Растения запасают неорганические вещества

Обновлено: 07.07.2024

К неорганическим веществам, которые входят в состав живых организмов, относятся вода и минеральные соли. Соли в основном распадаются на заряженные ионы.

Минеральные вещества, в основном соли, необходимы растениям для многих процессов жизнедеятельности, например, для фотосинтеза и роста. Растения всасывают минеральные вещества корнями вместе с водой, в которой они растворены. Далее по корню и стеблю водный раствор поднимается туда, где он особенно нужен. В листьях процентное содержание минеральных веществ больше, чем в корнях. Если растению не хватает какого-либо минерального вещества, то оно заболевает.

Игра цветов

Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам — пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч.

Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или какой-либо орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как черный. Человеческий глаз способен различать до 300 оттенков ахроматического, т. е.нецветного, серого цвета. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определенную окраску.

Электромагнитные волны с длиной волны 400—700нм составляют видимую часть солнечного излучения. В этой части спектра выделяются отдельные участки: с длиной волны 400—424нм— фиолетовый цвет, 424—491нм— синий, 491—550нм— зеленый, 550—585нм— желтый, 585—647нм— оранжевый, 647—740нм— красный. Излучение с длиной волны меньше 400нм— ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740нм— инфракрасная область спектра.

Зрительный аппарат человека способен различать до 10 млн различных хроматических, т. е. окрашенных, цветов и оттенков. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13—15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам, наиболее ярко и пестро расцвеченными.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, желто-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению,а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами. Например, группа хлорофиллов высших растений включает 2 пигмента, а каротиноидов— свыше

Растительные пигменты — это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. Для этих группировок характерно наличие цепочки чередующихся простых и двойных связей (— С=С— С==С—). У желто-оранжевого пигмента бетта-каротина 11 двойных связей, у красного ликопина— 13. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур. Так, желтые флавоны и флавонолы, сине-фиолетовые антоцианы, коричневые катехины содержат по 3 кольца. Цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии его сметаллами, образовании солей.

Многие растительные пигменты используются в качестве красителей. Например, из корнеплодов моркови получают желтый, а из свеклы столовой — красный пищевые красители. Из листьев индигоферы красильной — синий краситель индиго, широко применяемый в текстильной промышленности, а из листьев лавсонии — хну, оранжево-красную краску, издавна используемую для окраски волос, шерстяных и шелковых тканей, пищевых продуктов. Из плодов барбариса амурского получают красный пищевой краситель, из рылец пестиков шафрана посевного — желтый.

Но даже, если орган не содержит никакого' пигмента, он все равно не прозрачен, а имеет свой цвет — белый.

Белый цвет

В природе белый цвет распространен очень широко: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Больше всего растений с белыми цветками в высокогорных и приполярных областях, где они составляют до 30—40% обитающих там видов. В средней 10 полосе их меньше (до 25% видов) и совсем мало в пустынях и степях.

Выделить из клеток коры березы бетулин можно, хотя и не очень просто. Для этого применяют метод возгонки: мелко измельченную сухую кору помещают в колбу и медленно нагревают. При этом бетулин выделяется из клеток и оседает на стенках колбы в виде белого налета.

У других растений причиной белой окраски венчиков являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белые лепестки белы по той же причине, по какой снег белый. Каждая снежинка в отдельности бесцветна, так как свободно пропускает солнечные лучи. Но снежинки, падая друг на друга, отражают солнечные лучи, и снег кажется белым. А вот лед, не имеющий воздушных полостей, прозрачен, поскольку свет свободно проходит через него.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Химический состав растений. Минеральное питание"

Все живые организмы имеют сходный химический состав. Они состоят из неорганических и органических веществ. Неорганические вещества — это вода, минеральные соли. Органические вещества — это белки, жиры и углеводы. К органическим веществам, которые называют углеводами, относят крахмал, глюкозу и ряд других.

Сейчас рассмотрим ряд опытов, которые доказывают наличие различных веществ в растении.

Для того, чтобы доказать, что растения содержат белки, можно провести простой опыт. Возьмём комочек теста (оно приготовлено из муки семян растений, следовательно, имеет такой же химический состав), положим его в мешочек из марли. Хорошо промоем тесто в воде, налитой в стакан.

В марле осталась тягучая клейкая масса — клейковина. Клейковина сходна по составу с белком куриного яйца и называется растительным белком. Добавим в стакан с мутной водой, в которой промывали тесто, 2—3 капли йода. Увидим, что раствор становится сине – фиолетового цвета. Далее возьмём клубень картофеля, разрежем его и капнем несколько капель раствора йода. И мы так же увидим, что раствор йода становится сине – фиолетового цвета. Известно, что от йода крахмал синеет. Значит, можно сделать вывод, что растения содержат крахмал.

Далее положим на бумагу семена подсолнечника и раздавим их. На бумаге появляется жирное пятно. Значит, в состав растений входят также жиры.

Возьмём пробирку с семенами, кусочками стебля и листьев и нагреем на слабом огне. Мы увидим, что на стенке пробирки образовались капельки воды. Значит, растения содержат воду. Продолжим нагревать пробирку. Семена, кусочки стеблей и листьев начинают обугливаться, появляется дым. Это сгорают органические вещества. В пробирке останется зола, состоящая из несгорающих минеральных веществ.

Таким образом, с помощью проделанных опытов мы доказали, что в состав растений входят органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные вещества и вода.

В органах различных растений содержится неодинаковое количество воды, органических и минеральных веществ. Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях капусты составляет 90%, в плодах огурцов её еще больше — 96%. Содержание воды, равное 5-11%, характерно главным образом для семян.

В листьях подсолнечника воды содержится 80-83%, в стеблях —

87-89%, в корнях — 73-75%. Молодые растущие органы содержат до 90—95% воды, а одревесневшие всего около 50%. Это связано с тем, что вода необходима для всех жизненно важных процессов, происходящих в организме растений. Поэтому клетки, в которых активно протекают процессы жизнедеятельности, всегда содержат много воды. В семенах всех растений органических веществ значительно больше, чем воды и минеральных веществ.

Сравним содержание различных веществ в семенах пшеницы и подсолнечника.

Зерновки пшеницы содержат воды в два раза больше, чем семянки подсолнечника, а органических веществ больше в семенах подсолнечника.

Соотношение веществ в органах растений тоже может быть различно. Так, в зерновках пшеницы белков 13%, углеводов 69%, жиров 2%, а в семенах подсолнечника белков 26%, углеводов 16%, жиров 44%. В состав растений в очень малых количествах входят и другие органические вещества, например витамины. Растения содержат практически все природные элементы. Например:

— слоевища ламинарии (бурые водоросли накапливают йод) используют при лечении больных с заболеваниями щитовидной железы;

— сфагнум (он концентрирует Аg) применяют для лечения ран;

В семенах бобовых растений (горохе, сое, фасоли) белка в несколько раз больше, чем в семенах других растений.

Семена подсолнечника, льна, арахиса содержат большое количество жира.

Злаковые растения (пшеница, рожь), а также картофель накапливают много крахмала.

Минеральные и органические вещества используются для построения тела растений, а также принимают участие в различных процессах жизнедеятельности, протекающих в растениях. Недостаток или отсутствие какого-либо вещества нарушает нормальное развитие растения и может привести его к гибели.

Из почвы через корни в растения поступают вода и растворённые в ней минеральные вещества, т. е. происходит минеральное питание.

Источником минерального питания растений служит почва. Почва — это верхний слой земли, обладающий особым свойством — плодородием. Между растением и почвой постоянно идет обмен различными веществами. Некоторые элементы питания нужны растению в значительном количестве. К таким элементам относятся азот, фосфор, калий. Другие элементы (бор, марганец, медь, цинк и др.) требуются растению в тысячных или стотысячных долях процента. Все они идут на построение тела растения и обеспечение процессов его жизнедеятельности. Если растение не получает хотя бы одно из нужных веществ, то его процессы жизнедеятельности резко нарушаются. Для того чтобы в почве не иссякал запас питательных веществ, ее нужно постоянно удобрять. Необходимые растениям химические элементы вносят в почву в виде удобрений (органических и минеральных).

Органические удобрения представляют собой отходы жизнедеятельности животных (навоз, птичий помет) или перепревшие части растений или животных (торф, перегной).

Минеральные удобрения человек получает искусственно. Основным источником для их производства служат полезные ископаемые. В зависимости от содержания питательных веществ минеральные удобрения бывают азотными, фосфорными и калийными. Азот способствует развитию вегетативных органов растения — стеблей и листьев. Калий усиливает рост корней, луковиц, клубней. Фосфор ускоряет созревание плодов. Фосфор и калий также повышают устойчивость растений к низким температурам.

Удобрения вносят перед посадкой, а также в виде подкормок в период роста и развития растений. Органические, фосфорные и калийные удобрения вносят в почву осенью. Азотные удобрения обладают высокой растворимостью и легко вымываются из почвы. Поэтому их вносят весной перед посадкой растений или в виде подкормок в период их активного роста. Удобрения лучше всего вносить до дождя или полива растений, так как минеральные вещества всасываются корнями только в растворенном виде.

Водоросли обитают в воде и никогда не испытывают проблем с обеспечением водой. Они усваивают питательные вещества всей поверхностью тела. Высшие растения поглощают воду и минеральные вещества из почвы через корни. Вода и минеральные соли поступают в растение через корневые волоски. Корневые волоски покрыты слизью и тесно соприкасаются с частицами почвы, благодаря этому облегчается всасывание воды с растворенными минеральными веществами.

Из корневого волоска вода поступает в соседние клетки, а затем в сосуды корня и по ним под давлением поднимается в другие органы растения. Этот процесс обеспечивается корневым давлением.

Корневое давление можно наблюдать на опыте. У комнатного растения срезают стебель на высоте 10 см и на пенек надевают короткую резиновую трубку, которая соединяет его со стеклянной трубкой. Если почву в горшке полить теплой водой, то вода начинает подниматься по трубке и вытекать из нее. После полива почвы очень холодной водой вода из трубки не вытекает. Таким образом, поглощение воды корнем зависит от температуры. Холодная вода плохо поглощается корнями.

Часть органических веществ не сразу расходуется на процессы жизнедеятельности, а сохраняется растением про запас.

У двулетних и многолетних растений местами хранения запасов органических веществ служат стебли , корни и их видоизменения . Корнеплоды, клубни и луковицы — это хранилища запасных органических веществ.

С наступлением весны запасные вещества переходят в растворимое состояние и вместе с водой поступают к распускающимся почкам. Многие пили берёзовый или кленовый сок. Сок собирают ранней весной. Аккуратно делают отверстие в коре дерева и капли сока медленно стекают в приготовленный сосуд.

Собирать сок нужно аккуратно, стараясь не причинить вред дереву. Если дерево потеряет много сока, то оно будет плохо расти и может погибнуть.

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 - НАФД + 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.

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.

Читайте также: