Фотосинтезировать могут только растения

Фотосинтез белых растений: как происходит фотосинтез у растений, которые не являются зелеными

Вы когда-нибудь задумывались, как происходит фотосинтез у растений, которые не являются зелеными? Фотосинтез растений происходит, когда солнечный свет вызывает химическую реакцию в листьях и стеблях растений. В результате этой реакции углекислый газ и вода превращаются в форму энергии, которая может быть использована живыми существами. Хлорофилл — это зеленый пигмент в листьях, который улавливает солнечную энергию. Хлорофилл кажется нашим глазам зеленым, потому что он поглощает другие цвета видимого спектра и отражает зеленый цвет.

Как фотосинтезируют растения, которые не являются зелеными

Если растениям требуется хлорофилл для получения энергии из солнечного света, логично задаться вопросом, может ли происходить фотосинтез без хлорофилла. Ответ — да. Другие фотопигменты также могут использовать фотосинтез для преобразования солнечной энергии.

Растения с пурпурно-красными листьями, такие как японские клены используют фотопигменты, имеющиеся в их листьях, для процесса растительного фотосинтеза. На самом деле, даже у растений зеленого цвета есть эти пигменты. Подумайте о лиственных деревьях которые теряют свои листья на зиму.

Когда наступает осень, в листьях лиственных деревьев прекращается процесс фотосинтеза, и хлорофилл разрушается. Листья больше не выглядят зелеными. Цвет от других пигментов становится видимым, и мы видим красивые оттенки желтого, оранжевого и красного в осенних листьях.

Однако есть небольшая разница в том, как зеленые листья улавливают солнечную энергию и как растения без зеленых листьев осуществляют фотосинтез без хлорофилла. Зеленые листья поглощают солнечный свет с обоих концов видимого светового спектра. Это фиолетово-синие и красновато-оранжевые световые волны. Пигменты в незеленых листьях, таких как японский клен, поглощают другие световые волны. При низком уровне освещенности незеленые листья менее эффективно улавливают солнечную энергию, но в полдень, когда солнце самое яркое, разницы нет.

Могут ли растения без листьев фотосинтезировать?

Ответ — да. Такие растения, как кактусы не имеют листьев в традиционном смысле этого слова. (Но клетки тела или ’стебля’ кактуса по-прежнему содержат хлорофилл. Таким образом, растения, подобные кактусам, могут поглощать и преобразовывать энергию солнца в процессе фотосинтеза.

Аналогичным образом, такие растения, как мхи и печеночники также фотосинтезируют. Мхи и печеночники — это бриофиты, или растения, не имеющие сосудистой системы. У этих растений нет настоящих стеблей, листьев или корней, но клетки, составляющие модифицированные версии этих структур, по-прежнему содержат хлорофилл.

Могут ли белые растения фотосинтезировать?

Растения, такие как некоторые виды хоста имеют пестрые листья с большими участками белого и зеленого цвета. Другие, например каладиум имеют преимущественно белые листья, в которых очень мало зеленого цвета. Проводят ли белые участки на листьях этих растений фотосинтез?

Это зависит от ситуации. У некоторых видов белые участки листьев содержат незначительное количество хлорофилла. У этих растений есть стратегии адаптации, например, большие листья, которые позволяют зеленым участкам листьев производить достаточное количество энергии для поддержания жизнедеятельности растения.

У других видов белые участки листьев действительно содержат хлорофилл. Эти растения изменили структуру клеток в своих листьях, поэтому они кажутся белыми. На самом деле листья этих растений содержат хлорофилл и используют процесс фотосинтеза для получения энергии.

Не все белые растения делают это. Сайт растение-призрак (Monotropa uniflora), например, является травянистым многолетником, который не содержит хлорофилла. Вместо того чтобы вырабатывать собственную энергию из солнечного света, оно крадет энергию у других растений, подобно тому как червь-паразит крадет питательные вещества и энергию у наших домашних животных.

Оглядываясь назад, можно сказать, что фотосинтез растений необходим для их роста, а также для производства пищи, которую мы едим. Без этого важнейшего химического процесса наша жизнь на Земле не существовала бы.

Источник

Фотосинтез

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ — пища) — организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος — иной + τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение + τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Фотосинтез

Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

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

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H + ) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная форма — НАДФ + превращается в восстановленную — НАДФ∗H₂.

• Свободный кислород O₂ — в результате фотолиза воды
• АТФ — универсальный источник энергии
• НАДФ∗H₂ — форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H₂ в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H₂ происходит восстановление CO₂ до глюкозы C₆H₁₂O₆. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO₂, 12 НАДФ∗H₂ и 18 АТФ.

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.

• Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
• Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
• Растения поддерживают определенный процент содержания O₂ в атмосфере, очищают ее от избытка CO₂
• Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений (железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей. Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены растениями и служат удобрением.

• Серобактерии — окисляют H₂S —> S 0 —> (S +4 O₃) 2- —> (S +6 O₄) 2-
• Железобактерии — окисляют Fe +2 —>Fe +3
• Водородные бактерии — окисляют H₂ —> H +1 ₂O
• Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO₂

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник