Что несет энергию необходимую для развития растений: Окружающий мир 3 класс «Дыхание и питание растений»

Окружающий мир 3 класс «Дыхание и питание растений»

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Солнце, растения и мы с вами
Окружающий мир
3 класс

Слайд 2

Охранять растения – значит заботиться обо всем живом.

Слайд 3

Дыхание растений
Кислород
Кислород
Углекислый газ
Углекислый газ

Слайд 4

Растворённые соли Вода
Углекислый газ
Сахар Крахмал
Питание растений
Кислород
ФОТОСИНТЕЗ

Слайд 5

Кислород
Углекислый газ
Кислород
Углекислый газ
Проверь себя!

Слайд 6

Углекислый газ
Кислород
Сахар Крахмал
Растворённые соли
Вода
Проверь себя!

Слайд 7

При дыхании растение поглощает
а выделяет
При питании растение поглощает
а выделяет
кислород,
углекислый газ.
углекислый газ,
кислород.
Используя схемы, укажите названия газов.

Слайд 8

Укажи стрелками:
Процесс, при котором растение поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.
Процесс, при котором растение поглощает углекислый газ, а выделяет кислород.
Питание
Дыхание

Слайд 9

Страничка для любознательных
За один теплый солнечный день 1 гектар леса выделяет 180-200 кг кислорода и поглощает 220-280 кг углекислого газа .
МОЛОДЦЫ

Слайд 10

Тест по теме « Солнце, растение и мы с вами»

Слайд 11

1.Что растения поглощают из воздуха при дыхании?
а) кислород; б) углекислый газ; в) азот.  

Слайд 12

2.Что растение выделяет при дыхании?
а) кислород; б) углекислый газ; в) азот.

Слайд 13

3.Что несёт энергию необходимую для развития растения?
а) вода; б) солнечный свет; в) почва.  

Слайд 14

  4. Какое вещество не участвует в образовании сахара и крахмала?
а) вода; б) углекислый газ; в) кислород.

Слайд 15

5. Какое вещество выделяется при образовании сахара и крахмала?
а) вода; б) кислород; в) углекислый газ.

Слайд 16

ПРОВЕРКА
1.а 2.б 3.б 4.в 5.б

Слайд 17

МОЛОДЦЫ !

Слайд 18

В листьях растений на свету из воды и углекис­лого газа образуются питательные вещества, не­обходимые растениям. Эти питательные вещества используют также животные и люди. Растения вы­деляют кислород, которым дышат живые суще­ства. Вот почему охранять растения — это значит заботиться обо всём живом.
Запомни:

конспект урока по окружающему миру Тема. «Солнце, растения и мы с вами»

МКОУ «БАХЧИСАРАЙСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 2»

г. Бахчисарая РК

Открытый урок

по окружающему миру

в 3 классе

«Солнце, растения

и мы с вами»

Подготовил и провёл:

учитель начальных классов

Стефашина Татьяна Николаевна

11.

11.14 год

ОКРУЖАЮЩИЙ МИР УРОК № 16 ДАТА: 11.11.14

Тема. «Солнце, растения и мы с вами»

Цель урока: сформировать у детей представление о связи солнца, растений и человека.

Задачи:

– обучающие: показ связи солнца, растений и людей, и их роль в поддержании жизни на земле;

-развивающие:развитие памяти, логического мышления, воображения; наблюдательности; расширение кругозора учащихся;

-воспитательные: воспитание доброго отношения к природе.

Планируемые результаты: учащиеся научаться обнаруживать взаимосвязи между неживой природой, растениями и человеком, моделировать их и использовать для необходимости бережного отношения к растениям.

Тип урока : объяснение нового материала.

Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, парная.

Межпредметные связи: биология.

Техническое оборудование: ноутбук учителя, презентация, карточки с заданиями для учащихся, карточки у учителя для моделирования процессов питания и дыхания растений, фонозапись леса, ширма , кукла, тестовые задания.

Технологии, используемые на уроке: ИКТ, работа в парах, технология развивающего обучения, игровая.

Ход урока

I. Организационный момент

1. Начало урока. Психологический настрой.

Доброе утро, ребята и уважаемые гости! Я  очень рада встрече с вами.

Ребята, поздоровайтесь с гостями.

Надеюсь, что наш урок принесет нам радость общения друг с другом.

Пожалуйста, садитесь.

 Начинается урок.

Он пойдёт вам, дети, впрок,

Постарайтесь всё понять,

Учитесь тайны открывать,

Ответы полные давать,

Чтоб за работу получать

Только лишь оценку «пять»!

– Мы начинаем урок окружающего мира.  

II. Актуализация знаний

1.Минутка синоптика

2.Проверка знаний по вопросам (фронтальный опрос):

-Давайте вспомним, о чём мы говорили на прошлом уроке?

-Как называется наука о растениях?

– Почему растения называют «Зеленой одеждой планеты»?

– Перечислите, какие вы знаете группы растений?

3.Игра «Классификация растений»

-У каждого из вас на парте карточка с названием растения. Определить к какой группе растений оно относится.

-Назовите основные признаки отличия каждой группы.

– Представителей группы каких растений у нас получилось больше всего? Почему?

4.Игра « Найди лишнее название»

ЯБЛОНЯ ПОДСОЛНЕЧНИК МОРСКАЯ КАПУСТА АСТРА

СОСНА ЕЛЬ ЛИПА КЕДР

ОДУВАНЧИК ПОДОРОЖНИК КЛЕВЕР ПАПОРОТНИК

–  Молодцы! Хорошо справились с работой!

III. Сообщение темы и цели урока.

1. Подготовка к активной познавательной деятельности.

– Прочитайте, эпиграф к уроку.

(Охранять растения – значит заботиться обо всем живом.)

– Как вы понимаете эти слова? (Без растений не было бы жизни, так как они дают всем живым существам кислород.)

– В конце урока мы вернемся к этому высказыванию еще раз.

2.Мотивация учебной деятельности

Мы с вами на уроках окружающего мира говорили, что в природе всё друг с другом взаимосвязано. В природе не бывает ничего лишнего.

-Скажите с чем или с кем связаны растения? (дети перечисляют)

Но самое главное – растение связано с солнцем и человеком.

СОЛНЦЕ РАСТЕНИЕ ЧЕЛОВЕК

– У нас получилась тема урока, прочитайте. («Солнце, растения и мы с вами». )

– Как слова «солнце», «растения», «человек» распределить на две группы?( Солнце – неживая природа; растения и человек – живая природа.)

ЖИВАЯ НЕЖИВАЯ

растение солнце

человек

-Назовите признаки живой природы.(Движение, питание, дыхание, рост, развитие, размножение.)

-Как связаны между собой солнце, растения и человек?

Растения – источник питательных веществ и кислорода для других живых существ, в том числе и для человека

3.Деятельностный подход

Сегодня на уроке мы узнаем о тайне растений, которую очень долго не удавалось разгадать учёным и поймем, почему без растений не смогли бы жить на Земле ни люди, ни животные…

А ещё нам нужно разгадать новый секрет, как солнце, растения и человек взаимосвязаны и что эта связь дает нам?

IV. Работа по теме урока

1.Беседа и рассказ учителя.

Мы будем говорить о взаимосвязи растений и человек на примере двух признаков – дыхания и питания.

а) Дыхание растений .

-Рассмотрим схему. Как она называется? «Дыхание растений».

Мы говорили, что все объекты живой природы дышат. Как же это происходит у растений? В почве как мы знаем есть воздух. Нам это показали проведенные ранее опыты. И растения этот воздух из почвы берут. Причем дышат растения тем же газом, что и мы с вами. Кислородом. А выдыхают углекислый газ.

В воздухе тоже содержится кислород и растения его пусть и в малом количестве поглощают, когда дышат. А выделяют обратно углекислый газ.

– Посмотрите на экран и расскажите, как дышат растения?

-Как называется процесс, при котором растение поглощает кислород и выделяет углекислый газ?( процесс называется дыханием.)

б) Питание растений

-Откуда растения получают питательные вещества и воду? (почва)

-А что содержится в почве, необходимое для жизни растений? (вода, воздух, перегной, минеральные соли)

– Как же растения питаются?

Своими корнями растения всасывают из почвы воду с растворёнными в ней минеральными солями.

– Но как же растения получают главные питательные вещества – сахар, крахмал? Ведь их же нет в почве, а в растениях они есть.

Но ведь когда мы едим яблоко, мы чувствуем что оно сладкое. Сахар добывается из свеклы или тростника. А в картофеле много крахмала. Откуда же они берутся?

Вот на этот вопрос мы с вами сегодня и ответим.

Рассмотрим схему. Как она называется? «Питание растений».

Итак, основные питательные вещества растения получают из почвы. Но этого для растений мало. Для полноценного развития им нужны еще сахар и крахмал.

Но мы знаем, что растения не могут жить без света солнышка. Зачем же нужно оно? Оказывается, солнце дает растениям необходимую энергию. А необходима эта энергия для того, чтобы заработала «кухня» растений – их листья. Это уникальный процесс, когда под действием солнечного света вода и углекислый газ из воздуха превращается в сахар и крахмал. Необходимы и сахар, и крахмал, и вода для роста клеток листьев.

А еще при питании растение выделяет большое количество кислорода.

Но запомните: работает эта чудесная «кухня» только при одном условии. Кто догадался, что это за условие?

-Свет

-Какой вопрос у вас возникает? ( Почему же для работы «кухни» требуется свет?)

Дело в том, что солнечный свет несет энергию, без которой чудесная «кухня» остановилась бы. Энергия нужна для жизни любого живого существа.

– Когда люди разгадали тайну питания растений, они поняли, что животные и люди не смогли бы жить без растений. Почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, прочитаем текст на с. 76

2. Работа с учебником на с. 76. Чтение вслух.

Учитель (после чтения): так ответим на вопросы:

– Какую тайну разгадали ученые?

-Почему люди и животные не смогли бы жить без растений?

(Ни одно животное, ни один человек не могут из воды и из углекислого газа получить питательные вещества.)

Правильно, ребята, растения улавливают энергию солнечного света, запасают ее в питательных веществах, а затем как бы передают эту энергию животным и нам с вами.

– А какое еще одно открытие сделали ученые?

( Ученые сделали еще другое открытие: в зеленой «кухне» вместе с питательными веществами образуется и кислород! Растения выделяют его в воздух.)

Поэтому растения – это наши поставщики кислорода, берегите их!

–Ребята, что бы случилось, если бы не было растений?

– Если бы не было растений, то в воздухе не было бы кислорода?

Процесс, при котором растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, называется фотосинтез и он протекает одновременно с дыханием. Давайте вместе произнесем это трудное слово.

Давайте ещё раз повторим.

-С какими процессами жизнедеятельности для растений мы ознакомились? (Питание и дыхание)

Ребята, а как вы думаете, когда происходит питание? ( только днем)

-Правильно, и параллельно с дыханием.

-А дыхание?

-А дыхание постоянно.

3. Физкультминутка.

  Солнце спит, небо спит, – (кладут голову на руки)

Даже ветер не шумит.

Рано утром солнце встало,

Всем лучи свои послало – (встают руки вверх с разведенными пальцами)

Вдруг повеял ветерок – (махи руками из стороны в сторону с наклонами туловища)

Небо тучей заволок – (круговые движения руками влево, затем вправо)

Дождь по крышам застучал.

Барабанит дождь по крыше – (барабанят пальцами по столу)

Солнце клонится всё ниже.

Вот и спряталось за тучи,

Ни один не виден лучик – (постепенно садятся и кладут голову на руки).                       

4.Работа с моделями (Дети работают на доске).

-Попробуем эти процессы смоделировать.

Первое. Как растения дышат?

-Теперь питание растений. Смоделируем этот процесс.

Сравним две схемы: «Дыхание растений» и «Питание растений»

– Чем они отличаются?

– При дыхании растения поглощают кислород, а выделяют углекислый газ.

– При питании растения поглощает углекислый газ, а выделяет кислород.

5. Страничка для любознательных

-Ребята, а кто знает, где больше всего выделяется кислорода? (В лесу)

Хотите узнать, сколько кг кислорода выделяет 1 га леса за 1 теплый солнечный день?

Тогда войдем в интернет и ответим на этот вопрос.

(За один теплый солнечный день 1 гектар леса выделяет 180-200 кг кислорода и поглощает 220-280 кг углекислого газа .)

 

Вывод:

– Какой вывод о значении растений для планеты вы можете сделать?

-Леса приносят огромную пользу человечеству!

V. Закрепление изученного материала.

1.Проверка полученных знаний. ( Цифровой диктант в тетрадях)

А теперь давайте закрепим наши знания.

1.Что растения поглощают из воздуха при дыхании?
а) кислород;

б) углекислый газ;

в) азот.

2.Что растение выделяет при дыхании?
а) кислород;

б) углекислый газ;

в) азот.

3.Что несёт энергию необходимую для развития растения?
а) вода;

б) солнечный свет;

в) почва.

 4. Какое вещество не участвует в образовании сахара и крахмала?
а) вода;

б) углекислый газ;

в) кислород.

5. Какое вещество выделяется при образовании сахара и крахмала?
а) вода;

б) кислород;

в) углекислый газ.

ПРОВЕРКА

1.а

2.б

3.б

4.в

5.б

VI. Подведение итогов.

Вы сегодня молодцы, хорошо работали.

А теперь послушайте сказку, её покажут наши девочки. Слушать внимательно, задам несколько вопросов.

1.СКАЗКА ( слушаем)

-О чём рассказали зелёные листики девочке Марине?

-Что берут из воздуха клетки листа? (Углекислый газ)

-Как называются те вещества, которые вырабатывают клетки? (Крахмал и сахар)

-Для чего они нужны клеткам?( для роста растений)

-Что даёт энергию зелёным листьям? (Солнце)

2.Вывод

–Давайте вспомним, какую задачу мы с вами поставили?

– Мы ее разгадали?

-Сахара и крахмала нет в почве, а в растениях они есть. Как растения получают эти питательные вещества? (Они образуются на свету из углекислого газа и воды при питании растений)

-Как растения дышат?

-Как растение питается?

-Кто из вас уже понял, как взаимосвязаны объекты живой природы – растения и солнце – объект неживой природы?

Осталось решить последнюю задачу. Как связаны растения и мы с вами? (растения при питании выделяют кислород, в растениях содержатся питательные вещества)

VII.Домашнее задание:

-прочитать материал на с.74-77;

-написать благодарственное письмо растениям, красиво оформить и торжественно его зачитать.

VIII. Рефлексия.

– Ребята, с каким настроением вы уходите с урока?

IХ. Заключение.

Я благодарю вас за работу на уроке.

Выставление отметок с комментированием.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Сказка

Маринка (ходит по лесу и удивляется)

-Как удивительно поёт птица. И почему у неё не такие песни, как у других?

-Ой, белка скачет, интересно мне знать, куда и зачем она скачет?

( села девочка отдохнуть под старым дубом)

-Что- то я устала, сяду и немного отдохну.

-Интересно, почему это листья такие зелёные и о чём они все время перешептываются?

Лист 1.

Девочка, что глядишь-шь-шь? Разве ты нас поймешь-шь-шь?

Маринка:

Пойму.

Лист 2.

– НУ , если не спишь-шь-шь, тогда слушай. Мы потому ш-ше-лестим, ш-шепчемся, что солнышку радуемся.

Лист 1.

– А зелёные мы от того, что в каждом листе полным-полно чудесных зелёных хлорофиловых зёрен. Зерна так малы, что не разглядеть. И тем не менее каждое такое зернышко как бы крохотный заводик. Спрятанные у нас, листьев, под кожицей, эти крохотные заводики готовят пищу всему дереву.

Маринка:

-А вот и нет. Я знаю — дерево кормят корни.

Лист 2.

-Несмыш-ш-шлёныш-ш-ш! Корни само собой. Без корней тоже не прожить: они из земли воду высасывают, выкачивают. В той воде растворено много необходимых растениям веществ, и всё-таки из того, что добывают под землёй корни, не то что ствол или сук —даже малой веточки не построить. Вот потому-то и работает в листьях бессчётное множество хлорофилловых зерен. Они берут из воздуха невидимый углекислый газ. Из этого газа, воды и растворённых в ней веществ, добытых корнями, чудесные зернышки-заводики и делают строительный материал для новых веток, почек, корешков и конечно, для самого ствола. Как не подняться новому дому без бетона и кирпича, так не вырасти и дереву без материала, который готовят зелёные зёрнышки-заводики.

Маринка:

Ну да, вы уж скажете. Заводам, пускай даже самым маленьким, нужно электричество. Или жаркий огонь.

Лист 1.

Верно говоришь-шь-шь. Заводам для работы обязательно нужна энергия: либо электричество, либо тепло, либо то и другое. Ну, а нашим зелёным заводикам энергию даёт солнце. Для каждого листа, для каждой травинки солнечный свет — самое главное! Крохотные хлорофилловые зёрна с утра до вечера ловят свет. С его- то помощью они соединяют различные вещества в одно чудесное- живое.

Лист 2.

Благодаря нам, листьям, а вернее, спрятанным в нас хлорофилловым зёрнам из маленького, слабенького ростка вырастает высоченная сосна или капуста, или яблоня, гнущаяся под тяжестью сочных плодов, или золотая пшеница, или такой могучий дуб, как наш. ..

Маринка:

—Послушайте! Выходит, если я ем яблоко и картошку, значит, я ем то, что приготовили за лето зелёные заводики? Значит, во мне тоже пойманное ими солнышко?

Лист 2.

Солныш-шко, солныш-шко, солныш-шко

Конспект урока по окружающему миру “солнце, растения и мы с вами вместе”. Солнце, растения и мы с вами (3 класс) Солнце растения и мы

Окружающий мир

Солнце, растения

и мы с вами

3 класс

(УМК «Школа России»)

Учитель начальных классов МКОУ «СОШ №11» г.о.Нальчик

Казанцева Е.И.

• 1. Почва – это… о) верхний плодородный слой земли; в) полезное ископаемое; м) песок и глина. 2. Главное свойство почвы, отличающее ее от горной породы: б) сыпучесть; к) темный цвет; т) плодородие; у) водонепроницаемость. 3. Почва состоит: ф) из воздуха, воды, перегноя, песка, глины, солей, а также микробов, корней растений и различных животных, обитающих в почве; ж) из микробов, корней растений, различных животных, обитающих в почве; л) из воздуха, воды, перегноя, песка, глины, солей. 4. Ботаника – это… е) наука о животных; и) наука о растениях ; ю) наука о грибах. 5. Из почвы растения получают: т) остатки растений и животных; р) перегной, песок, глину; ч) воздух, воду, соли. 6. Ученые выделяют… групп растений: к) 4; ц) 6; н) 5. 7. К растениям не относятся: и) кустарники; е) деревья о) воздух; я) травы.

• Почему растения называют зелёной одеждой Земли?

• Перечислите группы растений и дайте им краткую характеристику.

роза, лиственница, морская капуста, папоротник,

клён, кедр, одуванчик, мох сфагнум.

Солнце, растения

и мы с вами

Охранять растения – значит

заботиться обо всём живом.

Перед нами стоят цели:

1) ознакомиться со способом дыхания растений:

2) ознакомиться со способом питания растений;

3) показать взаимосвязь солнечной энергии, зелёных растений и живых организмов Земли

Дыхание растений

Углекислый газ

Кислород

Углекислый газ

Кислород

Питание растений

Сахар

Крахмал

Углекислый газ

Кислород

Вода

Используя энергию Солнца растения путем сложных химических превращений из простых неорганических веществ образуют необходимые им органические вещества. Этот процесс называется

фотосинтезом .

Самостоятельная работа

Выполните в рабочей тетради задания № 1 – 3, (стр. 43 – 44).

Проверь себя!

Углекислый газ

Кислород

Кислород

Углекислый газ

Проверь себя!

Углекислый газ

Сахар

Крахмал

Кислород

Растворённые соли

Вода

Используя схемы в учебнике, впиши названия газов.

При дыхании растение поглощает

кислород,

а выделяет

углекислый газ.

При питании растение поглощает

углекислый газ,

кислород.

а выделяет

Укажи стрелками:

Процесс, при котором растение поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.

Процесс, при котором растение поглощает углекислый газ, а выделяет кислород.

В листьях растений на свету из воды и углекислого газа образуются питательные вещества, необходимые растениям. Эти питательные вещества используют также животные и люди. Растения выделяют кислород, которым дышат живые существа. Вот почему охранять растения – это значит заботиться обо всём живом.

• 1. За один теплый солнечный день 1 гектар леса поглощает 220–280 кг углекислого газа и выделяет 180–200 кг кислорода. При каком процессе жизнедеятельности растений это происходит? 2. Что необходимо растению для производства кислорода из углекислого газа и воды?
• 3. Какой газ выделяют растения при дыхании?
• 4. Как называется процесс, при котором растение поглощает кислород и выделяет углекислый газ?
• 5. Какой газ необходим для дыхания растений?

Цветок на лугу я сорвал на бегу.

Сорвал, а зачем – объяснить не могу.

В стакане он день простоял и завял,

А сколько бы он на лугу простоял!

Домашнее задание : стр. 74-77, учить, выполнять задания в Р.Т. стр. 44 – написать от имени своей семьи благодарственное письмо растениям за вклад в поддержание жизни на Земле.

Источники информации

Плешаков А. А. Окружающий мир. 3 класс. Учеб. для общеобразоват. учреждений. В 2 ч. Ч. 1 / А. А. Плешаков. – 8-е изд. – М. : Просвещение, 2014. – 159 с. : ил. – (Школа России).

Дмитриева О.И., Максимова Т.В. Поурочные разработки по курсу «Окружающий мир»: 3 класс. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ВАКО, 2014. – 384 с. -(В помощь школьному учителю).

Тихомирова, Е.М. Поурочные разработки по предмету «Окружающий мир»: 3 класс: к учебному комплекту А. А. Плешакова «Мир вокруг нас: 3 класс» / Е.М. Тихомирова.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство «Эк­замен», 2007. – 398, с. (Серия «Учебно-методический комплект»)

http://krasottka.ru/wp-content/uploads/2012/02/%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D1%8B-%D0%B8-%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%86%D0%B5.gif – солнце

http://scwaz.com/wp-content/uploads/2011/02/tree.gif – дерево

ГКОУ РО «Новочеркасская специальная школа- интернат №1»

«Солнце, растения

и мы с вами»

Подготовила

Левченко М. В.

г. Новочеркасск

Цель занятия : сформировать у детей представление о связи солнца, растений и человека.

Задачи:

Обучающие: показ связи солнца, растений и людей, и их роль в поддержании жизни на земле;

Развивающие: развитие памяти, логического мышления, воображения; наблюдательности; расширение кругозора учащихся;

Воспитательные: воспитание доброго отношения к природе.

Планируемые результаты: учащиеся научаться обнаруживать взаимосвязи между неживой природой, растениями и человеком, моделировать их и использовать для необходимости бережного отношения к растениям..

Ход занятия:

I . Организационный момент

1. Психологический настрой.

Доброе утро, ребята и уважаемые гости! Я очень рада встрече с вами.

Ребята, поздоровайтесь с гостями.

Надеюсь, что наш урок принесет нам радость общения друг с другом.

Пожалуйста, садитесь.

Начинается урок.

Он пойдёт вам, дети, впрок,

Постарайтесь всё понять,

Учитесь тайны открывать,

Ответы полные давать,

Чтоб за работу получать

Только лишь оценку «пять»!

Мы начинаем урок окружающего мира.

II . Актуализация знаний

1.Минутка синоптика

2.Проверка знаний по вопросам (фронтальный опрос):

Давайте вспомним, о чём мы говорили на прошлом уроке?

Как называется наука о растениях?

Почему растения называют «Зеленой одеждой планеты»?

Перечислите, какие вы знаете группы растений?

3.Игра «Классификация растений»

У каждого из вас на парте карточка с названием растения. Определить к какой группе растений оно относится.

Назовите основные признаки отличия каждой группы.

Представителей группы каких растений у нас получилось больше всего? Почему?

4.Игра « Найди лишнее название»

ЯБЛОНЯ ПОДСОЛНЕЧНИК МОРСКАЯ КАПУСТА АСТРА

СОСНА ЕЛЬ ЛИПА КЕДР

ОДУВАНЧИК ПОДОРОЖНИК КЛЕВЕР ПАПОРОТНИК

– Молодцы! Хорошо справились с работой!

III. Сообщение темы и цели занятия.

1. Подготовка к активной познавательной деятельности.

– Прочитайте, эпиграф к уроку.

(Охранять растения – значит заботиться обо всем живом. )

– Как вы понимаете эти слова? (Без растений не было бы жизни, так как они дают всем живым существам кислород.)

– В конце урока мы вернемся к этому высказыванию еще раз.

2.Мотивация учебной деятельности

Мы с вами на уроках окружающего мира говорили, что в природе всё друг с другом взаимосвязано. В природе не бывает ничего лишнего.

Скажите с чем или с кем связаны растения? (дети перечисляют)

Но самое главное – растение связано с солнцем и человеком.

СОЛНЦЕ РАСТЕНИЕ ЧЕЛОВЕК

– У нас получилась тема урока, прочитайте. («Солнце, растения и мы с вами».)

Как слова «солнце», «растения», «человек» распределить на две группы?( Солнце – неживая природа; растения и человек – живая природа.)

ЖИВАЯ НЕЖИВАЯ

растение солнце

Назовите признаки живой природы.(Движение, питание, дыхание, рост, развитие, размножение.)

Как связаны между собой солнце, растения и человек?

Растения – источник питательных веществ и кислорода для других живых существ, в том числе и для человека

3. Деятельностный подход

Сегодня на уроке мы узнаем о тайне растений, которую очень долго не удавалось разгадать учёным и поймем, почему без растений не смогли бы жить на Земле ни люди, ни животные…

А ещё нам нужно разгадать новый секрет, как солнце, растения и человек взаимосвязаны и что эта связь дает нам?

IV. Работа по теме.

1.Беседа и рассказ воспитателя.

Мы будем говорить о взаимосвязи растений и человек на примере двух признаков – дыхания и питания.

а) Дыхание растений.

-Рассмотрим схему. Как она называется? «Дыхание растений».

Мы говорили, что все объекты живой природы дышат. Как же это происходит у растений? В почве как мы знаем есть воздух. Нам это показали проведенные ранее опыты. И растения этот воздух из почвы берут. Причем дышат растения тем же газом, что и мы с вами. Кислородом. А выдыхают углекислый газ.

В воздухе тоже содержится кислород и растения его пусть и в малом количестве поглощают, когда дышат. А выделяют обратно углекислый газ.

Посмотрите на экран и расскажите, как дышат растения?

Как называется процесс, при котором растение поглощает кислород и выделяет углекислый газ?(процесс называется дыханием.)

б) Питание растений

-Откуда растения получают питательные вещества и воду? (почва)

-А что содержится в почве, необходимое для жизни растений? (вода, воздух, перегной, минеральные соли)

– Как же растения питаются?

Своими корнями растения всасывают из почвы воду с растворёнными в ней минеральными солями.

– Но как же растения получают главные питательные вещества – сахар, крахмал? Ведь их же нет в почве, а в растениях они есть.

Но ведь когда мы едим яблоко, мы чувствуем что оно сладкое. Сахар добывается из свеклы или тростника. А в картофеле много крахмала. Откуда же они берутся?

Вот на этот вопрос мы с вами сегодня и ответим.

Рассмотрим схему. Как она называется? «Питание растений».

Итак, основные питательные вещества растения получают из почвы. Но этого для растений мало. Для полноценного развития им нужны еще сахар и крахмал.

Но мы знаем, что растения не могут жить без света солнышка. Зачем же нужно оно? Оказывается, солнце дает растениям необходимую энергию. А необходима эта энергия для того, чтобы заработала «кухня» растений – их листья. Это уникальный процесс, когда под действием солнечного света вода и углекислый газ из воздуха превращается в сахар и крахмал. Необходимы и сахар, и крахмал, и вода для роста клеток листьев.

А еще при питании растение выделяет большое количество кислорода.

Но запомните : работает эта чудесная «кухня» только при одном условии. Кто догадался, что это за условие?

Какой вопрос у вас возникает? (Почему же для работы «кухни» требуется свет?)

Дело в том, что солнечный свет несет энергию, без которой чудесная «кухня» остановилась бы. Энергия нужна для жизни любого живого существа.

Когда люди разгадали тайну питания растений, они поняли, что животные и люди не смогли бы жить без растений. Почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, прочитаем текст на с. 76

2. Работа с книгой на с. 76. Чтение вслух.

Воспитатель(после чтения) : так ответим на вопросы:

Какую тайну разгадали ученые?

Почему люди и животные не смогли бы жить без растений?

(Ни одно животное, ни один человек не могут из воды и из углекислого газа получить питательные вещества.)

Правильно, ребята, растения улавливают энергию солнечного света, запасают ее в питательных веществах, а затем как бы передают эту энергию животным и нам с вами.

А какое еще одно открытие сделали ученые?

(Ученые сделали еще другое открытие: в зеленой «кухне» вместе с питательными веществами образуется и кислород! Растения выделяют его в воздух.)

Поэтому растения – это наши поставщики кислорода, берегите их!

Ребята, что бы случилось, если бы не было растений?

Если бы не было растений, то в воздухе не было бы кислорода?

Процесс, при котором растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, называется фотосинтез и он протекает одновременно с дыханием. Давайте вместе произнесем это трудное слово.

Давайте ещё раз повторим.

С какими процессами жизнедеятельности для растений мы ознакомились? (Питание и дыхание)

Ребята, а как вы думаете, когда происходит питание? (только днем)

Правильно, и параллельно с дыханием.

А дыхание?

А дыхание постоянно.

3. Физкультминутка.

Солнце спит, небо спит, – (кладут голову на руки)

Даже ветер не шумит.

Рано утром солнце встало,

Всем лучи свои послало – (встают руки вверх с разведенными пальцами)

Вдруг повеял ветерок – (махи руками из стороны в сторону с наклонами туловища)

Небо тучей заволок – (круговые движения руками влево, затем вправо)

Дождь по крышам застучал.

Барабанит дождь по крыше – (барабанят пальцами по столу)

Солнце клонится всё ниже.

Вот и спряталось за тучи,

Ни один не виден лучик – (постепенно садятся и кладут голову на руки).

4.Работа с моделями (Дети работают на доске).

Попробуем эти процессы смоделировать.

Первое. Как растения дышат?

Теперь питание растений. Смоделируем этот процесс.

Сравним две схемы: «Дыхание растений» и «Питание растений»

Чем они отличаются?

При дыхании растения поглощают кислород, а выделяют углекислый газ.

При питании растения поглощает углекислый газ, а выделяет кислород.

5.Страничка для любознательных

Ребята, а кто знает, где больше всего выделяется кислорода? (В лесу)

Хотите узнать, сколько кг кислорода выделяет 1 га леса за 1 теплый солнечный день?

Тогда войдем в интернет и ответим на этот вопрос.

(За один теплый солнечный день 1 гектар леса выделяет 180-200 кг кислорода и поглощает 220-280 кг углекислого газа.)

Вывод:

– Какой вывод о значении растений для планеты вы можете сделать?

Леса приносят огромную пользу человечеству!

V . Закрепление изученного материала.

1.Проверка полученных знаний. (Цифровой диктант в тетрадях)

А теперь давайте закрепим наши знания.

1.Что растения поглощают из воздуха при дыхании?
а) кислород;

б) углекислый газ;

2.Что растение выделяет при дыхании?
а) кислород;

б) углекислый газ;

3.Что несёт энергию необходимую для развития растения?
а) вода;

б) солнечный свет;

4. Какое вещество не участвует в образовании сахара и крахмала?
а) вода;

б) углекислый газ;

в) кислород.

5. Какое вещество выделяется при образовании сахара и крахмала?
а) вода;

б) кислород;

в) углекислый газ.

ПРОВЕРКА

VI . Подведение итогов.

Вы сегодня молодцы, хорошо работали.

А теперь послушайте сказку, её покажут наши девочки. Слушать внимательно, задам несколько вопросов.

1.СКАЗКА (слушаем)

О чём рассказали зелёные листики девочке Марине?

Что берут из воздуха клетки листа? (Углекислый газ)

Как называются те вещества, которые вырабатывают клетки? (Крахмал и сахар)

Для чего они нужны клеткам?(для роста растений)

Что даёт энергию зелёным листьям? (Солнце)

2. Вывод

– Давайте вспомним, какую задачу мы с вами поставили?

Мы ее разгадали?

Сахара и крахмала нет в почве, а в растениях они есть. Как растения получают эти питательные вещества? (Они образуются на свету из углекислого газа и воды при питании растений)

Как растения дышат?

Как растение питается?

Кто из вас уже понял, как взаимосвязаны объекты живой природы – растения и солнце – объект неживой природы?

Осталось решить последнюю задачу. Как связаны растения и мы с вами? (растения при питании выделяют кислород, в растениях содержатся питательные вещества)

VII . Рефлексия.

Ребята, с каким настроением вы уходите с урока?

VIII . Заключение.

Я благодарю вас за работу на занятии.

Выставление отметок с комментированием.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Маринка (ходит по лесу и удивляется)

Как удивительно поёт птица. И почему у неё не такие песни, как у других?

Ой, белка скачет, интересно мне знать, куда и зачем она скачет?

(села девочка отдохнуть под старым дубом)

Что- то я устала, сяду и немного отдохну.

Интересно, почему это листья такие зелёные и о чём они все время перешептываются?

Девочка, что глядишь-шь-шь? Разве ты нас поймешь-шь-шь?

НУ, если не спишь-шь-шь, тогда слушай. Мы потому ш-ше-лестим, ш-шепчемся, что солнышку радуемся.

А зелёные мы от того, что в каждом листе полным-полно чудесных зелёных хлорофиловых зёрен. Зерна так малы, что не разглядеть. И тем не менее каждое такое зернышко как бы крохотный заводик. Спрятанные у нас, листьев, под кожицей, эти крохотные заводики готовят пищу всему дереву.

А вот и нет. Я знаю – дерево кормят корни.

Несмыш-ш-шлёныш-ш-ш! Корни само собой. Без корней тоже не прожить: они из земли воду высасывают, выкачивают. В той воде растворено много необходимых растениям веществ, и всё-таки из того, что добывают под землёй корни, не то что ствол или сук -даже малой веточки не построить. Вот потому-то и работает в листьях бессчётное множество хлорофилловых зерен. Они берут из воздуха невидимый углекислый газ. Из этого газа, воды и растворённых в ней веществ, добытых корнями, чудесные зернышки-заводики и делают строительный материал для новых веток, почек, корешков и конечно, для самого ствола. Как не подняться новому дому без бетона и кирпича, так не вырасти и дереву без материала, который готовят зелёные зёрнышки-заводики.

Ну да, вы уж скажете. Заводам, пускай даже самым маленьким, нужно электричество. Или жаркий огонь.

Верно говоришь-шь-шь. Заводам для работы обязательно нужна энергия: либо электричество, либо тепло, либо то и другое. Ну, а нашим зелёным заводикам энергию даёт солнце. Для каждого листа, для каждой травинки солнечный свет – самое главное! Крохотные хлорофилловые зёрна с утра до вечера ловят свет. С его- то помощью они соединяют различные вещества в одно чудесное- живое.

Благодаря нам, листьям, а вернее, спрятанным в нас хлорофилловым зёрнам из маленького, слабенького ростка вырастает высоченная сосна или капуста, или яблоня, гнущаяся под тяжестью сочных плодов, или золотая пшеница, или такой могучий дуб, как наш…

Послушайте! Выходит, если я ем яблоко и картошку, значит, я ем то, что приготовили за лето зелёные заводики? Значит, во мне тоже пойманное ими солнышко?

Солныш-шко, солныш-шко, солныш-шко

Отгадайте названия частей растений… 1. Часть растения, в котором образуются семена. ПЛОД 2.Часть растения, по которому проходят питательные вещества. СТЕБЕЛЬ 3.Часть растения, которая находится под землёй. КОРЕНЬ 4.Части растения, с помощью которых оно дышит. ЛИСТЬЯ 5.Части растения, которые помогают растению размножается. СЕМЕНА 6.Часть растения, из которого развиваются плоды. ЦВЕТОК

Найдите в тексте ошибки… У хвойных растений нет листьев, а есть хвоинки. У сосны, лиственницы они всю зиму зелёные. Ранней весной можно увидеть, как цветут хвойные растения. У сосны и ели созревают плоды – шишки. В них находятся семена. В тексте 4 ошибки: У хвойных растений есть листья, это – хвоинки. У лиственницы листья опадают на зиму. Хвойные растения не цветут. У хвойных растений нет плодов.

Спасибо за урок! Домашнее задание: В учебнике- стр, В тетради – стр Вывод: растения дышат кислородом, но и образуют его при питании. Причём при питании растения выделяют значительно больше кислорода, Чем поглощают при питании.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГИМНАЗИЯ № 1

ПЛАН-КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО УРОКА

В рамках районного семинара «Инновационный поиск и развитие методических традиций в условиях модернизации образования»

Предмет: окружающий мир

Тема: «Солнце, растения и мы с вами»

Учитель начальных классов

Сажнева Д.А.

Цель: познакомить с дыханием и питанием растений.

Планируемые результаты:

Учащиеся научатся обнаруживать взаимосвязи между неживой и живой природой, растениями и человеком;

Учащиеся научатся моделировать эти взаимосвязи и использовать для объяснения необходимости бережного отношения к растениям;

Преобразовывать информацию из одной формы в другую: представлять информацию в виде схемы;

Доносить свою позицию до других: высказывать свою точку зрения и пытаться её обосновать, приводя аргументы;

Оборудование:

Карточки у учащихся и учителя для моделирования процессов питания и дыхания растений, таблицы, компьютер, экран.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Проверяем готовность к уроку.

II. Актуализация знаний

1.Проверка знаний по вопросам (фронтальный опрос):

Почему растения называют «Зеленой одеждой планеты»?

Перечислите, какие вы знаете группы растений?

Приведите примеры различных видов растений, которые записали в рабочей тетради.

Перечислите основные части растений?

2.Игра «Кто знает?» (Работа в парах по таблице):

У вас на столе лежат таблицы. Их надо дополнить. Работаете в парах, а затем будем проверять.

III. Самоопределение к деятельности.

Мы перечислили основные части растений. А теперь подумаем, без чего не могут обходиться растения? (солнце, свет, почва, вода )

Тема нашего урока «Солнце, растения и мы с вами». Как вы думаете, о чем мы будем сегодня говорить? (Слайд 1)

Ребята, а как слова «солнце», «растение», «человек» распределить в две группы? (объекты живой и неживой природы ) (Слайд 2)

Какие признаки живой природы мы знаем? (дышат, питаются, растут, развиваются, размножаются и умирают ) (Слайд 3)

Все это относится и к растениям. И сегодня мы поговорим о том, как растения дышат и питаются.

Цель нашего урока: познакомится с питанием и дыханием растений (Слайд 4)

Какие задачи мы перед собой поставим, исходя из темы урока и нашей цели?

• Узнать о том, как растения дышат
• Узнать о том, как растения питаются
• Обнаружить взаимосвязь между неживой природой, растениями и человеком.
• Смоделировать взаимосвязи между растениями и неживой природой. (Слайд 5)

IV. Работа по теме урока

1.Беседа и рассказ учителя

Дыхание растений (слайд 6)

Мы говорили, что все объекты живой природы дышат. Как же это происходит у растений? В почве как мы знаем есть воздух. Нам это показали проведенные ранее опыты. И растения этот воздух из почвы берут. Причем дышат растения тем же газом, что и мы с вами. Кислородом. А выдыхают углекислый газ.

В воздухе тоже содержится кислород и растения его пусть и в малом количестве поглощают, когда дышат. А выделяют обратно углекислый газ.

Питание растений (слайд 7)

Откуда растения получают питательные вещества и воду? (почва )

А что содержится в почве, необходимое для жизни растений? (вода, воздух, перегной, минеральные соли )

Ребята, а как вы думаете, есть ли в почве сахар или крахмал? (нет )

Но ведь когда мы едим яблоко, мы чувствуем что оно сладкое. Сахар добывается из свеклы или тростника. А в картофеле много крахмала. Откуда же они берутся?

Вот на этот вопрос мы с вами сегодня и ответим.

Итак, основные питательные вещества растения получают из почвы. Это минеральные соли и вода. Но мы знаем, что растения не могут жить без света солнышка. Зачем же нужно оно? Оказывается, солнце дает растениям необходимую энергию. А необходима эта энергия для того, чтобы заработала «кухня» растений – их листья. Это уникальный процесс, когда под действием солнечного света вода и углекислый газ из воздуха превращается в сахар и крахмал. Необходимы и сахар, и вода для роста клеток листьев.

А еще при питании растение выделяет большое количество кислорода.

V. Закрепление изученного материала

Работа с моделями (Дети работают у себя в тетрадях, учитель на доске).

Попробуем эти процессы смоделировать. Первое. Как растения дышат?

Учитель, опираясь на ответы детей, составляет модель дыхания растений.

Теперь питание растений. Смоделируем этот процесс.

Учитель, опираясь на ответы детей, составляет модель питания растений.

Кто из вас уже понял, как взаимосвязаны объекты живой природы – растения и солнце – объект неживой природы?

Осталось решить последнюю задачу. Как связаны растения и мы с вами? (растения при питании выделяют кислород, в растениях содержатся питательные вещества )

VI. Рефлексия

В своих тетрадях дома наклейте карточки правильно, чтобы смоделировать процессы питания и дыхания растений.

А внизу с. 42 поставьте флажок нужного цвета. Зеленый если на уроке все понимали и получалось. Желтый – если что-то осталось непонятным или не получалось. Красным – если не поняли ничего и ничего не получилось.

VII. Итог урока

Какова была цель нашего урока? (слайд 8)

Сумели ли мы решить поставленные задачи? (Слайд 9)

Что интересного узнали на уроке?

Спасибо за внимание! (Слайд 10)

Резерв: написать благодарственное письмо растениям.

Тема: «Солнце, растения и мы с вами»Цель: познакомить с дыханием и питанием растений.
Планируемые результаты:
– учащиеся научатся обнаруживать взаимосвязи между неживой и живой природой, растениями и человеком;
– учащиеся научатся моделировать эти взаимосвязи и использовать для объяснения необходимости бережного отношения к растениям;
– преобразовывать информацию из одной формы в другую: представлять информацию в виде схемы;
– доносить свою позицию до других: высказывать свою точку зрения и пытаться её обосновать, приводя аргументы;
Оборудование:
Карточки у учащихся и учителя для моделирования процессов питания и дыхания растений, таблицы, компьютер, экран.
ХОД УРОКА
I.Организационный момент
Проверяем готовность к уроку.
II.Актуализация знаний
1.Проверка знаний по вопросам (фронтальный опрос):
– Почему растения называют «Зеленой одеждой планеты»?
– Перечислите, какие вы знаете группы растений?
– Приведите примеры различных видов растений, которые записали в рабочей тетради.
– Перечислите основные части растений?
2.Игра «Кто знает?» (Работа в парах по таблице):
Растение Органы растения Цифра
Капуста Плоды
Семена
Корни
Листья
Стебли Слива Огурец Горох Морковь Кукуруза У вас на столе лежат таблицы. Их надо дополнить. Работаете в парах, а затем будем проверять.
III.Самоопределение к деятельности.
Мы перечислили основные части растений. А теперь подумаем, без чего не могут обходиться растения? (солнце, свет, почва, вода)
Тема нашего урока «Солнце, растения и мы с вами». Как вы думаете, о чем мы будем сегодня говорить? (Слайд 1)
Ребята, а как слова «солнце», «растение», «человек» распределить в две группы? (объекты живой и неживой природы) (Слайд 2)
Какие признаки живой природы мы знаем? (дышат, питаются, растут, развиваются, размножаются и умирают) (Слайд 3)
Все это относится и к растениям. И сегодня мы поговорим о том, как растения дышат и питаются.
Цель нашего урока: познакомится с питанием и дыханием растений (Слайд 4)
Какие задачи мы перед собой поставим, исходя из темы урока и нашей цели?
Узнать о том, как растения дышат
Узнать о том, как растения питаются
Обнаружить взаимосвязь между неживой природой, растениями и человеком.
Смоделировать взаимосвязи между растениями и неживой природой. (Слайд 5)
IV.Работа по теме урока
1.Беседа и рассказ учителя
Дыхание растений (слайд 6)
Мы говорили, что все объекты живой природы дышат. Как же это происходит у растений? В почве как мы знаем есть воздух. Нам это показали проведенные ранее опыты.И растения этот воздух из почвы берут. Причем дышат растения тем же газом, что и мы с вами. Кислородом. А выдыхают углекислый газ.
В воздухе тоже содержится кислород и растения его пусть и в малом количестве поглощают, когда дышат. А выделяют обратно углекислый газ.
Питание растений (слайд 7)
Откуда растения получают питательные вещества и воду? (почва)
А что содержится в почве, необходимое для жизни растений? (вода, воздух, перегной, минеральные соли)
Ребята, а как вы думаете, есть ли в почве сахар или крахмал? (нет)
Но ведь когда мы едим яблоко, мы чувствуем что оно сладкое. Сахар добывается из свеклы или тростника. А в картофеле много крахмала. Откуда же они берутся?
Вот на этот вопрос мы с вами сегодня и ответим.
Итак, основные питательные вещества растения получают из почвы. Это минеральные соли и вода. Но мы знаем, что растения не могут жить без света солнышка. Зачем же нужно оно? Оказывается, солнце дает растениям необходимую энергию. А необходима эта энергия для того, чтобы заработала «кухня» растений – их листья. Это уникальный процесс, когда под действием солнечного света вода и углекислый газ из воздуха превращается в сахар и крахмал. Необходимы и сахар, и вода для роста клеток листьев.
А еще при питании растение выделяет большое количество кислорода.
V.Закрепление изученного материала
Работа с моделями (Дети работают у себя в тетрадях, учитель на доске).
Попробуем эти процессы смоделировать. Первое. Как растения дышат?
Учитель, опираясь на ответы детей, составляет модель дыхания растений.
Теперь питание растений. Смоделируем этот процесс.
Учитель, опираясь на ответы детей, составляет модель питания растений.
Кто из вас уже понял, как взаимосвязаны объекты живой природы – растения и солнце – объект неживой природы?
Осталось решить последнюю задачу. Как связаны растения и мы с вами? (растения при питании выделяют кислород, в растениях содержатся питательные вещества)
VI.Рефлексия
В своих тетрадях дома наклейте карточки правильно, чтобы смоделировать процессы питания и дыхания растений.
А внизу с. 42 поставьте флажок нужного цвета. Зеленый если на уроке все понимали и получалось. Желтый – если что-то осталось непонятным или не получалось. Красным – если не поняли ничего и ничего не получилось.
VII. Итог урока
Какова была цель нашего урока? (слайд 8)
Сумели ли мы решить поставленные задачи? (Слайд 9)
Что интересного узнали на уроке?
Спасибо за внимание! (Слайд 10)
Резерв: написать благодарственное письмо растениям.

Приложенные файлы

“Фотофизиология растений: от фундаментальных основ к управлению продукционным процессом”

82-е Тимирязевское чтение, д.

б.н., проф. Иван Германович Тараканов

Москва , ИФР РАН

3 июня 2021 г.

Свет играет исключительно важную роль в жизнедеятельности растений. Прежде всего, он обеспечивает растительный организм энергией, необходимой для поддержания фотосинтетической деятельности. В этом заключается его витальная (жизненно необходимая для растения) роль. Кроме того, свет несет важную информацию, используемую растениями для регуляции  роста и развития, что свидетельствует о его сигнальной роли. Особое значение это приобретает в связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни. У представителей разных биоморф и функциональных типов растений световые условия оказывают решающее действие на реализацию адаптивных эколого-ценотических стратегий на трофическом и регуляторном уровнях. Информация о внешней среде, поступающая со световыми сигналами, позволяет им оптимизировать поглощение солнечной радиации и приспосабливаться к сезонным изменениям условий произрастания. У растений функционирует ряд фотосенсорных систем (на основе пигментных комплексов фитохромов, криптохромов, фототропинов, рецепторов ультрафиолетового излучения), позволяющих им “чувствовать” соседей по растительному сообществу и успешно конкурировать за свет, реагировать на фотопериодические сигналы и синхронизировать свой онтогенез с изменяющимися внешними условиями (цветение и плодоношение в наиболее благоприятное время года, переход в состояние покоя у многолетних видов накануне неблагоприятного сезона и т. д.). Таким образом, реакции растений на длину дня (фотопериодические условия) и на качество света (прежде всего – на его спектральный состав) занимают важное место в системе экологического контроля развития, обеспечивая необходимую пространственно-временную регуляцию физиологических процессов в растительном организме и в фитоценозе, оптимизируя условия для фотосинтетической деятельности и реализации репродуктивной стратегии.

Экологическая физиология растений традиционно изучает адаптации на диких видах и мутантах, отдавая предпочтение модельным растениям. В то же время не меньший интерес представляют различные виды культурных растений, относящиеся к разным жизненным формам и представляющие богатый материал по географической изменчивости. Давление отбора, которому они подверглись в процессе доместикации и дальнейшей селекции, в значительной мере повлияло на характер и ритмику их роста и развития, а также особенности продукционного процесса. Изучение местных сортовых популяций и отселектированных сортов и гибридов дает возможность проследить селекционные тренды и исследовать физиологические механизмы, лежащие в основе приспособительных реакций. Использование материалов из генных банков позволяет выявить механизмы адаптации к определенным эколого-географическим условиям разных местообитаний и установить роль световых сигналов в системе экологического контроля развития растений. Изучение фундаментальных физиологических процессов на примере культурных растений является необходимым элементом частной физиологии отдельных культур и сортовой физиологии.

Стремительное внедрение наукоемких технологий интенсивного культивирования, включая закрытые системы (фабрики растений, вертикальные теплицы) в значительной мере обусловлено развитием светокультуры растений. Благодаря прорывам в технологических разработках сегодня у нас появились уникальные возможности перехода к оптимизации световых режимов выращивания (прежде всего – спектрального состава света), модулированию параметров светового режима в течение суточного цикла и онтогенеза в целом и эффективным механизмам тонкой фоторегуляции физиологических процессов в растениях. В лекции приводятся разнообразные примеры использования светодиодных облучателей в фундаментальных фотобиологических исследованиях и в наукоемких растениеводческих технологиях. Сегодня речь уже идет о принципиально новых подходах к разработке смарт-технологий светокультуры растений, базирующихся на возможности эффективной регуляции их фотосинтетической деятельности и продукционного процесса с одной стороны, и широком использовании современных цифровых технологий (компьютерное зрение и машинное обучение, искусственный интеллект, Интернет вещей) – с другой стороны.

Рассмотрению вышеперечисленных фундаментальных и прикладных проблем, иллюстрированных примерами из работ кафедры физиологии растений РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, будут посвящены 82-е Тимирязевские чтения.

Стенд 31 Богатырева Д.А.

Мы хотим предложить прототип замкнутой экосистемы, генерирующей электричество.

Нашу жизнь трудно представить без электричества. Поэтому если представить, что однажды электричество исчезнет одновременно на всей планете, жизнь человека резко остановится. Мы уже не можем обходиться без электричества. Человечество постоянно открывает все новые источники энергии и изобретает новые способы ее выработки. Можно не сомневаться, что в будущем наши потомки полностью перейдут на альтернативные источники энергии и энергетика станет экологически чистой и абсолютно безопасной для природы и человека.

Но можно ли получить полноценную систему обеспечения проживания с использованием альтернативных источников электричества?

Мы выдвинули гипотезу о том, что возможно создать стойкую замкнутую экосистему, которая будет существовать вечно и генерировать электрическую энергию – если за ней осуществлять нужный уход.

За время наблюдения мы подтвердили нашу гипотезу о том, что при создании определенных условий наша система может существовать автономно. Гипотеза про возможность создания стойкой замкнутой экосистемы генерирующей электрическую энергию подтвердилась. Мы смогли изолировать маленький кусочек природы у себя в системе и наблюдать, что в ней происходит. В нее помещают растения, землю и влагу – базовые элементы для развития и выживания при замкнутом цикле и она начинает вырабатывать такую необходимую энергию.

Из проведенных исследований можно сделать выводы, что искусственно созданная нами система «вечный террариум» является достаточно устойчивой. Внутри экосистемы происходит активный процесс фотосинтеза. Чем активнее будет химический процесс в моей замкнутой экосистеме, тем больше электричества будут отдавать растения. Сбор электроэнергии происходит без какого-либо вреда для растений. Сам процесс экологически чистый и совершенно не затратный. Поэтому, использование такой технологии действительно может стать энергией для обеспечения жизнедеятельности.

Данная система сможет поддерживать свое функционирование самостоятельно, и являться дополнительным источником тока. Прогнозом на будущее нашей системы можно предположить, что, если будет осуществлен достаточный уход за системой, он сможет просуществовать достаточно долго, генерируя постоянный ток.

Невыносимое бремя техносферы

Совсем недавно – за один лишь миг, если смотреть с точки зрения геологии, – у Земли появилась новая, стремительно развивающаяся оболочка. Ее имя – техносфера, а ее вес – ни много ни мало 30 триллионов тонн. Техносфера включает в себя все, что является делом рук человека, в том числе углекислый газ, выброшенный в атмосферу в результате промышленной деятельности. И хотя это всего лишь газ, его общая масса эквивалентна весу около 150 000 египетских пирамид.

Ян Заласевич

Наша планета имеет несколько оболочек, называемых сферами. Твердая оболочка планеты, образованная горными породами, называется литосферой. Гидросфера охватывает совокупность всех вод земного шара, в то время как полярные регионы и покрытые льдом горные вершины входят в криосферу. Атмосфера представляет собой воздушную оболочку Земли. Человек и другие живые организмы являются частью биосферы. Все эти оболочки в той или иной форме существуют на протяжении почти всей истории Земли, то есть примерно 4,6 миллиардов лет. И вот, совсем недавно, в развитии планеты выделили новую оболочку – техносферу.

Понятие техносферы в том значении, в каком мы его понимаем, выдвинул американский геолог и инженер, почетный профессор Университета Дьюка (США) Питер Хафф. Аналогично «антропоцену», оно быстро стало популярным. Например, эта концепция легла в основу недавнего крупного проекта Haus der Kulturen der Welt («Дом культур мира») – международного центра современного искусства в Берлине, Германия.

И точно так же, как в случае антропоцена, понятие техносферы носит противоречивый характер, в особенности учитывая ту роль – и ограничения – которые оно накладывает на человека. В частности, оно подразумевает, что возможности человечества по контролю систем нашей планеты вовсе не безграничны, как нам может показаться.

Техносфера охватывает все созданные человеком объекты технологического характера, но это далеко не все: это не просто непрерывно увеличивающийся набор технического оборудования, а взаимосвязанная система. Поясним на примере более устоявшегося понятия биосферы. Оно было предложено австрийским геологом Эдуардом Зюссом в XIX веке. Позднее, в XX веке, советский ученый Владимир Вернадский сформулировал на его основе учение, которое изучает не только совокупность всех населяющих планету живых организмов, но и их взаимодействие с воздухом, водой и почвой, предоставляющими пищу для живой органической материи, а также с солнцем – важным источником энергии. Таким образом, биосфера – это не просто совокупность составляющих ее компонентов, а целая система со своей динамикой развития и постоянно меняющимися свойствами, которая при этом неразрывно связана с другими оболочками Земли.

Вмешательство в природу

Аналогично биосфере, техносфера – это не только совокупность машин, но и люди, а также все созданные нами социальные и профессиональные системы, при помощи которых мы взаимодействуем с технологиями: заводы, школы, университеты, профсоюзы, банки, политические партии, Интернет. Ее частью являются домашние животные и скот, который мы массово разводим для своего пропитания, растения, которые служат пищей нам самим и нашим животным, сельскохозяйственные земли, которые мы адаптировали для своих нужд, существенно изменив их первоначальный облик.

Техносфера также включает в себя систему автомобильных и железных дорог, аэропорты, шахты и карьеры, разрабатываемые месторождения нефти и газа, города, судоходные реки и водохранилища. Деятельность в пределах техносферы привела к образованию огромного количества отходов, начиная с мусорных свалок и заканчивая загрязнением воздуха, почвы и водных ресурсов. Несомненно, на протяжении всей истории человечества существовало некое подобие прототехносферы, однако долгое время воздействие человека на природу оставалось локальным и не приводило к последствиям планетарного масштаба. Сегодня же техносфера превратилась в глобальную взаимосвязанную систему, играющую ключевую роль в будущем нашей планеты.

Сколько весит техносфера? Получить об этом представление можно, если сложить массу всех входящих в нее физических объектов, к которым относятся города, земля, вырытая и перемещенная с целью строительства фундамента зданий, сельскохозяйственные угодья, дороги, железнодорожные пути и т. д. По оценкам, вес техносферы составляет порядка 30 триллионов тонн и включает в себя массу всех имеющихся на планете материалов, которые мы используем или использовали и выбросили.

Физические компоненты техносферы чрезвычайно разнообразны. Миллионы лет назад наши предки изготовляли простые орудия труда, такие как каменный топор. Однако со времени промышленной революции и, в частности, периода большого ускорения, начавшегося в середине XX века и характеризуемого резким увеличением темпов демографического роста, индустриализации и глобализации, во все сферы нашей жизни стремительно проникают промышленные товары и машины разного рода. Технологии развиваются с поразительной скоростью. В доиндустриальную эпоху технологии совершенствовались очень медленно, переходя от поколения к поколению практически в неизменном виде. Мы же являемся свидетелями грандиозных изменений. Один только сотовый телефон в течение чуть более одного поколения из новейшего изобретения превратился в обыденную вещь, доступную людям практически любого возраста.

Ископаемые остатки будущего

Следующий пример наглядно демонстрирует, насколько поразительны происходящие с планетой перемены. Все предметы технологического характера, в том числе сотовые телефоны, с точки зрения геологии можно считать будущими «техноископаемыми», потому что они представляют собой долговечные объекты антропогенного происхождения, которые практически не разлагаются. В будущем они превратятся в ископаемые остатки, которые помогут нашим потомкам получить представление об антропоцене.

Никто не знает, сколько можно выделить категорий техноископаемых, однако по оценкам их число уже превысило число известных видов ископаемых – точно так же, как свойственное нашей эпохе техноразнообразие намного превзошло современное биоразнообразие. При этом продолжают появляются новые виды техноископаемых, поскольку темпы технологической эволюции в разы превышают скорость эволюции биологической.

Энергия, необходимая для функционирования биосферы, поступает главным образом от солнца. Техносфера также частично потребляет энергию солнца и других возобновляемых источников – например, ветряных мельниц, – но в основном использует в качестве топлива углеводороды: нефть, уголь и газ. Эти невозобновляемые источники энергии по сути представляют собой фоссилизированный солнечный свет, хранившийся в недрах Земли на протяжении миллиардов лет и растраченный за несколько веков.

В течение тысячелетий люди добывали энергию с помощью водяных мельниц, и этого было достаточно. Энергия, необходимая для удовлетворения нужд техносферы сегодня, измеряется совсем в другом масштабе: говорят, что с середины XX века человечество потребило больше энергии, чем за всю эпоху голоцена, то есть за последние одиннадцать тысяч лет.

Море отходов

От биосферы техносферу отличает один важный момент: биосфера превосходно «умеет» перерабатывать продукты жизнедеятельности составляющих ее организмов. Именно эта ее особенность позволила ей существовать миллиарды лет. Техносфера же такой способностью не обладает, о чем красноречиво свидетельствуют горы пластикового мусора в океанах и на пляжах всего мира. Часть отходов не видна глазу, например, углекислый газ, образованный в результате сгорания ископаемых видов топлива. И хотя он не имеет ни цвета, ни запаха, его масса более чем ощутима для нашей планеты: выбросы CO2 в атмосферу в результате промышленной деятельности человека достигли колоссальной цифры порядка 1 000 миллиардов тонн, что по весу равняется около 150 000 египетских пирамид. Если мы не разрешим проблему стремительно растущего количества отходов, она может поставить под угрозу будущее техносферы – а значит, и всего человечества.

Техносфера, которая является частью биосферы, также представляет собой сложную систему с особой динамикой развития. Факторы, обусловившие ее появление, включают способность человека создавать сложные социальные структуры, а также изготавливать и использовать орудия труда. Однако Питер Хафф отмечает, что люди являются не столько создателями и управляющими техносферы, сколько одной из ее составляющих, и поэтому им следует делать все возможное, чтобы обеспечить ее дальнейшее существование. Делать это стоит хотя бы потому, что большая часть человеческих сообществ нуждается в техносфере для получения пищи, жилья и других ресурсов. Благодаря ее развитию человечество шагнуло далеко вперед и увеличило свою численность от нескольких десятков миллионов охотников-собирателей до 7,3 миллиардов человек, которые населяют планету сегодня. Только одна технология изготовления искусственных удобрений, основанная на инновационном процессе Габера, позволяет обеспечивать пропитанием около половины населения земного шара.

Техносфера продолжает развиваться, но вовсе не потому, что так решил человек, а потому, что появляются все новые полезные технологические инновации. Сегодня можно говорить о коэволюции человеческого сообщества и технологий.

Изменение условий жизни на планете

Техносферу можно считать своего рода паразитом, обосновавшимся в биосфере и кардинально меняющим условия жизни на Земле. Очевидные последствия этого включают значительное ускорение темпов вымирания видов растений и животных, а также изменение климата и химического состава океанов, оказывающее пагубное воздействие на существующие биологические сообщества. Эти изменения могут нанести ущерб всей биосфере и человечеству в частности. В идеале, людям следует приложить максимальные усилия для того, чтобы дальнейшее развитие техносферы стало более устойчивым с экологической точки зрения. Однако у человечества нет другого выбора, как поддерживать техносферу в «рабочем» состоянии, поскольку она стала для нас жизненно необходимой.

В связи с развитием техносферы перед нами встает целый ряд непростых задач, одна из которых заключается в расчете доступных нам возможностей проведения эффективных социально-экономических и политических мер с учетом данных условий. Прежде всего мы должны постараться как можно лучше понять принципы функционирования этой новой и небывалой стадии в развитии нашей планеты, а для этого нам предстоит сделать еще очень многое.

Фото:

Маартен Ванден Эйнд

Жан-Пьер Браз

Фотосинтез и свет – База знаний Novolampa

Под воздействием лучей солнца в листьях растений происходят уникальные фотохимические процессы, благодаря которым они живут, растут, цветут и образуют плоды. Растения преобразуют энергию света в свою энергию за счет процесса фотосинтеза.

Световой режим складывается из трех составляющих: уровня освещенности, продолжительности светового дня и спектрального состава света.

Часто растения культивируют в помещениях, куда естественное освещение практически не попадает. В этом случае необходимо правильно подобрать источники искусственного света.

Дневной свет и его спектр

Дневной свет только кажется белым, на самом деле он включает лучи семи цветов – тех, что входят в число цветов радуги. Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна. Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга.

Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии. Волны с меньшей длиной содержат в себе больше энергии.

Каждый спектр характеризуется определенной длиной волны. Самая короткая длина волны у фиолетового цвета (380-440 нм), самая длинная – у красного (625-740 нм). Свет с длиной волны менее 380 нм относится к ультрафиолетовому излучению, а с длиной волны 740нм и более – к инфракрасному.

Естественно, что если в солнечный свет входит полный цветовой спектр, значит, и в искусственном освещении должно присутствовать излучение с различной длиной волны. В спектре волны, примерно, от 300 до 3000 нм. Это называется общим (глобальным) излучением.

Самые эффективные цвета

Если растение растет и развивается под влиянием цветового спектра, неудивительно предположить, что если какой-то цвет окажется более эффективным, то только его и нужно направить на растение. Если синий цвет самый “жирный”, достаточно засвечивать растения только им и получать отличный урожай круглый год.

Ученые провели ряд экспериментов, большой вклад в изучение фотосинтеза в листьях растений от искусственного освещения внёс русский учёный Андрей Сергеевич Фаминцын. В 1868 году он впервые экспериментально доказал и научно обосновал применение искусственного освещения для выращивания растений, использовав керосиновые лампы вместо солнечного света.

Выяснилось, что свет для растений выступает не только как источник энергии, но и как регулятор роста и развития (фотоморфогенез) Так, красный спектр отвечает за вытягивание стебля, его вертикальный рост. А синий спектр, наоборот, тормозит рост стебля в длину, но способствует его утолщению, наращиванию зеленых листьев.

Кроме знакомого всем хлорофилла, в клетках растений есть еще один пигмент – фитохром. Он отвечает за регуляцию суточного ритма жизни, а также за цветение. За образование фитохрома отвечает красный спектр, следовательно, именно он стимулирует образование цветов и плодов.

В более поздних экспериментах, обнаружилось, что и зеленые лучи не столь бесполезны как думали раньше. Дело в том, что благодаря своей проникающей способности, зеленый снабжает энергией более глубокие участки листвы, куда не долетают ни красный, ни синий.

Как мы видим из графика выше, средними пиковыми точками поглощения для хлорофиллов А и В явились показатели в 400 и 700 нм, это спектральный диапазон (диапазон фотосинтетически активного излучения или ФАР-диапазон (PAR), который используется растениями в процессе фотосинтеза. Для сравнения: спектральный диапазон глаза человека составляет 555 нм.

Рассмотрим диапазон ФАР:

• 630-670 нм. (красные) – увеличение массы и роста, прорастание, цветение, плодоношение, управление суточными циклами бодрствования и покоя, прорастание семян, растяжение клеток.


• 730 нм. («дальний красный») – “выключает” активность растений. 1-2 минуты воздействия достаточно, чтобы снять эффект красного света 660нм, и наоборот.


• 430-470 нм. (синие) – развитие корневой системы (или формированием клубней), удлинение стеблей и листьев, регулятивные функции: направление роста стебля, ускорение и замедление роста, раскрытие и закрытие бутонов, деление клеток. Задерживают растяжение клеток, в большом количестве угнетают прорастание семян, открывание устьиц, движение цитоплазмы и хлоропластов, развитие листа и др.


• УФ-диапазон 380-420нм. – губителен, но небольшое количество ближнего УФ-спектра благотворно для цветов, а также вкуса и аромата овощей/фруктов.


• Оптимальное соотношение – экспериментально установлено, что оптимальный поток синего света для листовых растений составляет около 10-15% от ФАР. Фактически, это соотношение красного и синего 9:1.

Показатель освещенности для растений

PAR обычно выражается в микромолях (µмоль с -1), которые также являются мерной единицей фотосинтетической плотности потока фотонов света на квадратный метр. Из 3-х наиболее распространенных способов измерения света (люмены, люксы, PAR), последний является наиболее научным способом определения способности источника света генерировать фотосинтез. Это единственная измерительная единица света, которая может быть применима к растениям.

В безоблачный день в самый разгар лета, максимальное количество фотосинтетического солнечного света, попадаемого на землю, составляет примерно 2000 микромлолей на квадратный метр. Окружающие факторы, такие как атмосфера, время года, облачность и ваше местонахождения на планете влияют на количество солнечного света. Количество света, получаемое растением, имеет прямое влияние на его фактор роста.

Большинство растений имеют тенденцию расти быстрее с увеличением света, однако наибольший эффект для роста растения достигается на значительно более низком уровне, чем 2000 микромолей. Точка, в которой растение получает больше света, чем может поглотить, называется точкой светового насыщения. Для большого количества растений оптимальный уровень PAR составляет 500 микромолей на квадратный метр, и если растение получает больше этого количества, оно может достичь точки светового насыщения. В некоторых случаях наблюдались замедления роста при избытке света в сравнении с оптимальным показателем.

Понятия и термины:

• Фотосинтетический фотонный поток = суммарному числу фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм; единицы измерения – µмоль с -1


• Плотность фотосинтетического фотонного потока = числу фотонов в секунду в диапазоне от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения – µмоль м -2 с -1


• Фотосинтетически активное излучение = энергии излучения в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения – Вт м -2

Итак, ФАР является важным фактором при оценке пригодности лампы для растений.

Источники искусственного освещения

Из выше сказанного следует, что для гармоничного развития растений им нужно организовать оптимальное освещение. Существует большое количество различных источников искусственного света. Разберем их основные виды:

Лампа накаливания – ее спектр смещен в сторону красного света с большой длиной волны и инфракрасного излучения. Он не подходит для роста растений, так как большое количество ИК лучей способно повредить листья. Кроме этого, «длинный» красный свет с длиной волны более 700 нм, тормозит прорастание семян и рост рассады.

Люминисцентная лампа (лампа дневного света) – излучает в основном желто-зеленый спектр, который бесполезен для растений. В ней присутствуют лучи синего и красного спектра, но в очень малом количестве.

Натриевые газоразрядные лампы – сильно нагреваются, пожароопасны. Спектр не очень подходит для выращивания растений.

Светодиодные лампы – обладают наиболее сбалансированным сочетанием лучей красного и синего спектра. Кроме этого, можно комбинировать светодиоды различного цвета для создания оптимальной среды. Не выделяют тепло и не повреждают листья.

Спектры источников света

Чтобы правильно выбрать лампу, нужно посмотреть так называемую спектрограмму, которая должна быть на упаковке самой лампы. На спектрограмме показаны пики в синем и красном секторах. В синем секторе оптимальная для рассады длина волны – 440-450 нм, а в красном – 650-660 нм. Если спектральные показатели сильно отклоняются в обе стороны, такую лампу покупать не стоит, так как волны другой длины для рассады малоэффективны.

Существуют различные виды спектров фитоламп:

Биколорный (bicolor spectrum) – основной спектр для придания растению энергии, необходимой для фотосинтеза.

Лампа с таким спектром рекомендуется:

• для подсветки любых растений на подоконнике, балконе и в местах с минимальным количеством солнечного света;


• для выращивания рассады и молодых растений;


• для досвечивания взрослых растений в помещении с дополнительными источниками света;


• для поддержки растений зимой и в условиях недостаточной освещенности.

Полный спектр (full spectrum) –это биколорный спектр с более широким диапазоном пиков в красном и синем поле. Лампы с таким спектром универсальны и подойдут многим растениям. В плане энергоэффективности и пиков спектра эти источники света немного уступают биколорным лампам, но за счет более широкой зоны спектров позволяют дать растению максимум искусственного света, по действию схожего с солнечным.

Существуют более усовершенствованные лампы – это полноспекторные лампы с добавлением белого света. Они пригодны для использования в местах проживания людей. На вид свет такой лампы теплый белый, но содержит волны полезной для растений длины.

Мультиспектр (multicolor spectrum) – это уникальная лампа, в которой сочетаются красный, синий, теплый белый и дальний красный свет. Она дает максимальное стимулирование цветения и плодоношения у многих растений, включая орхидеи и адениумы, а также большую долю красного и синего света для фотосинтеза в стадии роста. Лампа с таким спектром рекомендуется:

• для подсветки взрослых растений;


• для стимулирования цветения и плодоношения;


• для выращивания в помещении в отсутствии солнечного света;


• для досвечивания комнатных цветов, особенно орхидей;


• для подсветки декоративнолиственных растений.

Задачи по освещению

Подбирая светильник, фитолампу или панель освещения нужно обратить внимание на следующие показатели:

– Где будет использован светильник – в домашних условиях или в теплице, оранжерее?

– Какова площадь освещения?

– Какой необходим свет: сфокусированный или рассеянный?

– Особенности выращиваемых растений.

Оптимальные схемы освещения:

1. Полная схема замены естественного света искусственным, позволяющая следить за ростом растений;


2. Периодическая схема досветки, позволяющая удлинять световой день;


3. Дополнительная схема, при которой искусственный свет дополняет естественный, что гарантирует повышение эффективности фотосинтеза в любое время года.

Освещение для комнатных растений

Зачастую квартиры и офисы мы украшаем декоративными растениями, которые не имеют цветков, но их своей экзотической листвой или формой способны создать комфорт и уют. При недостатке освещения цветы становятся блеклыми и нездоровыми, их рост приостанавливается.

Для комнатных растений оптимально использовать фитолампы или небольшие светильники. Они обладают разной мощностью, площадью освещения и сочетанием светодиодов, поэтому можно подобрать идеальный вариант с учетом всех параметров.

Лучшим вариантом для дома и офиса станут приборы, включающие светодиоды не только красного и синего, но и белого света либо полноспектральные УСКИ – они обладают высоким индексом цветопередачи, поэтому наиболее комфортны для зрительного восприятия (в них применяется специально разработанный люминофор, который излучает сбалансированный спектр наиболее оптимально поглощаемый растениями. Ширина спектра излучаемая светодиодами УСКИ – 380 – 840нм).

Решив использовать фитолампы для искусственной досветки своих комнатных растений, при их установке следует придерживаться следующих правил:

• Лампу следует располагать от растений так, чтобы их стебель и листья не пострадали от слишком сильного излучения тепла.
• Количество осветительных приборов должно соответствовать распределению света из расчета 70 Вт на 1 кв.м.
• При сокращении светового дня пропорционально ему нужно увеличивать период искусственной досветки.
• Световой поток используемых фитоламп должен быть направлен прямо на растения.

Освещение для рассады ( подоконник, этажерка)

Многие дачники предпочитают самостоятельно выращивать цветочную и овощную рассаду.

Делают они это чаще всего с февраля по апрель, когда молодым растениям может не хватать естественной инсоляции. Исправить эту ситуацию можно, необходимо лишь предусмотреть устройство дополнительной подсветки. Главное — правильно подобрать лампу.

Учитывая задачи при выращивании саженцев по вегетации, плотности, укреплению, правильному формированию корневой системы, особо важен будет сине-фиолетовый спектр (430-490 нм.).

Предпочтение следует отдать светильникам с более высоким содержанием синих светодиодов, которые задерживают растяжение клеток, и рассада не вытягивается. Растения, выращенные под такими светодиодными светильниками более компактные, с укороченными междоузлиями. А благодаря красным лучам ( которые также должны быть, но меньше, в тканях растений накапливаются углеводы, клетки удлиняются, побеги, стебли, листья быстрее растут.

Расстояние, на которое необходимо устанавливать лампу, напрямую зависит от периода роста рассады. После посева оптимальным считается

12-14 сантиметров. По мере роста высота расположения лампы должна дойти до 20-25 сантиметров.

Продолжительность освещения зависит от вида рассады. Так, томаты любят нежиться под лучами от 15 до 17 часов, а вот такие культуры, как перец, баклажаны и прочие, укладываются в световой день, равный 11-13 часам.

Если за окном пасмурно, лучше не экономить и включить лампы досветки на 5-6 часов. Распределить время нужно таким образом: 2,5-3 часа вечером и столько же утром.

Освещение для теплиц

В оранжереях и теплицах среднего размера можно использовать комбинацию различных светодиодных источников света, в зависимости от конфигурации помещения. Здесь лучшим выбором станут линейные светильники и лампы с большой мощностью.

Для больших теплиц обосновано применение светодиодных светильников повышенной мощности, оснащенных дополнительной оптикой.

Необходимо тщательно изучить все особенности выращиваемой культуры, в том числе, к какой группе растений она относится – короткого, длинного и нейтрального дня (длинный день – интенсивность света наблюдается более 13 часов, короткий – до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном)

Вот их некоторые разновидности:

Учитывая особенности культивируемых видов, можно дать следующие рекомендации:

• эфирно-масличные культуры нуждаются в ультрафиолете. Фитолампы для них должны включать один УФ светодиод.


• оптимальное распределение спектров для двух самых популярных у нас овощей – огурца и помидора:


• для растений, которые нуждаются в ярком свете, нужно подбирать светодиоды с линзами, фокусирующими свет на объекте. А для тех видов, которые не переносят прямые лучи или лучше растут в затенении, подойдут лампы с рассеянным мягким светом.


• даже очень слабое дополнительное освещение красными лучами ускоряет развитие и цветение растений длинного дня и замедляет развитие растений короткого дня.


• под синим светом растения томата в теплице развиваются так же быстро, как под лампами дневного света.


• дополнительное освещение светодиодными светильниками с преимущественно синим светом позволяет получить высокий урожай листьев салата и корнеплодов редиса.


• экспериментальные данные по биохимическому составу листьев лука репчатого, выращенного при разных спектрах светодиодных светильников, показали наибольшее накопление витамина С.


• дополнительная подсветка помидоров в течение вегетационного периода светодиодными лампами почти в два раза повышает их пищевую ценность.


• продолжительность освещения для огурца составляет 16-18 ч, для томата — 14-16 ч, для перца -20 ч.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

В последнее время на рынке появилось большое количество подделок. Для удешевление фитоламп могут применяться светодиоды с неподходящими длинами волн, мощность светильников, а также эффективная площадь освещения может быть в разы завышена.

Для проверки точности заявленных производителями данных мы всегда готовы предоставить услугу по измерению длины волны, а также PAR спектрометром UPRTEK MK350N-PREMIUM-HANDHELD бесплатно.

Если Вы не знаете, какое количество осветительных приборов необходимо вам для полноценного искусственного освещения зимнего сада, позвоните нам по телефону 8 (800) 700-80-91, наш специалист подберет дя Вас необходимое оборудование. Он не только точно подсчитает, сколько фитоламп вам нужно для стабильного роста и развития растений, но и назовет примерную стоимость проекта.

Как клетки растений получают энергию?

Солнце важно для всего живого. Это изначальный источник энергии для всех экосистем. В растениях есть особые механизмы, которые позволяют им преобразовывать солнечный свет в энергию.

Фотосинтез

Клетки растений получают энергию в процессе фотосинтеза. В этом процессе используется солнечная энергия для преобразования углекислого газа и воды в энергию в виде углеводов. Это процесс, состоящий из двух частей. Во-первых, энергия солнечного излучения улавливается растением.Во-вторых, эта энергия используется для расщепления углекислого газа и образования глюкозы, основной молекулы энергии в растениях. Растения, водоросли и некоторые бактерии используют фотосинтез для создания энергии, используемой для роста, поддержания и воспроизводства.

Хлоропласт

Хлоропласты – это органеллы (функциональные единицы внутри клеток), в которых происходит реакция фотосинтеза. Эти органеллы, расположенные в листе и стволовых клетках растений, содержат богатую белком жидкость, в которой происходит большинство энергоемких процессов фотосинтеза.

Фотосистемы

Внутри хлоропластов химическая солнечная энергия поглощается молекулами пигмента, которые организованы в группы, называемые фотосистемами. Энергия передается клеткам, когда свет проходит через эти фотосистемы. Энергия передается в виде электронов.

Хлорофилл

Внутри каждой фотосистемы находится множество молекул пигмента. Двести молекул зеленого пигмента, называемого хлорофиллом, составляют большинство этих молекул. Части растения, в которых происходит фотосинтез, легко узнать по зеленому цвету.Этот цвет является результатом присутствия хлорофилла в фотосистемах.

Дыхание

Энергия, собранная в хлоропластах, используется во время клеточного дыхания. Во время клеточного дыхания энергия глюкозы, вырабатываемой во время фотосинтеза, используется для производства энергетических молекул для роста и размножения. Продуктами дыхания являются молекулы энергии, углекислый газ и вода. Образующиеся углекислый газ и вода переносятся обратно в хлоропласт, где они снова используются для фотосинтеза.Клеточное дыхание происходит в другой органелле, называемой митохондриями. Здесь энергия, полученная из глюкозы, производимой в хлоропласте, создается и сохраняется для будущего использования растением.

Как растения превращают солнечный свет в пищу – Биологическая стратегия – AskNature

Катализатор химического разложения

Жизнь зависит от образования и разрушения биологических молекул. Катализаторы в форме белков или РНК играют важную роль, резко увеличивая скорость химического превращения, не расходясь при этом в реакции.Регуляторная роль, которую катализаторы играют в сложных биохимических каскадах, является одной из причин, по которой в живых клетках в воде при окружающих условиях может происходить так много одновременных химических превращений. Например, каталитическое расщепление 10-фермента и превращение глюкозы в пируват в метаболическом пути гликолиза.

Химическая сборка органических соединений

Одна из причин того, что реакции синтеза (химическая сборка) могут происходить в таких мягких условиях, как температура окружающей среды и давление в воде, заключается в том, что чаще всего они протекают поэтапно, опосредованно ферментами, потягивая или высвобождая небольшое количество энергии на каждом шаге.Например, синтез глюкозы из углекислого газа в цикле Кальвина представляет собой 15-этапный процесс, каждый этап которого регулируется отдельным ферментом.

Преобразование химической энергии

Химия жизни основана на преобразовании энергии, хранящейся в химических связях. Например, глюкоза является основной молекулой хранения энергии в живых системах, потому что окислительное расщепление глюкозы на углекислый газ и воду высвобождает энергию. Животные, грибы и бактерии хранят до 30 000 единиц глюкозы в одной единице гликогена, молекуле с трехмерной структурой с разветвленными цепями молекул глюкозы, исходящими из ядра белка.Когда энергия необходима для метаболических процессов, молекулы глюкозы отделяются и окисляются.

Преобразование лучистой энергии (свет)

Солнце является основным источником энергии для многих живых систем. Солнце излучает лучистую энергию, которая переносится светом и другим электромагнитным излучением в виде потоков фотонов. Когда лучистая энергия достигает живой системы, могут произойти два события. Лучистая энергия может преобразовываться в тепло, или живые системы могут преобразовывать ее в химическую энергию. Последнее преобразование непросто, но представляет собой многоступенчатый процесс, который начинается, когда живые системы, такие как водоросли, некоторые бактерии и растения, улавливают фотоны.Например, растение картофеля улавливает фотоны, а затем преобразует энергию света в химическую энергию посредством фотосинтеза, сохраняя химическую энергию под землей в виде углеводов. Углеводы, в свою очередь, питают другие живые системы.

Что такое фотосинтез | Смитсоновский научно-образовательный центр

Когда вы проголодаетесь, вы берете закуску из холодильника или кладовой. Но что могут сделать растения, когда они проголодаются? Вы, вероятно, знаете, что растениям для роста нужен солнечный свет, вода и дом (например, почва), но где они берут пищу? Они делают это сами!

Растения называют автотрофами, потому что они могут использовать энергию света для синтеза или производства собственного источника пищи.Многие люди считают, что они «кормят» растение, когда кладут его в почву, поливают или помещают на солнце, но все это не считается пищей. Скорее, растения используют солнечный свет, воду и газы из воздуха для производства глюкозы, которая является формой сахара, необходимой растениям для выживания. Этот процесс называется фотосинтезом и осуществляется всеми растениями, водорослями и даже некоторыми микроорганизмами. Для фотосинтеза растениям нужны три вещи: углекислый газ, вода и солнечный свет.

Поглощая воду (h3O) через корни, углекислый газ (CO2) из ​​воздуха и световую энергию Солнца, растения могут осуществлять фотосинтез, чтобы производить глюкозу (сахара) и кислород (O2). КРЕДИТ: mapichai / Shutterstock.com

Как и вы, растениям нужно поглощать газы, чтобы жить. Животные поглощают газы посредством процесса, называемого дыханием. В процессе дыхания животные вдыхают все газы атмосферы, но единственный газ, который задерживается и не выдыхается немедленно, – это кислород. Однако растения поглощают и используют углекислый газ
для фотосинтеза. Углекислый газ проникает через крошечные отверстия в листьях, цветах, ветвях, стеблях и корнях растений.Растения также нуждаются в воде для приготовления пищи. Доступ растений к воде зависит от окружающей среды. Например, у пустынных растений, таких как кактус, меньше доступной воды, чем у кувшинок в пруду, но каждый фотосинтезирующий организм имеет какую-то адаптацию или особую структуру, предназначенную для сбора воды. У большинства растений корни отвечают за поглощение воды.

Последнее требование для фотосинтеза является важным, потому что оно дает энергию для производства сахара.Как растение берет молекулы углекислого газа и воды и образует молекулу пищи? Солнце! Энергия света вызывает химическую реакцию, которая разрушает молекулы углекислого газа и воды и реорганизует их с образованием сахара (глюкозы) и кислорода. После производства сахара митохондрии расщепляют его на энергию, которую можно использовать для роста и восстановления. Образующийся кислород выделяется из тех же крошечных отверстий, через которые поступал углекислый газ. Даже выделяемый кислород служит другой цели.Другие организмы, например животные, используют кислород для выживания.

Если бы мы написали формулу фотосинтеза, она бы выглядела так:

6CO ₂ + 6H ₂ O + Световая энергия → C ₆ H ₁₂ O ₆ (сахар) + 6O ₂

Весь процесс фотосинтеза – это передача энергии от Солнца растению. В каждой созданной молекуле сахара есть немного солнечной энергии, которую растение может использовать или сохранить для дальнейшего использования.

Представьте себе горох. Если это растение гороха образует новые стручки, ему требуется большое количество сахарной энергии, чтобы вырасти. Это похоже на то, как вы едите пищу, чтобы стать выше и сильнее. Но вместо того, чтобы идти в магазин и покупать продукты, горох будет использовать солнечный свет для получения энергии для производства сахара. Когда стручки гороха
полностью вырастут, растение может больше не нуждаться в таком количестве сахара и будет хранить его в своих клетках. Приходит голодный кролик и решает съесть немного растения, которое дает ему энергию, позволяющую ему вернуться в свой дом.Откуда взялась энергия кролика? Рассмотрим процесс фотосинтеза. С помощью углекислого газа и воды стручок гороха использовал энергию солнечного света для создания молекул сахара. Когда кролик ел стручок гороха, он косвенно получал энергию от солнечного света, которая накапливалась в молекулах сахара в растении.

За хлеб благодарить фотосинтез! Зерна пшеницы, как показано на фото, выращивают на огромных полях. Когда их собирают, их измельчают в порошок, который мы можем узнать как муку. Кредит: Елена Швейцер / Shutterstock.com

Люди, другие животные, грибы и некоторые микроорганизмы не могут производить пищу в собственном теле, как автотрофы, но они по-прежнему полагаются на фотосинтез. Путем передачи энергии от Солнца растениям они вырабатывают сахар, который люди потребляют, чтобы управлять нашей повседневной деятельностью. Даже когда мы едим такие вещи, как курица или рыба, мы передаем энергию от Солнца в наши тела, потому что в какой-то момент один организм поглотил фотосинтезирующий организм (например,г., рыба питалась водорослями). Так что в следующий раз, когда вы перекусите, чтобы зарядиться энергией, поблагодарите за это Солнце!

Это отрывок из раздела «Структура и функции » нашей линейки учебных программ «Концепции науки и технологий ^TM (STC)». Посетите нашего издателя, Carolina Biological, чтобы узнать больше.

[БОНУС ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ] Посмотрите «Фотосинтез: ослепленные светом», чтобы изучить неправильные представления учащихся о материи и энергии в фотосинтезе и стратегии для выявления у учащихся идей для их решения или развития.

Рост и развитие растений

Фотосинтез, дыхание и транспирация – три основные функции, которые управляют ростом и развитием растений (рис. 24). Все три необходимы для выживания растения. То, насколько хорошо растение может регулировать эти функции, сильно влияет на его способность конкурировать и воспроизводиться.

Фотосинтез

Одно из основных различий между растениями и животными – это способность растений производить себе пищу.Этот процесс называется фотосинтез , что буквально означает «соединить вместе со светом». Для производства пищи растению требуется энергия солнца, углекислый газ из воздуха и вода из почвы. Во время фотосинтеза он расщепляет углекислый газ на углерод и кислород, добавляет воду и образует углеводы (крахмалы и сахара). Кислород – это побочный продукт.

Формулу фотосинтеза можно записать так:

Углекислый газ + вода + солнечный свет = сахар + кислород или 6 CO ₂ + 6 H ₂ 0 + энергия => C ₆ H ₁₂ 0 ₆ + 6 0 ₂

После производства углеводов растение либо использует их в качестве энергии, либо накапливает их, либо превращает в сложные энергетические соединения, такие как масла и белки.Все эти продукты питания называются фотосинтатами и . Растение использует их, когда свет ограничен, или переносит их к своим корням или развивающимся плодам.

Фотосинтез происходит только в слоях мезофилла и листьев растений и, в некоторых случаях, в клетках мезофилла в стебле. Клетки мезофилла зажаты между верхним и нижним эпидермисом листа и содержат хлоропластов, , где происходит фотосинтез. Хлоропласты невероятно маленькие.Один квадратный миллиметр, размер точки на странице, будет содержать 400 000 хлоропластов.

Хлорофилл , пигмент, делающий листья зелеными, содержится в хлоропластах. Он отвечает за улавливание световой энергии солнца. Часто хлоропласты располагаются перпендикулярно падающим солнечным лучам, чтобы они могли поглощать максимум солнечного света. Если какие-либо ингредиенты для фотосинтеза – свет, вода и углекислый газ – отсутствуют, фотосинтез прекращается. Если какой-либо фактор отсутствует длительное время, растение погибнет.Каждый из этих факторов описан ниже.

Свет

Фотосинтез зависит от наличия света. Как правило, с увеличением интенсивности солнечного света увеличивается и фотосинтез. Однако для каждого вида растений существует максимальный уровень интенсивности света, выше которого фотосинтез не увеличивается. Многие садовые культуры, такие как помидоры, лучше всего реагируют на максимальное количество солнечного света. Производство томатов резко снижается по мере снижения интенсивности света, и только несколько сортов томатов дают плоды при минимальном солнечном свете.

Вода

Вода – одно из сырьевых материалов для фотосинтеза. Он проникает в растение корнями и продвигается вверх через ксилему.

Двуокись углерода

Для фотосинтеза также требуется углекислый газ (CO ₂ ), который поступает в растение через устьица (рис. 25). У большинства растений фотосинтез колеблется в течение дня, когда устьица открываются и закрываются. Обычно они открываются утром, закрываются в полдень, снова открываются во второй половине дня и закрываются вечером.

Углекислый газ содержится в большом количестве в воздухе, поэтому он не является ограничивающим фактором для роста растений. Однако он быстро потребляется во время фотосинтеза и очень медленно пополняется в атмосфере. Плотно закрытые теплицы могут не пропускать достаточное количество наружного воздуха и, следовательно, могут не иметь достаточного количества углекислого газа для роста растений. Генераторы углекислого газа используются для выработки CO ₂ в коммерческих теплицах для выращивания таких культур, как розы, гвоздики и томаты. В небольших домашних теплицах сухой лед является эффективным источником CO ₂ .

Температура

Температура важна, хотя и не является прямым компонентом фотосинтеза. Фотосинтез происходит с максимальной скоростью между 65 ° и 85 ° F и уменьшается при повышении или понижении температуры.

Дыхание

Углеводы, образующиеся во время фотосинтеза, имеют ценность для растений, когда они превращаются в энергию. Эта энергия используется для роста клеток и строительства новых тканей. Химический процесс, с помощью которого сахар и крахмал преобразуются в энергию, называется окислением и похож на сжигание древесины или угля для получения тепла.Контролируемое окисление в живой клетке называется дыханием и выражается следующим уравнением:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂ => 6 CO ₂ + 6 H ₂ O + Energy

Это уравнение по существу противоположно фотосинтезу. Фотосинтез – это строительный процесс, а дыхание – это разрушающий процесс.

Фотосинтез и дыхание.

	Фотосинтез	Дыхание
Продукты питания	производит продукты питания	использует пищу
Энергия	накапливает энергию	выделяет энергию
Вода	использует воду	производит воду
Двуокись углерода	использует диоксид углерода	производит диоксид углерода
Кислород	выделяет кислород	использует кислород
Свет	встречается при солнечном свете	встречается как в темноте, так и на свету

В отличие от фотосинтеза, дыхание не зависит от света, поэтому оно происходит как днем, так и ночью.Дыхание происходит во всех формах жизни и во всех клетках.

Транспирация

Когда замыкающие клетки листа сжимаются, устьица раскрываются, и вода теряется. Этот процесс называется транспирация . В свою очередь, через растение от корней проходит больше воды. Скорость транспирации напрямую зависит от того, открыты или закрыты устьицы. Устьица занимают только 1 процент поверхности листа, но 90 процентов выделяемой воды.

Транспирация – это необходимый процесс, в котором используется около 90 процентов воды, поступающей в корни растений.Остальные 10 процентов используются в химических реакциях и в тканях растений. Транспирация отвечает за несколько вещей:

• Транспортировка минералов из почвы по всему растению.
• Охлаждение растений испарением.
• Перемещение сахаров и растительных химикатов.
• Поддержание тургорного давления.

Количество и скорость потери воды зависит от таких факторов, как температура, влажность, ветер или движение воздуха. Транспирация часто бывает наибольшей в жаркую, сухую (низкая относительная влажность) и ветреную погоду.

Акт балансировки

Чтобы растение могло расти и развиваться должным образом, оно должно уравновешивать фотосинтез, дыхание и транспирацию. Предоставленные самим себе, растения хорошо справляются с этим сложным балансом. Если растение фотосинтезирует с высокой скоростью, но скорость его дыхания недостаточно высока, чтобы расщепить производимые фотосинтаты, фотосинтез либо замедлится, либо остановится. С другой стороны, если дыхание происходит намного быстрее, чем фотосинтез, у растения не будет достаточного количества фотосинтатов для выработки энергии для роста.Следовательно, рост либо замедлится, либо вообще остановится.

Когда устьица открыты, происходит транспирация, иногда с очень высокой скоростью. Кукуруза может пропускать 50 галлонов воды за сезон, но большое дерево может перемещать 100 галлонов воды в день! У растений возникают проблемы, если они теряют слишком много воды, поэтому устьица закрываются в жаркие и засушливые периоды, когда транспирация наиболее высока. Однако CO ₂ , необходимый для фотосинтеза, также попадает в растение через открытые устьица. Таким образом, если устьица остаются закрытыми в течение длительного времени, чтобы остановить потерю воды, недостаточно CO ₂ поступит для фотосинтеза.В результате фотосинтез и дыхание замедлятся, что, в свою очередь, замедлит рост растений.

Многие травы производят большое количество высокоэнергетических масел, которые помогают им выжить в засушливых ландшафтах, где они развивались. Эти масла помогают им пережить длительные периоды закрытия устьиц.

Фотосинтез и пищевые цепи – Фонд дерева Сакраменто

Дом » Учиться » Расскажите детям о нашем городском лесу » Уроки » Ветвь 2: Дубы и дикая природа » Мероприятие 2: Фотосинтез »

Всем живым существам для выживания нужна энергия.Животные должны охотиться или собирать пищу, чтобы получить необходимую им энергию, но растения могут сами готовить себе пищу, используя световую энергию солнца. Этот процесс называется фотосинтез , и он происходит в хлоропластах, крошечных зеленых структурах, встречающихся в зеленых частях растений.

Это сложный процесс, но в основном углекислый газ и вода превращаются в глюкозу (простой сахар) и кислород.

Таким образом, растения создают или производят начало большей части пищевой энергии на Земле.Вот почему заводы называют производителей . Они используют часть пищевой энергии для выполнения своих собственных функций, а остальную энергию хранят в своих листьях, стеблях, корнях и других частях.

Когда животное ест часть растения, оно забирает в свое тело запасенную растением энергию пищи. Существа, питающиеся пищевой энергией, называются потребителями . Животные, которые напрямую поедают растения, называются первичными потребителями . Животные, которые получают свою пищевую энергию, поедая других животных, называются вторичными потребителями , поскольку энергия растений потребляется во второй раз.Отношения между производителями и потребителями могут быть представлены пищевыми цепями и сетями.

В конце концов все живое умирает. Тогда настало время для разложения использовать энергию. Разлагатели ломаются и забирают энергию мертвых тел в свои тела. Они также обогащают почву, что помогает растениям расти и вырабатывать больше пищевой энергии для всех нас.

Вернуться к мероприятию 2: Фотосинтез

Что такое фотосинтез? | Живая наука

Фотосинтез – это процесс, используемый растениями, водорослями и некоторыми бактериями для использования энергии солнечного света и превращения ее в химическую энергию.Здесь мы описываем общие принципы фотосинтеза и подчеркиваем, как ученые изучают этот естественный процесс, чтобы помочь разработать чистое топливо и источники возобновляемой энергии.

Типы фотосинтеза

Существует два типа фотосинтетических процессов: кислородный фотосинтез и аноксигенный фотосинтез. Общие принципы аноксигенного и оксигенного фотосинтеза очень похожи, но оксигенный фотосинтез является наиболее распространенным и наблюдается у растений, водорослей и цианобактерий.

Во время кислородного фотосинтеза световая энергия передает электроны от воды (H ₂ O) к диоксиду углерода (CO ₂ ) для производства углеводов. При таком переносе CO ₂ «восстанавливается» или принимает электроны, а вода «окисляется» или теряет электроны. В конечном итоге кислород вырабатывается вместе с углеводами.

Кислородный фотосинтез действует как противовес дыханию, поглощая углекислый газ, производимый всеми дышащими организмами, и повторно вводя кислород в атмосферу.

С другой стороны, аноксигенный фотосинтез использует доноры электронов, отличные от воды. Этот процесс обычно происходит у бактерий, таких как пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии, которые в основном встречаются в различных водных средах обитания.

«Аноксигенный фотосинтез не производит кислород – отсюда и название», – сказал Дэвид Баум, профессор ботаники Университета Висконсин-Мэдисон. «То, что производится, зависит от донора электронов. Например, многие бактерии используют газообразный сероводород, пахнущий дурно пахнущими яйцами, производя твердую серу в качестве побочного продукта.”

Хотя оба типа фотосинтеза являются сложными и многоступенчатыми, общий процесс можно четко описать в виде химического уравнения.

Кислородный фотосинтез записывается следующим образом:

6CO ₂ + 12H ₂ O + Light Energy → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ + 6H ₂ O

Здесь шесть молекул углекислого газа (CO ₂ ) соединяются с 12 молекулами воды (H ₂ О) с использованием световой энергии.Конечным результатом является образование одной молекулы углевода (C ₆ H ₁₂ O ₆ или глюкозы) вместе с шестью молекулами, каждая из которых состоит из пригодных для дыхания кислорода и воды.

Точно так же различные реакции аноксигенного фотосинтеза могут быть представлены в виде единой обобщенной формулы:

CO ₂ + 2H ₂ A + Light Energy → [CH ₂ O] + 2A + H ₂ O

Буква A в уравнении представляет собой переменную, а H ₂ A представляет потенциального донора электронов.Например, A может представлять серу в сероводороде, являющемся донором электронов (H ₂ S), объяснили Говинджи и Джон Уитмарш, биологи растений из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, в книге «Концепции фотобиологии: фотосинтез и фотоморфогенез. “(Издательство Нароса и Академик Клувер, 1999 г.).

Для фотосинтеза растениям нужна энергия солнечного света. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Фотосинтетический аппарат

Ниже перечислены клеточные компоненты, необходимые для фотосинтеза.

Пигменты

Пигменты – это молекулы, которые придают цвет растениям, водорослям и бактериям, но они также отвечают за эффективное улавливание солнечного света. Пигменты разного цвета поглощают световые волны разной длины. Ниже представлены три основные группы.

• Хлорофиллы: Эти пигменты зеленого цвета способны задерживать синий и красный свет. Хлорофиллы делятся на три подтипа: хлорофилл а, хлорофилл b и хлорофилл с. Согласно Юджину Рабиновичу и Говинджи в их книге «Фотосинтез» (Wiley, 1969), хлорофилл а содержится во всех фотосинтезирующих растениях.Существует также разновидность бактерии, метко названная бактериохлорофиллом, которая поглощает инфракрасный свет. Этот пигмент в основном встречается у пурпурных и зеленых бактерий, которые осуществляют аноксигенный фотосинтез.
• Каротиноиды: Эти красные, оранжевые или желтые пигменты поглощают голубовато-зеленый свет. Примерами каротиноидов являются ксантофилл (желтый) и каротин (оранжевый), благодаря которым морковь приобретает свой цвет.
• Фикобилины: Эти красные или синие пигменты поглощают световые волны с длиной волны, которые не так хорошо поглощаются хлорофиллами и каротиноидами.Они встречаются у цианобактерий и красных водорослей.

Пластиды

Фотосинтезирующие эукариотические организмы содержат в своей цитоплазме органеллы, называемые пластидами. Двухмембранные пластиды в растениях и водорослях называются первичными пластидами, а многопленочные пластиды, обнаруженные в планктоне, называются вторичными пластидами, согласно статье в журнале Nature Education ученых Чеонг Синь Чана и Дебашиш Бхаттачарья, исследователей из Университета Рутгерса. в Нью-Джерси.

Пластиды обычно содержат пигменты или могут накапливать питательные вещества. Бесцветные и непигментированные лейкопласты хранят жиры и крахмал, в то время как хромопласты содержат каротиноиды, а хлоропласты содержат хлорофилл, как объясняется в книге Джеффри Купера «Клетка: молекулярный подход» (Sinauer Associates, 2000).

Фотосинтез происходит в хлоропластах; в частности, в областях граны и стромы. Грана – это самая внутренняя часть органеллы; набор дискообразных мембран, уложенных в столбики, как тарелки.Отдельные диски называются тилакоидами. Именно здесь происходит перенос электронов. Пустые промежутки между столбиками граны составляют строму.

Хлоропласты похожи на митохондрии, энергетические центры клеток, в том, что у них есть собственный геном или совокупность генов, содержащихся в кольцевой ДНК. Эти гены кодируют белки, необходимые для органелл и фотосинтеза. Считается, что, как и митохондрии, хлоропласты произошли от примитивных бактериальных клеток в процессе эндосимбиоза.

«Пластиды произошли от поглощенных фотосинтезирующих бактерий, которые были приобретены одноклеточной эукариотической клеткой более миллиарда лет назад», – сказал Баум Live Science. Баум объяснил, что анализ генов хлоропластов показывает, что когда-то он был членом группы цианобактерий, «той группы бактерий, которая может осуществлять оксигенный фотосинтез».

В своей статье 2010 года Чан и Бхаттачарья подчеркивают, что образование вторичных пластид не может быть хорошо объяснено эндосимбиозом цианобактерий, и что происхождение этого класса пластид все еще остается предметом споров.

Антенны

Молекулы пигмента связаны с белками, что позволяет им гибко двигаться навстречу свету и друг к другу. Согласно статье Вима Вермааса, профессора Университета штата Аризона, большая коллекция из 100-5000 молекул пигмента составляет «антенны». Эти структуры эффективно улавливают световую энергию солнца в виде фотонов.

В конечном итоге, световая энергия должна передаваться пигментно-белковому комплексу, который может преобразовывать ее в химическую энергию в форме электронов.У растений, например, световая энергия передается пигментам хлорофилла. Преобразование в химическую энергию осуществляется, когда пигмент хлорофилла изгоняет электрон, который затем может перейти к соответствующему получателю.

Реакционные центры

Пигменты и белки, которые преобразуют световую энергию в химическую энергию и запускают процесс переноса электронов, известны как реакционные центры.

Процесс фотосинтеза

Реакции фотосинтеза растений делятся на те, которые требуют наличия солнечного света, и те, которые не требуют.В хлоропластах протекают оба типа реакций: светозависимые реакции в тилакоиде и светонезависимые реакции в строме.

Светозависимые реакции (также называемые световыми реакциями): когда фотон света попадает в реакционный центр, молекула пигмента, такая как хлорофилл, высвобождает электрон.

«Уловка для выполнения полезной работы состоит в том, чтобы не дать электрону вернуться в свой первоначальный дом», – сказал Баум Live Science. «Этого нелегко избежать, потому что теперь в хлорофилле есть« электронная дыра », которая стремится притягивать соседние электроны.”

Освободившемуся электрону удается уйти, путешествуя по цепи переноса электронов, которая генерирует энергию, необходимую для производства АТФ (аденозинтрифосфата, источника химической энергии для клеток) и НАДФН.« Электронная дыра »в исходном пигменте хлорофилла заполняется за счет получения электрона из воды. В результате в атмосферу выделяется кислород.

Светонезависимые реакции (также называемые реакциями темноты и известные как цикл Кальвина): световые реакции производят АТФ и НАДФН, которые являются богатые источники энергии, которые вызывают темные реакции.Цикл Кальвина составляют три стадии химической реакции: фиксация углерода, восстановление и регенерация. В этих реакциях используются вода и катализаторы. Атомы углерода из диоксида углерода «фиксируются», когда они встроены в органические молекулы, которые в конечном итоге образуют трехуглеродные сахара. Затем эти сахара используются для производства глюкозы или используются повторно, чтобы снова запустить цикл Кальвина.

На этом спутниковом снимке, сделанном в июне 2010 года, видны пруды, в которых растут водоросли в южной Калифорнии. (Изображение предоставлено: PNNL, спутник QuickBird)

Фотосинтез в будущем

Фотосинтезирующие организмы – это возможное средство для производства экологически чистого топлива, такого как водород или даже метан.Недавно исследовательская группа из Университета Турку в Финляндии изучила способность зеленых водорослей производить водород. Зеленые водоросли могут производить водород в течение нескольких секунд, если они сначала подвергаются воздействию темных анаэробных (бескислородных) условий, а затем подвергаются воздействию света. Команда разработала способ продлить производство водорода зелеными водорослями до трех дней, как сообщается в их публикации. Исследование 2018 года опубликовано в журнале Energy & Environmental Science.

Ученые также добились успехов в области искусственного фотосинтеза.Например, группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли разработала искусственную систему для улавливания углекислого газа с использованием нанопроволоки или проводов диаметром в несколько миллиардных долей метра. Проволока попадает в систему микробов, которые превращают углекислый газ в топливо или полимеры, используя энергию солнечного света. Команда опубликовала свой дизайн в 2015 году в журнале Nano Letters.

В 2016 году члены той же группы опубликовали исследование в журнале Science, в котором описана еще одна искусственная фотосинтетическая система, в которой специально сконструированные бактерии использовались для создания жидкого топлива с использованием солнечного света, воды и углекислого газа.В общем, растения могут использовать только около одного процента солнечной энергии и использовать ее для производства органических соединений во время фотосинтеза. Напротив, искусственная система исследователей смогла использовать 10 процентов солнечной энергии для производства органических соединений.

Продолжение исследований природных процессов, таких как фотосинтез, помогает ученым в разработке новых способов использования различных источников возобновляемой энергии. Учитывая, что солнечный свет, растения и бактерии распространены повсеместно, использование силы фотосинтеза является логическим шагом для создания экологически чистого и углеродно-нейтрального топлива.

Дополнительные ресурсы:

Хлоропласт

---

2

Новый биохимический путь, который может привести к появлению более устойчивых сортов сельскохозяйственных культур

21 февраля 2019 г. – Исследователи обнаружили новый биохимический путь в растениях, который они назвали …

---

Наследственность имеет значение: предковые функции протеазы как двигатель импорта белка в хлоропластах

Октябрь22, 2018 – Исследователи определили большой новый белковый комплекс во внутренней мембране хлоропласта, который функционирует как двигатель для импорта белков в хлоропласт. Компоненты комплекса развивались из …

---

Растения используют единый канал связи при разработке новых хлоропластов

15 ноября 2019 г. – Когда у растения начинают расти первые листья, оно вступает в гонку за выживание, чтобы создать свои хлоропласты. Исследования показывают, что существует цепочка связи между развивающимся хлоропластом и клеткой…

---

Потепление: растения тоже страдают от стресса

19 апреля 2019 г. – Как будет выглядеть мир, который станет на три градуса теплее? При стрессе или повреждении из-за различных источников растения используют связь хлоропластов с ядрами, чтобы регулировать экспрессию генов и помогать им …

---

Как хлоропласты поддерживают энергоэффективность

25 октября 2018 г. – Вся жизнь на Земле в конечном итоге зависит от энергии солнца, и фотосинтез является жизненно важным звеном.Фотосинтез производит аденозинтрифосфат (АТФ), который является универсальным молекулярным топливом в …

---

Расшифрованный геном фотосинтетических животных

15 июля 2021 г. – Некоторые морские слизни поглощают хлоропласты водорослей в свои клетки. Эти хлоропласты сохраняют свою способность выполнять фотосинтетическую активность в клетках животных в течение нескольких …

---

Ученые делают шаг к улучшению фотосинтеза сельскохозяйственных культур, урожайность

Авг.13 января 2021 г. – Новое исследование описывает значительный шаг в направлении улучшения фотосинтеза и повышения урожайности за счет внесения в урожай элементов цианобактерий …

---

Смерть клетки проливает свет на истоки сложной жизни

27 января 2021 г. – Органеллы продолжают процветать после того, как клетки, в которых они существуют, умирают, как выяснили ученые, опровергнув предыдущие предположения о том, что органеллы распадаются слишком быстро, чтобы быть …

---

Исследователи обнаружили молекулярные структуры, участвующие в дыхании растений

Авг.25 февраля 2020 г. – Новое исследование впервые на атомном уровне представляет трехмерную структуру крупнейшего белкового комплекса (комплекса I), участвующего в митохондриальной цепи транспорта электронов растений.