Rừng được coi là "lá phổi xanh của hành tinh" không phải là vô ích. Quang hợp là gì và quá trình này xảy ra như thế nào, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết.

Quang hợp là gì?

Quang hợp - Một quá trình sinh hóa trong đó các chất hữu cơ phát sinh bằng cách sử dụng các sắc tố thực vật đặc biệt và năng lượng ánh sáng từ các chất vô cơ (carbon dioxide, nước). Đây là một trong những quá trình quan trọng nhất do phần lớn các sinh vật xuất hiện và tiếp tục tồn tại trên hành tinh.

Sự thật thú vị: Thực vật trên cạn, cũng như tảo xanh, có khả năng quang hợp. Trong trường hợp này, tảo (thực vật phù du) tạo ra 80% oxy.

Tầm quan trọng của quang hợp đối với sự sống trên trái đất

Nếu không có quang hợp, thay vì nhiều sinh vật sống, chỉ có vi khuẩn sẽ tồn tại trên hành tinh của chúng ta. Đó là năng lượng thu được do kết quả của quá trình hóa học này cho phép vi khuẩn tiến hóa.

Bất kỳ quá trình tự nhiên đều cần năng lượng. Cô ấy đến từ mặt trời. Nhưng ánh sáng mặt trời chỉ hình thành sau khi được thực vật biến đổi.

Thực vật chỉ sử dụng một phần năng lượng và phần còn lại chúng tự tích lũy. Chúng ăn động vật ăn cỏ, là thức ăn cho động vật ăn thịt. Trong quá trình của chuỗi, mỗi liên kết nhận được các chất và năng lượng có giá trị cần thiết.

Oxy tạo ra trong phản ứng là cần thiết cho tất cả các sinh vật để thở. Hơi thở trái ngược với quang hợp. Trong trường hợp này, chất hữu cơ bị oxy hóa, phá hủy. Năng lượng kết quả được sử dụng bởi các sinh vật để thực hiện các nhiệm vụ quan trọng khác nhau.

Trong sự tồn tại của hành tinh, khi có ít thực vật, oxy thực sự không có. Các dạng sống nguyên thủy nhận được tối thiểu năng lượng theo những cách khác. Đó là quá ít để phát triển. Do đó, thở do oxy đã mở ra nhiều cơ hội hơn.

Một chức năng khác của quang hợp là bảo vệ các sinh vật khỏi tiếp xúc với tia cực tím. Chúng ta đang nói về tầng ozone nằm trong tầng bình lưu ở độ cao khoảng 20-25 km. Nó được hình thành do oxy, biến thành ozone dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Nếu không có sự bảo vệ này, sự sống trên Trái đất sẽ chỉ giới hạn ở các sinh vật dưới nước.

Các sinh vật giải phóng carbon dioxide trong quá trình hô hấp. Nó là một yếu tố thiết yếu của quang hợp. Mặt khác, carbon dioxide đơn giản sẽ tích tụ trong bầu khí quyển phía trên, giúp tăng cường đáng kể hiệu ứng nhà kính.

Đây là một vấn đề môi trường nghiêm trọng, bản chất của nó là làm tăng nhiệt độ của khí quyển với những hậu quả tiêu cực. Chúng bao gồm thay đổi khí hậu (sự nóng lên toàn cầu), sông băng tan chảy, mực nước biển dâng cao, v.v.

Chức năng quang hợp:

• tiến hóa oxy;
• hình thành năng lượng;
• hình thành chất dinh dưỡng;
• việc tạo ra tầng ozone.

Định nghĩa và công thức của quang hợp

Thuật ngữ quang hợp hình ảnh khác nhau xuất phát từ sự kết hợp của hai từ: hình ảnh và tổng hợp. Dịch từ tiếng Hy Lạp cổ đại, chúng có nghĩa là "ánh sáng" và "kết nối", tương ứng. Do đó, năng lượng của ánh sáng được chuyển đổi thành năng lượng liên kết của các chất hữu cơ.

Kế hoạch:

Carbon dioxide + nước + ánh sáng = carbohydrate + oxy.

Công thức khoa học cho quang hợp:

6CO₂ + 6 giờ₂O → C₆N₁₂TRONG KHOẢNG₆ + 6O_2.

Quang hợp xảy ra để tiếp xúc trực tiếp của nước và CO₂ không thể thây.

Tầm quan trọng của quang hợp đối với thực vật

Cây đòi hỏi chất hữu cơ, năng lượng cho sự tăng trưởng và phát triển. Nhờ quang hợp, họ cung cấp cho mình các thành phần này. Việc tạo ra các chất hữu cơ là mục tiêu chính của quang hợp cho thực vật và việc giải phóng oxy được coi là một phản ứng phụ.

Sự thật thú vị: Thực vật là duy nhất bởi vì chúng không cần các sinh vật khác để lấy năng lượng.Do đó, họ tạo thành một nhóm riêng - autotrophs (dịch từ ngôn ngữ Hy Lạp cổ đại Tôi ăn bản thân mình).

Làm thế nào để quang hợp xảy ra?

Quang hợp diễn ra trực tiếp trong các phần xanh của cây - lục lạp. Chúng là một phần của tế bào thực vật. Lục lạp có chứa một chất - diệp lục. Đây là sắc tố quang hợp chính, nhờ nó mà toàn bộ phản ứng xảy ra. Ngoài ra, chất diệp lục quyết định màu xanh của thảm thực vật.

Sắc tố này được đặc trưng bởi khả năng hấp thụ ánh sáng. Và trong các tế bào của nhà máy, một phòng thí nghiệm sinh hóa thực sự đã được đưa ra, trong đó nước và CO₂ biến thành oxy, carbohydrate.

Nước xâm nhập qua hệ thống rễ của cây và khí xâm nhập trực tiếp vào lá. Ánh sáng hoạt động như một nguồn năng lượng. Khi một hạt ánh sáng tác động lên một phân tử diệp lục, sự kích hoạt của nó xảy ra. Trong phân tử nước H₂Ôxy (O) vẫn không được yêu cầu. Do đó, nó trở thành sản phẩm phụ cho cây trồng, nhưng rất quan trọng đối với chúng tôi, một sản phẩm phản ứng.

Các giai đoạn quang hợp

Quang hợp được chia thành hai giai đoạn: sáng và tối. Chúng xảy ra đồng thời, nhưng ở các phần khác nhau của lục lạp. Tên của từng giai đoạn nói lên chính nó. Pha phụ thuộc vào ánh sáng hoặc ánh sáng chỉ xảy ra với sự tham gia của các hạt ánh sáng. Trong pha tối hoặc không bay hơi, không cần ánh sáng.

Trước khi kiểm tra từng giai đoạn chi tiết hơn, cần hiểu rõ cấu trúc của lục lạp, vì nó quyết định bản chất và vị trí của các giai đoạn. Lục lạp là một loạt các plastid và nằm bên trong tế bào tách biệt với các thành phần khác của nó. Nó có hình dạng của một hạt giống.

Thành phần lục lạp liên quan đến quang hợp:

• 2 màng;
• stroma (chất lỏng trong);
• thylakoids;
• lumens (khoảng trống bên trong thylakoids).

Pha sáng của quang hợp

Nó chảy trên thylakoids, chính xác hơn là màng của chúng. Khi ánh sáng chiếu vào chúng, các electron tích điện âm được giải phóng và tích lũy. Do đó, các sắc tố quang hợp bị mất tất cả các điện tử, sau đó đến lượt các phân tử nước bị phân rã:

H₂O → H + + OH-

Trong trường hợp này, các proton hydro hình thành có điện tích dương và tích tụ trên màng thylakoid bên trong. Kết quả là, các proton có điện tích cộng và electron có điện tích trừ đi chỉ được tách ra bởi một màng.

Oxy được sản xuất như một sản phẩm phụ:

4OH → O₂ + 2 giờ₂Ôi

Tại một thời điểm nhất định, các pha của electron và proton của hydro trở nên quá nhiều. Sau đó enzyme ATP synthase đi vào hoạt động. Nhiệm vụ của nó là chuyển các proton hydro từ màng thylakoid sang môi trường chất lỏng lục lạp - chất nền.

Ở giai đoạn này, hydro được xử lý bởi một chất mang khác - NADP (viết tắt của nicotinamidine nucleotide phosphate). Nó cũng là một loại enzyme làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa trong các tế bào. Trong trường hợp này, công việc của anh ta là vận chuyển các proton hydro trong phản ứng carbohydrate.

Ở giai đoạn này, quá trình photphospholation xảy ra, trong đó một lượng năng lượng khổng lồ được tạo ra. Nguồn của nó là ATP - adenosine triphosphoric acid.

Phác thảo ngắn gọn:

1. Cú đánh của một lượng tử ánh sáng vào chất diệp lục.
2. Việc lựa chọn các điện tử.
3. Sự phát triển của oxy.
4. Sự hình thành của NADPH oxyase.
5. Sản xuất năng lượng ATP.

Sự thật thú vị: Có một nhà máy được gọi là Velvichia, mọc ở bờ biển châu Phi Đại Tây Dương. Đây là đại diện duy nhất của một loại có tối thiểu lá có khả năng quang hợp. Tuy nhiên, tuổi của Velvich đạt khoảng 2000 năm.

Pha tối của quang hợp

Pha độc lập với ánh sáng xảy ra trực tiếp trong lớp nền. Nó đại diện cho một loạt các phản ứng enzyme. Carbon dioxide được hấp thụ ở giai đoạn ánh sáng hòa tan trong nước, và ở giai đoạn này, nó bị khử thành glucose. Các chất hữu cơ phức tạp cũng được sản xuất.

Các phản ứng của pha tối được chia thành ba loại chính và phụ thuộc vào loại thực vật (chính xác hơn là sự trao đổi chất của chúng), trong các tế bào xảy ra quá trình quang hợp:

• VỚI₃-cây;
• VỚI₄-cây;
• Cây CAM.

K C₃- Thực vật bao gồm hầu hết các loại cây nông nghiệp mọc ở vùng khí hậu ôn đới. Trong quá trình quang hợp, carbon dioxide trở thành axit photphoglyceric.

Các loài cận nhiệt đới và nhiệt đới, chủ yếu là cỏ dại, thuộc về thực vật C4. Chúng được đặc trưng bởi sự chuyển đổi carbon dioxide thành oxaloacetate. Cây CAM là một loại cây thiếu độ ẩm. Chúng khác nhau trong một loại quang hợp đặc biệt - CAM.

VỚI3tổng hợp

Phổ biến nhất là C₃-hình tổng hợp, còn được gọi là chu trình Calvin - để vinh danh nhà khoa học người Mỹ Melvin Calvin, người đã đóng góp rất lớn cho nghiên cứu về những phản ứng này và nhận giải thưởng Nobel cho việc này.

Cây được gọi là C₃ do thực tế là trong các phản ứng của các phân tử 3-carbon pha tối của axit 3-phosphoglyceric - 3-PGA được hình thành. Các enzyme khác nhau có liên quan trực tiếp.

Để một phân tử glucose hoàn chỉnh hình thành, 6 chu kỳ phản ứng của pha độc lập với ánh sáng phải vượt qua. Carbonhydrate là sản phẩm chính của quá trình quang hợp trong chu trình Calvin, nhưng ngoài ra, axit béo và axit amin, cũng như glycolipids, được sản xuất. C₃ quá trình quang hợp thực vật diễn ra độc quyền trong các tế bào trung mô.

Nhược điểm chính của C3quang hợp

Cây nhóm C₃được đặc trưng bởi một nhược điểm đáng kể. Nếu không đủ độ ẩm trong môi trường, khả năng quang hợp bị giảm đáng kể. Điều này là do sự hấp thụ ánh sáng.

Thực tế là với nồng độ carbon dioxide thấp trong lục lạp (dưới 50: 1 000 000), oxy được cố định thay vì cố định carbon. Các enzyme đặc biệt làm chậm đáng kể và lãng phí năng lượng mặt trời.

Đồng thời, sự tăng trưởng và phát triển của cây chậm lại, vì nó thiếu chất hữu cơ. Ngoài ra, không có sự giải phóng oxy vào khí quyển.

Sự thật thú vị: Sên biển Elysia chlorotica là một loài động vật độc đáo có khả năng quang hợp giống như thực vật. Nó ăn tảo, lục lạp xâm nhập vào các tế bào của đường tiêu hóa và quang hợp ở đó trong nhiều tháng. Các carbohydrate sản xuất phục vụ sên như thức ăn.

Quang hợp C4

Không giống như C₃-Tổng hợp, ở đây các phản ứng cố định carbon dioxide được thực hiện trong các tế bào thực vật khác nhau. Những loại thực vật này có thể đối phó với vấn đề hấp thụ ánh sáng, và chúng làm điều này với một chu kỳ hai giai đoạn.

Một mặt, nồng độ carbon dioxide cao được duy trì và mặt khác, mức độ oxy trong lục lạp thấp được kiểm soát. Chiến thuật này cho phép thực vật C4 tránh hít thở ảnh và những khó khăn liên quan. Đại diện của các nhà máy của nhóm này là mía, ngô, kê, vv

So với cây C₃ chúng có thể thực hiện các quá trình quang hợp mạnh hơn nhiều trong điều kiện nhiệt độ cao và thiếu độ ẩm. Ở giai đoạn đầu tiên, carbon dioxide được cố định trong các tế bào trung mô, nơi axit 4-carbonic được hình thành. Sau đó axit đi vào vỏ và phân hủy ở đó thành hợp chất 3 carbon và carbon dioxide.

Ở giai đoạn thứ hai, carbon dioxide thu được bắt đầu hoạt động trong chu trình Calvin, nơi glyceraldehyd-3-phosphate và carbohydrate được sản xuất, cần thiết cho quá trình chuyển hóa năng lượng.

Do quá trình quang hợp hai bước trong thực vật C4, một lượng carbon dioxide đủ được hình thành cho chu trình Kelvin. Do đó, enzyme hoạt động toàn lực và không lãng phí năng lượng vô ích.

Nhưng hệ thống này có nhược điểm của nó. Cụ thể, một lượng năng lượng ATP lớn hơn được tiêu thụ - cần thiết cho việc chuyển đổi axit 4 carbon thành axit 3 carbon và theo hướng ngược lại. Vậy C₃-Tổng hợp luôn có năng suất cao hơn so với C4 với lượng nước và ánh sáng thích hợp.

Điều gì ảnh hưởng đến tốc độ quang hợp?

Quang hợp có thể xảy ra ở tốc độ khác nhau. Quá trình này phụ thuộc vào điều kiện môi trường:

• Nước;
• bước sóng ánh sáng;
• cạc-bon đi-ô-xít;
• nhiệt độ.

Nước là một yếu tố cơ bản, vì vậy khi thiếu, các phản ứng chậm lại. Để quang hợp, thuận lợi nhất là các sóng của phổ màu đỏ và xanh tím. Một mức độ chiếu sáng cao cũng tốt hơn, nhưng chỉ đến một giá trị nhất định - khi đạt được, kết nối giữa độ chiếu sáng và tốc độ phản ứng sẽ biến mất.

Nồng độ carbon dioxide cao cung cấp các quá trình quang hợp nhanh và ngược lại. Một số nhiệt độ rất quan trọng đối với các enzyme làm tăng tốc các phản ứng. Điều kiện lý tưởng cho họ là khoảng 25-30 ℃.

Hơi thở hình ảnh

Tất cả các sinh vật sống cần thở, và thực vật cũng không ngoại lệ. Tuy nhiên, quá trình này ở chúng xảy ra hơi khác so với ở người và động vật, đó là lý do tại sao nó được gọi là sự phát quang.

Nói chung là, hơi thở - một quá trình vật lý trong đó một sinh vật sống và môi trường trao đổi khí. Giống như tất cả các sinh vật sống, thực vật cần oxy để thở. Nhưng họ tiêu thụ nó ít hơn nhiều so với họ sản xuất.

Trong quá trình quang hợp, chỉ xảy ra trong ánh sáng mặt trời, thực vật tạo ra thức ăn cho chính chúng. Trong quá trình thở bằng ảnh, được thực hiện suốt ngày đêm, các chất dinh dưỡng này được chúng hấp thụ để hỗ trợ quá trình trao đổi chất trong các tế bào.

Sự thật thú vị: trong một ngày nắng, một khu rừng rộng 1 ha tiêu thụ từ 120 đến 280 kg carbon dioxide và thải ra từ 180 đến 200 kg oxy.

Oxy (như carbon dioxide) xâm nhập vào tế bào thực vật thông qua các lỗ mở đặc biệt - khí khổng. Chúng nằm ở dưới cùng của lá. Khoảng 1000 khí khổng có thể nằm trên một tờ.

Trao đổi khí của cây tùy thuộc vào chiếu sáng

Quá trình trao đổi khí ở các mức chiếu sáng khác nhau được trình bày như sau:

1. Ánh sáng. Carbon dioxide được sử dụng trong quá trình quang hợp. Thực vật sản xuất nhiều oxy hơn mức tiêu thụ. Thặng dư của nó đi vào bầu khí quyển. Carbon dioxide được tiêu thụ nhanh hơn so với được giải phóng bằng hô hấp. Carbohydrate không sử dụng được lưu trữ bởi các nhà máy để sử dụng trong tương lai.
2. Ánh sáng yếu. Trao đổi khí với môi trường không xảy ra, vì nhà máy tiêu thụ tất cả oxy mà nó tạo ra.
3. Thiếu ánh sáng. Chỉ có quá trình hô hấp xảy ra. Carbon dioxide được giải phóng và oxy được tiêu thụ.

Tổng hợp hóa học

Một số sinh vật sống cũng có khả năng hình thành carbohydrate monocar từ nước và carbon dioxide, trong khi chúng không cần ánh sáng mặt trời. Chúng bao gồm vi khuẩn, và quá trình chuyển đổi năng lượng được gọi là tổng hợp hóa học.

Tổng hợp hóa học Đó là một quá trình trong đó glucose được tổng hợp, nhưng hóa chất được sử dụng thay vì năng lượng mặt trời. Nó chảy trong khu vực có nhiệt độ đủ cao, thích hợp cho hoạt động của các enzyme và trong điều kiện không có ánh sáng. Đây có thể là các khu vực gần suối thủy nhiệt, rò rỉ khí mê-tan ở độ sâu biển, v.v.

Lịch sử phát hiện quang hợp

Lịch sử phát hiện và nghiên cứu về quang hợp bắt đầu từ năm 1600, khi Jan Baptiste van Helmont quyết định tìm hiểu câu hỏi cấp bách lúc đó: thực vật ăn gì và chúng lấy chất hữu ích từ đâu?

Vào thời điểm đó, người ta tin rằng đất là một nguồn của các yếu tố có giá trị. Nhà khoa học đã đặt một cành cây liễu trong một vật chứa bằng đất, nhưng trước đó đã đo được trọng lượng của chúng. Trong 5 năm, anh chăm sóc cây, tưới nước, sau đó anh lại thực hiện các thủ tục đo lường.

Hóa ra trọng lượng của trái đất giảm 56 g, nhưng cây trở nên nặng hơn 30 lần. Phát hiện này đã bác bỏ quan điểm cho rằng thực vật ăn đất và đưa ra một lý thuyết mới - dinh dưỡng nước.

Trong tương lai, nhiều nhà khoa học đã cố gắng bác bỏ nó.Ví dụ, Lomonosov tin rằng các thành phần cấu trúc một phần xâm nhập vào cây qua lá. Ông được hướng dẫn bởi các nhà máy phát triển thành công trong khu vực khô cằn. Tuy nhiên, không thể chứng minh phiên bản này.

Điều gần nhất với tình huống thực tế là Joseph Priestley, một nhà khoa học hóa học và linh mục bán thời gian. Khi anh ta phát hiện ra một con chuột chết trong một cái lọ lộn ngược, và sự cố này đã buộc anh ta phải tiến hành một loạt các thí nghiệm với loài gặm nhấm, nến và container trong những năm 1770.

Priestley nhận thấy rằng cây nến luôn tắt nhanh nếu bạn che nó bằng một cái lọ trên đầu. Ngoài ra, một sinh vật sống không thể tồn tại. Nhà khoa học đi đến kết luận rằng có một số lực nhất định làm cho không khí phù hợp với cuộc sống và cố gắng kết nối hiện tượng này với thực vật.

Anh ta tiếp tục thiết lập các thí nghiệm, nhưng lần này anh ta cố gắng đặt một cái chậu có trồng bạc hà dưới một cái hộp thủy tinh. Trước sự ngạc nhiên lớn, nhà máy tiếp tục phát triển tích cực. Sau đó, Priestley đặt một cái cây và một con chuột dưới một cái lọ, và chỉ một con vật dưới cái thứ hai. Kết quả rất rõ ràng - dưới chiếc xe tăng đầu tiên, loài gặm nhấm vẫn không hề hấn gì.

Thành tựu của nhà hóa học trở thành động lực để các nhà khoa học khác trên thế giới lặp lại thí nghiệm. Nhưng điều bắt được là linh mục đã tiến hành thí nghiệm vào ban ngày. Và, ví dụ, dược sĩ Karl Scheele - vào ban đêm, khi có thời gian rảnh. Kết quả là, nhà khoa học đã buộc tội Priestley lừa dối, bởi vì các đối tượng thử nghiệm của anh ta không thể chịu đựng được thí nghiệm với nhà máy.

Một cuộc đối đầu khoa học thực sự nổ ra giữa các nhà hóa học, mang lại lợi ích đáng kể và tạo ra một khám phá khác - rằng thực vật cần khôi phục không khí, chúng cần ánh sáng mặt trời.

Tất nhiên, sau đó không ai gọi hiện tượng này là quang hợp, và vẫn còn nhiều câu hỏi. Tuy nhiên, vào năm 1782, nhà thực vật học Jean Senebier đã có thể chứng minh rằng khi có ánh sáng mặt trời, thực vật có thể phân hủy carbon dioxide ở cấp độ tế bào. Và vào năm 1864, cuối cùng, bằng chứng thực nghiệm đã xuất hiện rằng thực vật hấp thụ carbon dioxide và tạo ra oxy. Đây là công lao của nhà khoa học đến từ Đức - Julius Sachs.

Xem video: Những Hiện Tượng Mà Kể Cả Khoa Học Chưa Có Lời Giải Phần 1 (Tháng MườI MộT 2024).