XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Фотосинтез - тайна зелёной планеты

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Смелкова А.И. 1

---

1БОУ г.Омска "Гимназия №19"

Бабикова Н.В. 1

---

1 БОУ г.Омска "Гимназия №19"

Работа в формате PDF

3.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В конце лета 2021 года из новостей я часто слышала информацию о лесных пожарах в Омской области, а также в соседних регионах. Также, в СМИ есть много информации о вырубках зеленых лесов по всему миру. Из школьной программы я знаю, что без зеленого растения не может быть жизни на Земле. Тогда я задумалась над вопросами. Что же будет на Земле, если не будет зеленых растений? В чём же секрет зеленых растений?

Для зеленых растений характерен процесс фотосинтеза, который и является одной из наиболее важных химических реакций в мире. Во-первых, фотосинтез кормит растения, которые, в свою очередь, кормят всех остальных живых существ на планете, включая животных и человека. Во-вторых, в результате фотосинтеза в атмосферу выделяется необходимый для дыхания кислород. Все живые существа вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ. Растения же делают все наоборот, поэтому они очень важны для человека и животных, так как дают возможность дышать всем живым существам на планете Земля.

По сути, фотосинтез поддерживает саму жизнь на Земле! Но как именно это происходит? За счет чего?

О значении и сущности фотосинтеза говорил еще К. А. Тимирязев в 1878 году в своей знаменитой книге "Жизнь растений".  Изучая фотосинтез, он писал так: «Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, солнечного свет и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно – он решит, что вы над ним смеётесь». Чтобы узнать, как к этой теме относятся мои одноклассники, я провела анкетирование. По результатам анкетирования можно сделать следующий вывод: ребятам интересно узнать, что такое фотосинтез, почему листья зелёные (Смотри приложение, диаграмма).

Цель: доказать, что зеленый лист является источником жизни на Земле.

Гипотеза: Предположим, что без зеленых растений всё живое исчезнет с «лица» Земли.

Задачи:

Изучить литературу по вопросу фотосинтеза зеленых растений.

Провести опыты

Сформулировать выводы

Объект : комнатные растения.

Предмет: условия, влияющие на фотосинтез.

Методы: поиск, изучение и анализ теоретического материала; проведение опытов и их описание, сравнительный анализ.

Научное и практическое значение работы: результаты работы будут представлять интерес и значимость в учебном процессе курса окружающего мира.

1. Теоретическая часть

1.1 История фотосинтеза

История открытия удивительного и такого жизненно важного явления, как фотосинтез уходит корнями глубоко в прошлое. Более четырех веков назад в 1600 году бельгийский ученый Ян Ван - Гельмонт поставил простейший эксперимент. Он поместил веточку ивы в мешок, где находилось 80 кг земли. Ученый зафиксировал первоначальный вес ивы, и затем на протяжении пяти лет поливал растение исключительно дождевой водой. Каково же было удивление Яна Ван - Гельмонта, когда он повторно взвесил иву. Вес растения увеличился на 65 кг, причем масса земли уменьшилась всего на 50 гр! Откуда растение взяло 64 кг 950 гр питательных веществ для ученого осталось загадкой!

На два столетия в науке утвердилась теория водного питания растений. Листья, по этой теории, лишь помогали растению испарять излишнюю влагу.

Однако, 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».

В 1817 г. два французских химика, Пельтье и Каванту, выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом.

Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет. Так, в 1845 г. немецкий физик Роберт Майер доказал, что зеленые растения преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию.

В 1862 г. немецкий ботаник Юлиус Сакс с помощью опытов доказал, что зеленые растения не только выделяют кислород, но и создают органические вещества, служащие пищей всем другим организмам.

1903г. - открытие процесса фотосинтеза.

К.А.Тимирязев: «…это процесс создания органических веществ из
углекислого газа и воды в зеленых частях растений под действием солнечного света». Тимирязев показал, что фотосинтез проходит с наибольшей интенсивностью в тех областях солнечного спектра, где находятся максимумы поглощения хлорофилла.

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).

1.2. Значение фотосинтеза.

Почти всё живое на Земле прямо или косвенно (как в случае с животными) зависит от фотосинтеза. В процессе фотосинтеза создаются источники углерода и энергии, доступные для живых организмов. В процессе фотосинтеза выделяется кислород, жизненно необходимый для аэробных форм жизни. Фотосинтез – процесс жизнедеятельности зелёных растений, единственный в биосфере, связанный с накоплением энергии солнца. Его значение – в разностороннем обеспечении жизни на Земле. Человечество тоже зависит от фотосинтеза. Фотосинтез не только дает возможность людям дышать, но и пользуется его продуктами, в том числе созданными в течение миллионов лет ископаемыми видами топлива (нефть, уголь, газ).

За последние 550 миллионов лет, состав атмосферы Земли менялся именно благодаря процессу фотосинтеза. Количество кислорода постепенно росло, повышая возможности организмов к выживанию. Изначально первая роль в образовании кислорода принадлежала зелёным водорослям, а теперь лесам. Сейчас около 40 % всего фотосинтеза приходится на мельчайшие водоросли – фитопланктон, живущий в океане.

Фотосинтез является одновременно и первоисточником, и фактором развития жизни на Земле. Одним из следствий повышения содержания кислорода в атмосфере является образование озонового слоя, защищающего живые организмы от вредного солнечного излучения. Считается, что именно после образования слоя озона стала возможной жизнь на суше. Значение фотосинтеза на современном этапе приобрело новый аспект. Фотосинтез сдерживает рост концентрации СО₂ в воздухе, идущий за счёт сжигания топлива на транспорте и в промышленности. Этим ослабляется парниковый эффект. Интенсивность фотосинтеза повышается с возрастанием концентрации СО₂ до определённого предела. (Смотри приложение Рис.1)

1.2.Процессы, происходящие в зеленом листе.

Растения используют два вида питания. Почвенное питание - растение питается водой и растворенными в ней солями, которые корень берет из почвы. Воздушное питание, - которое и называется фотосинтез. (Смотри приложение Рис. 2)

Фотосинтез – процесс образования органических веществ (углеводы – крахмал и глюкоза) из неорганических (углекислого газа и воды), который происходит в растении НА СВЕТУ в хлоропластах растения. В процессе фотосинтеза образуется не только органическое вещество, но также, в качестве побочного продукта, выделяется кислород.

Уравнение фотосинтеза (Смотри приложение Рис. 3). Процесс фотосинтеза (Смотри приложение Рис. 4).

Хлорофилл – (от др.-греч. chloros – «зелёный», phyllon – «лист») – зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет. При его участии происходит фотосинтез.

Хлоропласт – (от др.-греч. chloros – «зелёный» и от plastos – «вылепленный») – зелёные пластиды, с их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл.

Почему листья зеленые? Каждый цвет спектра – это не только разная длина волн, но и разная их энергетическая ценность. Хлорофилл поглощает наиболее оптимальные для жизненных процессов красные и синие лучи спектра, отражая зеленые.

Задача зеленых листьев – максимально улавливать свет, поэтому они особым образом расположены на стебле: так, чтобы не перекрывать друг друга. Основная функция листа – фотосинтез – отражена не только на внешнем строении и расположении листьев, но и на внутреннем строении.

Зеленый лист состоит из фотосинтезирующих клеток, образующих фотосинтезирующую ткань, (Смотри приложение Рис.5). Под палисадной фотосинтезирующей тканью лежит слой губчатой ткани, здесь клетки расположены рыхло, и между ними есть полости, заполненные воздухом – межклетники. Сверху и снизу лист покрыт одним слоем прозрачных клеток, образующих кожицу листа. Под кожицей листа расположены хлоропласты. Через устьица между листом и окружающей средой идет обмен газами. Этот процесс называется газообменом растений.

Днем в растение поступает и углекислый газ, и кислород, выделяется и кислород, и углекислый газ, т.е. днем в клетках растений параллельно идут два процесса – фотосинтез и дыхание. Ночью фотосинтез не происходит, в клетках происходит дыхание, в основном за счет кислорода, содержащегося в межклетниках.

В результате процесса фотосинтеза, происходящего в зеленых растениях при участии  хлорофилла и солнечной энергии, образуется углеводы в виде крахмала. Крахмал – один из углеводов растений, является первым видимым  продуктом фотосинтеза, происходящего в зеленых растениях при участии  хлорофилла и солнечной энергии.

Выводы по теоретической части:

1. В процессе фотосинтеза образуются углеводы и кислород.  

2.Крахмал образуется только на свету и в той части листа, где есть пигмент хлорофилл, в зелёных пластидах хлоропластах.

3.В результате фотосинтеза выделяется кислород для дыхания живых организмов.

Выводы, к которым я пришла, решила проверить путем проведения опытов.

2.Практическая часть

1.Для начала я рассмотрела зеленый лист под микроскопом, увидела устьица и хлоропласты.

(Смотри приложение Фото № 1, № 2)

2. Опыт на устойчивость хлорофилла к солнечному свету.

Цель опыта: показать, что для образования хлорофилла в листе обязательно нужен свет.

Оборудование: растение – шефлера комнатная, стакан с водой, картон, скрепка канцелярская.

У комнатного  растения шефлера комнатная, стоявшего на свету, отрезала одну веточку и поместила в стаканчик с водой. На один лист при помощи канцелярской скрепки прикрепила кусочек картона. Оставила на свету на 3 дня. Когда я убрала картон с листа, то увидела, что окраска листа в этом месте потускнела, часть листа стала бледной.

Вывод: процесс фотосинтеза происходит на свету в хлоропластах

(Смотри приложение Фото № 3, №4)

3.Опыт Сакса. Образование крахмала в листьях на свету

Цель опыта: показать, что на свету в листьях в хлоропластах образуется крахмал.

Оборудование: растение – фикус бенджамина пестролистный, кипящая вода, спирт, раствор йода, пинцет.

У комнатного  растения фикус бенджамина пестролистного, стоявшего на свету, отрезала один лист и опустила его на 5 минут в кипящую воду. Затем положила лист в ёмкость 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 ёмкость. Я увидела, что лист посинел.

Вывод: В листе есть крахмал, который в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Йод является качественной реакцией на крахмал.

Крахмал образуется только на свету, в зеленой части листа, там,  где есть хлорофилл.

(Смотри приложение Фото № 5- №11)

4.Опыт, доказывающий выделение зелеными растениями кислорода на свету.

Цель: доказать, что на свету в результате фотосинтеза образуется кислород.

Оборудование: растение – фикус бенджамина, 2 пробирки, вода, скотч, спички.

У комнатного  растения фикус бенджамина, стоявшего на свету, отрезала 2 листа и опустила их в две разные пробирки с водой, заклеила пробирки скотчем. Одну пробирку № 2 оставила на свету. Вторую пробирку № 1 убрала в темное место на 5 дней. С пробирки № 1 аккуратно сняла скотч и внесла в нее тлеющую спичку. Спичка сразу потухла. С пробирки № 2 аккуратно сняла скотч и внесла в нее тлеющую спичку. Спичка ярко горит.

Вывод: В пробирке № 2 накопился газ, поддерживающий горение, т.е. - кислород. При фотосинтезе образуется кислород, который поддерживает процесс горения. При выделении углекислого газа, горение не поддерживается (пробирка № 1).

(Смотри приложение Фото № 12-№15)

Вывод: В процессе фотосинтеза образуются крахмал и кислород, который необходим для дыхания живых организмов на Земле.

Заключение

В листе, как в любой химической лаборатории, идут очень сложные процессы фотосинтеза.

На основе полученных теоретических знаний и проведенных практических опытов, я доказала, что зеленый лист является источником жизни на Земле, поскольку в результате процесса фотосинтеза выделяется кислород, необходимый всем живым существам на планете.

Я узнала, что если не будет зеленых растений, то скоро кислород на Земле закончится, и нам нечем будет дышать. Кроме того, зеленые растения - это часть пищевой цепи. Нет растений - травоядным нечем питаться, нет травоядных - хищникам нечем питаться, нет хищников и травоядных - микроорганизмам нечем питаться. В итоге всё живое на Земле умрет.

Таким образом, я подтвердила свою гипотезу, что без зеленых растений всё живое исчезнет с «лица» Земли.

И на самом деле, человечество на пути к такому исходу. С каждым годом истребляют всё больше и больше растений. Планета уже не такая зеленая.

Поэтому, в настоящее время, буду призывать всех учащихся к тому, чтобы озеленять нашу планету. Начинать озеленение нужно с классов и коридоров нашей школы, с нашего города.

В дальнейшем, я бы хотела принимать участие в проектах озеленения Омска, вернуть ему звание «Город- Сад». Но, ни один проект не сможет быть реализован, если каждый житель Омска не внесет свой личный вклад в озеленение города. Ведь чистый воздух нашей планеты - дело каждого человека!

Список литературы.

1.Хочу все знать. Зыкова А., Молькова К., Озерова О. – М.: Росмэн,2005 г.

2.Настольная книга эрудита. Детская энциклопедия в вопросах и ответах. Рокош Е., Сахарова Г., Чернякевич О. – Издательство: Русич,2008 г.

3. Биология 5 – 6 классы. Академический школьный учебник. Линия жизни: учебник для общеобразовательных организаций / Под редакцией профессора В. В. Пасечника, 3-е издание. – М.: Просвещение, 2014.

4. Биология. 5 – 6 классы. Учебник. ФГОС / Г. С. Калинова, С. В. Суматохин, З. Г. Гапонюк, В. В. Пасечник. – М.: Просвещение, 2019.

5. Билогия в 3-х томах. Т.1 / Д. Тейлор, Н.Грин, У.Стаут. – М.: Лаборатория знаний, 2018

6. Статьи из Интернета: Фотосинтез; космическая роль зелёных растений; https://obrazovaka.ru/biologiya/znachenie-fotosinteza-v-prirode.html

Приложения:

Диаграмма.

Рис.1 График зависимости фотосинтеза от содержания СО₂ в воздухе.

Рис. 2 Сравнительная таблица процессов фотосинтеза и почвенного питания растений

Рис. 3

Рис. 4

Рис 5.

Фото № 1 Фото № 2

Фото № 3

Фото № 4

Фото №5-6

Фото № 7-№8

Фото № 9 - №11

Фото № 12-№ 15