Fotosentezin doğadaki önemi nedir? Fotosentezin anlamı ve rolü

Fotosentez gibi şaşırtıcı ve hayati derecede önemli bir olgunun keşfinin tarihi, çok eskilere dayanmaktadır. Dört asırdan fazla bir süre önce, 1600'de Belçikalı bilim adamı Jan Van - Helmont basit bir deney yaptı. İçinde 80 kg toprak bulunan bir torbaya bir söğüt dalı yerleştirdi. Bilim adamı söğütün ilk ağırlığını kaydetti ve ardından beş yıl boyunca bitkiyi yalnızca yağmur suyuyla suladı. Jan Van - Helmont'un söğüdü yeniden tarttığı sürpriz neydi? Bitkinin ağırlığı 65 kg arttı ve dünyanın kütlesi sadece 50 gram azaldı! Bitki 64 kg 950 gr besini nereden aldı bilim insanı için bir sır olarak kaldı!

Fotosentezin keşfine giden yolda bir sonraki önemli deney İngiliz kimyager Joseph Priestley'e aitti. Bilim adamı kapağın altına bir fare koydu ve beş saat sonra kemirgen öldü. Priestley fareye bir nane sapı yerleştirdiğinde ve kemirgeni bir başlıkla kapattığında, fare hayatta kaldı. Bu deney, bilim insanını nefes almanın tersi bir süreç olduğu fikrine götürdü. 1779'da Jan Ingenhaus, bitkilerin sadece yeşil kısımlarının oksijeni serbest bırakabildiği gerçeğini ortaya koydu. Üç yıl sonra, İsviçreli bilim adamı Jean Senebier, güneş ışığının etkisiyle karbondioksitin bitkilerin yeşil organellerinde ayrıştığını kanıtladı. Sadece beş yıl sonra, laboratuvar araştırması yapan Fransız bilim adamı Jacques Bussingault, bitkilerin su emiliminin de organik maddelerin sentezi sırasında gerçekleştiğini keşfetti. 1864'te Alman botanikçi Julius Sachs tarafından önemli bir keşif yapıldı. Tüketilen karbondioksit hacminin ve salınan oksijenin 1: 1 oranında gerçekleştiğini kanıtladı.

Fotosentez en önemli biyolojik süreçlerden biridir.

Bilimsel terimlerle, fotosentez (eski Yunanca φῶς - ışık ve σύνθεσις - bağlantı, bağlama), ışıkta karbondioksit ve sudan organik maddelerin oluştuğu bir süreçtir. Bu süreçteki ana rol fotosentetik segmentlere aittir.

Mecazi olarak konuşursak, bir bitkinin yaprağı, pencereleri güneşli tarafa bakan bir laboratuvarla karşılaştırılabilir. İçinde organik maddelerin oluşumu meydana gelir. Bu süreç, dünyadaki tüm yaşamın varlığının temelidir.

Birçoğu şu soruyu soracaktır: Şehirde yaşayan insanlar ne nefes alıyor, sadece ağaçların değil ve gün boyunca ateşle çim bıçakları bulamıyorsunuz. Cevap çok basit. Gerçek şu ki, kara bitkileri, bitkiler tarafından salınan oksijenin sadece %20'sinden sorumludur. Algler, atmosfere oksijen üretiminde önemli bir rol oynar. Üretilen oksijenin %80'ini oluştururlar. Sayıların dilinde, hem bitkiler hem de algler her yıl atmosfere 145 milyar ton (!) oksijen salmaktadır! Dünyanın okyanuslarına "gezegenin akciğerleri" denmesine şaşmamalı.

Fotosentez için genel formül aşağıdaki gibidir:

Su + Karbon Dioksit + Işık → Karbonhidratlar + Oksijen

Bitkiler neden fotosenteze ihtiyaç duyar?

Anladığımız gibi, fotosentez, insanın Dünya'daki varlığı için gerekli bir koşuldur. Ancak, fotosentetik organizmaların aktif olarak atmosfere oksijen üretmesinin tek nedeni bu değildir. Gerçek şu ki, hem algler hem de bitkiler, yaşam aktivitelerinin temelini oluşturan yıllık 100 milyardan fazla organik madde (!) oluşturuyor. Jan Van Helmont'un deneyini hatırlayarak, fotosentezin bitki beslenmesinin temeli olduğunu anlıyoruz. Ekinlerin% 95'inin bitki tarafından fotosentez sürecinde elde edilen organik maddeler ve% 5'inin - bahçıvanın toprağa verdiği mineral gübreler tarafından belirlendiği bilimsel olarak kanıtlanmıştır.

Modern yaz sakinleri, hava beslenmesini unutarak bitkilerin toprak beslenmesine odaklanır. Fotosentez sürecine özen gösterirlerse, bahçıvanların ne tür bir hasat elde edebilecekleri bilinmemektedir.

Bununla birlikte, şaşırtıcı bir yeşil pigment - klorofilleri olmasaydı, ne bitkiler ne de algler bu kadar aktif oksijen ve karbonhidrat üretemezdi.

Yeşil pigmentin sırrı

Bitki hücreleri ile diğer canlı organizmaların hücreleri arasındaki temel fark, klorofilin varlığıdır. Bu arada, bitkilerin yapraklarının tam olarak yeşil renkte olması gerçeğinin suçlusu odur. Bu karmaşık organik bileşiğin inanılmaz bir özelliği var: güneş ışığını emebilir! Klorofil sayesinde fotosentez süreci mümkün hale gelir.

Fotosentezin iki aşaması

Basit bir ifadeyle fotosentez, bir bitki tarafından ışık varlığında klorofil yardımıyla emilen su ve karbondioksitin şeker ve oksijen oluşturduğu bir işlemdir. Böylece inorganik maddeler mucizevi bir şekilde organik maddelere dönüşür. Ortaya çıkan şeker, bitkilerin enerji kaynağıdır.

Fotosentezin iki aşaması vardır: aydınlık ve karanlık.

Fotosentezin ışık aşaması

Tilakoid zarlarda oluşur.

Tilakoid, bir zarla sınırlanmış yapılardır. Kloroplastın stromasında bulunurlar.

Fotosentezin ışık evresindeki olayların sırası:

Işık, daha sonra yeşil pigment tarafından emilen ve onu uyarılmış bir duruma getiren klorofil molekülüne çarpar. Molekülde bulunan elektron bir üst seviyeye çıkar, sentez sürecine katılır.
Elektronların etkisi altındaki protonların hidrojen atomlarına dönüştüğü bir su bölünmesi vardır. Daha sonra, karbonhidratların sentezi için harcanırlar.
Işık aşamasının son aşamasında ATP (adenozin trifosfat) sentezlenir. Bu, biyolojik sistemlerde evrensel bir enerji akümülatörünün rolünü oynayan organik bir maddedir.

Fotosentezin karanlık aşaması

Karanlık fazın yeri kloroplastların stromasıdır. Karanlık fazda oksijen açığa çıkar ve glikoz sentezlenir. Birçok kişi bu aşamanın böyle bir isim aldığını düşünecektir çünkü bu aşamada gerçekleşen işlemler sadece geceleri gerçekleştirilmektedir. Aslında, bu tamamen doğru değil. Glikoz sentezi günün her saatinde gerçekleşir. Gerçek şu ki, bu aşamada artık ışık enerjisi tüketilmiyor, bu da basitçe gerekli olmadığı anlamına geliyor.

Bitkiler için fotosentezin önemi

Bitkilerin bizden daha az fotosenteze ihtiyaç duyduğu gerçeğini zaten tespit ettik. Sayıların dilinde fotosentezin ölçeğinden bahsetmek çok kolaydır. Bilim adamları, 100 megakentin 100 yıl içinde tüketebileceği kadar güneş enerjisini yalnızca kara bitkilerinin depoladığını hesapladı!

Bitki solunumu fotosentezin tersi bir süreçtir. Bitki solunumunun anlamı, fotosentez sürecinde enerjiyi açığa çıkarmak ve onu bitkilerin ihtiyaçlarına yönlendirmektir. Basit bir ifadeyle hasat, fotosentez ve solunum arasındaki farktır. Daha fazla fotosentez ve daha düşük solunum, daha fazla hasat ve tam tersi!

Fotosentez, Dünya'da yaşamı mümkün kılan inanılmaz süreçtir!

Fotosentez tarihi. Binlerce yıl boyunca, insanlar bitkinin sadece köklerle beslendiğine ve onların yardımıyla topraktan gerekli tüm maddeleri emdiğine inanıyorlardı. Bu bakış açısını kontrol etmek için XIX yüzyılın başında üstlenildi. Hollandalı doğa bilimci Jan Van Helmont. Toprağı bir tencerede tarttı ve oraya bir söğüt fidanı dikti. Beş yıl boyunca ağacı suladı, sonra toprağı kuruttu ve onu ve bitkiyi tarttı. Söğüt yetmiş beş kilogram ağırlığındayken, dünyanın ağırlığı yalnızca birkaç yüz gram değişmişti. Bilim adamının vardığı sonuç şuydu - bitkiler besinleri her şeyden önce topraktan değil sudan alırlar.

İki yüzyıl boyunca, bitkilerin su ile beslenmesi teorisi bilimde kuruldu. Bu teoriye göre yapraklar bitkinin sadece fazla nemi buharlaştırmasına yardımcı oldu.

Bilim adamları, yalnızca on dokuzuncu yüzyılın başında bitkilerin hava beslenmesi hakkında en beklenmedik, ancak doğru varsayıma geldiler. Bu sürecin anlaşılmasında önemli bir rol, İngiliz kimyager Joseph Priestley tarafından 1771'de yapılan keşifle oynandı. Bir deney kurdu ve bunun sonucunda şu sonuca vardı: bitkiler havayı temizler ve nefes alabilir hale getirir. Daha sonra bitkinin havayı temizlemesi için ışığa ihtiyaç olduğu ortaya çıktı.

On yıl sonra bilim adamları, bitkinin karbondioksiti oksijene dönüştürmekten fazlasını yaptığını fark ettiler. Bitkilerin yaşaması için karbondioksit gereklidir, onlar için gerçek gıda görevi görür (su ve mineral tuzlarla birlikte).

Bitkilerin hava ile beslenmesine fotosentez denir. Oksijen, fotosentez sırasında olağandışı bir ürün olarak açığa çıkar.

Milyarlarca yıl önce dünyada serbest oksijen yoktu. Gezegenimizdeki hemen hemen tüm canlıların soluduğu oksijenin tamamı, fotosentez sürecinde bitkiler tarafından salınır. Fotosentez gezegenimizin tüm yüzünü değiştirmeyi başardı.

70'lerden beri. geçen yüzyılın, Rusya'da fotosentez alanında büyük başarılar elde edildi. Rus bilim adamları Purievich, Ivanovsky, Rikter, Ivanov, Kostychev'in çalışmaları bu sürecin birçok yönünü inceledi.

Fotosentezin önemi nispeten yakın zamana kadar anlaşılmamıştı. Aristoteles ve diğer Yunan bilim adamları, hayvanların yaşam süreçlerinin yiyecek tüketimine bağlı olduğunu gözlemleyerek, bitkilerin "yiyeceklerini" topraktan aldıklarına inanıyorlardı.

Üç yüz yıldan biraz daha uzun bir süre önce, ilk ayrıntılı biyolojik deneylerden birinde, Hollandalı doktor Jan Van Helmont, bir bitkiyi birden fazla toprağın beslediğine dair kanıt sağladı. Van Helmont, toprak bir kapta küçük bir söğüt ağacı yetiştirdi ve ona sadece su ekledi.

Beş yıl sonra, iğnelerin kütlesi 74,4 kg artarken, toprağın kütlesi sadece 57 gr azaldı.

18. yüzyılın sonunda, İngiliz bilim adamı Joseph Priestley, "yanlışlıkla mumların yakılmasıyla bozulan havayı düzeltmek için bir yöntem keşfettiğini" bildirdi. 17 Ağustos 1771'de Priestley "bir mum mumunun yandığı kapalı bir kaba canlı bir nane sapı yerleştirdi" ve aynı ayın 21'inde "... aynı gemi." Priestley, "Doğanın bu amaçlar için kullandığı düzeltme ilkesinin bir bitki olduğuna" inanıyordu. Gözlemlerini genişletti ve kısa süre sonra bitki tarafından "düzeltilen" havanın "fare için pek uygun olmadığını" gösterdi.

Priestley'in ilk deneyleri, sayısız ateşin yanmasına ve birçok canlı organizmanın nefesine rağmen, Dünya'daki havanın neden "temiz" kaldığını ve yaşamı destekleyebildiğini açıklamayı mümkün kıldı. "Bu keşifler sayesinde bitkilerin boş yere yetişmediğine, atmosferimizi arındırdığına ve yücelttiğine inanıyoruz" dedi.

Daha sonra Hollandalı doktor Jan Ingenhaus (1730-1799) Priestley'nin çalışmasını doğruladı ve havanın sadece güneş ışığı ve bitkinin sadece yeşil kısımları tarafından "düzeltildiğini" gösterdi. 1796'da Ingenhaus, karbondioksitin fotosentez sırasında C ve O2'ye ayrıştığını ve O2'nin bir gaz olarak salındığını öne sürdü. Daha sonra, şekerler ve nişastadaki karbon, hidrojen ve oksijen atomlarının oranının, "karbonhidratlar" kelimesiyle belirtildiği gibi, bir karbon atomunun bir molekül su üzerine düştüğü şekilde olduğu bulundu. Karbonhidratların C ve H2O'dan oluştuğu ve O2'nin karbondioksitten salındığı genel olarak kabul edildi. Bu oldukça makul hipotez geniş çapta kabul gördü, ancak daha sonra ortaya çıktığı gibi tamamen yanlıştı.

Bu genel kabul görmüş teoriyi çürüten araştırmacı, henüz yüksek lisans öğrencisiyken çeşitli fotosentetik bakterilerin metabolizmasını araştıran Stamford Üniversitesi'nden Cornelius van Niel'di. Bu tür bakterilerin bir grubu, mor kükürt bakterileri, C'yi karbonhidratlara indirger, ancak O2 salmaz. Mor kükürt bakterileri, fotosentez için hidrojen sülfür gerektirir. Fotosentez sonucunda kükürt parçacıkları bakteri hücrelerinin içinde birikir. Van Niel, bu bakteriler için fotosentez denkleminin şu şekilde yazılabileceğini buldu:

CO 2 + 2H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2S.

Bu gerçek, van Niel cesur bir açıklama yapıp aşağıdaki genel fotosentez denklemini önerene kadar araştırmacıların dikkatini çekmedi:

CO 2 + 2H 2 A (CH 2 O) + H 2 O + 2A.

Bu denklemde, H 2 A ya su ya da hidrojen sülfür ya da serbest H2 gibi oksitlenebilir başka bir maddedir. Yeşil bitkilerde ve alglerde, H 2 A \u003d H 2 O. Yani van Niel, fotosentez sırasında karbondioksitin değil H 2 O'nun ayrıştığını öne sürdü. Otuzlu yıllarda ortaya atılan bu parlak fikir, daha sonra, araştırmacılar, ağır izotop O2 (18 O 2) kullanarak oksijenin sudan gaz haline giden yolunu izlediğinde deneysel olarak kanıtlandı:

CO 2 + 2H 2 18 O 2 (CH 2 O) + H 2 O + 18 O 2.

Böylece, suyun elektron verici olarak görev yaptığı algler veya yeşil bitkiler için toplam fotosentez denklemi aşağıdaki gibi yazılır:

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

levhadaki işlemler. Yaprak üç önemli işlemi gerçekleştirir - fotosentez, suyun buharlaşması ve gaz değişimi. Yapraklardaki fotosentez sürecinde, güneş ışığının etkisi altında su ve karbondioksitten organik maddeler sentezlenir. Gün boyunca, fotosentez ve solunumun bir sonucu olarak, bitki oksijen ve karbondioksit salar ve geceleri - sadece solunum sırasında oluşan karbondioksit.

Çoğu bitki, düşük ışıkta klorofil sentezleyebilir. Direkt güneş ışığında klorofil daha hızlı sentezlenir.

Fotosentez için gerekli olan ışık enerjisi, belirli sınırlar içinde, daha fazla emilir, yaprak daha az kararır. Bu nedenle, evrim sürecinde bitkiler, yaprak plakasını ışığa doğru çevirerek üzerine daha fazla güneş ışığı düşmesini sağlama yeteneğini geliştirmiştir. Bitki üzerindeki yapraklar birbirine baskı yapmayacak şekilde düzenlenmiştir.

Timiryazev, fotosentez için enerji kaynağının esas olarak spektrumun kırmızı ışınları olduğunu kanıtladı. Bu, en yoğun absorpsiyon bandının kırmızıda ve daha az yoğun - mavi-mor kısımda gözlendiği klorofilin absorpsiyon spektrumu ile gösterilir.

Kloroplastlarda klorofil ile birlikte karoten ve ksantofil pigmentleri bulunur. Bu pigmentlerin her ikisi de mavi ve kısmen yeşil ışınları emer ve kırmızı ve sarıyı iletir. Bazı bilim adamları, klorofili mavi ışınların zararlı etkilerinden koruyan ekranların rolünü karoten ve ksantofile bağlarlar.

Fotosentez süreci, bazıları ışık enerjisinin emilmesiyle ve bazıları karanlıkta devam eden bir dizi ardışık reaksiyondan oluşur. Fotosentezin kararlı nihai ürünleri karbonhidratlar (şeker ve ardından nişasta), organik asitler, amino asitler ve proteinlerdir.

Fotosentez, farklı koşullar altında farklı yoğunlukta ilerler.

Fotosentezin yoğunluğu ayrıca bitki gelişim evresine de bağlıdır. Çiçeklenme aşamasında maksimum fotosentez yoğunluğu gözlenir.

Havadaki normal karbondioksit içeriği hacimce %0.03'tür. Havadaki karbondioksit miktarını azaltmak fotosentez yoğunluğunu azaltır. Karbondioksit içeriğinin % 0,5'e yükseltilmesi, fotosentez yoğunluğunu neredeyse orantılı olarak artırır. Bununla birlikte, karbondioksit içeriğinin daha da artmasıyla fotosentezin yoğunluğu artmaz ve %1'de bitki zarar görür.

Bitkiler çok büyük miktarda suyu buharlaştırır veya dönüştürür. Suyun buharlaşması, yukarı doğru akımın nedenlerinden biridir. Suyun bitki tarafından buharlaşması nedeniyle içinde mineraller birikir ve güneş enerjisiyle ısıtma sırasında bitki için yararlı olan sıcaklıkta bir düşüş meydana gelir. Bazen transperasyon bitkinin sıcaklığını 6°C düşürür.

Bitki, stoma çalışması yoluyla suyun buharlaşma sürecini düzenler. Kütikülün veya mumsu kaplamanın epidermis üzerinde birikmesi, tüylerinin oluşumu ve diğer uyarlamalar, düzensiz transperasyonu azaltmayı amaçlar.

Fotosentez süreci ve yaprağın canlı hücrelerinin sürekli devam eden solunumu, yaprağın iç dokuları ile atmosfer arasında gaz alışverişini gerektirir. Fotosentez sürecinde, asimile edilmiş karbondioksit atmosferden emilir ve oksijenle atmosfere geri verilir.

İzotop analiz yönteminin kullanılması, atmosfere (16 O) geri dönen oksijenin suya ait olduğunu ve diğer izotopu 15 O'nun baskın olduğu havadaki karbondioksite değil, canlı hücreler nefes aldığında (oksidasyon) gösterdi. Organik maddelerin hücre içinde serbest oksijenle karbondioksit gazına ve suya dönüşmesi) atmosferden oksijenin sağlanmasını ve karbondioksitin geri dönmesini gerektirir. Bu gaz değişimi de esas olarak stoma aparatı aracılığıyla gerçekleştirilir.

Modern fotosentez kavramları. Artık fotosentezin iki aşamadan geçtiği biliniyor, ancak bunlardan sadece biri ışıkta gerçekleşiyor. İki aşamalı süreç için kanıt ilk olarak 1905 yılında İngiliz bitki fizyologu F.F. Işık ve sıcaklığın fotosentez miktarı üzerindeki etkisini inceleyen Blacklin.

Deneylere dayanarak, Blacklin aşağıdaki sonuçları çıkardı.

1. Sıcaklığa bağlı olmayan bir grup ışığa bağımlı reaksiyon vardır. Düşük aydınlatma aralığında bu reaksiyonların hacmi artan aydınlatma ile artabilir, ancak artan sıcaklıkla artmaz.

2. Işığa değil sıcaklığa bağlı olan ikinci bir reaksiyon grubu vardır. Fotosentezin uygulanması için her iki reaksiyon grubunun da gerekli olduğu ortaya çıktı. Sadece bir reaksiyon grubunun hacminin arttırılması, tüm sürecin hacmini arttırır, ancak sadece ikinci reaksiyon grubu birinciyi tutmaya başlayana kadar. Bundan sonra, ikinci reaksiyon grubunu hızlandırmak gerekir, böylece birincisi kısıtlama olmadan ilerleyebilir.

