Изучение процесса фотосинтеза

Фотосинтез является основным процессом превращения солнечной энергии в энергию химических связей, процессом накопления биомассы и продуцирования кислорода.

Фотосинтез идет при наличии в растениях хлорофилла а. Хлорофилл улавливает кванты света и под их воздействием испускает электроны с высокой энергией. Эти электроны в результате передачи по электронно-транспортной цепи улавливаются молекулами - переносчиками электронов. При этом образуются новые химические связи, в которых аккумулирована солнечная энергия. Затем образующиеся вещества участвуют в процессах связывания СО₂, т.е. отдают энергию своих связей на вовлечение СО₂ в процесс синтеза органических соединений.

Благодаря фотосинтезу на Земле возникает ежегодно более 100 млрд. т. органических веществ, потребляется, аккумулируется энергии во много раз больше, чем используется человеком во всей его деятельности.

Загрязнение природной среды приводит как к прямому (воздействие гербицидов) подавлению процесса фотосинтеза, так и к его нарушению через повреждение листьев (озоном, оксидом серы), уменьшение прозрачности и закупорки устьиц (сажей, промышленной пылью).

Все живое на Земле зависит от фотосинтеза - либо непосредственно, либо, как в случае с животными, косвенно. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, что необходимо для всех аэробных форм жизни. А человечество зависит от фотосинтеза еще и потому, что оно использует ископаемое энергетическое топливо, которое образовалось за многие миллионы лет.

Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением:

 

 

Такого соединения, как СН₂О, не существует, но эта формула отражает состав углеводов.

В опытах с мечеными атомами было установлено, что источником кислорода в данной реакции служит вода: из каждой молекулы воды выделяется один атом кислорода. В сбалансированном виде уравнение должно выглядеть так:

 

Это самое точное итоговое уравнение фотосинтеза; к тому же из него дополнительно вытекает, что вода в процессе фотосинтеза не только используется, но и образуется.

Всем фотосинтезирующим организмам необходим источник водорода; у растений - это вода: водород получается путем расщепления воды на кислород и водород. Для этого расщепления нужна энергия, которую и дает свет. Кислород выделяется как ненужный побочный продукт. Образующийся водород взаимодействует с СО₂, и образуется углевод.

Способность использовать свет как источник энергии, необходимой для роста, присуща некоторым группам бактерий. Пурпурные и зеленые бактерии можно рассматривать как реликтовые организмы, дошедшие до нас из времен начальной эволюции фотосинтеза. Они не в состоянии использовать в качестве донора водорода воду; им требуются доноры с более высокой степенью восстановления (сероводород H₂S, водород или органические вещества):

 

 

Фотосинтез у этих бактерий протекает без выделения кислорода. Во время окисления H₂S в их клетках в качестве промежуточного продукта откладывается сера.

Цель работы: ознакомиться с процессом фотосинтетического образования, углеводов в растительных тканях.

Оборудование и реактивы: стакан (0,25 л); стеклянный колпак; лампа настольная; электроплитка; спирт этиловый; раствор йода в йодистом калии.