Учитель физики
Шехова Х.С.
Учитель биологии
Баслинеева Т.Б.
Физик: Тема нашего урока «Роль света в жизни растений».
Юлиус Роберт Майер (немецкий врач, открывший закон сохранения энергии) писал: «Свет – это вечно натянутая пружина, приводящая в действие механизм земной жизни».
Биолог: В лесу по-весеннему пахнет землёй, на берёзках появились первые листики, и началась работа земных тружеников. Ни на секунду в них не прекращается процесс, благодаря которому всё живое получает кислород для дыхания пищу. Его название – фотосинтез. Начинается этот процесс с поглощения молекулой хлорофилла кванта света, а оканчивается синтезом углеводов из углекислого газа и воды:
E (hν)
6
СО2 + 12 H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Физик: Это уравнение только схематическое отражение сути процесса. А как он происходит? Вопрос этот решается вот уже почти 200 лет и всё ещё исчерпывающий ответ на него не получен. Например, как энергия кванта света преобразуется в химическую?
Чтобы ответить на этот вопрос , необходимы знания физики, химии, биологии и не просто знания, а синтез этих знаний.
Биолог: Возьмём берёзовый листок, присмотримся к нему. Он плоский и широкий – ему необходима максимальная поверхность, как для восприятия солнечных лучей, так и для газообмена с воздухом. Внешние клетки верхней и нижней поверхности листа образуют защитный слой - эпидермис или кожицу. Его клетки тонкие, прочные, с плотными стенками – они хорошо защищают внутреннюю мякоть листа и предохраняют её от потери воды.
Фотосинтез происходит в земных пластитах – хлоропластах, специализированных участках цитоплазмы. В зависимости от освещённости листа хлоропласты меняют своё расположение, что защищает их от перегрева.
(просмотр)
Лист имеет земную окраску благодаря присутствию в его клетках хлорофилла. Молекулы хлорофилла и «ответственны» за уникальный процесс превращения энергии света в энергию органических веществ. Он начинается с поглощения кванта света молекулой хлорофилла.
Физик: Итак, солнечный свет падает на земной лист. Что же дальше? Часть упавших фотонов поглощается молекулами хлорофилла. При этом один из электронов каждой молекулы перейдёт с более низкого уровня на более высокий. Но не надолго. Часть возбуждённых электронов возвращается на прежний уровень, излучив при этом энергию, часть переходит к иону магния, расположенному в центре молекулы хлорофилла: поглощение кванта света приводит к процессу обмена электронами – химическим реакциям фотосинтеза.
Весь световой день молекулы хлорофилла «занимаются» тем, что получив энергию фотона, превращают её в потенциальную энергию электрона. Их действие можно сравнить с действием механизма, поднимающего мячик на некоторую ступеньку лестницы. Скатываясь по её ступенькам,
мячик теряет свою энергию, но она не исчезает, а превращается … во внутреннюю энергию образующихся в процессе фотосинтеза веществ: ведь мы под «мячиком» подразумеваем электрон. Это, конечно, грубая аналогия, но она нам поможет понять, почему молекулы хлорофилла «трудятся» только на протяжении светового дня, только когда на них попадает видимый свет. Ночью они «отдыхают», несмотря на то, что недостатка в электромагнитных излучениях нет: инфракрасные лучи излучает земля, растения, дома и т.д. Но их энергии недостаточно для перевода электрона молекулы хлорофилла в возбуждённое состояние. Сколько бы энергии не поглощали инфракрасные лучи листья, они от них только нагреваются. Реакция фотосинтеза вызывается только видимым светом.
Биолог: В процессе эволюции растения приспособились аккумулировать энергию самого мощного источника на Земле – Солнца. Когда в условиях полярного дня пробовали выращивать растения, они плохо развивались и плодоносили. По-видимому, это у растений наследственное – ночью выполнять одну работу, днём – другую: фотосинтез состоит из световых и «темновых» реакций. Такое разделение на дневную и ночную «смену» возможно благодаря квантовым свойствам света. Если бы происходило непрерывное поглощение света объектами микромира, то растения были бы совсем другими.
Физик: Но оказывается, свет влияет не только на земные клетки растений, но и на окраску цветков. Как красивы лепестки нежно фиолетового венчика сон травы! И весь он как чудесная чашечка, в которую льются лучи неяркого весеннего солнца. Зачем цветку красота? Постараемся это понять. Форма цветка понятна сразу: он как вогнутое зеркало, фокусирует отражённые от лепестков пучки света в центральной части цветка – там происходит оплодотворение. Даже если температура воздуха около 00С, внутри цветка сравнительно тепло (около 80С).
Почему цветок сон-трава, как и цветки других ранневесенних растений имеют окраску фиолетовых, лиловых тонов?
Биолог: Биологам известно, что окраска цветков обусловлена наличием в них фиолетовых соединений – флавоноидов, а сине-фиолетовой и красно-малиновой окраской растения обязаны группе флавоноидов под названием антоцианы (от греческого «антос»- цветок, «кланос» - синий). Многие учёные сходятся во мнении , что наличие антоцианов предохраняет растение от действия пониженных температур. Сине – фиолетовая окраска позволяет им поглощать больше энергии солнечного света.
Физик: Но вот отцветут ранние фиолетовые и сине-малиновые цветы, пригреет майское солнце, появятся жёлтые лютики на склонах и золотом покроются берега самых незначительных озёр и болот – зацветёт калужница. Присмотритесь к этому цветку. (Демонстрация плаката). Живёт он у воды, где мало тени, да и её вообще мало в это время – ведь листва деревьев ещё редкая. Светит на цветки горячее майское солнце, да греют отраженные от воды лучи. Если не отразить те из них на которые в спектре Солнца приходится максимальная энергия – жёлтые лучи – «живьём сваришься». Вот почему калужница такого золотого цвета. Красота цветка связана с его жизнестойкостью.
Биолог: «В каждом растении ты видишь
влияние вечных законов,
Громче и громче с тобой
Каждый цветок говорит».
В.Гейне.
Физик. Итак, ребята лекция закончена. Надеемся, что сегодняшняя лекция послужит неким отправным пунктом, для дальнейших ваших размышлений и работ. На дом Вам задаётся подготовить сообщения на тему «Роль света в жизни растений и живых организмов».
