§ 17. Синтез органічних речовин

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Більшість листків мають зелене забарвлення. Чому так? Можливо, зелене світло є найважливішим у фотосинтезі? Чи однакову роль у фотосинтезі відіграють різні спектри видимого світла?

Більшість листків мають зелене забарвлення через пігмент хлорофіл, який поглинає промені синього й червоного спектрів, а зелені промені відбиває та пропускає. Зелене світло не є найважливішим для фотосинтезу, оскільки рослини майже не засвоюють його. Різні спектри видимого світла відіграють неоднакову роль: найбільшу інтенсивність фотосинтезу забезпечують саме синя та червона частини спектра.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Який із графіків (мал. 17.1) відображає залежність інтенсивності фотосинтезу від температури, а який — від інтенсивності освітлення? На який з них схожий графік залежності інтенсивності фотосинтезу від умісту $\text{СО}_2$?

Лівий графік відображає залежність інтенсивності фотосинтезу від освітлення, оскільки зі зростанням освітленості швидкість процесу поступово зростає до рівня насичення. Правий графік показує залежність від температури: він має куполоподібну форму з температурним оптимумом, після якого ферменти руйнуються і фотосинтез різко припиняється. Графік залежності фотосинтезу від умісту $\text{СО}_2$ подібний до лівого графіка (залежності від світла).

2. Тобі знайоме сумарне рівняння фотосинтезу: $6\text{СО}_2 + 6\text{Н}_2\text{О} = \text{С}_6\text{Н}_{12}\text{О}_6 + 6\text{О}_2 \uparrow$? Поміркуй, з якої сполуки може виділятися кисень під час фотосинтезу? Яким методом науковці змогли перевірити свої припущення?

Кисень під час фотосинтезу виділяється з молекул води внаслідок її розщеплення (фотолізу) у світловій фазі, а не з вуглекислого газу. Науковці перевірили це припущення за допомогою методу мічених атомів, використавши воду з важким ізотопом Оксигену.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Яке планетарне значення фотосинтезу?

Планетарне значення фотосинтезу полягає в таких процесах:

• Забезпечує надходження кисню для дихання переважної більшості організмів та формує захисний озоновий шар планети.
• Створює органічні речовини, які є їжею та джерелом енергії для гетеротрофів.
• Поглинає вуглекислий газ з атмосфери, стримує парниковий ефект і стабілізує клімат на Землі.

2. Опиши основні процеси у світловій і темновій фазах фотосинтезу.

У світловій фазі, яка відбувається на мембранах тилакоїдів за участі світла, хлорофіл поглинає фотони й збуджується. Відбувається фотоліз води з утворенням вільного кисню, а також синтезуються молекули $\text{АТФ}$ та $\text{НАДФ}\cdot\text{Н}$.

У темновій фазі, яка перебігає у стромі хлоропласта незалежно від світла, проходить фіксація вуглекислого газу за участю сполуки РиБФ у циклі Кальвіна. Завдяки енергії $\text{АТФ}$ та електронам від $\text{НАДФ}\cdot\text{Н}$ утворюються кінцеві органічні продукти — молекули глюкози.

3. Які організми здатні до хемосинтезу? Де вони черпають енергію?

До хемосинтезу здатні лише деякі прокаріоти — бактерії та археї. Вони черпають енергію з хімічних реакцій окиснення неорганічних речовин. До хемосинтетиків належать нітрифікуючі бактерії (окиснюють сполуки Нітрогену), залізобактерії (окиснюють сполуки Феруму), сіркобактерії (окиснюють неорганічну сірку та сульфіди) і водневі бактерії (окиснюють водень).

4. Порівняй фотосинтез і хемосинтез. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 17.2.

Фотосинтез і хемосинтез — це автотрофні шляхи утворення органічних сполук з неорганічних, які різняться джерелом енергії та групами організмів.

Розподіліть картки з характеристиками за трьома групами: ознаки, притаманні фотосинтезу і хемосинтезу; ознаки фотосинтезу, що не властиві хемосинтезу; ознаки хемосинтезу, що не властиві фотосинтезу.

Ознаки, притаманні фотосинтезу і хемосинтезу:

Синтезуються органічні речовини з неорганічних

Фіксується джерело Карбону - зазвичай вуглекислий газ

Відбувається з поглинанням енергії зовні

Синтезується АТФ

Ознаки фотосинтезу, що не властиві хемосинтезу:

Поглинається світлова енергія

Використовується хлорофіл

Відбувається лише за наявності світла

Зазвичай виділяється кисень

Відбувається і в прокаріотів, і в еукаріотів

Ознаки хемосинтезу, що не властиві фотосинтезу:

Поглинається енергія окиснення хімічних речовин

Часто у процесах окиснення використовується кисень

Може відбуватися в темряві

Відбувається лише в прокаріотичних клітинах

5. Які чинники впливають на перебіг фотосинтезу? Запропонуй способи підвищення інтенсивності фотосинтезу у замкненому просторі (теплиці).

На фотосинтез впливають рівень освітленості, довжина світлових хвиль, температура, доступність води та концентрація вуглекислого газу в повітрі.

Для прискорення фотосинтезу в теплиці доцільно:

• установити червоні та сині світлодіодні фітолампи для повноцінного освітлення;
• підвищити рівень $\text{СО}_2$ через дозоване підживлення газом;
• підтримувати оптимальну температуру в межах +20…+25 °C;
• забезпечити стабільний крапельний полив рослин водою з мінеральними добривами.

6. Досліди вплив інтенсивності освітлення і спектру світла на швидкість виділення кисню у світловій фазі фотосинтезу з інтерактивними симуляціями. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 17.3.

ДОСЛІДЖЕННЯ 1

Заповни таблицю результатів дослідження інтенсивності виділення кисню.

ДОСЛІДЖЕННЯ 1

Заповни таблицю результатів дослідження інтенсивності виділення кисню.

Зроби висновки

Найефективніше фотосинтез відбувається під синім та червоним світлом, тому що хлорофіл поглинає саме ці промені для утворення органічних речовин і виділення кисню. Під зеленим світлом кількість виділених бульбашок залишається стабільно мінімальною (по 6 бульбашок), адже рослини майже не поглинають цей спектр і відбивають його. Зі збільшенням потужності лампи з 40 до 100 Вт швидкість фотосинтезу помітно зростає під синім і червоним фільтрами, оскільки клітини отримують більше світлової енергії.

ДОСЛІДЖЕННЯ 2

Запропонуй гіпотезу дослідження.

Рослини найкраще ростимуть під синім та червоним світлом, а під зеленим фільтром їхній ріст буде найповільнішим або майже припиниться.

Заповни таблицю вимірювання висоти рослин під світлом різних ділянок спектра.

Зроби висновки.

Найкраще всі рослини ростуть під синім та червоним світлом, де зафіксована найбільша висота пагонів

Зелений спектр є найменш сприятливим для розвитку, оскільки під ним усі культури виросли лише на 1 см через відбивання зелених променів хлорофілом.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Кисень під час фотосинтезу утворюється з молекул води внаслідок фотолізу, а не з вуглекислого газу.
• Хлорофіл поглинає червоні й сині промені, тому листки виглядають зеленими.
• Хемосинтез властивий виключно бактеріям і археям, які використовують енергію хімічного окиснення сірки, водню, сполук заліза чи азоту.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я побачив зв’язок між процесами у світловій та темновій фазах фотосинтезу: світлова фаза постачає енергію у формі $\text{АТФ}$ та $\text{НАДФ}\cdot\text{Н}$, а темнова фаза використовує їх у циклі Кальвіна для утворення глюкози.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Мені було непросто запам’ятати локалізацію кожної фази всередині хлоропласта. Подолати цю трудність допомогли схема будови хлоропласта з підручника та зіставлення тилакоїдів зі світлом, а строми — із циклом Кальвіна.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Я зможу застосувати ці відомості під час догляду за розсадою та кімнатними рослинами, правильно налаштовуючи спектр фітоламп і провітрювання приміщення.