Treść artykułu

OBIEG WĘGLA, obieg węgla - cykliczny ruch węgla pomiędzy światem istot żywych a światem nieorganicznym atmosfery, mórz, wód słodkich, gleby i skał. Jest to jeden z najważniejszych cykli biogeochemicznych, obejmujący wiele złożonych reakcji, podczas których węgiel przedostaje się z powietrza i środowiska wodnego do tkanek roślin i zwierząt, a następnie powraca do atmosfery, wody i gleby, stając się ponownie dostępnym do wykorzystania przez organizmy. . Ponieważ węgiel jest niezbędny do utrzymania jakiejkolwiek formy życia, jakakolwiek ingerencja w cykl tego pierwiastka wpływa na liczbę i różnorodność organizmów żywych, które mogą istnieć na Ziemi.

Źródła i zasoby węgla.

Głównym źródłem węgla dla organizmów żywych jest atmosfera ziemska, gdzie pierwiastek ten występuje w postaci dwutlenku węgla (dwutlenek węgla, CO 2). Stężenie CO 2 w atmosferze najwyraźniej nie zmieniało się znacząco przez wiele milionów lat i wynosiło ok. 0,03% masy suchego powietrza na poziomie morza. Choć udział CO 2 jest niewielki, to jego bezwzględna ilość jest naprawdę ogromna – ok. 750 miliardów ton W atmosferze CO 2 jest przenoszony przez wiatry zarówno w kierunku pionowym, jak i poziomym.

Dwutlenek węgla występuje w wodzie, gdzie łatwo się rozpuszcza, tworząc słaby kwas węglowy H 2 CO 3. Kwas ten reaguje z wapniem i innymi pierwiastkami, tworząc minerały zwane węglanami. Skały węglanowe, takie jak wapień, pozostają w równowadze z dwutlenkiem węgla zawartym w wodzie, która ma z nimi kontakt. Podobnie ilość CO 2 rozpuszczonego w oceanach i wodach słodkich zależy od jego stężenia w atmosferze. Całkowitą ilość rozpuszczonej i osadowej substancji węglowej szacuje się na około 1,8 biliona. T.

Węgiel w połączeniu z wodorem i innymi pierwiastkami jest jednym z głównych składników komórek roślinnych i zwierzęcych. Przykładowo w organizmie człowieka jest to ok. 18% masy ciała. Duża liczba i bardzo szerokie rozmieszczenie organizmów żywych nie pozwala na zadowalającą ocenę całkowitej zawartości węgla w nich. Można jednak w przybliżeniu oszacować całkowitą ilość węgla wiązanego przez rośliny, a także uwalnianego podczas oddychania roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Ustalono, że rośliny zielone pochłaniają ok. 220 miliardów ton CO 2 . Prawie taka sama ilość tej substancji uwalniana jest do środowiska nieorganicznego podczas oddychania wszystkich organizmów żywych, a także w wyniku rozkładu i spalania substancji organicznych.

W pewnych warunkach nie zachodzi rozkład i spalanie substancji wytwarzanych przez organizmy żywe, co prowadzi do akumulacji związków zawierających węgiel. Na przykład drewno żywych drzew można niezawodnie chronić przed rozkładem drobnoustrojów i ogniem przez 3–4 tysiąclecia za pomocą kory, która jest odporna na działanie drobnoustrojów i ognia. Drewno, które trafia na torfowisko, służy jeszcze dłużej. W obu przypadkach związany w nim węgiel wydaje się być uwięziony i usuwany z obiegu na długi czas. Kiedy materia organiczna jest zakopana i odizolowana od powietrza, rozkłada się tylko częściowo, a zawarty w niej węgiel zostaje zatrzymany. Jeśli te pozostałości organiczne zostaną następnie sprasowane przez leżące nad nimi osady i podgrzane przez ciepło Ziemi przez miliony lat, większość z nich zostanie przekształcona w paliwa kopalne, takie jak węgiel czy ropa naftowa. Paliwa kopalne stanowią naturalną rezerwę węgla. Pomimo intensywnego spalania od XVIII wieku, około 4,5 biliona nadal pozostaje niewydane. T.

Fotosynteza.

Główną drogą przenoszenia węgla ze świata nieorganicznego do świata żywego jest fotosynteza przeprowadzana przez rośliny zielone. Proces ten to łańcuch reakcji, podczas którego rośliny pochłaniają dwutlenek węgla z atmosfery lub wody, wiążąc jego cząsteczki z cząsteczkami specjalnej substancji – akceptora CO2. W trakcie innych reakcji zachodzących przy zużyciu energii słonecznej (świetlnej) cząsteczki wody ulegają rozszczepieniu, a uwolnione jony wodoru i związany CO2 zostają wykorzystane do syntezy substancji organicznych bogatych w węgiel, w tym akceptora CO2.

Na każdą cząsteczkę CO 2, którą roślina pochłania w celu syntezy materii organicznej, uwalniana jest cząsteczka tlenu, powstająca w wyniku rozkładu wody. Zakłada się, że w ten sposób powstał cały wolny tlen w atmosferze. Gdyby proces fotosyntezy na Ziemi nagle się zatrzymał i obieg węgla został zakłócony, to według dostępnych obliczeń cały wolny tlen zniknąłby z atmosfery za około 2000 lat.

Inne reakcje.

Zielona roślina wykorzystuje węgiel zawarty w wytwarzanej przez siebie materii organicznej na różne sposoby. Na przykład może gromadzić się w skrobi magazynowanej w komórkach lub celulozie, głównym materiale strukturalnym roślin i składniku odżywczym wielu innych organizmów. Zarówno skrobia, jak i celuloza są strawne jako żywność dopiero po rozbiciu na składowe cukry 6-węglowe (tj. cukry zawierające sześć atomów węgla w cząsteczce). W przeciwieństwie do skrobi, nierozpuszczalnego związku wielkocząsteczkowego, cukry 6-węglowe są łatwo rozpuszczalne i przemieszczając się po całej roślinie, służą jako źródło energii i materiału do wzrostu i odnowy komórek, a także ich odbudowy w przypadku uszkodzenia. Na przykład kiełki rozkładają skrobię i tłuszcze zgromadzone w nasionach, uzyskując z nich prostsze substancje organiczne, wykorzystywane w procesie oddychania komórkowego (w celu uwolnienia ich energii) i do wzrostu.

U zwierząt spożyty pokarm podlega podobnemu procesowi trawienia. Zanim główne składniki zostaną wchłonięte, muszą zostać przekształcone: węglowodany w 6-węglowe cukry, tłuszcze w glicerol i kwasy tłuszczowe, a białka w aminokwasy. Te produkty trawienia stanowią dla zwierzęcia źródło energii uwalnianej podczas oddychania, a także budulec niezbędny do wzrostu organizmu i odnowy jego składników. Podobnie jak rośliny, zwierzęta są w stanie przekształcić składniki odżywcze w formę odpowiednią do przechowywania. Zwierzęcym analogiem skrobi jest glikogen powstający z nadmiaru cukrów 6-węglowych i magazynowany jako rezerwa energetyczna w wątrobie i komórkach mięśniowych. Nadmiar cukru można także przekształcić w kwasy tłuszczowe i glicerol, które wraz z tymi samymi substancjami pochodzącymi z pożywienia wykorzystywane są do syntezy tłuszczów zgromadzonych w tkankach. Procesy syntezy zapewniają zatem magazynowanie substancji bogatych w węgiel i związaną z nim energię, co pozwala organizmowi przetrwać okresy niedoborów pożywienia.

Po ich śmierci rośliny i zwierzęta stają się pożywieniem dla tzw. rozkładacze - organizmy rozkładające materię organiczną. Większość rozkładających się organizmów to bakterie i grzyby, których komórki wydzielają do swojego bezpośredniego otoczenia niewielkie ilości płynu trawiennego rozkładającego substrat, a następnie konsumują produkty tego „trawienia”. Z reguły rozkładacze mają ograniczony zestaw enzymów i dlatego wykorzystują tylko kilka rodzajów substancji organicznych jako żywność i źródło energii. Na przykład konwencjonalne drożdże przetwarzają wyłącznie cukry 6- i 12-węglowe znajdujące się w rozdrobnionych komórkach przejrzałych owoców lub w gęstym (miąższowym) soku uzyskanym przez ich zmiażdżenie. Jednakże, jeśli przez wystarczający czas zostaną wystawione na działanie różnych substancji rozkładających, wszystkie zawierające węgiel substancje roślinne i zwierzęce zostaną ostatecznie rozłożone na dwutlenek węgla i wodę, a uwolniona energia zostanie wykorzystana przez organizmy dokonujące rozkładu. Wiele sztucznie syntetyzowanych związków organicznych ulega także biologicznemu zniszczeniu (biodegradacji) – procesowi, podczas którego rozkładający się otrzymują energię i niezbędny budulec, a węgiel uwalniany jest do atmosfery w postaci dwutlenku węgla.

Materia organiczna składa się w 45% z węgla. Dlatego niezwykle istotna jest kwestia źródła żywienia organizmów węglem. Wszystkie organizmy dzielą się na autotroficzne i heterotroficzne. Organizmy autotroficzne charakteryzują się zdolnością do wykorzystania swoich form mineralnych jako źródła węgla, czyli do syntezy materii organicznej ze związków nieorganicznych. Organizmy heterotroficzne budują materię organiczną swojego organizmu z już istniejących, gotowych związków organicznych, czyli wykorzystują związki organiczne jako źródło węgla. Do przeprowadzenia syntezy materii organicznej potrzebna jest energia. W zależności od zastosowanego związku, a także od źródeł energii wyróżnia się następujące główne rodzaje odżywiania węglem i budowy substancji organicznych.

Rodzaje żywienia węglem organizmów

Spośród wszystkich wymienionych rodzajów odżywiania węglem szczególne miejsce zajmuje fotosynteza roślin zielonych, w której budowa związków organicznych zachodzi poprzez proste substancje nieorganiczne (CO 2 i H 2 O) przy wykorzystaniu energii światła słonecznego. Ogólne równanie fotosyntezy to:

6CO 2 + 12H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Fotosynteza to proces, w którym energia słoneczna przekształca się w energię chemiczną. W najbardziej ogólnej formie można to przedstawić następująco: kwant światła (hv) jest absorbowany przez chlorofil, którego cząsteczka przechodzi w stan wzbudzony, a elektron przechodzi na wyższy poziom energetyczny. W komórkach fotoautotroficznych w procesie ewolucji wykształcił się mechanizm, w którym energia elektronu powracającego na główny poziom energetyczny zamieniana jest na energię chemiczną.

W procesie fotosyntezy z prostych związków nieorganicznych (CO 2, H 2 O) powstają różne substancje organiczne. W efekcie następuje restrukturyzacja wiązań chemicznych: zamiast wiązań C–O i H–O pojawiają się wiązania C–C i C–H, w których elektrony zajmują wyższy poziom energii. W ten sposób w zielonym liściu początkowo powstają bogate w energię substancje organiczne, którymi zwierzęta i ludzie żywią się i otrzymują energię (poprzez oddychanie). Można powiedzieć, że prawie cała żywa materia na Ziemi jest wynikiem aktywności fotosyntetycznej.

Prawie cały tlen w atmosferze ma pochodzenie fotosyntetyczne. Procesy oddychania i spalania stały się możliwe dopiero po powstaniu fotosyntezy. Pojawiły się organizmy tlenowe, które były w stanie absorbować tlen. Na powierzchni Ziemi procesy nabrały charakteru biogeochemicznego, doszło do utleniania związków żelaza, siarki i manganu. Zmienił się skład atmosfery: spadła zawartość CO 2 i amoniaku, wzrosła zaś tlenu i azotu. Pojawienie się ekranu ozonowego, który blokuje niebezpieczne dla organizmów żywych promieniowanie ultrafioletowe, jest także konsekwencją pojawienia się tlenu.

Aby proces fotosyntezy przebiegał normalnie, CO 2 musi przedostać się do chloroplastów. Głównym dostawcą jest atmosfera, w której zawartość CO 2 wynosi 0,03%. Do wytworzenia 1 g cukru potrzeba 1,47 g CO 2 - ilość ta zawarta jest w 2500 litrach powietrza.

Dwutlenek węgla dostaje się do liści rośliny przez aparaty szparkowe. Część CO 2 przedostaje się bezpośrednio przez naskórek. Kiedy aparaty szparkowe są zamknięte, dyfuzja CO 2 do liścia jest znacznie zmniejszona.

Najbardziej prymitywną organizację aparatu fotosyntetycznego występują u zielonych bakterii i cyjanobakterii. W tych organizmach funkcję fotosyntezy pełnią błony wewnątrzcytoplazmatyczne lub specjalne struktury - chlorosomy, fikobilisomy. Glony wykształciły już organelle (chromatofory), w których skupiają się pigmenty, o zróżnicowanym kształcie (spiralne, wstęgowe, blaszkowate, gwiaździste). Rośliny wyższe charakteryzują się w pełni uformowanym rodzajem plastydu w kształcie dysku lub soczewki dwuwypukłej. Przyjmując formę dysku, chloroplasty stają się uniwersalnym aparatem fotosyntetycznym. Fotosynteza zachodzi w zielonych plastydach - chloroplastach. W leukoplastach skrobia jest syntetyzowana i odkładana w celu przechowywania, podczas gdy karotenoidy gromadzą się w chromoplastach.

Wielkość dyskowatych chloroplastów roślin wyższych waha się od 4 do 10 mikronów. Liczba chloroplastów wynosi zwykle od 20 do 100 na komórkę. Skład chemiczny chloroplastów jest dość złożony i można go scharakteryzować następującymi średnimi danymi (% suchej masy): białko - 35-55; lipidy – 20-30; węglowodany – 10; RNA – 2-3; DNA – do 0,5; chlorofil – 9; karotenoidy – 4,5.

Chloroplasty zawierają enzymy biorące udział w procesie fotosyntezy (enzymy redoks, syntetazy, hydrolazy). Chloroplasty, podobnie jak mitochondria, mają własny system syntezy białek. Wiele enzymów zlokalizowanych w chloroplastach jest dwuskładnikowych. W wielu przypadkach protetyczną grupą enzymów są różne witaminy. Wiele witamin i ich pochodnych (witaminy B, K, E, D) koncentruje się w chloroplastach. Chloroplasty zawierają 80% Fe, 70% Zn i około 50% Cu w stosunku do całkowitej ilości tych pierwiastków w liściu.

Chloroplasty otoczone są podwójną membraną. Grubość każdej membrany wynosi 7,5-10 nm, odległość między nimi wynosi 10-30 nm. Wewnętrzna przestrzeń chloroplastów wypełniona jest bezbarwną zawartością - zrębem i przenika przez błony. Połączone ze sobą membrany tworzą płaskie, zamknięte wnęki (pęcherzyki) - tylakoidy (gr. „thylakoides” - w kształcie worka). Chloroplasty zawierają dwa rodzaje tylakoidów. Krótkie tylakoidy są zbierane w paczki i ułożone jeden nad drugim, przypominając stos monet. Te stosy nazywane są grana, a tworzące je tylakoidy nazywane są tylakoidami grana. Pomiędzy grana długie tylakoidy, tylakoidy zrębowe, są umieszczone równolegle do siebie. Pomiędzy poszczególnymi tylakoidami w stosach grana występują wąskie odstępy. Błony tylakoidów zawierają dużą liczbę białek biorących udział w fotosyntezie. Integralne białka błonowe zawierają wiele hydrofobowych aminokwasów. Tworzy to bezwodne środowisko i sprawia, że ​​membrany są bardziej stabilne.

Aby energia świetlna mogła zostać wykorzystana w procesie fotosyntezy, musi zostać pochłonięta przez fotoreceptory – pigmenty. Pigmenty fotosyntetyczne to substancje pochłaniające światło o określonej długości fali. Odbijane są niezaabsorbowane obszary widma słonecznego, co decyduje o kolorze pigmentów. Zatem zielony pigment chlorofil pochłania promienie czerwone i niebieskie, podczas gdy promienie zielone są głównie odbijane. Widoczna część widma słonecznego obejmuje długości fal od 400 do 700 nm.

Skład pigmentów zależy od systematycznego położenia grupy organizmów. Bakterie i algi fotosyntetyzujące charakteryzują się zróżnicowanym składem pigmentowym (chlorofile, bakteriochlorofile, bakteriorodopsyna, karotenoidy, fikobiliny). Ich zestaw i stosunek są specyficzne dla różnych grup organizmów. Pigmenty skoncentrowane w plastydach można podzielić na trzy grupy: chlorofile, karotenoidy, fikobiliny.

Najważniejszą rolę w procesie fotosyntezy odgrywają zielone pigmenty – chlorofile. Francuscy naukowcy P.Zh. Pelletier i J. Caventou (1818) wyizolowali z liści zieloną substancję i nazwali ją chlorofilem (od greckiego „chloros” – zielony i „phyllon” – liść). Obecnie znanych jest około dziesięciu chlorofili. Różnią się budową chemiczną, kolorem i rozmieszczeniem wśród grup organizmów. Wszystkie rośliny wyższe zawierają chlorofile a i b. Chlorofil występuje w okrzemkach, chlorofil występuje w krasnorostach. Ponadto wiadomo, że bakteriochlorofile (a, b, c, d) znajdują się w komórkach bakterii fotosyntetyzujących. Komórki bakterii zielonych zawierają bakteriochlorofile id, a komórki bakterii fioletowych zawierają bakteriochlorofile aib. Głównymi pigmentami, bez których nie zachodzi fotosynteza, są chlorofil dla zielonych roślin wyższych i glonów oraz bakteriochlorofile dla bakterii.

Po raz pierwszy dokładne wyobrażenie o pigmentach zielonych liści roślin wyższych uzyskano dzięki pracy największego rosyjskiego botanika M.S. Kolory (1872-1919). Opracował nową metodę chromatograficzną rozdzielania substancji i wyizolował pigmenty liści w czystej postaci. Okazało się, że liście roślin wyższych zawierają chlorofil a i chlorofil b, a także karotenoidy (karoten, ksantofil). Chlorofile, podobnie jak karotenoidy, są nierozpuszczalne w wodzie, ale dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Chlorofile różnią się kolorem: chlorofil ma niebiesko-zielony odcień, chlorofil jest żółto-zielony. Zawartość chlorofilu w liściu jest około 3 razy większa w porównaniu do chlorofilu. Zgodnie ze strukturą chemiczną chlorofile są estrami organicznego kwasu dikarboksylowego - chlorofiliny i dwóch reszt alkoholi - fitolu (C 20 H 39 OH) i metylu (CH 3 OH). Wzór empiryczny chlorofilu to C 55 H 72 O 5 N 4 Mg( Ryż. 5.1).

Chlorofilina z organicznym kwasem dikarboksylowym jest związkiem metaloorganicznym zawierającym azot, spokrewnionym z porfirynami magnezu: (COOH) 2 = C 32 H 30 ON 4 Mg.

W chlorofilu wodór grup karboksylowych zastępuje się resztami dwóch alkoholi - metylu CH 3 OH i fitolu C 20 H 39 OH, dlatego chlorofil jest estrem.

Ryż. 5.1. Wzór strukturalny chlorofilu a.

Chlorofil różni się tym, że zawiera dwa atomy wodoru mniej i jeden atom tlenu więcej (zamiast grupy CH3, grupy CHO). Pod tym względem masa cząsteczkowa chlorofilu wynosi 893, a chlorofilu 907.

W centrum cząsteczki chlorofilu znajduje się atom magnezu, który jest połączony z czterema atomami azotu grup pirolowych. Grupy pirolowe chlorofilu mają układ naprzemiennych wiązań podwójnych i pojedynczych. Jest to grupa chromoforowa chlorofilu, która decyduje o absorpcji niektórych promieni widma słonecznego i jego kolorze.

Również K.A. Timiryazev zwrócił uwagę na podobieństwo budowy chemicznej dwóch ważnych pigmentów: zielonego - chlorofilu liściowego i czerwonego - heminy krwi. Rzeczywiście, jeśli chlorofil należy do porfiryn magnezowych, to hemina należy do porfiryn żelaza. Podobieństwo to stanowi kolejny dowód jedności całego świata organicznego.

Cząsteczka chlorofilu jest polarna, jej rdzeń porfirynowy ma właściwości hydrofilowe, a koniec fitolowy ma właściwości hydrofobowe. Ta właściwość cząsteczki chlorofilu determinuje jej specyficzne położenie w błonach chloroplastów. Część cząsteczki porfirynowa jest związana z białkiem, a łańcuch fitolowy jest zanurzony w warstwie lipidowej.

Chlorofil ma zdolność selektywnej absorpcji światła. Widmo absorpcyjne określa się na podstawie jego zdolności do pochłaniania światła o określonej długości fali (o określonym kolorze). W celu otrzymania widma absorpcyjnego K.A. Timiryazev przepuścił wiązkę światła przez roztwór chlorofilu. Wykazano, że chlorofil w takim samym stężeniu jak w liściu ma dwie główne linie absorpcji w promieniach czerwonym i niebiesko-fioletowym. W tym przypadku chlorofil a w roztworze ma maksimum absorpcji przy 429 i 660 nm, natomiast chlorofil b – przy 453 i 642 nm (ryc. 5.2).

Ryż. 5.2. Widma absorpcji chlorofilu a i chlorofilu b

Oprócz zielonych pigmentów, chloroplasty i chromatofory zawierają pigmenty należące do grupy karotenoidów. Karotenoidy to żółte i pomarańczowe pigmenty o strukturze alifatycznej, pochodne izoprenu. Karotenoidy występują we wszystkich roślinach wyższych i wielu mikroorganizmach. Są to najpopularniejsze pigmenty posiadające różnorodne funkcje. Karotenoidy zawierające tlen nazywane są ksantofilami. Głównymi przedstawicielami karotenoidów w roślinach wyższych są dwa pigmenty - beta-karoten (pomarańczowy) C 40 H 56 i ksantofil (żółty) C 40 H 56 O 2. Karoten składa się z 8 reszt izoprenowych. Kiedy łańcuch węglowy zostanie przerwany na pół i na końcu utworzy się grupa alkoholowa, karoten przekształca się w 2 cząsteczki witaminy A.

Beta-karoten ma dwa maksima absorpcji, odpowiadające długościom fal 482 i 452 nm. W przeciwieństwie do chlorofilów, karotenoidy nie absorbują promieni czerwonych i nie fluoryzują. Podobnie jak chlorofil, karotenoidy w chloroplastach i chromatoforach występują w postaci nierozpuszczalnych w wodzie kompleksów z białkami. Karotenoidy są zawsze obecne w chloroplastach, biorą udział w procesie fotosyntezy. Pochłaniając energię świetlną w określonych częściach widma słonecznego, przekazują energię tych promieni cząsteczkom chlorofilu. W ten sposób przyczyniają się do wykorzystania promieni, które nie są pochłaniane przez chlorofil. Fizjologiczna rola karotenoidów nie ogranicza się do ich udziału w przekazywaniu energii cząsteczkom chlorofilu. Karotenoidy pełnią funkcję ochronną, chroniąc cząsteczki chlorofilu przed zniszczeniem pod wpływem światła w procesie fotoutleniania ( Ryż. 5.3).

Ryż. 5.3. Wzór strukturalny beta-karotenu

Fikobiliny to czerwone i niebieskie pigmenty występujące w sinicach i czerwonych algach. Struktura chemiczna fikobilin opiera się na 4 grupach pirolowych. W przeciwieństwie do chlorofilu, fikobiliny mają grupy pirolowe ułożone w otwarty łańcuch ( Ryż. 5.4).

Ryż. 5.4. Wzór strukturalny grupy chromoforowej fikoerytryny

Fikobiliny reprezentowane są przez pigmenty: fikocyjaninę, fikoerytrynę i allofikocyjaninę. Fikoerytryna jest utlenioną fikocyjaniną. Algi czerwone zawierają głównie fikoerytrynę, a sinice zawierają głównie fikocyjaninę. Fikobiliny tworzą silne związki z białkami (białka fikobiliny). W przeciwieństwie do chlorofilów i karotenoidów, które znajdują się w błonach, fikobiliny skupiają się w specjalnych granulkach (fikobilisomach), ściśle związanych z błonami tylakoidów. Fikobiliny pochłaniają promienie w zielonej i żółtej części widma słonecznego. Jest to część widma leżąca pomiędzy dwiema głównymi liniami absorpcji chlorofilu. Fikoerytryna pochłania promienie o długości fali 495-565 nm, a fikocyjanina - 550-615 nm. Porównanie widm absorpcyjnych fikobilin ze składem widmowym światła, w którym zachodzi fotosynteza u cyjanobakterii i krasnorostów, pokazuje, że są one bardzo blisko. Sugeruje to, że fikobiliny absorbują energię świetlną i podobnie jak karotenoidy przekazują ją cząsteczce chlorofilu, po czym zostaje ona wykorzystana w procesie fotosyntezy. Obecność fikobilin w algach jest przykładem przystosowania się organizmów w procesie ewolucji do korzystania z obszarów widma słonecznego przenikających przez grubość wody morskiej (adaptacja chromatyczna).

Fotosynteza to złożony, wieloetapowy proces redoks, podczas którego dwutlenek węgla jest redukowany do węglowodanów, a woda utleniana do tlenu. W procesie fotosyntezy zachodzą nie tylko reakcje wykorzystujące energię świetlną, ale także reakcje ciemne, które nie wymagają bezpośredniego udziału energii świetlnej. Na istnienie ciemnych reakcji w procesie fotosyntezy można podać następujące dowody: fotosynteza przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury. Bezpośrednio z tego wynika, że ​​niektóre etapy tego procesu nie są bezpośrednio związane z wykorzystaniem energii świetlnej. Proces fotosyntezy obejmuje następujące etapy: 1) fotofizyczny; 2) fotochemiczne (światło); 3) enzymatyczny (ciemny).

Zgodnie z prawami fotochemii, gdy kwant światła zostanie pochłonięty przez atom lub cząsteczkę dowolnej substancji, elektron przemieszcza się na inny, bardziej odległy orbital, czyli na wyższy poziom energetyczny (ryc. 5.5).

Ryż. 5.5. Przejścia pomiędzy stanami wzbudzonymi chlorofilu po absorpcji kwantów światła niebieskiego i czerwonego

Największą energię ma elektron oddalony od jądra atomu i znajdujący się w odpowiednio dużej odległości od niego. Każdy elektron przechodzi na wyższy poziom energii pod wpływem jednego kwantu światła, jeżeli energia tego kwantu jest równa różnicy pomiędzy tymi poziomami energii. Wszystkie organizmy fotosyntetyzujące zawierają pewien rodzaj chlorofilu. W cząsteczce chlorofilu występują dwa poziomy wzbudzenia. Właśnie dlatego ma dwie główne linie absorpcyjne. Pierwszy poziom wzbudzenia wynika z przejścia na wyższy poziom energetyczny elektronu w układzie sprzężonych wiązań podwójnych, natomiast drugi wynika z wzbudzenia niesparowanych elektronów atomów azotu i tlenu w rdzeniu porfiryny. Po absorpcji światła elektrony poddają się ruchowi wibracyjnemu i przemieszczają się na kolejny orbital o wyższym poziomie energii.

Najwyższy poziom energii to drugi poziom singletowy. Elektron przenosi się do niego pod wpływem promieni niebiesko-fioletowych, których kwanty zawierają więcej energii.

Elektrony mogą przejść do pierwszego stanu wzbudzonego poprzez absorpcję mniejszych kwantów światła czerwonego. Żywotność na drugim poziomie wynosi 10 -12 s. Czas ten jest na tyle krótki, że w trakcie jego trwania nie można wykorzystać energii wzbudzenia elektronicznego. Po tym krótkim czasie elektron powraca do pierwszego stanu singletowego (bez zmiany kierunku wirowania). Przejściu z drugiego stanu singletowego do pierwszego towarzyszy pewna strata energii (100 kJ) w postaci ciepła. Czas życia w pierwszym stanie singletowym jest nieco dłuższy (10 -9 lub 10 -8 s). Stan trypletowy ma najdłuższy czas życia (10 -2 s). Przejście do poziomu trypletowego następuje wraz ze zmianą spinu elektronu.

Ze wzbudzonego pierwszego stanu singletowego i trypletowego cząsteczka chlorofilu może również przejść do stanu podstawowego. W takim przypadku może nastąpić jego dezaktywacja (utrata energii):

1) poprzez uwalnianie energii w postaci światła (fluorescencja i fosforescencja) lub w postaci ciepła;

2) poprzez przeniesienie energii na inną cząsteczkę pigmentu;

3) poprzez wydatkowanie energii na procesy fotochemiczne (utrata elektronu i jego dodanie do akceptora).

W każdym z tych przypadków cząsteczka pigmentu zostaje dezaktywowana i przechodzi na główny poziom energii.

Chlorofil pełni dwie funkcje – pochłanianie i przekazywanie energii. Co więcej, główna część cząsteczek chlorofilu – ponad 90% całkowitego chlorofilu w chloroplastach, wchodzi w skład kompleksu zbierającego światło (LHC). Kompleks przechwytujący światło działa jak antena, która skutecznie pochłania światło i przekazuje energię wzbudzenia do centrum reakcji. Oprócz dużej liczby (nawet kilkuset) cząsteczek chlorofilu, SSC zawiera karotenoidy, a w przypadku niektórych glonów i cyjanobakterii fikobiliny, które zwiększają efektywność absorpcji światła.

W procesie ewolucji rośliny wykształciły mechanizm, który pozwala im w pełni wykorzystać kwanty światła spadające na liść niczym krople deszczu. Mechanizm ten polega na tym, że energia kwantów świetlnych wychwytywana jest przez 200-400 cząsteczek chlorofilu i karotenoidów CCK i przekazywana do jednej cząsteczki – centrum reakcji. Obliczenia wykazały, że w jednym chloroplastie znajduje się aż 1 miliard cząsteczek chlorofilu. Rośliny tolerujące cień z reguły mają większy rozmiar SSC w porównaniu do roślin rosnących w warunkach silnego oświetlenia. W ośrodkach reakcji w wyniku reakcji fotochemicznych powstają pierwotne czynniki redukujące i utleniacze. Następnie wyzwalają łańcuch kolejnych reakcji redoks. W rezultacie energia jest magazynowana w postaci zredukowanego fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP H+) i trifosforanu adenozyny (ATP), który syntetyzuje się z difosforanu adenozyny (ADP) i nieorganicznego kwasu fosforowego w reakcji fotosyntetycznej fosforylacji. W związku z tym NADP H+ i ATP są głównymi produktami lekkiej fazy fotosyntezy. Zatem w pierwotnych procesach fotosyntezy związanych z absorpcją kwantu światła przez cząsteczkę chlorofilu ważną rolę odgrywają procesy przenoszenia energii. Fotofizyczny etap fotosyntezy polega na tym, że kwanty światła są absorbowane i przenoszą cząsteczki pigmentu do stanu wzbudzonego. Energia ta jest następnie przekazywana do centrum reakcji, w którym przeprowadzane są podstawowe reakcje fotochemiczne: separacja ładunku. Dalsza przemiana energii świetlnej w energię chemiczną przebiega przez szereg etapów, zaczynając od przemian redoks chlorofilu i obejmujących reakcje fotochemiczne (światło) i enzymatyczne (ciemność).

Oznacza to, że fotosynteza obejmuje przemianę energii (zjawisko zwane procesem świetlnym) i przemianę materii (proces ciemny). Proces jasny zachodzi w tylakoidach, proces ciemny w zrębie chloroplastów. Obydwa procesy fotosyntezy wyrażają się za pomocą oddzielnych równań:

12H 2 O = 12H 2 + 6O 2 + energia ATP (proces lekki).

Z tego równania jasno wynika, że ​​tlen uwalniany podczas fotosyntezy powstaje podczas rozkładu cząsteczek wody. Ponadto energia świetlna jest wykorzystywana do syntezy kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP) podczas fotofosforylacji.

6CO 2 + 12H 2 + energia ATP = C 6 H 12 O 6 + H 2 O (proces ciemny)

Reakcje ciemne wykorzystują produkty zgromadzone w fazie jasnej. Istotą ciemnych reakcji jest wiązanie CO2 i włączenie go do cząsteczki cukru. Proces ten nazwano cyklem Calvina na cześć amerykańskiego biochemika, który szczegółowo badał sekwencję ciemnych reakcji. Wykorzystanie wody jako źródła wodoru do syntezy cząsteczek organicznych dało roślinom ogromną przewagę ewolucyjną ze względu na jej wszechobecność (woda jest najobficiej występującym minerałem na Ziemi).

Ponieważ cały tlen fotosyntetyczny jest uwalniany z wody, powstałe równanie ma postać:

6CO 2 + 12H 2 O +hv= C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Wody po prawej stronie równania nie można zredukować, ponieważ znajdujący się w niej tlen ma inne pochodzenie (od CO 2). Dlatego fotosynteza jest procesem redoks, w którym woda jest utleniana do tlenu cząsteczkowego (O2), a dwutlenek węgla jest redukowany przez wodór w wodzie do węglowodanów.

Po zakończeniu każdego cyklu powstaje produkt końcowy: jedna cząsteczka cukru, która stanowi podstawę pierwotnej materii organicznej powstałej podczas fotosyntezy.

Dwutlenek węgla przedostaje się do roślin z powietrza, przekształcając się za pomocą energii promieniowania słonecznego w złożone, wysokoenergetyczne związki organiczne, które stanowią pokarm dla świata zwierząt. Zwierzęta, wykorzystując energię potencjalną substancji organicznych, ponownie uwalniają dwutlenek węgla. Według współczesnych koncepcji powyższe równanie fotosyntezy można przedstawić w formie diagramu:

W związku z tym fotosynteza składa się z dwóch sprzężonych układów reakcji: utleniania wody do tlenu i redukcji dwutlenku węgla przez wodór z wody do polisacharydów.

Liść pokryty jest od góry i od dołu bezbarwną skórką i kutikulą, która jest słabo przepuszczalna dla gazów. Dwutlenek węgla, który jest wchłaniany podczas fotosyntezy, przedostaje się do liścia przez aparaty szparkowe. Na 1 cm 2 powierzchni liścia udział szparek wynosi tylko 1 mm 2, pozostałą powierzchnię stanowi nieprzenikniony kutikuł. Dyfuzja CO 2 do liścia zachodzi bardzo intensywnie. Na przykład 1, cm 2 powierzchni liścia surmii pochłania 0,07 cm 3 CO 2 w ciągu 1 godziny, a ta sama powierzchnia roztworu alkalicznego pochłania 0,12-0,15 cm 3, czyli 2 razy więcej.

Procent energii świetlnej pochłoniętej przez arkusz jest wydawany na różne rodzaje pracy.