Böylece her iki aşamanın da ışığa bağımlı olduğu gösterildi: "aydınlık ve karanlık". Karanlık reaksiyonların ışıkta normal şekilde ilerlediğini ve ışık aşamasının ürünlerini gerektirdiğini hatırlamak önemlidir. "Karanlık reaksiyonlar" ifadesi, basitçe, ışığın bu reaksiyonlara katılmadığı anlamına gelir.

Karanlık reaksiyonların hacmi artan sıcaklıkla artar, ancak sadece 30°'ye kadar ve sonra düşmeye başlar. Bu gerçeğe dayanarak, enzimatik reaksiyonların değişimi sıcaklığa bağlı olduğundan, karanlık reaksiyonların enzimler tarafından katalize edildiği öne sürülmüştür. Daha sonra, bu sonucun yanlış olduğu ortaya çıktı.

Fotosentezin (ışık reaksiyonları) ilk aşamasında, ATP (adenozin trifosfat molekülü) ve yüksek enerjili elektron taşıyıcıları oluşturmak için ışık enerjisi kullanılır. Fotosentezin ikinci aşamasında (karanlık reaksiyonlar), hafif reaksiyonlarda oluşan enerji ürünleri, CO2'yi basit bir şekere (glikoz) indirgemek için kullanılır.

Fotosentez süreci giderek bilim adamlarının dikkatini çekiyor. Bilim, en önemli sorunu çözmeye yakın - ışık enerjisi kullanarak yaygın inorganik maddelerden değerli organik maddelerin yapay olarak yaratılması. Fotosentez sorunu botanikçiler, kimyagerler, fizikçiler ve diğer uzmanlar tarafından yoğun bir şekilde geliştirilmektedir.

Son zamanlarda, sulu karbonat asit çözeltilerinden formaldehit ve şekerli maddelerin sentezini yapay olarak elde etmek zaten mümkün olmuştur; bu durumda, ışık enerjisinin emici rolü, klorofil yerine kobalt ve nikel karbonatlar tarafından oynandı. Klorofil molekülü yakın zamanda sentezlendi.

Organik maddelerin sentezi alanındaki bilimin başarıları, idealist doktrine ezici bir darbe vuruyor - inorganik maddelerden organik maddelerin oluşumu için özel bir "yaşam gücünün" gerekli olduğunu ve bir kişinin kompleks sentezleyemediğini kanıtlayan vitalizm organik maddeler.

Bitkilerde fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir. Şunları içerir: enerjinin dönüşümü (ışık süreci), maddenin dönüşümü (karanlık süreç). Işık süreci hilakoidlerde meydana gelirken, karanlık süreç kloroplastların stromasında meydana gelir. Fotosentezin genelleştirilmiş dolaşımı aşağıdaki gibidir:

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

İki fotosentez süreci ayrı denklemlerle ifade edilir:

12H 2 O 12H 2 + 6O 2 + ATP enerjisi;

(hafif süreç)

12H 2 + 6O 2 + ATP enerjisi C 6 H 12 O 6 + H 2 O.

(karanlık süreç)

Fotosentezin doğadaki önemi. Fotosentez, biyosferde harici bir kaynak nedeniyle serbest enerjisinde artışa yol açan tek süreçtir. Fotosentez ürünlerinde depolanan enerji, insanoğlunun temel enerji kaynağıdır.

Her yıl Dünya'daki fotosentez sonucunda 150 milyar ton organik madde oluşmakta ve yaklaşık 200 milyon ton serbest oksijen salınmaktadır.

Oksijen, karbon ve fotosentezde yer alan diğer elementlerin dolaşımı, Dünya'daki yaşam için gerekli olan atmosferin modern bileşimini korur. Fotosentez, CO2 konsantrasyonundaki artışı önleyerek, "sera etkisi" olarak adlandırılan Dünya'nın aşırı ısınmasını önler.

Yeşil bitkiler diğer tüm heterotrofik organizmalar için doğrudan veya dolaylı besin temeli olduğundan, fotosentez gezegenimizdeki tüm canlıların besin ihtiyacını karşılar. Tarım ve ormancılığın en önemli temelidir. Etkileme olasılıkları hala küçük olsa da, hala bir dereceye kadar kullanılmaktadır. Havadaki karbondioksit konsantrasyonunun %0,1'e (doğal atmosferde %0,3'e karşı) artmasıyla, örneğin salatalık ve domates verimini üç katına çıkarmak mümkün oldu.

Bir metrekare yaprak yüzeyi, bir saatte yaklaşık bir gram şeker üretir; bu, kaba bir tahmine göre tüm bitkilerin atmosferden yılda 100 ila 200 milyar ton C çıkardığı anlamına gelir. Bu miktarın yaklaşık %60'ı, buzla kaplı olmayan arazi yüzeyinin %30'unu kaplayan ormanlar, %32'si ekili araziler ve kalan %8'i bozkır ve çöl bitkileri ile şehir ve kasabalardan oluşmaktadır. .

Yeşil bir bitki sadece karbondioksit kullanıp şeker oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda nitrojen bileşiklerini ve kükürt bileşiklerini vücudunu oluşturan maddelere dönüştürür. Kök sistemi aracılığıyla bitki, toprak suyunda çözünmüş nitrat iyonlarını alır ve hücrelerinde, tüm protein bileşiklerinin ana bileşenleri olan amino asitlere dönüştürür. Yağ bileşenleri ayrıca metabolik ve enerji süreçlerinde oluşan bileşiklerden de ortaya çıkar. Yağ asitleri ve gliserolden, esas olarak bitki için yedek maddeler olarak hizmet eden yağlar ve yağlar ortaya çıkar. Tüm bitkilerin yaklaşık %80'inin tohumları, enerji açısından zengin bir yedek madde olarak yağ içerir. Tohum, katı ve sıvı yağların elde edilmesi, tarım ve gıda endüstrilerinde önemli bir rol oynamaktadır.

Fotosentez - bu, ışık enerjisinin kimyasal bağların enerjisine dönüştürülmesi nedeniyle inorganik olanlardan organik bileşiklerin sentezi için bir dizi işlemdir. Yeşil bitkiler fototrofik organizmalara, bazı prokaryotlara aittir - siyanobakteriler, mor ve yeşil kükürt bakterileri, bitki kamçılıları.

Fotosentez süreciyle ilgili araştırmalar 18. yüzyılın ikinci yarısında başladı. Yeşil bitkilerin kozmik rolü doktrinini doğrulayan seçkin Rus bilim adamı K. A. Timiryazev tarafından önemli bir keşif yapıldı. Bitkiler güneş ışınlarını emer ve ışık enerjisini sentezledikleri organik bileşiklerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürür. Böylece Dünya üzerindeki yaşamın korunmasını ve gelişmesini sağlarlar. Bilim adamı ayrıca fotosentez sırasında ışığın emilmesinde klorofilin rolünü teorik olarak doğruladı ve deneysel olarak kanıtladı.

