируются углеводы.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о