Строение листа. Фотосинтез

Листья - это плоские, зеленые структуры, которые растут из стеблей растений. Хотя они бывают разных форм и размеров, почти все они улавливают солнечный свет и производят пищу для растений.На рисунке показано строение типичного листа.

Около 275 000 видов растений можно отличить друг от друга только по их листьям. Разнообразие форм и размеров листьев почти бесконечно. Они могут быть гладкими или волосатыми, скользкими или липкими, съедобными или ядовитыми. Они также могут быть почти любого цвета радуги и изысканной красоты, особенно если рассматривать их в микроскоп.Все листья можно разделить на простые и сложные. Простые – это листья с одним черешком и одной листовой пластинкой. Сложные листья состоят из нескольких листочков.

Строение и расположение слоёв мезофилла у различных видов растений неодинаково. Но в целом, все листья имеют схожее строение.Столбчатый мезофилл расположен под верхним слоем эпидермиса и состоит из плотно прижатых друг к другу клеток. Столбчатый мезофилл содержит большое количество хлорофилла и является основной фотосинтезирующей тканью листа.Губчатый мезофилл залегает ниже столбчатого и состоит из рыхло расположенных фотосинтезирующих клеток с большими межклеточными пространствами, которые способствуют свободному газообмену с внешней средой.Для максимального быстрого получения и передачи веществ клетки мезофилла всегда расположены вблизи жилок - проводящих сосудов. Продукты фотосинтеза покидают лист через флоэму, а минеральные вещества доставляются к листу по ксилеме.

Эпидермис состоит из плотного слоя клеток, покрывающих верхнюю и нижнюю поверхности листа. У большинства растений эпидермальные клетки полупрозрачные, так как в них отсутствуют хлоропласты. Благодаря этому солнечный свет легче достигает фотосинтетическую ткань мезофилла.Клетки эпидермиса выделяют восковой слой – кутикулу. Кутикула препятствует испарению воды из листа. Растения, растущие в жарком климате, имеют толстый слой кутикулы, ещё сильнее уменьшающий испарение воды.В эпидермисе листьев также встречаются «булавовидные клетки» (от латинского bulla – пузырь). При набухании булавовидные клетки расширяются, разворачивая лист. Когда вода из булавовидных клеток выходит, они уменьшаются, а лист складывается обратно.

Как растение отпугивает травоядных животных, защищается от экстремальных погодных условий и справляется с растениями – конкурентами? При помощи трихом.Трихомы – это мельчайшие выросты эпидермиса различного строения и назначения. Трихомы одних растений мешают насекомым по ним ползать,  трихомы других выделяют ядовитые токсины. В тропических дождевых лесах растения используют трихомы для поглощения воды и минералов.

Устьица – это крошечные поры на поверхности листа, состоящие из двух замыкающих клеток.Устьица участвуют в двух важных процессах: транспирации и газообмене. Когда устьица открыты, водяной пар и кислород выходят из листа, а углекислый газ перемещается внутрь. Когда устьице закрывается – газообмен прекращается.

Днём устьица обычно открыты – через них свободно проходят газы и вода. Непрерывно испаряющаяся через устьица вода создаёт подсасывающую силу. Благодаря этому вода поднимается от корней вверх к листьям – процесс транспирации. Через открытые устьица лист поглощает необходимый для фотосинтеза углекислый газ.Открытие и закрытие устьиц контролируется изменением формы двух замыкающих клеток, окружающих каждую пору. Когда вода попадает в замыкающие клетки они становятся набухшими и изгибаются, образуя поры. Когда вода покидает замыкающие клетки, они становятся вялыми и сжимаются друг против друга, закрывая поры.

На открытие и закрытие устьиц влияет множество факторов: время суток, концентрация СО₂ в атмосфере, влажность почвы и температура.Для фотосинтеза требуется много CO₂ – поэтому днём устьица отрыты. Ночью растению CO₂ не требуется – устьица закрываются. Однако при низкой концентрации CO₂ в листе, устьица остаются открытыми даже ночью.Без воды устьица растений останутся закрытыми, а значит растение не получит CO₂. Растения, растущие в пустынях, научились справляться с этой проблемой. Они хранят воду в мясистых стеблях и используют влагу в течение длительных засушливых периодов.Испарение воды с листьев в ходе транспирации также остужает растение в жару. Процесс транспирации снижает температуру листа на 10 °C по сравнению с окружающим воздухом.

Введите текст

Когда вы в следующий раз закажите пиццу, задумайтесь, из чего она была приготовлена. Корка пиццы получена из семян пшеницы, которые образовались в результате фотосинтеза. Фрукты или овощи, включая помидоры, зеленый перец, лук и специи, также были произведены благодаря фотосинтезу. Сыр, колбаса и бекон в пицце появились в результате того, что животные поедали растения, полученные в результате фотосинтеза. Даже сама коробка для пиццы была сделана в ходе фотосинтеза.Пример с пиццей показывает всю важность фотосинтеза для человека и всей живой природы. Фотосинтез создаёт основную массу растения, которую употребляют в пищу животные. Более того, в ходе фотосинтеза выделяется кислород – необходимый компонент для существования жизни на Земле.

Как и все живые существа, растения состоят из органических молекул: белков, жиров и углеводов. Главный компонент этих молекул – углерод. Так, при сжигании древесины образуется уголь – чистый углерод. Для постройки сложных веществ, растение поглощает углерод из воздуха в виде углекислого газа. Ещё одну необычную особенность растений открыли в конце 18 века. Помещённые в колбу с водой растения при зажжённой свече начинали выделять пузырьки кислорода. Важность кислорода для животных установили при помощи опыта с мышью. Помещённая в герметичную колбу мышь быстро погибала. Но если в колбу вместе с мышью посадить также растение, то животное выживет.Поглощение растениями углерода из воздуха и выделение кислорода – два взаимосвязанных процесса, которые происходят в ходе фотосинтеза.

Что же такое фотосинтез?Поглощая солнечный свет, растение «собирает» из углекислого газа глюкозу – главный компонент живых клеток. Из глюкозы растение собирает другие углеводы, использует её в качестве источника энергии. Углеводы необходимы для роста и развития растения.Кислород – побочный продукт фотосинтеза. Его растение «выдыхает» наружу.

Давайте погрузимся внутрь листа растения и посмотрим где происходит фотосинтез.СО₂ поступает в устьица и достигает клеток мезофилла. Вода, поглощенная корнями, по жилкам доставляется к листьям. Объединение H₂O и СO₂ происходит в хлоропластах. Обычная клетка листа содержит от 30 до 40 хлоропластов.Внутри хлоропласт заполнен густой жидкостью – стромой. В строме находятся связанные друг с другом мешочки – тилакоиды. В тилакоидах находится особое «зеленое» вещество растений – хлорофилл. Именно молекула хлорофилла улавливает солнечный свет и преобразует его в глюкозу.

Ранее мы описали процесс фотосинтеза простой формулой: : 6СО₂ + 6Н₂О + Свет = Глюкоза + 6О₂Давайте теперь проследим как происходят все эти преобразования в хлоропластах. Фотосинтез делится на две стадии: световую и темновую.Световая фаза происходит в гранах. Под действием света разрушается молекула воды. Кислород из воды выйдет из растения в виде О₂, а водород понадобится для постройки глюкозы. В световую фазу также запасается энергия в виде молекулы АТФ (эту молекулу можно сравнить с батарейкой).Темновая фаза происходит в строме. Поглощённый через устьица CO₂ соединяется с водородом. Для этого СО₂ проходит через цикл сложных реакций, называемых циклом Кальвина. При этом расходуется запасённая ранее энергия. Для темновой фазы не требуется свет, однако она происходит как днём так и ночью.