_Фотосинтез

Фотосинтез - процесс образования органических веществ при освещении.

Фотосинтез — процесс образования живыми растительными клетками органических веществ (сахара, крахмала и др.) из неорганических (углекислого газа и воды) с помощью энергии фотонов света, поглощаемых пигментами растений.

Это процесс производства пищи, от которого зависят все живые существа — растения, животные и человек. У всех наземных растений и у большей части водных в ходе фотосинтеза выделяется кислород.

Некоторым организмам, однако, свойственны другие виды фотосинтеза, проходящие без выделения кислорода.

К органическим веществам относятся все соединения углерода за исключением его оксидов и нитридов.

В наибольшем количестве образуются при фотосинтезе такие органические вещества, как углеводы (в первую очередь сахара и крахмал), аминокислоты (из которых строятся белки) и, наконец, жирные кислоты (которые в сочетании с глицерофосфатом служат материалом для синтеза жиров).

Из неорганических веществ для синтеза всех этих соединений требуются вода (Н2О) и диоксид углерода (СО2). Для аминокислот требуются, кроме того, азот и сера.

Растения могут поглощать эти элементы в форме их оксидов, нитрата (NO3-) и сульфата (SO42−) или в других, более восстановленных формах, таких, как аммиак (NH3) или сероводород (сульфид водорода H2S).

В состав органических соединений может включаться при фотосинтезе также фосфор (растения поглощают его в виде фосфата) и ионы металлов — железа и магния. Марганец и некоторые другие элементы тоже необходимы для фотосинтеза, но лишь в следовых количествах.

У наземных растений все эти неорганические соединения, за исключением СО2, поступают через корни. СО2 растения получают из атмосферного воздуха, в котором средняя его концентрация составляет 0,03%. СО2 поступает в листья, а О2 выделяется из них через небольшие отверстия в эпидермисе, называемые устьицами.

Открывание и закрывание устьиц регулируют особые клетки — их называют замыкающими — тоже зелёные и способные осуществлять фотосинтез. Когда на замыкающие клетки падает свет, в них начинается фотосинтез.

Накопление его продуктов вынуждает эти клетки растягиваться. При этом устьичное отверстие открывается шире, и СО2 проникает к нижележащим слоям листа, клетки которых могут теперь продолжать фотосинтез.

Устьица регулируют и испарение воды листьями, т. н. транспирацию, поскольку большая часть водяных паров проходит именно через эти отверстия.

Водные растения добывают все необходимые им питательные вещества из воды, в которой живут. СО2 и ион бикарбоната (HCO3) тоже содержатся и в морской, и в пресной воде. Водоросли и другие водные растения получают их непосредственно из воды.

Свет в фотосинтезе играет роль не только катализатора, но и одного из реагентов. Значительная часть световой энергии, используемой растениями при фотосинтезе, запасается в виде химической потенциальной энергии в продуктах фотосинтеза.

Для фотосинтеза, идущего с выделением кислорода, в той или иной мере пригоден любой видимый свет от фиолетового (длина волны 400 нм) до среднего красного (700 нм).

При некоторых видах бактериального фотосинтеза, не сопровождающегося выделением O2, может эффективно использоваться свет с большей длиной волны, вплоть до дальнего красного (900 нм).

Фотосинтез составляет энергетическую основу всего живого на планете, кроме хемо-синтезирующих бактерий.

Возникновение на Земле более 3 млрд. лет назад механизма расщепления молекулы воды квантами солнечного света с образованием O2 представляет собой важнейшее событие в биологической эволюции, сделавшее свет Солнца главным источником энергии биосферы.

Фототрофы обеспечивают конверсию и запасание энергии термоядерных процессов, протекающих на Солнце, в энергию органических молекул. Солнечная энергия при участии фототрофов конвертируется в энергию химических связей органических веществ.

Существование гетеротрофных организмов возможно исключительно за счёт энергии, запасённой фототрофами в органических соединениях. При использовании энергии химических связей органических веществ гетеротрофы высвобождают её в процессах дыхания и брожения.

Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез служит главным входом неорганического углерода в биогеохимический цикл.

Фотосинтез является основой продуктивности сельско-хозяйственно важных растений.

Большая часть свободного кислорода атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза.

Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни существовать на суше.

Фотосинтез зависит от температуры:

Температурные пределы, в которых возможно осуществление процессов фотосинтеза, различны для разных растений.

Понижение температуры влияет на фотосинтез прямо, уменьшая активность ферментов, участвующих в темновых реакциях, и косвенно, благодаря повреждению органелл.

Минимальная температура для фотосинтеза растений средней полосы около 0°С, для тропических растений 5—10°С.

Наиболее благоприятны для фотосинтеза красные и синие лучи Солнца — именно поэтому в Фитолампах ставят, в основном, красные и синие светодиоды.

Зависимость интенсивности фотосинтеза от освещённости носит логарифмический характер: фотосинтез начинается при низкой освещённости, сначала его интенсивность растёт в линейной зависимости от освещённости, а затем наступает насыщение и при росте освещённости дальнейшего роста интенсивности фотосинтеза не происходит, а затем и падает.

Причём у разных растений эти логарифмические зависимости существенно различаются и точкой начала, и наклоном графика зависимости, и величиной насыщения — именно этим и объясняется выделение светолюбивых, тенелюбивых и теневыносливых растений.

Вот типичная зависимость интенсивности фотосинтеза в зависимости от освещённости на примере кукурузы:


Зависимость скорости фотосинтеза от интенсивности света у кукурузы

Интенсивность фотосинтеза зависит от многих факторов,

однако решающую роль играют свет, температура и водный режим.

С восходом Солнца интенсивность фотосинтеза возрастает вместе с освещённостью, достигая максимальных значений в 9—12 часов.

Дальнейший характер процесса определяется степенью оводнённости листьев, температурой воздуха и интенсивностью солнечного света.

В полуденные часы интенсивность фотосинтеза не увеличивается: она может оставаться примерно на уровне утреннего максимума (в нежаркие, облачные дни) или несколько снижаться, но тогда к 16 — 17 часам наблюдается повторное усиление процесса.

Интенсивность фотосинтеза падает после 22 часов с заходом солнца.

Поэтому имеет смысл в средней полосе России располагать грядки в направлении Север — Юг, а с южной стороны сажать высокие светолюбивые растения, притеняющие грядку при избыточной максимальной освещённости.

Кроме того, интенсивность фотосинтеза возрастает (при прочих равных условиях) при росте содержания углекислого газа в воздухе с 0,03 % вплоть до 3 %, что иногда используется в теплицах путём стравливания углекислого газа из баллонов.

Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!

И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
ФотосинтезПродолжение тут…

Deviz_15

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Проверка комментариев включена. Прежде чем Ваши комментарии будут опубликованы пройдет какое-то время.