G.Ya Golovanov;
M. Zalevskaya
Frunza verde este sursa vietii pe planeta noastra. Dacă nu ar fi plantele verzi, nu ar exista nici animale, nici oameni pe Pământ. Oricum, plantele servesc drept sursă de hrană pentru întregul regn animal.
Omul folosește energia nu numai a razele soare care cad pe pământ acum, ci și a celor care au căzut pe ea zeci și sute de milioane de ani în urmă. La urma urmei, cărbunele, uleiul și turba sunt resturi chimice modificate de plante și animale care au trăit în acele vremuri îndepărtate.
În ultimele decenii, la problema fotosintezei a atras atenția specialiștilor de conducere a unui număr de ramuri ale științei naturale și diferitele sale aspecte sunt investigate complet și profund în multe laboratoare din întreaga lume. Interesul este determinat în primul rând de faptul că fotosinteza formează baza schimbului de energie al întregii biosfere.
Intensitatea fotosintezei depinde de mulți factori: intensitatea luminii. necesare pentru cea mai mare eficiență a fotosintezei, în diferite plante este diferită. In toleranță umbra activitate maximă de fotosinteză este atins la aproximativ jumatate din lumina soarelui, în timp ce plantele iubitoare de lumina - aproape in lumina soarelui.
Multe plante tolerante la umbră nu dezvoltă parenchimă palisadă (coloană) în frunze, și există doar un crin (valea, copacul) spongios. În plus, aceste plante au frunze mai mari și cloroplaste mai mari.
Intensitatea fotosintezei este, de asemenea, afectată de temperatura ambiantă. Cea mai mare intensitate a fotosintezei este observată la o temperatură de 20-28 ° C. Cu o creștere suplimentară a temperaturii, intensitatea fotosintezei scade, iar intensitatea respirației crește. Atunci când intensitatea fotosintezei și a respirației coincid, ei vorbesc despre un punct compensator.
Punctul de compensare variază în funcție de intensitatea luminii, creșterea și scăderea temperaturii. De exemplu, în alge marine maro rezistente la frig, aceasta corespunde unei temperaturi de aproximativ 10 ° C. Temperatura afectează, în primul rând, cloroplastele, care, în funcție de temperatură, schimbă structura, care se vede clar în microscopul electronic.
Lumina cu diferite lungimi de undă afectează, de asemenea, intensitatea fotosintezei în diferite moduri. Pentru prima dată rata de fotosinteză în diferite raze ale spectrului studiat fizician Vladimir Daubeny, prezentat în 1836. că rata de fotosinteză în frunza verde depinde de natura razei. Erorile metodologice din experiment l-au condus la concluzii greșite. Scientific interval elodea de evacuare plasat într-un flacon cu apă tăiat tub iluminat prin trecerea luminii solare prin sticlă colorată sau soluții colorate, și receptiv la rata de fotosinteză de numărul de bule de oxigen detașându-se de suprafața tăiată pe unitatea de timp. Daubeny ajuns la concluzia că rata de fotosinteza este proporțională cu luminozitatea razelor luminoase și strălucitoare la acel moment considerat a fi galben. Același punct de vedere a fost susținut de John Draper (1811-1882), care a studiat rata de fotosinteză în raze spectrale diferite emise de un spectroscop.
Rolul clorofilei în procesul de fotosinteză a fost dovedit de către botanistul rus și fiziologul de plante K.A. Timiryazev. După ce a petrecut în anii 1871-1875. o serie de experimente, a descoperit că plantele verzi absorb radiațiile părților roșii și albastre ale spectrului solar cel mai intens și nu galben, așa cum se credea în fața lui. Absorbind părțile roșii și albastre ale spectrului, clorofila reflectă razele verzi, ceea ce face să pară verde.
Pe baza acestor date, german fiziolog plantelor Theodor Wilhelm Engelmann în 1883, a dezvoltat o metodă pentru studierea asimilare bacteriană a dioxidului de carbon de către plante.
El a sugerat că dacă pui o picătură de apă în celulele de plante verzi cu bacterii aerobe si le ilumina raze colorate diferit, bacteriile trebuie să fie concentrate în acele zone ale celulei în care dioxidul de carbon este descompus cel mai greu și oxigen este eliberat. Pentru a testa acest lucru, Engelman a îmbunătățit într-o oarecare măsură microscopul de lumină, fixând o prisă deasupra oglinzii, care a descompus lumina soarelui în componente separate ale spectrului. Ca o planta verde, Engelman a utilizat alge spirogyro verde, celule mari din care contin cromatografi spirale lungi.
Punând o bucată de alge într-o picătură de apă pe diapozitiv, Engelman a adus câteva bacterii aerobe acolo, după care a examinat drogul sub microscop. Sa dovedit că, în absența prismei, preparatul pregătit a fost iluminat cu lumină albă și bacteriile au fost distribuite uniform pe toată suprafața algei. În prezența prismei, raza de lumină reflectată din oglindă a fost refracționată, luminând zona algei sub microscop cu lumină cu lungimi de undă diferite. După câteva minute, bacteriile s-au concentrat asupra acelor zone care au fost iluminate cu lumină roșie și albastră. încheiat pe baza acestei Engelmann că descompunerea dioxidului de carbon (și, în consecință, eliberarea de oxigen) în plante verzi se observă, în plus față de culoarea de bază (de exemplu, verde), razele - roșu și albastru.
Datele obținute cu echipamente moderne confirmă pe deplin rezultatele obținute de Engelman acum mai bine de 120 de ani.
Energia luminoasă absorbită de clorofil participă la reacțiile primelor și a doua etape ale fotosintezei; Reacțiile etapei a treia sunt întunecate, adică are loc fără participarea la lumină. Măsurătorile au arătat că procesul de reconstrucție a unei molecule de oxigen necesită un minim de opt cantitati de energie luminoasă. Astfel, randamentul maxim quant al fotosintezei, adică numărul de molecule de oxigen care corespund unei singure cuanții de energie lumină absorbită de plante este de 1/8 sau 12,5%.
R. Emerson și colaboratorii au determinat randamentul cuantic al fotosintezei când plantele au fost iluminate cu lumină monocromatică cu diferite lungimi de undă. S-a constatat că randamentul rămâne constant la 12% în cea mai mare parte a spectrului vizibil, dar scade brusc în apropierea regiunii mult mai roșii. Această scădere a plantelor verzi începe la o lungime de undă de 680 nm. La o lungime mai mare de 660 nm, lumina absoarbe doar clorofila a; clorofila b are un maxim de absorbție a luminii la 650 nm, iar la 680 nm practic nu absoarbe nici o lumină. La o lungime de undă mai mare de 680 nm, randamentul cuantic al fotosintezei poate fi crescută la o valoare maximă de 12%, cu condiția ca instalația să iluminate, de asemenea, simultan cu lumina de lungime de undă de 650 nm. Cu alte cuvinte, dacă lumina absorbită de clorofila a este suplimentată cu lumină absorbită de clorofila b. atunci randamentul cuantic al fotosintezei atinge o valoare normală.
Îmbunătățirea fotosinteză în timp ce plantele de iluminat două fascicule de lumină monocromatică de diferite lungimi de undă în comparație cu intensitatea observată la fascicule de lumină separate sunt aceleași, a fost numit efect Emerson. Experimentele cu diferite combinații de lumină și lumină roșie departe cu o lungime de undă mai scurtă a algelor verzi, roșu, albastru-verde și maro au arătat că cea mai mare creștere în fotosinteză are loc în cazul în care al doilea fascicul, cu o lungime de undă mai scurtă este absorbită de pigmenți vspomogatelnymih.
În plantele verzi, pigmenții auxiliari sunt carotenoide și clorofila b. în alge roșii - carotenoide și ficoeritrina, în albastru-verde - carotenoide și ficocianina, din alge brune - carotenoide și fucoxanthin.
Studierea ulterioară a procesului de fotosinteză a dus la concluzia că pigmenții auxiliari transmit de la 80 la 100% din energia luminoasă absorbită de clorofila a. Astfel, clorofila a acumulează energia luminoasă absorbită de celula de plantă și apoi o folosește în reacțiile fotochimice ale fotosintezei.
Mai târziu, sa constatat că clorofila a este prezentă în celula vie sub formă de forme cu diferite spectre de absorbție și diferite funcții fotochimice. O formă de clorofilă a. a cărui absorbție maximă corespunde cu lungimea de undă de 700 nm, aparține sistemului de pigment, numit photosystem I. clorofilei a doua formă, cu un maxim de absorbție la 680 nm, aparține fotosistemul II.
Deci, în plante, a fost deschis un sistem de pigment activ, care absoarbe lumina în special în regiunea roșie a spectrului. Începe să funcționeze deja cu iluminare nesemnificativă. În plus, este cunoscut un alt sistem de reglementare care absoarbe selectiv și utilizează albastru pentru fotosinteză. Acest sistem funcționează sub o lumină destul de puternică.
De asemenea, sa stabilit că aparatul fotosintetic al unor plante folosește în mare parte lumină roșie pentru fotosinteză, în timp ce alții folosesc lumină albastră.
Pentru a determina intensitatea fotosintezei în plantele acvatice, se poate utiliza metoda de numărare a bulelor de oxigen. În lumina frunzelor există un proces de fotosinteză, al cărui produs este oxigen, care se acumulează în spațiile intercelulare. La tăierea tijei în exces începe de gaz să se separe de suprafața tăiată sub forma vitezei curentului continuu formarea de bule depinde de rata de fotosinteză. Această metodă nu este foarte precisă, dar este simplă și oferă o imagine clară a dependenței procesului de fotosinteză de condițiile externe.
Experiența 1. Dependența productivității fotosintezei asupra intensității luminii
Materiale și echipamente. elodea; soluții apoase de NaHC03. (NH4) 2C03 sau apă minerală; apă de la robinet; o tijă de sticlă; fir; foarfece; o lampă electrică cu o putere de 200 W; ore; Termometru.
1. Pentru experiment, s-au selectat lăstari sănătoși de elodei cu o lungime de aproximativ 8 cm de culoare verde intensă cu vârful intact. Au fost tăiați sub apă, legați cu un șnur de o tijă de sticlă și au căzut în pahar cu apă la temperatura camerei (temperatura apei ar trebui să rămână constantă).
2. Pentru experiment, apa uzată de robinet îmbogățită cu CO2 prin adaos de NaHCO3 sau (NH4) 2CO3 a fost luată. sau apă minerală, și puneți un pahar cu o plantă acvatică pe o lumină puternică. Respectați aspectul bulelor de aer de la tăierea plantei.
3. Când curentul bulei a devenit uniform, numărul de bule eliberate în decurs de 1 minut a fost calculat. Numărarea a fost efectuată de 3 ori cu o pauză de 1 minut, datele au fost înregistrate într-un tabel, rezultatul mediu a fost determinat.
4. Un pahar cu o planta a fost scos din sursa de lumina cu 50-60 cm si au fost repetate actiunile specificate in clauza 3.
5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-au concluzionat despre intensitatea diferită a fotosintezei în lumină slabă și slabă.
Rezultatele experimentelor sunt prezentate în Tabelul 1.
Concluzie: la intensitățile luminii utilizate, intensitatea fotosintezei crește odată cu creșterea intensității luminii, adică Cu cât mai multă lumină, cu atât mai bună este fotosinteza.
Tabelul 1. Dependența fotosintezei asupra intensității luminii
Experimentul 2. Dependența productivității fotosintezei asupra compoziției spectrale a luminii
Materiale și echipamente. elodea; un set de filtre luminoase (albastru, portocaliu, verde); șapte cutii înalte, cu gât larg; apă de la robinet; foarfece; o lampă electrică cu o putere de 200 W; ore; termometru; eprubete.
1. Tubul a fost umplut cu 2/3 din volum cu apa de la robinet și planta acvatică a fost așezată cu vârful în jos. Stemul a fost tăiat sub apă.
2. In borcan gura larg a fost plasat filtru albastru mare (circular) sub filtrul - tubul cu planta și expuse la lumină puternică bancă, astfel încât a căzut pe o plantă, care trece prin filtru. Observați aspectul bulelor de aer din tăietura tijei plantei.
3. Când curentul bulei a devenit uniform, numărul de bule eliberate în decurs de 1 minut a fost calculat. Numărarea a fost efectuată de 3 ori cu o pauză de 1 min, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost înregistrate în tabel.
4. Filtrul albastru a fost înlocuit cu roșu și au fost repetate acțiunile specificate la punctul 3, asigurându-se că distanța dintre sursa de lumină și temperatura apei a rămas constantă.
5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și a concluzionat că intensitatea fotosintezei depinde de compoziția spectrală a luminii.
Rezultatele experimentului sunt prezentate în Tabelul 2.
Concluzie: procesul de fotosinteză în lumina portocalie este foarte intens, în albastru încetinește, iar în verde practic nu merge.
Tabelul 2. Dependența productivității fotosintezei asupra compoziției spectrale a luminii
Experimentul 3. Dependența intensității fotosintetice la temperatură
Materiale și echipamente. elodea; trei bănci înalte, cu gât larg; apă de la robinet; foarfece; eprubete; o lampă electrică cu o putere de 200 W; ore; Termometru.
1. O eprubetă de volum de 2/3 a fost umplută cu apă de la robinet în staționare și planta acvatică a fost așezată cu vârful în jos. Stemul a fost tăiat sub apă.
2. Cele trei borcane gura larg turnat apă constantă robinet la temperaturi diferite (de la 14 ° C până la 45 ° C) a fost plasată într-un tub de testare cu o oală de plante cu apă, temperatura medie (de exemplu, 25 ° C) și expuse la dispozitivul de lumină strălucitoare. Observați aspectul bulelor de aer din tăietura tijei plantei.
3. După 5 minute, s-a numărat numărul de vezicule recuperate în decurs de 1 minut. Numărătoarea a fost efectuată de 3 ori cu o pauză de 1 min, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost înregistrate în tabel.
4. Tubul cu planta a fost transferat într-un borcan cu apă cu o temperatură diferită și a repetat acțiunile specificate la punctul 3, asigurându-se că distanța față de sursa de lumină și temperatura apei a rămas constantă.
5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-au făcut o concluzie scrisă despre efectul temperaturii asupra intensității fotosintezei.
Rezultatele experimentului sunt prezentate în Tabelul 3.
Concluzie: în intervalul de temperatură investigat, intensitatea fotosintezei depinde de temperatură: cu cât este mai mare, cu atât are loc o mai bună fotosinteză.
Tabelul 3. Dependența fotosintezei asupra temperaturii
Ca urmare a studiului nostru, am făcut următoarele concluzii.
1. Sistemul pigmental fotovoltic absoarbe lumina în special în regiunea roșie a spectrului. Destul de bine absorbit razele albastre de clorofilă și foarte puțin verde, ceea ce explică culoarea verde a plantelor.
2. Experiența noastră cu o ramură a lui Elodea demonstrează convingător că intensitatea maximă a fotosintezei este observată atunci când este iluminată cu lumină roșie.
3. Intensitatea fotosintezei depinde de temperatură.
4. Fotosinteza depinde de intensitatea luminii. Cu cât mai multă lumină, cu atât mai bună este fotosinteza.
Rezultatele unei astfel de lucrări pot fi de o importanță practică. În serele cu iluminare artificială, alegând compoziția spectrală a luminii, puteți crește randamentul. La Institutul Agrofizic din Leningrad la sfârșitul anilor 1980. în laboratorul BS. Moshkova, folosind moduri de iluminare speciale, a primit 6 randamente de roșii pe an (180 kg / m 2).
Plantele necesită raze de lumină de toate culorile. Cum, când, în ce succesiune și proporție să-l furnizeze cu energie radiantă este o știință întreagă. Perspectivele svetokultury sunt foarte mari: de la experimente de laborator se poate transforma în producția industrială pe tot parcursul anului de legume, verdeață, decorative și plante medicinale.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: