Fotosynteza

Rośliny pobierają z otoczenia wodę, sole mineralne i dwutlenek węgla. Na takiej „diecie” rosną i gromadzą substancje odżywcze, zapewniając jednocześnie pożywienie licznym konsumentom. Jak to jest możliwe?

R509vH7usQLW9

Fotografia przedstawia roślinę o zielonych, owalnych liściach.

1. Samożywność roślin

Rośliny są samożywne, co oznacza, że same wytwarzają niezbędny im do przeżycia pokarm. Podstawowymi substancjami wykorzystywanymi przez rośliny do wytwarzania pokarmu są dwa proste związki: woda i dwutlenek węgladwutlenek węgladwutlenek węgla. Wodę rośliny lądowe pobierają z gleby, a dwutlenek węgla – z powietrza. Ze związków tych powstają substancje pokarmowe – cukry. Proces przekształcania wody i dwutlenku węgla w cukry zachodzi w obecności światła, dlatego jest on nazywany fotosynteząfotosyntezafotosyntezą. Nazwa tego procesu pochodzi od greckich słów phos [czyt.: fos], czyli światło, i sýnthesis [czyt.: sintezis] – łączenie.

Do przeprowadzenia fotosyntezy niezbędny jest zielony barwnik roślin – chlorofilchlorofilchlorofil, który pochłania światło, co rozpoczyna ciąg reakcji chemicznych. Jedną z nich jest rozkład wody pobranej przez roślinę na wodór i tlen. Tlen jest wydalany do atmosfery, z kolei wodór wraz z dwutlenkiem węgla służą do wytwarzania cukrów.

Im bardziej intensywna jest fotosynteza, tym więcej substancji wytwarzają rośliny.

R1GxCI5L37MN1

Film przedstawia animację opisującą proces fotosyntezy.

Film przedstawia animację opisującą proces fotosyntezy.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1GxCI5L37MN1

Film przedstawia animację opisującą proces fotosyntezy.

Galeria zdjęć organizmów przeprowadzających fotosyntezę

R1HLtjkUBCpb8

Fotografia przedstawia rozległe pole kwitnącego na żółto rzepaku. Rosną na nim również zielono – brązowe drzewa.

R1GW9t86t8TyW

Fotografia przedstawia dwie eugleny na błękitnym tle. Kształtem przypominają kroplę. Są zielone z jasno‑niebieską powłoką.

RSYeL68NtXH86

Fotografia przedstawia długą nić, złożoną z prostokątnych komórek o ciemnozielonych obrzeżach. Są to sinice, organizmy, które nie mają jąder komórkowych.

1

Ćwiczenie 1

RDS5830RXFoUd

Grafika przedstawia fragment rośliny. Nad nią znajduje się słońce. Widoczny jest kawałek brązowej łodygi i zielony liść. Od spodu łodygi skierowana jest strzałka, która oznaczona jest literą B. Na wierzchnią część liścia skierowana jest strzałka oznaczona literą A. Substancje zawarte w liściu oznaczono literą C. Od liścia odchodzi strzałka oznaczona literą D.

RdU8HDYpqnTkF

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zwróć uwagę na kierunek strzałek.

Pokaż odpowiedź

C – cukry

D – tlen

2. Czynniki wpływające na intensywność procesu fotosyntezy

Fotosynteza zachodzi u różnych roślin z różną intensywnością. Na tempo fotosyntezy mają wpływ zarówno warunki zewnętrzne – czyli warunki środowiska, w jakim żyją rośliny – jak i elementy budowy wewnętrznej roślin.

Do czynników zewnętrznych należą:

• ilość światła;

• zawartość dwutlenku węgla w powietrzu;

• dostępność wody i soli mineralnych;

• temperatura otoczenia.

Jeśli dany czynnik zewnętrzny występuje w nadmiarze albo niedoborze, zmniejsza się intensywność fotosyntezy. W niekorzystnych warunkach rośliny rosną słabiej, są mniejsze i bardziej podatne na choroby.

Wśród czynników wewnętrznych, które decydują o przebiegu fotosyntezy, ważna jest przede wszystkim zawartość chlorofilu.

Dwutlenek węgla jest niezbędny do fotosyntezy. Głównym źródłem tego gazu są procesy rozkładu martwej materii w glebie, przeprowadzane przez bakterie i grzyby. Ilość dwutlenku węgla w powietrzu wpływa na intensywność fotosyntezy – tym samym wzrost jego stężenia powoduje zwiększenie masy roślin.

1

Doświadczenie 1

Problem badawczy

Jak ilość dwutlenku węgla wpływa na tempo fotosyntezy u moczarki kanadyjskiej?

Hipoteza

R173ByFDsSqCu

Hipoteza 1 Treść, Hipoteza 2 Treść

Hipoteza 1 Treść, Hipoteza 2 Treść

Co będzie potrzebne

• 3 szklane zlewki

• 3 szklane probówki

• 3 szklane lejki

• 3 jednakowej długości pędy moczarki kanadyjskiej

• woda gazowana COIndeks dolny 2₂ o temperaturze pokojowej

• woda wodociągowa niegazowana o temperaturze pokojowej

• woda wodociągowa przegotowana o temperaturze pokojowej

• lampa do doświetlania roślin

• marker

• stoper

Próba kontrolna

• zlewka z wodą wodociągową i pędami moczarki kanadyjskiej

Próby badawcze

• zlewka z wodą gazowaną i pędami moczarki kanadyjskiej

• zlewka z przegotowaną wodą wodociągową i pędami moczarki kanadyjskiej

Instrukcja

1. Przygotuj i podpisz trzy zestawy doświadczalne o różnej zawartości dwutlenku węgla w wodzie:

   I) zlewka z wodą gazowaną;
   II) zlewka z wodą wodociągową;
   III) zlewka z przegotowaną wodą wodociągową.
   Temperatura wody w każdym zestawie powinna być taka sama.

2. Do lejków włóż pędy moczarki kanadyjskiej.

3. Lejki włóż do zlewek tak, aby ich ujście było skierowane ku górze, a pędy moczarki były przykryte przez lejek.

4. Szyjkę lejka napełnij delikatnie odpowiednią wodą.

5. Probówki napełnij odpowiednią wodą i nałóż na szyjki lejków tak, aby pod dnem probówki zebrało się jak najmniej powietrza.

6. Wszystkie zestawy ustaw w odległości 30 cm od źródła światła.

7. Po upływie 20 minut zacznij liczyć, ile pęcherzyków gazu wydziela każda roślina w ciągu 5 minut. Liczba pęcherzyków świadczy o intensywności fotosyntezy. Pamiętaj o dokładnym zapisywaniu uzyskanych wyników.

8. Powtórz doświadczenie od trzech do pięciu razy.

9. Zanotuj wyniki i na ich podstawie sformułuj wniosek.

R1FAmLSVmr18j

Wyniki: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

R1KQ2IUrVFnnO

Grafika ilustrująca przebieg doświadczenia mającego na celu zbadanie wpływu dwutlenku węgla na intensywność fotosyntezy. Na środku ilustracji widoczne są trzy próbówki, o takim samym wyglądzie. W przeźroczystej próbówce znajduje się niebieska woda. Na jej spodzie widnieje zielona roślina przykryta lejkiem i próbówką, na której górze znajduje się gaz. Nad próbówką znajduje się świecąca lampa. Pod probówkami widnieje czarny napis: A- woda gazowana, B- woda wodociągowa, C- woda przegotowana.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zastanów się, czy liczba pęcherzyków zliczonych w ciągu 5 minut w zestawie z wodą gazowaną wyraźnie się różni od liczby pęcherzyków zliczonych w tym samym czasie w zestawie z wodą wodociągową (próba kontrolna) i wodą przegotowaną. Z czego to wynika?

Pokaż odpowiedź

Wynik: Najwięcej pęcherzyków gazu uwalnia się w próbie z wodą gazowaną.

Wniosek: Ilość dwutlenku węgla ma wpływ na intensywność procesu fotosyntezy. Hipoteza 1 jest prawdziwa, a hipoteza 2 – fałszywa.

Woda – obok dwutlenku węgla – jest podstawową substancją służącą roślinom do produkcji cukrów. Rośliny przez dłuższy czas pozbawione wody więdną i usychają.

Ciekawostka

Rośliny mogą przetwarzać dziesięciokrotnie więcej dwutlenku węgla, niż znajduje się w atmosferze. Właściwość ta wykorzystywana jest w uprawach szklarniowych, gdzie sztucznie się zwiększa stężenie dwutlenku węgla. Dzięki temu można uzyskać większe plony.

RHQ0fq7Xy1YA3

Fotografia przedstawia wnętrze dużej, przeźroczystej szklarni. W głąb szklarni biegnie sześć rzędów zielonych łodyg i liści truskawek z czerwonymi, niedużymi owocami.

Światło – energia świetlna – jest kolejnym czynnikiem niezbędnym w procesie fotosyntezy. Rośliny wykształciły wiele przystosowań, by móc skutecznie korzystać z promieniowania słonecznego, którego natężenie zmienia się w ciągu dnia i w ciągu roku, a także w zależności od stopnia zanieczyszczenia powietrza. Różne gatunki roślin mają odmienne wymagania dotyczące ilości światła.

• Rośliny światłolubnerośliny światłolubneRośliny światłolubne – np. zboża, roślinność pustyń, stepów i wysokich gór – potrzebują dużo światła, dlatego rosną w miejscach nasłonecznionych.

• Rośliny cieniolubnerośliny cieniolubneRośliny cieniolubne – np. występujące w runie leśnym – wykazują zdecydowanie mniejsze zapotrzebowanie na energię świetlną.

1

Ćwiczenie 3

Galeria zdjęć roślin rosnących w różnych warunkach oświetlenia

R1BVrK608M1Nr

Fotografia przedstawia las, w którym rośnie wiele, dużych, jasno‑zielonych paproci. W tle widoczne są wysokie, jasno‑brązowe, wysokie drzewa z zielonymi koronami.

RbbQXruQBB86V

Fotografia przedstawia las wiosną. Drzewa nie mają jeszcze liści, dlatego do dna lasu dociera dużo słońca. W runie bardzo licznie rosną i kwitną białe, niskie zawilce.

R11ha1ytjI7ee

Fotografia przedstawia pole kwitnących żółto słoneczników w pełnym słońcu. W oddali widać czerwony dach domu i drzewa obok niego. W tle widnieje niebieskie niebo.

RSPCCQ00upZ2z

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przeanalizuj zawarte w galerii zdjęcia. Które z przedstawionych roślin występują w runie leśnym?

Pokaż odpowiedź

W runie leśnym występują głównie rośliny cieniolubne.

Temperatura powietrza ma duże znaczenie dla przebiegu fotosyntezy: zwiększenie tempa tego procesu zachodzi wraz ze wzrostem temperatury w przedziale od 0 do 40°C. W naszej strefie klimatycznej fotosynteza przebiega najintensywniej w temperaturze 20–30°C. U większości roślin w temperaturze powyżej 40°C specjalne białka wspomagające proces fotosyntezy ulegają uszkodzeniu, a poniżej 0°C u wielu gatunków dochodzi do zamarznięcia wody w komórkach i uszkodzenia chloroplastów. Po przekroczeniu obu tych granic następuje zatrzymanie fotosyntezy.

11

Doświadczenie 2

Problem badawczy

Jak temperatura wpływa na intensywność fotosyntezy u moczarki kanadyjskiej?

Hipoteza

R1dG8rPw0g1gr

Hipoteza 1 U moczarki kanadyjskiej intensywność fotosyntezy zależy od temperatury., Hipoteza 2 U moczarki kanadyjskiej intensywność fotosyntezy nie zależy od temperatury.

Hipoteza 1 U moczarki kanadyjskiej intensywność fotosyntezy zależy od temperatury., Hipoteza 2 U moczarki kanadyjskiej intensywność fotosyntezy nie zależy od temperatury.

Co będzie potrzebne

• 3 szklane zlewki

• 3 szklane probówki

• 3 termometry

• 3 jednakowej długości pędy moczarki kanadyjskiej

• lód

• woda o temperaturze pokojowej (20 °C)

• woda o temperaturze 50 °C

• lampa do doświetlania roślin

• stoper

Próba kontrolna:

• zlewka z wodą o temperaturze 20 °C i moczarką kanadyjską

Próby badawcze:

• zlewka z lodem i moczarką kanadyjską

• zlewka z wodą o temperaturze 50 °C i moczarką kanadyjską

Instrukcja

1. Przygotuj i podpisz trzy zestawy doświadczalne o różnej temperaturze wody:

   I) zlewka z lodem;
   II) zlewka z wodą o temperaturze 20 °C;
   III) zlewka z wodą o temperaturze 50 °C.

2. W każdej zlewce umieść termometr i probówkę z wodą, a w wodzie – gałązkę moczarki kanadyjskiej.

3. Wszystkie zestawy ustaw w odległości 30 cm od źródła światła.

4. Przez 5 minut licz pęcherzyki gazu ulatniające się w każdej probówce. Liczba pęcherzyków świadczy o intensywności fotosyntezy.

5. Powtórz doświadczenie od trzech do pięciu razy.

RnMgdMJXEpY50

Ilustracja przedstawia 3 zestawy doświadczalne. Każdy składa się z szerokiej, podłużnej zlewki, w której tkwi wysoka, przeźroczysta probówka wypełniona wodą z zieloną, długą z wieloma listkami moczarką, obok probówki jest długi, cienki termometr. Pierwszy zestaw jest wypełniony kostkami lodu w temperaturze -5 st. Celsjusza, drugi z wodą w temperaturze 20 stopni, trzeci z wodą w temperaturze 50 stopni. Nad każdą zlewką znajduje się świecąca żółtym światłem lampa.

RxvnTpoIvJnDL

Wyniki: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zastanów się, czy liczba wydzielanych pęcherzyków tlenu przynajmniej w jednym zestawie wyraźnie się różni od liczby pęcherzyków zliczonych w tym samym czasie w pozostałych zestawach. Z czego to wynika?

Pokaż odpowiedź

Wyniki: Najwięcej pęcherzyków uwalnia się w próbie z wodą o temperaturze 20 °C.

Wnioski: U moczarki kanadyjskiej intensywność fotosyntezy zależy od temperatury. Hipoteza 1 jest prawdziwa, a hipoteza 2 – fałszywa.

Ciekawostka

Rośliny prowadzące fotosyntezę emitują niewidoczne promieniowanie, które zostało zarejestrowane przez satelity Ziemi. Na filmie jasna zieleń oznacza obszary, na których fotosynteza zachodzi intensywnie. Ciemnozielony kolor wskazuje regiony o niskim natężeniu fotosyntezy. Zmiany zabarwienia wraz z upływem czasu odpowiadają zmianom pór roku.

R1ItyQ9C8nuAo

Film przedstawia natężenie fotosyntezy na Ziemi w ciągu roku.

Film przedstawia natężenie fotosyntezy na Ziemi w ciągu roku.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1ItyQ9C8nuAo

Film przedstawia natężenie fotosyntezy na Ziemi w ciągu roku.

Sole mineralne – m.in. azot, fosfor, potas i magnez – są wykorzystywane przez roślinę do budowy związków organicznych wchodzących w skład komórek. Brak soli mineralnych w glebie jest czynnikiem ograniczającym fotosyntezę.

Galeria zdjęć roślin z objawami niedoboru soli mineralnych

R1Hm6EpuFh2Sm

Fotografia przedstawia liście rośliny w dużym zbliżeniu. Posiadają żółte plamy, tylko ich nerwy pozostały zielone. To skutki niedoboru magnezu.

R1cLpxW2y6UGx

Fotografia przedstawia zbliżenie liści kapusty, rosnącej na szarej glebie. Liście więdną i zasychają, stają się brązowe.

3. Chlorofil

Fotosynteza przebiega we wszystkich częściach rośliny, które zawierają zielony barwnik – chlorofil – czyli w liściach, zielonych łodygach, młodych pędach i niedojrzałych owocach.

ROVMvTE4iNJ9t

Ilustracja przedstawia cztery rysunki, wyjaśniające, gdzie odbywa się fotosynteza. Pierwszy z lewej to zielony, jajowaty liść z widocznym pierzastym unerwieniem liść. Szara strzałka w prawo prowadzi do powiększonego przekroju przez liść. Znajduje się tam prostokątny układ wielu zielonych komórek o prostokątnym, owalnym i okrągłym kształcie z dużymi, wolnymi przestrzeniami. Strzałka w dół wskazuje komórkę liścia: biało - szarą półkulę z zielonymi plamkami. Oznaczają one chloroplasty. Strzałka w lewo wskazuje bardzo powiększony, owalny chloroplast, otoczony dwoma błonami. Wewnątrz niego znajdują się zielone stosy pęcherzyków, zawierających chlorofil.

ChloroplastychloroplastChloroplasty regulują ilość docierającego do nich światła. Mają zdolność przemieszczania się w komórkach i zmieniania swojego położenia w zależności od natężenia promieniowania słonecznego. Aby otrzymać większą dawkę energii świetlnej, przesuwają się w kierunku jej źródła. Jeśli światło jest zbyt intensywne, przemieszczają się w głąb komórki. W ciemności chloroplasty są w komórce rozmieszczone równomiernie.

R1QwHElFqjbrF

Film przedstawia zielone chloroplasty w komórkach liści moczarki kanadyjskiej.

Film przedstawia zielone chloroplasty w komórkach liści moczarki kanadyjskiej.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1QwHElFqjbrF

Film przedstawia zielone chloroplasty w komórkach liści moczarki kanadyjskiej.

Ciekawostka

W liściach roślin oprócz zielonego chlorofilu znajdują się inne barwniki – karotenoidy. One także są zaangażowane w proces fotosyntezy i pochłaniają tę część światła, której nie może pobrać chlorofil. Ponadto chronią chloroplasty. W lecie pomarańczowa i żółta barwa karotenoidów jest maskowana zielenią chlorofilu. Jesienią, gdy liście się starzeją, chlorofil ulega rozkładowi (i zanika) – wtedy ujawnia się obecność innych barwników.

R3GzrmoUdeaNM

Fotografia przedstawia pożółkłe, owalne liście na brązowych gałęziach drzewa z postrzępionymi, zabarwionymi na pomarańczowo‑czerwono brzegami.

4. Produkty fotosyntezy

W procesie fotosyntezy powstają substancje pokarmowe, przede wszystkim cukry. Z nich może powstać glukoza, która jest przekształcana w inne związki, mogące być materiałem zapasowym do wykorzystania w trudnych warunkach (np. skrobia w bulwach ziemniaka) lub służyć do budowy i wzrostu rośliny. Cukry mogą być też wykorzystywane jako źródło energii w procesie oddychania komórkowegooddychanie komórkoweoddychania komórkowego.

W procesie fotosyntezy powstaje również tlen. W dzień rośliny produkują znacznie więcej tlenu, niż potrzebują. Nadmiar tego gazu jest uwalniany do atmosfery i wykorzystywany przez inne organizmy do oddychania. Nocą rośliny nie wytwarzają tlenu.

5. Znaczenie fotosyntezy dla życia na Ziemi

Fotosynteza jest warunkiem istnienia życia na Ziemi. Przeprowadzające ją rośliny i inne organizmy samożywne wytwarzają substancje pokarmowe. Część tych substancji zużywają na własne potrzeby, jednak znaczna ich ilość jest wykorzystywana przez organizmy cudzożywne jako pokarm. Substancje wytwarzane przez organizmy samożywne stanowią więc podstawę życia i rozwoju wszystkich istot.

Rpr2kRmRKnVAD

Ilustracja przedstawia schemat znaczenie fotosyntezy. Promienie żółtego słońca docierają do zielonej rośliny. Rośnie ona w brązowej glebie. Roślina jest organizmem samożywnym. Na dole znajduje się szary zając, który jest organizmem cudzożywnym. Dwie strzałki z napisami: glukoza i tlen prowadzą w dół od rośliny do zająca. Dwie strzałki z napisami: woda i dwutlenek węgla prowadzą w górę, od zająca do rośliny.

Podczas fotosyntezy organizmy samożywne pochłaniają z atmosfery dwutlenek węgla i wydalają tlen. Dzięki temu regulują zawartość tych gazów w powietrzu. Gdyby ustała fotosynteza, wówczas w atmosferze szybko nagromadziłaby się duża ilość dwutlenku węgla, zmniejszyłaby się zaś ilość tlenu, co doprowadziłoby do wyginięcia większości organizmów żyjących na Ziemi.

Podsumowanie

• Organizmy samożywne samodzielnie wytwarzają pokarm w procesie fotosyntezy.

• Fotosynteza jest procesem, podczas którego z wody i dwutlenku węgla – z udziałem energii słonecznej – powstają związki pokarmowe i tlen.

• Fotosynteza jest przeprowadzana przez organizmy zawierające zielony barwnik – chlorofil: rośliny, niektóre protisty i niektóre bakterie.

• Substancje wytworzone podczas fotosyntezy są pokarmem dla roślin.

• Czynniki zewnętrzne wpływające na intensywność fotosyntezy to ilość światła, zawartość dwutlenku węgla w powietrzu, dostępność wody i soli mineralnych, temperatura otoczenia.

• Czynnikiem wewnętrznym wpływającym na intensywność fotosyntezy jest zawartość chlorofilu.

• Im więcej dwutlenku węgla w powietrzu, tym intensywniej zachodzi proces fotosyntezy.

• W naszej strefie klimatycznej fotosynteza przebiega najintensywniej w temperaturze 20–30 °C.

• W procesie fotosyntezy powstaje tlen, który rośliny wykorzystują podczas oddychania, a nadmiar tego gazu wydalają do atmosfery.

• Fotosynteza jest warunkiem istnienia życia na Ziemi.

Praca domowa

Słownik

Zadania

Notatnik