Биология Дыхание растений

Материалы к уроку

Конспект урока

Тема: Дыхание растений. 

Ход урока

1. Организационный момент. Постановка целей урока

«Единственным критерием истины является опыт…»

Леонардо да Винчи

2. Актуализация знаний

Давайте вспомним, знания полученные на прошлом уроке, выполним следующий тест.

Выполнить тест:

1. Фотосинтез происходит …

А) в устьицах   Б) в межклетниках;  В) в хлоропластах,

2. В процессе фотосинтеза происходит …

А) поглощение кислорода и выделение углекислого газа

Б) поглощение углекислого газа и образование кислорода.

3. Крахмал, образующийся в листьях  в процессе фотосинтеза, нужен растению для …

А) выделения его во внешнюю среду;    

Б) снабжения им всех частей растения.

4. Хлорофилл в клетке находится …

А) в ядре;  Б) в пластидах;   В) в цитоплазме.

5. Крахмал, образующийся в листьях  в процессе фотосинтеза, является …

А) запасным питательным веществом;

Б) побочным продуктом обмена.

6. Какой ученый первым обнаружил способность растений выделять на свету кислород?

а) Джозеф Пристли  б) К. А. Тимирязев  в) ван Гельмонт

Ответы:

1-В, 2-Б,3-Б,4-,5-А,6-А

3. Изучение нового материала

          Вернёмся к опыту английского химика Джозефа Пристли, который в 1771 году провел следующий опыт: взял два стеклянных колпака, под каждым из них поместил мышь. Но под одним колпаком он поместил стаканчик с веткой растения ( там мышь осталась жива). Под другим колпаком растения не было, там мышь погибла.

— Как вы думаете, почему погибла мышь?

— О каком свойстве живого мы будем сегодня на уроке говорить?

— Почему мышь не погибла там, где было растение?

Предположительные ответы учащихся

И так тема нашего урока: «Дыхание растений»

Я Вам расскажу продолжение истории  опыта Джозефа Пристли.  «Я взял, — писал он, — некоторое количество воздуха, совершенно испорченного дыханием мыши, которая в нем погибла; разделил его на две части: одну часть воздуха перевел в сосуд, погруженный в воду, а в другую часть, также заключенную в сосуд с водою, посадил ветку мяты. Через восемь-девять дней я нашел, что мышь прекрасно могла жить в той части воздуха, в которой росла ветка мяты, но мышь моментально погибла в другой части его. В течение семи дней пребывания в сосуде с испорченным воздухом побег мяты вырос почти на 3 дюйма и, кроме того, образовал несколько новых».

Таким образом, растение как бы питалось испорченным воздухом, то есть углекислым газом. Оно росло, очищало воздух, поглощая углекислый газ и выделяя кислород.

Открытие Пристли произвело большое впечатление в учёном мире. Лондонское королевское общество ученых присудило Пристли большую золотую медаль и чествовало на торжественном собрании.

После опытов Пристли с колпаком и мышью всё высшее общество заговорило о способности растений очищать воздух.

В моду вошло ставить побольше цветов в комнатах: ведь они “исправляют” т.е. «очищают» воздух.

Одна очень богатая дама решила проверить это научное наблюдение на себе. Она велела дворецкому поставить в комнату на ночь побольше растений. Наутро дама проснулась с сильной головной болью и в тот же вечер на приёме рассказала всем, что Пристли плут и обманщик.

Учёные взволновались, и Королевское общество попросило Пристли повторить опыт.

Был вечер. В большом зале сидели ученые в мантиях и белых париках. Горели свечи. Все в тишине сосредоточенно наблюдали за тем, что делал Пристли.

– Вот видите мышонок в сосуде с веткой мяты жив….

– Нет, он задыхается…. и умирает, — раздались голоса.

В конце урока вы попробуете дать ответы на вопросы: 

1. Почему мышонок при повторном эксперименте в Королевском обществе погиб?

2. Почему у богатой дамы разболелась голова?

Чтобы ответить на вопросы нам предстоит изучить процесс дыхания у растений.

 — Давайте вспомним, какие газы входят в состав воздуха?

