ما هي التحولات في المواد التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي. ما هو التمثيل الضوئي أو لماذا العشب أخضر؟ دور الفضاء للنباتات

تعتبر عملية التمثيل الضوئي من أهم العمليات البيولوجية التي تحدث في الطبيعة ، لأنه بفضلها تتكون المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير الضوء ، وتسمى هذه الظاهرة التمثيل الضوئي. والأهم من ذلك ، في عملية التمثيل الضوئي ، يحدث تخصيص ، وهو أمر حيوي لوجود الحياة على كوكبنا المذهل.

تاريخ اكتشاف التمثيل الضوئي

يعود تاريخ اكتشاف ظاهرة التمثيل الضوئي إلى أربعة قرون إلى الماضي ، عندما قام عالم بلجيكي معين يان فان هيلمونت في عام 1600 بإعداد تجربة بسيطة. وضع غصنًا من الصفصاف (سجل وزنه الأولي سابقًا) في كيس يحتوي أيضًا على 80 كجم من التراب. وبعد ذلك لمدة خمس سنوات تم سقي النبات بالماء حصريًا. ما كانت مفاجأة العالم عندما زاد وزن النبات بعد خمس سنوات بمقدار 60 كجم ، على الرغم من حقيقة أن كتلة الأرض انخفضت بمقدار 50 جرامًا فقط ، حيث جاءت مثل هذه الزيادة المذهلة في الوزن ظلت لغزًا حتى الآن. العالم.

التجربة التالية المهمة والمثيرة للاهتمام ، والتي أصبحت مقدمة لاكتشاف التمثيل الضوئي ، أنشأها العالم الإنجليزي جوزيف بريستلي في عام 1771 (من الغريب أن السيد بريستلي كان ، بحكم طبيعة مهنته ، كاهنًا للكنيسة الأنجليكانية. ، لكنه نزل في التاريخ كعالم بارز). ماذا فعل السيد بريستلي؟ وضع فأرًا تحت غطاء ومات بعد خمسة أيام. ثم وضع فأرًا آخر تحت الغطاء مرة أخرى ، ولكن هذه المرة ، جنبًا إلى جنب مع الفأر تحت الغطاء ، كان هناك غصن من النعناع ، ونتيجة لذلك ، ظل الفأر على قيد الحياة. النتيجة التي تم الحصول عليها قادت العالم إلى فكرة أن هناك عملية معاكسة للتنفس. استنتاج آخر مهم لهذه التجربة هو اكتشاف الأكسجين باعتباره حيويًا لجميع الكائنات الحية (مات الفأر الأول بسبب غيابه ، بينما نجا الفأر الثاني بفضل غصن من النعناع ، مما أدى إلى تكوين الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي).

وهكذا ، تم إثبات حقيقة أن الأجزاء الخضراء للنباتات قادرة على إطلاق الأكسجين. بعد ذلك ، في عام 1782 ، أثبت العالم السويسري جان سينيبيير أن ثاني أكسيد الكربون يتحلل إلى نباتات خضراء تحت تأثير الضوء - في الواقع ، تم اكتشاف جانب آخر من عملية التمثيل الضوئي. ثم ، بعد 5 سنوات أخرى ، اكتشف العالم الفرنسي جاك بوسينجو أن امتصاص النباتات للماء يحدث أيضًا أثناء تخليق المواد العضوية.

وكان الوتر الأخير في سلسلة من الاكتشافات العلمية المتعلقة بظاهرة التمثيل الضوئي هو اكتشاف عالم النبات الألماني جوليوس ساكس ، الذي تمكن في عام 1864 من إثبات أن حجم ثاني أكسيد الكربون المستهلك والأكسجين المنطلق يحدثان بنسبة 1: 1.

أهمية التمثيل الضوئي في حياة الإنسان

إذا كنت تتخيل مجازيًا ، فيمكن مقارنة ورقة أي نبات بمختبر صغير ، تواجه نوافذه الجانب المشمس. في هذا المختبر بالذات ، يتم تكوين المواد العضوية والأكسجين ، وهو أساس وجود الحياة العضوية على الأرض. في الواقع ، بدون الأكسجين والتمثيل الضوئي ، لن تكون الحياة ببساطة موجودة على الأرض.

ولكن إذا كان التمثيل الضوئي مهمًا جدًا للحياة وإطلاق الأكسجين ، فكيف يعيش الناس (وليس الأشخاص فقط) ، على سبيل المثال ، في الصحراء حيث يوجد الحد الأدنى من النباتات الخضراء ، أو ، على سبيل المثال ، في مدينة صناعية حيث تندر الأشجار. الحقيقة هي أن النباتات الأرضية تمثل 20٪ فقط من الأكسجين المنطلق في الغلاف الجوي ، بينما يتم إطلاق 80٪ المتبقية عن طريق طحالب البحر والمحيطات ، فليس من دون سبب أن يطلق على المحيطات أحيانًا اسم "رئتي كوكبنا" .

صيغة التمثيل الضوئي

يمكن كتابة الصيغة العامة لعملية التمثيل الضوئي على النحو التالي:

ماء + ثاني أكسيد الكربون + ضوء> كربوهيدرات + أكسجين

وهذه هي صيغة التفاعل الكيميائي لعملية التمثيل الضوئي

6CO 2 + 6H 2 O \ u003d C6H 12 O 6 + 6O 2

أهمية التمثيل الضوئي للنباتات

والآن دعونا نحاول الإجابة على سؤال لماذا تحتاج النباتات لعملية التمثيل الضوئي. في الواقع ، إن توفير الأكسجين إلى الغلاف الجوي لكوكبنا بعيد كل البعد عن السبب الوحيد لحدوث عملية التمثيل الضوئي ، فهذه العملية البيولوجية حيوية ليس فقط للناس والحيوانات ، ولكن أيضًا للنباتات نفسها ، لأن المواد العضوية التي تتشكل أثناء تشكل عملية التمثيل الضوئي أساس الحياة النباتية.

كيف يحدث التمثيل الضوئي

المحرك الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي هو الكلوروفيل - صبغة خاصة موجودة في الخلايا النباتية ، والتي ، من بين أمور أخرى ، مسؤولة عن اللون الأخضر لأوراق الأشجار والنباتات الأخرى. الكلوروفيل مركب عضوي معقد ، له أيضًا خاصية مهمة - القدرة على امتصاص ضوء الشمس. بامتصاصه ، فإن الكلوروفيل هو الذي ينشط ذلك المختبر الكيميائي الحيوي الصغير الموجود في كل ورقة صغيرة ، في كل عشب وكل عشب بحري. ثم يحدث البناء الضوئي (انظر الصيغة أعلاه) ، والذي يتم خلاله تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات ضرورية للنباتات والأكسجين الضروري لجميع الكائنات الحية. آليات التمثيل الضوئي هي من ابداع الطبيعة الرائعة.

مراحل البناء الضوئي

تتكون عملية التمثيل الضوئي أيضًا من مرحلتين: الضوء والظلام. أدناه سنكتب بالتفصيل عن كل منهم.

أين تتم عملية التمثيل الضوئي؟

أوراق النباتات الخضراء

تعريف

1) مرحلة الضوء

2) المرحلة المظلمة.

مراحل البناء الضوئي

مرحلة الضوء

المرحلة المظلمة

نتيجة

أين تتم عملية التمثيل الضوئي؟

حسنًا ، بالإجابة على السؤال فورًا ، سأقول أن التمثيل الضوئي يحدث في أوراق النباتات الخضراءأو بالأحرى في زنازينهم. يتم لعب الدور الرئيسي هنا بواسطة البلاستيدات الخضراء ، وهي خلايا خاصة ، والتي بدونها يكون التمثيل الضوئي مستحيلًا. سوف ألاحظ أن هذه العملية ، التمثيل الضوئي ، كما يبدو لي ، خاصية رائعة للكائنات الحية.

يعلم الجميع أن عملية التمثيل الضوئي تأخذ ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين. هذه ظاهرة سهلة الفهم ، وفي الوقت نفسه واحدة من أكثر العمليات تعقيدًا للكائنات الحية ، والتي يشارك فيها عدد كبير من الجزيئات والجزيئات المختلفة. لذلك في النهاية يتم إطلاق الأكسجين الذي نتنفسه جميعًا.

حسنًا ، سأحاول إخبارك كيف نحصل على الأكسجين الثمين.

تعريف

التمثيل الضوئي هو تخليق مواد عضوية من مواد غير عضوية باستخدام ضوء الشمس. بمعنى آخر ، يوفر ضوء الشمس السقوط على الأوراق الطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي. نتيجة لذلك ، تتكون المادة العضوية من مادة غير عضوية ويتم إطلاق الأكسجين في الهواء.

تستمر عملية التمثيل الضوئي على مرحلتين:

1) مرحلة الضوء

2) المرحلة المظلمة.

اسمحوا لي أن أخبركم قليلاً عن مراحل التمثيل الضوئي.

مراحل البناء الضوئي

مرحلة الضوء- كما يوحي الاسم ، يحدث في الضوء ، على الغشاء السطحي لخلايا الأوراق الخضراء (من الناحية العلمية ، على غشاء الجدة). المشاركون الرئيسيون هنا سيكونون الكلوروفيل وجزيئات بروتينية خاصة (بروتينات حاملة) وإنزيم ATP synthetase ، وهو مورد للطاقة.

تبدأ مرحلة الضوء ، مثل عملية التمثيل الضوئي بشكل عام ، بفعل كمية خفيفة على جزيء الكلوروفيل. نتيجة لهذا التفاعل ، يدخل الكلوروفيل في حالة مثارة ، حيث يفقد هذا الجزيء بالذات إلكترونًا يمر إلى السطح الخارجي للغشاء. علاوة على ذلك ، من أجل استعادة الإلكترون المفقود ، يأخذه جزيء الكلوروفيل بعيدًا عن جزيء الماء ، مما يتسبب في تحلله. نعلم جميعًا أن الماء يتكون من جزيئين هيدروجين وأكسجين ، وعندما يتحلل الماء ، يدخل الأكسجين إلى الغلاف الجوي ، ويتجمع الهيدروجين الموجب الشحنة على السطح الداخلي للغشاء.

وهكذا ، اتضح أن الإلكترونات سالبة الشحنة تتركز على جانب واحد وبروتونات الهيدروجين موجبة الشحنة على الجانب الآخر. من هذه اللحظة ، يظهر جزيء مركب ATP ، والذي يشكل نوعًا من الممر لمرور البروتونات إلى الإلكترونات ولتقليل فرق التركيز هذا ، والذي ناقشناه أدناه. عند هذه النقطة ، تنتهي مرحلة الضوء وتنتهي بتكوين جزيء طاقة من ATP واستعادة جزيء حامل معين NADP * H2.

بمعنى آخر ، حدث تحلل الماء ، بسبب إطلاق الأكسجين وتكوين جزيء ATP ، والذي سيوفر الطاقة لتدفق إضافي لعملية التمثيل الضوئي.

المرحلة المظلمة- من الغريب أن هذه المرحلة يمكن أن تستمر في الضوء وفي الظلام. تحدث هذه المرحلة في عضيات خاصة لخلايا الأوراق التي تشارك بنشاط في عملية التمثيل الضوئي (البلاستيدات). تتضمن هذه المرحلة عدة تفاعلات كيميائية تستمر بمساعدة جزيء ATP نفسه الذي تم تصنيعه في المرحلة الأولى و NADPH. في المقابل ، الأدوار الرئيسية هنا تنتمي إلى الماء وثاني أكسيد الكربون. تتطلب المرحلة المظلمة إمدادًا مستمرًا بالطاقة. يأتي ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، وتشكل الهيدروجين في المرحلة الأولى ، وجزيء ATP مسؤول عن الطاقة. النتيجة الرئيسية لمرحلة الظلام هي الكربوهيدرات ، أي المواد العضوية التي تحتاجها النباتات لتعيش.

نتيجة

هذه هي الطريقة التي تحدث بها عملية تكوين المادة العضوية (الكربوهيدرات) من المواد غير العضوية. نتيجة لذلك ، تتلقى النباتات المنتجات التي تحتاجها مدى الحياة ، ونتلقى الأكسجين من الهواء. سأضيف أن هذه العملية برمتها تتم حصريًا في النباتات الخضراء ، التي توجد في خلاياها البلاستيدات الخضراء ("الخلايا الخضراء").

مفيد 0 0 ليس جيدًا

كيف يتم تحويل طاقة ضوء الشمس في مراحل الضوء والظلام من عملية التمثيل الضوئي إلى طاقة الروابط الكيميائية للجلوكوز؟ اشرح الجواب.

إجابه

في مرحلة الضوء من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة الإلكترونات المثارة ، ثم يتم تحويل طاقة الإلكترونات المثارة إلى طاقة ATP و NADP-H2. في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل طاقة ATP و NADP-H2 إلى طاقة روابط الجلوكوز الكيميائية.

ماذا يحدث خلال مرحلة الضوء من عملية التمثيل الضوئي؟

إجابه

تسير إلكترونات الكلوروفيل ، التي تثيرها طاقة الضوء ، على طول سلاسل نقل الإلكترون ، ويتم تخزين طاقتها في ATP و NADP-H2. يحدث التحلل الضوئي للماء ، ويتم إطلاق الأكسجين.

ما هي العمليات الرئيسية التي تحدث خلال المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي؟

إجابه

من ثاني أكسيد الكربون الذي يتم الحصول عليه من الغلاف الجوي والهيدروجين المتحصل عليه في طور الضوء ، يتكون الجلوكوز بسبب طاقة ATP التي يتم الحصول عليها في المرحلة الضوئية.

ما هي وظيفة الكلوروفيل في الخلية النباتية؟

إجابه

يشارك الكلوروفيل في عملية التمثيل الضوئي: في المرحلة الضوئية ، يمتص الكلوروفيل الضوء ، ويتلقى إلكترون الكلوروفيل طاقة ضوئية ، وينقطع ويمر على طول سلسلة نقل الإلكترون.

ما الدور الذي تلعبه إلكترونات الكلوروفيل في عملية التمثيل الضوئي؟

إجابه

تمر إلكترونات الكلوروفيل ، التي تثيرها أشعة الشمس ، عبر سلاسل نقل الإلكترون وتتخلى عن طاقتها لتكوين ATP و NADP-H2.

في أي مرحلة من مراحل البناء الضوئي يتم إنتاج الأكسجين الحر؟

إجابه

في مرحلة الضوء ، أثناء التحلل الضوئي للماء.

خلال أي مرحلة من مراحل البناء الضوئي يحدث تخليق ATP؟

إجابه

مرحلة الضوء.

ما هو مصدر الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي؟

إجابه

الماء (يتم إطلاق الأكسجين أثناء التحلل الضوئي للماء).

يعتمد معدل التمثيل الضوئي على عوامل محددة (مقيدة) ، من بينها الضوء ، وتركيز ثاني أكسيد الكربون ، ودرجة الحرارة. لماذا هذه العوامل تحد من تفاعلات التمثيل الضوئي؟

إجابه

الضوء ضروري لإثارة الكلوروفيل ، فهو يوفر الطاقة لعملية التمثيل الضوئي. هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ؛ حيث يتم تصنيع الجلوكوز منه. يؤدي التغيير في درجة الحرارة إلى تمسخ الأنزيمات ، وتتباطأ تفاعلات التمثيل الضوئي.

في أي تفاعلات التمثيل الغذائي في النباتات يعتبر ثاني أكسيد الكربون المادة الأولية لتخليق الكربوهيدرات؟

إجابه

في تفاعلات التمثيل الضوئي.

في أوراق النباتات ، تستمر عملية التمثيل الضوئي بشكل مكثف. هل يحدث في الثمار الناضجة وغير الناضجة؟ اشرح الجواب.

إجابه

يحدث التمثيل الضوئي في الأجزاء الخضراء من النباتات المعرضة للضوء. وهكذا ، يحدث التمثيل الضوئي في قشرة الثمار الخضراء. لا يحدث التمثيل الضوئي داخل الثمرة وداخل جلد الثمار الناضجة (وليس الخضراء).

البناء الضوئيهي عملية تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية باستخدام الطاقة الضوئية. في الغالبية العظمى من الحالات ، يتم إجراء التمثيل الضوئي بواسطة النباتات باستخدام عضيات الخلية مثل البلاستيدات الخضراءتحتوي على صبغة خضراء الكلوروفيل.

إذا لم تكن النباتات قادرة على تصنيع المواد العضوية ، فلن يكون لدى جميع الكائنات الحية الأخرى تقريبًا ما تأكله ، لأن الحيوانات والفطريات والعديد من البكتيريا لا يمكنها تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية. إنهم يمتصون فقط الأشياء الجاهزة ، ويقسمونها إلى أبسط ، ثم يجمعون منها مرة أخرى معقدة ، ولكنهم يميزون أجسامهم بالفعل.

هذا هو الحال إذا تحدثنا عن التمثيل الضوئي ودوره باختصار شديد. لفهم عملية التمثيل الضوئي ، عليك أن تقول المزيد: ما هي المواد غير العضوية المحددة المستخدمة ، وكيف يحدث التوليف؟

يتطلب التمثيل الضوئي مادتين غير عضويتين - ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والماء (H 2 O). الأول يتم امتصاصه من الهواء عن طريق الأجزاء الهوائية للنباتات بشكل رئيسي من خلال الثغور. الماء - من التربة ، حيث يتم توصيله إلى الخلايا الضوئية عن طريق نظام التوصيل للنباتات. يتطلب التمثيل الضوئي أيضًا طاقة الفوتونات (hν) ، لكن لا يمكن عزوها إلى المادة.

في المجموع ، نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، تتشكل المواد العضوية والأكسجين (O 2). عادةً ما يُقصد بالجلوكوز (C 6 H 12 O 6) تحت المادة العضوية.

تتكون المركبات العضوية في الغالب من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين. توجد في ثاني أكسيد الكربون والماء. ومع ذلك ، فإن عملية التمثيل الضوئي تطلق الأكسجين. ذراته تأتي من الماء.

باختصار وبشكل عام ، تُكتب معادلة تفاعل التمثيل الضوئي عادةً على النحو التالي:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

لكن هذه المعادلة لا تعكس جوهر التمثيل الضوئي ، ولا تجعلها مفهومة. انظر ، على الرغم من أن المعادلة متوازنة ، إلا أنها تحتوي على 12 ذرة في الأكسجين الحر ، لكننا قلنا أنها تأتي من الماء ، وهناك 6 ذرات فقط.

في الواقع ، يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين. الأول يسمى خفيفة، ثانيا - مظلم. ترجع هذه الأسماء إلى حقيقة أن الضوء مطلوب فقط لمرحلة الضوء ، فإن المرحلة المظلمة مستقلة عن وجودها ، لكن هذا لا يعني أنها تذهب في الظلام. يتدفق طور الضوء على أغشية ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء ، المرحلة المظلمة - في سدى البلاستيدات الخضراء.

في طور الإضاءة ، لا يحدث ارتباط بـ CO 2. لا يوجد سوى التقاط الطاقة الشمسية بواسطة مجمعات الكلوروفيل ، وتخزينه في ATP ، واستخدام الطاقة لتقليل NADP إلى NADP * H 2. يتم توفير تدفق الطاقة من الكلوروفيل المثار بالضوء عن طريق الإلكترونات المنقولة عبر سلسلة نقل الإلكترون من الإنزيمات المدمجة في أغشية الثايلاكويد.

يتم أخذ الهيدروجين لـ NADP من الماء ، والذي ، تحت تأثير أشعة الشمس ، يتحلل إلى ذرات الأكسجين وبروتونات الهيدروجين والإلكترونات. هذه العملية تسمى التحلل الضوئي. الأكسجين من الماء ليس ضروريًا لعملية التمثيل الضوئي. تتحد ذرات الأكسجين من جزيئين من الماء لتكوين الأكسجين الجزيئي. تبدو معادلة التفاعل لمرحلة الضوء من التمثيل الضوئي لفترة وجيزة كما يلي:

H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2

وهكذا ، يحدث إطلاق الأكسجين في المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. يمكن أن يختلف عدد جزيئات ATP المُصنَّعة من ADP وحمض الفوسفوريك لكل تحلل ضوئي لجزيء ماء واحد: واحد أو اثنان.

لذلك ، يدخل ATP و NADP * H 2 في المرحلة المظلمة من مرحلة الضوء. هنا ، يتم إنفاق طاقة القوة الأولى والقوة التصالحية للثاني على ارتباط ثاني أكسيد الكربون. لا يمكن تفسير هذه الخطوة من عملية التمثيل الضوئي ببساطة وإيجازًا ، لأنها لا تسير على هذا النحو بحيث تتحد ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين المنطلق من جزيئات NADP * H 2 ويتشكل الجلوكوز:

6CO 2 + 6 NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6 NADP
(يحدث التفاعل مع إنفاق الطاقة من ATP ، والذي يتحلل إلى ADP وحمض الفوسفوريك).

رد الفعل أعلاه هو مجرد تبسيط لسهولة الفهم. في الواقع ، ترتبط جزيئات ثاني أكسيد الكربون واحدة تلو الأخرى ، وتنضم إلى المادة العضوية المكونة من خمسة كربون. يتم تكوين مادة عضوية غير مستقرة من ستة كربون ، والتي تنقسم إلى جزيئات كربوهيدرات ثلاثية الكربون. تُستخدم بعض هذه الجزيئات لإعادة تركيب المادة الأولية المكونة من خمسة كربون لربط ثاني أكسيد الكربون. يتم توفير هذا التوليف دورة كالفين. يترك جزء أصغر من جزيئات الكربوهيدرات ، والذي يتضمن ثلاث ذرات كربون ، الدورة. بالفعل منهم ومن مواد أخرى ، يتم تصنيع جميع المواد العضوية الأخرى (الكربوهيدرات والدهون والبروتينات).

في الواقع ، إن السكريات ثلاثية الكربون ، وليس الجلوكوز ، تخرج من المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.

تحصل النباتات على الماء والمعادن من جذورها. توفر الأوراق تغذية نباتية عضوية. على عكس الجذور ، فهي ليست في التربة ، ولكن في الهواء ، وبالتالي فهي لا تقوم بتغذية التربة ، بل تقوم بتغذية الهواء.

من تاريخ دراسة تغذية الهواء للنباتات

تتراكم المعرفة حول تغذية النبات تدريجياً. منذ حوالي 350 عامًا ، أجرى العالم الهولندي يان هيلمونت لأول مرة تجربة على دراسة تغذية النبات. في إناء طيني به تربة ، قام بزراعة صفصاف ، مضيفًا الماء فقط هناك. قام العالم بوزن الأوراق المتساقطة بعناية. بعد خمس سنوات ، ازدادت كتلة الصفصاف ، جنبًا إلى جنب مع الأوراق المتساقطة ، بمقدار 74.5 كجم ، وانخفضت كتلة التربة بمقدار 57 جرامًا فقط. وبناءً على ذلك ، توصل هيلمونت إلى استنتاج مفاده أن جميع المواد الموجودة في النبات لا تتكون من التربة ، ولكن من الماء. استمر الرأي القائل بأن حجم النبات يزداد فقط بسبب الماء حتى نهاية القرن الثامن عشر.

في عام 1771 ، درس الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي ثاني أكسيد الكربون ، أو "الهواء الفاسد" كما أسماه ، وقام باكتشاف رائع. إذا أشعلت شمعة وقمت بتغطيتها بغطاء زجاجي ، فبعد الاحتراق قليلاً ، ستنطفئ. يبدأ الفأر الموجود تحت هذا الغطاء في الاختناق. ومع ذلك ، إذا تم وضع فرع النعناع تحت الغطاء مع الماوس ، فلن يختنق الماوس ويستمر في العيش. وهذا يعني أن النباتات "تصحح" الهواء الذي يفسده أنفاس الحيوانات ، أي أنها تحول ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين.

في عام 1862 ، أثبت عالم النبات الألماني يوليوس ساكس من خلال التجارب أن النباتات الخضراء لا تطلق الأكسجين فحسب ، بل تخلق أيضًا مواد عضوية تعمل كغذاء لجميع الكائنات الحية الأخرى.

البناء الضوئي

الفرق الرئيسي بين النباتات الخضراء والكائنات الحية الأخرى هو وجود في خلاياها من البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على الكلوروفيل. يتمتع الكلوروفيل بالقدرة على التقاط أشعة الشمس ، والتي تعد طاقتها ضرورية لإنتاج المواد العضوية. تسمى عملية تكوين المادة العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء بمساعدة الطاقة الشمسية عملية التمثيل الضوئي (باليونانية: pholos light). في عملية التمثيل الضوئي ، لا تتشكل المواد العضوية فقط - السكريات ، ولكن يتم إطلاق الأكسجين أيضًا.

من الناحية التخطيطية ، يمكن وصف عملية التمثيل الضوئي على النحو التالي:

تمتص الجذور الماء ويتحرك عبر نظام توصيل الجذور والساق إلى الأوراق. ثاني أكسيد الكربون هو أحد مكونات الهواء. يدخل الأوراق من خلال الثغور المفتوحة. تساهم بنية الورقة في امتصاص ثاني أكسيد الكربون: السطح المسطح لشفرات الأوراق ، مما يزيد من مساحة التلامس مع الهواء ، ووجود عدد كبير من الثغور في الجلد.

يتم تحويل السكريات المتكونة نتيجة لعملية التمثيل الضوئي إلى نشا. النشا مادة عضوية لا تذوب في الماء. من السهل اكتشافه بمحلول اليود.

دليل على تكوين النشا في الأوراق المعرضة للضوء

دعونا نثبت أنه في الأوراق الخضراء للنباتات ، يتكون النشا من ثاني أكسيد الكربون والماء. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك التجربة ، التي أجراها في وقت من الأوقات يوليوس ساكس.

يتم الاحتفاظ بالنباتات المنزلية (إبرة الراعي أو زهرة الربيع) لمدة يومين في الظلام بحيث يتم استخدام كل النشا في العمليات الحيوية. ثم يتم تغطية عدة أوراق على كلا الجانبين بورق أسود بحيث يتم تغطية جزء منها فقط. خلال النهار ، يتعرض النبات للضوء ، وفي الليل مضاء بشكل إضافي بمصباح طاولة.

بعد يوم تقطع الأوراق المدروسة. لمعرفة أي جزء من نشا الأوراق ، يتم غلي الأوراق في الإرادة (حتى تنتفخ حبيبات النشا) ، ثم تُحفظ في كحول ساخن (يذوب الكلوروفيل ويتغير لون الورقة). ثم يتم غسل الأوراق بالماء ومعالجتها بمحلول ضعيف من اليود. تكتسب أجزاء Tc من الأوراق التي كانت في الضوء لونًا أزرق من تأثير اليود. وهذا يعني أن النشا تشكل في خلايا الجزء المضيء من الورقة. لذلك ، يحدث التمثيل الضوئي فقط في وجود الضوء.

دليل على الحاجة إلى ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي

لإثبات أن ثاني أكسيد الكربون ضروري لتكوين النشا في الأوراق ، تم أيضًا الاحتفاظ بالنبات المنزلي سابقًا في الظلام. ثم توضع إحدى الأوراق في دورق مع كمية صغيرة من ماء الليمون. يتم إغلاق القارورة بقطعة قطن. النبات مكشوف. يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة ماء الجير ، لذلك لن يكون في الدورق. يتم قطع الورقة ، وكما في التجربة السابقة ، يتم فحصها بحثًا عن وجود النشا. عمره في الماء الساخن والكحول ومعالجته بمحلول اليود. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، ستكون نتيجة التجربة مختلفة: الورقة لا تتحول إلى اللون الأزرق ، لأن. لا يحتوي على النشا. لذلك ، من أجل تكوين النشا ، بالإضافة إلى الضوء والماء ، هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون.

وهكذا ، أجبنا على سؤال حول نوع الطعام الذي يتلقاه النبات من الهواء. أثبتت التجربة أنه ثاني أكسيد الكربون. من الضروري تكوين المادة العضوية.

الكائنات الحية التي تخلق بشكل مستقل المواد العضوية لبناء أجسامها تسمى autotrophs (autos - self ، trofe - food).

دليل على تكوين الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي

لإثبات أنه أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تطلق النباتات الأكسجين في البيئة الخارجية ، ضع في اعتبارك تجربة النبات المائي Elodea. يتم إنزال براعم Elodea في وعاء به ماء ومغطاة بقمع من الأعلى. ضع أنبوب اختبار مملوءًا بالماء في نهاية القمع. يتعرض النبات للضوء لمدة يومين إلى ثلاثة أيام. ينضح Elodea فقاعات الغاز عند تعرضه للضوء. تتراكم في الجزء العلوي من الأنبوب ، مما يؤدي إلى إزاحة الماء. من أجل معرفة نوع الغاز ، تتم إزالة أنبوب الاختبار بعناية ويتم إدخال شظية مشتعلة فيه. اشتعلت الشعلة بشكل مشرق. هذا يعني أن الأكسجين قد تراكم في القارورة ، مما يدعم الاحتراق.

دور الفضاء للنباتات

النباتات التي تحتوي على الكلوروفيل قادرة على امتصاص الطاقة الشمسية. لذلك ، فإن K.A. دعا Timiryazev دورهم على الأرض الكونية. يمكن تخزين جزء من الطاقة الشمسية المخزنة في المواد العضوية لفترة طويلة. يتكون الفحم والجفت والزيت من المواد التي تم إنشاؤها بواسطة النباتات الخضراء في العصور الجيولوجية القديمة وامتصاص طاقة الشمس. عن طريق حرق المواد الطبيعية القابلة للاحتراق ، يطلق الشخص الطاقة التي خزنتها النباتات الخضراء منذ ملايين السنين.