Ниже — классические и современные опыты, которые экспериментально доказывают фотосинтез, показывая его ключевые признаки: необходимость света, поглощение CO₂, выделение O₂ и образование органических веществ (крахмала/сахаров). Для каждого опыта — идея, ход и что именно он доказывает.

1) Опыт Ингенхауза: «кислород выделяется только на свету и зелёными частями»

Суть. Растение на свету выделяет газ, а в темноте — нет; выделение связано именно с зелёными тканями.

Как делают.

1. Берут водное растение (элодея, роголистник) и помещают в стакан/пробирку с водой.

2. Над растением ставят воронку и перевёрнутую пробирку, заполненную водой, чтобы собирать пузырьки газа.

3. Освещают лампой/солнечным светом, затем переносят в темноту.

Наблюдение.

• На свету пузырьки газа активно идут и собираются в пробирке.

• В темноте пузырьки почти исчезают.

Проверка газа.

• В пробирку вводят тлеющую лучинку — она вспыхивает (признак кислорода).

Что доказывает.

• Свет необходим для процесса.

• В результате процесса выделяется O₂.

• Максимально выражено у зелёных частей (с хлорофиллом).

2) Опыт Пристли: «растение “восстанавливает” воздух»

Суть. Растение способно сделать воздух снова пригодным для дыхания/горения после того, как он “испорчен” (в нём меньше кислорода).

Как делают (классическая постановка).

1. Под колпак помещают свечу — она гаснет, когда кислород выгорает.

2. После этого под колпак ставят растение и оставляют на свету.

3. Через некоторое время снова проверяют горение свечи.

Наблюдение.

• Через время на свету свеча горит лучше, чем сразу после “выгорания” воздуха.

Что доказывает.

• Растение на свету увеличивает содержание кислорода в закрытом объёме (т. е. выделяет O₂).

• Это не “само по себе”, а результат жизнедеятельности растения.

Важно: позднее уточнили, что эффект проявляется именно на свету, потому что в темноте идёт только дыхание (потребление O₂).

3) Опыт Сакса: «фотосинтез образует крахмал в листьях»

Суть. Если лист фотосинтезирует, в нём накапливается крахмал; если света нет — крахмал не образуется.

Как делают.

1. Растение держат в темноте 1–2 суток (чтобы “израсходовать” ранее накопленный крахмал).

2. Затем часть листа закрывают непрозрачной бумагой/фольгой, а растение выставляют на свет на несколько часов.

3. Лист снимают и обесцвечивают в горячем спирте (убирают хлорофилл).

4. Капают раствор йода.

Наблюдение.

• Освещённые участки окрашиваются в сине-фиолетовый цвет (есть крахмал).

• Закрытые участки не окрашиваются (крахмала нет).

Что доказывает.

• На свету в листе образуются органические вещества (в виде крахмала).

• Свет — обязательное условие образования этих веществ.

4) Опыт с пёстрым листом: «органика образуется только там, где есть хлорофилл»

Суть. Фотосинтез идёт в зелёных тканях (с хлорофиллом), а белые/жёлтые участки листа его почти не проводят.

Как делают.

1. Берут растение с пёстрыми листьями (например, с белыми участками без хлорофилла).

2. Предварительно “обезкрахмаливают” в темноте (как в опыте Сакса).

3. Выставляют на свет.

4. Делают пробу йодом после обесцвечивания листа спиртом.

Наблюдение.

• Синеет только зелёная часть листа.

• Белая часть не синеет.

Что доказывает.

• Фотосинтез связан с хлорофиллом и хлоропластами.

• Органические вещества образуются там, где есть зелёные клетки.

5) Опыт с поглощением CO₂: «без углекислого газа крахмал не образуется»

Суть. Если убрать CO₂ из воздуха вокруг листа, фотосинтез (образование крахмала) прекращается даже на свету.

Как делают (вариант в колпаке).

1. Растение заранее “обезкрахмаливают” в темноте.

2. Помещают под герметичный колпак вместе со стаканчиком раствора щёлочи (KOH/NaOH), который поглощает CO₂.

3. Ставят на свет на несколько часов.

4. Проверяют лист на крахмал йодом.

Наблюдение.

• Лист почти не синеет (крахмала нет), хотя свет был.

Контроль.

• Такое же растение под колпаком без щёлочи (CO₂ есть) — крахмал появляется.

Что доказывает.

• CO₂ — исходное вещество фотосинтеза.

• Свет сам по себе не “делает крахмал”, нужен углекислый газ.

6) Количественный опыт с водным растением: «скорость фотосинтеза зависит от света и CO₂»

Суть. Можно измерять скорость по количеству пузырьков O₂ или объёму выделенного газа и видеть закономерности.

Как делают.

1. Элодею помещают в воду, часто добавляют гидрокарбонат натрия (пищевую соду как источник CO₂ в воде).

2. Меняют условия:

   • интенсивность света (дальше/ближе лампа),

   • концентрацию гидрокарбоната,

   • температуру (в разумных пределах).

3. Считают пузырьки в минуту или измеряют объём газа.

Наблюдение.

• Больше света/CO₂ — больше выделяется O₂ (до насыщения).

• Слишком высокая температура может снижать скорость (ферменты).

Что доказывает.

• Фотосинтез — реальный измеряемый процесс, зависящий от факторов среды.

• Кислород — продукт процесса.

7) Радиоизотопный опыт с ¹⁴CO₂: «углерод из CO₂ входит в состав органических молекул»

Суть. Самое прямое доказательство источника углерода: если дать растению CO₂ с “меткой”, метка окажется в сахарах и других органических веществах.

Как делают (идея).

1. Растение (или водоросли) помещают в среду с CO₂, содержащим радиоактивный изотоп углерода ¹⁴C.

2. Через короткое время прекращают процесс и анализируют, в каких веществах появился ¹⁴C.

Наблюдение.

• Метка ¹⁴C обнаруживается сначала в промежуточных продуктах, затем в глюкозе, крахмале и других органических соединениях.

Что доказывает.

• Углерод органики при фотосинтезе берётся именно из CO₂, а не “из почвы” и не “из воды” напрямую.

8) Опыт с изотопом кислорода: «кислород, который выделяет растение, берётся из воды»

Суть. Долгое время спорили, откуда берётся выделяемый O₂ — из CO₂ или из H₂O. Изотопные опыты показывают: он из воды.

Как делают (идея).

• В одном варианте дают воду с тяжёлым кислородом (например, H₂¹⁸O), а CO₂ обычный.

• В другом — CO₂ с ¹⁸O, а вода обычная.

• Смотрят, где окажется ¹⁸O — в выделяемом кислороде или в других продуктах.

Наблюдение.

• Если метка в воде (H₂¹⁸O), то выделяемый O₂ содержит ¹⁸O.

• Если метка только в CO₂, то O₂ метку почти не получает.

Что доказывает.

• Кислород, который растение выделяет, образуется при расщеплении воды в световой фазе.

9) Разделение на световую и темновую стадии: «кислород образуется только при освещении, а фиксация CO₂ может идти по-другому»

Суть. В опытах с водорослями и хлоропластами показали:

• выделение O₂ связано с реакциями на свету,

• образование сахаров связано с фиксацией CO₂ ферментами.

Как проявляется экспериментально (общая идея).

• При освещении изолированных хлоропластов можно наблюдать образование O₂ и восстановительных эквивалентов.

• А фиксация CO₂ требует специальных условий и ферментов и может изучаться отдельно.

Что доказывает.

• Фотосинтез — не “одна реакция”, а комплекс стадий: световые реакции дают энергию и восстановители, затем идёт синтез органики из CO₂.

Итог: что именно доказано этими опытами

Совокупно эти эксперименты показывают, что:

1. Свет необходим для ключевой части процесса (выделение O₂, запуск синтеза органики).

2. Зелёные ткани/хлорофилл — место протекания (пёстрые листья).

3. Растение поглощает CO₂ (опыты с щёлочью; ¹⁴CO₂).

4. Растение выделяет O₂ (сбор газа + тлеющая лучинка; восстановление “воздуха”).

5. В листе образуются органические вещества (крахмал по йоду).

6. Выделяемый O₂ происходит из воды, а углерод органики — из CO₂ (изотопные опыты).

Это и есть экспериментальная база, которая не просто “говорит”, что фотосинтез существует, а разными независимыми способами показывает его входы (CO₂, H₂O, свет) и выходы (органика, O₂) и роль хлорофилла.