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.
Продолжение тут…