Участие в фотосинтезе растений, выделяющих кислород

Существование на Земле живых существ, в том числе людей, невозможно без дыхания. Потребляя из окружающей среды кислород, человек выдыхает диоксид углерода. По идее этот жизненно важный газ должен бы закончиться. Однако воздушные массы им постоянно пополняются. Такая реакция становится возможной, поскольку при дыхании растения выделяют кислород О₂. Все растения являются автотрофами, преобразуют химические элементы земной коры в составляющие живой природы, выделяя кислород. Поэтому без их участия наличие биотической материи на Земле оказалось бы под вопросом.

Понятие и факторы фотосинтеза

Потребляя свет солнца, растения выделяют кислород в процессе фотосинтеза. В это же время они продуцируют различные углеродсодержащие элементы, потребляемыми биологическими существами.

Представители флоры содержат пигмент - хлорофилл, окрашивающий их в зеленый цвет. Этот компонент улавливает излучение солнца. Благодаря этому в растениях и происходит фотосинтез, официально открытый в 1771 году. Сам же термин возник позднее - в 1877 году.

Обязательный фактор протекания реакции - поглощение хлорофиллом солнечного или искусственно созданного света. Однако природные ультрафиолетовые волны, исходящие от солнца, наиболее благоприятно сказываются на живых организмах. В умеренных широтах активизация фотосинтеза в естественной среде приходится на теплое время года, поскольку длина светлого времени суток больше, а также у растений присутствуют зеленые побеги и листья, увядающие осенью.

Для осуществления данного сложного превращения, помимо солнечного излучения и хлорофилла, обязательны CO₂, Н₂О и минеральные элементы, которые преимущественно добываются из грунта посредством корней.

Место осуществления

Фотосинтез проходит внутри растительных клеток, в мелких органоидах - хлоропластах. Они содержат пигмент хлорофилл, придающий зеленую окраску.

Это непростое превращение осуществляется преимущественно в зеленых листьях, а также в зеленых плодах, побегах. Наиболее весомое содержание хлорофилла обнаруживается в листьях, поскольку большая площадь позволяет поглощать значительный объем света, следовательно, имеется больше энергии для осуществления реакции.

Как происходит процесс?

Процесс преобразования веществ у растений, выделяющих кислород, довольно непрост. Сначала растение улавливает лучи солнца с помощью хлорофилла. Одновременно корнями оно всасывает из почвы воду, где содержатся различные минералы, потребляет СО₂ из воздуха и воды. Хлорофилл преобразует Н₂О, микроэлементы и СО₂ в органические соединения. В этот момент растения выделяют в атмосферу кислород, а часть идет на дыхание.

Фотосинтез включает в себя две взаимозависящие, но совершенно разные фазы: световую и темновую. Первая фаза осуществляется только при свете, без которого невозможна. Для темной же обязательно постоянное присутствие СО₂.

Световая фаза

Абсолютным условием для осуществления процессов на данном этапе является присутствие света, активирующего хлорофилл. При этом последний расщепляет молекулу воды на Н₂ и О₂. Все происходит внутри хлоропластов, в ограниченных мембраной компартментах – тилакоидах. В итоге синтезируется органическое соединение АТФ, своеобразный источник энергии в биологических процессах. Наступает то время, когда растения выделяют кислород.

Темновая фаза

Осуществляется в стромах хлоропластов и называется темновой, поскольку здесь процессы могут идти без присутствия света, то есть круглосуточно.

Сначала происходит обязательное постоянное поглощение и фиксация углекислого газа из окружающей среды. Затем имеет место серия превращений, заканчивающаяся образованием глюкозы (природного сахара), аминокислот, жирных кислот, глицерина и других важных органических соединений. Энергия для протекания реакций берется из АТФ и НАДФ-Н₂, созданных в световой фазе.

Дыхание растений

Являясь представителями живой материи, растения дышат. Причем поглощая и выделяя как О₂, так и диоксид углерода. Только у растений при процессе фотосинтеза потребляется СО₂ и выделяется О₂. Примечательно, что отдается намного большее количество кислорода, чем потребляется для дыхания. Следовательно, в общей сумме на свету растение преимущественно выделяет кислород, поглощая СО₂. Одновременно процесс дыхания тоже имеет место, но потребление О₂ и удаление двуокиси углерода имеют место в значительно меньшем масштабе.

Как правило, в темноте растения поглощают кислород и выделяют углекислый газ, то есть дышат. Как таковая дыхательная система у растений отсутствует: они усваивают кислород всей поверхностью, в основном - листьями.

Растения, выделяющие кислород в темноте

Большая часть растений энергично отдает кислород на свету, а без него, наоборот, его потребляет. По этой причине обычно не рекомендуют ставить их в спальне. Но у некоторых растений все происходит в обратном порядке.

Например, каланхоэ, фикус Бенджамина и орхидеи динамично отдают О₂ в любое время суток. К растениям, выделяющим кислород ночью, относится и алоэ, обеззараживающий, помимо прочего, воздух от микробов и вытягивающий из него вредные вещества. Про полезные свойства этого уникального суккулента, пожалуй, знают все.

Сильнейшим очистителем окружающего пространства является сансевиерия, способствующая укреплению иммунной системы людей. К этому же виду относят и герань, способную уничтожить любые бактерии и даже некоторые вирусы. Она обладает свойствами антидепрессанта: ее запах может облегчить невроз, бессонницу, стресс и нервное напряжение.

Значение фотосинтеза для нашей планеты

Как считают ученые, планета Земля образовалась из солнечной туманности, и в составе ее атмосферы кислород первоначально отсутствовал. Возникновение такого жизненно необходимого газа оказалось возможным именно вследствие фотосинтеза. В итоге появилось кислородное дыхание, присущее практически всем живым существам. Кислород способствовал возникновению естественной защиты планеты от ультрафиолетового излучения солнца – озонового слоя. Данное обстоятельство благоприятствовало эволюции: выходу живых организмов из океана на сушу.

Очень важно и то, что растения, выделяющие кислород, также потребляют из атмосферы углекислый газ. Излишек СО₂ вызывает парниковый эффект, плохо сказывающийся на климате и живых существах.

При отсутствии фотосинтеза оказался бы переизбыток СО₂ в атмосфере планеты. Как следствие, большинство живых организмов не смогли бы дышать и погибли. Фотосинтез определяет стабильность газового состава атмосферной оболочки Земли. Деревья являются легкими нашей планеты. Следовательно, очень важно беречь их от вырубки и пожаров, а в населенных пунктах сажать побольше растительности.

Колоссальная ценность фотосинтеза заключается в том, что из простых минеральных элементов возникают различные органические соединения. Получается, что все живое на Земле обязано своему появлению этому удивительному процессу.

Кроме того, растения употребляются в пищу огромным количеством животных. Созданные и накопленные растениями органические соединения также являются едой и источником энергии. За миллиарды лет в недрах земли накопились большие залежи органических веществ (нефть, уголь и другие).

Люди используют продукты фотосинтеза не только в пище и лечении, но и в хозяйственной деятельности как строительный материал и различное сырье.