Вид питания растений при фотосинтезе

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

Какой способ питания характерен для растений?

Питательные вещества — это компоненты, содержащиеся в пище, такие как углеводы, белки, жиры, витамины и минералы. Они необходимы для поддержания жизни организмов. Растения сами синтезируют питательные вещества, в то время как животные и люди получают их из других организмов. Мы прямо или косвенно зависим от растений и животных в потребностях в пище.

Процесс получения пищи и ее использования для роста, поддержания здоровья и восстановления поврежденных частей тела называется питанием. Растения производят пищу, беря сырье из окружающей среды, такое как минеральные вещества, углекислый газ, вода и солнечный свет. Есть два основных типа питания живых организмов:

• Для большинства растений характерно автотрофное питание, их также называются первичными продуцентами. Для синтеза питательных веществ посредством фотосинтеза растения используют свет, углекислый газ и воду.
• Животные, в том числе и люди являются гетеротрофами, поскольку их питание зависит от растений. Некоторые виды растений, которые не имеют хлорофилла также демонстрант гетеротрофное питание.

Автотрофное питание растений

Основным способом питания растений является автотрофный. Растения улавливают энергию солнечного света и генерируют ее в питательные вещества. Этот процесс называется фотосинтезом.

Фотосинтез

• Растения могут производить себе пищу посредством процесса, называемого фотосинтезом.
• Хлоропласты — структуры в клетках растений, где происходит фотосинтез.
• Производство продуктов питания осуществляется преимущественно в листьях. Вода и минералы из почвы поглощаются корнем и по сосудам переносятся к листьям. Двуокись углерода захватывается из атмосферы листьями через устьица — маленькие поры на листьях, окруженные замыкающими клетками.
• Хлорофилл — это зеленый пигмент, присутствующий в листьях, который помогает листьям улавливать энергию солнечного света для приготовления питательных веществ. Синтез питательных веществ, который происходит в присутствии солнечного света называется фотосинтезом. Следовательно, солнце является первоисточником энергии для всех живых организмов.
• Во время фотосинтеза вода и углекислый газ в присутствии солнечного света используются для производства углеводов и кислорода. Фотосинтез обеспечивает пищей всех живых существ.
• Кислород, один из основных компонентов жизни на Земле, выделяется растениями как побочный продукт фотосинтеза.

Условия, необходимые для фотосинтеза:

• Поглощение энергии солнечного света
• Преобразование световой энергии в химическую энергию
• Расщепление воды на кислород и водород
• Углекислый газ восстанавливается, то есть молекулы водорода соединяются с углеродом, образуя углеводы (молекулы сахара)

Гетеротрофное питание растений

Некоторые растения не содержат хлорофилл для фотосинтеза и являются гетеротрофами.

Ниже перечислены различные типы гетеротрофных растений, которые классифицируются на основе их способа питания:

Паразитическое питание

Некоторые гетеротрофные растения зависят в питании от других растений и животных. Такие растения известны как растения-паразиты. Однако хозяин не получает никакой пользы от паразита.

Насекомоядные растения

Эти растения обладают особыми структурными особенностями, которые помогают им ловить насекомых, и известны как плотоядные растения. Они переваривают насекомых, выделяя пищеварительные соки и поглощая из них питательные вещества. Эти растения растут на почвах, которые бедны минералами.

Примеры: Кувшинные растения, Венерина мухоловка (Dionaea muscipula)

Сапрофиты

Сапрофитные растения получают питание из мертвых и разлагающихся останков растений и животных. Они растворяют отмерший органический материал, выделяя пищеварительные соки и поглощая питательные вещества.

Симбиоз

Когда два растения, принадлежащих к разным видам, демонстрируют тесные взаимовыгодные отношения, их называют симбиотическими.

Источник