Глава 6. Функціонування рослинного організму.

В процесі життєдіяльності рослинні організми поглинають сонячну енергію, перетворюючи її в хімічні зв`язки органічних речовин. Цей процес, як ми вже знаємо, носить назву фотосинтезу. Щорічно рослини всієї планети утворюють більше 150 млрд. т цукру. Але значення фотосинтезу цим не обмежується. Енергія сонця у вигляді органічних поживних речовин “годує” всі гетеротрофні організми. Вихідними речовинами для фотосинтезу є вуглекислий газ та вода. Як побічний продукт цього процесу виді- ляється кисень.

При клітинному диханні відбувається розщеплення поживних речовин з вивільненням енергії, що в них нагромаджена. Цей процес протікає в мітохондріях клітин. Клітина може використовувати цю енергію для виконання різної роботи. Кінцевими продуктами дихання є вуглекислий газ і вода, плюс енергія, що вивільнилася. Ці продукти знов використовуються для фотосинтезу. Можна сказати, що дихання врешті решт зводить нанівець роботу фотосинтезу. Але необхідно внести одне уточнення: кількість енергії, що вивільнилась в процесі дихання, значно менша кількості енергії, що була поглинута в процесі фотосинтезу (рис.48)

СО₂ + Н₂О + Сонячна енергія (фотосинтез)

Поживні речовини + О₂ (дихання)

Зменшення

кількості CО₂ + Н₂О + Енергія (для життєдіяльності організмів)

корисної Повертаються у фотосинтез

енергії

Рис. 48. Взаємозв`язок процесів фотосинтезу та дихання.

Найбільшу кількість енергії несе сонячне світло, поживні речовини менше, а вуглекислий газ та вода - зовсім мало. Розглянемо, яким же чином відбувається перетворення неорганічного в органічне і яку роль при цьому виконує сонячне світло.

6.1. Як відкривали фотосинтез?

Перші спроби дослідження процесів, що протікають в зеленій рослині були зроблені у 17 столітті і пов`язані з ім`ям голландського вченого Ван Гельмонта. Він посадив вербу, що важила 2,3 кг, в діжку, в яку засипав 90,8 кг сухого грунту. Протягом 5 років рослина тільки поливалася, а потім була зважена. Виявилося, що вага дерева склала 76,9 кг, в той же час вага грунту зменшилася всього на 0,06 кг. Ван Гельмонт зробив висновок, що організм рослин будується з води. Але вчений був неправий, вважаючи, що вага дерева збільшилася виключно за рахунок води. Яка ж інша речовина могла бути використана при живленні рослини?

Вирішити цю проблему дозволили досліди Джозефа Прістлі в 1771 році. Він ставив у закриту посудину свічку, що горіла, і впевнювався в тому, що через деякий час вона гасла.

Якщо потім поставити на деякий час в ту ж посудину живу рослину, то в ній знов могла горіти свічка. Далі Прістлі встановив, що коли в посудину помістити живу мишу, то вона не гине, якщо разом з нею в посудину помістити рослину. Навпаки, миша гине в посудині, де горіла свічка (рис.49).

Рис. 49. Джезеф Прістлі (1733 – 1804) і його дослід з рослинами.

Прістлі зробив висновок, що “в рослинах присутнє щось, що здатне виправляти повітря, ... яке зіпсоване горінням свічки”. Тепер ми знаємо, що свічка, яка горить, а також більшість живих організмів при диханні поглинають кисень, а рослини його виділяють під час фотосинтезу.

В 1782 році Жан Сенеб`є встановив, що рослини поглинають вуглекислий газ. Він припустив, що вуглець, що входить до його складу, також перетворюється в речовину рослини.

Ян Інгенхауз (1733 – 1799)

Голандський лікар Ян Інгенхауз провів цікаві досліди. Він занурював у воду гілку верби і спостерігав, як на світлі в листках цієї рослини утворюються пухирці кисню. Якщо листки знаходилися в темряві, то пухирці не з`являлися. Нарешті, в 1796 році Інгенхауз склав загальне рівняння фотосинтезу:

СО₂ + Н₂О = Рослинні тканини + О₂

Вже в ХІХ столітті вчені помітили, що при фотосинтезі крохмальні зерна в хлоропластах збільшуються. Отже, одним з основних продуктів фотосинтезу є вуглеводи.

Таким чином, джерелом вуглецю, з якого будуються вуглеводи, є вуглекислий газ. Нарешті, лише в 1941 році було встановлено, що джерелом кисню при фотосинтезі є вода. Так в середині ХХ століття стала відома загальна схема фотосинтезу:

хлорофіл вуглевод

СО₂ + Н₂О + Енергія сонця (СН₂О)_n + О₂ + Н₂О

Де і як протікає цей дивовижний процес перетворення неорганічного в органічне?