Учеба  ->  Науки  | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Фотосинтез у аквариумных растений

Климентий Аркадьевич Тимирязев так описывал величайший процесс живой природы: «Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку или, точнее сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез». Что же произошло с ним?

Работая на летней экологической площадке, я проводил эксперименты с водными растениями и обнаружил, что они на свету выделяют кислород. Дома у меня есть аквариум, в котором кроме рыбок обитают и различные водные растения. Папа мне объяснил, что они нужны для питания и дыхания рыб. Меня заинтересовало, как водные растения образуют кислород, какие из них выделяют его больше.

История открытия процесса фотосинтеза

Фотосинтез был открыт в конце XVIII столетия. В 1771г. Английский химик Джозеф Пристли проделал такой опыт. Он заключил мышь под стеклянный колпак. Через пять часов мышь погибла. Однако при наличии под колпаком ветки мяты она осталась живой (приложение №1). Отсюда Пристли сделал вывод, что животные своим дыханием делают воздух непригодным для жизнедеятельности организма, а растения дыханием восстанавливают его, т. е. делают пригодным для жизни.

Голландец Ингенхуз (1779г) показал, что непременным условием удачного опыта является наличие солнечного света. Большой вклад в познание фотосинтеза внес русский ученый К. А. Тимирязев во второй половине XIX в.

Фотосинтез

Фотосинтез – образование клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями органических веществ и выделение кислорода при участии энергии света.

Фотосинтез – это процесс, от которого зависит вся жизнь на Земле. В ходе фотосинтеза растение вырабатывает из неорганических веществ необходимые для жизни всего живого органические вещества. Углекислый газ, содержащийся в воздухе, проникает в лист через особые отверстия в кожице листа, которые называют устьицами. Вода и минеральные вещества поступают из почвы в корни и отсюда транспортируются к листьям. Энергию, необходимую для получения органических веществ из неорганических поставляет солнце; эта энергия поглощается пигментами растений, главным образом хлорофиллом. Свободный кислород, также образующийся в процессе фотосинтеза, выделяется в атмосферу.

Химическое уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом: ферменты

6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2

С языка химических формул это можно перевести так: ферменты

Углекислый газ + вода сахар + кислород

Строение хлоропластов

Фотосинтез происходит только в клетках листьев и в некоторых случаях в стеблях зеленых растений, которые содержат хлоропласты. Форма их почти одинакова у всех растений. Хлоропласты имеют зеленый цвет, овальную форму. Размер их 4 – 6 мкм. Они очень маленькие, но в каждой клетке их много. У дерева высотой 25 м общая площадь поверхности листьев составляет 1200 квадратных метров, а общая площадь хлоропластов – 18000 квадратных метров! С поверхности каждый хлоропласт ограничен двумя мембранами. Внутри он заполнен жидкостью, в которой располагаются несколько десятков особых, связанных между собой цилиндрических структур – гран. Каждая грана состоит из нескольких десятков наложенных друг на друга плоских мешочков из мембран. В гранах сосредоточен весь хлорофилл, участвующий в процессе фотосинтеза.

Большое значение хлорофилла на нашей планете подчеркнул Ч. Дарвин. В личной беседе с К. А. Тимирязевым он сказал, что хлорофилл «самое интересное из веществ во всем органическом мире на Земле».

Значение фотосинтеза

В результате фотосинтеза на Земле образуется 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяется 200 миллиардов тонн свободного кислорода в год. Созданная фотосинтезом атмосфера защищает живое от губительного ультрафиолетового излучения (озоновый экран).

Методика эксперимента

Методика опыта по изучению процессов, происходящих во время фотосинтеза у водных растений (выделение кислорода) нами была взята из пособия «Физиология растений», автор П. А. Генкель.

Чтобы доказать, что при фотосинтезе на свету выделяется кислород, надо взять водное растение элодею. Несколько веточек ее поместить в наполненную водой широкую банку срезами вверх и накрыть их воронкой. Затем пробирку, наполненную водой, зажать большим пальцем и надеть ее под водой на конец воронки. Выделяющийся во время фотосинтеза кислород легче воздуха, поэтому он будет подниматься вверх в пробирке и вытеснять из нее воду. Объем выделившегося кислорода можно определить по объему вытесненной воды. В воду необходимо положить немного (на кончике ножа) гидрокарбоната натрия – питьевой соды, который служит источником углекислого газа:

2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O

Банку выставить на свет. На свету сразу же начинается выделение пузырьков газа, который вытесняет воду из пробирки. Чтобы убедиться, что выделенный газ – кислород, надо осторожно снять пробирку, закрыть ее пальцем и внести в нее тлеющую лучину. Лучина вспыхнет. Для эксперимента мною были взяты три водных растения: элодея канадская, валлиснерия, кабомба.

Оборудование

Растения: элодея канадская, валлиснерия, кабомба.

Лабораторное оборудование: штативы, банки, пробирки с делениями, воронки, весы.

Вещества: вода, сода.

Эксперимент

Я взвесил водные растения по 8 граммов, каждое поместил в банки с водой под воронки. На воронки сверху надел градуированные пробирки с водой и поместил на свет. Каждый опыт проводился в течение 6 часов.

Контроль: элодея канадская – естественное освещение

Контроль: валлиснерия – естественное освещение

Контроль: кабомба – естественное освещение

1 серия:

Опыт 1: элодея канадская – интенсивное освещение

Опыт 2: валлиснерия – интенсивное освещение

Опыт 3: кабомба – интенсивное освещение

2 серия:

Опыт 1: элодея канадская – продолжительное освещение

Опыт 2: валлиснерия – продолжительное освещение

Опыт 3: кабомба – продолжительное освещение.

Контроль проводился при естественном освещении в течение 6 часов. Объем кислорода, выделенного элодеей, составил 0,8 мл, валлиснерией –

0,7 мл, кабомбой – 0,4 мл.

Первый опыт продолжался так же 6 часов, но дополнительно рядом с аквариумом я включал настольную лампу. Наибольший объем кислорода -8,8 мл, выделила элодея, наименьший – 5 мл, - кабомба.

Второй опыт продолжался 12 часов при естественном освещении. Элодея выделила 1,2 мл кислорода, валлиснерия – 1 мл, кабомба – 0,6 мл. Ожидаемое увеличение выделившегося кислорода в 2 раза не произошло из-за неравномерного освещения в данный период.

Как у наземных, так и у водных растений происходит жизненно важный процесс – фотосинтез. Его интенсивность зависит от различных факторов: продолжительности светового дня, яркости освещения, среды обитания организмов, принадлежности растения к тому или иному виду.

Процесс фотосинтеза связан с зелеными пластидами – хлоропластами, в которых находится зеленый пигмент – хлорофилл.

В процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ и выделяется кислород. Органические вещества служат источником питания растения, а кислород идет на процессы дыхания и окисления этих веществ.

Интенсивность фотосинтеза можно определить по объему выделяемого кислорода.

В ходе эксперимента я выяснил, что наибольшее количество кислорода выделяет водоросль элодея канадская, поэтому в аквариумах лучше разводить это растение.

Для большего содержания кислорода в воде необходимо использовать дополнительное искусственное освещение, что способствует увеличению объема выделяемого кислорода.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)