Xлоропласты в клетке страницы у мха мниума.
Практически двести лет назад шведский ученый Шееле открыл газ кислород, а после этого, независимо от него, данный газ открыл британский химик Джозеф Пристли. Французский ученый Лавуазье установил, что этого газа в атмосферном воздухе 21%. Пристли заинтересовался: откуда же поступает кислород в воздух, если он всегда тратится при дыхании животных, человека и при горении? И он отыскал ответ в зеленом странице.
В 1771 г. Пристли доказал посредством несложного опыта, что животные делают воздушное пространство негодным для дыхания, а растения его «очищают». На окне, освещенном солнцем, он накрыл стеклянным колпаком живую мышь. Через пара часов мышь сдохла от недочёта кислорода. Но в то время, когда Пристли поместил под колпак вместе с мышью веточку мяты, мышь ощущала себя как в большинстве случаев, и не испытывала недочёта в кислороде. Открытие Пристли произвело на современников большое чувство. Но скоро оказалось, что данный опыт удается далеко не всегда, кроме того у самого Пристли.
Выделение кислорода водяным растением элодеей.
В 1779 г. голландец Ян Ингенхуз уточнил опыт Пристли. Он узнал, что зеленое растение «очищает» воздушное пространство лишь на солнечном свету. Еще громадную ясность внес в данный таинственный опыт швейцарский ботаник Жан Сенебье. В 1782 г. он совсем установил, что днем при солнечном свете зеленое растение выделяет кислород. И, наконец, он доказал, что зеленое растение «очищает» воздушное пространство не по причине того, что оно дышит, а в связи с его углеродным едой. Растение поглощает из воздуха углекислый газ и расщепляет его на углерод и кислород. Кислород оно освобождает в воздух, а из углерода и воды образует в собственном организме безазотистые вещества — углеводы (крахмал, сахар). Потом данный процесс был назван фотосинтезом («образованием вещества на свету»).
Дабы определить подробнее, как это происходит, нужно посмотреть в зеленую лабораторию растения — в клетку. Зеленый цвет страницы зависит от особенных зеленых, так называемых хлорофилловых, зернышек, либо хлоропластов. Практически у всех растений хлоропласты шаровидные либо легко вытянутые. Они такие же живые образования клетки, как ядро и протоплазма, а также смогут делиться методом несложной перетяжки. В каждой клетке пара десятков, а время от времени и более сотни хлоропластов. Они складываются из бесцветной зелёного пигмента и протоплазматической основы—хлорофилла. Не считая хлорофилла, в хлоропластах имеется и желтые пигменты. Понижение температуры разрушает хлорофилл, но не действует на желтый пигмент. Исходя из этого в осеннюю пору, в то время, когда воздушное пространство делается холоднее, листья начинают желтеть.
Как всякое окрашенное тело, хлорофилл поглощает световые лучи. Известный русский ученый К. А. Тимирязев доказал, что зерна хлорофилла поглощают не все видимые лучи спектра, а лишь красные и светло синий-фиолетовые. Фотосинтез может совершаться лишь на свету и лишь в зеленых частях растения. Зеленые лучи хлорофиллом не поглощаются. Этим и разъясняется их зеленая окраска.
Выделение кислорода наземным растением. В цилиндре горела и погасла свеча. В него кинули растение, и цилиндр некое время был накрыт крышкой. В нем накопился свеча и кислород, опущенная в него, не меркнет.
Водяные растения выделяют на свету пузырьки газа. В том, что данный газ — кислород, возможно убедиться на несложном опыте. В банке с водой покрывают опрокинутой воронкой ветки водяного растения элодеи. На узкий финиш воронки одевают пробирку, наполненную водой. Ветки элодеи начнут выделять пузырьки газа, каковые состоятся в пробирку и вытеснят из нее воду. В случае, если в данный газ внести тлеющую лучинку, она сразу же вспыхнет броским пламенем.
Из атмосферы попадает в растение углекислый газ. Он складывается из кислорода и углерода. В зеленом хлоропласте под влиянием солнечного света, поглощенного хлорофиллом, углекислый газ соединяется с водой и из этого соединения образуются частицы крахмала либо сахара. При таковой химической реакции часть кислорода освобождается и выделяется в воздух.
Крахмальные зерна в клубне картофеля (увеличено).
Крахмал в хлоропластах легко найти, поскольку он окрашивается йодом в светло синий цвет. В случае, если на разрез картофельного клубня капнуть не сильный раствором йода, белая поверхность разреза станет синей. Такой же опыт возможно совершить и с зеленым страницей. Комнатное растение — герань либо бальзамин — ставят на 2—3 дня в темноту. За это время целый крахмал в страницах растворится и перейдет в сахар. Дабы убедиться в этом, один из листьев опускают в спирт, лист обесцвечивается, а после этого его кладут в не сильный раствор йода. В случае, если лист не посинеет, значит, целый крахмал в нем уже растворился. С выдержанного в темноте растения срезают пара листьев и ставят их черешками в стакан с водой. Часть каждого страницы закрывают тёмной бумагой либо фольгой (железной оберткой конфет). Стакан с страницами ставят на пара часов под постоянный солнечный свет. После этого листья обесцвечивают спиртом и проявляют в растворе йода. На места, каковые при освещении были покрыты бумагой, йод не подействует; те же части страницы, каковые были освещены, посинеют, поскольку в них появился крахмал.
Лист хорошо подходит для поглощения углекислого газа. С обеих сторон он одет покровной тканью, либо эпидермисом. Клетки данной ткани хорошо прилегают друг к другу. Сверху эпидермис прикрыт узким слоем жирового вещества — кутикулой, которая практически не пропускает в растение паров воды и газов. В эпидермисе имеется отверстия — устьица, складывающиеся из двух смыкающихся клеток. Клетки эти смогут отходить друг от друга, и тогда между ними образуется щель, через которую и попадает в растение углекислый газ. Днем устьица под влиянием света в большинстве случаев открыты, а на ночь закрываются. Смыкаясь и размыкаясь, устьица регулируют вход в растение углекислого газа и выход испарений воды.
Поперечный разрез страницы свеклы: 1 — эпидермис, либо кожица; 2 — столбчатые клетки, либо палисадная паренхима; 3 — губчатые клетки, либо губчатая паренхима; 4 — межклеточные ходы; 5 — дыхательные полости; 6 — устьица.
Под эпидермисом в странице залегает ткань, содержащая хлорофилловые зерна. Она названа столбчатой, либо палисадной, паренхимой, в силу того, что складывается из вытянутых столбиками клеток. Под ней находится ткань с более рыхло расположенными клетками — губчатая паренхима. В хлоропластах столбчатой и губчатой паренхимы и осуществляется фотосинтез.
Помимо этого, целый лист пронизывают жилки (ботаники именуют их «сосудисто-волокнистыми пучками»). Любая жилка имеет несколько трубчатых сосудов. По одним сосудам от корней через стебель поступает к страницам вода, по вторым — ситовидным трубкам — передвигаются от листьев к корням и стеблю растворы сахара и других органических веществ, появившихся при фотосинтезе.
Кожица страницы: 1— клетки кожицы; 2 — устьица.
Для образования крахмала из углекислого газа и воды нужна энергия света, и хлоропласты приобретают ее в виде энергии солнечного страницы. Эта энергия переходит в крахмал. При соединении крахмала с кислородом (окислении) она высвобождается. Киньте растение в костер — оно сгорит, выделяя тепловую и световую энергию. Появившиеся в ходе фотосинтеза органические вещества (крахмал, сахар) способны гореть; иными словами, в них заключены запасы энергии.
Эта энергия употребляется растением на дыхание, другие процессы и рост его жизнедеятельности. Дыхание, т. е. окисление органического вещества, идет в зеленом странице весь день, а фотосинтез — лишь днем на свету, но намного интенсивнее, чем дыхание. Окисляясь, органическое вещество выделяет ту энергию, которую оно взяло в момент его образования от солнечного луча. Энергия не исчезает, а только переходит из одной формы в другую: световая — в химическую, химическая — в механическую либо тепловую. Так осуществляется в жизни растения один из фундаментальных законов природы — закон сохранения энергии.
Зеленый лист — источник судьбы на отечественной планете. Он питает растения, а растениями питаются животные. Хлорофилловое зерно — это уникальная лаборатория, в которой из несложных неорганических веществ создаются посредством энергии солнечного луча сложные органические вещества — сахар и крахмал. К. А. Тимирязев установил, что фотосинтез представляет собой консервирования и процесс усвоения солнечной энергии и что растение усваивает при фотосинтезе всего лишь от одного до двух процентов энергии солнечных лучей, падающих на него. Но и этого достаточно, дабы растения имели возможность прокормить целый животный мир.
Поперечный разрез долгой ветки липы: 1 — корка; 2 — первичная кора; 3 — вторичная кора; 4 — камбий; 5 — вторичная древесина; 6 — сердцевина.
Чем больше солнечных лучей усвоят растения, тем полнее энергия Солнца будет использована для жизни на Земле. Исходя из этого наиболее значимая задача сельского хозяйства — как возможно полнее уловить солнечные лучи. Чем шире посевные площади, чем лучше распределены растения на полях, чем урожайнее сорта этих растений, тем больше уловлено солнечной энергии.
Человек применяет не только тот солнечный луч, что падает на землю на данный момент, но и тот, что упал на сотни миллионов и нея десятки лет назад. На Земле тогда росли на широких болотах огромные древовидные папоротники, плауны и хвощи. Стволы погибших древесных растений сваливались в болота. Тысячелетиями они разлагались бактериями без доступа кислорода, слои почвы засыпали их, давили и прессовали собственной тяжестью. Так в недрах Почвы накапливались громадные залежи каменного угля. Нефть также представляет собой, по-видимому, химически поменянные остатки растений, живших на планете в отдаленные времена (см. «Как образуются газ и нефть»). В более поздние периоды судьбы Почвы из сфагнового мха начал образовываться торф. Образуется он и в наши дни.
Изобретатель паровоза Стефенсон задал вопрос в один раз собственного друга:
— Знаешь ли ты, что двигает данный поезд?
— Само собой разумеется. Твое изобретение — ответил его собеседник.
— Нет. Его двигает солнечный луч, поглощенный зеленым растением много миллионов лет назад.