§ 41. Почему происходит процесс фотосинтеза?

Естествознание, 5 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Глава 4: Процессы в живой и неживой природе. Страницы 49–53.

Чему научишься

• Называть четыре условия, без которых фотосинтез не идёт.
• Проверять опытом, нужен ли растению свет, вода, хлорофилл.
• Находить крахмал в листе с помощью йода.
• Объяснять, почему фотосинтез идёт даже в красных и бордовых листьях.

Разминка

Вспомни прошлые уроки. Ответь в уме, потом открой ответ.

• Что такое фотосинтез? Это процесс, в котором зелёное растение на свету делает из воды и углекислого газа питательные вещества и выделяет кислород.
• Какой пигмент делает лист зелёным? Хлорофилл.
• Какой газ растение поглощает, а какой выделяет на свету? Поглощает углекислый газ, выделяет кислород.
• Кому нужен фотосинтез, кроме самого растения? Всем: животные и люди получают от растений пищу и кислород для дыхания.

Разбираемся

Неужели растения едят воздух?

Великий учёный Михаил Ломоносов ещё в XVIII веке заметил странную вещь. На голом песке растёт смолистая сосна. Откуда она берёт столько вещества? Ломоносов решил, что листья «впитывают пищу» из воздуха.

💡 Прав ли Ломоносов? Во многом да! Главный «строительный материал» для растения — углекислый газ из воздуха. Из него и из воды на свету лист делает сахар. Но одним воздухом растение не обойдётся: нужны ещё вода, свет и хлорофилл.

Четыре условия фотосинтеза

Фотосинтез — как приготовление обеда. Нужны продукты, плита и повар. Убери хоть что-то — обеда не будет.

1. Солнечный свет — это «плита», он даёт энергию.
2. Углекислый газ ($CO_2$) — первый «продукт», лист берёт его из воздуха.
3. Вода ($H_2O$) — второй «продукт», корни берут её из почвы вместе с минеральными веществами.
4. Хлорофилл — «повар», зелёный пигмент в листьях, который ловит свет.

На рисунке к теме солнце шлёт жёлтые стрелки света к листу. Серые стрелки — углекислый газ, синие снизу — вода с минеральными веществами. Внутри листа хлорофилл. Результат: от листа вверх уходят стрелки кислорода, а по растению идут питательные соки.

$\text{углекислый газ} + \text{вода} \xrightarrow{\text{свет, хлорофилл}} \text{сахар (крахмал)} + \text{кислород}$

📌 Условия фотосинтеза природа создаёт сама: свет приходит от Солнца, углекислый газ — из атмосферы, вода — из почвы. А хлорофилл растение делает своими силами.

Что будет, если убрать одно условие? Фотосинтез остановится. Без света хлорофиллу нечего ловить. Без воды и углекислого газа не из чего делать сахар. Без хлорофилла свет не поймать. Это и проверяют опыты ниже.

История с бутылкой

🌟 Англичанин Дэвид Латимер, садовод-любитель, в 1960 году посадил традесканцию в большую стеклянную бутыль на 40 литров и плотно закупорил её. Последний раз он полил растение в 1972 году. С тех пор растение живёт само: на свету делает кислород, при дыхании отдаёт углекислый газ, вода испаряется и снова стекает по стенкам, а опавшие листья перегнивают и кормят его. Получился маленький замкнутый мир.

Бутылка доказывает: если все четыре условия есть, растение может жить почти без помощи человека.

Как найти крахмал: йод-«сыщик»

Есть вещества-индикаторы. По изменению их цвета узнают, есть ли рядом другое вещество. Йод — индикатор на крахмал. Капни раствор йода на разрез картофеля: коричневая капля станет тёмно-синей, почти фиолетовой. Значит, в картошке есть крахмал.

А крахмал в листе — это след фотосинтеза: сахар, сделанный на свету, растение запасает в виде крахмала. Найдём крахмал — докажем, что фотосинтез шёл.

🧪 Опыт 1. Йод на зелёном листе. Капни каплю йода на лист герани. Цвет почти не изменится — под каплей останется бурое пятно на зелёном фоне. Почему? Яркий зелёный хлорофилл мешает увидеть синюю окраску.

🧪 Опыт 2. Обесцветим лист. Понадобятся: лист герани со светлого окна, кипяток, пробирка со спиртом на горячей водяной бане, чашка Петри, слабый раствор йода.

Вывод. В листе, который стоял на свету, образуется крахмал. Хлорофилл просто скрывал окраску йода.

🧪 Опыт 3. Растение из тёмного шкафа. Берём герань, которая простояла 3 дня в закрытом шкафу. Делаем с листом всё то же самое: кипяток, горячий спирт, промывка, йод. Результат: лист обесцвечивается, но от йода почти не синеет — остаётся желтовато-бурым. Вывод: без света крахмал в листе не образуется, а старый растение за три дня израсходовало. Свет — обязательное условие фотосинтеза.

🧪 Опыт 4. Перестанем поливать. Если растение долго не поливать, листья вянут, бледнеют, желтеют и засыхают. Без воды нет «сырья» для фотосинтеза, растение не может делать питательные вещества и даже поддерживать хлорофилл. Вывод: вода — тоже обязательное условие.

⚠️ Горячий спирт — только у учителя! Спирт легко загорается, поэтому его греют не на огне, а в горячей воде. Кипяток и пробирки бери держателем. Йод пачкает кожу и одежду, работай в перчатках или аккуратно пипеткой.

👨‍👩‍👧 Родителю. Дома безопасно повторить только часть опытов: капнуть йодом на разрез картофеля, на кусочек батона, на варёный рис (всё посинеет) и на кусочек огурца (почти не посинеет). Обесцвечивать лист спиртом дома не нужно — это опыт для кабинета биологии.

А если лист не зелёный?

У бегонии, красной капусты, декоративного клёна листья красные или бордовые. Есть ли там хлорофилл? Есть! Его просто закрывает красный пигмент. Если опустить лист бегонии в кипящую воду, красный пигмент перейдёт в воду, а лист станет зелёным. Это мы разберём в № 1.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Сколько главных условий у фотосинтеза? Четыре: свет, углекислый газ, вода, хлорофилл.
• Откуда растение берёт углекислый газ? А воду? Углекислый газ — из воздуха через листья. Воду — из почвы через корни.
• Что такое вещество-индикатор? Вещество, которое меняет цвет при встрече с определённым другим веществом. Йод синеет от крахмала.
• Почему капля йода на живом зелёном листе почти не меняет цвет? Синюю окраску закрывает зелёный хлорофилл.

Решаем упражнения

№ 1

Опусти лист бегонии в кипящую воду. Через 5–7 минут рассмотри его и зарисуй. Почему лист зеленеет, а вода окрашивается? Сделай вывод.

Как думать. У бегонии в листе два пигмента: зелёный хлорофилл и красный. Красный растворяется в горячей воде, хлорофилл в воде не растворяется.

Решение.

1. Красный пигмент выходит из листа в воду — вода розовеет.
2. Хлорофилл остаётся в листе — теперь его видно, лист становится зелёным.
3. На рисунке: стакан с розоватой водой и зелёный лист в нём.

Ответ: в бордовом листе бегонии тоже есть хлорофилл, его закрывал красный пигмент. Значит, такой лист тоже способен к фотосинтезу.

№ 2

Назови условия, при которых протекает фотосинтез.

Ответ: солнечный свет, углекислый газ, вода и хлорофилл в листьях.

№ 3

Идёт ли фотосинтез у растений, у которых листья не зелёные?

Как думать. Вспомни опыт с бегонией из № 1.

Пример ответа.

• Да, идёт.
• В красных, бордовых, пёстрых листьях тоже есть хлорофилл, его маскируют другие пигменты.
• Если хлорофилла в части листа совсем нет (белые полоски у пёстрых растений), то в этой части фотосинтеза нет.

Ответ: идёт, потому что хлорофилл в таких листьях есть, просто его не видно.

№ 4

Какие опыты доказывают, что условия фотосинтеза необходимы?

Пример ответа.

1. Свет: растение из тёмного шкафа — в листе нет крахмала (йод не синеет); растение со света — крахмал есть.
2. Хлорофилл: у пёстрого листа йодом синеют только зелёные участки. Бегония в кипятке показывает, что хлорофилл есть и в красном листе.
3. Вода: без полива листья вянут, желтеют и засыхают.
4. Углекислый газ: растение под стеклянным колпаком вместе с веществом, которое поглощает углекислый газ, не образует крахмала.

Ответ: опыты с темнотой, с обесцвечиванием листа и йодом, с прекращением полива, с колпаком без углекислого газа.

№ 5

Прочитай стихотворение Г. Локшина про воду, $CO_2$, сахар и хлорофилл и выпиши из него условия фотосинтеза.

Как думать. Ищи в строчках, что поднимается по стеблю, с чем соединяется, где это происходит и кто помогает.

Решение. Вода идёт по стеблю к листу → соединяется с $CO_2$ → сахар получается «на свету» → всё это делает «добрый хлорофилл». Сахар — уже результат, а не условие.

Ответ: вода, углекислый газ, свет, хлорофилл.

№ 6

Сопоставь рисунок опыта (1–4) с тем, что он доказывает (А–Г). Рисунки: 1 — растение под стеклянным колпаком на свету, рядом стаканчик с жидкостью; 2 — два растения под колпаками, к каждому подносят тлеющую лучинку; 3 — растение на солнце, его лист в чашках Петри, лист посинел; 4 — под одним колпаком мышь лежит без движения, под другим мышь рядом с растением жива. Утверждения: А — зелёные растения выделяют кислород на свету; Б — для фотосинтеза нужен углекислый газ; В — на свету в листьях образуется крахмал; Г — растения выделяют кислород, нужный для дыхания живых организмов.

Как думать. Синий лист — значит, речь про крахмал. Мышь — про дыхание. Лучинка горит ярче в кислороде. Остаётся колпак со стаканчиком: в стаканчике вещество, которое поглощает углекислый газ.

Решение. 1 — Б; 2 — А; 3 — В; 4 — Г.

Ответ: 1Б, 2А, 3В, 4Г.

№ 7

(задание без номера в учебнике: «Ответь как специалист по фотосинтезу») Почему в школах важно озеленять кабинеты?

Пример ответа.

• Растения на свету выделяют кислород и поглощают углекислый газ, которого в классе за урок становится много.
• Листья задерживают пыль и увлажняют воздух.
• Зелень успокаивает и меньше утомляет глаза.
• На живых растениях можно ставить опыты и наблюдать прямо на уроке.

Ответ: растения освежают воздух в классе, делают его чище и влажнее, помогают учиться.

№ 8

(задание без номера в учебнике: творческий проект) Подбери растения для учебного кабинета, определи, зачем каждое нужно. Нарисуй план расстановки и количество цветов, укажи условия выращивания.

Как думать. Сначала реши, чего больше всего не хватает классу: кислорода, влажности, красоты. Затем проверь, есть ли для растения нужный свет: какие окна, юг или север.

План.

1. Выпиши 4–5 неприхотливых растений: хлорофитум, сансевиерия, спатифиллум, традесканция, герань.
2. Для каждого — цель (очищает воздух, увлажняет, цветёт) и условия (свет, полив, температура).
3. Нарисуй план класса сверху: окна, парты, доска. Отметь горшки значками.
4. Посчитай: например, по одному горшку на каждый подоконник и 2–3 в углах.

Образец. В нашем классе три окна на юг. На подоконники поставим три герани: они любят солнце и сухой воздух. В углу у доски — большой спатифиллум, он терпит тень и увлажняет воздух. На шкаф — два хлорофитума: их длинные листья красиво свисают, и они хорошо очищают воздух. Поливать будем дежурные по графику, один-два раза в неделю. Всего 6 растений.

Ответ: проект у каждого свой; важно указать цель каждого растения и условия: свет, вода, тепло.

№ 9

(задание без номера в учебнике: эссе «Значение фотосинтеза в природе и жизни человека»)

План.

1. Что такое фотосинтез — в одном предложении.
2. Значение для природы: кислород, пища для всех, круговорот углекислого газа.
3. Значение для человека: еда, древесина, ткани, лекарства, уголь и нефть из древних растений.
4. Вывод: почему нужно беречь леса и зелёные растения.

Образец. Фотосинтез — это процесс, в котором зелёные растения на свету превращают воду и углекислый газ в сахар и кислород. Без него на Земле не было бы жизни. Каждый вдох, который мы делаем, — это кислород, выделенный растениями. Всё, что мы едим, — хлеб, рис, яблоки, даже мясо — начинается с фотосинтеза: животные питаются растениями. Растения поглощают углекислый газ и не дают ему накапливаться в воздухе. Из древних растений образовался каменный уголь, а из деревьев мы делаем дома и бумагу. Поэтому вырубать леса без меры опасно, а посадить дерево у своего дома — это вклад в жизнь планеты.

Ответ: эссе у каждого своё.

Шпаргалка

• Фотосинтезу нужны свет, углекислый газ, вода и хлорофилл. Нет одного — нет фотосинтеза.
• Крахмал в листе находят йодом, но сначала убирают хлорофилл горячим спиртом.
• В темноте крахмал в листьях не образуется.
• В красных листьях хлорофилл тоже есть, просто его не видно.

Мини-тест