Продукты фотосинтетических реакций. Кислород

Все живое на Земле зависит от фотосинтеза – либо непосредственно, либо, как в случае с животными, косвенно. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, что необходимо для всех аэробных форм жизни. А человечество зависит от фотосинтеза еще и потому, что оно использует ископаемое энергетическое топливо, которое образовалось за многие миллионы лет.

Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением

СО₂ + Н₂О [СН₂О] + О₂

Такого соединения, как СН₂О, не существует, но эта формула отражает состав углеводов.

В опытах с мечеными атомами было установлено, что источником кислорода в данной реакции служит вода: из каждой молекулы воды выделяется один атом кислорода. В сбалансированном виде уравнение должно выглядеть так:

СО₂ + 2 Н₂¹⁸О [СН₂О] + ¹⁸О₂ + Н₂О

Это самое точное итоговое уравнение фотосинтеза; к тому же из него дополнительно вытекает, что вода в процессе фотосинтеза не только используется, но и образуется.

Всем фотосинтезирующим организмам необходим источник водорода; у растений – это вода: водород получается путем расщепления воды на кислород и водород. Для этого расщепления нужна энергия, которую и дает свет. Кислород выделяется как ненужный побочный продукт. Образующийся водород взаимодействует с СО₂, и образуется углевод.

Способность использовать свет как источник энергии, необходимой для роста, присуща некоторым группам бактерий. Пурпурные и зеленые бактерии можно рассматривать как реликтовые организмы, дошедшие до нас из времен начальной эволюции фотосинтеза. Они не в состоянии использовать в качестве донора водорода воду; им требуются доноры с более высокой степенью восстановления (сероводород Н₂S, водород или органические вещества):

СО₂ + 2 Н₂S [СН₂О] + 2S + Н₂О

Фотосинтез у этих бактерий протекает без выделения кислорода. Во время окисления Н₂S в их клетках в качестве промежуточного продукта откладывается сера.

Цель работы: ознакомиться с процессом выделения кислорода при фотосинтезе.

Оборудование и реактивы: пробирка, стеклянная воронка, стакан 0,4 л, лампа настольная; гидрокарбонат натрия, деревянная лучинка, пластилин.

Порядок выполнения работы

Самый простой способ показать, что при фотосинтезе выделяется кислород, – взять водное растение, поставить его на яркий свет и собрать выделяемый кислород, как показано на рис. 2.

Известно, что кислород поддерживает процесс горения. Для доказательства выделения кислорода к пробирке подносят тлеющую лучину, которая должна вспыхнуть ярким пламенем.

Рис. 2. Установка для изучения выделения кислорода при фотосинтезе

Требования к отчету

В отчете приводят результаты наблюдений горения лучины при выделении кислорода водорослью в процессе фотосинтеза.

Вопросы для самоподготовки

1. Что понимают под фотосинтетической деятельностью растений? Приведите основную реакцию фотосинтеза.

2. Продуктивность экологической системы. Виды продуктивности.

3. Первичные продукты фотосинтеза, их дальнейшие превращения.

4. Фотосинтез и миграции кислорода и углерода.

5. Основные лимитирующие факторы деятельности фотопродуцентов.

6. Токсичные вещества как лимитирующий фактор.

7. Роль фотосинтеза в жизнедеятельности биосферы.

Лабораторная работа № 13