Образования органических веществ необходим газ. Образование и расход органических веществ растениями

«Культура клеток и тканей растений» - Функции гормонов в каллусогенезе. Факторы, влияющие на синтез. Дифференцированные клетки. Типы культур клеток и тканей. Генетическая гетерогенность. Культуры клеток растений. Дедифференцировка. Характеристика каллусных клеток. Исторические аспекты. Образование корончатых галлов. Культура одиночных клеток. Причины асинхронности. Синтез вторичных метаболитов. Дифференцировка каллусных тканей. Физические факторы.

«Листья растений» - Черешковые листья. Какой край листовой пластинки? Лист также является органом дыхания, испарения и гуттации (выделения капель воды) растения. Какой тип жилкования? Сложные листья. Охарактеризуйте лист. Листья располагаются с двух сторон черешка на некотором расстоянии друг от друга. Сидячие листья. Край листовой пластинки. Тройчатосложные. Супротивное. Мутовчатое. Жилки. Простые листья. Лист - в ботанике наружный орган растения, основной функцией которого является фотосинтез.

«Классификация плодов» - Тыквина. Померанец. Классификация плодов. Органы цветковых растений. Сравните. Ягода. Яблоко. Сочные плоды. Найди лишнее. Многокостянка. Закрепление изученного материала. Костянка. Околоплодник. Репродуктивные органы. Плоды, их классификация.

«Плоды и семена» - Стручок. Не позволяй душе лениться. Лабораторная работа. Тыквина. Зерновка. Знания. Костянка. Перенос. Дерево знаний. Вопросы для закрепления. Распространение разбрасыванием. Распространение водой. Признаки семян. Соплодие. Невзрачный цветок. Перенос на наружных покровах. Образование плода. Коробочка. Работа в группах. Многокостянка. Плод. Распространение с помощью ветра. Зачем семенам расселяться.

«Строение побега» - Клубень. Типы почек. Формируется из почек у основания стебля. Внешнее строение побега. Органические вещества. Внутреннее строение. Развитие побега из почки. Междоузлия четко выражены. Побег. Корневой клубень. Рост стебля. Стебель. Видоизменения побега. Разнообразие побегов. Клубнелуковица. Транспорт веществ по стеблю. Корневище. Луковица. Ветвление. Луковица и клубнелуковица. Чешуи. Почка.

«Задания по строению растений» - Расположение проводящих пучков. Рассмотрите рисунок и ответьте на вопросы. Горизонтальный транспорт. Подземные видоизменения побегов. Строение почек. Расположение побегов в пространстве. Растительные ткани. Ветвление побегов. Строение конуса нарастания. Внешнее строение корня. Кущение. Видоизменения корней. Рассмотрите рисунок. Дидактика для интерактивной доски по биологии. Листорасположение.

Не будем загонять себя в строгие рамки с самого начала и опишем термин максимально просто: процессом окисления органических веществ (органики; это, например, белки, жиры и углеводы) называется реакция, в результате которой увеличивается объём кислорода (O2) и уменьшается объём водорода (H2).

Органические вещества – это различные химические соединения, у которых в состав входит (С). Исключение составляют угольная кислота (H2CO3), карбиды (например, карборунд SiC, цементит Fe3C), карбонаты (к примеру, кальцит CaCO3, магнезит MgCO3), оксиды углерода, цианиды (такие как KCN, AgCN). Органические вещества вступают во взаимодействие с наиболее известным окислителем, кислородом O2, при этом образуя воду H2O и углекислый газ CO2.

Процесс окисления органических веществ

Если рассуждать логически, то раз процесс полного окисления – это горение, то процесс неполного – это окисление органики, потому что при таком воздействии происходит не воспламенение вещества, а лишь его нагревание (сопровождающееся выделением определённого количества энергии в виде АТФ – аденозинтрифосфата – и теплоты Q).

Реакция органического окисления не слишком замысловата, поэтому её начинают разбирать ещё в начале курса химии, и ученики быстро усваивают информацию, если, конечно, прикладывают хоть какие-нибудь усилия. Мы уже узнали, что это за процесс, и теперь предстоит вникнуть в саму суть дела. Итак, каким образом протекает реакция и что из себя представляет?

Окисление органического вещества – это своего рода переход, превращение одного класса соединений в другой. Например, весь процесс начинается с окисления насыщенного углеводорода и его превращения в ненасыщенный, затем полученное вещество окисляется до образования спирта; спирт, в свою очередь, образует альдегид, из альдегида «вытекает» карбоновая кислота. В результате всей процедуры мы получаем углекислый газ (при записи уравнения не забываем поставить соответствующую стрелочку ) и воду.

Это окислительно-восстановительная реакция, причём в большинстве случаев органическое вещество проявляет восстановительные свойства, а само окисляется. Для каждого задействованного элемента определена своя классификация – он либо восстановитель, либо окислитель, и мы даём название, исходя из результата ОВР.

Способность органических веществ к окислению

Теперь мы знаем, что в процессе ОВР (окислительно-восстановительной реакции) принимают участие окислитель, забирающий электроны и имеющий отрицательный заряд, и восстановитель, отдающий электроны и имеющий положительный заряд. Однако не каждое вещество может вступать в процесс, который мы с вами рассматриваем. Чтобы было проще понять, рассмотрим по пунктам.

Соединения не окисляются:

• Алканы – по-другому называются парафины или насыщенные углеводороды (например, метан, имеющий формулу CH4);
• Арены – это ароматические органические соединения. Среди них не окисляется бензол (по идее эту реакцию можно провести, но путём нескольких долгих шагов; самостоятельно окисление бензола не произвести);
• Третичные спирты – это спирт, у которого гидроксогруппа OH связывается с третичным атомом углерода;
• Фенол – по-другому называется карболовая кислота и в химии записывается в виде формулы C6H5OH.

Примеры органических веществ, способных к окислению:

• Алкены;
• Алкины (в результате мы проследим образование альдегида, карбоновой кислоты или кетона);
• Алкадиены (образуются либо многоатомные спирты, либо кислоты);
• Циклоалканы (при наличии катализатора образуется дикарбоновая кислота);
• Арены (до бензойной кислоты могут окисляться любые вещества, которые имеют схожее с бензолом строение, то есть его гомологи);
• Первичные, вторичные спирты;
• Альдегиды (имеют способность окисляться то карбонов);
• Амины (при окислении происходит образование одного или нескольких соединений с нитрогруппойNO2).

Окисление органических веществ в клетке организмов растений, животных и человека

Это наиболее важный вопрос не только для тех людей, которые интересуются химией. Подобного рода знания должен иметь каждый, чтобы сформировать верное представление о разных процессах в природе, о ценности каких-либо веществ в мире и даже о самом себе – человеке.

Из курсов школьной биологии вы, наверное, уже в курсе, что окисление органики играет не последнюю биологическую роль в организме человека. В результате окислительно-восстановительных реакций происходит расщепление БЖУ (белков, жиров, углеводов): в клетках выделяется теплота, АТФ и другие носители энергии, и наше тело всегда обеспечено достаточным запасом для выполнения действий и нормального функционирования систем органов.

Протекание данного процесса способствует поддержанию постоянной температуры тела в организме не только человека, но и любого другого теплокровного животного, а также помогает регулировать постоянство внутренней среды (это называется гомеостаз), обмен веществ, обеспечивает качественную работу органоидов клетки, органов, а также выполняет ещё множество необходимых функций.

При фотосинтезе растениями поглощается вредный углекислый газ и образуется кислород, необходимый для дыхания.

Биологическое окисление органических веществ может протекать исключительно с использованием различных переносчиков электронов и ферментов (без них данный процесс длился бы невероятно долго).

Роль окисления органики в промышленности

Если говорить о роли окисления органики в промышленности, то это явление применяется в синтезе, в работе уксуснокислых бактерий (при неполном органическом окислении они образовывают ряд новых веществ), а в некоторых случаях с органикой возможно также производство взрывоопасных веществ.

Принципы составления уравнений в органической химии

В химии не обходится без составления уравнения – это своего рода язык данной науки, на котором могут говорить все учёные планеты независимо от национальности и понимать друг друга.

Однако наибольшие трудности вызывает составление уравнений, когда предстоит изучение органической химии.

Для разборки этой темы требуется очень большой промежуток времени, поэтому здесь подобран лишь краткий алгоритм действий для решения цепочки уравнений с некоторыми пояснениями:

1. Во-первых, мы сразу смотрим, сколько реакций протекает в данном процессе, нумеруем их. Также определяем классы, названия веществ исходных и веществ, которые в итоге образуются;
2. Во-вторых, необходимо поочерёдно выписать все уравнения и узнать тип их реакций (соединение, разложение, обмен, замещение) и условия.
3. После этого можно составить электронный балансы, а также не забываем расставлять коэффициенты.

Реакции окисления органических веществ и их конечные продукты образования

Окисление бензола

Даже в самых агрессивных условиях бензол не подвержен окислению. Однако гомологи бензола способны окисляться под воздействием раствора перманганата калия в нейтральной среде до образования бензоата калия.

Если сменить нейтральную среду на кислотную, то гомологи бензола способны окисляться перманганатом или дихроматом калия с итоговым образованием бензойной кислоты.

Формула образование бензойной кислоты

Окисление алкенов

При окислении алкенов неорганическим окислителями конечными продуктами являются так называемые двухатомные спирты — гликогены. Восстановителями в данных реакциях являются атомы углерода.

Наглядный тому пример является химическая реакция раствора перманганата калия в связи с слабой щелочной средой.

Агрессивные условия окисления приводят тому, что углеродная цепь разрушается по двойной связи с итоговыми продуктами образования в виде двух кислот. Причем если среда с повышенным содержанием щелочи образуется две соли. Также продуктами вследствие распада цепи углерода может образовываться кислота и диоксид углерода, а вот в условиях сильной щелочной среды — продуктами окислительной реакции выступают соли карбоната.

Алкены способны окисляться при погружении в кислотную среду дихромата калия по аналогичной схеме приведенной в первых двух примерах.

Окисление алкинов

В отличие от алкенов, алкины окисляются в более агрессивной среде. Разрушение углеродной цепи происходит по тройной связи. Общим свойством с алкенами являются их восстановители в лице атомов углерода.

Продуктами реакции на выходе являются диоксид углерода и кислоты. Помещенный перманганат калия в кислотную среду будет являться окислителем.

Продуктами окисления ацетилена, в случае его погружения в нейтральную среду с перманганатом калия, является оксалат калия.

При смене нейтральной среды на кислотную реакция окисления протекает до образования углекислого газа или щавелевой кислоты.

Окисления альдегидов

Альдегиды легко подвержены окислению благодаря их свойствам быть сильными восстановителями. В качестве окислителей для альдегидов можно выделить как и в предыдущих вариантах перманганат калия с дихроматом калия, а также преимущественно свойственных для альдегидов раствор гидроксиддиамина серебра — OH и гидроксид меди — Cu(OH)2. Важным условием для протекания реакции окисления альдегидов является влияние температуры.

На видео можно видеть как определяют присутствие альдегидов в реакции с гидроксидом меди.

Альдегиды способны окисляться до карбоновых кислот под влиянием гидроксиддиамина серебра в виде раствора с выделением солей аммония. Такая реакция получила название «серебряного зеркала».

Далее на видео продемонстрирована интересную реакцию, которая носит название «серебряное зеркало». Этот опыт протекает во взаимодействии глюкозы, которая является также альдегидом, с раствором аммиаката серебра.

Окисление спиртов

Продукт окисления спиртов зависит от типа атома углерода с которым связана группа OH спирта. Если группа связана первичным атомом углерода, то продуктом окисления будут альдегиды. В случае если OH группа у спирта связана со вторичным атомом углерода, то продуктом окисления являются кетоны.

Альдегиды, в свою очередь образовавшиеся при окислении спиртов, далее могут окисляться до образования кислот. Это достигается путем окисления первичных спиртов дихроматом калия в кислотной среде при кипении альдегида, которые в свою очередь при испарении не успевают окисляться.

При условии избыточного присутствия таких окислителей, как перманганат калия (KMnO4) и дихромат калия (K2Cr2O7) практически в любых условиях первичные спирты способны окисляться с выделением карбоновых кислот, в вторичные спирты в свою очередь — кетонов, примеры реакций которых с продуктами образования рассмотрим ниже.

Этиленгликоль или так называемый двухатомный спирт в зависимости от среды может окисляться с образованием таких продуктов как щавелевая кислота или оксалата калия. Если этиленгликоль находится в растворе перманганата калия с добавлением кислоты, образуется щавелевая кислота, в случае если двухатомный спирт в этом же растворе перманганата калия либо дихромата калия, но при этом в нейтральной среде, то образуется оксалат калия. Рассмотрим эти реакции.

Мы выяснили всё, что необходимо понимать на первых порах и даже начали разбирать такую нелёгкую тему как решение и составление уравнений. В заключение можно только сказать, что сбалансированная практика и частые занятия помогут быстрее закрепить пройденный материал и научиться решать задачи.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Факультет естественных наук и природных ресурсов

Кафедра химии и экологии

образование и расход органических веществ растениями

Сборник методических указаний

Великий Новгород

Образование и расход органических веществ растениями: Сборник методических указаний к лабораторным работам/ Составитель Кузьмина И. А. - НовГУ, Великий Новгород, 2007. – 12 с.

Методические указания предназначены для студентов специальности 020801.65 - «Экология» и всех студентов, изучающих «Общую экологию».

Для образования органических веществ - основы растительной биомассы на Земле необходимы углекислый газ атмосферы и вода, а также минеральные вещества почвы. При помощи света опреде­ленной длины волн осуществляется фиксация углекислого газа у растений в процессе фотосинтеза. В результате этого выделяется в атмосферу кислород, образующийся в процессе фотолиза воды. Такова первая стадия биохимического цикла углерода.

Количество энергии, запасенной на Земле благодаря фотосин­тезу, огромно. Ежегодно в результате фотосинтеза зелеными расте­ниями образуется 100 млрд. т органических веществ, в которых зак­лючено около 450-1015 ккал солнечной энергии, преобразованной в энергию химических связей. Эти процессы сопровождаются та­кими грандиозными по своим масштабам явлениями, как ассими­ляция растениями около 170 млрд. т углекислого газа, фотохими­ческое разложение около 130 млрд. т воды, из которой выделяется 115 млрд. т свободного кислорода.

Кислород является основой жизни всех живых существ, кото­рые используют его для окисления разнообразных органических соединений в процессе дыхания; выделяется при этом СО2. Это вто­рая стадия биохимического цикла углерода, связанная с углекислотной функцией живых организмов. При этом выделение кислорода на первой стадии примерно на порядок превышает его поглощение второй, в результате чего при функционировании зеле­ных растений кислород накапливается в атмосфере.

Связанная автотрофами в процессе фотосинтеза энергия в даль­нейшем расходуется на жизнедеятельность различных гетеротрофов, в том числе и человека, частично переходя в тепловую энергию , и запасается в ряде составляющих биосферу компонентах (растениях и почве). В биомах суши углерод при фотосинтезе наиболее сильно связывают леса (-11 млрд. т в год), затем пашня (-4 млрд. т), степи (-1,1 млрд. т), пустыни (-0,2 млрд. т). Но больше всего углерода свя­зывает Мировой океан, который занимает около 70% поверхности Земли (127 млрд. т в год).

Образовавшиеся органические вещества автотрофов поступают в пищевые цепи различных гетеротрофов и, проходя по ним, транс­формируются, теряют массу и энергию (пирамиды массы, энергии), последняя расходуется на процессы жизнедеятельности всех орга­низмов, входящих, как звенья, в состав пищевых цепей, уходит в мировое пространство в виде тепловой энергии.

Органическое вещество различных живых организмов после их отмирания становится достоянием (пищей) гетеротрофных микро­организмов. Микроорганизмы разлагают органическое вещество в процессе питания, дыхания и брожения . При разложении углево­дов образуется углекислый газ, который выделяется в атмосферу из наземного разложившегося органического вещества, а также из почвы. При разложении белков образуется аммиак , который частич­но выделяется в атмосферу, а в основном в процессе нитрификации пополняет запасы азота в почве.

Часть же органического вещества не разлагается, а образует «за­пасной фонд». В доисторические времена так образовались угли, газ, сланцы, а в настоящее время - торф и гумус почвы.

Все вышеуказанные процессы представляет собой важнейшие этапы и фазы биохимических круговоротов (углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и др.). Таким образом, живое вещество в про­цессе своего метаболизма обеспечивает стабильность существова­ния биосферы при определенном составе воздуха, воды, почвы и без вмешательства человека этот гомеостаз экосистемы «Земля» сохра­нялся бы бесконечно долго.

2 Требования техники безопасности

Опыты выполняются строго в соответствии с методическим ру­ководством. При выполнении работ следует выполнять общие правила тех­ники безопасности для химических лабораторий. При попадании реак­тивов на кожу или одежду пораженный участок необходимо быстро обильно промыть водой.

3 Экспериментальная часть

Работа № 1. Определение образования органического ве­щества в листьях растений в процессе фото­синтеза (по содержанию углерода)

Фотосинтез - основной процесс аккумуляции вещества и энер­гии на Земле, в результате которого из СО2 и Н2О образуются орга­нические вещества (в данной формуле - глюкоза):

6СО2 + 6Н2О + энергия света → С6Н12О6+ 602t

Один из способов измерения интенсивности фотосинтеза зак­лючается в определении образования органического вещества в ра­стениях по содержанию углерода, который учитывается методом мокрого сжигания, разработанным для почв и мо­дифицированный для древесных растений Ф. 3. Бородулиной.

Во взятом образце листьев определяется содержание углерода, затем листья выдерживаются 2-3 ч и более на свету и снова опреде­ляется содержание углерода. Разница между вторым и первым оп­ределением, выраженная на единицу поверхности листа в единицу времени, показывает количество образовавшегося органического вещества.

В процессе сжигания углерод листьев окисляется 0,4 н раство­ром бихромата калия в серной кислоте. Реакция протекает по сле­дующему уравнению:

2K2Cr2О7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3СО2

Неизрасходованное количество бихромата калия устанавлива­ют обратным титрованием 0,2 н раствором соли Мора:

6FeSO4 ∙ (NH4)2SO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 =

Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O

В качестве индикатора применяют бесцветный раствор дифе­ниламина, который при окислении переходит в дифенилбензидинвиолет сине-фиолетового цвета. Бихромат калия окисляет дифениламин и смесь приобретает красно-бурую окраску. При тит­ровании солью Мора шестивалентный хром восстанавливается в трехвалентный. В результате цвет раствора переходит в синий, а к концу титрования - в сине-фиолетовый. Когда же хром будет от­титрован, последующее добавление соли Мора вызывает переход окисленной формы индикатора в восстановленную (бесцветную); появляется зеленая окраска, которую придают раствору ионы трех­валентного хрома. Четкому переходу сине-фиолетовой окраски в зеленую мешают ионы трехвалентного железа, появляющиеся в процессе реакции. Чтобы сделать более ясным конец реакции тит­рования ее проводят в присутствии ортофосфорной кислоты, ко­торая связывает ионы Fe3+ в бесцветный комплексный ион 3-и предохраняет дифениламин от окисления.

Оборудование, реактивы, материалы:

1) конические колбы на 250 мл; 2) термостойкие конические колбы на 100 мл; 3) маленькие стеклянные воронки, используемые как обратные холодильники; 4) бюретки; 5) 0,4 н раствор бихромата калия (в разбавленной серной кислоте (1:1)); 6) 0,2 н раствор соли Мора; 7) дифениламин; 8) 85%-ная ортофосфорная кислота; 9) про­бочное сверло или другое приспособление для выбивания дисков диаметром 1 см; 10) мерный цилиндр; 11) вегетирующие растения с симметричной широкой и тонкой листовой пластинкой (герань, фуксия, листья древесных растений).

Ход работы

Лист вегетирующего растения делят на две половинки вдоль главной жилки и на одной из них вырезают пробочным сверлом 3 диска диаметром 1 см, помещают на дно конической термостой­кой колбочки объемом 100 мл, куда наливают 10 мл 0,4 н раствора К2Сr2О7. Колбу закрывают маленькой воронкой носиком вниз и ста­вят на электроплитку с закрытой спиралью в вытяжной шкаф. Ког­да раствор закипит, добиваются слабого кипения в течение 5 мин, иногда слегка взбалтывают колбу круговым движением, чтобы дис­ки были хорошо покрыты жидкостью. По верху колбы (не закрывая горлышко) укрепляют поясок из нескольких слоев плотной бума­ги, который предотвратит ожог рук при помешивании содержимого колбы и при ее перестановке.

Затем колбу снимают с нагрева, ставят на керамическую плитку и охлаждают. Жидкость должна быть буроватого цвета. Если окраска ее зеленоватая, то это указывает на недостаточное количество бих­ромата калия, взятого для окисления органического вещества. В этом случае определение нужно повторить с большим количеством реак­тива или меньшим количеством высечек.

К охлажденному раствору небольшими порциями в несколь­ко этапов приливают 150 мл дистиллированной воды, затем эту жидкость постепенно переливают в колбу на 250 мл, куда добав­ляют 3 мл 85%-ной ортофосфорной кислоты и 10 капель дифени­ламина. Взбалтывают содержимое и оттитровывают 0,2 н раствором соли Мора.

Одновременно проводят контрольное определение (без расти­тельного материала), тщательно соблюдая все указанные выше опе­рации. Соль Мора сравнительно быстро теряет титр, поэтому раствор необходимо периодически проверять перед началом определения.

Количество углерода органического вещества, содержащегося в 1 дм2 листовой поверхности, рассчитывают по формуле:

а - количество соли Мора в мл, израсходованное на титро­вание контрольного раствора;

b - количество соли Мора в мл, пошедшее на титрование опытного раствора;

k - поправка к титру соли Мора;

0,6 - миллиграммы углерода, соответствующие 1 мл точно 0,2 н раствора соли Мора;

S - площадь высечек, см2.

Схема записи результатов

Пример расчета количества углерода:

1. В начале опыта:

а = 19 мл, b = 9 мл, k = 1, S = πr2∙3 = (3,14 ∙ 12) ∙ 3 = 9,4 см2

Водород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водород улетучиваются в виде углекислого газа, воды и окислов азо­та. Оставшийся нелетучий остаток (зола) содержит элементы, на­зываемые зольными. Разница между массой всего сухого образца и зольным остатком составляет массу органического вещества.

1) аналитические или точные технохимические весы; 2) муфель­ная печь; 3) тигельные щипцы; 4) электроплитка с закрытой спиралью; 5) фарфоровые тигли или испарительные чашки; 6) препаровальные иглы; 7) эксикатор; 8) спирт; 9) дистиллированная вода; 10) хлорис­тый кальций; 11) высушенные до абсолютно сухой массы стружка дре­весины, измельченная кора, листья, гумусированная почва.

Ход работы

Сухие и измельченные образцы древесины, коры, листьев, а так­же почвы (3-6 г и более), отобранные методом средней пробы, взве­шиваются до 0,01 г на кальке. Их помещают в прокаленные и взвешенные фарфоровые тигли или испарительные чашки (диамет­ром 5-7 см), подписанные 1 %-ным раствором хлорного железа, ко­торое при нагревании буреет и при прокаливании не исчезает. Тигли с органическим веществом ставят на разогретую электроплитку в вытяжной шкаф и прогревают до обугливания и исчезновения чер­ного дыма. При этом при наличии большего количества раститель­ного материала возможно его дополнение из предварительно взвешенного образца.

Затем тигли ставят в муфельную печь при температуре 400-450° С и сжигают еще 20-25 мин до того состояния, когда зола станет серо-белой. При более высокой температуре прокаливания могут быть существенные потери серы, фосфора, калия и натрия. Может также наблюдаться сплавление с кремниевой кислотой, что мешает пол­ному озолению. В этом случае прокаливание прекращают, охлаж­дают тигель и добавляют в него несколько капель горячей дистиллированной воды; подсушивают на плитке и продолжают про­каливание.

Возможны следующие варианты цвета золы: красно-бурый (при большом содержании в образце окислов железа), зеленоватый (в присутствии марганца), серо-белый.

При отсутствии муфельной печи сжигание можно проводить в учебных целях на электроплитке под тягой. Для создания более высоких температур надо оградить плитку вплотную железным ли­стом в виде бортика высотой 5-7 см от полотна плитки, а также при­крыть сверху куском асбеста. Сжигание проводится 30-40 мин. При сжигании необходимо периодическое помешивание материала пре­паровальной иглой. Сжигание также проводится до белой золы.

В случае медленного сжигания в охлажденные тигли наливает­ся небольшое количество спирта и поджигается. В золе не должно быть заметно черных частичек угля. В противном случае пробы об­рабатывают 1 мл дистиллированной воды, помешивают и повторя­ют прокаливание.

После того как сжигание будет окончено, тигли охлаждают в эксикаторе с крышкой и взвешивают.

Ведомость" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">ведомость , вычерченную на доске.

Схема записи результатов

Любое сообщество живых организмов на Земле характеризуется его продуктивностью и устойчивостью. Продуктивность определя­ется, в частности, как разность между накоплением и расходованием органического вещества при таких кардинальных процессах, как фотосинтез и дыхание. В первом процессе органическое вещество синтезируется из углекислого газа и воды с выделением кислорода, во втором - разлагается за счет окислительных процессов, проходя­щих в митохондриях клеток с поглощением кислорода. Разные рас­тения сильно различаются по соотношению этих процессов. Так, у С4 растений (кукуруза, сорго, сахарный тростник, мангровые деревья) наблюдается высокая интенсивность фотосинтеза при небольшом световом дыхании, что обеспечивает их высокую продуктивность по сравнению с С3 растениями (пшеница, рис).

С3 - растения. Это большинство растений Земли, осуществля­ющие С3 - путь фиксации углекислого газа в процессе фотосинте­за, в результате чего образуются трехуглеродные соединения (глюкоза и др.). Это преимущественно растения умеренных широт оптимум температуры которых +20…+25°С, а максимум +35…+45°С.

С4 - растения. Это те, у которых продуктами фиксации СО2 яв­ляются четырехуглеродистые органические кислоты и аминокисло­ты. Сюда относятся преимущественно тропические растения (кукуруза, сорго, сахарный тросник, мангровые деревья). С4 - путь фиксации СО2 сейчас обнаружен у 943 видов из 18 семейств и 196 родов, в том числе и у ряда злаковых растений умеренных широт. Эти растения отличаются очень высокой интенсивностью фотосин­теза, выносят высокие температуры (оптимум их +35…+45°С, мак­симум +45…+60°С). Они очень приспособлены к жарким условиям, эффективно используют воду, хорошо выносят стрессы - засуху, засоление, отличаются повышенной интенсивностью всех физио­логических процессов, что предопределяет их очень высокую био­логическую и хозяйственную продуктивность.

Аэробное дыхание (с участием кислорода) - процесс обратный фотосинтезу. В этом процессе синтезированные в клетках органи­ческие вещества (сахароза, органические и жирные кислоты) раз­лагаются с высвобождением энергии:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + энергия

Все растения и животные получают энергию для поддержания своей жизнедеятельности с помощью дыхания.

Метод определения интенсивности дыхания у растений осно­ван на учете количества выделяемого растениями углекислого газа, который поглощается баритом:

Ва(ОН)2 + СО2 = ВаСО3 + Н2О

Избыток барита, не прореагировавшего с СО2, оттитровывают соляной кислотой:

Ва(ОН)2 + 2HCl = ВаС12 + Н2О

Оборудование, реактивы, материалы

1) широкогорлые конические колбы емкостью 250 мл; 2) рези­новые пробки с просверленными отверстиями, в которые вставля­ется стеклянная трубка; в трубку протягивается тонкая проволока длиной 12-15 см; 3) весы технохимические; 4) разновесы; 5) черная светонепроницаемая бумага; 6) бюретки с раствором Ва(ОН)2 и пробкой сверху, в которую вставлена трубка с натронной известью; 7) 0,1 н раствор Ва(ОН)2; 8) 0,1 н раствор HCI; 9) 1%-ный раствор фенолфталеина в капельнице; 10) зеленые листья, только что со­рванные в природной обстановке или листья комнатных растений .

Ход работы

5-8 г зеленых, только что сорванных листьев растений взвеши­вают с черешками на технохимических весах, черешки скрепляют одним концом проволоки, которую протягивают через отверстие пробки (рис. 1).

Рис. 1. Смонтированная кол­ба для определения интенсив­ности дыхания:

1 - проволока, 2 - стеклянная трубка, 3 - ре­зиновая пробка, 4 - пучок ли­стьев, 5 - барит.

Предварительно рекомендуется провести пробную установку, опуская материал в колбу и закрывая колбу пробкой. Обратить вни­мание, чтобы пробка плотно закрывала колбу, пучок листьев распо­лагался в верхней части колбы и расстояние между баритом и пучком было достаточно велико. Все отверстия между колбой, пробкой и трубочкой рекомендуется заделать пластилином, а в месте верхнего выхода проволоки из трубки изолировать систему кусочком фольги.

В опытные колбы наливается из бю­ретки по 10 мл 0,1 н раствора Ва(ОН)2, помещается материал и изолируется вы­шеуказанным способом. Контроль (без растений) ставится в 2-3-кратной повторности. Все колбы закрывают черной светонепроницаемой бумагой для ис­ключения фотосинтеза и идентичности всех колб, отмечается время начала опы­та, который длится 1 ч. В течение опыта следует периодически осторожно пока­чивать колбы, чтобы разрушить пленку ВаСО3, образующуюся на поверхности барита и препятствующую полноте по­глощения СО2.

Через один час приоткрыть пробку и извлечь из колб материал путем быстрого выдергивания проволоки с листьями. Не­медленно закрыть пробку, изолировав верх трубочки фольгой. Пе­ред титрованием добавить в каждую колбу по 2-3 капли фенолфта­леина: раствор окрашивается в малиновый цвет. Оттитровать свободный барит 0,1 н HCl. При этом первыми оттитровывают кон­трольные колбы. Вывести среднее, а затем оттитровать опытные кол­бы. Титровать растворы следует осторожно до обесцвечивания. Результаты записать в таблицу (на доске и в тетради).

Конечный продукт" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">конечных продуктов

Другой формой распада органического вещества до простей­ших соединений являются микробиологические процессы в почвах и водах, в результате чего образуется гумус почвы и различные дон­ные отложения полуразложившейся органики (сапропель и др.). Основные из этих процессов - биологическое разложение сапрофитами органических веществ, содержащих азот и углерод, что является составной частью круговоротов этих элементов в природ­ных циклах. Бактерии-аммонификаторы минерализуют белки ра­стительных и животных остатков, а также других микроорганиз­мов (в том числе и азотфиксаторов), мочевину, хитин, нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется аммиак (NH3). Разлагаются и содержащие серу белки растений и животных, в результате чего образуется сероводород (H2S). Продуктом жизнедеятельности мик­роорганизмов являются и индольные соединения, которые выпол­няют роль стимуляторов роста. Наиболее известна β-индолилуксусная кислота или гетероауксин. Индольные вещества образуются из аминокислоты триптофана.

Процесс разложения органических веществ до простых соеди­нений - ферментативный. Конечным этапом аммонификации яв­ляются аммонийные соли, доступные для растений.

Оборудование, реактивы, материалы

1) весы технохимические; 2) термостат; 3) пробирки; 4) ват­ные пробки; 5) химические стаканы; 6) чашки Петри; 7) NaHCO3;8) 5%-ная PbNO3 или Рb(СН3СОО)2; 9) реактив Сальковского; 10) реактив Эрлиха; 11) нингидриновый реактив; 12) реактив Несслера; 13) гумусная почва; 14) свежие листья люпина или за­сушенные листья других бобовых; 15) рыбная, мясная мука или кусочки мяса, рыбы.

Ход работы

А. Аммонификация животных белков

а) Поместить в пробирку 0,5-1 г свежей рыбы или маленький кусочек мяса. Добавить отстоянной воды до половины объема пробирки и 25-50 мг NaHCO 3 (на кончике скальпеля) для нейтра­лизации среды, что благоприятствует деятельности аммонификаторов (благоприятна для них нейтральная или слабощелочная среда при рН=7 и выше). Прибавить небольшой комочек гумусной почвы для введения в среду аммо-нификаторов, смешать содержимое пробирки, заткнуть пробирку ватной пробкой, предварительно укрепив между пробкой и пробиркой кусочек свинцовой бумажки (рис. 2) так, что­бы он не касался раствора. Каждую пробирку вверху обернуть фольгой, чтобы исключить выход газа из про­бирки. Поставить все в термостат при 25-30°С на 7-14 дней.

Рис. 2. Смонтированная пробир­ка для определения аммонифи­кации белков: 1 - пробирка; 2 - ватная пробка; 3 - свинцовая бу­мажка; 4 - среда.

Этот опыт имитирует разложение органических остатков в водной среде стоячего водоема (например, пруд), куда могут попадать частички почвы с приле­гающих полей путем смыва.

б) Насыпать гумусную почву в ста­канчик, полить отстоянной водой, зако­пать в почву небольшой кусочек мяса, укрепить свинцовую бумажку между поч­вой и краем стаканчика, закрыть систему чашкой Петри (бортиком вниз), поставить в термостат при 25-30°С на одну - две недели.

Этот опыт имитирует разложение органических остатков (чер­вей, различных почвенных животных) в почве.

Б. Аммонификация растительных остатков

Проследить разложение в почве зеленого удобрения, для чего наполнить химический стакан на 100 мл гумусовой почвой и зако­пать в нее несколько кусочков зеленых стеблей и листьев много­летнего люпина, гороха, фасоли, посаженного с осени в горшок. Можно использовать распаренные в воде сухие части бобовых ра­стений летнего сбора. Закрыть стаканы крышкой от чашки Петри, поместить в термостат при температуре 25-30°С на одну - две не­дели, поддерживая нормальную влажность почвы в течение опыта (60% от полной влагоемкости), не переувлажняя ее.

Продолжение работы № 4 (проводится через 7-14 дней)

а) Отфильтровать часть культурального раствора из пробирок, в которых происходило разложение животных белков. Обратить внимание на образование плохо пахнущих продуктов (сероводо­род - запах тухлых яиц, индольные соединения и др.).

Обнаружить образование аммиака добавлением к 1 мл культу­рального раствора 2-3 капель реактива Несслера. Для этого удоб­но использовать часовое стекло, помещенное на лист белой бумаги, или фарфоровую чашку. Пожелтение раствора свидетельствует о наличии аммиака, образовавшегося при разрушении белков.

Обнаружить наличие сероводорода по почернению свинцовой бумажки над раствором или при опускании ее в раствор.

Накапать культуральный раствор на фильтровальную или хро-матографическую бумагу микропипеткой с оттянутым носиком (10-20 капель в одну точку), подсушить над вентилятором , кап­нуть реактива Сальковского, Эрлиха или нингидринового реакти­ва. Подогреть над плиткой. Индольные соединения с реактивом Сальковского дают синее, красное, малиновое окрашивания в за­висимости от состава индольного продукта (ауксин индолилуксусная кислота дает красное окрашивание). Реактив Эрлиха дает с индольными производными пурпурное окрашивание. Нингидри­новый реактив - это реакция на аминокислоту триптофан (пред­шественник индольных ауксинов). При подогреве - синее окрашивание.

б) Извлечь из почвы кусочек мяса или рыбы вместе с почвой, прилегающей к кусочку, поместить в стаканчик, налить немного воды, помять стеклянной палочкой, взболтать, отфильтровать. Оп­ределить в фильтрате аммиак, сероводород, индольные вещества вышеуказанными методами. Сходные процессы происходят в по­чве при перегнивании отмерших животных.

в) Извлечь из почвы полуразложившиеся стебли люпиновой зеленой массы, очистить от почвы и растереть с небольшим коли­чеством воды. Отфильтровать 1-2 мл раствора и сделать пробу на аммонийный азот, освобождающийся при минерализации расти­тельных белков (с реактивом Несслера). Сходные процессы про­исходят в почве при запахивании зеленого удобрения или органических остатков в виде навоза, торфа, сапропеля и др.

Определить наличие сероводорода, индольных веществ, трип­тофана.

г) Поместить на предметное стекло каплю культуральной жид­кости из пробирки, где происходило разложение животного белка, и изучить ее под микроскопом при увеличении 600. Обнаружива­ются многочисленные микроорганизмы, вызывающие разложение органических веществ. Часто они энергично движутся и червеоб­разно изгибаются.

Введение. 3

2 Требования техники безопасности. 4

3 Экспериментальная часть. 4

Работа № 1. Определение образования органического вещества в листьях растений в процессе фотосинтеза (по содержанию углерода) 4

Работа № 2. Определение накопления органического вещества в биомассе растений и в почве. 8

Работа № 3. Определение расхода органического вещества растениями при дыхании 11

Работа № 4. Разложение органических веществ воды и почвы с определением некоторых конечных продуктов. 14

7 класс.

Урок______

Тема: Образование органических веществ в растении.

Цель урока : формировать представление учащихся об образовании органических веществ в растении.

Задачи:

о бразовательные : повторит знания учащихся о внешнем строении листа, разнообразие листьев. Раскрыть понятие «хлорофилл», «фотосинтез», «питание растений», познакомить учащихся с процессом образования органических веществ и с условиями для их образования, со значением листа для растений, значением зеленых растений для жизни на Земле.

коррекционно - развивающие: развитие связной речи, обогащение словаря новыми понятиями, развитие мыслительных операций (умение сопоставлять, обобщать, делать выводы, устанавливать причинно-следственные связи ); -воспитательные: воспитывать бережное отношение к природе, способствовать формированию у детей чувства ответственности за состояние окружающей среды .

Тип урока – комбинированный.

Форма организации: классный урок.

Оборудование : компьютер, презентация по теме «Образование органических веществ»», лаюораторное оборудование для демонстрации опытов, задания для индивидуальной проверки, карточки с познавательными материалами и заданиями, тестовый раздаточный материал, гербарий, учебник Биология 7 класс.

1. Организационный момент.

Проверка готовности учащихся к уроку. Психологический настрой.

Мобилизующее начало.

Из почек появляются,

Весною распускаются,

Летом шелестят,

Осенью – летят.

2. Проверка домашнего задания. «Внешнее строение листа. Разнообразие листьев».

а). Фронтальный опрос:

Что такое лист?

Из какого органа зародыша он развивается?

Каково внешнее строение листа?

Каким способом может прикрепляться лист?

Какие типы жилкования вы знаете?

К каким растениям принадлежат дугообразное и параллельное жилкование?

К каким растениям принадлежат сетчатое жилкование?

Какое значение имеют жилки в жизни растений?

Какие листья называются простыми, а какими сложными?

б). Работа по карточкам.

Карточка «Внешнее строение листа, разнообразие листьев»

1. Дополни предложения:

Лист – это _____________________________________________________

2. Из чего состоит лист. _________________________________________

3. Определите жилкование листьев

4. Какие листья называются простыми?

5. Какие листья называются сложными?

__________________________________________________________________________________________________________________________

6. Соедините стрелками:

Простые листья Сложные листья

в). Работа с гербарием. Самостоятельная работа

Сейчас Вам предстоит выполнить задание. Рассмотрите листья растений, изучите внешний вид листа и форму, определите тип жилкования. Изученные данные оформите в таблицу.

Название растения

Форма листа

Простой или сложный

Тип жилкования

Класс

Береза

Роза

Ландыш

Подорожник

Учитель проверяет выполненное задание совместно с учениками.

3. Актуализация знаний по теме урока.

Корни дают растениям только воду и минеральные соли, но растениям для нормального роста и развития необходимы ещё и органические вещества. Откуда эти вещества поступают в растение? Многие ученые пытались разгадать эту загадку живой природы. В начале XVI в. голландский натуралист Ян ванн Гельмонт тоже заинтересовался этим вопросом и решил поставить опыт. В горшок он поместил 80 кг земли и посадил ветку ивы. Землю в горшке прикрыл, чтобы на нее не попала пыль. Поливал ветку только дождевой водой, которая не содержала никаких питательных веществ. Через 5 лет выросшую иву вынули из земли и взвесили. Ее масса за 5 лет увеличилась на 65 кг. Масса же земли в горшке уменьшилась всего лишь на 50 г! Откуда же растение взяло 64 кг 950 г органического веществаМногие ученые пытались разгадать эту загадку живой природы. В начале XVI в. голландский натуралист Ян ванГельмонт тоже заинтересовался этим вопросом и решил поставить опыт. В горшок он поместил 80 кг земли и посадил ветку ивы. Землю в горшке прикрыл, чтобы на нее не попала пыль. Поливал ветку только дождевой водой, которая не содержала никаких питательных веществ. Через 5 лет выросшую иву вынули из земли и взвесили. Ее масса за 5 лет увеличилась на 65 кг. Масса же земли в горшке уменьшилась всего лишь на 50 г! Откуда же растение взяло 64 кг 950 г органического вещества?

Ответы учащихся, основанные на знаниях и жизненном опыте.

( растения способны сами создавать органические вещества.)

4. Сообщение темы и цели урока.

Тема: Образование органических веществ в растениях Вы узнаете, какие условия нужны для образования органических веществ и о значении этого процесса для жизни на земле.

5. Работа по теме урока.

Рассказ учителя, показ презентации, демонстрация опытов.

1. Из чего состоят растения?

В состав растений входят органические и неорганические вещества.

Неорганические вещества, как вы помните из 6 класс, это вода, минеральные соли.

А к органическим веществам, входящим в состав растений относится сахар (его вы чувствуете, когда едите виноград), витамины (которых особенно много в лимоне, смородине и т.д.), растительные белки (в фасоле, горохе и т.д.)

Состав растений

Органические вещества

Неорганические вещества

Сахар

жир

вода

Минеральные вещества

Крахмал

витамины

белки

Закончить заполнение схемы в тетради по результатам опытов.

Демонстрация опытов:

Опыт 1. Обнаружения жира на примере подсолнечника.

1. Очистить несколько семян подсолнечника от кожуры.

2. Положить семя на промокательную бумагу.

3. Надавить на семя и убрать раздавленное семя.

Что вы видите? На промокательной бумаге осталось жирное пятно.

Вывод: значит в семенах подсолнечника есть жир.

Опыт 2. «Обнаружение крахмала».

1. Взять картофелину и разрезать пополам.

2. Взять пипетку и йод. Капнуть на разрез картофелины 2- 3 капельки йода.

Что вы видите? На разрезе картофелины вы увидите синее пятно.

Вывод: значит в картофеле есть крахмал.

Но все же откуда берутся в растениях все эти вещества? Воду и минеральные соли растение берет из почвы? А откуда – органические вещества?

2. Образование органических веществ в растениях

На этот вопрос ответил русский ученый Климент Аркадьевич Темирязев.

Он установил, что органические вещества образуются в листьях.

Листья – это не только часть побега, но и своеобразные, уникальные

лаборатории, в которых образуются органические вещества: сахар и крахмал. Этот

процесс является едва ли не самым замечательным процессом происходящим на нашей

планете. Благодаря ему существует все живое на Земле.

Рассмотрим зелёный лист растения. (слайд)

Лист имеет зеленую окраску. Это объясняется тем, что в листе есть зеленое вещество – хлорофилл.

Словарная работа. Работа с биологическим словариком стр. 221.

На доске вывешивается карточка со словом «Хлорофилл».

Хлорофилл – зеленое вещество растений, которое находится в специальных тельцах - хлоропластах.

В них то и образуется органическое вещество. Но для образования органических веществ необходимы определенные условия.

3. Условия образования органических веществ растениями.

Прежде всего нужен хлорофилл. Хлорофилл будет работать, если на лист падает свет. Освещенный лист берет из воздуха углекислый газ. Вода в лист поступает из корней. И весь этот процесс происходит при наличии тепла.

Словарная работа «Фотосинтез»

Образование органических веществ на свету с помощью хлорофилла называют фотосинтезом.

Фотосинтез - / фото- свет, синтез – образование/.

Запись в тетрадь

Условия образования органических веществ растениями

1 наличие хлорофилла.

2 свет.

3. углекислый газ.

4 тепло.

5 вода.

Когда все эти условия- хлорофилл, свет, углекислый газ, тепло, вода- есть, в листе образуется сахар. Частично уже в листе сахар переходит в крахмал. Образование крахмала в листьях – это питание растений.

Показ презентации «Образование крахмала в листьях растений на свету»

1. Растение герань поставили в тёмный шкаф на 3 дня, чтобы произошёл отток питательных веществ из листьев,

2. Затем растение поместил на свет на 8 часов,

3. Удалили лист растения и поместили сначала в горячую воду (при этом разрушилась покровная и основная ткань листа), лист стал более мягким, затем мы поместили его в кипящий спирт.(При этом лист обесцветился, а спирт стал ярко зелёным от хлорофилла) .

4. Потом обесцвеченный лист обработал слабым раствором йода

5. Результат: появление синей окраски при обработке листа йодом.

Вывод: Действительно в листьях образовался крахмал.

Запомните, в отличие от других живых организмов растения не поглощают органические вещества, они синтезируют их сами.

В процессе создания органического вещества растения выделяют кислород.

В 18 веке В 1771 году английский химик Джозеф Пристли проделал следующий опыт: он поместил двух мышей под стеклянный колпак, но под один из колпаков поставил комнатное растение. Посмотрите на иллюстрацию и скажите, что произошло с мышью, где не было комнатного растения. Мышь погибла.

Да, к сожалению мышь погибла. Подумайте, как можно объяснить тот факт, что мышь под вторым колпаком, куда было помещено комнатное растение осталась живой?

Вспомните, какой из перечисленных газов необходим живым существам для дыхания? Кислород.

Верно. Вот мы и ответили на вопрос, почему мышка осталась жить. Комнатное растение выделяло кислород, а мышь использовала его для дыхания.

Органические вещества, которые вырабатываются в процессе фотосинтеза нужны для питания всех частей растения, от корней до цветков и плодов. Чем больше солнечной энергии и углекислого газа будет получать растение, тем больше органических веществ оно будет образовывать. Так растение питается, растет и набирает вес.

Действительно, растения создают органические вещества для собственных нужд, но и обеспечивают пищей другие живые организмы, представляют всему живому кислород для дыхания. Растительный покров земли называют«зелёными лёгкими планеты». А б у дут ли они здоровыми зависит от нас с вами, от того насколько разумно мы распорядимся данным нам богатством.

ФИЗМИНУТКА

ГИМНАСТИКА ДЛЯ ГЛАЗ

Ребята, послушайте слова К.А. Тимирязева «Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света 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 смеетесь.

Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях»

Как вы понимаете это выражение?

6. Первичное закрепление и коррегирование знаний.

Какой газ поглощают зелёные листья растений? Углекислый.

Какое вещество поступает по сосудам стебля в листья? Вода.

Какое важное условие необходимо? Солнечный свет.

Какой газ выделяют зелёные листья растений? Кислород.

Какие сложные вещества образуются в листьях. Органические вещества

Дайте название этому процессу. Фотосинтез.

Как называется вещество, в котором происходит процесс фотосинтеза. Хлорофилл.

Зарисовать и записать схему фотосинтеза

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ + ВОДА = ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА + КИСЛОРОД

Фотосинтез – это процесс, протекающий в зелёных листьях растений на свету , при котором из углекислого газа и воды образуются органические вещества и кислород.

7. Закрепление изученного материала.

(вариативное задание)

1. Фронтальный опрос

Ребята, сегодня на уроке вы узнали много нового, интересного.

Ответьте на вопросы:

1.Какой процесс называют фотосинтезом?

2.При помощи какого вещества в листьях происходит процесс фотосинтеза?

3. Из чего в зелёных листьях образуются органические вещества?

4. Какой газ выделяется из зелёных листьев на свету? Каково его значение для живых организмов?

5 . Какие условия необходимы для процесса фотосинтеза?

2. Тестирование

«Образование органических веществ в листе».

В какой части растения образуются органические вещества?

корень;

лист;

стебель;

цветок.

Какие условия необходимы для образования в растении органических веществ?

хлорофилл, свет, тепло, углекислый газ, вода;

хлорофилл, тепло;

углекислый газ, вода.

Какой газ выделяет растение в процессе образования крахмала?

азот;

кислород;

углекислый газ.

Как растение расходует органические вещества?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Карточка «Условия образования органических веществ в растениях».

Дополнительное з адание.

Прочитай текст письма. Найдите ошибки, допущенные автором письма?

Исправь ошибки.

Здравств уйте, юные биолухи! С приветом к вам Алёша Перепуткин. Я великий знаток

процесса фотосинтеза. А, вы, знаете его? отосинтез происходит в корнях и листьях,

только ночью, к ог да никто не мешает. В ходе этого процесса образуется вода, а кислород расходуется. Луна посылает свою энергию и в клетках образ уются органические

вещества: сначала крахмал, а потом сахар. В процессе фотосинтеза выделяется много

энергии, поэтому растения не боятся холода зимой. Без фотосинтеза мы бы задохнулись, так как не было бы обогащения атмосферы углекислым газом.

Подведение итога урока

В ходе урока вы узнали как питаются и растут растения, было доказано, что без зеленого листа не только не может жить растение, но и не было бы вообще жизни на Земле, так как кислород земной атмосферы, которым дышат все живые существа, был наработан в процессе фотосинтеза. Великий русский ученый ботаник К.А.Тимирязев называл зеленый лист великой фабрикой жизни. Сырьем для нее служит углекислый газ и вода, двигателем – свет. Зеленые растения, постоянно выделяя кислород, не дадут погибнуть человечеству. А мы, должны заботиться о чистоте воздуха.

У рок мне бы хотелось закончить стихами

Фотосинтез идет на свету круглый год.

И он людям дает пищу и кислород.

Очень важный процесс- фотосинтез, друзья,

Без него на Земле обойтись нам нельзя.

Фрукты, овощи, хлеб, уголь, сено, дрова –

Фотосинтез всему этому голова.

Воздух чист будет, свеж, как легко им дышать!

И озоновый слой будет нас защищать.

Домашнее задание

ЛЕКЦИЯ 9

Образование и разложение органических веществ.

(Фотосинтез, дыхание, транспирация)

Рассмотрим подробнее процессы аккумуляции солнечной энергии при образовании органических веществ и рассеивании ее при разрушении этих веществ. Жизнь на Земле зависит от потока энергии, образующейся в результате термоядерных реакций, идущих в недрах Солнца. Около 1 % солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется клетками растений (и некоторых бактерий) в химическую энергию синтезированных углеводов.

Образование органических веществ на свету называется фотосинтезом (гр. Свет, соединение) Фотосинтез – это накопление части солнечной энергии путем превращения ее потенциальную энергию химических связей органических веществ.

Фотосинтез - необходимое связующее звено между живой и неживой природой. Без притока энергии от Солнца жизнь на нашей планете, подчиняясь второму закону термодинамики прекратилась бы навсегда. Сравнительно недавно (конец 18 столетия) было обнаружено, что в образующихся при фотосинтезе органических веществах соотношение углерода, водорода и кислорода таково, что на 1 атом углерода приходится как бы 1 молекула воды (откуда и название сахаров – углеводы). Считалось, что углеводы образуются из углерода и воды, а кислород выделяется из СО 2 . Позже английский медик Корнелиус ван Ниль, изучая фото синтезирующие бактерии, показал, что в результате фотосинтеза серные бактерии выделяют серу, а не кислород:

Он предположил, что не СО 2 , а вода разлагается при фотосинтезе, и предложил следующее суммарное уравнение фотосинтеза:

Для водорослей и зеленых растений Н 2 А - это вода (Н 2 О). Для пурпурных серных бактерий Н 2 А – сероводорюд. Для других бактерий это может быть свободный водород или другое окисляемое вещество.

Эта идея в 30-х годах 20-го столетия была подтверждена экспериментально с использованием тяжелого изотопа кислорода (18 О).

Для водорослей и зеленых растений суммарное уравнение фотосинтеза стали записывать следующим образом:

Синтезированные растениями углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал и др.) являются главным источником энергии для большинства гетеротрофных организмов, населяющих нашу планету. Разложение органических веществ происходит в процессе метаболизма (гр. изменение) в живых клетках.

Метаболизм – это совокупность биохимических реакции и превращений энергии в живых клетках, сопровождающихся обменом веществ между организмом и средой.

Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катоболизмом , а приводящих к образованию новых молекул – анаболизмом.

Превращения энергии в живых клетках осуществляются путем переноса электронов с одного уровня на другой или от одного атома или молекулы - к другим. Энергия углеводов выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

Дыхание – это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде углеводов, передается на универсальную энергонесущую молекулу аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18т10 Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее увеличению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные химические реакции таким образом, что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости. У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, сохраняется, и поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды. У растений скорость дыхания невелика, поэтому выделяемая теплота обычно не влияет на температуру растений. Дыхание может происходить как в аэробных (в присутствии кислорода), так и в анаэробных (бескислородных) условиях.

Аэробное дыхание - процесс, обратный фотосинтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С 6 Н 12 О 6) вновь разлагается с образованием СО 2 и Н 2 О с высвобождением потенциальной энергии Q пот аккумулированной в этом веществе:

Однако в отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате такого незавершенного дыхания образуются органические вещества, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами при других типах дыхания.

Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а другое вещество, например уксусная кислота:

запасом энергии q 1 и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе по реакции:

Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

Брожение - это анаэробное дыхание, при котором органическое вещество само служит акцептором электронов:

некоторое количество энергии q 2 , которая может быть использована другими организмами:

Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество СО 2 и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они - важный и иногда даже необходимый процесс в экосистемах, где физические условия таковы, что микроорганизмы не успевают разлагать образующиеся органические остатки. Но окончательное разложение отмерших растений и животных осуществляется, в основном, гетеротрофными микроорганизмами - редуцентами, примером которых являются широко распространенные в сточных и природных водах сапрофитные бактерии. Разложение органических веществ есть результат добывания необходимых химических элементов и энергии в процессе преобразовании пищи внутри клеток их тел. При прекращении этих процессов все биогенные элементы окажутся связанными в мертвых остатках и продолжение жизни станет невозможным. Комплекс разрушителей в биосфере состоит из огромного числа видов, которые, действуя последовательно, осуществляют распад органических веществ до минеральных. Процессы образования органических веществ и их распад называют процессами продукции (лат. создание, производство) и деструкции (лат. разрушение). Продукционно-деструкционный баланс в биосфере в целом в современных условиях является положительным. Это обусловлено тем, что не все части отмерших растений и животных разрушаются с одинаковой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются достаточно быстро, а древесина (клетчатка, лигнин), хитин, кости - очень медленно. Наиболее устойчивым промежуточным продуктом разложения органических веществ является гумус (лат. почва, перегной), дальнейшая минерализация которого оченьзамедлена. Медленное разложение гумуса - одна из причинзапаздывания деструкции по сравнению с продукцией. С точки зрения химии, гумусовые вещества представляют собой продуктыконденсации (лат. - скопление, уплотнение) ароматических соединений (фенолов, бензолов и др.) с продуктами распада белков и полисахаров. для их расщепления, видимо, требуютсяспециальные ферменты, которые часто отсутствуют у почвенныхи водных сапротрофов.

Таким образом, разложение органических остатков - длительный, многоступенчатый и сложный процесс, который контролирует несколько важных функций экосистемы: возвращение элементов питания в круговорот и энергии - в систему; преобразование инертных веществ земной поверхности; образование безвредных комплексных соединений токсичных веществ; поддержание состава атмосферы, необходимого для жизни азробов. Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических веществ от процессов синтеза их зелеными растениями. Именно это отставание обусловило накопление в недрах планеты горючих ископаемых, а в атмосфере кислорода. Установившийся в биосфере положительный баланс продукционно-деструкционных процессов обеспечивает жизнь аэробных организмов, в том числе и человека.

Основные закономерности водопотребления растениями.

Транспирация – это процесс испарения воды наземными частями растений.

Одна из основных физиологических функций любого организма - поддержание на достаточном уровне количества воды в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались разнообразные приспособления к добыванию и экономному расходованию воды, а также к переживанию засушливого периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи, другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (на пример, верблюд, способный путем биологического окисления из 100 г жира получить 107 г метаболической воды). При этом у них минимальна водопроницаемость наружных покровов тела, преимущественно ночной образ жизни и т. д. При периодической засушливости характерно впадание в состояние покоя с минимальной интенсивностью обмена веществ.

Наземные растения получают воду главным образом из почвы. Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению, а избыток влаги - к переувлажнению и заболачиванию почв. Баланс влаги зависит от разницы между количеством выпавших осадков и количеством воды, испарившейся с поверхностей растений и почвы, а также путем транспирации. В свою очередь процессы испарения непосредственно зависят от относительной влажности атмосферного воздуха. При влажности, близкой к 100%, испарение практически прекращается, и если дополнительно понижается температура, то начинается обратный процесс - конденсация (образуется туман, выпадают роса, иней). Влажность воздуха как экологический фактор при своих крайних значениях (повышенной и пониженной влажности), усиливает воздействие (усугубляет) температуры на организм. Насыщение воздуха парами воды редко достигает максимального значения. Дефицит влажности - разность между максимально возможным и фактически существующим насыщением при данной температуре. Это один из важнейших экологических параметров, поскольку характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Режим осадков - важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымывание их из атмосферы.

Масса воды, содержащаяся в живых организмах, оценивается в 1,1 10 3 млрд т, т. е. меньше, чем содержат русла всех рек мира. Биоценоз биосферы, заключая в себе относительно малое количество воды, тем не менее интенсивно прогоняет ее через себя. Особенно интенсивно это происходит в океане, где вода является и средой обитания, и источником пита тельных веществ и газов. Основную массу биоценоза планеты составляют продуценты. В водных экосистемах это водоросли и фитопланктон, а в наземных - растительность. В водной среде растения непрерывно фильтруют воду через свою поверхность, а на суше они извлекают воду корнями из почвы и удаляют (транспирируют) наземной частью. Так, для синтеза одного грамма биомассы высшие растения должны испарить около 100 г воды.

Наиболее мощные системы транспирации на суше - это леса, которые способны прокачать через себя всю массу воды гидросферы за 50 тыс. лет; при этом планктон океана профильтровывает всю воду океана за год, а морские организмы все вместе - всего за полгода.

В биосфере работает сложный фильтр фотосинтеза, в процессе которого вода разлагается и вместе с диоксидом углерода используется при синтезе органических соединений, необходимых для построения клеток организмов. Всю массу воды гидросферы фотосинтезирующие живые организмы могут разложить примерно за 5-б млн лет, а другие организмы примерно за такой же срок восстанавливают потерянную воду из отмирающей органической массы.

Таким образом, биосфера, несмотря на ничтожный объем заключенной в ней воды, оказывается самым мощным и сложным фильтром гидросферы на Земле.

Каскад биологических фильтров пропускает через себя массу воды, равную массе всей гидросферы за время от полугода до миллионов лет. Поэтому можно утверждать, что гидросфера - это продукт живых организмов, среда, которую они создали сами для себя. Академик В. И. Вернадский выразил это тезисом: Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему.

Развитие экосистем.

Наблюдения в природе показывают, что заброшенные поля или выжженный лес постепенно завоевываются многолетними дикими травами, затем кустарниками и, в конце концов, деревьями. Развитие экосистем во времени известно в экологии под названием экологических сукцессий (лат. преемственность, последовательность).

Экологическая сукцессия - это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории под воздействием природных или антропогенных факторов.

Некоторые сообщества остаются стабильными многие годы, другие быстро изменяются. Изменения происходят во всех экосистемах естественным или искусственным путем. Естественные изменения являются закономерными и управляются самим сообществом. Если сукцессионные изменения определяются в основном внутренними взаимодействиями, то это аутогенные, т. е. самопорождающиеся сукцессии. Если изменения вызываются внешними силами на входе экосистемы (шторм, пожар, воздействие человека), то такие сукцессии называют аллогенными т. е. порожденными извне. Например, вырубка в леса быстро заселяется окружающими деревьями; луг может смениться лесом. Аналогичные явления происходят в озерах, на скальных склонах, голых песчаниках, на улицах покинутых поселков и т. п. Процессы сукцессии непрерывно идут на всей планете.

Последовательные сообщества, сменяющие друг друга на данном пространстве, называются сериями или стадиями.

Сукцессия, начинающаяся на участке, прежде не занятом, называется первичной. Например, поселения лишайников на камнях: под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются затем кустистые лишайники, зеленые травы, кустарники и т. л.

Если сообщество развивается на месте уже существовавшего, то говорят о вторичной сукцессии. Например, изменения, происходящие после раскорчевки или порубки леса, устройство пруда или водохранилища и т. п.

Скорость сукцессий различна. В историческом аспекте смена фауны и флоры по геологическим периодам есть не что иное, как экологические сукцессии. Они тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями и эволюцией видов. Такие изменения происходят очень медленно. Для первичных сукцессий требуются сотни и тысячи лет. Вторичные протекают быстрее. Сукцессия начинается с несбалансированного сообщества, у которого продукция (П) органического вещества либо больше, либо меньше скорости дыхания (Д), и сообщество стремится к состоянию, где П = Д. Сукцессия, начинающаяся при П > Д называется автотрофной , а при П <Д - гетеротрофной . Отношение П/Д является функциональным показателем зрелости экосистем.

При П > Д постепенно растет биомасса сообщества (Б) и отношение биомассы к продукции Б/П, т. е- увеличиваются размеры организмов. Возрастание происходит до тех пор, пока не произойдет стабилизация системы. Состояние стабилизированной экосистемы называется климаксом (гр. лестница, зрелая ступень).

Автотрофная сукцессия - широко распространенное в природе явление, которое начинается в незаселенной среде: формирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулканов и других природных катастроф. Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов.

Гетеротрофная сукцессия характеризуется преобладанием бактерий и встречается тогда, когда среда пересыщена органическими веществами. Например, в реке, загрязняемой сточными водами с большим содержанием органических веществ, или на очистных сооружениях. При гетеротрофных сукцессиях энергетические запасы могут постепенно исчезать. Из-за отсутствия автотрофного процесса климакс может не наступить; тогда после исчерпания энергетических запасов экосистема может исчезнуть (разрушающееся дерево).

В климаксных системах образуется сложная сеть взаимоотношений, поддерживающих ее стабильное состояние. Теоретически такое состояние должно бытъ постоянным во времени и существовать до тех пор, пока его не нарушат сильные внешние возмущения. Чем больше отношение П/Д отклоняется от 1, тем менее зрелой и менее устойчивой является экосистема. В климаксных сообществах это отношение приближается к 1.

Тенденции изменения основных характеристик экосистем. При аутогенных сукцессиях наблюдается закономерное изменение основных признаков экологических систем (табл. 2.2).

Сукцессии связаны с функциональным сдвигом энергии в сторону увеличения затрат на дыхание, по мере того как накапливаются органическое вещество и биомасса. Общая стратегия развития экосистем состоит в возрастании эффективности использования энергии и биогенных элементов, достижении максимального разнообразия видов и усложнении структуры системы.

Сукцессия- это направленное предсказуемое развитие экосистемы до установления равновесия между биотическим сообществом – биоценозом и абиотической средой – биотопом .

В процессе сукцессии популяции организмов, функциональные связи между ними закономерно и обратимо сменяют друг друга. Несмотря на то, что экосистема не является «сверхорганизмом», между развитием экосистемы, популяции, организма, а также сообщества людей существует множество параллелей.

Эволюция экосистем, в отличие от сукцессий, представляет собой длительный процесс исторического развития. Эволюция экосистем - это история развития жизни на Земле от возникновения биосферы до наших дней. В основе эволюции лежит естественный отбор на видовом или более низком уровне. Эволюция экосистем в какой-то степени повторяется в их сукцессионном развитии. Эволюционные процессы необратимы и нецикличны. Если сравнить состав и структуру экосистем в ранние и поздние геологические эпохи, то прослеживается тенденция увеличения видового разнообразия, степени замкнутости биогеохимических циклов равномерности распределения и сохранения ресурсов внутри системы, усложнения структуры сообществ и стремления к сбалансированному состоянию, при котором темпы эволюции замедляются. В такой системе эволюция встречает множество препятствий, т.к. сообщество плотно укомплектовано и связи между организмами и популяциями прочны. При этом шансы проникнуть в такую систему извне очень малы и ее эволюция несколько заторможена.

Биомы. Физико-химические и климатические условия в разных частях биосферы различны. Климатически обусловленные крупные совокупности экосистем называют биомами, или формациями. Биом- это макросистема или совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности. Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем.

Биомы по местообитанию подразделяют на три основные группы: наземные, морские и пресноводные. Формирование их зависит от макроклимата, а для пресноводной - от географической широты местности. Важными факторами являются:

циркуляция воздуха,

распределение солнечного света,

сезонность климата,

высота и ориентация гор,

гидродинамика водных систем.

Наземные биомы в основном определяются растительностью, теснейшим образом зависящей от климата и образующей основную биомассу. Четкие границы между биомами встречаются редко. Чаще они размыты и представляют широкие переходные зоны. На границе двух экосистем, например на опушке леса, одновременно встречаются представители лесных и луговых видов. Контрастность среды, а потому большое обилие экологических возможностей порождает «сгущение жизни», называемое правилом краевого эффекта или правилом экотона (от гр. дом и связь). Самый богатый по числу видов биом планеты - это вечнозеленый дождевой тропический лес.

Морские биомы в меньшей степени зависят от климата, чем наземные. Они формируются в зависимости от глубины водоема и вертикального размещения организмов. Важнейшее значение имеет то, что фотосинтез возможен лишь в поверхностных горизонтах воды. Прибрежное океаническое мелководье, ограниченное с одной стороны берегом, а с другой - гребнем континентального склона (до 600 м), называется континентальным шельфом (англ. полка). Площадь шельфа составляет около 8 % от общей площади мирового океана.

В области шельфа расположена литоральная зона (лат. прибрежный). Небольшие глубины, близостъ к материкам, приливы и отливы определяют ее богатство питательными веществами, высокую продуктивность и разнообразие организмов. Здесь производится около 80 % всей биомассы океана и сконцентрирован мировой океанический промысел. От нижнего края шельфа над континентальным склоном до глубины 2 - З тыс. м простирается батиальная зона (гр. глубокий). Площадь этой зоны - чуть более 15 % от всей площади океана. По сравнению с литоралью фауна и флора батиали гораздо беднее; общая биомасса не превышает 10 % биомассы мирового океана. От подножия континентального склона до глубин 6 - 7 тыс. м находится абиссальная зона (гр. бездна) океана. Она занимает площадь более 75 % дна океана. Абиссаль характеризуется отсутствием солнечного света у дна, слабой подвижностью водных масс, ограниченностью питательных веществ, бедностью животного мира, низким видовым разнообразием, биомассой. В абиссальной области встречаются глубокие впадины – до 11 тыс. м, площадь которых около 2 % от общей площади дна океана.

Пресные внутренние водоемы, как правило, неглубоки. Ведущим фактором в этих экосистемах становится скорость циркуляции воды. По этому признаку различают лотические (лат. смывающие) текучие воды (реки, ручьи) и лентические (лат, медленно, спокойно), стоячие воды (озера, пруды, лужи).

Крупные биомы земного шара отличаются стабильностью.