Cechy strukturalne liścia są ważne dla procesu fotosyntezy. Do górnej strony liścia przylega tkanka palisadowa, której komórki są ułożone prostopadle, ściśle przylegają do siebie i są bogate w chloroplasty. Miąższ palisadowy jest głównie tkanką asymilacyjną. Do dolnej części naskórka przylega miąższ gąbczasty z luźno ułożonymi komórkami i przestrzeniami międzykomórkowymi. Ta adaptacja u roślin jest ważna dla lepszej penetracji gazów do komórek (ryc. 1).

Aby proces fotosyntezy przebiegał w sposób ciągły, komórki muszą być dostatecznie nasycone wodą. W tych warunkach aparaty szparkowe są do pewnego stopnia otwarte. W takim przypadku nastąpi transpiracja i wymiana gazowa, liście zostaną dostatecznie zaopatrzone w dwutlenek węgla, tj. proces fotosyntezy będzie przebiegał normalnie.

Liść jest przesiąknięty wiązkami przewodzącymi, które zapewniają odpływ z niego produktów asymilacji, co jest bardzo ważne dla prawidłowego przebiegu procesu fotosyntezy, gdyż w komórkach przepełnionych produktami asymilacji, zwłaszcza skrobią, fotosynteza jest zahamowana i może całkowicie się zatrzymać.

Uprawa roślin w sztucznym świetle. Warunki najlepszego wykorzystania światła elektrycznego.

Badania wykazały, że na rozwój roślin istotny wpływ ma intensywność i skład widmowy światła. Pod tym względem eksperymenty V.I. są bardzo interesujące. Razumowa, który udowodnił, że światło czerwone działa jak naturalne światło dzienne, a światło niebieskie odbierane jest przez roślinę jako ciemność. Jeśli w nocy oświetlisz rośliny dnia krótkiego czerwonym światłem, nie zakwitną; W tych warunkach rośliny dnia długiego kwitną wcześniej niż w warunkach normalnych. Oświetlanie roślin w nocy niebieskim światłem nie zakłóca działania ciemności. Dlatego światło o dużej długości fali jest postrzegane jako światło dzienne, a światło o krótkiej długości fali jako ciemność. Zatem jakościowy skład światła wpływa na rozwój rośliny.

Istnieje jednak inny pogląd, a mianowicie, że wszystkie promienie świetlne, jeśli są wystarczająco intensywne, są odbierane przez roślinę jako światło dzienne. Uważa się, że skład widmowy światła jest prawie taki sam przez cały dzień. Znacząco zmienia się jedynie jego intensywność – najmniejsza jest rano i wieczorem, a największa w południe.

Ustalono, że skład widmowy światła świetlówek jest podobny do światła słonecznego, dlatego lampy te wykorzystuje się do uprawy roślin przy sztucznym oświetleniu.

Oprawy ze świetlówkami najlepiej umieszczać w rzędach, najlepiej równolegle do ściany z oknami lub dłuższego boku wąskiego pomieszczenia. Natomiast w pomieszczeniach przeznaczonych na rośliny optymalne rozmieszczenie lamp jest takie, aby kierunek padania światła zbliżał się do kierunku światła naturalnego.

Należy pamiętać, że nadmiar światła wpływa niekorzystnie na rośliny, proces fotosyntezy zostaje wstrzymany, rośliny osłabiają się i gorzej tolerują niekorzystne warunki. Fasola toleruje najdłuższe godziny dzienne - do 12 godzin.

31. W probówce z roztworem chlorofilu nie zachodzi fotosynteza, ponieważ proces ten wymaga zestawu enzymów znajdujących się na +

A. Cristach mitochondriów B. Granach chloroplastów

B. Siateczka śródplazmatyczna D. Błona plazmatyczna

32. Jakie pąki rozwijają się na liściach i korzeniach roślin kwiatowych?+

A. Akcesoria B. Wierzchołkowy C. Pachowy D. Boczny

33. Źródłem węgla wykorzystywanego przez rośliny w procesie fotosyntezy jest cząsteczka +

A. Kwas węglowy B. Węglowodór

B. Polisacharyd G. Dwutlenek węgla

34. Aby poprawić oddychanie korzeni roślin uprawnych, konieczne jest +

A. Pielenie

B. Systematycznie podlewaj rośliny

B. Okresowo poluzuj glebę wokół rośliny

D. Okresowo zasilaj rośliny nawozami mineralnymi

35. Przystosowanie roślin do ograniczania parowania wody – obecność-G

A. Szparki na górnej stronie liścia

B. Duża liczba blaszek liściowych

B. Szerokie blaszki liściowe

G. Nalot woskowy na liściach

36. Zmodyfikowany podziemny pęd bylin o pogrubionej łodydze, pąkach, korzeniach przybyszowych i liściach łuskowatych to +

A. Korzeń główny B. Kłącze

B. Korzeń boczny D. Bulwa korzeniowa

37. Podziemny pęd różni się od korzenia tym, że ma +

A. Pąki wegetatywne

B. Obszary obiektów

B. Strefy ssania

G. włośniki

38. Jakie nawozy wspomagają wzrost zielonej masy roślin?-B

A. Organiczne B. Azot

B. Potas D. Fosfor

39. Nazywa się właściwość organów roślinnych do zginania się pod wpływem grawitacji +

A. Hydrotropizm B. Fototropizm

B. Geotropizm D. Chemotropizm

40. Zewnętrznym sygnałem stymulującym początek opadania liści u roślin jest +

A. Wzrost wilgotności otoczenia

B. Skrócenie długości dnia dziennego

B. Zmniejszanie wilgotności otoczenia

D. Wzrost temperatury otoczenia

41. Zalanie pól pszenicy wczesną wiosną roztopioną wodą czasami prowadzi do śmierci sadzonek, ponieważ zakłóca to proces+

A. Fotosynteza spowodowana brakiem tlenu

B. Oddychanie z powodu braku tlenu

B. Pobieranie wody z gleby

D. Parowanie wody

Część B

Pytanie 1(wybierz kilka poprawnych odpowiedzi z sześciu)

Wartość transpiracji+3

A. reguluje skład gazu wewnątrz blachy

B. wspomaga ruch wody

V. zapewnia atrakcyjność zapylaczy

G. poprawia transport węglowodanów

D. reguluje temperaturę liści

E. zmniejsza ciężar właściwy liści

Pytanie 2(wybierz kilka poprawnych odpowiedzi z sześciu)

Czapka korzeniowa pełni funkcje +3

A. zapewnia negatywny geotropizm

B. zapewnia pozytywny geotropizm

V. ułatwia wnikanie korzeni w glebę

G. przechowuje składniki odżywcze

D. chroni aktywnie dzielące się komórki

E. uczestniczy w transporcie substancji

O 3. Wybierz wiele poprawnych odpowiedzi

Jakie jest znaczenie fotosyntezy?+2

A. w dostarczaniu wszystkim istotom żywym substancji organicznych

B. w rozkładzie biopolimerów na monomery

B. w utlenianiu substancji organicznych do dwutlenku węgla i wody

G. w dostarczaniu energii wszystkim żywym istotom

D. wzbogacanie atmosfery w tlen niezbędny do oddychania

E. we wzbogacaniu gleby w sole azotowe

O 4. Ustal zgodność pomiędzy najważniejszymi procesami i fazami fotosyntezy+6

O 5. Ustal prawidłową kolejność procesów fotosyntezy+5

A. stymulacja chlorofilu 1

B. synteza glukozy 5

B. połączenie elektronów z NADP+ i H+3

D. wiązanie dwutlenku węgla 4

D. fotoliza wody 2

NA 6. Wybierz wiele poprawnych odpowiedzi

Wybierz procesy zachodzące w fazie jasnej fotosyntezy+3

A. fotoliza wody B. synteza węglowodanów

B. wiązanie dwutlenku węgla D. Synteza ATP

D. uwolnienie tlenu E. hydroliza ATP

W 7. Wybierz wiele poprawnych odpowiedzi +3

W ciemnej fazie fotosyntezy, w odróżnieniu od fazy jasnej,

A. fotoliza wody

B. redukcja dwutlenku węgla do glukozy

B. synteza cząsteczek ATP z wykorzystaniem energii światła słonecznego

D. połączenie wodoru z transporterem NADP+

D. wykorzystanie energii cząsteczek ATP do syntezy węglowodanów

E. powstawanie cząsteczek skrobi z glukozy

O 8. Wybierz kilka poprawnych odpowiedzi -

Jakie procesy wywołuje w liściu energia światła słonecznego?

A. Powstawanie tlenu cząsteczkowego w wyniku rozkładu wody

B. Utlenianie kwasu pirogronowego do dwutlenku węgla i wody

B. Synteza cząsteczek ATP

D. Rozkład biopolimerów na monomery

D. Rozkład glukozy do kwasu pirogronowego

E. Powstawanie wodoru atomowego w wyniku oderwania elektronu od cząsteczki wody przez chlorofil

O 9. Wybierz kilka poprawnych odpowiedzi.

Jakie funkcje pełni liść w organizmie roślinnym?+3

A. Pochłanianie wody i minerałów

B. Synteza substancji organicznych z minerałów

B. Wymiana gazowa z otoczeniem

D. Wzrost roślin pod względem długości i grubości

D. Tworzenie tkanek i narządów

E. Transpiracja

Część C

C1. (szczegółowa odpowiedź)

Udowodnić, że kłącze roślin jest zmodyfikowanym pędem

Kłącze rośliny jest zmodyfikowanym pędem, ponieważ ma korzenie przybyszowe.

C2 (krótka odpowiedź)

Dlaczego na leśnych ścieżkach nie ma roślin lub jest ich bardzo mało?

Ponieważ ludzie i zwierzęta poruszające się po ścieżkach depczą rośliny.

C3(krótka odpowiedź)

W jakim celu przy przesadzaniu sadzonek kapusty odcina się czubek korzenia?

Końce korzeni kapusty są ściskane, aby przyspieszyć wzrost korzeni przypadkowych kapusty.

C4(krótka odpowiedź)

Dlaczego konieczne jest poluzowanie gleby podczas uprawy roślin?

Przy uprawie roślin konieczne jest spulchnienie gleby, aby zapewnić korzeniom dobry dostęp do wilgoci i tlenu.

C5(szczegółowa odpowiedź)

Jaką rolę odgrywają aparaty szparkowe w życiu roślin?

Za pomocą aparatów szparkowych następuje wymiana gazowa między liściem a środowiskiem.

C6 (szczegółowa odpowiedź)

Opadanie liści jest bardzo ważne w życiu roślin. Co to jest?

Polega na adaptacji roślin do zmian klimatycznych. Zmniejsza się parowanie wody, chlorofil ulega zniszczeniu. Opadające liście gniją, tworząc nawóz dla drzew.

C7 (szczegółowa odpowiedź) Słoje roczne są zwykle wyraźnie widoczne na przekroju pnia rośliny drzewiastej. Co można z nich ustalić?

Obserwując słoje, można określić, ile sezonów wegetacyjnych miało drzewo i jak zmienił się klimat w trakcie jego istnienia.

C8. (szczegółowa odpowiedź) Jakie znaczenie dla życia na Ziemi ma proces fotosyntezy?

W wyniku fotosyntezy powstaje tlen niezbędny do życia ludzi i zwierząt.

C9. (krótka odpowiedź) Proces fotosyntezy zachodzi intensywnie w liściach roślin. Czy występuje w owocach dojrzałych i niedojrzałych? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

C10. W XVII wieku holenderski naukowiec Van Helmont przeprowadził eksperyment. Po zważeniu rośliny i gleby zasadził małą wierzbę w wannie z ziemią i podlewał ją tylko przez kilka lat. Po 5 latach naukowiec ponownie zważył roślinę. Jego masa wzrosła o 63,7 kg, masa gleby zmniejszyła się zaledwie o 0,06 kg. Wyjaśnij, dlaczego nastąpił wzrost masy roślin, jakie substancje ze środowiska zewnętrznego zapewniły ten wzrost.

C11.(długa odpowiedź) Dlaczego zaoranie gleby poprawia warunki życia roślin uprawnych?

C12. (krótka odpowiedź) Jakie procesy zapewniają przepływ wody i minerałów w całej roślinie? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

C13.(krótka odpowiedź) Ogrodnicy zrywając sadzonki kapusty uszczypują wierzchołek głównego korzenia, a przy rozmnażaniu krzewów porzeczki korzystają z sadzonek pędowych, na których rozwijają się korzenie przybyszowe. Obie te rośliny kwitnące należą do klasy roślin dwuliściennych. Wyjaśnij, jaki system korzeniowy będzie miała kapusta wyhodowana z tej sadzonki i jaki system korzeniowy będzie miała porzeczka wyhodowana z łodygi.

Odpowiedzi

pytanie	odpowiedź	pytanie	odpowiedź	pytanie	odpowiedź	pytanie	odpowiedź	pytanie	odpowiedź
	B		G		B		B		B
	B		A		A		A
	G		G		A		G
	W		G		B		W
	B		B		G		G
	W		G		A		B
	A		W		B		A
	B		A		B		B
	G		W		G		W
	W		A		G		B

Częściowo

pytanie	odpowiedź
W 1	Administrator danych
O 2	BVD
O 3	AGD
O 4	AAAAA
O 5	ADVGB
NA 6	AGD
W 7	BDE
O 8	ZDROWAŚKA
O 9	PSZCZOŁA

C1.. 1. kłącze ma węzły, w których znajdują się podstawowe liście i pąki;

2. na szczycie kłącza znajduje się pączek wierzchołkowy, który warunkuje wzrost pędu;

3. korzenie przybyszowe wystają z kłącza;

4. wewnętrzna budowa anatomiczna kłącza jest podobna do łodygi;

C2. Ciągłe deptanie prowadzi do zagęszczenia gleby (zaburzenie reżimu wodno-powietrznego korzeni) i ucisku roślin

C3. Zwiększenie liczby korzeni bocznych, co prowadzi do zwiększenia powierzchni odżywiania roślin

C4. Aby poprawić oddychanie korzeni i zmniejszyć parowanie wody z gleby.

