Solun toiminta II Solun toiminta BI 2 II

Solun toiminta II Solun toiminta BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

7. Fotosynteesi 1. Avainsanat 2. Fotosynteesi eli yhteyttäminen 3. Viherhiukkaset ovat aurinkovoimalla toimivia sokeri- ja happitehtaita 4. Fotosynteesin reaktiot 5. Mitä kasvit tekevät syntyneelle sokerille? 6. Fotosynteesin tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä 7. Yhteyttämisen merkitys biosfäärille 8. Tehtävät 9. Kuvat BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Avainsanat: • • • Auringon säteilyenergia Kemiallinen energia Fotosynteesi Kloroplasti Klorofylli Karotenoidit Valoreaktio Hiilen yhteyttämis- eli pimeäreaktio Fotosynteesiin vaikuttavat tekijät Kemosynteesi Mäntykukka on lehtivihreätön ja lehdetön loiskasvi, joka imee ravintonsa elävän männyn juuristosta. Laji on yleisimmillään kuivahkoilla kankailla. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Fotosynteesi eli yhteyttäminen • • – – – Tapahtumapaikkana kasvisolujen viherhiukkaset Reaktion kaava: 6 CO 2 + 6 H 2 O + valoenergia → C 6 H 12 O 6 + 602 hiilidioksidi + vesi + valoenergia → sokeri + happi Syntyneestä glukoosista valmistetaan hiilihydraatteja, rasvoja ja proteiineja Fotosyntetisoivat eliöt: Vihreät !! kasvit levät osa bakteereista ja alkueliöistä: mm. jotkin siimaeliöt Mäntykukka on lehtivihreätön ja lehdetön loiskasvi, joka imee ravintonsa elävän männyn juuristosta. Laji on yleisimmillään kuivahkoilla kankailla. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Viherhiukkanen eli kloroplasti • • • Kaksoiskalvon muodostama soluelin Sisällä litteitä kalvopusseja ja niiden välitilaa Eniten (lehtien yläpinnalla) perussolukossa Elävät soluissa itsenäisinä yksiköinä: – lisääntyvät itsenäisesti – sisältävät omia geenejä – voivat vaihtaa paikkaa solujen sisällä – alunperin kehittyneet syanobakteereista Sisältää lehtivihreää eli klorofyllia ja karotenoideja Absorpoivat eri aallonpituuksia BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Fotosynteesin reaktiot 1. Valoreaktio – Tapahtumapaikka: viherhiukkasten yhteyttämiskalvosto – Syntyy vetyä ja happea – Energia sitoutuu ATP: hen 2. Hiilen yhteyttämisreaktio: pimeäreaktio – Tapahtumapaikka: viherhiukkasten nestemäinen välitila – Syntyy glukoosia – Tarvitaan hiilidioksidia ja vetyä (tuotettu valoreaktiossa) – ATP (saatu valoreaktioista) luovuttaa energiaa – Ei tapahdu pimeässä, vaan välittömästi valoreaktion jälkeen BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Mitä kasvit tekevät syntyneelle sokerille? • • Energianlähde omiin elintoimintoihin (soluhengitys) Erilaisten yhdisteiden valmistus Varastointi tärkkelyksenä hedelmiin ja siemeniin Energianlähde toisenvaraisille eliöille BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Tehokkuus • • • Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus Valon määrä Valon laatu Lämpötila Maaperän kosteus Maaperän ravinteet BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Kemosynteesi • • • Heurekan Syvän meren tulivuoret - elokuva, antaa tietoa elämästä maapallolla Epäorgaanisten yhdisteiden Elokuvan aiheena on valtamerten syvänteet, hapettamisesta energiaa joiden hämmästyttävä elämä on vasta viime vuosikymmeninä paljastunut tutkijoille. yhteyttämiseen Syvänteiden elämä ei perustu fotosynteesiin Omavaraiset eli autotrofiset kuten maan pinnalla, vaan kemosynteesiin, jossa bakteerit tuottavat orgaanista ainetta bakteerit hyödyntävät kemiallisista yhdisteistä ilman auringon valoa. kemosynteesiä. Sukellusvene Alvin kuljettaa katsojan neljän kilometrin syvyyteen Keski-Atlantilla, jossa Esimerkki reaktiosta: mustat savuttajat, litosfäärilaattojen välistä – Hiilidioksidista, hapesta ja pursuavat tulikuumat savupilvet nostavat lämpötilan lähelle kiehumispistettä ja vetysulfidista valmistetaan meriveden synnyttävät myrkyllistä rikkivetyä. Näissä sokeria, rikkiä ja vettä. äärioloissa elävien bakteerien tuottaman ravinnon varassa elää monenkirjava eliöyhteisö. Merenalaisten tulivuorten liepeiltä löytyy töyhtömatoja, ennen tuntemattomia mustekaloja, rapuja, jättiläisputkimatoja ja simpukoita. Elokuvassa tutkijat etsivät myös Espanjan rannikolta löytyvien fossiilisten reikien jättäjää, jota epäillään yhdeksi maailman vanhimmista eliöistä. Vetysulfidin hapettumisreaktio: BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Tehtävät 1. Täydennä kaavio 2. Sivun 54 kuvien tarkastelu 3. Vesirutto koeputkessa 4. Fotosynteesin lähtöaineiden kulkureitti 5. Sokerimolekyylin alkuperä 6. Paju ruukussa 7. Levävyöhykkeet 8. Valon absorptio viherhiukkasissa 9. Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) 10. Kahden eri kasvilajin CO 2: n kulutus (YO-tehtävä K-05) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

1. Täydennä kaavio Täydennä fotosynteesin reaktioita kuvaava kaavio. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

2. Sivun 54 kuvien tarkastelu Tarkastele sivun 54 kuvia. a) Miksi kuvan 54 D elinympäristössä ei elä fotosynteesiin kykeneviä eliöitä? b) Minkä eliöryhmien edustajia ovat kuvien 54 A, 54 B ja 54 C tuottajat? BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

3. Vesirutto koeputkessa Oheisessa kokeessa vesiruton kappale on laitettu koeputkeen, jossa on vettä. a) Mitä kaasua syntyvissä kuplissa on? b) Selitä lyhyesti kaasukuplien muodostumisen aiheuttava reaktio. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

4. Fotosynteesin lähtöaineiden kulkureitti Kerro fotosynteesin lähtöaineiden kulkureitti kasvissa viherhiukkaseen. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

5. Sokerimolekyylin alkuperä Mistä aineesta sokerimolekyylin (C 6 H 12 O 6) a) hiili-, b) vety- ja c) happiatomit ovat peräisin? d) Hapen osalta asiaa tutkittiin aikoinaan radioaktiivisen hapen isotoopin happi-18 (18 O 2 ) avulla. Kerro tutkimusmenetelmä ja tulokset. e) Miten valon voimakkuuden vaikutusta reaktioon voidaan tutkia? BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

6. Paju ruukussa Tutkija istutti pajun kasviruukkuun, jossa oli 90 kg multaa. Viiden vuoden kuluttua pajusta oli kasvanut pieni puu, joka painoi 76 kg. Ruukun multamäärästä oli samana aikana hävinnyt vain 0, 05 kg. Mitä tuloksista voi päätellä? BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

7. Levävyöhykkeet Itämeren kalliorannoilla on erotettavissa viher-, rusko- ja punalevävyöhykkeet siirryttäessä rantavedestä syvemmälle. Miksi? BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

8. Valon absorptio viherhiukkasissa Eri pigmenttien kykyä pyydystää valon eri aallonpituuksia mitataan spektrofotometrillä, jolla voidaan selvittää klorofylli-a: n, klorofylli-b: n ja karotenoidien absorptiospektrit. Kuvaile valon absorptiota viherhiukkasissa. Millaisia eroja on valon absorptiokyvyssä sinisenvihreillä klorofylli-a: illa, keltaisenvihreillä klorofylli-b: illä ja keltaisenoransseilla karotenoideilla? BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

9. Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) Lämpötila vaikuttaa fotosynteesin nopeuteen pinaatinlehdissä oheisen kaavion mukaan. a) Määrittele fotosynteesi. (1 p. ) b) Kuvaile ja selitä lämpötilan vaikutusta fotosynteesin nopeuteen. (3 p. ) c) Miten muut ympäristötekijät vaikuttavat fotosynteesin nopeuteen? (2 p. ) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

10. Kahden eri kasvilajin CO 2: n kulutus (YO-tehtävä K-05) Oheiset kuvat esittävät kahden eri kasvilajin (A ja B) hiilidioksidin (CO 2) kulutusta ja tuotantoa vuorokauden aikana. Laji A kasvaa lauhkealla vyöhykkeellä, laji B lämpimän vyöhykkeen aavikolla. Tutki diagrammeja ja selvitä kummankin lajin osalta, a) miten ja miksi hiilidioksidin kulutus vaihtelee b) milloin kasvit tuottavat hiilidioksidia ja mihin tämä perustuu. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Kuvat BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle Napsauta kuva suuremmaksi!

BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 1: Täydennä kaavio Auringon valo viherhiukkanen: kalvopussit valoreaktio vesi hiilidioksidi vety viherhiukkanen: kalvopussien välitila (strooma) happi hiilen yhteyttämisreaktio glukoosi (C 6 H 12 O 6) 6 H 20 + 6 CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 2: Sivun 54 kuvien tarkastelu a) Syvänmeren pohjalle ei riitä auringon valoa. Ympäristö on pimeä. b) 54 A levien, 54 B bakteerien (syanobakteeri), 54 C kasvien. BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 3: Vesirutto koeputkessa a) Happea b) Valossa viherhiukkasen valoreaktiossa vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi. Happi vapautuu (kuplat), vety siirtyy hiilen yhteyttämisreaktion rakennusaineeksi. VASTAUS 3: Vesirutto koeputkessa BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 4: Fotosynteesin lähtöaineiden kulkureitti Vesi kulkee maaperästä juurien kautta johtosolukkoon. Johtojänteiden puuosassa vesi nousee lehtiin, jossa esimerkiksi yhteyttämissolukon puoliläpäisevän solukalvon läpi (osmoosi) viherhiukkasen luo. Hiilidioksidi tulee lehteen ympäröivästä ilmasta ilmarakojen kautta ja siirtyy diffuusion avulla yhteyttävän solukalvon läpi. VASTAUS 4: Fotosynteesin lähtöaineiden kulkureitti BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 5: Sokerimolekyylin alkuperä a) Ilman hiilidioksidista b) Vesimolekyyleistä c) Ilman hiilidioksidimolekyyleistä (veden happi vapautuu ilmaan). d) Fotosynteesiä tutkittiin kahdenlaisella koejärjestelyllä. Toisessa kokeessa lähtöaineista vain veden happi oli radioaktiivista, toisessa vain hiilidioksidin happi oli radioaktiivista. Kasvien tuottaman hapen radioaktiivisuudesta nähtiin, kummasta lähtöaineesta ilmaan vapautuva happi on peräisin. e) Mitataan eri valonvoimakkuuksissa tietyssä ajassa vapautuvan hapen määrä. VASTAUS 5: Sokerimolekyylin alkuperä BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 6: Paju ruukussa Pääosa kasvin biomassasta on rakentunut kaasusta ja/tai vedestä. Ravinteita kasvuun oli tarvittu 0, 05 kg. VASTAUS 6: Paju ruukussa BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 7: Levävyöhykkeet Valon eri aallonpituudet kulkevat eri matkan vedessä. Eriväriset levät hyödyntävät eri aallonpituuksia tehokkaimmin. Punalevät kykenevät käyttämään syvimmälle vedessä tunkeutuvaa sinivihreää valoa. VASTAUS 7: Levävyöhykkeet BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 8: Valon absorptio viherhiukkasissa Klorofylli-a pyydystää klorofylli-b: tä ja karotenoideja paremmin näkyvän valon lyhimpiä sinisiä ja violetteja aallonpituuksia. Klorofylli-a absorpoi klorofylli-b: tä paremmin myös pidempiä valon aallonpituuksia, oranssia ja punaista valoa. Karotenoidit eivät pyydystä lainkaan keltaista tai punaista valoa, mikä selittää niiden keltaisen-oranssin värin. Yhteyttäminen on kaiken kaikkiaan tehokkainta sinisellä ja punaisella aaltoalueella. VASTAUS 8: Valon absorptio viherhiukkasissa BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 9 a: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) Fotosynteesi eli hiilidioksidin yhteyttäminen tarkoittaa veden ja ilmakehän vapaan hiilidioksidin sitomista sokeriksi (glukoosiksi) auringonvalon sisältämän energian avulla. Samalla vapautuu happea. Fotosynteesin kaava: 6 CO 2 + 6 H 2 O + energiaa → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2. Fotosynteesi voidaan jakaa kahteen osaan valoreaktioon ja hiilen yhteyttämisreaktioon. Valoreaktiossa vesi hajotetaan auringon valoenergian avulla ilmaan vapautuvaksi hapeksi ja hiilen yhteyttämisreaktioon osallistuvaksi vedyksi. Hiilen yhteyttämisreaktiossa vety ja ilman hiilidioksidi yhtyvät (yhteytetään) sokeriksi. VASTAUS 9 a: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 9 b: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) Lämpötilan kohotessa fotosynteesin tehokkuus kasvaa tiettyyn pisteeseen asti (n +27 C), mikä on tälle lajille optimilämpötila yhteyttämiselle. Optimilämpötilassa reaktioketjuun vaikuttavat lukuisat entsyymit toimivat parhaiten. Jos lämpötila nousee yli +30 o. C, fotosynteesin nopeus alkaa laskea. Syynä ovat: – kasvin kiihtyvä soluhengitys, – yli +40 Co lämpötiloissa monet entsyymit lakkaavat toimimasta, jolloin fotosynteesi hidastuu, – lämpötilan nousu aiheuttaa kasvin lehdissä myös veden haihtumisen voimistumista, minkä takia ilmaraot voivat sulkeutua, mikä hidastaa fotosynteesiä, sillä hiilidioksidin saanti vähenee. VASTAUS 9 b: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 9 c: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) Valon määrä vaikuttaa. Yleistäen voi sanoa, mitä valoisampaa sitä nopeampaa. Osa kasveista sopeutunut varjoisiin olosuhteisiin (varjokasvit) eivätkä siedä liiallista valoa. valon laatu vaikuttaa. Yhteyttämisen kannalta parhaat aallonpituudet ovat sininen ja punainen (ks. tehtävä 8) Hiilidioksidin ja veden määrä. Kuumissa ja kuivissa oloissa veden puute hidastaa, koska kasvien ilmaraot sulkeutuvat veden haihtumisen estämiseksi. Tällöin kaasujen vaihto ja myös hiilidioksidin saanti pysähtyy. (Kasvit pystyisivät hyödyntämään nykyistä korkeampia ilman hiilidioksidipitoisuuksia. Tätä käytetään hyödyksi kasvihuoneviljelyssä. ) VASTAUS 9 c: Fotosynteesin nopeus (YO-tehtävä S-06) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

VASTAUS 10: Kahden eri kasvilajin CO 2: n kulutus (YO-tehtävä K-05) a) Kasvit kuluttavat hiilidioksidia yhteyttäessään valossa. Lauhkean vyöhykkeen kasvin (A) hiilidioksidin kulutus kasvaa valoisuuden mukaan. Pienet heilahtelut iltapäivällä johtunevat esimerkiksi ukkospilvistä. Aavikon kasvin (B) hiilidioksidin kulutus lakkaa päivän valoisimpina hetkinä. Syy on keskipäivän kuumuus. Kasvi sulkee ilmarakonsa (klo 11 - 14) säästääkseen vettä, jolloin kaasut eivät vaihdu eikä vesi kulje kasvissa. b) Kasvit tuottavat hiilidioksidia soluhengityksessään kuten kaikki muutkin eliöt. Soluhengityksessä energiaa tuotetaan solun käyttöön sokerivarastoja polttamalla. Yöllä pimeässä kun kasvit eivät yhteytä ne tuottavat hiilidioksidia soluhengityksessään. Tämä näkyy kummankin kasvin osalta kuvaajan painumisena negatiiviselle puolelle auringon laskusta auringon nousuun. VASTAUS 10: Kahden eri kasvilajin CO 2: n kulutus (YO-tehtävä K-05) BI 2 • II Solun toiminta • 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle