Valguse intensiivsus ja spektraalne koostis

Lehed neelavad keskmiselt 80–85% päikesespektri (400–700 nm) fotosünteetiliselt aktiivsete kiirte energiast ja 25% infrapunakiirte energiast, mis moodustab umbes 55% kogu kiirgusenergiast. Fotosüntees kulutab 1,5 - 2% neeldunud energiast (fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus – PAR).

Valguse intensiivsuse fotosünteesi kiiruse sõltuvus on logaritmilise kõvera kujul (joonis 1). Protsessi kiiruse otsest sõltuvust energia sissevoolust täheldatakse ainult madala valgustugevuse korral. Fotosüntees algab väga vähese valgusega; Seda näitas esmakordselt A. S. Famintsyn 1880. aastal kunstliku valgustusega installatsioonil. Petrooleumilambi valgusest piisas, et taimerakkudes käivitada fotosüntees ja tärklise teke. Paljudes valgust armastavates taimedes täheldatakse fotosünteesi maksimaalset (100%) intensiivsust valgustuse juures, mis ulatub pooleni täispäikest, mis seetõttu on küllastav. Valgustuse edasine suurendamine ei suurenda fotosünteesi ja seejärel vähendab seda.

Joonis 1. Fotosünteesi kiiruse sõltuvus maisi valguse intensiivsusest

Fotosünteesi valguskõverate analüüs võimaldab saada teavet fotokeemiliste süsteemide ja ensümaatilise aparatuuri töö olemuse kohta. Kõvera kalle iseloomustab fotokeemiliste reaktsioonide kiirust ja klorofülli sisaldust: mida suurem see on, seda aktiivsemalt kasutatakse valgusenergiat. Tavaliselt on see suurem metsavõra all elavatel varjutaluvatel taimedel ja süvamere vetikatel. Nendes vähese valgusega tingimustega kohandatud taimedes võimaldab hästi arenenud pigmendiaparaat madalat valgustugevust aktiivsemalt kasutada.

Fotosünteesi aktiivsus küllastusvalguse intensiivsuse piirkonnas iseloomustab CO 2 neeldumis- ja redutseerimissüsteemide võimsust ning selle määrab CO 2 kontsentratsioon. Mida kõrgem on kõver valguse intensiivsuse küllastuspiirkonnas, seda võimsam on CO 2 neeldumise ja vähendamise aparaat. Valgust armastavates taimedes saavutatakse küllastus palju suurema valgustusega kui varjutaluvate taimede puhul. Varjutaluvas marshantia maksasamblas saavutatakse fotosünteesi valgusküllastus 1000 luksi juures, valgust armastavatel puittaimedel - 10–40 tuhande luksiga ja mõnel Pamiiri alpitaimedel (kus valgustus saavutab maksimumväärtused). Maal umbes 180 tuhat luksi) - 60 tuhat .lx ja rohkem. Enamik põllumajandus- ja puittaimi, aga ka madalaveelised vetikad on fotofiilsed.

Taimedes, mis teostavad fotosünteesi C 3 -viisi, toimub küllastumine madalama valguse intensiivsusega kui C 4 -süsiniku muundamisviisiga taimedes, mille kõrge fotosünteesi aktiivsus avaldub alles siis, kui kõrge tase valgustus.

Valgusküllastuse piirkonnas on fotosünteesi intensiivsus palju suurem kui hingamise intensiivsus. Kui valgustus väheneb teatud väärtuseni, muutuvad fotosünteesi ja hingamise intensiivsused võrdseks. Valgustuse taset, mille juures CO 2 neeldumine fotosünteesi ajal on tasakaalustatud CO 2 vabanemisega hingamise ajal, nimetatakse valguse kompensatsioonipunktiks. Selle väärtus määratakse 0,03% CO 2 ja temperatuuril 20 °C. Valguse kompensatsioonipunkti väärtus ei ole sama mitte ainult varjutaluvate (umbes 1% kogu valgusest) ja valgust armastavate taimede (umbes 3-5% kogu päikesevalgusest), vaid ka erineva tasandi lehtede puhul. sama taim, see sõltub ka CO 2 kontsentratsioonist õhus. Liiga tugev valgustus häirib dramaatiliselt pigmendi biosünteesi protsessi, fotosünteesireaktsioone ja kasvuprotsesse, mis lõppkokkuvõttes vähendab taimede üldist produktiivsust.

On märkimisväärne, et isegi lühiajaline valgustingimuste muutus mõjutab fotosünteesi intensiivsust. See oluline kohanemisvõime võimaldab taimedel fütotsenoosides valgust paremini ära kasutada. Fotosünteesiaparaat on "häälestatud" perioodilistele valgustuse nihketele tuule käes, sekundi murdosa jooksul välkuva pimestamise sagedusele.

Muude tegurite muutused mõjutavad fotosünteesi valguskõverate kulgu väliskeskkond. Näiteks millal madalad temperatuurid(12 C) valguse intensiivsuse suurendamine muutub ebaefektiivseks. C 3 -tüüpi fotosünteesiga taimede temperatuurioptimum jääb vahemikku 25-35 C. CO 2 kontsentratsiooni suurenemine koos valgustuse suurenemisega põhjustab fotosünteesi kiiruse suurenemist (joonis 2).

Joonis 2. Valguse intensiivsuse ja süsinikdioksiidi kontsentratsiooni vastastikune mõju sambla fotosünteesi kiirusele

Miks on punased kiired fotosünteesi jaoks kõige tõhusamad? Esiteks seetõttu, et 1 punase valguse kvanti (176 kJ/mol = 42 kcal/mol) energia on täiesti piisav klorofülli molekuli üleminekuks esimesele singleti ergastustasemele S*. Seda energiat saab seejärel täielikult kasutada fotokeemiliste reaktsioonide jaoks. 1 kvanti sinise valguse energia on suurem (293 kJ/mol = 70 kcal/mol). Olles neelanud kvanti sinist valgust, läheb klorofülli molekul kõrgemale singleti ergastuse tasemele S* ja see liigne energia muundatakse soojuseks, kui molekul läheb olekusse S*. 1 punase valguse kvanti energia on ligikaudu samaväärne süsteemi redokspotentsiaali ülemineku energiaga punktist E " 0 \u003d + 0,8 V kuni E "o \u003d -0,8 V. Infrapunakiirte 1 kvanti energiast ei piisa vee fotooksüdatsiooniks, kuid fotosünteetilistes väävlibakterites tagab see energia täielikult H 2 S fotooksüdatsiooni protsessis Seetõttu toimub väävlibakterites fotosüntees bakterioklorofülli osalusel inimsilmale nähtamatu infrapunavalguse toimel.

Teiseks on otseses päikesekiirguses alati punane valgus. Kui päike on 90° nurga all, moodustavad punased kiired umbes 1/4 kogu päikesevalgusest. Kui päike on madalal, muutuvad punased kiired valdavaks. Kui päike seisab 5 0 nurga all, on punane tuli 2/3 täisväärtusest. Sinise ja punase valguse käes kasvatatud taimed erinevad oluliselt fotosünteesiproduktide koostiselt. N. P. Voskresenskaja (1965) järgi, kui sinine ja punane valgus on kvantide järgi joondatud, st fotosünteesi fotokeemilise etapi jaoks samades valgustingimustes, aktiveerib sinine valgus 14 C inkorporeerimise süsivesikuteta toodetesse – aminohapetesse ja orgaanilistesse hapetesse. , peamiselt alaniiniks, aspartaadiks, malaadiks, tsitraadiks ja hiljem (minutite pärast) valgufraktsiooniks ning punast valgust lühiajalise kokkupuute korral lahustuvate süsivesikute fraktsiooni ja vähesel kokkupuutel tärklisega. Seega moodustuvad lehtedes sinise valguse all punase valgusega võrreldes lisaks süsivesikuteta tooted.

Need erinevused süsiniku metabolismis valguse toimel erineva kvaliteediga leidub tervetes taimedes, millel on C 3 - ja C 4 - assimilatsiooni viis CO 2, rohe- ja punavetikates säilitatakse neid erineva CO 2 kontsentratsiooni ja ebavõrdse valgustugevusega. Kuid isoleeritud kloroplastides ei leitud sinise ja punase valguse all tärklise moodustumisel erinevusi. Arvatakse, et flaviinid on fotoretseptorid, mis vastutavad roheliste taimede süsiniku metabolismi muutuste eest sinise valguse all. Fotosünteesi kiirus suureneb kiiresti ja oluliselt, lisades suur hulk(20% punase valguse küllastusest) sinisest valgusest punaseks. Ilmselt on see tingitud asjaolust, et fotosünteesi fotokeemilist etappi reguleerib sinine valgus.

Süsinikdioksiidi kontsentratsioon

Süsinikdioksiid on fotosünteesi peamine substraat, selle sisaldus määrab protsessi intensiivsuse. CO 2 kontsentratsioon atmosfääris on 0,03%. 100 m kõrgune õhukiht hektari põllumaa kohal sisaldab 550 kg CO 2 . Sellest kogusest neelavad taimed 120 kg CO 2 päevas. Fotosünteesi sõltuvust CO 2 -st väljendatakse logaritmilise kõveraga (joonis 3) Kontsentratsioonil 0,03% on fotosünteesi intensiivsus ainult 50% maksimumist, mis saavutatakse 0,3% CO 2 juures. See näitab, et evolutsiooni käigus tekkis fotosünteesi protsess suurema CO 2 kontsentratsiooni juures atmosfääris. Lisaks viitab selline fotosünteesi produktiivsuse sõltuvus CO 2 kontsentratsioonist võimalusele toita taimi kinnistes ruumides CO 2-ga, et saada suurem saak. Selline CO 2 söötmine avaldab tugevat mõju C 3 -tüüpi CO 2 assimilatsiooniga taimede saagikusele ja ei mõjuta C 4 -tüüpi taimi, millel on spetsiaalne CO 2 kontsentreerimise mehhanism.

Joonis 3. Fotosünteesi intensiivsuse sõltuvus süsihappegaasi kontsentratsioonist

CO 2 assimilatsiooni intensiivsus sõltub selle atmosfäärist kloroplastidesse sisenemise kiirusest, mille määrab CO 2 difusiooni kiirus läbi stoomide, rakkudevaheliste ruumide ja lehtede mesofüllirakkude tsütoplasmas. Avatud olekus hõivavad stoomid vaid 1-2% lehtede pindalast, ülejäänud pind on kaetud gaase halvasti läbilaskva küünenahaga. Küünenaha olemasolul aga siseneb CO2 lehte läbi stoomi ajaühikus samas koguses kui ilma selleta. Seda seletab Stefani seadus, mille kohaselt on gaasimolekulide liikumiskiirus läbi väikeste aukude võrdeline nende ümbermõõduga, mitte pindalaga. Mida väiksem on auk, seda suurem on ümbermõõdu ja pindala suhe. Ja augu serval põrkuvad molekulid üksteisega vähemal määral ja hajuvad kiiremini. Seetõttu liiguvad gaasimolekulid suure kiirusega läbi stoomi, mille ava (avatus) on suurusjärgus 10 μm. Stoomide avanemise ja sulgumise protsesse mõjutavad CO 2, kudede küllastumine veega, valgus ja fütohormoonid.

Temperatuur

Fotosünteesi esmased fotofüüsikalised protsessid (energia neeldumine ja migratsioon, ergastatud olekud) ei sõltu temperatuurist. Fotosünteetilise fosforüülimise protsessid on temperatuuri suhtes väga tundlikud. Süsiniku redutseerimisega seotud ensümaatiliste reaktsioonide kompleksi kiirus suureneb temperatuuri tõustes 10 °C võrra 2–3 korda (Q 10 = 2–3). Kõveral on kolm peamist (kardinaalset) temperatuuripunkti: miinimum, mille juures fotosüntees algab, optimaalne ja maksimum. Fotosünteesi intensiivsus superoptimaalsetel temperatuuridel sõltub nende taimedega kokkupuute kestusest. Fotosünteesi alumine temperatuuripiir põhjapoolsete laiuskraadide taimedes on vahemikus -15 ° C (mänd, kuusk) ... -0,5 ° C ja troopilistes taimedes - madalate positiivsete temperatuuride tsoonis 4–8 ° C. Parasvöötme taimedes saavutatakse vahemikus 20–25 ° C fotosünteesi maksimaalne intensiivsus ja veelgi suurendada temperatuur kuni 40 °C põhjustab protsessi kiiret pärssimist (45 °C juures taimed surevad).

Mõned kõrbetaimed on võimelised fotosünteesiks 58°C juures. Fotosünteesi temperatuuripiire saab pikendada eelkõvenemisega, taimede kohanemisega temperatuurigradiendiga. Temperatuuri mõjule on kõige tundlikumad karboksüülimisreaktsioonid, fruktoos-6-fosfaadi muundamine sahharoosiks ja tärkliseks, samuti sahharoosi transport lehtedelt teistesse organitesse. Tuleb märkida, et valguse, CO 2 kontsentratsiooni ja temperatuuri mõju fotosünteesile toimub keerulises interaktsioonis. Eriti tihedalt seotud on valgus, mis mõjutab fotokeemiliste reaktsioonide kiirust, ja temperatuur, mis kontrollib ensümaatiliste reaktsioonide kiirust. Suure intensiivsusega tingimustes! valgus ja madalad temperatuurid (5-10 °C), kui ensümaatilised reaktsioonid on peamiseks kogu protsessi kiirust piiravaks teguriks, võivad temperatuuriga juhitavad Q 10 väärtused olla > 4. kõrged temperatuurid Q 10 väheneb väärtuseni 2. Madala valguse intensiivsuse korral on Q 10 \u003d 1, st fotosüntees on suhteliselt sõltumatu temperatuurist, kuna selle kiirus sel juhul piirdutakse fotokeemiliste reaktsioonidega.

Riis. Joonis 4. Kuuse fotosünteesi intensiivsuse sõltuvus temperatuurist

Veerežiim

Vesi osaleb otseselt fotosünteesis oksüdatsiooni substraadina ja hapnikuallikana. Veel üks veesisalduse mõju fotosünteesile on see, et lehtede veesisaldus määrab stoomi avanemise astme ja sellest tulenevalt ka CO2 sissevoolu lehte. Kui leht on veega täielikult küllastunud, sulguvad stoomid, mis vähendab fotosünteesi intensiivsust. Põuatingimustes põhjustab liigne lehtede veekadu ka stomati sulgumist, kuna niiskuse puudumise tõttu suureneb lehtedes abstsitsiinhappe sisaldus. Pikaajaline veepuudus lehtede kudedes põua ajal põhjustab mittetsüklilise ja tsüklilise elektronide transpordi ja fotofosforüülimise pärssimist ning ATP/NADPH suhte vähenemist ATP moodustumise suurema inhibeerimise tõttu. Maksimaalset fotosünteesi täheldatakse lehe vähese veepuuduse korral (umbes 5–20% täielikust küllastumisest) avatud stoomiga.

mineraalne toitumine

Fotosünteesiaparaadi normaalseks tööks peab taim olema varustatud kogu makro- ja mikroelementide kompleksiga. Kaks peamist toitumisprotsessi taimne organism- õhk ja juur - on omavahel tihedalt seotud. Fotosünteesi sõltuvuse mineraalsetest toitumiselementidest määrab nende vajadus fotosünteesiaparaadi (pigmendid, elektronide transpordiahela komponendid, kloroplastide katalüütilised süsteemid, struktuursed ja transportvalgud) moodustamiseks, samuti selle uuendamiseks ja toimimiseks.

Magneesium on osa klorofüllidest, osaleb konjugeerivate valkude aktiivsuses ATPy sünteesis, mõjutab karboksüülimisreaktsioonide aktiivsust ja NADP + redutseerimist. Selle tulemusena häirib selle puudus fotosünteesi protsessi. Raud redutseeritud kujul on vajalik klorofülli ja kloroplastide rauda sisaldavate ühendite (tsütokroomid, ferredoksiin) biosünteesi protsessides. Rauapuudus häirib dramaatiliselt tsüklilise ja mittetsüklilise fotofosforüülimise toimimist, pigmendi sünteesi ja muudab kloroplastide struktuuri.

Vajadus; mangaani roheliste taimede jaoks seostatakse selle rolliga vee fotooksüdeerimisel. Seetõttu mõjutab mangaani alatoitumine negatiivselt fotosünteesi intensiivsust. Kloori on vaja ka vee fotooksüdatsioonireaktsioonides. Vask on plastotsüaniini komponent, mistõttu taimedes põhjustab vasepuudus fotosünteesi intensiivsuse vähenemist. Lämmastiku puudus mõjutab tugevalt pigmendisüsteemide, kloroplasti struktuuride teket ja selle üldist aktiivsust. Lämmastiku kontsentratsioon määrab RDF-karboksülaasi koguse ja aktiivsuse.

Fosforipuuduse tingimustes on fotosünteesi fotokeemilised ja tumedad reaktsioonid häiritud. Fosfori puudus on eriti väljendunud suure valguse intensiivsuse korral, samas kui tumedad reaktsioonid on tundlikumad. Kui aga fosforisisaldust vähendada poole võrra, väheneb fotosünteesi intensiivsus vähemal määral kui kasvuprotsessid ja taimede üldine produktiivsus. Fosfori liig pärsib ka fotosünteesi kiirust, mis on ilmselt tingitud muutustest membraani läbilaskvuses.

Kudede kaaliumisisalduse vähenemisega kaasneb fotosünteesi intensiivsuse märkimisväärne langus ja häired teistes protsessides taimes. Kloroplastides hävib graanuli struktuur, stoomid avanevad valguse käes nõrgalt ja ei sulgu pimedas piisavalt, veerežiim lehed, kõik fotosünteesi protsessid on häiritud. See näitab kaaliumi polüfunktsionaalset rolli fotosünteesi ioonilises reguleerimises.

Hapnik

Fotosünteesi protsess viiakse tavaliselt läbi aeroobsetes tingimustes ja hapniku kontsentratsioonil 21% Hapniku sisalduse suurenemine või puudumine fotosünteesi jaoks on ebasoodne. Tavaline kontsentratsioon 0 2 ületab fotosünteesi optimaalse väärtuse. Kõrge fotorespiratsioonitasemega taimedes (oad jne) suurendas hapniku kontsentratsiooni langus 21%-lt 3%-le fotosünteesi, maisitaimedel (madala fotohingamise tasemega) selline muutus aga ei mõjutanud fotosünteesi. fotosünteesi intensiivsus. Kõrge kontsentratsioon 0 2 (25 - 30%) vähendab fotosünteesi ("Warburgi efekt"). Selle nähtuse kohta pakutakse välja järgmised selgitused. Osalise rõhu tõus 0 2 ja CO 2 kontsentratsiooni langus aktiveerivad fotohingamise. Hapnik vähendab otseselt RDF-karboksülaasi aktiivsust. Lõpuks võib O 2 oksüdeerida fotosünteesi esmaseid redutseeritud saadusi.

Fotosünteesi igapäevased ja hooajalised rütmid

Taimede fotosünteesi uuringud looduslikes maismaaökosüsteemides algasid 20. sajandi esimesel veerandil. V. N. Ljubimenko, S. P. Kostševi jt teosed Varem vaadeldud keskkonnategurid toimivad ühiselt ja erinevates kombinatsioonides. Otsustavat rolli mängivad aga valgus, temperatuur ja veerežiim. Päikesetõusuga suureneb koos valgustamisega fotosünteesi intensiivsus, saavutades maksimumväärtused kell 9-12. Protsessi edasise olemuse määrab lehtede kastmisaste, õhutemperatuur ja päikesevalguse intensiivsus. Keskpäevastel tundidel fotosünteesi intensiivsus ei suurene: see võib jääda ligikaudu hommikuse maksimumi tasemele (mittekuumadel, pilvistel päevadel) või veidi langeda, kuid siis 16-17 tunniks on protsess taas intensiivistunud. Fotosünteesi intensiivsus langeb pärast kella 22.00 koos päikeseloojanguga.

Päevane fotosünteesi depressioon (kui see on olemas) on seotud fotosünteesiaparaadi aktiivsuse häiretega ja assimilaatide väljavooluga ülekuumenemise ajal, kuna lehtede temperatuur võib sel perioodil õhutemperatuuri 5–10 ° C võrra ületada. Kui kudede veekadu on suur ja fotohingamine suureneb, sulguvad sel ajal stoomid. Fotosünteesi hooajalised muutused, mida O. V. Zalensky uuris kõrbetaimedes ja Arktika tingimustes, näitasid, et kõrbetaimedes sõltuvad need ontogeneesi omadustest ja lühikese kasvuperioodiga efemeerides täheldatakse fotosünteesi maksimaalset intensiivsust märtsi lõpus - aprilli keskpaigas ja langeb kokku vilja algusega. Taimedel, mis lõpetavad aktiivse taimestiku suve alguses, täheldatakse fotosünteesi hooajalist maksimumi enne suvise puhkeperioodi algust.

Pikaajaliste puude ja põõsaste puhul registreeritakse hooajaline maksimum kuuma ja kuiva perioodi alguses. Sügiseks fotosünteesi intensiivsus järk-järgult väheneb. Arktilistes taimedes väljenduvad fotosünteesi hooajalised muutused selle intensiivsuse vähenemises kasvuperioodi alguses ja lõpus, mil taimed puutuvad sageli kokku külmaga. Fotosünteesi maksimum on polaarsuve kõige soodsamal perioodil.

Iga olend planeedil vajab ellujäämiseks toitu või energiat. Mõned organismid toituvad teistest olenditest, samas kui teised suudavad toota ise toitaineid. Nad toodavad ise toitu, glükoosi, protsessis, mida nimetatakse fotosünteesiks.

Fotosüntees ja hingamine on omavahel seotud. Fotosünteesi tulemuseks on glükoos, mis talletub kehas keemilise energiana. See salvestatud keemiline energia pärineb anorgaanilise süsiniku (süsinikdioksiidi) muundamisest orgaaniliseks süsinikuks. Hingamisprotsess vabastab salvestatud keemilise energia.

Lisaks toodetavatele toodetele vajavad taimed ellujäämiseks ka süsinikku, vesinikku ja hapnikku. Pinnasest imenduv vesi annab vesinikku ja hapnikku. Fotosünteesi käigus kasutatakse toidu sünteesimiseks süsinikku ja vett. Taimed vajavad aminohapete tootmiseks ka nitraate (aminohape on valgu valmistamise koostisosa). Lisaks vajavad nad klorofülli tootmiseks magneesiumi.

Märkus: Elusolendeid, mis sõltuvad teistest toitudest, nimetatakse. Heterotroofide näideteks on taimtoidulised loomad, nagu lehmad, aga ka putuktoidulised taimed. Elusolendeid, kes toodavad ise toitu, nimetatakse. Rohelised taimed ja vetikad on autotroofide näited.

Sellest artiklist saate rohkem teada, kuidas fotosüntees taimedes toimub ja millised on selle protsessi jaoks vajalikud tingimused.

Fotosünteesi definitsioon

Fotosüntees on keemiline protsess, mille käigus taimed, mõned ja vetikad toodavad süsinikdioksiidist ja veest glükoosi ja hapnikku, kasutades energiaallikana ainult valgust.

See protsess on elu jaoks Maal äärmiselt oluline, sest selle käigus eraldub hapnik, millest sõltub kogu elu.

Miks vajavad taimed glükoosi (toitu)?

Nii nagu inimesed ja teised elusolendid, vajavad ka taimed elus püsimiseks toitu. Glükoosi väärtus taimede jaoks on järgmine:

• Fotosünteesist saadud glükoosi kasutatakse hingamise ajal energia vabastamiseks, taime jaoks vajalik muude elutähtsate protsesside jaoks.
• Samuti muudavad taimerakud osa glükoosist tärkliseks, mida kasutatakse vastavalt vajadusele. Sel põhjusel kasutatakse surnud taimi biomassina, kuna need salvestavad keemilist energiat.
• Glükoosi on vaja ka teiste kasvuks ja muudeks olulisteks protsessideks vajalike kemikaalide, näiteks valkude, rasvade ja taimsete suhkrute tootmiseks.

Fotosünteesi faasid

Fotosünteesi protsess jaguneb kaheks faasiks: hele ja tume.

Fotosünteesi valgusfaas

Nagu nimigi ütleb, vajavad valgusfaasid päikesevalgust. Valgussõltuvates reaktsioonides neeldub päikesevalguse energia klorofülli ja muundatakse salvestatud keemiliseks energiaks elektronide kandja molekuli NADPH (nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat) ja energiamolekuli ATP (adenosiintrifosfaat) kujul. Heledad faasid esinevad kloroplasti tülakoidmembraanides.

Fotosünteesi tume faas ehk Calvini tsükkel

AT tume faas või Calvini tsükkel, valgusfaasi ergastatud elektronid annavad energiat süsinikdioksiidi molekulidest süsivesikute moodustamiseks. Valgusest sõltumatuid faase nimetatakse mõnikord Calvini tsükliks protsessi tsüklilisuse tõttu.

Kuigi tumedad faasid ei kasuta valgust reagendina (ja seetõttu võivad need esineda päeval või öösel), on nende toimimiseks vaja valgusest sõltuvate reaktsioonide saadusi. Valgusest sõltumatud molekulid sõltuvad uute süsivesikute molekulide loomisel energiakandja molekulidest ATP ja NADPH. Pärast energia ülekandmist molekulidele naasevad energiakandjad valgusfaasidesse, et saada energilisemaid elektrone. Lisaks aktiveeruvad valguse toimel mitmed tumeda faasi ensüümid.

Fotosünteesi faaside skeem

Märkus: See tähendab, et tumedad faasid ei jätku, kui taimed on liiga kauaks valguseta ilma jäänud, kuna nad kasutavad heledate faaside saadusi.

Taimede lehtede struktuur

Me ei saa fotosünteesi täielikult mõista, kui ei tea lehtede struktuurist rohkem. Leht on kohandatud mängima olulist rolli fotosünteesi protsessis.

Lehtede välisstruktuur

• Ruut

Taimede üks olulisemaid omadusi on suur lehtede pindala. Enamikul rohelistel taimedel on laiad, lamedad ja avatud lehed, mis suudavad nii palju kinni püüda päikeseenergia(päikesevalgust), mis on vajalik fotosünteesiks.

• Keskveen ja leheroots

Keskriba ja vars ühinevad ja moodustavad lehe aluse. Lehtleht asetab lehe nii, et see saaks võimalikult palju valgust.

• lehetera

Lihtlehtedel on üks lehtplaat, ja keerulised - mõned. Lehetera on lehe üks olulisemaid komponente, mis osaleb otseselt fotosünteesi protsessis.

• veenid

Veenivõrk lehtedes kannab vett vartelt lehtedele. Vabanenud glükoos suunatakse veenide kaudu lehtedest ka teistesse taimeosadesse. Lisaks toetavad need lehe osad ja hoiavad lehtplaati tasasel kohal, et päikesevalgust paremini püüda. Veenide paigutus (venation) sõltub taime tüübist.

• lehepõhi

Lehe põhi on selle alumine osa, mis on varrega liigendatud. Sageli on lehe põhjas paar täkkeid.

• lehe serv

Sõltuvalt taime tüübist võib leheserv olla erineva kujuga, sealhulgas: terve, sakiline, sakiline, sälguline, kroon jne.

• Lehe ots

Nagu lehe serv, on ülemine osa erinevaid kujundeid, sealhulgas: terav, ümar, nüri, piklik, sissetõmmatud jne.

Lehtede sisemine struktuur

Allpool on lähedane diagramm sisemine struktuur lehtede kude:

• Küünenahk

Küünenahk toimib peamise kaitsekihina taime pinnal. Reeglina on see lehe pealt paksem. Küünenahk on kaetud vahataolise ainega, mis kaitseb taime vee eest.

• Epidermis

Epidermis on rakkude kiht, mis on lehe sisekude. Tema põhifunktsioon- lehe sisekudede kaitse dehüdratsiooni, mehaaniliste kahjustuste ja infektsioonide eest. Samuti reguleerib see gaasivahetuse ja transpiratsiooni protsessi.

• Mesofüll

Mesofüll on taime peamine kude. See on koht, kus toimub fotosünteesi protsess. Enamikus taimedes on mesofüll jagatud kaheks kihiks: ülemine on palisaad ja alumine käsnjas.

• Kaitserakud

Kaitserakud on spetsiaalsed rakud lehtede epidermises, mida kasutatakse gaasivahetuse kontrollimiseks. Nad esinevad kaitsefunktsioon stoomi jaoks. Stomataalsed poorid lähevad suureks, kui vesi on vabalt kättesaadav, vastasel juhul muutuvad kaitserakud loiuks.

• Stoma

Fotosüntees sõltub süsinikdioksiidi (CO2) tungimisest õhust läbi stoomide mesofülli kudedesse. Fotosünteesi kõrvalsaadusena saadav hapnik (O2) väljub taimest stoomi kaudu. Kui stoomid on avatud, kaob vesi aurustumisel ja seda tuleb transpiratsioonivoolu kaudu täiendada juurte poolt omastatava veega. Taimed on sunnitud tasakaalustama õhust imendunud CO2 kogust ja veekadu läbi stomataalsete pooride.

Fotosünteesiks vajalikud tingimused

Taimed peavad fotosünteesi läbiviimiseks järgima järgmisi tingimusi:

• Süsinikdioksiid.Õhus leiduv värvitu lõhnatu maagaas, millel on teaduslik nimetus CO2. See tekib süsiniku ja orgaaniliste ühendite põlemisel ning tekib ka hingamise ajal.
• Vesi. läbipaistev vedelik Keemiline aine lõhnatu ja maitsetu (tavalistes tingimustes).
• Valgus. Kui taimedele sobib ka kunstlik valgus, siis loomulik päikesevalgus kipub looma Paremad tingimused fotosünteesi jaoks, kuna see sisaldab looduslikku ultraviolettkiirgust, millel on positiivne mõju taimede peal.
• Klorofüll. seda roheline pigment leidub taimede lehtedes.
• Toitained ja mineraalid. Kemikaalid ja orgaanilised ühendid, mida taimejuured mullast imavad.

Mis moodustub fotosünteesi tulemusena?

• glükoos;
• Hapnik.

(Valguse energia on näidatud sulgudes, kuna see ei ole aine)

Märkus: Taimed võtavad CO2 õhust lehtede kaudu ja vett mullast juurte kaudu. Valgusenergia tuleb Päikeselt. Saadud hapnik vabaneb lehtedest õhku. Saadud glükoosi saab muundada muudeks aineteks, näiteks tärkliseks, mida kasutatakse energiavaruna.

Kui fotosünteesi soodustavad tegurid puuduvad või neid esineb ebapiisavas koguses, võib see taimele negatiivselt mõjuda. Näiteks loob vähem valgust soodsad tingimused putukatele, kes taime lehti söövad, samas kui veepuudus aeglustab seda.

Kus toimub fotosüntees?

Fotosüntees toimub taimerakkudes, väikestes plastiidides, mida nimetatakse kloroplastideks. Kloroplastid (peamiselt leiduvad mesofüllikihis) sisaldavad rohelist ainet, mida nimetatakse klorofülliks. Allpool on teised raku osad, mis töötavad koos kloroplastiga fotosünteesi läbiviimiseks.

Taimeraku struktuur

Taimeraku osade funktsioonid

• : pakub struktuurset ja mehaanilist tuge, kaitseb rakke bakterite eest, fikseerib ja määratleb raku kuju, kontrollib kasvu kiirust ja suunda ning annab taimedele kuju.
• : pakub platvormi enamikule ensüümide poolt kontrollitavatest keemilistest protsessidest.
• : toimib barjäärina, kontrollides ainete liikumist rakku ja sealt välja.
• : nagu eespool kirjeldatud, sisaldavad need klorofülli, rohelist ainet, mis neelab fotosünteesi käigus valgusenergiat.
• : raku tsütoplasmas olev õõnsus, mis salvestab vett.
• : sisaldab geneetilist märki (DNA), mis kontrollib raku aktiivsust.

Klorofüll neelab fotosünteesiks vajaliku valgusenergia. Oluline on märkida, et mitte kõik valguse värvi lainepikkused ei neeldu. Taimed neelavad peamiselt punast ja sinist lainepikkust – nad ei neela rohelises vahemikus valgust.

Süsinikdioksiid fotosünteesi käigus

Taimed võtavad lehtede kaudu õhust süsihappegaasi. Süsinikdioksiid imbub läbi lehe põhjas oleva väikese augu – stoomi.

Lehe alumisel küljel on lõdvalt paigutatud rakud, mis võimaldavad süsinikdioksiidil jõuda lehe teiste rakkudeni. Samuti võimaldab see fotosünteesi käigus toodetud hapnikul kergesti lehelt lahkuda.

Süsinikdioksiid sisaldub meie sissehingatavas õhus väga väikeses kontsentratsioonis ja on fotosünteesi pimedas faasis vajalik tegur.

Valgus fotosünteesi protsessis

Lehel on tavaliselt suur pindala, nii et see võib neelata palju valgust. Selle ülemist pinda kaitseb veekao, haiguste ja ilmastiku eest vahajas kiht (kutiikul). Lehe ülaosa on koht, kus valgus langeb. Seda mesofülli kihti nimetatakse palisaadiks. See on kohandatud neelama suurel hulgal valgust, kuna sisaldab palju kloroplaste.

Valgusfaasides suureneb fotosünteesi protsess valguse suurenemisega. Kui valgusfootonid fokusseeritakse rohelisele lehele, ioniseeritakse rohkem klorofülli molekule ja tekib rohkem ATP-d ja NADPH-d. Kuigi valgus on valgusfaasides ülimalt oluline, tuleb arvestada, et liiga palju seda võib kahjustada klorofülli ja vähendada fotosünteesi protsessi.

Valgusfaasid ei sõltu liiga temperatuurist, veest ega süsinikdioksiidist, kuigi neid kõiki on vaja fotosünteesiprotsessi lõpuleviimiseks.

Vesi fotosünteesi ajal

Taimed saavad fotosünteesiks vajalikku vett oma juurte kaudu. Neil on juurekarvad, mis kasvavad mullas. Juurtele on iseloomulik suur pindala ja õhukesed seinad, mis laseb vett neist kergesti läbi.

Pildil on piisavalt vett sisaldavad taimed ja nende rakud (vasakul) ja selle puudumine (paremal).

Märkus: Juurerakud ei sisalda kloroplaste, kuna need on tavaliselt pimedas ega suuda fotosünteesida.

Kui taim ei ima piisavalt vett, siis ta närbub. Ilma veeta ei suuda taim piisavalt kiiresti fotosünteesida ja võib isegi surra.

Mis tähtsus on veel taimede jaoks?

• Annab lahustunud mineraalaineid, mis toetavad taimetervist;
• on transpordivahend;
• Toetab stabiilsust ja püstisust;
• Jahutab ja küllastub niiskusega;
• Võimaldab erinevaid keemilised reaktsioonid taimerakkudes.

Fotosünteesi tähtsus looduses

Fotosünteesi biokeemiline protsess kasutab päikesevalguse energiat vee ja süsinikdioksiidi muutmiseks hapnikuks ja glükoosiks. Glükoosi kasutatakse taimedes kudede kasvu ehitusplokkidena. Seega on fotosüntees viis, kuidas moodustuvad juured, varred, lehed, lilled ja viljad. Ilma fotosünteesi protsessita ei saa taimed kasvada ega paljuneda.

• Tootjad

Oma fotosünteesivõime tõttu on taimi tuntud kui tootjaid ja need on peaaegu kõigi taimede aluseks toiduahel maapinnal. (Vetikad on taime samaväärsed). Kogu toit, mida me sööme, pärineb organismidest, mis on fotosünteesivad. Me sööme neid taimi otse või sööme loomi, näiteks lehmi või sigu, kes tarbivad taimset toitu.

• Toiduahela alused

Veesüsteemides moodustavad taimed ja vetikad ka toiduahela aluse. Vetikad on toiduks, mis omakorda toimivad toiduallikana suurematele organismidele. Ilma fotosünteesita veekeskkonnas oleks elu võimatu.

• Süsinikdioksiidi eemaldamine

Fotosüntees muudab süsinikdioksiidi hapnikuks. Fotosünteesi käigus siseneb atmosfääri süsinikdioksiid taime ja vabaneb seejärel hapnikuna. Tänapäeva maailmas, kus süsihappegaasi tase tõuseb murettekitava kiirusega, on kõik protsessid, mis eemaldavad atmosfäärist süsinikdioksiidi, keskkonna seisukohast olulised.

• Toitainete jalgrattasõit

Taimed ja muud fotosünteesivad organismid mängivad toitainete ringluses olulist rolli. Õhus olev lämmastik fikseeritakse taimekudedes ja muutub kättesaadavaks valkude valmistamiseks. Mullas leiduvaid mikroelemente saab lisada ka taimekoesse ja teha taimtoidulistele kättesaadavaks toiduahelas kõrgemal.

• fotosünteesi sõltuvus

Fotosüntees sõltub valguse intensiivsusest ja kvaliteedist. Ekvaatoril, kus päikesevalgust on aastaringselt palju ja vesi ei ole piirav tegur, on taimed kiire kasvukiirusega ja võivad kasvada üsna suureks. Seevastu ookeani sügavamates osades on fotosüntees vähem levinud, kuna valgus ei tungi nendesse kihtidesse ja selle tulemusena on see ökosüsteem viljatum.

Kõigist fotosünteesi protsessi samaaegselt mõjutavatest teguritest piirav on see, mis on miinimumtasemele lähemal. See installiti Blackman 1905. aastal. Erinevad tegurid võivad olla piiravad, kuid üks neist on peamine.

1. Hämaras valguses on fotosünteesi kiirus otseselt võrdeline valguse intensiivsusega. Valgus on piirav tegur vähese valgusega tingimustes. Suure valgustugevuse korral muutub klorofüll värvituks ja fotosüntees aeglustub. Sellistes tingimustes looduses on taimed tavaliselt kaitstud (paks küünenahk, karvased lehed, soomused).

1. Fotosünteesi tumedad reaktsioonid nõuavad süsinikdioksiid, mis sisaldub orgaanilises aines, on valdkonnas piirav tegur. CO 2 kontsentratsioon atmosfääris varieerub vahemikus 0,03–0,04%, kuid seda suurendades saate fotosünteesi kiirust suurendada. Osa kasvuhoonekultuure kasvatatakse nüüd all kõrgendatud sisu CO2.
2. temperatuuri tegur. Fotosünteesi tumedaid ja mõningaid valgusreaktsioone juhivad ensüümid ja nende toime sõltub temperatuurist. Optimaalne temperatuur parasvöötme taimede puhul on temperatuur 25 °C. Iga 10 °C (kuni 35 °C) temperatuuritõusu korral reaktsioonikiirus kahekordistub, kuid mitmete muude tegurite mõjul kasvavad taimed paremini 25 °C juures.
3. Vesi- fotosünteesi lähtematerjal. Veepuudus mõjutab paljusid rakkudes toimuvaid protsesse. Kuid isegi ajutine närbumine põhjustab tõsist saagikadu. Põhjused: närbumisel sulguvad taimede stoomid ja see takistab CO 2 vaba juurdepääsu fotosünteesiks; mõne taime lehtedes veepuudusega koguneb abstsitsiinhape. See on taimne hormoon – kasvuinhibiitor. Laboritingimustes kasutatakse seda kasvuprotsessi pärssimise uurimiseks.
4. Klorofülli kontsentratsioon. Klorofülli hulk võib väheneda jahukaste, rooste, viirushaiguste, puudumise korral mineraalid ja vanus (tavalise vananemisega). Kui lehed muutuvad kollaseks, klorootilised nähtused või kloroos. Põhjuseks võib olla mineraalide puudus. Klorofülli sünteesiks on vaja Fe, Mg, N ja K.
5. Hapnik. Hapniku kõrge kontsentratsioon atmosfääris (21%) pärsib fotosünteesi. Hapnik konkureerib süsinikdioksiidiga CO 2 fikseerimises osaleva ensüümi aktiivse saidi pärast, mis vähendab fotosünteesi kiirust.
6. Spetsiifilised inhibiitorid. Parim viis taime tapmine tähendab fotosünteesi pärssimist. Selleks on teadlased välja töötanud inhibiitorid - herbitsiidid- dioksiinid. Näiteks: DHMM – diklorofenüüldimetüüluurea- pärsib fotosünteesi valgusreaktsioone. Edukalt kasutatud fotosünteesi valgusreaktsioonide uurimiseks.
7. Reostus keskkond . Tööstusliku päritoluga gaasid, osoon ja vääveldioksiid, kahjustavad isegi väikestes kontsentratsioonides tugevalt mitmete taimede lehti. Samblikud on vääveldioksiidi suhtes väga tundlikud. Seetõttu on olemas meetod samblike näidustused– samblike poolt põhjustatud keskkonnareostuse määramine. Tahm ummistab stoomi ja vähendab lehtede epidermise läbipaistvust, mis vähendab fotosünteesi kiirust.

6. Taime elutegurid, soojus, valgus, õhk, vesi- Taimed on kogu oma elu jooksul pidevas vastasmõjus väliskeskkonnaga. Taimenõuded eluteguritele määrab taimede pärilikkus ja need on erinevad mitte ainult iga liigi, vaid ka konkreetse põllukultuuri iga sordi puhul. Seetõttu võimaldab nende nõuete sügav tundmine õigesti kindlaks määrata külvipindade struktuuri, külvikordade ja paigutuse. külvikorrad.
Taimed vajavad valgust, soojust, vett, toitaineid sealhulgas süsinikdioksiid ja õhk.
Taimede peamine valgusallikas on päikesekiirgus. Kuigi see allikas on väljaspool inimmõju, sõltub päikese valgusenergia fotosünteesiks kasutamise määr põllumajandustehnoloogia tasemest: külviviisidest (põhjast lõunasse või idast läände suunatud read), diferentseeritud külvinormidest, mullaharimisest jne. .
Taimede õigeaegne harvendamine ja umbrohtude hävitamine parandavad taimede valgustatust.
Kuumus taimede elus, koos valgusega, on peamine tegur taimede elus ja vajalik tingimus pinnases toimuvate bioloogiliste, keemiliste ja füüsikaliste protsesside jaoks. Iga taim eri faasides ja arenguetappides esitab teatud, kuid ebavõrdsed nõuded soojusele, mille uurimine on üks taimefüsioloogia ja teadusliku põllumajanduse ülesandeid. soojus taimede elus mõjutab arengukiirust igas kasvufaasis. Põllumajanduse ülesanne hõlmab ka mulla soojusrežiimi ja selle reguleerimise meetodite uurimist.
Vesi taimede elus ja toitained, välja arvatud nii pinnasest kui atmosfäärist tulev süsihappegaas, on taimede elustiku mullategurid. Seetõttu nimetatakse vett ja toitaineid mulla viljakuse elementideks.
Õhk taimede elus(atmosfäär ja pinnas) on vajalik hapnikuallikana taimede ja mulla mikroorganismide hingamisel, samuti süsinikuallikana, mida taim fotosünteesi käigus omastab. Lisaks on taimede elus õhk vajalik pinnases toimuvateks mikrobioloogilisteks protsessideks, mille tulemusena lagundatakse mulla orgaanilist ainet aeroobsete mikroorganismide toimel, mille tulemusena moodustuvad lahustuvad lämmastiku, fosfori, kaaliumi ja muude taimede mineraalsed ühendid. toitaineid.

7 . Põllukultuuride fotosünteesi produktiivsuse näitajad

Saak tekib fotosünteesi protsessis, kui rohelistes taimedes tekib süsihappegaasist, veest ja mineraalidest orgaaniline aine. Energia päikesekiir muundatakse taimse biomassi energiaks. Selle protsessi tõhusus ja lõpuks ka saagikus sõltuvad põllukultuuri kui fotosünteesisüsteemi toimimisest. Põllutingimustes on külv (kenoos) taimede kogumina pindalaühiku kohta keeruline dünaamiline isereguleeruv fotosünteesisüsteem. See süsteem sisaldab palju komponente, mida võib pidada alamsüsteemideks; see on dünaamiline, kuna muudab aja jooksul pidevalt oma parameetreid; isereguleeruv, kuna vaatamata erinevatele mõjudele muudab külv teatud viisil oma parameetreid, säilitades homöostaasi.

Põllukultuuride fotosünteesi aktiivsuse näitajad. Külv on optiline süsteem, milles lehed neelavad PAR-i. Taimede arengu algperioodil on assimilatsioonipind väike ja märkimisväärne osa PAR-st läheb lehtedest mööda ja ei jää nende poolt kinni. Lehtede pindala suurenemisega suureneb ka nende päikeseenergia neeldumine. Kui lehepinna indeks* on 4...5, st lehtede pindala põllukultuuris on 40...50 tuh m 2 /ha, saavutab PAR-i neeldumine põllukultuuri lehtedega maksimaalse väärtuse - 75...80% nähtavast, 40% kogukiirgusest. Lehtede pindala edasisel suurenemisel PAR-i neeldumine ei suurene. Kultuuridel, kus lehepinna kujunemise käik on optimaalne, võib PAR-i neeldumine olla kasvuperioodil keskmiselt 50...60% langevast kiirgusest. Taimkatte poolt neeldunud PAR on fotosünteesi energiaalus. Kuid ainult osa sellest energiast koguneb saaki. PAR-i kasutuskoefitsient määratakse tavaliselt vastavalt taimkatte PAR-juhtumile. Kui biomassi saagis sisse keskmine rada Venemaal on PAR-külvist kogunenud 2...3%, siis on kõigi taimeorganite kuivmass 10...15 t/ha ja võimalik saagikus 4...6 t teravilja 1 ha kohta. Hõredatel kultuuridel on PAR kasutuskoefitsient vaid 0,5...1,0%.

Arvestades põllukultuuri kui fotosünteesisüsteemi, sõltub kasvuperioodil tekkiv kuiva biomassi saagikus või selle kasv teatud perioodi jooksul keskmisest lehtede pindalast, perioodi pikkusest ja selle perioodi fotosünteesi netotootlikkusest.

Y \u003d FP NPF,

kus Y on kuiva biomassi saagikus, t/ha;

FP - fotosünteesipotentsiaal, tuhat m 2 - päeva / ha;

TEJ - fotosünteesi puhastootlikkus, g/(m2 - päevad).

Fotosünteesipotentsiaal arvutatakse valemiga

kus Sc on perioodi keskmine lehepind, tuhat m 2 /ha;

T on perioodi kestus, päevad.

Tsenoosi peamised näitajad ja saagikus määratakse pindalaühiku kohta - 1 m 2 või 1 ha. Niisiis, lehe pindala mõõdetakse tuhandetes m 2 / ha. Lisaks kasutavad nad sellist indikaatorit nagu lehepinna indeks. Põhiosa assimilatsioonipinnast moodustavad lehed, just neis toimub fotosüntees. Fotosüntees võib toimuda ka teistes rohelistes taimede osades – varred, varred, rohelised viljad jne, kuid nende organite panus kogu fotosünteesi on tavaliselt väike. On tavaks võrrelda põllukultuure omavahel, samuti erinevad osariigidühe külvi dünaamika lehtede pindala järgi, identifitseerides selle "assimilatsioonipinna" mõistega. Lehtede pindala dünaamika põllukultuuris järgib teatud regulaarsust. Pärast idanemist suureneb lehtede pindala aeglaselt, seejärel kasvab kasvukiirus. Külgvõrsete moodustumise ja taimede kõrguse kasvu lõpetamise ajaks saavutab lehtede pindala kasvuperioodil maksimumväärtuse, seejärel hakkab see kolletumise ja väljasuremise tõttu järk-järgult vähenema. alumised lehed. Paljude põllukultuuride (teravili, kaunviljad) kultuuride kasvuperioodi lõpuks puuduvad taimedel rohelised lehed. Erinevate põllumajandustaimede lehtede pindala võib kasvuperioodil suuresti varieeruda sõltuvalt veevarustuse tingimustest, toitumisest ja põllumajandustavadest. Maksimaalne lehepindala kuivades tingimustes ulatub vaid 5...10 tuh m 2 /ha ning liigniiskuse ja lämmastiktoite korral võib see ületada 70 tuh m 2 /ha. Arvatakse, et lehepinnaindeksiga 4...5 toimib külv optilise fotosünteesisüsteemina aastal. optimaalne režiim, mis neelab suurima koguse PAR-i. Väiksema lehepinna korral ei jää osa PAR-ist lehtedega kinni. Kui lehtede pindala on üle 50000 m2/ha, siis ülemised lehed varjutavad alumisi ning nende osatähtsus fotosünteesis väheneb järsult. Pealegi "toidavad" ülemised lehed alumisi, mis on ebasoodne puuviljade, seemnete, mugulate jms tekkeks. Lehtede pindala dünaamika näitab, et erinevad etapid kasvuperioodil toimib külv fotosünteesisüsteemina erinevalt (joon. 3). Taimestiku esimese 20...30 päeva jooksul, mil lehe keskmine pindala on 3...7 tuh m 2 /ha, jääb suurem osa PAR-ist lehtedega kinni ja seetõttu ei saa PAR-i kasutustegur olla kõrge. Lisaks hakkab lehtede pindala kiiresti suurenema, saavutades maksimumi. Siniheintel esineb see reeglina tera piimjas faasis, teravilja kaunviljadel keskmises kihis seemnetäidise faasis ja mitmeaastastel kõrrelistel õitsemise faasis. Seejärel hakkab lehtede pindala kiiresti vähenema. Sel ajal toimub ainete ümberjaotumine ja väljavool vegetatiivsed organid generatiivseteks. Nende perioodide kestust ja nende suhet mõjutavad mitmesugused tegurid, sealhulgas agrotehnilised. Nende abiga on võimalik reguleerida lehtede pindala suurendamise protsessi ja perioodide kestust. Kuivades tingimustes vähendatakse teadlikult taimede tihedust ja seega ka lehtede pindala, kuna suure lehepinna korral suureneb transpiratsioon, taimed kannatavad rohkem niiskusepuuduse all ja saagikus väheneb.

Kuidas muundub päikesevalguse energia fotosünteesi heledas ja pimedas faasis glükoosi keemiliste sidemete energiaks? Selgitage vastust.

Vastus

Fotosünteesi valgusfaasis muundatakse päikesevalguse energia ergastatud elektronide energiaks ning seejärel ergastatud elektronide energia ATP ja NADP-H2 energiaks. Fotosünteesi pimedas faasis muundatakse ATP ja NADP-H2 energia glükoosi keemiliste sidemete energiaks.

Mis sees toimub kerge faas fotosüntees?

Vastus

Valguse energiast ergastatud klorofülli elektronid lähevad mööda elektronide transpordiahelaid, nende energia salvestub ATP-s ja NADP-H2-s. Toimub vee fotolüüs, eraldub hapnik.

Millised on peamised protsessid, mis fotosünteesi pimedas faasis toimuvad?

Vastus

Atmosfäärist saadavast süsihappegaasist ja valgusfaasis saadavast vesinikust tekib valgusfaasis saadava ATP energia toimel glükoos.

Mis on klorofülli funktsioon taimerakus?

Vastus

Klorofüll osaleb fotosünteesi protsessis: valgusfaasis neelab klorofüll valgust, klorofülli elektron saab valgusenergiat, katkeb ja läheb mööda elektronide transpordiahelat.

Millist rolli mängivad klorofülli elektronid fotosünteesis?

Vastus

Päikesevalgusest ergastatud klorofülli elektronid läbivad elektronide transpordiahelaid ja loovutavad oma energia ATP ja NADP-H2 moodustumiseks.

Millises fotosünteesi etapis tekib vaba hapnik?

Vastus

Valgusfaasis, vee fotolüüsi ajal.

Millises fotosünteesi faasis toimub ATP süntees?

Vastus

kerge faas.

Mis on hapniku allikas fotosünteesi ajal?

Vastus

Vesi (vee fotolüüsi käigus eraldub hapnik).

Fotosünteesi kiirus sõltub piiravatest (piiravatest) teguritest, mille hulgas on valgus, süsinikdioksiidi kontsentratsioon, temperatuur. Miks need tegurid piiravad fotosünteesi reaktsioone?

Vastus

Valgus on vajalik klorofülli ergastamiseks, see annab energiat fotosünteesi protsessiks. Süsinikdioksiidi on vaja fotosünteesi pimedas faasis, sellest sünteesitakse glükoos. Temperatuuri muutus põhjustab ensüümide denatureerumist, fotosünteesi reaktsioonid aeglustuvad.

Millistes taimede metaboolsetes reaktsioonides on süsihappegaas süsivesikute sünteesi algaineks?

Vastus

fotosünteesi reaktsioonides.

Taimede lehtedes toimub fotosünteesi protsess intensiivselt. Kas seda esineb küpsetes ja küpsetes viljades? Selgitage vastust.

Vastus

Fotosüntees toimub valguse käes olevates taimede rohelistes osades. Seega toimub roheliste puuviljade koores fotosüntees. Vilja sees ja küpsete (mitte roheliste) viljade koores fotosünteesi ei toimu.

Peamine välised tegurid Fotosünteesi intensiivsust mõjutavad valgus, süsinikdioksiidi kontsentratsioon ja temperatuur. Kui mõne loetletud teguri muutus on joonistatud piki horisontaaltelge, on fotosünteesi intensiivsuse sõltuvuse kõverad nendest teguritest joonisel näidatud kujul. Esiteks, mis tahes piirava teguri väärtuse suurenemisega täheldatakse fotosünteesi intensiivsuse lineaarset suurenemist. Seejärel, kui mõni teine ​​tegur või tegurid muutuvad piiravaks, reaktsiooni intensiivsus aeglustub ja stabiliseerub.

Järgnevalt eeldame, et muutub ainult üks, käsitletud faktor, ja ülejäänutel on optimaalsed väärtused.

Valgus ja fotosüntees

Fotosünteesi vähese valguse intensiivsusega suureneb võrdeliselt langeva valguse hulga suurenemisega. Järk-järgult, muude tegurite mõjul, fotosünteesi intensiivsus väheneb. Selge suvepäeva valgustus on umbes 100 000 luksi (10 000 fc), samas kui normaalseks fotosünteesiks on vaja ainult 10 000 luksi. Seetõttu ei ole valgus enamiku taimede puhul (välja arvatud varjus olevad taimed) peamine fotosünteesi piirav tegur. Väga kõrged väärtused valguse intensiivsus võib põhjustada klorofülli värvimuutust ja aeglustada fotosünteesi reaktsioone. Samal ajal on sellistes tingimustes pidevalt kasvavad taimed nendega tavaliselt hästi kohanenud; näiteks on nende lehed kaetud paksu küünenahaga või tihedalt karvane.

Süsinikdioksiidi kontsentratsioon ja fotosüntees

Süsinikdioksiid kasutatakse pimedates reaktsioonides suhkru tootmiseks. Normaaltingimustes on süsinikdioksiid peamine fotosünteesi piirav tegur. Atmosfäär sisaldab 0,03–0,04% süsinikdioksiidi. Kui suurendate selle sisaldust õhus, võite saavutada fotosünteesi intensiivsuse suurenemise. Lühiajaliselt saab säilitada optimaalse kontsentratsiooni 0,5%, kuid pikaajalisel kokkupuutel muutub see kontsentratsioon taimele ohtlikuks. Seetõttu peetakse kõige soodsamaks süsinikdioksiidi kontsentratsiooni umbes 0,1%. Mõnda kasvuhoonekultuuri, näiteks tomateid, kasvatatakse süsinikdioksiidiga rikastatud atmosfääris. Praegu on taimed, mis suudavad tõhusalt eemaldada atmosfäärist süsihappegaasi ja samal ajal anda suurenenud saagikus. Selliseid taimi, mida nimetatakse C4 taimedeks, käsitletakse vastavas jaotises.

Temperatuur ja fotosüntees

Kontrollitakse tumedaid ja teatud määral ka heledaid reaktsioone ensüümid, seega õhutemperatuur on suur tähtsus. Parasvöötme taimede jaoks on kõige soodsam temperatuur umbes 25 °C. Iga 10°C temperatuuritõusu korral reaktsioonikiirus kahekordistub (kuni 35°C), kuid muud tõendid viitavad sellele, et taim areneb paremini 25°C juures.

Klorofülli kontsentratsioon ja fotosüntees

Tema enda poolt klorofülli kontsentratsioon ei ole fotosünteesi piirav tegur. Klorofülli taseme languse põhjused võivad olla olulised: haigused ( jahukaste, rooste, viirushaigused), mikroelementide puudumine, normaalsed vananemisprotsessid. Kui leht muutub kollaseks, on see väidetavalt muutunud klorootiliseks ja protsessi, mille käigus lehtede kollakas värvus tekib, nimetatakse kloroosiks. Klorootilised laigud on sageli haiguse või mineraalide puuduse sümptomiks. Mõned elemendid, nagu raud, magneesium ja lämmastik (kaks viimast kuuluvad otseselt klorofülli molekuli), on vajalikud klorofülli tekkeks, seega on need elemendid eriti olulised. Lisaks vajab taim kaaliumi. Teine kloroosi esinemise põhjus on valguse puudumine, kuna valgus on vajalik klorofülli sünteesi viimases etapis.

Spetsiifilised inhibiitorid ja fotosüntees

Kui maha suruda fotosüntees taim sureb paratamatult. See oli aluseks erinevate herbitsiidide, nagu DHMM (diklorofenüüldimetüüluurea) väljatöötamisel. See ravim käivitab kloroplastides mittetsüklilise elektronivoolu möödaviigu, inhibeerides seega valgusreaktsioone. DXMM on mänginud olulist rolli fotosünteesi valgusreaktsioonide uurimisel.

On veel kaks tegurit renderdama suur mõju põllukultuuride kasvu ja rohkem üldine tähendus taimede kasvu ja fotosünteesi jaoks on vee olemasolu ja keskkonna saastamine.

Vesi ja fotosüntees

Vesi on fotosünteesi lähtematerjal. Kuna vesi mõjutab aga tohutut hulka rakulisi protsesse, on võimatu hinnata selle otsest mõju fotosünteesile. Uurides aga sünteesitud orgaanilise aine hulka veepuuduse all kannatavatel taimedel, on näha, et ajutine närbumine toob kaasa saagi järsu languse. Isegi kui taimedel pole nähtavaid muutusi, põhjustab väike veepuudus saagikuse märkimisväärset langust. Selle põhjused on keerulised ja neid ei mõisteta täielikult. Üheks ilmseks põhjuseks võib pidada stoomide sulgumist närbumise ajal, mis takistab süsihappegaasi voolu fotosünteesiks. Lisaks selgus, et veepuuduse korral koguneb osade taimede lehtedesse abstsitsiinhape, mis on kasvuinhibiitor.

Keskkonnasaaste ja fotosüntees

Mõned tööstusliku päritoluga gaasid näiteks osoon ja vääveldioksiid, isegi väikestes kogustes on taimelehtedele väga ohtlikud, kuigi selle täpseid põhjuseid pole veel kindlaks tehtud. Seega kaotavad teraviljad saastunud aladel kuni 15% oma massist, eriti kuival suvel. Selgus, et samblikud on vääveldioksiidi suhtes väga tundlikud. Tahm ummistab stoomi ja vähendab lehtede epidermise läbipaistvust.