C5. Szparki to wysoce wyspecjalizowana formacja naskórka roślinnego, składająca się z dwóch komórek ochronnych i przestrzeni międzykomórkowej (szczeliny szparkowej) pomiędzy nimi. Przez aparaty szparkowe następuje transpiracja i wymiana gazowa. Transpiracja to parowanie wody przez roślinę. Transpiracja reguluje reżim wodny i temperaturowy rośliny

C6. 1. zapewnia oszczędność wody i składników odżywczych niezbędnych do przetrwania okresu zimowego

2. Chroni roślinę przed uszkodzeniami mechanicznymi w okresie zimowym

3. uwalnia końcowe produkty przemiany materii zgromadzone w liściach.

C7. 1. Przybliżony wiek rośliny

2. Warunki wzrostu w różnych okresach życia

3. Położenie kierunków kardynalnych

C8. 1. Uwalnianie wolnego tlenu niezbędnego do oddychania wszystkich żywych organizmów

2. Tworzenie substancji organicznych niezbędnych dla wszystkich żywych organizmów

3. Przemiana energii słonecznej na energię wiązań chemicznych, dostępną dla wszystkich organizmów żywych.

4. Tworzenie warstwy ozonowej chroniącej przed szkodliwym działaniem promieni UV

C9. 1. Fotosynteza zachodzi w niedojrzałych owocach (kiedy są zielone), ponieważ zawierają chloroplasty

2. W miarę dojrzewania chloroplasty zamieniają się w chromoplasty, w których nie zachodzi fotosynteza

C10. 1. masa roślin wzrasta pod wpływem substancji organicznych powstających podczas fotosyntezy

2. W procesie fotosyntezy wykorzystuje się wodę i dwutlenek węgla, które pochodzą ze środowiska zewnętrznego

C11. 1. Wspomaga niszczenie chwastów i ogranicza konkurencję z roślinami uprawnymi.

2. Pomaga zaopatrzyć rośliny w wodę i minerały

3. Zwiększa dopływ tlenu do korzeni

C12. 1. Od korzenia do liści woda i rozpuszczone w niej sole mineralne przemieszczają się naczyniami na skutek transpiracji, co powoduje powstanie siły ssącej. 2. Przepływ rośliny w górę ułatwia ciśnienie korzeni, które powstaje w wyniku stałego dopływu wody do korzenia na skutek różnicy w stężeniu substancji w komórkach i środowisku

C13. 1. Rodzaj systemu korzeniowego to początkowo korzeń palowy w kapuście i porzeczkach (dwuliściennych). Podczas zbierania kapusty po uszczypnięciu główny korzeń przestaje rosnąć (ponieważ strefy podziału i wzrostu są usuwane) i rozpoczyna się rozwój korzeni bocznych i przypadkowych. Kiedy sadzonki pędów porzeczki ukorzeniają się, rozwijają się korzenie przybyszowe. Tym samym system korzeniowy w obu przypadkach stanie się podobny do włóknistego (przeważający rozwój korzeni bocznych i przybyszowych)

Nazywa się organizmy żywiące się nieorganicznym źródłem węgla (dwutlenkiem węgla). autotroficzne (autotrofy)(Greckie autos – on sam) i organizmy korzystające ze źródła węgla organicznego – heterotroficzny (heterotroficzny)(Greckie heteros - inne). W przeciwieństwie do heterotrofów, autotrofy zaspokajają całe swoje zapotrzebowanie na substancje organiczne, syntetyzując je z prostych związków nieorganicznych.

W tabeli Rysunek 9.1 przedstawia obie klasyfikacje – według źródła energii i źródła węgla. Ich związek jest wyraźnie widoczny. Ponadto ujawnia się kolejna bardzo ważna zasada, a mianowicie, że organizmy chemotroficzne są całkowicie zależne od organizmów fototroficznych, które dostarczają im energii, a organizmy heterotroficzne są całkowicie zależne od autotrofów, które dostarczają im związków węgla.

Tabela 9.1. Klasyfikacja organizmów żywych według głównego źródła węgla i energii *

* (Większość organizmów to fotoautotrofy lub chemoheterotrofy.)

Najważniejszymi grupami są fotoautotrofy (do których zaliczają się wszystkie rośliny zielone) i chemoheterotrofy (wszystkie zwierzęta i grzyby). Jeśli na chwilę pominiemy niektóre bakterie, sytuacja stanie się jeszcze prostsza i możemy powiedzieć, że organizmy heterotroficzne ostatecznie zależą od roślin zielonych, które dostarczają im energii i węgla. Czasami nazywane są organizmy fotoautotroficzne holofityczny(Greckie holos - cały, kompletny, fiton - roślina).

9.1. Określ, czym jest odżywianie fotoautotroficzne i odżywianie chemoheterotroficzne.

Pomijając na razie dwie mniejsze grupy (patrz tabela 9.1), musimy jednak od razu zauważyć, że bardzo ważna jest także aktywność życiowa organizmów chemosyntetyzujących - zobaczymy to w dalszej części. 9.10 i 9.11.

Kilku organizmów nie można całkowicie zaklasyfikować do żadnej z czterech grup. Na przykład Euglena zwykle zachowuje się jak autotrof, ale niektóre gatunki mogą żyć jako heterotrofy w ciemności, jeśli dostępne jest źródło węgla organicznego. Związek pomiędzy dwiema głównymi kategoriami ilustruje dalej ryc. 9,1; Pokazuje także, w jaki sposób przepływy energii i węgla są uwzględnione w ogólnym cyklu między organizmami żywymi a środowiskiem. Zagadnienia te mają istotne implikacje ekologiczne (rozdział 12).

Węgiel jest uwalniany podczas oddychania w postaci CO 2, który następnie w procesie fotosyntezy przekształca się z powrotem w związki organiczne. Obieg węgla przedstawiono bardziej szczegółowo na ryc. 9.2, który pokazuje rolę, jaką w tym procesie odgrywają organizmy chemosyntetyczne.

Ryż. 9.2. Obieg węgla. Pogrubione strzałki pokazują dominującą ścieżkę (z dwóch możliwych). Według niektórych przybliżonych szacunków rzeczywista ilość węgla wynosi: W oceanie: (głównie w fitoplanktonie): 40·10 12 kg węgla rocznie jest utrwalane w procesie fotosyntezy w postaci CO 2. Większość z nich jest następnie uwalniana poprzez oddychanie. Na lądzie: 35·10 12 kg węgla rocznie wiąże się podczas fotosyntezy w postaci CO 2; 10.10 Podczas oddychania roślin i zwierząt uwalnia się 12 kg węgla rocznie; 25.10 Podczas oddychania rozkładających się organizmów uwalnia się 12 kg węgla rocznie; 5.10 W wyniku spalania paliw kopalnych uwalnianych jest 12 kg węgla rocznie; ilość ta wystarczy, aby stopniowo zwiększać stężenie dwutlenku węgla w atmosferze i oceanach

9.2. Spójrz na rys. 9.2. Jakie rodzaje żywności przedstawiono tutaj a) na szarym tle ib) na białym tle?