Исследовательская работа "Фотосинтез – величайшая тайна зелёного растения"
0
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Торбеевская средняя общеобразовательная школа № 1»
Фотосинтез – величайшая тайна зелёного растения
Исследовательская работа
Выполнила: Кидяева Полина, учащаяся 5 «б» класса
Руководитель: Мишина Елена Александровна, учитель биологии
рп. Торбеево 2016 г.
1
Оглавление
1. Введение.
2. Обзор литературных источников.
2.1 История открытия фотосинтеза
2.2. Значение фотосинтеза.
3.Методы исследования.
4. Результаты исследования и их обсуждение.
4.1 Исследование образования крахмала в листьях на свету
4.2 Значение хлорофилла в питании растения.
4.3 Исследование образования кислорода в процессе фотосинтеза.
5. Библиографический список.
2
Введение
Давно известно, что без зеленого растения не может быть жизни на Земле. Только оно
способно из простых соединений – солей, углекислого газа и воды – создать необходимые для
жизни человека и животных белки, жиры и углеводы.
О роли зеленого растения на Земле К.А.Тимирязев говорил так: «Едва ли какой процесс,
совершающийся на поверхности земли заслуживает в такой степени всеобщего внимания, как тот
далеко ещё не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает
луч солнца…- это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на
нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества»
Я всегда думала, что растение питается водой и растворенными в ней солями, которые
корень берет из почвы. Но на уроке биологии, изучая тему «Питание растений», я узнала, что это
почвенное питание, но, оказывается, что есть еще и воздушное питание, то есть фотосинтез.
Причиной появления жизни на Земле является, именно процесс фотосинтеза, который характерен
для зеленых растений.
Гипотеза: Можно ли считать фотосинтез гениальным изобретением природы?
Цель работы: путем проведения исследований доказать, что зеленый лист, а именно,
хлорофилл является источником жизни на Земле.
Задачи исследования:
1. Изучить теорию об истории открытия фотосинтеза.
2. Подобрать растительные объекты для исследований.
3. Провести опыты, доказывающие процесс фотосинтеза у растений.
4. В ходе исследования ответить на вопросы:
Почему говорят, что лист – живой?
Почему существует выражение: «лист – живая лаборатория»?
Что произойдет, если растения на Земле исчезнут?
Объект исследования: комнатные растения.
Методы исследования: поиск, изучение и анализ теоретического материала; проведение
опытов и их описание, сравнительный анализ.
Сроки проведения работы: сентябрь 2015г - февраль 2016 г
Практическое значение работы: результаты работы будут представлять интерес и
значимость в учебном процессе курса биологии, в формировании бережного отношения к зелёным
растениям.
3
2.1 История открытия фотосинтеза
В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря
корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы. Проверить эту точку зрения
взялся в начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт. Он взвесил землю
в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил
землю и взвесил её и растение. Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего
на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков - растения получают питательные вещества
прежде всего не из почвы, а из воды.
К самому неожиданному, но правильному предположению о воздушном питании растений
ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса
сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он
поставил опыт, в результате которого он сделал вывод: растения очищают воздух и делают его
пригодным для дыхания.
Опыты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается “чистым” и
может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных огней и дыхание множества
живых организмов. Он говорил: “Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения
произрастают не напрасно, а очищают и облагораживают нашу атмосферу”. Позднее выяснилось:
для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет.
Позднее голландский врач Ян Ингенхауз (1730-1799) подтвердил работу Пристли и показал,
что воздух “исправляется” только на солнечном свету и только зелеными частями растения. В
1796 году Ингенхауз предположил, что углекислота разлагается при фотосинтезе на С и О2, а О2
выделяется в виде газа. В последствие было обнаружено, что соотношение атомов углерода,
водорода и кислорода в сахарах и крахмале таково, что один атом углерода приходится на одну
молекулу воды, на что и указывает слово “углеводы”.
Десять лет спустя учёные поняли, что растение не просто превращает углекислый газ в
кислород. Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей
(вместе с водой и минеральными солями). Воздушное питание растений называется фотосинтезом.
Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве необычного продукта.
Миллиарды лет назад на Земле не было свободного кислорода. Весь кислород, которым
дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза.
Фотосинтез сумел изменить весь облик нашей планеты!
Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза
были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова,
Костычева были изучены многие стороны этого процесса.
4
2.2. Значение фотосинтеза.
Значение фотосинтеза не осознавалось до сравнительно недавнего времени. Аристотель и
другие учёные Греции, наблюдая, что жизненные процессы животных зависят от потребления
пищи, полагали, что растения добывают свою “пищу” из почвы. Фотосинтез — единственный
процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника.
Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия — основной источник энергии для человечества.
...Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на
зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о
него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу,
он рассек, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте.
Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Этот крахмал, превратясь в
растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде
крахмала же или в виде клейковины.
В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он
преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших
организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела.
При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает форму
явной силы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту
минуту он играет в нашем мозгу.
...Подобный запас энергии мы делаем каждый день, заводя свои часы; явная энергия
заводящей руки превращается в потенциальную энергию часовой пружины, которая затем
исподволь в течение суток принимает форму явной, в движении стрелки.
...Зеленый лист, или, вернее, микроскопическое зеленое зерно хлорофилла является фокусом,
точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца притекает энергия солнца, а с другого
берут начало все проявления жизни на земле. Растение - посредник между небом и землею. Оно
истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч солнца горит и в мерцающей
лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный
маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта.
Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную базу питания всех
других организмов, фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей
планете. Он — важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Зеленое растение способно
использовать углекислый газ и создавать сахар.
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 миллионов тонн
органического вещества, усваивается растениями из воздуха 300 миллиардов тонн вредной для нас
углекислоты, выделяется около 200 миллиардов тонн свободного кислорода.
5
3.Методы исследования.
В ходе исследования были выбраны следующие группы методов:
1.Теоретические методы: анализ и синтез литературных данных на начальном этапе
исследования - изучение специальной литературы по теории вопроса; проектирование результатов
и процессов их достижения на различных этапах поисковой работы;
2. Эмпирические методы: наблюдение; сравнение;
3. Экспериментальный метод: проведение исследования процессов, происходящих в листе.
6
4. Результаты исследования и их обсуждение.
4.1 Исследование образования крахмала в листьях на свету
Оборудование: растение – пеларгония, спирт, вода.
У комнатного растения герани, стоявшего на свету, отрезала один лист и опустила его на 5
минут в колбу с кипящей водой. Затем положила лист в стаканчик с небольшим количеством
спирта. Зеленая окраска листа (хлорофилл) растворяется в спирте. Когда лист обесцветился, его
ополоснула в воде и опустила в раствор йода налитого в пластиковый стаканчик. Я увидела, что
лист посинел.
Вывод: значит в листе есть крахмал, который в присутствии йода окрашивается в синий
цвет. Йод является качественной реакцией на крахмал.
Затем я продолжила опыт. На этом же растении на один из листочков с двух сторон в одном
месте я, с помощью степлера, прикрепила одинаковые фигуры, вырезанные из картона и
поставила растение на свет на10 часов, предварительно полив его.
Затем провела тот же эксперимент, предложенный выше, я увидела, что, то место, которое
было закрыто картоном в растворе йода, не окрасилось, а та часть листа, которая была открыта
солнечным лучам окрасилась в фиолетовый цвет.
Я пришла к выводу, что на свету в растении, в зеленых листьях, образуется крахмал.
Рисунок 1. Качественная реакция на крахмал
4.2 Значение хлорофилла в питании растения.
Оборудование: растение - хлорофитум пестролистный, штатив, пробирка, спиртовка, вода,
спирт, пинцет.
У хлорофитума пестролистного, стоявшего на свету, оторвала один лист и опустила его на 5
минут в чашку с кипящей водой. Затем положила лист в стаканчик с небольшим количеством
спирта, который поставила в кипящую воду.
Зеленая окраска листа (хлорофилл) растворяется в спирте. Когда лист обесцветился, его
ополоснула в воде и опустила в раствор йода (цвет крепкого чая), налитого в блюдце. Я увидела,
7
что лист посинел не по всей поверхности, а только там, где он зеленый, а белые полоски на листе
остались бесцветными.