Состав воздуха:

Азот – 78%;

Кислород – 21%;

Углекислый газ – 0,03%.

           Кислород и углекислый газ обладают разными свойствами.


          У животных  и у человека во время пищеварения сложные органические вещества распадаются  на более простые, из которых они образовались, — Н2О и СО2!  при этом выделяется энергия. Окисление сложных веществ, происходит с участием кислорода.           Правильно, при горении органические вещества взаимодействуют с кислородом, происходит окисление органических веществ и выделяется энергия. Процесс окисления может происходить не только в пробирке, но и в живых организмах.

Дыхание – это процесс окисления сложных веществ  с участием кислорода.

Дыхание – это процессов поступления в организм кислорода, который участвует в реакциях окисления (разложения) сложных органических веществ на простые с освобождением энергии.

Сложные органические вещества + кислород = углекислый газ + вода +Е (энергия)

По такой же схеме происходит процесс дыхания и у растений.

Каково значение кислорода ?

Как используют энергию растения, выделившеюся при окислении органических веществ?

Горение сходно с дыханием. Но горение протекает очень бурно и быстро, с выделением большого количества энергии. А при дыхании разложение органических веществ, происходит медленно, постепенно в несколько этапов, на каждом из этапов выделяется не большое количество энергии, которую растения используют на рост, размножение и другие процессы жизнедеятельности.

Какой газ образуются в результате дыхания?

Ответы учащихся

В результате дыхания образуются СО2.

Какими свойствами обладает углекислый газ?

Ответы учащихся

Углекислый газ не поддерживает дыхания и горения.  

Углекислый газ можно обнаружить с помощью известковой воды. В   присутствии углекислого газа известковая вода мутнеет.

  Углекислый газ можно обнаружить с помощью зажженной лучины, которая гаснет в присутствии данного газа.

Проблемный вопрос: А все ли органы растения дышат? 

Опыт: Взяли три прозрачных банки, в первую поместили 30-40 набухших прорастающих семян фасоли, во вторую  — корнеплоды моркови, перед опытом поместили в воду на три дня, в третью – свежесрезанные стебли растения с листьями. Банки закрыли пробками и поставили в темное теплое место. На следующий день опустили в каждую банку зажженную свечу.

Каким образом можно объяснить тот факт, что свечи гаснут?

Все органы растений о том  дышат. Поскольку при протекании процесса дыхания поглощается кислород и выделяется углекислый газ, который не поддерживает горения, а во всех банках свечи потухли, следовательно, все органы растения дышат.

Получается, что растения дышат только в темноте?

Растения – живые организмы и они, как и мы с вами дышат круглосуточно,  при любых условиях. При фотосинтезе выделяется кислород, а поглощается углекислый газ. В процессе дыхания поглощается кислород, а выделяется углекислый газ.

Получается, в организме растения на свету протекают два процесса – фотосинтез и дыхание, но кислорода выделяется гораздо больше, чем его поглощается, а в темноте в организме растения протекает только процесс дыхания.  

4. Физкультурная минутка
Чтоб головка не болела, 
Ей вращаем вправо-влево. (Вращение головой.) 
А теперь руками крутим — 
И для них разминка будет. (Вращение прямых рук вперёд и назад.) 
Тянем наши ручки к небу, 
В стороны разводим. (Потягивания — руки вверх и в стороны.) 
Повороты вправо-влево, 
Плавно производим. (Повороты туловища влево и вправо.) 
Наклоняемся легко, 
Достаём руками пол. (Наклоны вперёд.) 
Потянули плечи, спинки. 
А теперь конец разминке. (Дети садятся.) 

Есть ли у растений специальные органы для дыхания?

У растений нет специальных органов дыхания, но у них в кожице листа расположены устьица, через которые происходит газообмен.

Устьица состоят из двух замыкающих клеток и устьичной щели, через которую кислород поступает в межклетники листа, а затем в клетки. В клетках происходит процесс окисления органических веществ (распад) образуется углекислый газ, который удаляется из клеток через устьичную щель.

Я хочу добавить, что дыхание у растений может происходить в корнях и в стеблях. Каждая клеточка растений дышит. В  корнях поглощение кислорода осуществляется с помощью корневых волосков, а в стеблях – через чечевички.   Поэтому после дождя и после полива комнатных растений необходимо рыхлить землю, чтобы увеличить доступ кислорода к корням.

Итак, мы с вами установили,  что растениям необходим кислород для дыхания. Но в растениях протекает противоположный процесс фотосинтез, в результате которого кислоро выделяется. Без кислорода  живые существа жить не могут.

Как вы ответите на проблемные вопросы, поставленные в начале урока?

Ответы учащихся.

5. Закрепление знаний

Проверим наши знания.

Тест: Для процесса дыхания выберите соответствующие характеристики.

1. Сущность процесса.

а. Испарение избытка воды и охлаждение растения.

б. Поглощение воды и неорганических веществ из почвы.

в. Поглощение углекислого газа, выделение кислорода и образование органических веществ.

г. Поглощение кислорода и выделение углекислого газа.

2. Клетки, осуществляющие процесс.

а. Процесс осуществляется зелеными клетками листа.

б. Процесс осуществляется всеми клетками листа .

в. Процесс осуществляется всеми клетками растения.

3. Орган, участвующий в осуществлении процесса.

а. В процессе участвуют листья.

б. В процессе участвует корень.

в. В процессе участвуют все органы растения.

4. Время суток.

а. Процесс протекает в течение суток.

б. Процесс происходит днём на свету.

Ответы: 1- г, 2-в, 3- в, 4- а.

6. Рефлексия

 Закончить фразу:

·        Я не знал …, а теперь я знаю…

·        У меня не получалось…, а теперь получается…

·        Я не понимал…, а теперь понимаю…

7. Подведение итогов

«Я дышу, а значит, я живу!»

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

  • Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

  • Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

  • Повысим успеваемость по школьным предметам

  • Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать педагогаОставить заявку на подбор

ФОТОСИНТЕЗ | Энциклопедия Кругосвет

ФОТОСИНТЕЗ – образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света.

В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.

Первым обнаружил, что растения выделяют кислород, английский химик и философ Джозеф Пристли около 1770. Вскоре было установлено, что для этого необходим свет и что кислород выделяют только зеленые части растений. Затем исследователи нашли, что для питания растений требуется диоксид углерода и вода, из которых создается большая часть массы растений. В 1817 французские химики Пьер Жозеф Пелатье (1788–1842) и Жозеф Бьенеме Каванту (1795–1877) выделили зеленый пигмент хлорофилл (по-гречески cróz – chloros, зеленый; julln – phyllon, лист). Позднее российский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) показал, что фотосинтез проходит с наибольшей интенсивностью в тех областях солнечного спектра, где находятся максимумы поглощения хлорофилла.

К середине 19 в. было установлено, что фотосинтез является процессом, как бы обратным дыхательному. Французский ученый Жан Батист Буссенго (1802–1887) в своих работах, опубликованных в это время, утверждал, что в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из углекислого газа. Это мнение в научной литературе господствовало длительное время.

В 1860-х было высказано предположение, что диоксид углерода в растениях восстанавливается до органических кислот, в частности, муравьиной и щавелевой. Затем эти кислоты при дальнейшем восстановлении переходят в углеводы. В 1861 русский химик Александр Михайлович Бутлеров получил при действии известковой воды на формальдегид сиропообразное вещество, содержащее углеводы. Основываясь на этом открытии, немецкий химик Адольф Байер в 1870 высказал предположение, что первичным продуктом восстановления диоксида углерода в зеленых растениях является формальдегид, который затем превращается в углеводы. Эта гипотеза привлекла всеобщее внимание – она казалась наиболее правдоподобной. Однако она ничего не говорила о механизме выделения кислорода.

Этим вопросом занялся в конце 19 в. биохимик Алексей Николаевич Бах (1857–1946). На основе экспериментальных исследований он пришел к выводу, что при ассимиляции диоксида углерода источником выделяющегося молекулярного кислорода являются пероксиды, образующиеся из воды. Он же высказал предположение о биокаталитической роли белков-ферментов в фотосинтезе.

В 20 в. было установлено, что процесс фотосинтеза начинается на свету в фоторецепторах хлорофиллов, однако многие из последующих стадий могут протекать в темноте. Общий процесс является эндотермическим (DH° ~ 469 кДж/моль СО2). В нем участвует несколько типов хлорофилла, а также другие комплексы магния, железа и меди.

В 1941 американский биохимик Мелвин Калвин (1911–1997) показал, что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекул воды, в результате чего образуются кислород, выделяющийся в атмосферу, и водород, идущий на восстановление диоксида углерода до органических веществ. Используя радиоактивный изотоп углерода 14С, бумажную хроматографию и классические методы органической химии, Калвин и его группа смогли проследить биосинтетические пути фотохимических процессов. К 1956 стал ясным полный путь превращения углерода при фотосинтезе. За исследования в области ассимиляции диоксида углерода в растениях Калвин был удостоен в 1961 Нобелевской премии по химии.

Полная последовательность всех стадий фотосинтеза пока еще выяснена не до конца, однако интенсивная научная работа в этом направлении продолжается. Исследуется механизм электронного транспорта, продолжается выяснение природы комплекса, катализирующего образование кислорода, изучается структура реакционных центров и светособирающих комплексов.

В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Водород, необходимый для восстановления диоксида углерода до глюкозы, берется из воды, а выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород является побочным продуктом. Процесс нуждается в энергии света, так как вода сама по себе не способна восстанавливать диоксид углерода.

В светозависимой части фотосинтеза (световой реакции) происходит расщепление молекул воды с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Электроны, возбужденные энергией света, восстанавливают никотинадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Образующийся НАДФ-Н является подходящим восстановителем для перевода диоксида углерода в органические соединения. Кроме того, в световой реакции образуется аденозинтрифосфат (АТФ), который также необходим для фиксации диоксида углерода.

В световых реакциях электроны переносятся по электрон-транспортной цепи от одной окислительно-восстановительной системы к другой. Возбуждение электронов для восстановления никотинадениндинуклеотидфосфата – сложный фотохимический процесс. Он происходит в реакционных центрах (фотосистемах), которые представляют собой белковые комплексы, содержащие множество молекул хлорофилла и других пигментов. Только около 1% молекул хлорофилла участвуют непосредственно в фотохимическом переносе электронов. Основная часть связана с другими пигментами в так называемом комплексе светособирающей антенны. Энергия кванта света, накопленного в комплексе, передается на реакционный центр, где и используется.

Последующие процессы могут протекать в темноте (темновая реакция). Полная последовательность превращения диоксида углерода в органические соединения называется циклом Калвина.

В зеленых водорослях и высших растениях фотосинтез происходит в хлоропластах, которые окружены двумя мембранами и содержат собственную ДНК. Световые реакции катализируются ферментами, находящиеся в сложенных стопками утолщенных мембранных мешках, а темновые реакции происходят во внутреннем пространстве хлоропластов.

Таким образом, в основе фотосинтеза лежит превращение электромагнитной энергии света в химическую энергию. Эта энергия, в конце концов, дает возможность превращать диоксид углерода в углеводы и другие органические соединения с выделением кислорода.

Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.

Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90–95% сухого веса урожая. Остальные 5–10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы.

Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных и в виде топлива и строительных материалов.

Елена Савинкина

Проверь себя!
Ответь на вопросы викторины «Сад и огород»

Летние типы какого растения в основном тушат, варят или жарят, а зимние пекут или кладут в пироги?

Пройти тест

Как образуется газообразный кислород во время фотосинтеза?

••• изображение растений: Дэйв с сайта Fotolia.com

Обновлено 5 апреля 2018 г.

Автор: Дэвид Чандлер

Фотосинтез — это процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и простейшие синтезируют молекулы сахара из углекислого газа, воды и солнечного света. . Фотосинтез можно разделить на две стадии — светозависимую реакцию и светонезависимые (или темновые) реакции. Во время световых реакций электрон отрывается от молекулы воды, освобождая атомы кислорода и водорода. Свободный атом кислорода соединяется с другим свободным атомом кислорода с образованием газообразного кислорода, который затем высвобождается.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Атомы кислорода создаются в процессе светового фотосинтеза, а затем два атома кислорода объединяются, образуя газообразный кислород.

Световые реакции

Основной целью световых реакций в фотосинтезе является выработка энергии для использования в темных реакциях. Энергия извлекается из солнечного света, который передается электронам. Когда электроны проходят через ряд молекул, образуется протонный градиент мембран. Протоны возвращаются через мембрану через фермент, называемый АТФ-синтаза, который генерирует АТФ, молекулу энергии, используемую в темных реакциях, где углекислый газ используется для производства сахара. Этот процесс называется фотофосфорилированием.

Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование

Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование относится к источнику и месту назначения электронов, используемых для создания протонного градиента и, в свою очередь, АТФ. При циклическом фотофосфорировании электрон возвращается обратно в фотосистему, где он снова заряжается энергией и повторяет свой путь через световые реакции. Однако при нециклическом фотофосфорилировании последний этап электрона заключается в создании молекулы НАДФН, которая также используется в темновых реакциях. Это требует ввода нового электрона для повторения световых реакций. Потребность в этом электроне приводит к образованию кислорода из молекул воды.

Хлоропласты

У фотосинтезирующих эукариот, таких как водоросли и растения, фотосинтез происходит в специализированной клеточной органелле, называемой хлоропластом. Внутри хлоропластов находятся тилакоидные мембраны, которые обеспечивают внутреннюю и внешнюю среду для фотосинтеза. Мембраны тилакоидов присутствуют у всех фотосинтезирующих организмов, включая бактерии, но только у эукариот эти мембраны находятся внутри хлоропластов. Фотосинтез начинается в фотосистемах, расположенных внутри мембран тилакоидов. По мере протекания световых реакций фотосинтеза протоны упаковываются в пространство мембраны, создавая протонный градиент через мембрану.

Фотосистемы

Фотосистемы представляют собой сложные структуры, включающие пигменты, расположенные внутри тилакоидной мембраны, которые возбуждают электроны с помощью энергии света. Каждый пигмент настроен на определенную часть спектра света. Центральным пигментом является хлорофилл? который выполняет дополнительную роль сбора электрона, который используется в последующих световых реакциях. В центре хлорофилла? ионы, которые связываются с молекулами воды. Когда хлорофилл возбуждает электрон и отправляет электрон за пределы фотосистемы к ожидающим молекулам-рецепторам, электрон замещается молекулами воды.

Формирование кислорода

Когда молекулы воды отрываются от электронов, вода разбивается на составные атомы. Атомы кислорода из двух молекул воды объединяются, образуя двухатомный кислород (O 2 ). Атомы водорода, представляющие собой одиночные протоны, лишенные своих электронов, способствуют созданию протонного градиента в пространстве, ограниченном тилакоидной мембраной. Двухатомный кислород высвобождается, и центр хлорофилла связывается с новыми молекулами воды, чтобы повторить процесс. Из-за вовлеченных реакций четыре электрона должны быть заряжены хлорофиллом для образования одной молекулы кислорода.

Статьи по теме

Ссылки

  • Колледж Марикопа: Фотосинтез
  • Техасский университет A&M: Фотосистемы I и II
  • Университет штата Луизиана: Учебное пособие по циклическому фотофосфорилированию

О программе Автор

Дэвид Чандлер был писателем-фрилансером с 2006 г., чьи работы публиковались в различных печатных и интернет-изданиях. Бывший морской пехотинец-разведчик, он активный путешественник, ныряльщик, байдарочник, моряк и рыболов. Он много путешествовал и имеет степень бакалавра Университета Южной Флориды, где он получил образование в области международных исследований и микробиологии.

Фотокредиты

фото растений, изображение Дэйва с сайта Fotolia.com

Фотосинтетическое плавание: Биология и физика Научная деятельность

Научная закуска

Фотосинтетическое плавание

Свет оставляет свет.

Научная закуска

Фотосинтетическое плавание

Свет оставляет свет.

Фотосинтезирующие организмы улавливают энергию солнца и вещества из воздуха для производства пищи, которую мы едим, а также производят кислород, которым мы дышим. В этой закуске кислород, вырабатываемый во время фотосинтеза, заставляет кусочки листьев плавать, как пузырьки в воде.

Демонстрационное видео

Фотосинтетическая флотация – научные закуски

Инструменты и материалы

  • Пищевая сода (бикарбонат натрия)
  • Грамм
  • Вода 90 042
  • Жидкое средство для мытья посуды
  • Ложка или другой инструмент (для смешивания раствора)
  • Соломинка для содовой или дырокол
  • Листья шпината или листья плюща
  • Шприц 10 мл (без иглы)
  • Прозрачный пластиковый стаканчик (размером 1 стакан) или химический стакан 250 мл
  • Лампа накаливания или эквивалентная 100-ваттная лампочка в приспособлении (предпочтительно с зажимом)
  • Таймер
  • Блокнот и карандаш (или аналогичный) для записи результатов
  • Дополнительно: кольцевая подставка, фольга, термометр, лед, горячая вода, цветной гель фильтры

Сборка

  1. Приготовьте 0,1% раствор бикарбоната, смешав 0,5 г пищевой соды с 2 стаканами (500 мл) воды. Добавьте в этот раствор несколько капель жидкого средства для мытья посуды и осторожно перемешайте, стараясь не допускать образования пены в растворе.
  2. С помощью соломинки или дырокола вырежьте из листьев 10 кругов (см. фото ниже). (Соломинки лучше всего подходят для шпината, дыроколы лучше всего подходят для плюща.)

  3. Снимите поршень со шприца и снимите крышку с наконечника, если она есть. Поместите листовые диски в цилиндр шприца и постучите ими по кончику. Если у вас есть соломинка, вы можете осторожно дуть дисками в поршень (см. фотографии ниже).

  4. Вставьте поршень в шприц, стараясь не задеть и не повредить листовые диски (см. фото ниже).

  5. Налейте в чашку 150 мл раствора бикарбоната. Старайтесь избегать образования пены.
  6. Наберите в шприц около 6–8 мл раствора бикарбоната. Листовые диски должны плавать в растворе (см. фото ниже).

  7. Держите шприц кончиком вверх и выпустите воздух, осторожно нажимая на поршень.
  8. Плотно заткните кончик шприца пальцем и осторожно потяните за поршень, создавая небольшой вакуум. Вы должны увидеть крошечные пузырьки, выходящие из листовых дисков. Удерживайте вакуум в течение нескольких секунд, а затем отпустите поршень, позволив ему вернуться в исходное положение (см. фото ниже). Некоторые из дисков должны начать тонуть.

  9. Повторите предыдущий шаг несколько раз, пока все диски не опустятся на дно раствора (см. фото ниже). (Возможно, вам придется постучать по поршню, чтобы выпустить пузырьки и погрузить все листовые диски.)

  10. Когда все листовые диски осядут на дно раствора, осторожно снимите поршень и вылейте диски. и раствор в чашку. Они должны осесть на дно чашки (см. фото ниже). Если какие-либо листовые диски всплывают, удалите их из стакана.

  11. Установите светильник так, чтобы он был подвешен примерно на 12 дюймов (30 см) над столом. Для этого можно использовать подставку для колец.
  12. Поместите стакан под светильник (см. фото ниже).

Действия и уведомления

Включите свет, запустите таймер и следите за листовыми дисками на дне чашки. Обратите внимание на любые крошечные пузырьки, образующиеся по краям и внизу дисков. Через несколько минут диски должны всплыть на поверхность раствора. Записывайте количество плавающих дисков каждую минуту, пока все диски не станут плавающими.

Сколько времени потребуется для плавания первого диска? Через какое время половина дисков всплывет? Все диски?

Когда все диски всплывут, попробуйте поставить чашку в темный шкаф или комнату или накройте чашку алюминиевой фольгой. Проверьте чашку примерно через пятнадцать минут. Что происходит с дисками?

Что происходит?

Растения занимают фундаментальное место в пищевой цепи и круговороте углерода благодаря своей способности осуществлять фотосинтез — биохимический процесс захвата и накопления солнечной энергии и вещества из воздуха. В любой момент этого эксперимента количество плавающих листовых дисков является косвенным показателем чистой скорости фотосинтеза.

В процессе фотосинтеза растения используют энергию солнца, воды и углекислого газа (CO 2 ) из воздуха для хранения углерода и энергии в виде молекул глюкозы. Газообразный кислород (O 2 ) является побочным продуктом этой реакции. Производство кислорода фотосинтезирующими организмами объясняет, почему Земля имеет богатую кислородом атмосферу.

Уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом:

$$\ce{6CO2 + 6h3O + \text{энергия света} -> C6h22O6 + 6O2}$$

В анализе листового диска все компоненты необходимые для фотосинтеза присутствуют. Источник света дает световую энергию, раствор дает воду, а бикарбонат натрия дает растворенный CO 9 .0033 2 .

Растительный материал обычно плавает в воде. Это связано с тем, что в промежутках между клетками листьев есть воздух, который помогает им собирать газ CO 2 из окружающей среды для использования в фотосинтезе. Когда вы применяете легкий вакуум к листовым дискам в растворе, этот воздух вытесняется и заменяется раствором, в результате чего листья тонут.

Когда вы видите крошечные пузырьки, образующиеся на листовых дисках во время этого эксперимента, вы на самом деле наблюдаете чистое производство O 2 газ как побочный продукт фотосинтеза. Накопление O 2 на дисках заставляет их плавать. На скорость производства O 2 может влиять интенсивность источника света, но существует максимальная скорость, после которой увеличение световой энергии не увеличит фотосинтез.

Чтобы использовать энергию, накопленную в результате фотосинтеза, растения (как и все другие организмы с митохондриями) используют процесс дыхания, который в основном противоположен фотосинтезу. При дыхании глюкоза расщепляется для производства энергии, которая может быть использована клеткой, в этой реакции используется O 2 и производит CO 2 в качестве побочного продукта. Поскольку листовые диски представляют собой живой растительный материал, который по-прежнему требует энергии, они одновременно используют газ O 2 во время дыхания и производят газ O 2 во время фотосинтеза. Следовательно, пузырьки O 2 , которые вы видите, представляют собой чистые продукты фотосинтеза за вычетом O 2 , используемого дыханием.

Если поместить плавающие лиственные диски в темноту, они в конце концов утонут. Без световой энергии не будет происходить фотосинтеза, поэтому больше не будет O 2 будет произведен газ. Однако дыхание продолжается и в темноте, поэтому диски будут использовать накопленный газ O 2 . Они также будут выделять газ CO 2 во время дыхания, но CO 2 растворяется в окружающей воде гораздо легче, чем газ O 2 , и не задерживается в промежуточных пространствах.

Идем дальше

Попробуйте изменить другие факторы, которые могут повлиять на фотосинтез, и посмотрите, что произойдет. Сколько времени требуется дискам, чтобы плавать в различных условиях? Например, вы можете сравнить эффекты различных типов источников света — ламп накаливания с меньшей или большей мощностью, люминесцентных или светодиодных ламп. Вы можете изменить температуру раствора, поместив химический стакан в ледяную баню или в большую емкость с горячей водой. Вы можете увеличить или уменьшить концентрацию бикарбоната натрия в растворе или полностью исключить его. Вы можете попытаться определить диапазон длин волн света, используемых в фотосинтезе, обернув и покрыв стакан цветными гелевыми фильтрами, которые удаляют определенные длины волн.

Советы преподавателям

Этот эксперимент чрезвычайно прост в манипулировании, позволяя учащимся планировать исследования, которые будут количественно определять влияние различных переменных на скорость фотосинтеза. Полезно ознакомить студентов с основным протоколом до изменения условий эксперимента.

Попросите учащихся тщательно подумать о том, как изолировать одну переменную за раз. Важно поддерживать постоянными определенные части экспериментальной установки, например расстояние от источника света до стакана, тип используемой лампочки, температуру раствора, высоту раствора и т.