Klorofiller ana fotosentetik pigmentlerdir. Yapı olarak hemoglobinin hemine benzerler, ancak demir yerine magnezyum içerirler. Klorofil moleküllerinin sentezini sağlamak için demir içeriği gereklidir. Kimyasal yapılarında farklılık gösteren birkaç klorofil vardır. Tüm fototroflar için zorunludur klorofil bir . KlorofilB yeşil bitkilerde bulunur klorofil c diatomlarda ve kahverengi alglerde. klorofil d kırmızı alglerin özelliği.

Yeşil ve mor fotosentetik bakterilerin özel bakteriyoklorofiller . Bakterilerin fotosentezinin bitkilerin fotosenteziyle pek çok ortak yanı vardır. Bakterilerde hidrojen sülfürün verici olması ve bitkilerde su olması bakımından farklılık gösterir. Yeşil ve mor bakterilerde fotosistem II yoktur. Bakteriyel fotosentez, oksijen salınımına eşlik etmez. Bakteriyel fotosentez için genel denklem:

6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.

Fotosentez bir redoks işlemine dayanır. Elektron donörlerinin bileşik-tedarikçilerinden elektronların onları algılayan bileşiklere - alıcılara transferi ile ilişkilidir. Işık enerjisi, sentezlenen organik bileşiklerin (karbonhidratlar) enerjisine dönüştürülür.

Kloroplast membranların özel yapıları vardır - reaksiyon merkezleri klorofil içerenler. Yeşil bitkilerde ve siyanobakterilerde iki fotosistemler – önce ben) Ve ikinci (II) farklı reaksiyon merkezlerine sahip olan ve bir elektron taşıma sistemi ile birbirine bağlı olan.

Fotosentezin iki aşaması

Fotosentez süreci iki aşamadan oluşur: aydınlık ve karanlık.

Sadece özel yapıların zarlarında mitokondrinin iç zarlarında ışığın varlığında meydana gelir - tilakoidler . Fotosentetik pigmentler, ışık kuantumlarını (fotonları) yakalar. Bu, klorofil molekülünün elektronlarından birinin "uyarılmasına" yol açar. Taşıyıcı moleküllerin yardımıyla elektron, belirli bir potansiyel enerji kazanarak thylakoid zarın dış yüzeyine hareket eder.

Bu elektron fotosistem I enerji seviyesine geri dönebilir ve onu eski haline getirebilir. NADP (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) da iletilebilir. Hidrojen iyonlarıyla etkileşime giren elektronlar bu bileşiği eski haline getirir. İndirgenmiş NADP (NADP H), atmosferik CO2'yi glikoza indirgemek için hidrojen sağlar.

Benzer süreçler şurada da gerçekleşir: fotosistem II . Uyarılmış elektronlar fotosistem I'e aktarılabilir ve onu geri yükleyebilir. Fotosistem II'nin restorasyonu, su molekülleri tarafından sağlanan elektronlar nedeniyle gerçekleşir. Su molekülleri parçalanır (suyun fotolizi) atmosfere salınan hidrojen protonlarına ve moleküler oksijene dönüşür. Elektronlar, fotosistem II'yi eski haline getirmek için kullanılır. Su fotoliz denklemi:

2H 2 0 → 4H + + 0 2 + 2e.

Elektronlar tilakoid zarın dış yüzeyinden önceki enerji seviyesine döndüğünde, enerji açığa çıkar. Her iki fotosistemde de reaksiyonlar sırasında sentezlenen ATP moleküllerinin kimyasal bağları şeklinde depolanır. ADP ve fosforik asit ile ATP sentezi işlemine denir. fotofosforilasyon . Enerjinin bir kısmı suyu buharlaştırmak için kullanılır.

Fotosentezin hafif fazı sırasında, enerji açısından zengin bileşikler oluşur: ATP ve NADP H. Bir su molekülünün bozunması (fotoliz) sırasında, moleküler oksijen atmosfere salınır.

Reaksiyonlar kloroplastların iç ortamında gerçekleşir. Işıklı veya ışıksız oluşabilirler. Işık fazında oluşan enerji kullanılarak organik maddeler sentezlenir (CO2 glikoza indirgenir).

Karbondioksit indirgeme süreci döngüseldir ve buna denir. Calvin döngüsü . Bu döngüsel süreci keşfeden Amerikalı araştırmacı M. Calvin'in adını almıştır.

Döngü, atmosferik karbondioksitin ribuloz bifosfat ile reaksiyona girmesiyle başlar. Enzim süreci katalize eder karboksilaz . Ribuloz bifosfat, iki fosforik asit kalıntısı ile birleştirilmiş beş karbonlu bir şekerdir. Her biri kendi özel enzimini katalize eden bir dizi kimyasal dönüşüm vardır. Fotosentezin son ürünü nasıl oluşur? glikoz ve ribuloz bifosfat da azalır.

Fotosentez sürecinin genel denklemi:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

Fotosentez süreci sayesinde, Güneş'in ışık enerjisi emilir ve sentezlenen karbonhidratların kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülür. Enerji, besin zincirleri boyunca heterotrofik organizmalara aktarılır. Fotosentez sırasında karbondioksit alınır ve oksijen salınır. Tüm atmosferik oksijen fotosentetik kökenlidir. Yılda 200 milyar tondan fazla serbest oksijen salınır. Oksijen, atmosferde bir ozon kalkanı oluşturarak, dünyadaki yaşamı ultraviyole radyasyondan korur.

Fotosentez süreci verimsizdir, çünkü güneş enerjisinin sadece %1-2'si sentezlenen organik maddeye aktarılır. Bunun nedeni, bitkilerin yeterince ışığı emmemesi, bir kısmının atmosfer tarafından emilmesi vb. Güneş ışığının çoğu, Dünya yüzeyinden uzaya geri yansır.

Gezegendeki her canlı, hayatta kalmak için yiyeceğe veya enerjiye ihtiyaç duyar. Bazı organizmalar diğer canlılarla beslenirken, diğerleri kendi besinlerini üretebilir. Fotosentez adı verilen bir süreçte kendi yiyeceklerini, glikozu yaparlar.

Fotosentez ve solunum birbiriyle bağlantılıdır. Fotosentezin sonucu, vücutta kimyasal enerji olarak depolanan glikozdur. Bu depolanan kimyasal enerji, inorganik karbonun (karbon dioksit) organik karbona dönüştürülmesinden gelir. Solunum süreci depolanmış kimyasal enerjiyi serbest bırakır.

Bitkiler hayatta kalabilmek için ürettikleri ürünlere ek olarak karbon, hidrojen ve oksijene de ihtiyaç duyarlar. Topraktan emilen su hidrojen ve oksijen sağlar. Fotosentez sırasında, yiyecekleri sentezlemek için karbon ve su kullanılır. Bitkiler ayrıca amino asitler yapmak için nitratlara ihtiyaç duyarlar (bir amino asit, protein yapımında kullanılan bir bileşendir). Buna ek olarak klorofil üretmek için magnezyuma ihtiyaçları vardır.

Not: Başka besinlere bağımlı olan canlılara denir. İnekler gibi otoburlar ve böcek yiyen bitkiler heterotroflara örnektir. Kendi besinini üreten canlılara denir. Yeşil bitkiler ve algler ototrof örnekleridir.

Bu yazıda, bitkilerde fotosentezin nasıl gerçekleştiği ve bu süreç için gerekli koşullar hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz.

fotosentezin tanımı

Fotosentez, bitkilerin, bazılarının ve alglerin enerji kaynağı olarak yalnızca ışığı kullanarak karbondioksit ve sudan glikoz ve oksijen ürettiği kimyasal süreçtir.

Bu süreç, dünyadaki yaşam için son derece önemlidir, çünkü tüm yaşamın bağlı olduğu oksijeni serbest bırakır.

Bitkiler neden glikoza (yiyecek) ihtiyaç duyar?

Tıpkı insanlar ve diğer canlılar gibi bitkiler de hayatta kalabilmek için besine ihtiyaç duyar. Bitkiler için glikoz değeri aşağıdaki gibidir:

Fotosentezden elde edilen glikoz, solunum sırasında bitkinin diğer hayati süreçler için ihtiyaç duyduğu enerjiyi serbest bırakmak için kullanılır.
Bitki hücreleri ayrıca glikozun bir kısmını gerektiğinde kullanılan nişastaya dönüştürür. Bu nedenle ölü bitkiler kimyasal enerji depoladıkları için biyokütle olarak kullanılmaktadır.
Büyüme ve diğer temel süreçler için gerekli olan proteinler, yağlar ve bitki şekerleri gibi diğer kimyasalları üretmek için de glikoz gereklidir.

Fotosentezin Aşamaları

Fotosentez süreci iki aşamaya ayrılır: aydınlık ve karanlık.

Fotosentezin ışık aşaması

Adından da anlaşılacağı gibi, ışık fazları güneş ışığına ihtiyaç duyar. Işığa bağımlı reaksiyonlarda, güneş ışığının enerjisi klorofil tarafından emilir ve elektron taşıyıcı molekül NADPH (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) ve enerji molekülü ATP (adenosin trifosfat) formunda depolanmış kimyasal enerjiye dönüştürülür. Kloroplast içindeki tilakoid zarlarda hafif fazlar oluşur.

Fotosentezin veya Calvin döngüsünün karanlık aşaması

Karanlık fazda veya Calvin döngüsünde, ışık fazından uyarılmış elektronlar, karbondioksit moleküllerinden karbonhidrat oluşumu için enerji sağlar. Işıktan bağımsız fazlar, sürecin döngüsel doğası nedeniyle bazen Calvin döngüsü olarak adlandırılır.

Karanlık fazlar ışığı reaktan olarak kullanmasa da (ve bunun sonucunda gece veya gündüz meydana gelebilir), işlev görebilmek için ışığa bağımlı reaksiyonların ürünlerini gerektirirler. Işıktan bağımsız moleküller, yeni karbonhidrat molekülleri oluşturmak için enerji taşıyıcı moleküller ATP ve NADPH'ye bağlıdır. Moleküllere enerji transferinden sonra, enerji taşıyıcıları daha enerjik elektronlar elde etmek için ışık fazlarına döner. Ek olarak, birkaç karanlık faz enzimi ışıkla aktive edilir.

Fotosentezin evrelerinin şeması

Not: Bu, bitkiler ışık evrelerinin ürünlerini kullandıkları için çok uzun süre ışıktan mahrum kalırlarsa karanlık evrelerin devam etmeyeceği anlamına gelir.

Bitki yapraklarının yapısı

Yaprak yapısı hakkında daha fazla bilgi sahibi olmadan fotosentezi tam olarak anlayamayız. Yaprak, fotosentez sürecinde hayati bir rol oynayacak şekilde uyarlanmıştır.

Yaprakların dış yapısı

Alan

Bitkilerin en önemli özelliklerinden biri yaprakların geniş yüzey alanıdır. Yeşil bitkilerin çoğu, fotosentez için gerekli olduğu kadar güneş enerjisi (güneş ışığı) yakalayabilen geniş, düz ve açık yapraklara sahiptir.

Merkezi damar ve yaprak sapı

Orta damar ve yaprak sapı birleşerek yaprağın tabanını oluşturur. Yaprak sapı, yaprağı mümkün olduğunca fazla ışık alacak şekilde konumlandırır.

yaprak bıçağı

Basit yapraklar bir yaprak bıçağına sahipken, bileşik yapraklar birkaç taneye sahiptir. Yaprak kanadı, doğrudan fotosentez sürecine dahil olan yaprağın en önemli bileşenlerinden biridir.

damarlar

Yapraklardaki bir damar ağı, suyu gövdeden yapraklara taşır. Açığa çıkan glikoz da yapraklardan damarlar yoluyla bitkinin diğer kısımlarına gönderilir. Ek olarak, yaprağın bu parçaları, daha fazla güneş ışığı yakalamak için yaprak plakasını düz tutar ve destekler. Damarların düzeni (venation) bitkinin türüne bağlıdır.

yaprak tabanı

Yaprağın tabanı, gövde ile eklemli olan en alt kısmıdır. Çoğu zaman, yaprağın tabanında bir çift stipül bulunur.

yaprak kenarı

Bitkinin türüne bağlı olarak, yaprak kenarı çeşitli şekillere sahip olabilir: bütün, tırtıklı, tırtıklı, çentikli, tırtıklı vb.

yaprak ucu

Yaprağın kenarı gibi, apeks de aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli şekillerde gelir: keskin, yuvarlak, kör, uzun, geri çekilmiş vb.

Yaprakların iç yapısı

Aşağıda yaprak dokularının iç yapısının yakın bir diyagramı verilmiştir:

Kütikül

Kütikül, bitkinin yüzeyinde ana, koruyucu tabaka görevi görür. Kural olarak, yaprağın üst kısmında daha kalındır. Kütikül, bitkiyi sudan koruyan mum benzeri bir madde ile kaplıdır.

Epidermis

Epidermis, yaprağın integumenter dokusu olan bir hücre tabakasıdır. Ana işlevi, yaprağın iç dokularını dehidrasyon, mekanik hasar ve enfeksiyonlardan korumaktır. Aynı zamanda gaz değişimi ve terleme sürecini de düzenler.

Mezofil

Mezofil bitkinin ana dokusudur. Fotosentez sürecinin gerçekleştiği yer burasıdır. Çoğu bitkide, mezofil iki katmana ayrılır: üstteki çit, alttaki ise süngerimsidir.

koruyucu hücreler

Koruma hücreleri, gaz değişimini kontrol etmek için kullanılan yaprak epidermisindeki özel hücrelerdir. Stomalar için koruyucu bir işlev görürler. Su serbestçe mevcut olduğunda stoma gözenekleri genişler, aksi takdirde koruyucu hücreler uyuşuk hale gelir.

stoma

Fotosentez, karbondioksitin (CO2) havadan stoma yoluyla mezofil dokularına nüfuz etmesine bağlıdır. Fotosentezin yan ürünü olarak elde edilen oksijen (O2), bitkiyi stoma yoluyla terk eder. Stomalar açık olduğunda, buharlaşma yoluyla su kaybolur ve kökler tarafından alınan su ile terleme akışı yoluyla yenilenmesi gerekir. Bitkiler, havadan emilen CO2 miktarını ve stoma gözeneklerinden su kaybını dengelemeye zorlanır.

Fotosentez için gerekli koşullar

Bitkilerin fotosentez işlemini gerçekleştirmesi için ihtiyaç duyduğu koşullar şunlardır:

Karbon dioksit. Havada bulunan renksiz, kokusuz bir doğal gazdır ve bilimsel adı CO2'dir. Karbon ve organik bileşiklerin yanması sırasında oluşur ve ayrıca solunum sırasında da oluşur.
Suçlu. Şeffaf sıvı kimyasaldır, kokusuz ve tatsızdır (normal şartlarda).
Işık. Yapay ışık bitkiler için de uygun olsa da, doğal güneş ışığı genellikle bitkiler üzerinde olumlu etkisi olan doğal ultraviyole radyasyonu içerdiğinden fotosentez için en iyi koşulları oluşturur.
Klorofil. Bitkilerin yapraklarında bulunan yeşil bir pigmenttir.
Besinler ve mineraller. Bitki köklerinin topraktan emdiği kimyasallar ve organik bileşikler.

Fotosentez sonucunda ne oluşur?

glikoz;
Oksijen.

(Işık enerjisi madde olmadığı için parantez içinde gösterilmiştir)

Not: Bitkiler yaprakları aracılığıyla havadan CO2, kökleri aracılığıyla topraktan su alırlar. Işık enerjisi Güneş'ten gelir. Oluşan oksijen yapraklardan havaya salınır. Elde edilen glikoz, bir enerji deposu olarak kullanılan nişasta gibi diğer maddelere dönüştürülebilir.

Fotosentezi teşvik eden faktörlerin olmaması veya yetersiz miktarda bulunması bitkiyi olumsuz etkileyebilir. Örneğin, daha az ışık, bir bitkinin yapraklarını yiyen böcekler için uygun koşullar yaratırken, su eksikliği bitkiyi yavaşlatır.

Fotosentez nerede gerçekleşir?

Fotosentez, bitki hücrelerinin içinde, kloroplast adı verilen küçük plastidlerde gerçekleşir. Kloroplastlar (çoğunlukla mezofil tabakasında bulunur) klorofil adı verilen yeşil bir madde içerir. Aşağıda, fotosentez yapmak için kloroplast ile birlikte çalışan hücrenin diğer bölümleri bulunmaktadır.

Bir bitki hücresinin yapısı

Bitki hücre parçalarının işlevleri

: yapısal ve mekanik destek sağlar, hücreleri bakterilerden korur, hücrenin şeklini sabitler ve tanımlar, büyüme hızını ve yönünü kontrol eder ve bitkilere şekil verir.
: enzimler tarafından kontrol edilen kimyasal süreçlerin çoğu için bir platform sağlar.
: maddelerin hücre içine ve dışına hareketini kontrol eden bir bariyer görevi görür.
: yukarıda açıklandığı gibi, fotosentez sırasında ışık enerjisini emen yeşil bir madde olan klorofil içerirler.
: hücre sitoplazmasında su depolayan boşluk.
: hücrenin aktivitesini kontrol eden bir genetik işaret (DNA) içerir.

Klorofil, fotosentez için gerekli olan ışık enerjisini emer. Işığın tüm renk dalga boylarının absorbe edilmediğine dikkat etmek önemlidir. Bitkiler esas olarak kırmızı ve mavi dalga boylarını emer - yeşil aralıktaki ışığı emmezler.

Fotosentez sırasında karbondioksit

Bitkiler havadaki karbondioksiti yaprakları aracılığıyla alırlar. Karbondioksit, yaprağın altındaki küçük bir delikten sızar - stoma.

Yaprağın alt tarafında, karbon dioksitin yapraktaki diğer hücrelere ulaşmasına izin vermek için gevşek aralıklı hücreler bulunur. Ayrıca fotosentez sonucu üretilen oksijenin yapraktan kolayca ayrılmasını sağlar.

Soluduğumuz havada karbondioksit çok düşük konsantrasyonlarda bulunur ve fotosentezin karanlık fazında gerekli bir faktördür.

Fotosentez sürecinde ışık

Levha genellikle geniş bir yüzey alanına sahiptir, bu nedenle çok fazla ışık emebilir. Üst yüzeyi mumsu bir tabaka (kütikül) ile su kaybından, hastalıktan ve hava koşullarından korunur. Sayfanın üst kısmı ışığın düştüğü yerdir. Bu mezofil tabakasına palisade denir. Birçok kloroplast içerdiğinden büyük miktarda ışığı emmek üzere uyarlanmıştır.

Işık evrelerinde, daha fazla ışıkla fotosentez süreci artar. Işık fotonları yeşil bir yaprağa odaklanırsa daha fazla klorofil molekülü iyonize olur ve daha fazla ATP ve NADPH üretilir. Işık evrelerinde ışık son derece önemli olsa da, fazlasının klorofile zarar verebileceği ve fotosentez sürecini azaltabileceği unutulmamalıdır.

Işık fazları, fotosentez sürecini tamamlamak için hepsine ihtiyaç duyulmasına rağmen, sıcaklığa, suya veya karbondioksite çok bağımlı değildir.

Fotosentez sırasında su

Bitkiler fotosentez için ihtiyaç duydukları suyu kökleri aracılığıyla alırlar. Toprakta büyüyen kök tüyleri vardır. Kökler, suyun kolayca geçmesine izin veren geniş bir yüzey alanı ve ince duvarlarla karakterize edilir.

Resim, bitkileri ve hücrelerini yeterli su (solda) ve eksikliğini (sağda) göstermektedir.

Not: Kök hücreler genellikle karanlıkta bulundukları ve fotosentez yapamayacakları için kloroplast içermezler.

Bitki yeterince su almazsa solgunlaşır. Su olmadan bitki yeterince hızlı fotosentez yapamaz ve hatta ölebilir.

Bitkiler için suyun önemi nedir?

Bitki sağlığını destekleyen çözünmüş mineraller sağlar;
Ulaşım için ortamdır;
Kararlılığı ve dikliği destekler;
Nem ile soğutur ve doyurur;
Bitki hücrelerinde çeşitli kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesini mümkün kılar.

Fotosentezin doğadaki önemi

Fotosentezin biyokimyasal süreci, su ve karbondioksiti oksijen ve glikoza dönüştürmek için güneş ışığının enerjisini kullanır. Glikoz, bitkilerde doku büyümesi için yapı taşları olarak kullanılır. Böylece fotosentez, köklerin, gövdelerin, yaprakların, çiçeklerin ve meyvelerin oluşma şeklidir. Fotosentez süreci olmadan bitkiler büyüyemez veya çoğalamaz.

yapımcılar

Bitkiler, fotosentetik yetenekleri nedeniyle üreticiler olarak bilinirler ve dünyadaki hemen hemen her besin zincirinin bel kemiğini oluştururlar. (Yosun bitkinin eşdeğeridir). Yediğimiz tüm yiyecekler fotosentetik olan organizmalardan gelir. Bu bitkileri doğrudan yeriz ya da inek veya domuz gibi bitkisel besinler tüketen hayvanları yeriz.

Besin zincirinin temeli

Sucul sistemlerde bitkiler ve algler de besin zincirinin temelini oluşturur. Algler, sırayla daha büyük organizmalar için bir besin kaynağı görevi gören besin görevi görür. Su ortamında fotosentez olmadan yaşam imkansız olurdu.

Karbondioksitin uzaklaştırılması

Fotosentez karbondioksiti oksijene dönüştürür. Fotosentez sırasında atmosferdeki karbondioksit bitkiye girer ve daha sonra oksijen olarak salınır. Karbondioksit seviyelerinin endişe verici bir oranda arttığı günümüz dünyasında, karbondioksiti atmosferden uzaklaştıran herhangi bir işlem çevresel açıdan önemlidir.

Besin döngüsü

Bitkiler ve diğer fotosentetik organizmalar besin döngüsünde hayati bir rol oynar. Havadaki azot, bitki dokularında sabitlenir ve protein yapmak için kullanılabilir hale gelir. Toprakta bulunan eser elementler de bitki dokusuna dahil edilebilir ve besin zincirinin ilerisinde otçulların kullanımına sunulabilir.

fotosentetik bağımlılık

Fotosentez, ışığın yoğunluğuna ve kalitesine bağlıdır. Tüm yıl boyunca güneş ışığının bol olduğu ve suyun sınırlayıcı bir faktör olmadığı ekvatorda, bitkiler yüksek büyüme oranlarına sahiptir ve oldukça büyüyebilirler. Tersine, okyanusun daha derin kısımlarında fotosentez daha az yaygındır, çünkü ışık bu katmanlara nüfuz etmez ve sonuç olarak bu ekosistem daha kısırdır.

Fotosentezin doğadaki önemi. Yeryüzündeki yaşamın varlığı ve insanlar için önemli olan fotosentezin sonuçlarını not edelim: güneş enerjisinin “korunması”; serbest oksijen oluşumu; çeşitli organik bileşiklerin oluşumu; atmosferden karbondioksitin çıkarılması.

Bir güneş ışını - "gezegenimizin geçici bir misafiri" (V. L. Komarov) - sadece düşme anında biraz iş yapar, sonra iz bırakmadan dağılır ve canlılar için işe yaramaz. Ancak yeşil bir bitkiye düşen güneş ışınının enerjisinin bir kısmı klorofil tarafından emilir ve fotosentez sürecinde kullanılır. Bu durumda, ışık enerjisi organik maddelerin potansiyel kimyasal enerjisine dönüştürülür - fotosentez ürünleri. Bu enerji formu kararlı ve nispeten hareketsizdir. Organik bileşiklerin ayrışma anına kadar, yani süresiz olarak devam eder. Bir gram glikoz molekülünün tamamen oksidasyonu ile, oluşumu sırasında emilen ile aynı miktarda enerji salınır - 690 kcal. Böylece, fotosentez sürecinde güneş enerjisini kullanan yeşil bitkiler, gelecekte kullanmak üzere depolar. Bu fenomenin özü, K.A.'nın mecazi ifadesi ile iyi bir şekilde ortaya çıkar. Bitkileri "konserve güneş ışınları" olarak adlandıran Timiryazev.

Organik madde belirli koşullar altında çok uzun bir süre, bazen milyonlarca yıl varlığını sürdürür. Oksitlendiklerinde, o uzak zamanlarda Dünya'ya düşen güneş ışınlarının enerjisi açığa çıkar ve kullanılabilir. Petrol, kömür, turba, odun yanması sırasında açığa çıkan termal enerji - tüm bunlar, yeşil bitkiler tarafından özümsenen ve dönüştürülen güneşin enerjisidir.

Hayvan vücudundaki enerji kaynağı, Güneş'in "konserve" enerjisini de içeren yiyeceklerdir. Dünyadaki yaşam sadece Güneş'ten gelir. Ve bitkiler “Güneş enerjisinin Dünya'nın organik dünyasına aktığı kanallardır” (K. A, Timiryazev).

Fotosentez çalışmasında, yani enerji tarafında, seçkin bir Rus bilim adamı K.A. Timiryazev (1843-1920). Enerjinin korunumu yasasının organik dünyada da yer aldığını gösteren ilk kişiydi. O günlerde, bu ifade büyük felsefi ve pratik öneme sahipti. Timiryazev, yeşil bitkilerin dünya edebiyatındaki kozmik rolü sorununun en popüler açıklamasına sahiptir.

Fotosentez ürünlerinden biri, hemen hemen tüm canlıların solunumu için gerekli olan serbest oksijendir.Doğada oksijensiz (anaerobik) bir solunum türü de vardır, ancak çok daha az verimlidir: eşit miktarda solunum kullanıldığında organik madde tamamen oksitlenmediğinden serbest enerji birkaç kat daha az elde edilir. Bu nedenle, oksijen (aerobik) solunumunun daha yüksek bir yaşam standardı, hızlı büyüme, yoğun üreme ve türlerin geniş dağılımını, yani biyolojik ilerlemeyi karakterize eden tüm bu fenomenleri sağladığı anlaşılabilir.

Atmosferdeki oksijenin neredeyse tamamının biyolojik kökenli olduğu varsayılmaktadır. Dünya'nın varlığının ilk dönemlerinde, gezegenin atmosferi restore edilmiş bir karaktere sahipti. Hidrojen, hidrojen sülfür, amonyak, metandan oluşuyordu. Bitkilerin ortaya çıkması ve dolayısıyla oksijen ve oksijen solunumu ile organik dünya yeni, daha yüksek bir seviyeye yükseldi ve evrimi çok daha hızlı ilerledi. Bu nedenle yeşil bitkiler sadece anlık bir öneme sahip değildir: oksijen salarak yaşamı desteklerler. Bir dereceye kadar, organik dünyanın evriminin doğasını belirlediler.

Fotosentezin önemli bir sonucu organik bileşiklerin oluşumudur. Bitkiler çok çeşitli türlerde karbonhidratları, proteinleri ve yağları sentezler. Bu maddeler, insanlar ve hayvanlar için gıda ve endüstri için hammadde görevi görür. Bitkiler kauçuk, güta-perka, uçucu yağlar, reçineler, tanenler, alkaloidler vb. oluşturur. Bitkisel hammaddelerin işleme ürünleri kumaşlar, kağıtlar, boyalar, ilaçlar ve patlayıcılar, yapay lifler, yapı malzemeleri ve çok daha fazlasıdır.

Fotosentezin ölçeği çok büyüktür. Bitkiler yılda 15,6-10 10 ton karbondioksit (dünya rezervlerinin 1/16'sı) ve 220 milyar ton su emer. Yeryüzündeki organik madde miktarı 10 14 tondur ve bitkilerin kütlesi, hayvanların kütlesi ile 2200:1 olarak ilişkilidir. Bu anlamda (organik maddenin yaratıcıları olarak), organik üretimi kara bitkilerinin üretiminden on kat daha fazla olan okyanuslarda yaşayan su bitkileri, algler de önemlidir.