Вывод: крахмал образуется только в зеленой части листа. Этими опытами я доказала, что
для растения обязательно нужен свет. Растение тянется к свету. Без света растение пожелтеет и
погибнет.
Крахмал образуется только на свету и в зеленой части листа, там, где есть хлорофилл.
Рисунок 2. Образование крахмала в зелёной части растения
4.3 Исследование образования кислорода в процессе фотосинтеза.
Оборудование: растение – хлорофитум пестролистный, почва, вода, стеклянные банки с
жестяной крышкой.
В сентябре в почвенный грунт я посадила молодой побег хлорофитума пестролистного,
стеклянную банку закрыла металлической крышкой под ключ. В течение нескольких месяцев я
наблюдала за его развитием. Растение заметно выросло, заняв весь свободный объём. На стенках
банки образовались капли воды.
Вывод: В процессе фотосинтеза образуется побочный продукт – кислород, необходимый
организму для дыхания.
8
Рисунок 3. Выращивание хлорофитума.
Жизненные процессы растения поддерживаются за счет взаимосвязи процессов фотосинтеза
и дыхания. Взаимосвязь этих процессов заключается в том, что каждый из них представляет ряд
последовательных реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.
Схема 1. Взаимосвязь процессов фотосинтеза и дыхания.
Во время фотосинтеза поглощается энергия солнечного света и из неорганических создаются
органические вещества. Во время дыхания растение расходует органические вещества, а энергия,
необходимая для жизнедеятельности, освобождается.
Дыхание во всех живых клетках органов растения происходит непрерывно. Как и животные,
растения погибают с прекращением дыхания.
9
Выводы.
1. Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных реакций, часть которых
протекает с поглощением световой энергии, а часть — в темноте. Устойчивыми
окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы.
2. Крахмал образуется только на свету и в той части листа, где есть пигмент хлорофилл, в
зелёных пластидах хлоропластах.
3. В процессе фотосинтеза образуется кислород.
4. Я нашла ответы на поставленные перед собой вопросы.
Почему говорят, что лист – живой? Лист – это часть растения и он, как и всё растение
питается, дышит, растёт, приспосабливается к условиям среды (например: у кактуса – листья-
колючки, через которые уменьшается испарение влаги и растут они в засушливых местах).
Необходимая для фотосинтеза световая энергия в известных пределах поглощается тем
больше, чем меньше затемнен лист. Потому у растений в процессе эволюции выработалась
способность поворачивать пластину листа к свету так, чтобы на нее падало больше солнечных
лучей. Листья на растении располагаются так, чтобы не притеснять друг друга. Это листовая
мозаика.
Почему существует выражение: «лист – живая лаборатория»? В листе, как в любой
химической лаборатории, идут очень сложные процессы фотосинтеза органических веществ из
неорганических в присутствии энергии солнца.
5. Значение процесса фотосинтеза можно выразить высказыванием академика Сергея
Павловича Костычева: «Стоит зеленому листу прекратить работу на несколько лет, и все
живое население земного шара, в том числе и человечество, погибнет».
6. Таким образом, «зеленый лист» осуществляет очень важный процесс для жизни на Земле
– это фотосинтез.
10
5. Библиографический список.
1. Аксенова М. Энциклопедия для детей.; Биология.-М.: «Аванта+»,1998.
2. Д-р Д.Г. Хессайон «Все о комнатных растениях». Москва «Кладезь – Букс», 2007 г.
3. Журнал «Цветок». ООО «Издательский дом «Толока», 2009 г.
4. Маркин В.А. Я познаю мир: Дет. энциклопедия.; Биология.-М.:ООО «Издательство
АСТ»,2005.
5. Маркин В.А. Я познаю мир: Дет. энциклопедия.; География.-М.:ООО «Издательство
АСТ»,2005.
6. Я познаю мир: Дет. Энциклопедия: Растения. / Сост. Л. А. Багрова. Под общ. Ред. О. Г.
Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1995.
7. Я познаю мир, энциклопедия, ботаника, издательство Астрель, М. 2005 г.
