“Фотосинтез и его значение для жизни на Земле”. Автор: Кондрашова Анастасия Сергеевна. Работа №446450

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Весьегонская средняя общеобразовательная школа»

 

Исследовательский проект

 

 

“Фотосинтез и его значение для жизни на Земле”

 

 

Работу выполнила: ученица 11 класса

Кондрашова Анастасия Сергеевна

Руководитель: Полубенцева Елена Викторовна

 

 

 

 

 

Весьегонск, 2024

Содержание работы

 

Паспорт проекта…………………………………………………..……...……..3

Введение…………………………………………………………..……....…….4

Глава1. Понятие «Фотосинтеза»……………….…………….………..………5

1.1. История возникновения фотосинтеза…………….……………..…..……5

Глава 2.Как проходит фотосинтез…………………………………..…….…...7

2.1. Световая фаза….……………………………………….…………..………8

2.2. Темновая фаза ……………………………..………………………………10

Глава 3.Значение фотосинтеза на земле………………………………………12

4. Источники………………………………………………..…………………..14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Паспорт проекта

Название проекта:

«Фотосинтез и его значение для жизни на Земле»

Руководитель проекта:

Полубенцева

Елена Викторовна

Название образовательного учреждения:

МБОУ «Весьегонская СОШ»

Состав проектной группы:

индивидуальный

Продолжительность проекта:

2023

-

2024

Режим работы:

сбор информации,

изучение литературы по данной теме,

практическая работа

(создание работы).

Актуальность:

 актуальность изучения фотосинтеза заключается в его значимости для понимания жизненных процессов растений, адаптации к окружающей среде и разработки новых методов использования солнечной энергии. Изучение фотосинтеза является важным шагом в области биологии и энергетики, и его результаты могут иметь широкие практические применения. 

Цель проекта:

узнать, что есть фотосинтез, как он происходит, выяснить его значение в жизни на Земле

.

Задачи проекта:

и

зучить фотосинтез

;

р

азобрать процессы фотосинтеза

;

у

знать значение фотосинтеза на жизнь на Земле

.

Этапы работы над проектом:

Определение целей и задач проекта

.

Сбор, анализ и систематизация найденной информации

.

Оформление проекта

.

Объект исследования:

фотосинтез

.

Конечный результат:

индивидуальный проект

.

 

 

 

Введение

Любой живой организм, как и отдельная клетка, является открытой системой, то есть способная обмениваться с окружающей средой и энергией и веществом. Всю совокупность реакций, протекающих в организме называют метаболизмом (с греческого превращение). Метаболизм состоит из Анаболизма и катаболизма. Катаболизм переводится, как расщепление. Катаболизм это расщепление различных высокомолекулярных соединений на простые и всё это происходит с выделением энергии. Все организмы можно разделить на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы используют в качестве источника углерода неорганические вещества-СО2. Гетеротрофы не способны же на такое, они лишь потребляют готовую органику созданную автотрофами в процессе фотосинтеза и хемосинтеза.

Именно энергия солнечного света служит основным источников энергии для всех существ, населяющих землю. Как я выяснила перерабатывать неорганику в органику способны автотрофы, но служить аккумулятором для солнечной энергией способны непосредственно только зелёные растения, в том числе водоросли, цианобактерии и редкие простейшие. Их клетки за счёт энергии солнечного света, способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки и др. Такой биосинтез, происходящий благодаря энергии света, называют фотосинтезом.

Фотосинтез — это процесс, в ходе которого синтезируются молекулы углеводов. Эти молекулы используется растениями, водорослями и некоторыми бактериями для превращения солнечного света, воды и углекислого газа в кислород и энергию в виде сахара. Это один из наиважнейших процессов, происходящих на планете.

Было доказано, что фотосинтез необходим для всех живых организмов, и является основным источником кислорода (О2) в атмосфере. Этот химический процесс окружает нас со всех сторон. Он протекает и бод нашими ногами и над нашими головушками в освещенных областях суши и водной среды.

Когда появился этот важнейший химический процесс, атмосфера земли стала наполняться кислородом (О2), а биосфера получила неистощимый источник кислорода.

Глава 1. Понятие фотосинтеза.
1.1. История возникновения фотосинтеза.

Фотосинтез (от др.-греч. φῶς - свет" и σύνθεσις - соединение", "сворачивание", "связывание", "синтез") – процесс имеющий сложное химическое преобразование энергии видимых фотонов света (в некоторых случаях инфракрасного излучения) в энергию химических связей органических веществ с участием фотосинтетических пигментов (хлорофилла у растений, бактериохлорофилла у бактерий и бактериородопсина у архей).

Это процесс синтезирования органических веществ (сахаров) из неорганических веществ (воды и углекислого газа) под воздействием энергии солнечного света, является частью пластического метаболизма растительного организма. Иначе говоря, он способен преобразовывать энергию световых квантов в энергию химических связей молекулы глюкозы.

Фотосинтез осуществляется:

В первую очередь

у

растений

имеющих зеленый пигмент

.

Цианобактериях

(сине-зеленые водоросли)

.

Миксотрофах

(эвглена зеленая)

.

Фотосинтез – это, пожалуй, единственный процесс, при котором солнечная энергия превращается в энергию химических связей органических соединений. Таким образом, энергия из космоса накапливается в виде белков, жиров и углеводов при этом обеспечивая процессы жизнедеятельности всех организмов на планете Земля.

Фотосинтез был открыт 17 августа 1771 года английский учёный Дж. Пристли. Он обнаружил, что воздух, испорченный горением или дыханием, становится вновь пригодным для дыхания под действием зеленых частей растений.

 

 

 

История возникновения фотосинтеза

.

Фотосинтез в физиологии растений чаще всего воспринимается как фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, преобразования и использования энергии световых квантов в различных реакциях эндергонического происхождения, включая превращение углекислого газа в органические вещества. На протяжении тысячелетий люди верили, что растение питается лишь корнями, получая с их помощью все необходимые микроэлементы из почвы. Голландский натуралист Ян Ван Гельмонт взялся проанализировать эту точку зрения в начале девятнадцатого века. Он взвесил землю в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал дерево, а затем высушил землю и взвесил ее и растение. Ива весила семьдесят пять килограммов, а вес земли изменился всего на несколько сотен граммов. Вывод ученого состоял в том, что растения получают питательные вещества в первую очередь не из почвы, а из воды. К самому неожиданному, но верному предположению о воздушном питании растений ученые пришли только к началу девятнадцатого века. Важную роль в восприятии этого процесса сыграло открытие, сделанное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он провёл эксперимент, в результате которого пришел к выводу, что растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Эксперименты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается “чистым” и может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных костров и дыхание многих живых организмов. Горенье сказал: “Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения растут не зря, а очищают и облагораживают нашу атмосферу”. Позже выяснилось, что для того, чтобы растение смогли очищало воздух, необходим свет. Позже голландский врач Ян Ингенхаус (1730-1799) подтвердил работу Пристли и доказал, что воздух “исправляется” только солнечным светом и только зелеными частями растения. В 1796 году Ингенхаус предположил, что диоксид углерода разлагается в процессе фотосинтеза на C и O2, а O2 выделяется в виде газа.

Впоследствии было обнаружено, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода в сахарах и крахмале таково, что на один атом углерода приходится на одну молекулу воды, на что указывает слово “углеводы". Лишь спустя 10 лет ученые поняли, что растение не просто преобразует углекислый газ в кислород. Углекислый газ требуется растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (наряду с водой и минеральными солями). Воздушное питание растений называется фотосинтезом. Кислород выделяется в качестве необычного продукта во время фотосинтеза. Миллиарды лет назад на Земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа на нашей планете, выделяется растениями во время фотосинтеза. Фотосинтезу удалось изменить весь облик нашей планеты! Начиная с семидесятых годов прошлого века в России были достигнуты крупные успехи в области фотосинтеза. В работах российских ученых Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева изучены многие аспекты этого процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Как проходит фотосинтез.

2.1. Световая фаза (светозависимая)

Итак, фотосинтез основан на окислительно-восстановительном процессе: электроны передаются от восстанавливающего донора (вода, водород и т.д.) к Рис. 1. Схема фотосинтеза акцептору (монооксид углерода, ацетат).

При окислении воды образуются восстановленное вещество (углевод глюкоза) и кислород. Существует две фазы фотосинтеза:

светлая (или

светозависимая

);

темная

Световая фаза

(

светозависимая

)

.

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней участвуют различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Рис. 2. Световая и темновая фаза на гранах тилакоидов и строме хлоропласта.

 

Хлорофилл выполняет две основные функции: поглощение и передачу энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон и переходит в возбужденное состояние.

Рис. 2. Строение хлоропласта.

С помощью носителей электроны накапливаются с внешней поверхности тилакоидной мембраны, в это время внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

H2O → H+ + OH-

Ионы гидроксида отдают дополнительный электрон и преобразуются в реакционноспособные радикалы OH, которые соединяются и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который далее удаляется при газообмене).

4OH → 2H2O + O2↑

Протоны (Н+), образующиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоидной мембраны, а электроны - снаружи. В результате с обеих сторон мембраны накапливаются противоположные заряды.

Когда достигается критическая разница, часть протонов выталкивается за пределы мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате высвобождается энергия, которую можно использовать в дальнейших процессах.

Рис. 3. Схема световой фазы фотосинтеза

Когда протоны, попадают на поверхность тилакоидной мембраны, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-носителя НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфата). Благодаря этому окисленная форма - NADP+ преобразуется в восстановленную форму - НАДФ*H.

Итоги светозависимой фазы фотосинтеза:

Свободный кислород O2 - в результате фотолиза воды.

АТФ - универсальный источник энергии.

НАДФ*H - форма накопления атомов водорода.

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. Позже АТФ и НАДФ*Н оказываются более полезными: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в независимой от света фазе фотосинтеза.

 

2.2. Темновая фаза фотосинтеза

Рис.4. Схема цикла в темновой фазе

Вторая стадия фотосинтеза - темная. Для этих биологических процессов освещение не требуется, поскольку они уже обеспечены энергией света, запасённой в биологических «аккумуляторах». Она проходит в строме хлоропласта.

В строму поступают НАДФ Н, АТФ и СО

2

», образовавшиеся в прошлой фазе.

Происходит с

оединение

СО

2

с

рибулозодифосфатом

(С

5

-углевод) – фиксация неорганического углерода 9С

6

-углваод).

С

6

-углевод распадается на 2

триозы

93-углевод)

.

Присоединени

е к

триозам

фосфатов (от АТФ

) – активирование

триоз

(

синтозтризофосфатов

)

.

Восстановление

триоз

(за счет протонов НАДФ Н)

.

В процессе

Карбоксилированиея

происходит синтез глюкозы

.

CO2 + 6H2O ---> C6H12O6 (глюкоза) + 6O2 (соединение двух триоз)

Синтез крахмала из глюкозы

Рис.5. схема темновой фазы фотосинтеза.

 

Итак, первая стадия фотосинтеза (светового) происходит на мембране хлоропластов (тилакоидов), а вторая стадия происходит в строме хлоропластов. Общее уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

6СО2 + 6Н2+ энергия света =С6Н12О6 + 6О2

На скорость фотосинтеза влияют внешние условия: освещенность, температура и концентрация углекислого газа. Если эти параметры достигают оптимальных значений, фотосинтез увеличивается. Благодаря фотосинтезу 1-1,5% солнечной энергии накапливается в виде органических молекул.

Фотосинтезирующие организмы обеспечивают гетеротрофов пищей, а также кислородом, который необходим для дыхания всем живым существам на планете. Было установлено, что 21% кислорода в атмосфере в основном является продуктом фотосинтеза.

Глава 3. Значение фотосинтеза для жизни на Земле

 

Важность фотосинтеза трудно переоценить. Я с уверенностью могу сказать, что именно за счёт фотосинтеза жизнь на Земле приобрела такие замечательные и изумительные формы, какие мы можем видеть на данный момент вокруг себя эту разнообразную и богатую фору и фауну.

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, автотрофы-фотосинтетики используют его для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счет этой энергии, запасаемой автотрофами в виде химических связей, высвобождая ее в процессах дыхания и ферментации. Энергия, вырабатываемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, природного газа, торфа), также накапливается в процессе фотосинтеза.

Механизм окисления воды с образованием O2 представлял собой важнейшее событие в биологической эволюции, которое сделало солнечный свет основным источником свободной энергии биосферы, а воду - практически неограниченным источником водорода для синтеза веществ в живых организмах. В результате образовалась атмосфера современного состава, O2 стал доступен для окисления пищи, и это привело к появлению высокоорганизованных гетеротрофных организмов (в качестве источника углерода используются экзогенные органические вещества).

Ежегодно в результате фотосинтеза на нашей планете образуется около 200 миллиардов тонн кислорода (О2), из которого образуется озоновый слой, необходимый для защиты от ультрафиолетового излучения. Фотосинтез обуславливает поддержание состава атмосферы и предотвращает увеличение количества углекислого газа. Без растений и кислорода, который они выделяют в процессе фотосинтеза, жизнь на нашей планете была бы просто невозможна.

Растения благодаря фотосинтезу:

Синтезируют органические вещества, которые являются пищей для всего живого на планете

.

Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу

.

Растения поддерживают определенный процент содержания O

2

в атмосфере, очищают ее от избытка CO

2

.

Они способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего опасное для жизни ультрафиолетовое излучение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники

 

Уч. За 10 класс по биологии

- В. Б.

Захаров

,С

.Г

. Мамонтов , Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова.

Уч. За 10 класс по биологии-Д. К. Беляева и Г. М, Дымшица.

Уч. за 10 класс по биологии

- Л.В. Высоцкая, Г.М. Дымшиц, А.О.

Рувинский

и др.

https

://

oir

.

mobi

/

uploads

/

posts

/2021-05/1622281945_3-

oir

_

mobi

-

p

-

list

-

lipi

-

priroda

-

krasivo

-

foto

-3.

jpg

https

://

anyhost

.

ru

/

wp

-

content

/

uploads

/2019/01/

c

33

c

33

d

99

f

56

fcf

93

b

4

e

7

db

59

a

446.

jpg

https

://

cf

.

ppt

-

online

.

org

/

files

/

slide

/

o

/

Ocgl

53

dX

0

Mokn

9

tfmAPNTZIDF

2

JRSbq

1

E

8

yvQH

/

slide

-25.

jpg

https

://

konspekta

.

net

/

mydocxru

/

baza

11/117990949542.

files

/

image

002.

jpg

https

://

studarium

.

ru

/

article

/124

https

://

rosuchebnik

.

ru

/

material

/

fotosintez

/,/