Фотосинтез - це процес, при якомусвітлова енергія поглинається і використовується на синтез відновленихвуглецевмісних сполук з двоокису вуглецю і води. Цей процесвідбувається тільки в освітленій зеленої тканини, тому що хлорофіл граєістотну роль у перетворенні світлової енергії в хімічну. Термінфотосинтез був запропонований Чарльзом Рейдом Банс із Чиказького університету впочатку цього сторіччя. В Європі цей процес часто називають асиміляцією абоасиміляцією вуглецю. Більшість американських фізіологів рослинволіють вживати термін асиміляція, коли мова йде про освітунових тканин з вуглеводів і азотистих сполук.
Значення фотосинтезу не можна переоцінити,тому що вся енергія, що міститься у нашій їжі, накопичується прямо абопобічно завдяки процесу фотосинтезу, а джерелом більшої частинивикористовуваної енергії, на якій працюють заводи, є горючі копалини,де вона була запасена допомогою фотосинтезу в далекому минулому. Літ (1972,1975) підрахував, що наземні рослини утворюють за рік 100-10 9 т сухої речовини,з яких понад 2/3 виробляють дерева. Загальна енергія, щорічнонакопичується в рослинах при фотосинтезі, приблизно в 100 разів перевищуєенергію, що міститься у вугіллі, що добувається протягом року у всіх шахтах світу.Хоча ліси і займають тільки 1/3 поверхні суші земної кулі, вони виробляютьблизько 2/3 сухої речовини, в той час як оброблювані землі займаютьприблизно 9% і дають лише 9% сухої речовини.
Поки людина не почав широко використовувативугілля, більша частина споживаної ним теплової енергії виходила від спалюваннядеревини. В даний час деревина ширше використовується як будівельнийматеріал і джерело отримання паперу, ніж в якості палива, хоча інтерес доостанньому знову зростає. Незалежно від того, як використовується деревина,необхідно пам'ятати, що містяться в ній енергія і суху речовинунакопичуються завдяки процесу фотосинтезу. У зв'язку з цим раціональневедення лісового господарства має бути спрямоване на підвищення кількостіпродуктів фотосинтезу на одиницю земної поверхні і ефективності їхперетворення в рослинний матеріал.
Із загальної кількості сонячного випромінювання, що потрапляє нанашу планету, лише половина доходить до поверхні Землі, тільки 1/8 маєдовжину хвилі, яка підходить для фотосинтезу, і лише 0,4% таких променів (близько 1% відзагального обсягу енергії) використовується рослинами. Саме від цього одного відсотказалежить все життя на Землі.
У процесі фотосинтезу вуглекислий газ в присутностіхлорофілу реагує з водою; при цьому утворюється глюкоза і виділяєтьсякисень:
6CO 2 + 6H 2 O в†’ C 6 H 12 O 6 + 6O 2 .
Більш грамотної буде запис
CO 2 + 2H 2 O в†’ [CH 2 O] + O 2 + H 2 O,
Яка показує, що виділяється кисень утворюється зводи. Схожим рівнянням описується і хемосинтез серобактерій:
CO 2 + 2H 2 S в†’ [CH 2 O] + 2S + H 2 O,
.ebio.ru/images/10020201.gif
Загальнасхема фотосинтезу
Таким чином, процес фотосинтезу включає в себе двістадії:
- отримання водню (фотоліз)- При цьому кисень виділяється як побічний продукт реакції;
- отримання глюкози (відновлення).
.ebio.ru/images/10020202.jpg
Газообмінв аркуші відбувається через продихи
.ebio.ru/images/10020203.gif
Інтенсивністьфотосинтезу на різних довжинах хвиль
Перша стадія фотосинтезу протікає на світлі. Світлові квантидають електронам енергію, необхідну для перенесення їх від хлорофілу або іншогофотосинтезуючого пігменту. У ході першої стадії з АДФ (аденозиндифосфату) іфосфату синтезується АТФ (аденозинтрифосфат), а НАДФ(Нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат) відновлюється до НАДФ в€™ H 2 .Синтез АТФ за рахунок енергії світлових квантів називається фотофосфорилювання. Цей процесможе бути циклічним (в реакції В«працюютьВ» одні й ті ж електрони) інециклічні (електрони врешті-решт доходять до НАДФ і, взаємодіючи зіонами водню, утворюють НАДФ в€™ H 2 ). Кисень як побічнийпродукт реакції виділяється тільки в другому випадку.
Для реакцій другій стадії світло не потрібне. Відновлення CO 2 відбувається за рахунок енергії АТФ і накопиченого НАДФ в€™ H 2 .Вуглекислий газ зв'язується з пятиуглеродного цукру рібулозобісфосфатом,утворюючи дві молекули трьохвуглецеві фосфогліцеріновий кислоти (ФГК). Такийпроцес отримав назву C 3 -фотосинтезу. Наступний цикл реакцій(Цикл Кальвіна) призводить до утворення з ФГК цукру (наприклад, глюкози), атакож ресинтезу рібулозобісфосфата. У деяких рослин (наприклад, цукровогоочерету, сої) спостерігається так званий C 4 -фотосинтез, в реакціяхякого CO 2 , відновлюючись, включається до складу органічнихкислот, що мають чотири атома вуглецю (наприклад, яблучної). При цьому поглинаннявуглекислоти йде набагато ефективніше, підвищується і продуктивність рослин.
На швидкість фотосинтезу впливають багато факторів. Основними зних є інтенсивність світла, концентрація кисню і вуглекислого газу,температура навколишнього середовища. Стан, коли швидкість виділення киснюрослиною дорівнює швидкості його дихання, називається точкою компенсації.
Кисень у процесі фотосинтезу може діяти якконкурентний інгібітор, взаємодіючи з рібулозодісфосфатом замість вуглекислогогазу. При цьому утворюється одна молекула ФГК і фосфогліколат, відразурозщеплюваний до гліколат. Щоб повернути хоча б частину вуглецю, пов'язаного вмарному гліколат, у рослини є процес, званий фотодихання. Це залежне від світласпоживання кисню з виділенням вуглекислого газу, помітне лише у C 3 -рослин,не має нічого спільного зі звичайним диханням. Фотодихання, в цілому, йде зпоглинанням енергії; в результаті утворюється фосфогліцерат, а 25% вуглецювтрачається у вигляді CO 2 . У фотодихання беруть участь хлоропласти, Пероксисомаі мітохондрії. У C 4 -рослин фотодихання практично немає, що іє причиною їх більшої продуктивності.
У зв'язку з енергетичною проблемою вчені намагаються провестифотосинтетичні процеси штучно, особливо їх перші етапи, коли водапід дією сонячної радіації розщеплюється на кисень і водень. Спалюванняводню (з утворенням води) - екологічно чистий процес, який міг бистати непоганою заміною сучасним джерелам енергії
пігментиХлоропласти
Хлорофіл заслуговує особливої вЂ‹вЂ‹уваги,тому що в процесі фотосинтезу він є светопоглощающего пігментом, атакож і тому, що створює домінуючу забарвлення земної поверхні. Удеяких декоративних дерев і чагарників іноді бувають видно жовтіпігменти-каротиноїди. Ці пігменти виявляються і внаслідок того, щоумови стають несприятливими для синтезу хлорофілу або його збереження.Листя деяких різновидів деревних рослин, наприклад, темно-червонеформи бука європейського, клена дланевидного, мають червону або пурпурнузабарвлення через присутність в клітинному соку (а не в пластидах) антоціанів.Багато інші дерева виробляють антоціани восени. (Освіта осінньоїзабарвлення листя буде розглянуто в главі 7). Хлорофіл і каротиноїдизустрічаються, крім листових пластинок, у багатьох тканинах, у тому числі вчерешках, нирках, сім'ядолях, в коровою паренхімі молодих пагонів і в феллодермебільш старих стебел деяких видів. Зазвичай хлоропласти рідко зустрічаються вепідермальних клітинах, за винятком замикаючих клітин продихів. Зрідка вонирозвиваються в коренях, виставлених на світло.
Інтенсивність фотосинтезу листків деревнихрослин, як правило, нижче інтенсивності фотосинтезу трав'янистих рослин.
ФАКТОРИ,ВПЛИВАЮТЬ НА утворення хлорофілу
Пожовтіння, або хлороз листя - результатїх нездатності збільшувати або зберігати вміст хлорофілу. Всебічнимвивченням встановлено, що це явище залежить від ряду внутрішніх і зовнішніх...
