Eficacitatea fotosintezei - proporția energiei luminoase, transformată de organisme în substanța chimică în procesul de fotosinteză. Fotosinteza poate fi descrisă într-un mod simplificat cu ajutorul unei reacții chimice
unde C6H12O6 este glucoza (care se transformă ulterior în alte zaharuri, celuloză, lignină și așa mai departe). Valoarea productivității fotosintetice depinde de ce se înțelege prin energia luminii, adică dacă se ia în considerare toată lumina absorbită și ce fel de lumină este această lumină (a se vedea radiația fotosintetic activă). Este nevoie de opt (poate 10 sau mai mulți [1]) fotoni pentru a fixa o moleculă de CO2. Energia conversiei Gibbs a unui mol de CO2 în glucoză este de 114 kcal. în timp ce opt moli de fotoni cu lungimea de undă de 600 nm conțin 381 kcal, oferind o eficiență nominală de 30% [2]. Totuși, în fotosinteză, poate fi utilizată în mod eficient doar lumina în intervalul de la 400 până la 720 nm. În lumina reală a soarelui, 45% din radiații cade în această regiune, astfel încât eficiența teoretică maximă a conversiei energiei solare este de aproximativ 11%. Cu toate acestea, în realitate, plantele nu absoarbe toată lumina soarelui incident (datorită reflexiei, respirației și necesității unui nivel optim de radiație solară) și nu transferă toată energia colectată în biomasă. care are ca rezultat o productivitate totală fotosintetică de 3 până la 6% din radiația solară totală [1]. Dacă fotosinteza este ineficientă, atunci trebuie să scăpați de excesul de energie pentru a evita deteriorarea aparatului fotosintetic. În mod obișnuit, o astfel de energie este disipată sub formă de căldură (răcire non-fotochimică) sau emisă sub formă de fluorescență a clorofilei.
Următoarea este o analiză a energiei fotosintezei [6]:
Deoarece incidentul de lumina solară pe foaie, 47% au pierdut energie, deoarece o parte Fotov se află în afara unei game de 400-700 nm (presupunând că clorofila absoarbe fotonii de la 400 la 700 nm, cu o eficiență de 100%), 30% se pierde din cauza incomplete cloroplaste foton absorbție, reflexie sau absorbție a altor componente ale celulelor 24% din energia absorbită se pierde din cauza transferului de fotoni unde scurte de energie la 700 nm se utilizează 68% din energia se pierde în conversia glucozei la D-glucoză consumată frunză 35-45% în procesele rânduri hania și fotorespirație.
Cu alte cuvinte, 100% → radiație lumină solară biodisponibil (400-700 nm) este de 53% și 47% din radiația rămasă nu este utilizat → 30% din fotonii se pierd datorită absorbției incomplete de 37% (fotoni absorbiți de energie) → 24% se pierde în în timpul transferului complexului la antenă nivelul de energie de 700 nm, lăsând 28,2% din energia luminii colectate de clorofilă → 32% sunt transformate în ATP și NADPH, și apoi D-glucoză, lăsând 9% (zahăr) → consumat zahăr 35-40% frunze în timpul respirației și photorespiration, 5,4% din energia se duce la creșterea netă a biomasei.
Multe plante petrec cea mai mare parte a energiei rămase pe creșterea rădăcinilor. Cele mai multe dintre plantele cultivate sunt
0,25% până la 0,5% din energia soarelui sub formă de biomasă (sâmburi de porumb, amidon din cartofi etc.). Singura excepție este trestia de zahăr, care poate stoca până la 8% din energia solară.
Intensitatea fotosintezei crește liniar cu intensitatea luminii crescătoare, dar ajunge treptat la saturație. Când iluminați peste 10.000 de lux sau
100 W / m2, creșterea fotosintezei se oprește. Astfel, majoritatea plantelor pot folosi doar
10% din intensitatea totală a luminii de dimineață [6]. Cu toate acestea, plantele sălbatice (spre deosebire de probele de laborator) au multe frunze în exces, orientate haotic. Acest lucru face posibilă păstrarea iluminării medii a fiecărei foi mult sub nivelul vârfului de iluminare, care permite plantei să ajungă la un nivel mai aproape de rezultatele așteptate ale testelor de laborator, cu o iluminare relativ limitată.
Numai dacă intensitatea luminii depășește o anumită valoare, numită punct de lumină de compensare. Planta absoarbe mai mult dioxid de carbon decât se eliberează ca urmare a respirației celulare.
Sistemele de măsurare a fotosintezei nu pot măsura direct cantitatea de lumină absorbită de foaie. Cu toate acestea, curbele de răspuns la lumină care pot fi măsurate și construite ne permit să comparăm eficiența fotosintezei în diferite plante.
Alge și alte organisme unicelulare
Datele lumii
Conform studiului menționat mai sus, productivitatea fotosintetică totală a terenului este
1500-2250 terawatt sau 47.300-71.000 exagenți pe an. Considerând că puterea radiației solare care atinge suprafața Pământului este de 178.000 terawat [7]. eficiența globală a fotosintezei pe planetă este între 0,84% și 1,26% (a se vedea și bilanțul termic al Pământului).
Eficiența diferitelor culturi pentru producția de biocarburanți
Materiile prime tipice pentru producerea de biocombustibil vegetal sunt uleiul de palmier. soia. ulei de ricin. ulei de floarea-soarelui. ulei de șofrănel. Etanol din porumb și etanol din trestia de zahăr.
O analiză a plantațiilor palmă de ulei de la Hawaii a susținut că ar putea furniza o cantitate de 600 galoane de biomotorină pe hectar pe an, adică 2835 wați pe acru sau 0,7 W / m 2 [8]. Nivelul obișnuit de iluminare din Hawaii este de 5,5 kWh / (m 2 zi) sau de 230 de wați [9]. Pentru o plantație de palmier special, dacă dă într-adevăr 600 de litri de biodiesel pe acru pe an, înseamnă că va converti 0,3% din energia solară care se încadrează în combustibil.
Să comparăm aceasta cu o instalație fotoelectrică tipică [10]. care produce aproximativ 22 W / m 2 (aproximativ 10% din insolația medie), pe parcursul anului. În plus, panourile fotovoltaice permit să primească energie electrică, care este o formă de energie foarte comandată. iar transformarea biodieselului în energie mecanică presupune pierderea unei părți semnificative din energie. Pe de altă parte, combustibilul lichid este mult mai convenabil pentru un vehicul decât electricitatea, care ar trebui să fie depozitat în baterii grele și scumpe.
Plantele C3 pentru fixarea carbonului utilizează ciclul Calvin. La ciclul C4 -rasteny este modificat astfel încât RUBISCO izolate de la oxigenul atmosferic și fixarea carbonului în celulele mezofil trece prin oxaloacetat și malat. care sunt apoi transportate la locul de localizarea Rubisco și a altor enzime ciclului Calvin în celule izolate electrod conductor al fasciculului, în cazul în care eliberarea de CO2. Spre deosebire de C4 y CAM plante nu este spațială, și izolarea temporală Rubisco (și alte enzime ale ciclului Calvin) de o concentrație mare de oxigen eliberată în procesul de fotosinteză, deoarece O2 este eliberată în timpul zilei, iar noaptea atmosferică de CO2 este captat și stocat ca malic Acid. In timpul zilei, CAM, plantele sunt ținute închise stomatelor și de utilizare stocată acid malic zi ca sursă de carbon pentru sinteza de zahăr.
Fotosinteza C3 necesită 18 ATP pentru a sintetiza o moleculă de glucoză, în timp ce calea C4 consumă 20 ATP pentru aceasta. În ciuda consumului ridicat de ATP. Fotosinteza C4 este un mare avantaj evolutiv, deoarece permite adaptarea la zone cu iluminare înaltă, unde debitul crescut de ATP este mai mult decât compensat de intensitatea mare a luminii. Abilitatea de a înflori, în ciuda disponibilității limitate a apei, sporește oportunitatea utilizării luminii accesibile. Calea mai simplă a fotosintezei C3, care funcționează în majoritatea plantelor, este adaptată condițiilor umede cu iluminare redusă, cum ar fi latitudinile nordice. Porumb. trestia de zahăr și sorgul aparțin plantelor C4. Aceste plante sunt importante din punct de vedere economic datorită eficienței lor fotosintetice relativ ridicate în comparație cu multe alte culturi.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: