การเปลี่ยนแปลงของสารใดเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร ทำไมหญ้าถึงเป็นสีเขียว? บทบาทพื้นที่ของพืช

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหนึ่งในกระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ เนื่องจากสารอินทรีย์เกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำภายใต้การกระทำของแสง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง และที่สำคัญที่สุดคือในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การจัดสรรเกิดขึ้นซึ่งมีความสำคัญต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ที่น่าทึ่งของเรา

ประวัติการค้นพบการสังเคราะห์ด้วยแสง

ประวัติของการค้นพบปรากฏการณ์การสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นย้อนกลับไปเมื่อสี่ศตวรรษก่อน เมื่อย้อนกลับไปในปี 1600 Jan Van Helmont นักวิทยาศาสตร์ชาวเบลเยียมบางคนได้ทำการทดลองง่ายๆ เขาวางกิ่งวิลโลว์ (โดยก่อนหน้านี้ได้บันทึกน้ำหนักเริ่มต้นของมัน) ไว้ในถุงซึ่งมีดิน 80 กิโลกรัมด้วย จากนั้นเป็นเวลาห้าปีที่พืชถูกรดน้ำด้วยน้ำเท่านั้น อะไรคือความประหลาดใจของนักวิทยาศาสตร์เมื่อหลังจากห้าปีน้ำหนักของพืชเพิ่มขึ้น 60 กิโลกรัมแม้ว่ามวลของโลกจะลดลงเพียง 50 กรัมซึ่งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าประทับใจนั้นยังคงเป็นปริศนา นักวิทยาศาสตร์.

การทดลองที่สำคัญและน่าสนใจครั้งต่อไปซึ่งกลายเป็นเกณฑ์สำหรับการค้นพบการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Joseph Priestley ในปี 1771 (เป็นที่น่าสงสัยว่าโดยธรรมชาติของอาชีพของเขา Mr. Priestley เป็นนักบวช คริสตจักรแองกลิคันแต่เขาลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น) คุณพรีสลีย์ทำอะไร? เขาวางหนูไว้ใต้หมวกและอีก 5 วันต่อมามันก็ตาย จากนั้นเขาก็วางหนูอีกตัวไว้ใต้หมวก แต่คราวนี้พร้อมกับหนูใต้หมวกมีกิ่งสะระแหน่ และเป็นผลให้หนูยังมีชีวิตอยู่ ผลที่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์คิดว่ามีกระบวนการที่ตรงกันข้ามกับการหายใจ ข้อสรุปที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการทดลองนี้คือการค้นพบออกซิเจนซึ่งมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด (หนูตัวแรกตายเพราะไม่มีมัน ในขณะที่หนูตัวที่สองรอดชีวิตมาได้เพราะกิ่งก้านของสะระแหน่ซึ่งสร้างออกซิเจนระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง)

ดังนั้น ความจริงจึงเป็นที่ยอมรับว่าส่วนสีเขียวของพืชสามารถปล่อยออกซิเจนได้ จากนั้นในปี ค.ศ. 1782 Jean Senebier นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสได้พิสูจน์ว่าคาร์บอนไดออกไซด์สลายตัวเป็นพืชสีเขียวภายใต้อิทธิพลของแสง - อันที่จริงมีการค้นพบอีกด้านหนึ่งของการสังเคราะห์ด้วยแสง หลังจากนั้นอีก 5 ปี นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jacques Busengo ได้ค้นพบว่าการดูดซึมน้ำของพืชก็เกิดขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์สารอินทรีย์เช่นกัน

และบทสรุปสุดท้ายในชุดของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การสังเคราะห์ด้วยแสงคือการค้นพบของ Julius Sachs นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ซึ่งในปี 1864 สามารถพิสูจน์ได้ว่าปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้ไปและออกซิเจนที่ปล่อยออกมานั้นมีอัตราส่วน 1:1

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงในชีวิตมนุษย์

หากคุณนึกภาพโดยเปรียบเทียบ ใบของพืชใดๆ เปรียบได้กับห้องปฏิบัติการขนาดเล็ก หน้าต่างซึ่งหันไปทางด้านแดด ในห้องปฏิบัติการแห่งนี้ การก่อตัวของสารอินทรีย์และออกซิเจนซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์บนโลกเกิดขึ้น แท้จริงแล้ว หากปราศจากออกซิเจนและการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งมีชีวิตก็ไม่อาจดำรงอยู่บนโลกได้

แต่ถ้าการสังเคราะห์ด้วยแสงมีความสำคัญต่อชีวิตและการปล่อยออกซิเจน แล้วผู้คน (และไม่ใช่แค่คนเท่านั้น) จะมีชีวิตอยู่ได้อย่างไร เช่น ในทะเลทรายที่มีพืชสีเขียวน้อยที่สุด หรือในเมืองอุตสาหกรรม ที่ซึ่งต้นไม้หายาก ความจริงก็คือพืชบนบกคิดเป็นเพียง 20% ของออกซิเจนที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ในขณะที่อีก 80% ที่เหลือถูกปล่อยออกมาจากทะเลและสาหร่ายในมหาสมุทร ไม่ใช่เหตุผลที่บางครั้งมหาสมุทรถูกเรียกว่า "ปอดของโลกเรา" .

สูตรสังเคราะห์ด้วยแสง

สามารถเขียนสูตรทั่วไปสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดังนี้

น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์ + แสง > คาร์โบไฮเดรต + ออกซิเจน

และนี่คือสูตรปฏิกิริยาเคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสง

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

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงสำหรับพืช

ทีนี้มาลองตอบคำถามว่าทำไมพืชถึงต้องการการสังเคราะห์ด้วยแสง ในความเป็นจริง การให้ออกซิเจนแก่ชั้นบรรยากาศของโลกยังห่างไกลจากเหตุผลเดียวที่ทำให้เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการทางชีวภาพนี้มีความสำคัญไม่เพียงเฉพาะกับคนและสัตว์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงพืชด้วย เพราะสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงก่อให้เกิด พื้นฐานของชีวิตพืช

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้อย่างไร

กลไกหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นสารสีพิเศษที่มีอยู่ในเซลล์พืชซึ่งเหนือสิ่งอื่นใดมีหน้าที่สร้างสีเขียวของใบไม้ของต้นไม้และพืชอื่น ๆ คลอโรฟิลล์เป็นสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อนซึ่งมีคุณสมบัติที่สำคัญคือความสามารถในการดูดซับแสงแดด เมื่อดูดซับเข้าไป มันคือคลอโรฟิลล์ที่กระตุ้นห้องปฏิบัติการทางชีวเคมีเล็กๆ ที่มีอยู่ในใบไม้ทุกใบ ในหญ้าทุกต้น และสาหร่ายทุกต้น จากนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้น (ดูสูตรด้านบน) ในระหว่างนั้นการเปลี่ยนแปลงของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่จำเป็นสำหรับพืชและออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้น กลไกการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการสร้างสรรค์ที่ยอดเยี่ยมของธรรมชาติ

ขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสง

นอกจากนี้ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงยังประกอบด้วยสองขั้นตอน: แสงและความมืด และด้านล่างเราจะเขียนรายละเอียดเกี่ยวกับแต่ละรายการ

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่ไหน?

ใบพืชสีเขียว

คำนิยาม

1) เฟสแสง

2) เฟสมืด

ขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสง

เฟสแสง

เฟสมืด

ผลลัพธ์

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่ไหน?

ตอบคำถามทันทีฉันจะบอกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นใน ใบพืชสีเขียวหรือมากกว่าในเซลล์ของพวกเขา บทบาทหลักคลอโรพลาสต์เล่นที่นี่เป็นเซลล์พิเศษโดยที่การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นไปไม่ได้ ฉันจะสังเกตว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่า คุณสมบัติที่น่าทึ่งมีชีวิตอยู่.

ทุกคนรู้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงใช้คาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจน ปรากฏการณ์ที่เข้าใจง่ายเช่นนี้และในขณะเดียวกันก็เป็นหนึ่งในกระบวนการที่ซับซ้อนที่สุดของสิ่งมีชีวิตซึ่ง จำนวนมากอนุภาคและโมเลกุลต่างๆ เพื่อให้ในที่สุดออกซิเจนที่เราทุกคนหายใจจะถูกปล่อยออกมา

ฉันจะพยายามบอกคุณว่าเราได้รับออกซิเจนที่มีค่าได้อย่างไร

คำนิยาม

การสังเคราะห์ด้วยแสงคือการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้แสงแดด กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อตกลงมาบนใบไม้แสงแดดจะให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นผลให้สารอินทรีย์เกิดขึ้นจากสารอนินทรีย์และปล่อยออกซิเจนในอากาศ

การสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินไปใน 2 ระยะ คือ

1) เฟสแสง

2) เฟสมืด

ให้ฉันบอกคุณเล็กน้อยเกี่ยวกับขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสง

เฟสแสง- ตามชื่อที่บอก มันเกิดขึ้นในแสง บนเยื่อหุ้มผิวของเซลล์ใบสีเขียว (ในแง่วิทยาศาสตร์ บนเยื่อหุ้มเซลล์) ผู้เข้าร่วมหลักในที่นี้คือคลอโรฟิลล์ โมเลกุลโปรตีนพิเศษ (โปรตีนตัวพา) และ ATP synthetase ซึ่งเป็นผู้ให้พลังงาน

ระยะของแสง เช่นเดียวกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยทั่วไป เริ่มต้นจากการกระทำของแสงควอนตัมต่อโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ คลอโรฟิลล์เข้าสู่สถานะตื่นเต้น เนื่องจากโมเลกุลนี้สูญเสียอิเล็กตรอนซึ่งผ่านไปยังผิวด้านนอกของเมมเบรน นอกจากนี้ เพื่อที่จะได้อิเล็กตรอนที่หายไปกลับคืนมา โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะดึงมันออกจากโมเลกุลของน้ำ ซึ่งทำให้เกิดการสลายตัวของมัน เราทุกคนทราบดีว่าน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 โมเลกุลและออกซิเจน 1 โมเลกุล และเมื่อน้ำสลายตัว ออกซิเจนจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และไฮโดรเจนที่มีประจุบวกจะสะสมอยู่ที่ผิวด้านในของเมมเบรน

ดังนั้นจึงกลายเป็นว่าอิเล็กตรอนที่มีประจุลบมีความเข้มข้นในด้านหนึ่งและโปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกในอีกด้านหนึ่ง จากช่วงเวลานี้ โมเลกุล ATP synthetase จะปรากฏขึ้น ซึ่งเป็นทางเดินชนิดหนึ่งสำหรับการผ่านของโปรตอนไปยังอิเล็กตรอน และลดความแตกต่างของความเข้มข้นนี้ ซึ่งเราจะกล่าวถึงด้านล่าง ณ จุดนี้ เฟสของแสงจะสิ้นสุดลงและจบลงด้วยการก่อตัวของโมเลกุลพลังงานของ ATP และการฟื้นฟูของโมเลกุลพาหะเฉพาะ NADP*H2

กล่าวอีกนัยหนึ่งการสลายตัวของน้ำเกิดขึ้นเนื่องจากออกซิเจนถูกปล่อยออกมาและโมเลกุล ATP ถูกสร้างขึ้นซึ่งจะให้พลังงานสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงต่อไป

เฟสมืด- น่าแปลกที่ระยะนี้สามารถดำเนินต่อไปได้ทั้งในที่สว่างและในที่มืด ขั้นตอนนี้เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์พิเศษของเซลล์ใบที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ด้วยแสง (พลาสมิด) ขั้นตอนนี้รวมถึงปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างที่ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุล ATP เดียวกันที่สังเคราะห์ขึ้นในเฟสแรกและ NADPH ในทางกลับกัน บทบาทหลักที่นี่เป็นของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ เฟสมืดต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่อง คาร์บอนไดออกไซด์มาจากชั้นบรรยากาศ ไฮโดรเจนก่อตัวขึ้นในช่วงแรก โมเลกุล ATP มีหน้าที่ให้พลังงาน ผลลัพธ์หลักของช่วงมืดคือคาร์โบไฮเดรตนั่นคือสารอินทรีย์ที่พืชต้องการในการดำรงชีวิต

ผลลัพธ์

นี่คือขั้นตอนการก่อตัวของสารอินทรีย์ (คาร์โบไฮเดรต) จากสารอนินทรีย์ เป็นผลให้พืชได้รับผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต และเราได้รับออกซิเจนจากอากาศ ฉันจะเพิ่มว่ากระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเฉพาะในพืชสีเขียวในเซลล์ที่มีคลอโรพลาสต์ ("เซลล์สีเขียว")

มีประโยชน์0 0 ไม่ค่อยดีนัก

พลังงานของแสงแดดในช่วงแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงเปลี่ยนเป็นพลังงานของพันธะเคมีของกลูโคสได้อย่างไร? อธิบายคำตอบ

คำตอบ

ในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานของแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้น จากนั้นพลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานของ ATP และ NADP-H2 ในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานของ ATP และ NADP-H2 จะถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีกลูโคส

เกิดอะไรขึ้นระหว่างขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง?

คำตอบ

อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์ซึ่งถูกกระตุ้นด้วยพลังงานของแสงจะเคลื่อนไปตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน พลังงานของพวกมันจะถูกเก็บไว้ใน ATP และ NADP-H2 โฟโตไลซิสของน้ำเกิดขึ้น ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา

อะไรคือกระบวนการหลักที่เกิดขึ้นในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง?

คำตอบ

จากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากชั้นบรรยากาศและไฮโดรเจนที่ได้รับในเฟสแสง กลูโคสจะเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของ ATP ที่ได้รับในเฟสแสง

คลอโรฟิลล์ในเซลล์พืชมีหน้าที่อะไร?

คำตอบ

คลอโรฟิลล์มีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง: ในระยะแสง คลอโรฟิลล์ดูดซับแสง อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์ได้รับพลังงานแสง แตกตัวและไปตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์มีบทบาทอย่างไรในการสังเคราะห์ด้วยแสง?

คำตอบ

อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์ที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงแดดจะผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและให้พลังงานแก่การก่อตัวของ ATP และ NADP-H2

ขั้นตอนใดของการสังเคราะห์ด้วยแสงออกซิเจนอิสระเกิดขึ้น?

คำตอบ

ในช่วงแสง ระหว่างโฟโตไลซิสของน้ำ

การสังเคราะห์ ATP เกิดขึ้นในช่วงใดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

คำตอบ

เฟสแสง

แหล่งที่มาของออกซิเจนในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?

คำตอบ

น้ำ (ออกซิเจนถูกปล่อยออกมาระหว่างการโฟโตไลซิสของน้ำ)

อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับปัจจัยจำกัด (จำกัด) ได้แก่ แสง ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ อุณหภูมิ เหตุใดปัจจัยเหล่านี้จึงจำกัดปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง

คำตอบ

แสงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกระตุ้นคลอโรฟิลล์โดยให้พลังงานสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสิ่งจำเป็นในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงกลูโคสถูกสังเคราะห์จากมัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินำไปสู่การเสียสภาพของเอนไซม์ ปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ด้วยแสงช้าลง

ปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมในพืชใดที่คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต

คำตอบ

ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในใบพืช กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินไปอย่างเข้มข้น มันเกิดขึ้นในผลไม้ที่สุกและไม่สุกหรือไม่? อธิบายคำตอบ

คำตอบ

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นในส่วนที่เป็นสีเขียวของพืชที่ได้รับแสง ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเกิดขึ้นที่ผิวของผลไม้สีเขียว ภายในผลไม้และในผิวของผลสุก (ไม่เขียว) การสังเคราะห์ด้วยแสงจะไม่เกิดขึ้น

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้พลังงานแสง ในกรณีส่วนใหญ่ การสังเคราะห์ด้วยแสงจะดำเนินการโดยพืชโดยใช้ออร์แกเนลล์ของเซลล์ เช่น คลอโรพลาสต์ประกอบด้วยเม็ดสีเขียว คลอโรฟิลล์.

หากพืชไม่สามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์ได้ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ เกือบทั้งหมดบนโลกก็จะไม่มีอะไรกิน เนื่องจากสัตว์ เชื้อรา และแบคทีเรียจำนวนมากไม่สามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ได้ พวกมันดูดซับเฉพาะของสำเร็จรูปแยกพวกมันออกเป็นชิ้นที่ง่ายกว่าซึ่งพวกมันจะประกอบชิ้นส่วนที่ซับซ้อนอีกครั้ง แต่มีลักษณะเฉพาะของร่างกายแล้ว

กรณีนี้ถ้าเราพูดถึงการสังเคราะห์ด้วยแสงและบทบาทของมันโดยสังเขป เพื่อให้เข้าใจการสังเคราะห์ด้วยแสง คุณต้องพูดมากกว่านี้: สารอนินทรีย์ชนิดใดที่ใช้ การสังเคราะห์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

การสังเคราะห์ด้วยแสงต้องการสารอนินทรีย์ 2 ชนิด ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) และน้ำ (H 2 O) ส่วนแรกถูกดูดซึมจากอากาศโดยส่วนทางอากาศของพืชส่วนใหญ่ผ่านทางปากใบ น้ำ - จากดินซึ่งส่งไปยังเซลล์สังเคราะห์แสงโดยระบบการนำไฟฟ้าของพืช การสังเคราะห์ด้วยแสงยังต้องการพลังงานของโฟตอน (hν) แต่ก็ไม่สามารถนำมาประกอบกับสสารได้

โดยรวมแล้วเกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้เกิดสารอินทรีย์และออกซิเจน (O 2) โดยปกติแล้ว ภายใต้อินทรียวัตถุ กลูโคส (C 6 H 12 O 6) มักมีความหมายมากที่สุด

สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน พบได้ในคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์ด้วยแสงจะปล่อยออกซิเจนออกมา อะตอมของมันมาจากน้ำ

โดยสังเขปและโดยทั่วๆ ไป สมการของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงมักจะเขียนได้ดังนี้

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

แต่สมการนี้ไม่ได้สะท้อนถึงสาระสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง ไม่ได้ทำให้เข้าใจได้ ดูสิ แม้ว่าสมการจะสมดุลแต่ออกซิเจนอิสระมีทั้งหมด 12 อะตอม แต่เราบอกว่าพวกมันมาจากน้ำ และมีแค่ 6 อะตอมเท่านั้น

อันที่จริงแล้วการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในสองระยะ ครั้งแรกเรียกว่า แสงสว่าง, ที่สอง - มืด. ชื่อดังกล่าวเกิดจากความจริงที่ว่าแสงจำเป็นสำหรับเฟสแสงเท่านั้นเฟสมืดนั้นไม่ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของมัน แต่นี่ไม่ได้หมายความว่ามันจะไปในที่มืด เฟสแสงไหลบนเยื่อหุ้มของไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์ เฟสมืด - ในสโตรมาของคลอโรพลาสต์

ในเฟสแสง การจับ CO 2 จะไม่เกิดขึ้น มีเพียงการดักจับพลังงานแสงอาทิตย์โดยคลอโรฟิลล์คอมเพล็กซ์ การกักเก็บไว้ใน ATP การใช้พลังงานเพื่อลด NADP เป็น NADP * H 2 การไหลของพลังงานจากคลอโรฟิลล์ที่กระตุ้นด้วยแสงนั้นมาจากอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนของเอนไซม์ที่สร้างขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์

ไฮโดรเจนสำหรับ NADP นำมาจากน้ำ ซึ่งภายใต้การกระทำของแสงแดด จะสลายตัวเป็นอะตอมของออกซิเจน โปรตอนของไฮโดรเจน และอิเล็กตรอน กระบวนการนี้เรียกว่า โฟโตไลซิส. ไม่ต้องการออกซิเจนจากน้ำในการสังเคราะห์แสง อะตอมออกซิเจนจากโมเลกุลของน้ำ 2 โมเลกุลรวมกันเป็นโมเลกุลออกซิเจน สมการปฏิกิริยาสำหรับระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยสังเขปมีลักษณะดังนี้:

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

ดังนั้น การปล่อยออกซิเจนจึงเกิดขึ้นในระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง จำนวนโมเลกุล ATP ที่สังเคราะห์จาก ADP และกรดฟอสฟอริกต่อโฟโตไลซิสของโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุลอาจแตกต่างกัน: หนึ่งหรือสองโมเลกุล

ดังนั้น ATP และ NADP * H 2 จึงมาจากเฟสแสงเข้าสู่เฟสมืด ที่นี่พลังงานของพลังที่หนึ่งและพลังที่สองถูกใช้ไปกับการจับตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ ขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ไม่สามารถอธิบายได้ง่ายๆ และสั้นๆ เพราะไม่ได้ดำเนินการในลักษณะที่ CO 2 โมเลกุล 6 โมเลกุลรวมตัวกับไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุล NADP * H 2 และเกิดกลูโคสขึ้น:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการใช้พลังงานจาก ATP ซึ่งแตกตัวเป็น ADP และกรดฟอสฟอริก)

ปฏิกิริยาข้างต้นเป็นเพียงการทำให้เข้าใจง่ายขึ้น ในความเป็นจริง โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์จะจับตัวกันทีละโมเลกุล เข้ากับอินทรียวัตถุที่มีคาร์บอนห้าตัวที่เตรียมไว้แล้ว เกิดสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอน 6 อะตอมที่ไม่เสถียร ซึ่งจะแตกตัวเป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 3 อะตอม โมเลกุลเหล่านี้บางส่วนใช้สำหรับการสังเคราะห์สารคาร์บอนห้าตัวเริ่มต้นใหม่สำหรับการจับ CO 2 การสังเคราะห์ซ้ำนี้มีให้ วัฏจักรคาลวิน. โมเลกุลคาร์โบไฮเดรตส่วนที่เล็กกว่าซึ่งรวมถึงอะตอมของคาร์บอนสามตัวจะออกจากวัฏจักร จากพวกเขาและสารอื่น ๆ สารอินทรีย์อื่น ๆ ทั้งหมด (คาร์โบไฮเดรตไขมันโปรตีน) จะถูกสังเคราะห์

นั่นคือในความเป็นจริงแล้ว น้ำตาลที่มีคาร์บอน 3 คาร์บอน ไม่ใช่กลูโคส ออกมาจากช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชได้รับน้ำและแร่ธาตุจากราก ใบให้ธาตุอาหารพืชอินทรีย์ ซึ่งแตกต่างจากรากพวกเขาไม่ได้อยู่ในดิน แต่อยู่ในอากาศดังนั้นพวกเขาจึงไม่ใช่ดิน แต่เป็นสารอาหารในอากาศ

จากประวัติการศึกษาอากาศธาตุอาหารของพืช

ความรู้เรื่องธาตุอาหารพืชค่อยๆสะสม เมื่อประมาณ 350 ปีที่แล้ว Jan Helmont นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการศึกษาโภชนาการของพืชเป็นครั้งแรก ในหม้อดินที่มีดินเขาปลูกวิลโลว์โดยเติมน้ำเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ชั่งน้ำหนักใบไม้ที่ร่วงอย่างระมัดระวัง ห้าปีต่อมามวลของวิลโลว์พร้อมกับใบไม้ร่วงเพิ่มขึ้น 74.5 กก. และมวลของดินลดลงเพียง 57 กรัม ด้วยเหตุนี้ เฮลมอนต์จึงสรุปว่าสารทั้งหมดในพืชไม่ได้เกิดจากดิน แต่จากน้ำ ความคิดเห็นที่ว่าพืชมีขนาดเพิ่มขึ้นเนื่องจากน้ำยังคงมีอยู่จนถึงสิ้นศตวรรษที่ 18

ในปี พ.ศ. 2314 โจเซฟ พรีสต์ลีย์ นักเคมีชาวอังกฤษได้ศึกษาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือ "อากาศเสีย" ตามที่เขาเรียก และทำการค้นพบที่น่าทึ่ง หากคุณจุดเทียนแล้วปิดด้วยฝาแก้ว หลังจากจุดเทียนแล้วมันก็จะดับลง หนูที่อยู่ใต้หมวกเริ่มหายใจไม่ออก อย่างไรก็ตาม หากวางกิ่งสะระแหน่ไว้ใต้ฝาปิดพร้อมกับเมาส์ หนูจะไม่หายใจไม่ออกและมีชีวิตอยู่ต่อไปได้ ซึ่งหมายความว่าพืช "แก้ไข" อากาศที่หายใจของสัตว์เสีย นั่นคือเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นออกซิเจน

ในปี 1862 Julius Sachs นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันได้พิสูจน์ผ่านการทดลองว่าพืชสีเขียวไม่เพียงแต่ปล่อยออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังสร้างสารอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

การสังเคราะห์ด้วยแสง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพืชสีเขียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ คือมีคลอโรพลาสต์ที่มีคลอโรฟิลล์อยู่ในเซลล์ คลอโรฟิลล์มีคุณสมบัติในการจับ รังสีดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสร้างสารอินทรีย์ กระบวนการสร้างสารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำด้วยความช่วยเหลือของพลังงานแสงอาทิตย์เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง (กรีก: โฟลอสไลท์) ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ไม่เพียงแต่เกิดสารอินทรีย์เท่านั้น - น้ำตาล แต่ยังปล่อยออกซิเจนด้วย

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถอธิบายได้ดังนี้:

รากจะดูดน้ำและเคลื่อนที่ผ่านระบบนำไฟฟ้าของรากและลำต้นไปสู่ใบ คาร์บอนไดออกไซด์ - ส่วนประกอบอากาศ. มันเข้าสู่ใบทางปากใบเปิด โครงสร้างของใบมีส่วนช่วยในการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์: พื้นผิวเรียบของใบมีดซึ่งเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับอากาศและการมีอยู่ จำนวนมากปากใบในผิวหนัง

น้ำตาลที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกเปลี่ยนเป็นแป้ง แป้งเป็นสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำ ใครตรวจได้ง่ายด้วยสารละลายไอโอดีน

หลักฐานการเกิดแป้งในใบที่ได้รับแสง

ให้เราพิสูจน์ว่าในใบสีเขียวของพืช แป้งเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในการทำเช่นนี้ให้พิจารณาการทดลองซึ่งครั้งหนึ่งเคยจัดทำโดย Julius Sachs

พืชในร่ม (เจอเรเนียมหรือพริมโรส) จะถูกเก็บไว้ในที่มืดเป็นเวลาสองวันเพื่อให้แป้งทั้งหมดถูกใช้สำหรับกระบวนการที่สำคัญ จากนั้นปิดกระดาษสีดำหลายใบทั้งสองด้านเพื่อให้ครอบคลุมเพียงบางส่วนเท่านั้น ในระหว่างวันพืชจะได้รับแสงและในเวลากลางคืนจะมีการส่องสว่างด้วยโคมไฟตั้งโต๊ะ

หลังจากผ่านไปหนึ่งวันใบที่ศึกษาจะถูกตัดออก หากต้องการทราบว่าแป้งใบส่วนใดก่อตัวขึ้น ใบไม้จะถูกต้มในพินัยกรรม (เพื่อให้เม็ดแป้งพองตัว) จากนั้นเก็บไว้ในแอลกอฮอล์ร้อน (คลอโรฟิลล์จะละลายและใบไม้เปลี่ยนสี) จากนั้นนำใบไปล้างในน้ำและบำบัดด้วยสารละลายไอโอดีนที่อ่อนแอ ส่วน Tc ของใบไม้ที่อยู่ในแสงจะได้รับสีฟ้าจากการกระทำของไอโอดีน ซึ่งหมายความว่าแป้งก่อตัวขึ้นในเซลล์ของส่วนที่เรืองแสงของใบไม้ ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีแสงเท่านั้น

หลักฐานความต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสง

เพื่อพิสูจน์ว่าคาร์บอนไดออกไซด์จำเป็นต่อการสร้างแป้งในใบไม้ พืชในร่มก่อนหน้านี้ยังถูกเก็บไว้ในความมืด จากนั้นนำใบไม้ใบหนึ่งใส่ลงในขวดที่มีน้ำปูนใสเล็กน้อย กระติกน้ำปิดด้วยสำลี พืชถูกเปิดเผย คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกน้ำปูนใสดูดซับไว้ ดังนั้นมันจะไม่อยู่ในขวด ใบไม้จะถูกตัดออก และเช่นเดียวกับในการทดลองก่อนหน้านี้ จะมีการตรวจสอบว่ามีแป้งอยู่หรือไม่ บ่มในน้ำร้อนและแอลกอฮอล์ บำบัดด้วยสารละลายไอโอดีน อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ผลของการทดลองจะแตกต่างออกไป: ไม่มีการทาสีแผ่นงาน สีฟ้า, เพราะ ไม่มีส่วนผสมของแป้ง ดังนั้นสำหรับการก่อตัวของแป้ง นอกจากแสงและน้ำแล้ว คาร์บอนไดออกไซด์จึงเป็นสิ่งจำเป็น

ดังนั้นเราจึงตอบคำถามว่าพืชได้รับอาหารชนิดใดจากอากาศ ประสบการณ์พบว่ามันคือคาร์บอนไดออกไซด์ จำเป็นสำหรับการก่อตัวของสารอินทรีย์

สิ่งมีชีวิตที่สร้างสารอินทรีย์อย่างอิสระเพื่อสร้างร่างกายเรียกว่า autotrophs (กรีก autos - self, trofe - food)

หลักฐานการก่อตัวของออกซิเจนในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

เพื่อพิสูจน์ว่าในช่วงที่พืชสังเคราะห์ด้วยแสงระหว่าง สภาพแวดล้อมภายนอกปล่อยออกซิเจน พิจารณาการทดลองกับพืชน้ำ elode ยอด Elode จะถูกหย่อนลงในภาชนะที่มีน้ำและปิดด้วยกรวยจากด้านบน วางหลอดทดลองที่เต็มไปด้วยน้ำที่ปลายช่องทาง พืชได้รับแสงเป็นเวลาสองถึงสามวัน Elode คายฟองก๊าซเมื่อสัมผัสกับแสง พวกมันสะสมที่ด้านบนของท่อแทนที่น้ำ เพื่อค้นหาว่าเป็นก๊าซชนิดใด หลอดทดลองจะถูกนำออกอย่างระมัดระวังและใส่เศษที่ระอุเข้าไป คบเพลิงสว่างวาบขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีออกซิเจนสะสมอยู่ในกระติกน้ำซึ่งสนับสนุนการเผาไหม้

บทบาทพื้นที่ของพืช

พืชที่มีคลอโรฟิลล์สามารถดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ ดังนั้น K.A. Timiryazev เรียกบทบาทของพวกเขาใน Earth cosmic พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนหนึ่งที่เก็บอยู่ในสารอินทรีย์สามารถเก็บไว้ได้นาน ถ่านหิน พีท น้ำมัน เกิดจากสารที่สร้างขึ้นโดยพืชสีเขียวในสมัยทางธรณีวิทยาโบราณและดูดซับพลังงานของดวงอาทิตย์ โดยการเผาวัสดุที่ติดไฟได้ตามธรรมชาติ คนๆ หนึ่งจะปลดปล่อยพลังงานที่พืชสีเขียวเก็บไว้เมื่อหลายล้านปีก่อน