Значение фотосинтеза. Строение листа.

Обновлено: 28.04.2024

Фотосинтез может протекать в различных органах растений (стебли, плоды и др.), имеющих зеленую окраску, но основным специализированным органом фотосинтеза является лист. Лист - это орган растения, исходно специализированный для осуществления фотосинтеза, сформировался в ходе длительного эволюционного процесса. Анатомическое строение приспособлено к тому, чтобы обеспечить поступление СО2 к клеткам, содержащим зеленые пластиды, и достигнуть максимального поглощения энергии света:

Плоская структура листа обеспечивает более плотное захватывание света для фотосинтеза;

Наличие межклетников облегчает доступ СО2 ко всем клеткам;

Палисадная паренхима - это основная ассимиляционная ткань листа углеводов, богатая хлоропластами. Она примыкает к эпидермису, расположенному на верхней стороне листа;

Густая сеть жилок снабжает клетки паренхимы водой и способствует быстрому оттоку из листа углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза.

Впервые специализированные органеллы - хлоропласты появились у криптофитов. У них - 2 хлоропласта на клетку с одним или несколькими тилакоидами. Наиболее развиты мембраны хлоропластов высших растений с многослойной упорядоченной системой гран. Фотосинтез растений осуществляется в хлоропластах: обособленных двумембранных зеленых органеллах клетки. Кроме этого, в растительной клетке имеются 2 вида пластид: лейкопласты (бесцветные), в них синтезируется и отлагается в запас крахмал; хромопласты (оранжевые), в них накапливаются каротиноиды.

Строение хлоропласта:

Внешняя оболочка- отграничивает хлоропласт от цитоплазмы. Это барьер, осуществляющий контроль обмена веществ между хлоропластом и цитоплазмой. Оболочка состоит из 2-х мембран:

Внешняя (наружная) мембрана, толщина 7 нм, проницаема для большинства органических и неорганических молекул . Она содержит специальные транслокаторы белков, через которые поступают пептиды из цитоплазмы в хлоропласт.

Внутренняя мембрана, толщина 10 нм, избирательно проницаема, осуществляет контроль над транспортом белков, липидов, органических кислот, углеводов между хлоропластом и цитоплазмой. Участвует в формировании внутренней мембранной системы хлоропластов.

Строма - гидрофильный, слабоструктурированный матрикс хлоропластов, содержащий водорастворимые органические соединения, а также неорганические ионы. В строме осуществляются реакции фотосинтетической ассимиляции углерода. В строме находятся: кольцевая ДНК, рибосомы, ферменты матричного синтеза.

Внутренняя мембранная система хлоропластов- здесь протекают световые реакции фотосинтеза. Мембраны образуют тилакоиды, которые либо тесно соприкасаются друг с другом и уложены в стопки, или граны (диаметр 0,5 мкм), либо пронизывают строму, соединяя граны между собой (тилакоиды стромы (фреты)). Собственно образующие их мембраны называют мембранами (ламеллами) гран и мембранами (ламеллами) стромы (диаметр 5-7 мкм). Пространство внутри тилакоидов называется внутритилакоидным пространством, или люменом.

Лист как орган фотосинтеза

Особенности строения листа как фотосинтезирующего органа

Функции листа многообразны, однако главной является фотосинтез. Какие особенности в строении типичного листа помогают выполнять эту функцию?

Нижняя и верхняя эпидерма листовой пластинки, если не считать замыкающих клеток, состоит из клеток с большими вакуолями, лишенных хло- ропластов (см. рис. 3.6). Такие клетки хорошо пропускают свет в мезофилл и, следовательно, непосредственного участия в фотосинтезе не принимают. Эпидермальные клетки, покрытые кутикулой и воском, уменьшающими транспирацию, помогают поддерживать водный гомеостаз листа. Последнее очень важно, так как скорость фотосинтеза зависит от количества воды в тканях. Однако через кутикулу проходит в 20—30 раз меньше С0₂, чем через устьица. Создается противоречие между водным и газовым обменами, и только наличие устьиц, то открывающихся, то закрывающихся и регулирующих таким образом скорость транспирации и скорость поступления углекислого газа из атмосферы, может устранить данное противоречие. Итак, эпидерма задерживает воду и пропускает свет.

Устьица — основные ворота для поступления С0₂.

Мезофилл у большинства растений состоит из столбчатой и губчатой паренхимы. В клетках мезофилла содержатся хлоропласты. Столбчатая паренхима, расположенная под верхней эпидермой, поглощает больше света, чем губчатая. Она является главной тканью, где идет фотосинтез. Для губчатой паренхимы характерно наличие большого количества межклетников, объем которых составляет до 15—20% общего объема листовой пластинки. Межклетники, во-первых, помогают газообмену. Благодаря верхней и нижней эпидерме, а также межклетникам в листовой пластинке создается внутренняя газовая среда, которая, хотя и сообщается с внешней средой через устьица, практически всегда отличается от нее по своему составу. Во-вторых, межклетники, как было сказано ранее, увеличивают внутреннюю поверхность листа в 7—10 раз. В результате, если на 1 га пашни листья всех растений имеют площадь 5 га, то внутренняя поверхность, поглощающая С0₂, равна 35—50 га. Это важно в связи с небольшим содержанием углекислого газа в атмосфере. Однако одновременно увеличивается испаряющая поверхность, а следовательно, опасность обезвоживания тканей.

Доказательством того, что столбчатая и губчатая паренхимы выполняют разные функции, являются и подсчеты числа хлоропластов в их клетках. Так, у клещевины в одной клетке столбчатой паренхимы содержится 36 хлоропластов, а в клетке губчатой паренхимы — 20. Вообще в клетке содержится от 20 до 50 хлоропластов. В пересчете на 1 мм 2 поверхности листа число хлоропластов может достигать почти 1 млн, а общее число хлоропластов во взрослом дереве — десятков и сотен миллиардов. Суммарная поверхность всех хлоропластов может превышать в десятки раз поверхность листовой пластинки, что также способствует лучшему поглощению С0₂ и света. Число хлоропластов в клетке листа высшего растения увеличивается двумя путями: за счет образования из пропластид (см. рис. 1.12) и в результате деления самого хлоропласта.

В мезофилле находится сеть проводящих пучков, в состав которых входят сосуды, доставляющие клеткам воду и минеральные соли, и ситовидные трубки, по которым продукты фотосинтеза из клеток листа уходят в другие нефотосинтезирующие органы.

Органеллой фотосинтеза является хлоропласт. Пигменты, участвующие в поглощении световой энергии, и другие вещества, необходимые для световой фазы фотосинтеза, встроены в мембраны тилакоидов, в то время как ферменты, катализирующие восстановление двуокиси углерода (темновая фаза), находятся в строме хлоропласта.

Хлоропласт представляет собой осмотическую ячейку. В гипотоническом растворе он заметно набухает, а в гипертоническом — сжимается.

Хлоропласты постоянно двигаются. Они могут двигаться пассивно (вместе с цитозолем) и активно (самостоятельно). Скорость движения варьирует. При повышении температуры до 37°С она увеличивается, а потом падает. При помещении клеток в гипертонические растворы, например сахарозы, происходит снижение скорости движения хлоропластов.

В ходе роста листа и его клеток растет также и хлоропласт. При старении клетки хлоропласта разрушаются.

Таким образом, лист лучше, чем другие органы, приспособлен к выполнению фотосинтетической функции, хотя фотосинтез идет и в зеленых клетках стеблей, цветков, околоплодников.

В зависимости от вида растения и внешних условий строение листа может значительно изменяться. Например, при слабом освещении формируется только губчатая паренхима, а усиленное азотное питание и хорошее водоснабжение растений вызывают увеличение размеров паренхимных клеток и числа хлоропластов в них. Кроме света и минерального питания, на строение хлоропласта, как и самой листовой пластинки, влияют повышенные температуры, снабжение водой, суховеи.

Итак, назначение отдельных компонентов листа — поддерживать водный, газовый и прочий гомеостаз внутри мезофилла, т.с. там, где идет фотосинтез. Форма, анатомическое строение и расположение листьев обеспечивают рациональное расположение хлоропластов в надземных органах, благодаря чему поглощается больше света, а также углекислого газа из воздуха и лучше происходит отток органических веществ из листьев в нефотосинтезирующие органы растения.

ЛЕКЦИЯ 2. Тема: Фотосинтез. Световая стадия фотосинтеза

Тема: Фотосинтез. Световая стадия фотосинтеза. Фотосинтетическая единица. Реакционные центры. Фото-системы 1 и 2. Фотофосфорилирование. Значение фотосинтеза и его масштабы на Земле. Строение листа как органа фотосинтеза. Хлоропласты, их ультраструктура, химический состав. Классификация пигментов. Хлорофиллы, фикобилины, каротиноиды. Их структура, спектральные свойства, функции.

Цель лекции:Дать знания осветовой стадии фотосинтеза. Показать значение фотосинтеза и его масштабы на Земле и строение листа как органа фотосинтеза.

ФОТОСИНТЕЗ- это процесс образования органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света. Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом, волокнами и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, и воды 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.

У наземных растений специальным органом фотосинтетической деятельности служит лист, где локализованы специализированные структуры клетки - хлоропласты, содержащие пигменты и другие компоненты, необходимые для процессов поглощения и преобразования энергии света в химический потенциал. Объяснить строение листа Строение листа. Основным органом фотосинтеза у высших растений является лист. Особенности строения этого органа позволяют осуществлять процесс поглощения солнечной энергии, преобразовывать ее в энергию органических соединений и обеспечивать автотрофный тип питания, который характерен для растительного организма. В зависимости от способа фиксации углекислого газа существуют определенные различия в структурной организации листовой пластинки. Большинство культурных растений средних широт имеют анатомическое строение, позволяющее осуществлять фиксацию углекислого газа за счет химических реакций цикла Кальвина (С₃-путь).

Строения листа у растений, имеющих С₃-путь фиксации углекислого газа

Эпидермис состоит из живых клеток различной формы, не способных к ассимиляции углекислого газа, защищает лист от неблагоприятных факторов внешней среды, регулирует поток квантов света. Мезофилл листа состоит из клеток двух типов, которые образуют столбчатую (полисадную) и губчатую паренхиму.

Лист как орган фотосинтеза, особенности строения листа

Фотосинтез может протекать в различных органах растений (стебли, плоды и др.), имеющих зеленую окраску, но основным специализированным органом фотосинтеза является лист.

Лист - это орган растения, исходно специализированный для осуществления фотосинтеза, сформировался в ходе длительного эволюционного процесса. Анатомическое строение листа приспособлено к тому, чтобы обеспечить поступление СО2 к клеткам, содержащим зеленые пластиды, и достигнуть максимального поглощения энергии света: 1. Плоская структура листа обеспечивает более плотное захватывание света для фотосинтеза; 2. Наличие межклетников облегчает доступ СО2 ко всем клеткам; 3. Палисадная паренхима - это основная ассимиляционная ткань листа углеводов, особенно богатая хлоропластами. Она примыкает к эпидермису, расположенному на верхней стороне листа; 4. Густая сеть жилок снабжает клетки паренхимы водой и способствует быстрому оттоку из листа углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза.

Прямо сейчас студенты читают про:

Понятие памяти. Виды памяти и их характеристика Память играет важнейшую роль в жизни человека. Наша психика не только получает непосредственную информацию об окружающем мире при.
Основные направления правоохранительной деятельности Понятие, содержание и основные направления правоохранительной деятельности в Российской Федерации.
Задатки и способности. Виды способностей «Способности - свойства и качества (индивидуальные особенности) человека.
Основные этапы становления психологии как науки ПРЕДМЕТ, ОБЪЕКТ И СТРУКТУРА ОБЩЕЙ ПСИХОЛОГИИ План. 1. Понятие психологии как науки. Психика как предмет исследования психологии. 2.
Формирование федерального, регионального и местных бюджетов. Федеральный бюджет является первым уровнем бюджетной системы РФ.

ФОТОСИНТЕЗ

Фотосинтез и его значение в круговороте веществ в природе

Процесс фотосинтеза принято выражать суммарным уравнением

В этом уравнении выражена суть явления, состоящая в том, что на свету в зеленом растении из предельно окисленных веществ, диоксида углерода и воды образуется органическое вещество и высвобождается молекулярный кислород. В ходе этого синтеза происходит превращение лучистой энергии Солнца в химическую энергию органических соединений. Человечество все больше осознает истину, установленную К. А. Тимирязевым и В. И. Вернадским, что именно зеленые растения посредством фотосинтеза обеспечивают космическую связь жизни на Земле с Вселенной и определяют экологическое благосостояние нашей планеты. Фотосинтез — это не только источник пищевых ресурсов и полезных ископаемых, но и фактор сбалансированности биосферных процессов, включая постоянство содержания 0₂ и С0₂ в атмосфере, состояние озонового экрана, содержание гумуса в почве, температурных условий.

За последние десятилетия прошлого столетия из-за возрастающего сжигания человеком ископаемого топлива, вырубки лесов и разложения гумуса почв сложилась ситуация, когда технический прогресс сделал баланс атмосферных явлений отрицательным. Положение усугубляется и демографическими проблемами: каждые сутки на Земле рождается 200 тыс. человек, которых нужно обеспечить жизненными ресурсами. Эти обстоятельства ставят изучение фотосинтеза в ранг ведущих проблем современного естествознания. Важнейшие задачи — повышение фотосинтетической продуктивности сельскохозяйственных посевов и создание эффективных биотехнологических систем с участием фототрофных организмов.

Специализированным органом фотосинтеза является лист. Об уникальной роли листа К. А. Тимирязев писал: «Можно сказать, что в жизни листа выражается самая сущность растительной жизни. Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались — в растении ли, в животном или человеке, — прошли через лист, произошли из веществ, выработанных листом».

Приспособление листа к фотосинтезу в процессе эволюции шло в двух направлениях: возможно более полное поглощение и запасание энергии света и эффективный газообмен с атмосферой. Листья растений по анатомическому строению отличаются большим разнообразием, которое зависит от видовых особенностей и от условий их роста. Однако можно выделить общие анатомические особенности, обеспечивающие возможность эффективного фотосинтеза (рис. 1.6). Лист сверху и снизу покрыт эпидермисом — покровной тканью с многочисленными отверстиями — устьицами. Под верхним эпидермисом расположена палисадная, или столбчатая, паренхима, называемая ассимиляционной. Под ней находится более рыхлая ткань — губчатая паренхима, за которой следует нижний эпидермис. Весь лист пронизан сетью жилок из проводящих пучков, по которым проходят вода, минеральные и органические вещества. В столбчатой и губчатой тканях листа расположены зеленые пластиды — хлоропласты, содержащие пигменты. Наличием хлоропластов и содержанием в них зеленых пигментов объясняется зеленая окраска листа.

Рис. 1.6. Поперечный разрез листа подсолнечника

Листовая поверхность достигает значительных размеров и превосходит площадь почвы, которую занимают растения. Для характеристики размеров фотосинтетического аппарата используют индекс листовой поверхности (L), который рассчитывают как площадь листьев (м 2 ), приходящуюся на 1 м 2 почвы. Для сельскохозяйственных культур умеренной зоны средние значения листового индекса составляют 3—5. Например, поверхность листьев 1 га посевов зерновых культур в фазе цветения достигает 20—40 тыс. м 2 . В плодовом саду площадь листьев составляет 25—30 тыс. м 2 /га.

Благодаря большой поверхности и определенному размещению листьев в пространстве растение может использовать как прямой, так и рассеянный свет. Большое значение для эффективного улавливания света имеет архитектоника растения, под которой понимают пространственное расположение органов. Например, у высокопродуктивных зерновых культур листья на стебле снизу вверх располагаются под все уменьшающимся углом, не затеняя друг друга.

Читайте также: