प्रकाश संश्लेषण तीव्रता

पादप शरीर क्रिया विज्ञान में, दो अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है: सत्य और प्रेक्षित प्रकाश संश्लेषण। यह निम्नलिखित विचारों के कारण है। प्रकाश संश्लेषण की दर या तीव्रता को प्रति इकाई समय में पत्ती की सतह की एक इकाई द्वारा अवशोषित CO2 की मात्रा की विशेषता है। प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का निर्धारण गैसोमेट्रिक विधि द्वारा एक पत्ती के साथ बंद कक्ष में CO 2 की मात्रा को बदलकर (कम करके) किया जाता है। हालांकि, प्रकाश संश्लेषण के साथ, श्वसन की प्रक्रिया होती है, जिसके दौरान CO2 निकलती है। इसलिए, प्राप्त परिणाम देखे गए प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का एक विचार देते हैं। वास्तविक प्रकाश संश्लेषण का मान प्राप्त करने के लिए श्वसन में सुधार करना आवश्यक है। इसलिए, प्रयोग से पहले, अंधेरे में श्वसन की तीव्रता निर्धारित की जाती है, और फिर देखे गए प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता निर्धारित की जाती है। फिर श्वसन के दौरान निकलने वाली CO2 की मात्रा को प्रकाश में अवशोषित CO2 की मात्रा में जोड़ा जाता है। इस संशोधन को प्रस्तुत करते हुए विचार कीजिए कि प्रकाश और अन्धकार में श्वसन की तीव्रता समान होती है। लेकिन ये सुधार वास्तविक प्रकाश संश्लेषण का अनुमान नहीं दे सकते हैं, क्योंकि, सबसे पहले, जब पत्ती को काला किया जाता है, न केवल वास्तविक प्रकाश संश्लेषण, बल्कि प्रकाश-श्वसन भी बाहर रखा जाता है; दूसरे, तथाकथित गहरी श्वास वास्तव में प्रकाश पर निर्भर है (नीचे देखें)।

इसलिए, पत्ती के प्रकाश संश्लेषक गैस विनिमय पर सभी प्रायोगिक कार्यों में, देखे गए प्रकाश संश्लेषण के डेटा को वरीयता दी जाती है। प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का अध्ययन करने के लिए एक अधिक सटीक विधि लेबल किए गए परमाणुओं की विधि है (अवशोषित 14 CO2 की मात्रा को मापा जाता है)।

मामले में जब अवशोषित सीओ 2 प्रति इकाई सतह (शंकुधारी, बीज, फल, तना) की मात्रा की पुनर्गणना करना मुश्किल होता है, तो प्राप्त आंकड़ों को एक द्रव्यमान इकाई को संदर्भित किया जाता है। यह देखते हुए कि प्रकाश संश्लेषक गुणांक (अवशोषित सीओ की मात्रा के लिए जारी ऑक्सीजन की मात्रा का अनुपात 2 .) एक के बराबर, देखे गए प्रकाश संश्लेषण की दर का अनुमान 1 घंटे में पत्ती क्षेत्र की एक इकाई द्वारा जारी ऑक्सीजन की मिलीलीटर संख्या से लगाया जा सकता है।

प्रकाश संश्लेषण को चिह्नित करने के लिए, अन्य संकेतकों का भी उपयोग किया जाता है: क्वांटम खपत, प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम उपज, आत्मसात संख्या।

क्वांटम खपतअवशोषित क्वांटा की संख्या का आत्मसात सीओ 2 अणुओं की संख्या का अनुपात है। पारस्परिक का नाम है आंशिक प्राप्ति.

आत्मसात संख्या- यह CO2 की मात्रा और पत्ती में निहित क्लोरोफिल की मात्रा के बीच का अनुपात है।

गति (तीव्रता)प्रकाश संश्लेषण कृषि फसलों की उत्पादकता और इसलिए उपज को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। इसलिए, जिन कारकों पर प्रकाश संश्लेषण निर्भर करता है, उनकी व्याख्या से कृषि-तकनीकी उपायों में सुधार होना चाहिए।

सैद्धांतिक रूप से, प्रकाश संश्लेषण की दर, किसी भी बहुस्तरीय जैव रासायनिक प्रक्रिया की दर की तरह, सबसे धीमी प्रतिक्रिया की दर से सीमित होनी चाहिए। इसलिए, उदाहरण के लिए, प्रकाश संश्लेषण की अंधेरे प्रतिक्रियाओं में एनएडीपीएच और एटीपी की आवश्यकता होती है, इसलिए अंधेरे प्रतिक्रियाएं प्रकाश प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करती हैं। कम रोशनी में इन पदार्थों के बनने की दर बहुत कम होती है उच्चतम गतिअंधेरे प्रतिक्रियाएं, इसलिए प्रकाश सीमित कारक होगा।

सीमित कारकों के सिद्धांत को निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: कई कारकों के एक साथ प्रभाव के साथ, रासायनिक प्रक्रिया की गति उस कारक द्वारा सीमित होती है जो न्यूनतम स्तर के सबसे करीब होती है (इस कारक में परिवर्तन सीधे इस प्रक्रिया को प्रभावित करेगा)।

यह सिद्धांत पहली बार 1915 में एफ। ब्लैकमैन द्वारा स्थापित किया गया था। तब से, यह बार-बार दिखाया गया है कि विभिन्न कारक, जैसे कि सीओ 2 एकाग्रता और रोशनी, एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकते हैं और प्रक्रिया को सीमित कर सकते हैं, हालांकि अक्सर उनमें से एक अभी भी हावी है। रोशनी, सीओ 2 एकाग्रता और तापमान मुख्य हैं बाह्य कारकप्रकाश संश्लेषण की दर को प्रभावित करता है। हालांकि, जल व्यवस्था, खनिज पोषण आदि का भी बहुत महत्व है।

रोशनी।किसी विशेष प्रक्रिया पर प्रकाश के प्रभाव का मूल्यांकन करते समय, इसकी तीव्रता, गुणवत्ता (वर्णक्रमीय संरचना) और प्रकाश के संपर्क समय के प्रभाव के बीच अंतर करना महत्वपूर्ण है।

कम रोशनी में प्रकाश संश्लेषण की दर प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होती है। धीरे-धीरे, अन्य कारक सीमित हो जाते हैं, और गति में वृद्धि धीमी हो जाती है। एक स्पष्ट गर्मी के दिन, रोशनी लगभग 100,000 लक्स है, और 10,000 लक्स प्रकाश के साथ प्रकाश संश्लेषण को संतृप्त करने के लिए पर्याप्त है। इसलिए, छायांकन की स्थिति में प्रकाश आमतौर पर एक महत्वपूर्ण सीमित कारक हो सकता है। बहुत अधिक प्रकाश तीव्रता पर, कभी-कभी क्लोरोफिल का मलिनकिरण शुरू हो जाता है, और यह प्रकाश संश्लेषण को धीमा कर देता है; हालांकि, प्रकृति में, ऐसी स्थितियों के संपर्क में आने वाले पौधे आमतौर पर किसी न किसी तरह से इससे सुरक्षित रहते हैं (मोटी छल्ली, गिरती पत्तियां, आदि)।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की प्रदीप्ति पर निर्भरता का वर्णन एक वक्र द्वारा किया जाता है, जिसे प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश वक्र कहा जाता है (चित्र 2.26)।

चावल। 2.26.रोशनी पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता (प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश वक्र): 1 अंधेरे में CO2 रिलीज की दर (श्वसन दर) है; 2 - प्रकाश संश्लेषण का मुआवजा बिंदु; 3 - प्रकाश संतृप्ति स्थिति

कम रोशनी में, प्रकाश संश्लेषण के दौरान बाध्य होने की तुलना में श्वसन के दौरान अधिक CO2 मुक्त होता है, इसलिए एब्सिस्सा अक्ष के साथ प्रकाश वक्र की शुरुआत होती है मुआवजा बिंदुप्रकाश संश्लेषण, जो दर्शाता है कि इस मामले में, प्रकाश संश्लेषण उतना ही सीओ 2 का उपयोग करता है जितना श्वसन के दौरान जारी किया जाता है। दूसरे शब्दों में, समय के साथ एक क्षण आता है जब प्रकाश संश्लेषण और श्वसन एक दूसरे को बिल्कुल संतुलित कर देंगे, जिससे ऑक्सीजन और CO2 का दृश्य आदान-प्रदान बंद हो जाएगा। प्रकाश क्षतिपूर्ति बिंदु प्रकाश की तीव्रता है जिस पर कुल गैस विनिमय शून्य होता है।

प्रकाश वक्र सभी पौधों के लिए समान नहीं होते हैं। पौधे जो बाहर उगते हैं धूप वाली जगहें, CO2 का अवशोषण तब तक बढ़ता है जब तक कि प्रकाश की तीव्रता कुल सौर रोशनी के बराबर न हो जाए। छायांकित क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, ऑक्सालिस) में उगने वाले पौधों में, CO2 का अवशोषण कम प्रकाश की तीव्रता पर ही बढ़ता है।

प्रकाश की तीव्रता के संबंध में सभी पौधों को प्रकाश और छाया, या प्रकाश-प्रेमी और छाया-सहिष्णु में विभाजित किया गया है। अधिकांश कृषि पौधे प्रकाश-प्रेमी होते हैं।

पर छाया सहिष्णु पौधे, सबसे पहले, प्रकाश संतृप्ति कमजोर रोशनी में होती है, और दूसरी बात, उनमें प्रकाश संश्लेषण का मुआवजा बिंदु पहले होता है, यानी, कम रोशनी में (चित्र। 2.27)।

उत्तरार्द्ध इस तथ्य के कारण है कि छाया-सहिष्णु पौधों को कम श्वसन तीव्रता की विशेषता है। कम रोशनी की स्थिति में, छाया-सहिष्णु पौधों में प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता अधिक होती है, और तेज रोशनी में, इसके विपरीत, फोटोफिलस पौधों में।

प्रकाश की तीव्रता भी प्रभावित करती है रासायनिक संरचनाप्रकाश संश्लेषण के अंतिम उत्पाद। रोशनी जितनी अधिक होती है, उतने ही अधिक कार्बोहाइड्रेट बनते हैं; कम रोशनी में - अधिक कार्बनिक अम्ल।

प्रयोगशाला स्थितियों में प्रयोगों से पता चला है कि प्रकाश संश्लेषण उत्पादों की गुणवत्ता भी एक तेज संक्रमण "अंधेरे - प्रकाश" से प्रभावित होती है और इसके विपरीत। सबसे पहले, उच्च तीव्रता के प्रकाश को चालू करने के बाद, गैर-कार्बोहाइड्रेट उत्पाद मुख्य रूप से एनएडीपीएच और एटीपी की कमी के कारण बनते हैं, और थोड़ी देर बाद ही कार्बोहाइड्रेट बनने लगते हैं। इसके विपरीत, प्रकाश बंद होने के बाद, पत्तियां तुरंत प्रकाश संश्लेषण की अपनी क्षमता नहीं खोती हैं, क्योंकि कई मिनटों तक कोशिकाओं में एटीपी और एनएडीपी की आपूर्ति बनी रहती है।

प्रकाश बंद करने के बाद, पहले कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण बाधित होता है, और उसके बाद ही कार्बनिक पदार्थ और अमीनो एसिड होता है। इस घटना का मुख्य कारण इस तथ्य के कारण है कि एफएचए के पीएचए (और इसके माध्यम से कार्बोहाइड्रेट में) के रूपांतरण का निषेध एफएचए को पीईपी (और इसके माध्यम से एलेनिन, मैलेट और एस्पार्टेट में) के निषेध से पहले होता है।

प्रकाश संश्लेषण के उत्पादों का अनुपात भी प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना से प्रभावित होता है। पौधों में नीली रोशनी के प्रभाव में, मैलेट, एस्पार्टेट और अन्य अमीनो एसिड और प्रोटीन का संश्लेषण बढ़ जाता है। नीली रोशनी के प्रति यह प्रतिक्रिया C3 पौधों और C4 पौधों दोनों में पाई गई।

प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता को भी प्रभावित करती है (चित्र 2.28)। चावल। 2.28.गेहूँ के पत्तों में प्रकाश संश्लेषण की क्रिया का स्पेक्ट्रम

एक्शन स्पेक्ट्रमइसकी तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश की रासायनिक (जैविक) क्रिया की प्रभावशीलता की निर्भरता है। स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों में प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता समान नहीं होती है। अधिकतम तीव्रता तब देखी जाती है जब पौधों को उन किरणों से रोशन किया जाता है जो क्लोरोफिल और अन्य वर्णक द्वारा अधिकतम अवशोषित होती हैं। प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता लाल किरणों में सबसे अधिक होती है, क्योंकि यह ऊर्जा की मात्रा के समानुपाती नहीं होती, बल्कि क्वांटा की संख्या के समानुपाती होती है।

समग्र प्रकाश संश्लेषण समीकरण से:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

यह इस प्रकार है कि 1 मोल ग्लूकोज बनाने के लिए 686 किलो कैलोरी की आवश्यकता होती है; इसका मतलब है कि सीओ 2 के 1 मोल को आत्मसात करने के लिए 686: 6 = 114 किलो कैलोरी की आवश्यकता होती है। लाल बत्ती (700 एनएम) की 1 मात्रा का ऊर्जा आरक्षित 41 किलो कैलोरी/एनस्टीन, और नीला (400 एनएम) 65 किलो कैलोरी/एनस्टीन है। लाल बत्ती से रोशन होने पर न्यूनतम क्वांटम खपत 114:41 3 है, जबकि वास्तव में 8-10 क्वांटा खर्च किए जाते हैं। इस प्रकार, लाल बत्ती का उपयोग करने की दक्षता 114/41 8 = 34% और नीला 114/65 8 = 22% है।

सीओ 2 एकाग्रता. डार्क प्रतिक्रियाओं के लिए कार्बन डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है, जो इसमें शामिल है कार्बनिक यौगिक. सामान्य क्षेत्र की परिस्थितियों में, यह सीओ 2 है जो मुख्य सीमित कारक है। वातावरण में CO2 की सांद्रता 0.045% है, लेकिन यदि आप इसे बढ़ाते हैं, तो आप प्रकाश संश्लेषण की दर को बढ़ा सकते हैं। अल्पकालिक प्रभाव के साथ, सीओ 2 की इष्टतम एकाग्रता 0.5% है, हालांकि, दीर्घकालिक प्रभाव के साथ, पौधों को नुकसान संभव है, इसलिए, इस मामले में इष्टतम एकाग्रता कम है - लगभग 0.1%। पहले से ही, कुछ ग्रीनहाउस फसलें, जैसे टमाटर, CO2 से समृद्ध वातावरण में उगाई जाने लगी हैं।

पौधों का एक समूह जो वातावरण से सीओ 2 को अधिक कुशलता से अवशोषित करता है और इसलिए उच्च पैदावार देता है, तथाकथित सी 4 पौधे, वर्तमान में बहुत रुचि रखते हैं।

पर कृत्रिम स्थितियां CO2 की सांद्रता पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता का वर्णन कार्बन डाइऑक्साइड वक्र में किया गया है, जो प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश वक्र से मिलता-जुलता है (चित्र 2.29)।

0.01% की CO2 सांद्रता पर, प्रकाश संश्लेषण की दर श्वसन की दर (क्षतिपूर्ति बिंदु) के बराबर होती है। कार्बन डाइऑक्साइड संतृप्ति 0.2–0.3% CO2 पर होती है, और कुछ पौधों में, इन सांद्रता पर भी, प्रकाश संश्लेषण में मामूली वृद्धि देखी जाती है।

चावल। 2.29.हवा में CO2 की सांद्रता पर पाइन सुइयों के प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता

प्राकृतिक परिस्थितियों में, CO2 सांद्रता पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता का वर्णन वक्र के रैखिक भाग द्वारा ही किया जाता है। यह इस प्रकार है कि प्राकृतिक परिस्थितियों में सीओ 2 वाले पौधों का प्रावधान एक ऐसा कारक है जो उपज को सीमित करता है। इसलिए, CO2 की उच्च सामग्री वाले पौधों को घर के अंदर उगाने की सलाह दी जाती है।

तापमानप्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पर ध्यान देने योग्य प्रभाव पड़ता है, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे और आंशिक रूप से प्रकाश प्रतिक्रियाओं को एंजाइमों द्वारा नियंत्रित किया जाता है। समशीतोष्ण पौधों के लिए इष्टतम तापमान आमतौर पर लगभग 25 डिग्री सेल्सियस होता है।

बढ़ते तापमान के साथ सभी पौधों में CO2 का अवशोषण और पुनर्प्राप्ति तब तक बढ़ जाती है जब तक कि कुछ इष्टतम स्तर तक नहीं पहुंच जाता। समशीतोष्ण क्षेत्र के अधिकांश पौधों में, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता में कमी 30 डिग्री सेल्सियस के बाद शुरू होती है, कुछ में दक्षिणी प्रजाति 40 o C के बाद उच्च ताप (50-60 o C) में, जब एंजाइम निष्क्रियता शुरू होती है, और विभिन्न प्रतिक्रियाओं का समन्वय गड़बड़ा जाता है, तो प्रकाश संश्लेषण जल्दी बंद हो जाता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की दर की तुलना में श्वसन की दर बहुत तेजी से बढ़ती है। यह मनाया प्रकाश संश्लेषण की मात्रा को प्रभावित करता है। तापमान पर देखे गए प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता तापमान वक्र द्वारा वर्णित है, जिसमें तीन मुख्य बिंदु प्रतिष्ठित हैं: न्यूनतम, इष्टतम और अधिकतम।

न्यूनतम वह तापमान है जिस पर प्रकाश संश्लेषण शुरू होता है, इष्टतम वह तापमान होता है जिस पर प्रकाश संश्लेषण सबसे अधिक स्थिर होता है और उच्चतम गति तक पहुंचता है, अधिकतम वह तापमान होता है जिसके बाद प्रकाश संश्लेषण रुक जाता है (चित्र 2.30)।

चावल। 2.30.पत्ती के तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता: 1 - सूती; 2 – सूरजमुखी; 3 - ज्वार

ऑक्सीजन का प्रभाव. आधी सदी से भी पहले, एक प्रतीत होने वाली विरोधाभासी घटना का उल्लेख किया गया था। वायु ऑक्सीजन, जो प्रकाश संश्लेषण का एक उत्पाद है, इसका अवरोधक भी है: ऑक्सीजन की रिहाई और सीओ 2 का अवशोषण हवा में ओ 2 की सांद्रता बढ़ने पर गिर जाता है। इस घटना का नाम इसके खोजकर्ता - वारबर्ग प्रभाव के नाम पर रखा गया था। यह प्रभाव सभी सी 3-पौधों में निहित है। और केवल सी 4-पौधों की पत्तियों में इसका पता नहीं चल सका। अब यह दृढ़ता से स्थापित हो गया है कि वारबर्ग प्रभाव की प्रकृति केल्विन चक्र के मुख्य एंजाइम, आरडीएफ-कार्बोक्सिलेज के ऑक्सीजनेज गुणों से जुड़ी है। ऑक्सीजन की उच्च सांद्रता के साथ, प्रकाश श्वसन शुरू होता है। यह स्थापित किया गया है कि जब O 2 की सांद्रता 2-3% तक कम हो जाती है, तो फॉस्फोग्लाइकोलेट नहीं बनता है, और वारबर्ग प्रभाव भी गायब हो जाता है। इस प्रकार, ये दोनों घटनाएं, आरडीएफ-कार्बोक्सिलेज के ऑक्सीजनेज गुणों की अभिव्यक्ति और ग्लाइकोलेट के गठन के साथ-साथ ओ 2 की उपस्थिति में प्रकाश संश्लेषण में कमी, एक दूसरे से निकटता से संबंधित हैं।

ओ 2 की बहुत कम सामग्री या पूर्ण अनुपस्थिति, साथ ही एकाग्रता में 25-30% की वृद्धि, प्रकाश संश्लेषण को रोकता है। अधिकांश पौधों के लिए, ओ 2 की प्राकृतिक एकाग्रता (21%) में मामूली कमी प्रकाश संश्लेषण को सक्रिय करती है।

ऊतक जलयोजन का प्रभाव. जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, पानी प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में CO2 की कमी के लिए हाइड्रोजन दाता के रूप में भाग लेता है। हालांकि, प्रकाश संश्लेषण-सीमित कारक की भूमिका पानी की न्यूनतम मात्रा (आने वाले पानी का लगभग 1%) द्वारा नहीं निभाई जाती है, लेकिन पानी द्वारा जो कोशिका झिल्ली का हिस्सा है और सभी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं का माध्यम है, सक्रिय करता है अंधेरे चरण के एंजाइम। इसके अलावा, रंध्रों के खुलने की डिग्री रक्षक कोशिकाओं में पानी की मात्रा पर निर्भर करती है, और पूरे पौधे की टर्गर अवस्था सूर्य की किरणों के संबंध में पत्तियों का स्थान निर्धारित करती है। पानी की मात्रा परोक्ष रूप से क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में स्टार्च के जमाव की दर में परिवर्तन और यहां तक ​​कि स्ट्रोमा में थायलाकोइड्स की संरचना और व्यवस्था में परिवर्तन को प्रभावित करती है।

पौधों के ऊतकों की जल सामग्री पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता, साथ ही तापमान पर निर्भरता, एक संक्रमण वक्र द्वारा वर्णित है जिसमें तीन मुख्य बिंदु हैं: न्यूनतम, इष्टतम और अधिकतम।

निर्जलीकरण के साथ, न केवल प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता में परिवर्तन होता है, बल्कि प्रकाश संश्लेषण उत्पादों की गुणात्मक संरचना भी होती है: कम मैलेट, सुक्रोज और कार्बनिक अम्ल संश्लेषित होते हैं; अधिक - ग्लूकोज, फ्रुक्टोज ऐलेनिन और अन्य अमीनो एसिड।

इसके अलावा, यह पाया गया कि पानी की कमी के साथ, एबीए, एक विकास अवरोधक, पत्तियों में जमा हो जाता है।

क्लोरोफिल सांद्रता, एक नियम के रूप में, एक सीमित कारक नहीं है, हालांकि, विभिन्न रोगों (पाउडर फफूंदी, जंग, वायरल रोग), खनिजों की कमी और उम्र के साथ (सामान्य उम्र बढ़ने के दौरान) क्लोरोफिल की मात्रा कम हो सकती है। जब पत्तियां पीली हो जाती हैं, तो उन्हें क्लोरोटिक कहा जाता है, और इस घटना को ही क्लोरोसिस कहा जाता है। पत्तियों पर क्लोरोटिक धब्बे अक्सर किसी बीमारी या खनिज की कमी का लक्षण होते हैं।

क्लोरोसिस प्रकाश की कमी के कारण भी हो सकता है, क्योंकि क्लोरोफिल जैवसंश्लेषण के अंतिम चरण के लिए प्रकाश की आवश्यकता होती है।

खनिज तत्व।क्लोरोफिल के संश्लेषण के लिए, खनिज तत्वों की भी आवश्यकता होती है: लोहा, मैग्नीशियम और नाइट्रोजन (इसकी संरचना में अंतिम दो तत्व शामिल हैं), इसलिए वे प्रकाश संश्लेषण के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। पोटेशियम भी महत्वपूर्ण है।

प्रकाश संश्लेषक उपकरण के सामान्य कामकाज के लिए, पौधे को प्रदान किया जाना चाहिए आवश्यक मात्रा(इष्टतम) खनिज तत्व। मैग्नीशियम, क्लोरोफिल का हिस्सा होने के अलावा, एटीपी के संश्लेषण में प्रोटीन को संयुग्मित करने की क्रिया में शामिल है, कार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रियाओं की गतिविधि और एनएडीपी + की कमी को प्रभावित करता है।

क्लोरोफिल के जैवसंश्लेषण और क्लोरोप्लास्ट के लौह युक्त यौगिकों (साइटोक्रोमेस, फेरेडॉक्सिन) की प्रक्रियाओं के लिए कम रूप में लोहा आवश्यक है। लोहे की कमी चक्रीय और गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन, वर्णक संश्लेषण और क्लोरोप्लास्ट की संरचना में परिवर्तन को बाधित करती है।

मैंगनीज और क्लोरीन पानी के प्रकाश ऑक्सीकरण में भाग लेते हैं।

कॉपर प्लास्टोसायनिन का हिस्सा है।

नाइट्रोजन की कमी न केवल वर्णक प्रणालियों और क्लोरोप्लास्ट संरचनाओं के गठन को प्रभावित करती है, बल्कि आरडीपी कार्बोक्सिलेज की मात्रा और गतिविधि को भी प्रभावित करती है।

फास्फोरस की कमी के साथ, प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश रासायनिक और अंधेरे प्रतिक्रियाएं परेशान होती हैं।

प्रकाश संश्लेषण के आयनिक नियमन में पोटेशियम एक बहुक्रियाशील भूमिका निभाता है, क्लोरोप्लास्ट में इसकी कमी के साथ, अनाज की संरचना नष्ट हो जाती है, रंध्र प्रकाश में कमजोर रूप से खुलते हैं और अंधेरे में पर्याप्त रूप से बंद नहीं होते हैं, पत्ती की जल व्यवस्था बिगड़ जाती है, यानी, सभी प्रकाश संश्लेषण प्रक्रियाएं बाधित होती हैं।

पौधे की आयु।फाइटोट्रॉन के निर्माण के बाद ही, जहां नियंत्रित परिस्थितियों में पौधों को उगाना संभव है, क्या विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करना संभव था। यह पाया गया कि सभी पौधों में शुरुआत में ही जीवन चक्रजब प्रकाश संश्लेषक उपकरण बनता है, तो प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता बढ़ जाती है, बहुत जल्दी अधिकतम तक पहुँच जाती है, फिर थोड़ा कम हो जाती है और फिर बहुत कम बदल जाती है। उदाहरण के लिए, अनाज में, प्रकाश संश्लेषण टिलरिंग चरण के दौरान अपनी अधिकतम तीव्रता तक पहुँच जाता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पत्ती की अधिकतम प्रकाश संश्लेषक गतिविधि इसके गठन की अवधि के अंत के साथ मेल खाती है। फिर उम्र बढ़ने लगती है और प्रकाश संश्लेषण कम हो जाता है।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता मुख्य रूप से क्लोरोप्लास्ट की संरचना पर निर्भर करती है। क्लोरोप्लास्ट की उम्र के रूप में, थायलाकोइड नष्ट हो जाते हैं। पहाड़ी अभिक्रिया का उपयोग करके इसे सिद्ध कीजिए। यह बदतर हो जाता है, जितने पुराने क्लोरोप्लास्ट होते हैं। इस प्रकार, यह दिखाया गया कि तीव्रता क्लोरोफिल की मात्रा से नहीं, बल्कि क्लोरोप्लास्ट की संरचना से निर्धारित होती है।

पर इष्टतम स्थितियांनमी और नाइट्रोजन पोषण, उम्र के साथ प्रकाश संश्लेषण में कमी अधिक धीरे-धीरे होती है, क्योंकि इन परिस्थितियों में क्लोरोप्लास्ट अधिक धीरे-धीरे उम्र देते हैं।

जेनेटिक कारक।प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कुछ हद तक पौधे के जीव की आनुवंशिकता पर निर्भर करती है। विभिन्न व्यवस्थित समूहों के पौधों में प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता भिन्न होती है और जीवन निर्माण करता है. जड़ी-बूटियों में, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता काष्ठीय पौधों की तुलना में अधिक होती है (सारणी 2.5)।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता कई कारकों पर निर्भर करती है। सबसे पहले, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर। स्पेक्ट्रम के नीले-बैंगनी और लाल भागों की तरंगों की कार्रवाई के तहत प्रक्रिया सबसे प्रभावी ढंग से आगे बढ़ती है। इसके अलावा, प्रकाश संश्लेषण की दर रोशनी की डिग्री से प्रभावित होती है, और एक निश्चित बिंदु तक प्रक्रिया की दर प्रकाश की मात्रा के अनुपात में बढ़ जाती है, फिर नोट अब उस पर निर्भर नहीं होता है।

एक अन्य कारक कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता है। यह जितना अधिक होता है, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया उतनी ही तीव्र होती है। सामान्य परिस्थितियों में, कार्बन डाइऑक्साइड की कमी मुख्य सीमित कारक है, क्योंकि in वायुमंडलीय हवाएक छोटा प्रतिशत शामिल है। हालांकि, ग्रीनहाउस परिस्थितियों में, इस कमी को समाप्त किया जा सकता है, जो प्रकाश संश्लेषण की दर और पौधों की वृद्धि दर को अनुकूल रूप से प्रभावित करेगा।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का एक महत्वपूर्ण कारक तापमान है। सभी प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाएं एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होती हैं, जिसके लिए इष्टतम तापमान सीमा 25-30 डिग्री सेल्सियस है। अधिक पर कम तामपानएंजाइमों की क्रिया की दर तेजी से कम हो जाती है।

पानी - महत्वपूर्ण कारकप्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करना। हालांकि, इस कारक की मात्रा निर्धारित करना असंभव है, क्योंकि पानी पादप कोशिका में होने वाली कई अन्य चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल होता है।

प्रकाश संश्लेषण का महत्व. प्रकाश संश्लेषण जीवित प्रकृति में एक मूलभूत प्रक्रिया है। उसके लिए धन्यवाद, अकार्बनिक पदार्थों से - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी - ऊर्जा की भागीदारी के साथ सूरज की रोशनीहरे पौधे पृथ्वी पर सभी जीवन के लिए आवश्यक कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं। इन पदार्थों का प्राथमिक संश्लेषण सभी जीवों में आत्मसात और प्रसार की प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन को सुनिश्चित करता है।

प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद - कार्बनिक पदार्थ - जीवों द्वारा उपयोग किए जाते हैं:

• कोशिकाओं का निर्माण करने के लिए;
• जीवन प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में।

मनुष्य पौधों द्वारा निर्मित पदार्थों का उपयोग करता है:

• भोजन के रूप में (फल, बीज, आदि);
• ऊर्जा स्रोत (कोयला, पीट, लकड़ी) के रूप में;
• एक निर्माण सामग्री के रूप में।

मानव जाति का अस्तित्व प्रकाश संश्लेषण के कारण है। पृथ्वी पर सभी ईंधन प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद हैं। जीवाश्म ईंधन का उपयोग करके, हम प्राचीन भूवैज्ञानिक युगों में मौजूद प्राचीन पौधों द्वारा प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप संग्रहीत ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

इसके साथ ही कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के साथ, प्रकाश संश्लेषण का एक उप-उत्पाद, ऑक्सीजन, पृथ्वी के वायुमंडल में छोड़ा जाता है, जो जीवों के श्वसन के लिए आवश्यक है। ऑक्सीजन के बिना हमारे ग्रह पर जीवन असंभव है। इसका भंडार प्रकृति में होने वाले दहन, ऑक्सीकरण, श्वसन के उत्पादों पर लगातार खर्च किया जाता है। वैज्ञानिकों के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण के बिना, ऑक्सीजन की पूरी आपूर्ति 3,000 वर्षों के भीतर समाप्त हो जाएगी। इसलिए, पृथ्वी पर जीवन के लिए प्रकाश संश्लेषण का सबसे बड़ा महत्व है।

कई सदियों से, जीवविज्ञानियों ने हरी पत्ती के रहस्य को जानने की कोशिश की है। लंबे समय से यह माना जाता था कि पौधे पानी और खनिजों से पोषक तत्व बनाते हैं। यह विश्वास 17वीं शताब्दी में किए गए डच शोधकर्ता अन्ना वैन हेलमोंट के प्रयोग से जुड़ा है। उन्होंने एक टब में एक विलो का पेड़ लगाया, जो पौधे के द्रव्यमान (2.3 किग्रा) और सूखी मिट्टी (90.8 किग्रा) को सटीक रूप से मापता है। पांच साल तक, उन्होंने केवल पौधे को पानी पिलाया, मिट्टी में कुछ भी नहीं मिला। पांच साल बाद पेड़ का द्रव्यमान 74 किलो बढ़ा, जबकि मिट्टी का द्रव्यमान केवल 0.06 किलो कम हुआ। वैज्ञानिक ने निष्कर्ष निकाला कि पौधे पानी से सभी पदार्थ बनाता है। इस प्रकार, एक पदार्थ स्थापित किया गया था जिसे पौधे प्रकाश संश्लेषण के दौरान अवशोषित करता है।

हरी पत्ती के कार्य को वैज्ञानिक रूप से निर्धारित करने का पहला प्रयास 1667 में इतालवी प्रकृतिवादी मार्सेलो माल्पीघी द्वारा किया गया था। उन्होंने देखा कि यदि कद्दू के अंकुर से पहले रोगाणु के पत्तों को फाड़ दिया जाता है, तो पौधे का विकास बंद हो जाता है। पौधों की संरचना का अध्ययन करते हुए, उन्होंने एक धारणा बनाई: सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में, पौधे की पत्तियों में कुछ परिवर्तन होते हैं और पानी वाष्पित हो जाता है। हालांकि, उस समय इन धारणाओं को नजरअंदाज कर दिया गया था।

100 साल बाद स्विस वैज्ञानिक चार्ल्स बोनट ने एक पौधे की एक पत्ती को पानी में रखकर और सूरज की रोशनी से जलाकर कई प्रयोग किए। केवल उन्होंने यह मानते हुए गलत निष्कर्ष निकाला कि पौधा बुलबुले के निर्माण में भाग नहीं लेता है।

हरे पत्ते की भूमिका की खोज अंग्रेजी रसायनज्ञ जोसेफ प्रीस्टली ने की है। 1772 में, जलते पदार्थों और सांस लेने के लिए हवा के महत्व का अध्ययन करते हुए, उन्होंने एक प्रयोग किया और पाया कि पौधे हवा में सुधार करते हैं और इसे सांस लेने और जलाने के लिए उपयुक्त बनाते हैं। प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद, प्रीस्टले ने देखा कि पौधे प्रकाश में हवा में सुधार करते हैं। वह पौधों के जीवन में प्रकाश की भूमिका का सुझाव देने वाले पहले व्यक्ति थे।

1800 में, स्विस वैज्ञानिक जीन सेनेबियर ने वैज्ञानिक रूप से इस प्रक्रिया का सार समझाया (उस समय तक लैवोज़ियर पहले ही ऑक्सीजन की खोज कर चुका था और इसके गुणों का अध्ययन कर चुका था): पौधे के पत्ते कार्बन डाइऑक्साइड को विघटित करते हैं और केवल सूर्य के प्रकाश की क्रिया के तहत ऑक्सीजन छोड़ते हैं।

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, हरे पौधों की पत्तियों से अल्कोहल का अर्क प्राप्त किया गया था। इस पदार्थ को क्लोरोफिल कहा जाता है।

जर्मन प्रकृतिवादी रॉबर्ट मेयर ने पाया कि पौधे सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं और इसे ऊर्जा में बदल देते हैं। रासायनिक बन्धकार्बनिक पदार्थ (कार्बनिक पदार्थों के रूप में पौधे में संग्रहित कार्बन की मात्रा सीधे पौधे पर पड़ने वाले प्रकाश की मात्रा पर निर्भर करती है)।

रूसी वैज्ञानिक क्लिमेंट अर्कादेविच तिमिरयाज़ेव ने प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पर सूर्य के प्रकाश के स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों के प्रभाव का अध्ययन किया। वह यह स्थापित करने में कामयाब रहे कि यह लाल किरणों में है कि प्रकाश संश्लेषण सबसे अधिक कुशलता से आगे बढ़ता है, और यह साबित करने के लिए कि इस प्रक्रिया की तीव्रता क्लोरोफिल द्वारा प्रकाश के अवशोषण से मेल खाती है।

के.ए. तिमिरयाज़ेव ने जोर देकर कहा कि कार्बन को आत्मसात करके, पौधे सूर्य के प्रकाश को भी आत्मसात करता है, अपनी ऊर्जा को कार्बनिक पदार्थों की ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

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हरी पत्ती हमारे ग्रह पर जीवन का स्रोत है। यदि यह हरे पौधों के लिए नहीं होता, तो पृथ्वी पर न तो जानवर होते और न ही लोग। एक तरह से या किसी अन्य, पौधे पूरे पशु साम्राज्य के लिए भोजन के स्रोत के रूप में कार्य करते हैं।

एक व्यक्ति न केवल अब पृथ्वी पर पड़ने वाली सूर्य की किरणों की ऊर्जा का उपयोग करता है, बल्कि दसियों और करोड़ों साल पहले उस पर पड़ने वाली ऊर्जा का भी उपयोग करता है। आखिरकार, कोयला, तेल और पीट उन दूर के समय में रहने वाले पौधों और जानवरों के रासायनिक रूप से परिवर्तित अवशेष हैं।

हाल के दशकों में, प्राकृतिक विज्ञान की कई शाखाओं में अग्रणी विशेषज्ञों का ध्यान प्रकाश संश्लेषण की समस्या की ओर गया है, इसके विभिन्न पहलुओं का दुनिया भर में कई प्रयोगशालाओं में व्यापक और गहन अध्ययन किया जा रहा है। रुचि मुख्य रूप से इस तथ्य से निर्धारित होती है कि प्रकाश संश्लेषण पूरे जीवमंडल के ऊर्जा विनिमय का आधार है।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता कई कारकों पर निर्भर करती है। प्रकाश की तीव्रता प्रकाश संश्लेषण की सबसे बड़ी दक्षता के लिए आवश्यक, विभिन्न पौधों के लिए अलग है। छाया-सहिष्णु पौधों में, प्रकाश संश्लेषण की अधिकतम गतिविधि पूर्ण सूर्य के प्रकाश के लगभग आधे तक पहुंच जाती है, और फोटोफिलस पौधों में - लगभग पूर्ण सूर्य के प्रकाश में।

कई छाया-सहिष्णु पौधे पत्तियों में तालु (स्तंभ) पैरेन्काइमा विकसित नहीं करते हैं, और केवल स्पंजी (घाटी का लिली, खुर) होता है। इसके अलावा, इन पौधों में बड़े पत्ते और बड़े क्लोरोप्लास्ट होते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की दर को भी प्रभावित करता है तापमान वातावरण . प्रकाश संश्लेषण की उच्चतम तीव्रता 20-28 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर देखी जाती है। तापमान में और वृद्धि के साथ, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता कम हो जाती है, और श्वसन की तीव्रता बढ़ जाती है। जब प्रकाश संश्लेषण और श्वसन की दर मेल खाती है, तो वे कहते हैं मुआवजा बिंदु.

क्षतिपूर्ति बिंदु प्रकाश की तीव्रता, तापमान के बढ़ने और गिरने के आधार पर बदलता है। उदाहरण के लिए, ठंड प्रतिरोधी भूरे शैवाल में, यह लगभग 10 डिग्री सेल्सियस के तापमान से मेल खाती है। तापमान सबसे पहले क्लोरोप्लास्ट को प्रभावित करता है, जिसमें तापमान के आधार पर संरचना में परिवर्तन होता है, जो एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में स्पष्ट रूप से दिखाई देता है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री संयंत्र के आसपास की हवा में। हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की औसत सांद्रता 0.03% (मात्रा के अनुसार) है। कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा में कमी से उपज पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है, और इसकी वृद्धि, उदाहरण के लिए, 0.04% तक, उपज को लगभग 2 गुना बढ़ा सकती है। एकाग्रता में अधिक महत्वपूर्ण वृद्धि कई पौधों के लिए हानिकारक है: उदाहरण के लिए, लगभग 0.1% कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री पर, टमाटर के पौधे बीमार हो जाते हैं, उनके पत्ते मुड़ने लगते हैं। ग्रीनहाउस और ग्रीनहाउस में, आप कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री को विशेष सिलेंडरों से मुक्त करके या शुष्क कार्बन डाइऑक्साइड को वाष्पित करके बढ़ा सकते हैं।

विभिन्न तरंग दैर्ध्य का प्रकाश प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता को भी विभिन्न प्रकार से प्रभावित करता है। पहली बार, स्पेक्ट्रम की विभिन्न किरणों में प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का अध्ययन भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू ड्यूबेनी ने किया था, जिन्होंने 1836 में दिखाया था कि हरे पत्ते में प्रकाश संश्लेषण की दर किरणों की प्रकृति पर निर्भर करती है। प्रयोग के दौरान पद्धति संबंधी त्रुटियों ने उन्हें गलत निष्कर्ष पर पहुंचा दिया। वैज्ञानिक ने एलोडिया प्ररोह के एक खंड को पानी के कटे हुए परखनली में रखा, रंगीन कांच या रंगीन विलयनों के माध्यम से सूर्य के प्रकाश को पार करके परखनली को प्रकाशित किया, और कट से निकलने वाले ऑक्सीजन बुलबुले की संख्या से प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता को ध्यान में रखा। सतह प्रति यूनिट समय। ड्यूबेनी इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता प्रकाश की चमक के समानुपाती होती है, और उस समय की सबसे चमकदार किरणों को पीला माना जाता था। जॉन ड्रेपर (1811-1882), जिन्होंने स्पेक्ट्रोस्कोप द्वारा उत्सर्जित स्पेक्ट्रम के विभिन्न बीमों में प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का अध्ययन किया, उसी दृष्टिकोण का पालन किया।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में क्लोरोफिल की भूमिका को उत्कृष्ट रूसी वनस्पतिशास्त्री और पादप शरीर विज्ञानी के.ए. तिमिर्याज़ेव। 1871-1875 में खर्च करने के बाद। प्रयोगों की एक श्रृंखला में, उन्होंने पाया कि हरे पौधे सौर स्पेक्ट्रम के लाल और नीले भागों की किरणों को सबसे अधिक तीव्रता से अवशोषित करते हैं, न कि पीले, जैसा कि उनके पहले सोचा गया था। वर्णक्रम के लाल और नीले भाग को अवशोषित करके क्लोरोफिल हरी किरणों को परावर्तित कर देता है, इसलिए यह हरा दिखाई देता है।

इन आंकड़ों के आधार पर, जर्मन प्लांट फिजियोलॉजिस्ट थियोडोर विल्हेम एंगेलमैन ने 1883 में पौधों द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड के आत्मसात का अध्ययन करने के लिए एक जीवाणु विधि विकसित की।

उन्होंने सुझाव दिया कि यदि आप पानी की एक बूंद में एरोबिक बैक्टीरिया के साथ एक हरे पौधे की एक कोशिका रखते हैं और उन्हें अलग-अलग रंग की किरणों से रोशन करते हैं, तो बैक्टीरिया को कोशिका के उन हिस्सों में केंद्रित होना चाहिए जिनमें कार्बन डाइऑक्साइड सबसे अधिक विघटित होता है और ऑक्सीजन होता है मुक्त। इसका परीक्षण करने के लिए, एंगेलमैन ने दर्पण के ऊपर एक प्रिज्म लगाकर प्रकाश सूक्ष्मदर्शी में कुछ सुधार किया, जिसने सूर्य के प्रकाश को स्पेक्ट्रम के अलग-अलग घटकों में विघटित कर दिया। एक हरे पौधे के रूप में, एंगेलमैन ने हरे शैवाल स्पाइरोगाइरा का उपयोग किया, जिसकी बड़ी कोशिकाओं में लंबे सर्पिल क्रोमैटोफोर होते हैं।

एक कांच की स्लाइड पर पानी की एक बूंद में शैवाल का एक टुकड़ा रखने के बाद, एंगेलमैन ने वहां कुछ एरोबिक बैक्टीरिया पेश किए, जिसके बाद उन्होंने एक माइक्रोस्कोप के तहत तैयारी की जांच की। यह पता चला कि एक प्रिज्म की अनुपस्थिति में, तैयार तैयारी को सफेद रोशनी से भी रोशन किया गया था, और बैक्टीरिया समान रूप से शैवाल के पूरे क्षेत्र में वितरित किए गए थे। एक प्रिज्म की उपस्थिति में, दर्पण से परावर्तित प्रकाश की किरण को अपवर्तित किया गया, जिससे विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ माइक्रोस्कोप के नीचे शैवाल के क्षेत्र को रोशन किया गया। कुछ मिनटों के बाद, बैक्टीरिया उन क्षेत्रों पर केंद्रित हो गए जो लाल और नीली रोशनी से रोशन थे। इसके आधार पर, एंगेलमैन ने निष्कर्ष निकाला कि हरे पौधों में कार्बन डाइऑक्साइड (और, इसलिए, ऑक्सीजन की रिहाई) का अपघटन मुख्य रंग (यानी हरी) किरणों - लाल और नीले रंग के अतिरिक्त मनाया जाता है।

डेटा प्राप्त हुआ आधुनिक उपकरण, एंगेलमैन द्वारा 120 से अधिक वर्षों पहले प्राप्त परिणामों की पूरी तरह से पुष्टि करें।

क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण के पहले और दूसरे चरण की प्रतिक्रियाओं में भाग लेती है; तीसरे चरण की प्रतिक्रियाएं अंधेरे हैं; प्रकाश की भागीदारी के बिना होता है। मापों से पता चला है कि एक ऑक्सीजन अणु को कम करने की प्रक्रिया में कम से कम आठ क्वांटा प्रकाश ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, प्रकाश संश्लेषण की अधिकतम क्वांटम उपज, अर्थात्। पौधे द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा की एक मात्रा के अनुरूप ऑक्सीजन अणुओं की संख्या 1/8, या 12.5% ​​है।

आर इमर्सन और उनके सहयोगियों ने प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम उपज निर्धारित की जब पौधों को विभिन्न तरंग दैर्ध्य के मोनोक्रोमैटिक प्रकाश से प्रकाशित किया जाता है। यह पाया गया कि अधिकांश दृश्यमान स्पेक्ट्रम में उपज 12% पर स्थिर रहती है, लेकिन सुदूर लाल क्षेत्र के पास तेजी से घट जाती है। हरे पौधों में यह कमी 680 एनएम की तरंग दैर्ध्य से शुरू होती है। 660 एनएम से अधिक की लंबाई पर, केवल क्लोरोफिल ही प्रकाश को अवशोषित करता है। ए; क्लोरोफिल बी 650 एनएम पर प्रकाश का अधिकतम अवशोषण होता है, और 680 एनएम पर व्यावहारिक रूप से प्रकाश को अवशोषित नहीं करता है। 680 एनएम से अधिक तरंग दैर्ध्य पर, प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम उपज को तक लाया जा सकता है अधिकतम मूल्य 12% बशर्ते कि संयंत्र एक साथ 650 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश से भी प्रकाशित हो। दूसरे शब्दों में, यदि प्रकाश क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित होता है एक्लोरोफिल द्वारा अवशोषित प्रकाश द्वारा पूरक बी, तब प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम उपज एक सामान्य मूल्य तक पहुँच जाती है।

एक ही बीम द्वारा अलग-अलग रोशनी के तहत देखी गई तीव्रता की तुलना में विभिन्न तरंग दैर्ध्य के मोनोक्रोमैटिक प्रकाश के दो बीम वाले पौधे की एक साथ रोशनी के दौरान प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता में वृद्धि को कहा जाता है इमर्सन प्रभाव. दूर लाल बत्ती और प्रकाश के विभिन्न संयोजनों के साथ प्रयोग अधिक कम लंबाईहरे, लाल, नीले-हरे और भूरे शैवाल पर तरंगों ने दिखाया कि प्रकाश संश्लेषण में सबसे बड़ी वृद्धि देखी जाती है यदि छोटी तरंग दैर्ध्य वाली दूसरी किरण सहायक वर्णक द्वारा अवशोषित हो जाती है।

हरे पौधों में ऐसे सहायक वर्णक कैरोटीनॉयड और क्लोरोफिल होते हैं। बीलाल शैवाल में - कैरोटेनॉयड्स और फ़ाइकोएरिथ्रिन, नीले-हरे शैवाल में - कैरोटेनॉइड और फ़ाइकोसायनिन, भूरे शैवाल में - कैरोटेनॉइड और फ़्यूकोक्सैन्थिन।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के आगे के अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि सहायक वर्णक उनके द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा के 80 से 100% तक क्लोरोफिल में स्थानांतरित हो जाते हैं। ए. इस प्रकार, क्लोरोफिल एपादप कोशिका द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा को संचित करता है, और फिर इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-रासायनिक प्रतिक्रियाओं में करता है।

बाद में पता चला कि क्लोरोफिल एएक जीवित कोशिका में विभिन्न अवशोषण स्पेक्ट्रा और विभिन्न फोटोकैमिकल कार्यों के साथ रूपों के रूप में मौजूद है। क्लोरोफिल का एक रूप ए, जिसका अवशोषण अधिकतम 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है, वर्णक प्रणाली से संबंधित है, जिसे कहा जाता है फोटोसिस्टम I, क्लोरोफिल का दूसरा रूप एअधिकतम 680 एनएम के अवशोषण के साथ, फोटोसिस्टम II के अंतर्गत आता है।

तो, पौधों में एक फोटोएक्टिव वर्णक प्रणाली की खोज की गई, जो विशेष रूप से स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र में प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करती है। यह कम रोशनी में भी काम करना शुरू कर देता है। इसके अलावा, एक और ज्ञात है नियामक प्रणाली, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए चुनिंदा रूप से अवशोषित और उपयोग करता है नीला रंग. यह सिस्टम पर्याप्त तेज रोशनी में काम करता है।

यह भी स्थापित किया गया है कि कुछ पौधों के प्रकाश संश्लेषक उपकरण प्रकाश संश्लेषण के लिए बड़े पैमाने पर लाल प्रकाश का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य नीले प्रकाश का उपयोग करते हैं।

जलीय पौधों के प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता को निर्धारित करने के लिए, आप ऑक्सीजन के बुलबुले गिनने की विधि का उपयोग कर सकते हैं। प्रकाश में, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पत्तियों में होती है, जिसका उत्पाद ऑक्सीजन है, जो अंतरकोशिकीय स्थानों में जमा हो जाता है। तने को काटते समय, कटी हुई सतह से बुलबुले के निरंतर प्रवाह के रूप में अतिरिक्त गैस निकलने लगती है, जिसके बनने की दर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता पर निर्भर करती है। यह विधि बहुत सटीक नहीं है, लेकिन यह सरल है और बाहरी परिस्थितियों पर प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया की निर्भरता का एक दृश्य प्रतिनिधित्व देती है।

अनुभव 1. प्रकाश संश्लेषण की उत्पादकता प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करती है

सामग्री और उपकरणएलोडिया; NaHCO 3 , (NH 4) 2 CO 3 या मिनरल वाटर के जलीय घोल; बसे हुए नल का पानी; कांच की छड़; धागे; कैंची; 200 डब्ल्यू इलेक्ट्रिक लैंप; घड़ी; थर्मामीटर।

1. प्रयोग के लिए, लगभग 8 सेंटीमीटर लंबे गहरे हरे रंग के एलोडिया के स्वस्थ अंकुरों का चयन किया गया, जिसमें एक अक्षुण्ण नोक थी। उन्हें पानी के नीचे काट दिया गया, एक धागे से कांच की छड़ से बांध दिया गया और कमरे के तापमान पर एक गिलास पानी में उल्टा कर दिया गया (पानी का तापमान स्थिर रहना चाहिए)।

2. प्रयोग के लिए, हमने NaHCO 3 या (NH 4) 2 CO 3 जोड़कर CO 2 से समृद्ध नल का पानी लिया, या शुद्ध पानी, और एक जलीय पौधे के साथ एक गिलास को एक चमकदार रोशनी में उजागर किया। हमने पौधे के कट से हवा के बुलबुले की उपस्थिति देखी।

3. जब बुलबुला प्रवाह एक समान हो गया, तो 1 मिनट में छोड़े गए बुलबुले की संख्या गिना गया। 1 मिनट के ब्रेक के साथ 3 बार गिनती की गई, डेटा एक तालिका में दर्ज किया गया, और औसत परिणाम निर्धारित किया गया।

4. पौधे के साथ कांच को प्रकाश स्रोत से 50-60 सेमी हटा दिया गया था और पैराग्राफ 3 में बताए गए चरणों को दोहराया गया था।

5. प्रयोगों के परिणामों की तुलना की गई और उज्ज्वल और कमजोर प्रकाश में प्रकाश संश्लेषण की विभिन्न तीव्रता के बारे में निष्कर्ष निकाला गया।

प्रयोगों के परिणाम तालिका 1 में प्रस्तुत किए गए हैं।

निष्कर्ष:प्रयुक्त प्रकाश तीव्रता पर, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता बढ़ती प्रकाश तीव्रता के साथ बढ़ जाती है, अर्थात। जितना अधिक प्रकाश, उतना ही बेहतर प्रकाश संश्लेषण होता है।

तालिका 1. प्रकाश की तीव्रता पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता

अनुभव 2. प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना पर प्रकाश संश्लेषण की उत्पादकता की निर्भरता

सामग्री और उपकरणएलोडिया; प्रकाश फिल्टर का एक सेट (नीला, नारंगी, हरा); सात लंबे चौड़े मुंह वाले जार; बसे हुए नल का पानी; कैंची; 200 डब्ल्यू इलेक्ट्रिक लैंप; घड़ी; थर्मामीटर; परीक्षण नलियाँ।

1. परखनली को नल के पानी से 2/3 मात्रा में भरकर उसमें रखा गया था। जलीय पौधेउपर से नीचे। तने को पानी के नीचे काटा गया।

2. एक नीले प्रकाश फिल्टर (गोलाकार) को एक उच्च चौड़े मुंह वाले जार में रखा गया था, एक पौधे के साथ एक टेस्ट ट्यूब को फिल्टर के नीचे रखा गया था, और जार को तेज रोशनी में उजागर किया गया था ताकि यह प्रकाश फिल्टर से गुजरते हुए पौधे पर गिरे . हमने पौधे के तने के कट से हवा के बुलबुले की उपस्थिति देखी।

3. जब बुलबुला प्रवाह एक समान हो गया, तो 1 मिनट में छोड़े गए बुलबुले की संख्या गिना गया। गणना 1 मिनट के ब्रेक के साथ 3 बार की गई, औसत परिणाम निर्धारित किया गया, डेटा तालिका में दर्ज किया गया।

4. नीले प्रकाश फिल्टर को लाल रंग से बदल दिया गया था और पैराग्राफ 3 में बताए गए चरणों को दोहराया गया था, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रकाश स्रोत से दूरी और पानी का तापमान स्थिर रहे।

5. प्रयोगों के परिणामों की तुलना की गई और प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता के बारे में एक निष्कर्ष निकाला गया।

प्रयोग के परिणाम तालिका 2 में प्रस्तुत किए गए हैं।

निष्कर्ष:नारंगी प्रकाश में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया बहुत गहन होती है, नीले रंग में यह धीमी हो जाती है, और हरे रंग में यह व्यावहारिक रूप से नहीं जाती है।

तालिका 2. प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना पर प्रकाश संश्लेषण की उत्पादकता की निर्भरता

अनुभव संख्या	प्रकाश फिल्टर	पहला आयाम	दूसरा आयाम	तीसरा आयाम	अर्थ
	संतरा

अनुभव 3. तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता

सामग्री और उपकरणएलोडिया; तीन लंबे चौड़े मुंह वाले जार; बसे हुए नल का पानी; कैंची; परीक्षण नलियाँ; 200 डब्ल्यू इलेक्ट्रिक लैंप; घड़ी; थर्मामीटर।

1. एक 2/3 परखनली में बसे हुए नल के पानी से भरा हुआ था और उसमें ऊपर से नीचे के साथ एक जलीय पौधा रखा गया था। पानी के नीचे तना काट दिया गया था।

2. अलग-अलग तापमान (14 डिग्री सेल्सियस से 45 डिग्री सेल्सियस तक) के बसे हुए नल के पानी को तीन चौड़े मुंह वाले जार में डाला गया, एक पौधे के साथ एक टेस्ट ट्यूब को मध्यम तापमान के पानी के जार में रखा गया (उदाहरण के लिए, 25 डिग्री सेल्सियस), और डिवाइस उज्ज्वल प्रकाश के संपर्क में था। हमने पौधे के तने के कट से हवा के बुलबुले की उपस्थिति देखी।

3. 5 मिनट के बाद, 1 मिनट में छोड़े गए बुलबुलों की संख्या को गिना गया। गणना 1 मिनट के ब्रेक के साथ 3 बार की गई, औसत परिणाम निर्धारित किया गया, डेटा तालिका में दर्ज किया गया।

4. संयंत्र के साथ टेस्ट ट्यूब को एक अलग तापमान के पानी के साथ एक जार में स्थानांतरित कर दिया गया था और पैराग्राफ 3 में बताए गए चरणों को दोहराया गया था, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रकाश स्रोत से दूरी और पानी का तापमान स्थिर रहे।

5. प्रयोगों के परिणामों की तुलना की गई और प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता पर तापमान के प्रभाव के बारे में एक लिखित निष्कर्ष निकाला गया।

प्रयोग के परिणाम तालिका 3 में प्रस्तुत किए गए हैं।

निष्कर्ष:अध्ययन किए गए तापमान रेंज में, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता तापमान पर निर्भर करती है: यह जितना अधिक होता है, प्रकाश संश्लेषण उतना ही बेहतर होता है।

तालिका 3. प्रकाश संश्लेषण की तापमान निर्भरता

अपने अध्ययन के परिणामस्वरूप, हमने निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले।

1. प्रकाश सक्रिय वर्णक प्रणाली विशेष रूप से स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र में प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करती है। नीली किरणें क्लोरोफिल द्वारा काफी अच्छी तरह से अवशोषित होती हैं और बहुत कम हरी, जो पौधों के हरे रंग की व्याख्या करती हैं।

2. एलोडिया की एक शाखा के साथ हमारे प्रयोग ने यह साबित कर दिया है कि प्रकाश संश्लेषण की अधिकतम तीव्रता लाल रोशनी से प्रकाशित होने पर देखी जाती है।

3. प्रकाश संश्लेषण की दर तापमान पर निर्भर करती है।

4. प्रकाश संश्लेषण प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करता है। जितना अधिक प्रकाश, उतना बेहतर प्रकाश संश्लेषण होता है।

ऐसे कार्य के परिणाम व्यावहारिक महत्व के हो सकते हैं। कृत्रिम प्रकाश व्यवस्था वाले ग्रीनहाउस में, प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना का चयन करके, आप उपज बढ़ा सकते हैं। 1980 के दशक के अंत में लेनिनग्राद में एग्रोफिजिकल इंस्टीट्यूट में। प्रयोगशाला में बी.एस. मोशकोव, विशेष प्रकाश व्यवस्था का उपयोग करते हुए, प्रति वर्ष 6 टमाटर की फसलें (180 किग्रा / मी 2) प्राप्त की गईं।

पौधों को सभी रंगों की प्रकाश किरणों की आवश्यकता होती है। कैसे, कब, किस क्रम और अनुपात में इसे दीप्तिमान ऊर्जा प्रदान करना एक संपूर्ण विज्ञान है। प्रकाश संवर्धन की संभावनाएं बहुत अधिक हैं: प्रयोगशाला प्रयोगों से, यह सब्जी, हरी, सजावटी और औषधीय फसलों के औद्योगिक उत्पादन में बदल सकती है।

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प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को एक साथ प्रभावित करने वाले सभी कारकों में से सीमितवह होगा जो न्यूनतम स्तर के करीब है। यह स्थापित 1905 में ब्लैकमैन. विभिन्न कारक सीमित हो सकते हैं, लेकिन उनमें से एक मुख्य है।

1. कम रोशनी में, प्रकाश संश्लेषण की दर प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होती है। रोशनीकम रोशनी की स्थिति में सीमित कारक है। उच्च प्रकाश तीव्रता पर, क्लोरोफिल फीका पड़ जाता है और प्रकाश संश्लेषण धीमा हो जाता है। प्रकृति में ऐसी स्थितियों के तहत, पौधों को आमतौर पर संरक्षित किया जाता है (मोटी छल्ली, प्यूब्सेंट पत्तियां, तराजू)।

1. प्रकाश संश्लेषण की डार्क प्रतिक्रियाओं की आवश्यकता होती है कार्बन डाइऑक्साइड, जो कार्बनिक पदार्थ में शामिल है, क्षेत्र में एक सीमित कारक है। वातावरण में CO2 की सांद्रता 0.03-0.04% के बीच भिन्न होती है, लेकिन यदि आप इसे बढ़ाते हैं, तो आप प्रकाश संश्लेषण की दर को बढ़ा सकते हैं। कुछ ग्रीनहाउस फ़सलें अब बढ़ी हुई CO2 सामग्री के साथ उगाई जाती हैं।
2. तापमान कारक. प्रकाश संश्लेषण की डार्क और कुछ हल्की प्रतिक्रियाएं एंजाइमों द्वारा नियंत्रित होती हैं, और उनकी क्रिया तापमान पर निर्भर करती है। समशीतोष्ण क्षेत्र में पौधों के लिए इष्टतम तापमान 25 डिग्री सेल्सियस है। तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस (35 डिग्री सेल्सियस तक) की वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर दोगुनी हो जाती है, लेकिन कई अन्य कारकों के प्रभाव के कारण, पौधे 25 डिग्री सेल्सियस पर बेहतर विकसित होते हैं।
3. पानी- प्रकाश संश्लेषण के लिए स्रोत सामग्री। पानी की कमी कोशिकाओं में कई प्रक्रियाओं को प्रभावित करती है। लेकिन अस्थायी रूप से मुरझाने से भी फसल को गंभीर नुकसान होता है। कारण: जब मुरझाते हैं, तो पौधों के रंध्र बंद हो जाते हैं, और यह प्रकाश संश्लेषण के लिए सीओ 2 की मुक्त पहुंच में हस्तक्षेप करता है; पानी की कमी से कुछ पौधों की पत्तियों में जम जाता है अब्स्सिसिक एसिड. यह एक पादप हार्मोन है - एक वृद्धि अवरोधक। प्रयोगशाला स्थितियों में, इसका उपयोग विकास प्रक्रिया के अवरोध का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।
4. क्लोरोफिल सांद्रता. क्लोरोफिल की मात्रा ख़स्ता फफूंदी, जंग, वायरल रोगों, खनिजों की कमी और उम्र (सामान्य उम्र बढ़ने के साथ) के साथ घट सकती है। जब पत्तियाँ पीली हो जाती हैं, क्लोरोटिक घटना या क्लोरोसिस. इसका कारण खनिजों की कमी हो सकती है। क्लोरोफिल के संश्लेषण के लिए Fe, Mg, N और K की आवश्यकता होती है।
5. ऑक्सीजन. वातावरण में ऑक्सीजन की उच्च सांद्रता (21%) प्रकाश संश्लेषण को रोकती है। सीओ 2 निर्धारण में शामिल एंजाइम की सक्रिय साइट के लिए ऑक्सीजन कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिस्पर्धा करती है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दर कम हो जाती है।
6. विशिष्ट अवरोधक. सबसे अच्छा तरीकापौधे को मारना प्रकाश संश्लेषण को रोकना है। ऐसा करने के लिए, वैज्ञानिकों ने अवरोधक विकसित किए हैं - herbicides- डाइऑक्सिन। उदाहरण के लिए: डीएचएमएम - डाइक्लोरोफेनिलडाइमिथाइल्यूरिया- प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रियाओं को रोकता है। प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश प्रतिक्रियाओं का सफलतापूर्वक अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
7. पर्यावरण प्रदूषण. औद्योगिक मूल की गैसें, ओजोन और सल्फर डाइऑक्साइड, छोटी सांद्रता में भी, कई पौधों की पत्तियों को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाती हैं। सेवा खट्टी गैसलाइकेन बहुत संवेदनशील होते हैं। इसलिए, एक तरीका है लाइकेन संकेत- लाइकेन द्वारा पर्यावरण प्रदूषण का निर्धारण। कालिख रंध्रों को बंद कर देती है और पत्ती एपिडर्मिस की पारदर्शिता को कम कर देती है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दर कम हो जाती है।

6. पादप जीवन कारक, ऊष्मा, प्रकाश, वायु, जलपौधे अपने पूरे जीवन में लगातार किसके साथ संपर्क में रहते हैं बाहरी वातावरण. जीवन कारकों के लिए पौधों की आवश्यकताएं पौधों की आनुवंशिकता से निर्धारित होती हैं, और वे न केवल प्रत्येक प्रजाति के लिए, बल्कि एक विशेष फसल की प्रत्येक किस्म के लिए भी भिन्न होती हैं। यही कारण है कि इन आवश्यकताओं का गहन ज्ञान बोए गए क्षेत्रों की संरचना, फसलों के रोटेशन, प्लेसमेंट को सही ढंग से स्थापित करना संभव बनाता है। फसल चक्रण.
सामान्य जीवन के लिए पौधों को कार्बन डाइऑक्साइड और हवा सहित प्रकाश, गर्मी, पानी, पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है।
पौधों के लिए प्रकाश का मुख्य स्रोत सौर विकिरण है। यद्यपि यह स्रोत मानव प्रभाव से परे है, प्रकाश संश्लेषण के लिए सूर्य की प्रकाश ऊर्जा के उपयोग की डिग्री कृषि प्रौद्योगिकी के स्तर पर निर्भर करती है: बुवाई के तरीके (उत्तर से दक्षिण या पूर्व से पश्चिम की ओर निर्देशित पंक्तियाँ), विभेदित बीज दर, जुताई, आदि। .
पौधों के समय पर पतले होने और खरपतवारों के नष्ट होने से पौधों की रोशनी में सुधार होता है।
पौधे के जीवन में गर्मी, प्रकाश के साथ, पौधे के जीवन का मुख्य कारक है और आवश्यक शर्तमिट्टी में जैविक, रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं के लिए। विकास के विभिन्न चरणों और चरणों में प्रत्येक पौधा गर्मी के लिए निश्चित, लेकिन असमान आवश्यकताओं को पूरा करता है, जिसका अध्ययन पादप शरीर क्रिया विज्ञान और वैज्ञानिक कृषि के कार्यों में से एक है। पौधे के जीवन में गर्मी विकास के प्रत्येक चरण में विकास की दर को प्रभावित करती है। कृषि के कार्य में मिट्टी के ऊष्मीय शासन का अध्ययन और इसके नियमन के तरीके भी शामिल हैं।
पौधे के जीवन में पानीऔर पोषक तत्व, मिट्टी और वातावरण दोनों से आने वाले कार्बन डाइऑक्साइड के अपवाद के साथ, पौधे के जीवन के मिट्टी के कारक हैं। इसलिए जल और पोषक तत्वों को मृदा उर्वरता के तत्व कहा जाता है।
पौधे के जीवन में वायु(वायुमंडलीय और मिट्टी) पौधों और मिट्टी के सूक्ष्मजीवों के श्वसन के लिए ऑक्सीजन के स्रोत के साथ-साथ कार्बन के स्रोत के रूप में आवश्यक है जिसे पौधे प्रकाश संश्लेषण के दौरान अवशोषित करते हैं। इसके अलावा, मिट्टी में सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रक्रियाओं के लिए पौधों के जीवन में हवा आवश्यक है, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोजन, फास्फोरस, पोटेशियम और अन्य पौधों के घुलनशील खनिज यौगिकों के गठन के साथ मिट्टी के कार्बनिक पदार्थ एरोबिक सूक्ष्मजीवों द्वारा विघटित हो जाते हैं। पोषक तत्त्व।

7 . फसलों की प्रकाश संश्लेषक उत्पादकता के संकेतक

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में एक फसल का निर्माण होता है, जब कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और खनिजों से हरे पौधों में कार्बनिक पदार्थ बनते हैं। सूर्य की किरण की ऊर्जा पौधे के बायोमास की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस प्रक्रिया की दक्षता और अंततः उपज प्रकाश संश्लेषक प्रणाली के रूप में फसल के कामकाज पर निर्भर करती है। खेत की स्थितियों में, प्रति इकाई क्षेत्र में पौधों के एक समूह के रूप में बुवाई (सेनोसिस) एक जटिल गतिशील स्व-विनियमन प्रकाश संश्लेषक प्रणाली है। इस प्रणाली में कई घटक शामिल हैं जिन्हें उपप्रणाली के रूप में माना जा सकता है; यह गतिशील है, क्योंकि यह समय के साथ अपने मापदंडों को लगातार बदलता रहता है; स्व-विनियमन, चूंकि, विभिन्न प्रभावों के बावजूद, बुवाई एक निश्चित तरीके से अपने मापदंडों को बदल देती है, होमोस्टैसिस को बनाए रखती है।

फसलों की प्रकाश संश्लेषक गतिविधि के संकेतक।सीडिंग एक ऑप्टिकल प्रणाली है जिसमें पत्तियां PAR को अवशोषित करती हैं। पौधे के विकास की प्रारंभिक अवधि में, आत्मसात की सतह छोटी होती है और PAR का एक महत्वपूर्ण हिस्सा पत्तियों से गुजरता है और उनके द्वारा कब्जा नहीं किया जाता है। पत्तियों के क्षेत्रफल में वृद्धि के साथ, उनका सौर ऊर्जा का अवशोषण भी बढ़ता है। जब लीफ सरफेस इंडेक्स* 4...5 हो, यानी फसल में पत्तियों का क्षेत्रफल 40...50 हजार मी 2/हेक्टेयर हो, तो फसल की पत्तियों द्वारा PAR का अवशोषण अधिकतम मूल्य पर पहुंच जाता है - 75...80% दृश्य, कुल विकिरण का 40%। पत्ती क्षेत्र में और वृद्धि के साथ, PAR अवशोषण नहीं बढ़ता है। फसलों में जहां पत्ती क्षेत्र के गठन का क्रम इष्टतम है, PAR का अवशोषण बढ़ते मौसम के दौरान औसतन 50...60% घटना विकिरण हो सकता है। प्लांट कवर द्वारा अवशोषित PAR प्रकाश संश्लेषण के लिए ऊर्जा का आधार है। हालांकि, इस ऊर्जा का केवल एक हिस्सा फसल में जमा होता है। PAR उपयोग कारक आमतौर पर वनस्पति आवरण पर PAR घटना के संबंध में निर्धारित किया जाता है। यदि मध्य रूस में बायोमास की उपज PAR बुवाई का 2...3% जमा हो जाती है, तो सभी पौधों के अंगों का सूखा वजन 10...15 t/ha होगा, और संभावित उपज 4...6 t होगी अनाज प्रति 1 हेक्टेयर। विरल फसलों में, PAR उपयोग कारक केवल 0.5...1.0% है।

प्रकाश संश्लेषक प्रणाली के रूप में फसलों को ध्यान में रखते हुए, द्वारा उत्पन्न शुष्क बायोमास उपज बढ़ता हुआ मौसम, या एक निश्चित अवधि में इसकी वृद्धि औसत पत्ती क्षेत्र, अवधि की अवधि और इस अवधि के लिए प्रकाश संश्लेषण की शुद्ध उत्पादकता पर निर्भर करती है।

वाई \u003d एफपी एनपीएफ,

जहाँ Y शुष्क बायोमास की उपज है, t/ha;

एफपी - प्रकाश संश्लेषक क्षमता, हजार मीटर 2 - दिन / हेक्टेयर;

एनपीपी - प्रकाश संश्लेषण की शुद्ध उत्पादकता, g/(m2 - दिन)।

प्रकाश संश्लेषक क्षमता की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

जहां एससी अवधि के लिए औसत पत्ती क्षेत्र है, हजार एम 2 / हेक्टेयर;

टी अवधि, दिनों की अवधि है।

सेनोसिस के लिए मुख्य संकेतक, साथ ही उपज, प्रति इकाई क्षेत्र - 1 मीटर 2 या 1 हेक्टेयर निर्धारित किए जाते हैं। तो, पत्ती क्षेत्र को हजार मीटर 2 / हेक्टेयर में मापा जाता है। इसके अलावा, वे इस तरह के एक संकेतक का उपयोग पत्ती की सतह के सूचकांक के रूप में करते हैं। आत्मसात सतह का मुख्य भाग पत्तियों से बना होता है, यह उनमें है कि प्रकाश संश्लेषण होता है। प्रकाश संश्लेषण पौधों के अन्य हरे भागों में भी हो सकता है - तना, आंवला, हरे फल, आदि, लेकिन कुल प्रकाश संश्लेषण में इन अंगों का योगदान आमतौर पर छोटा होता है। यह एक दूसरे के साथ फसलों की तुलना करने के लिए प्रथागत है, साथ ही पत्ती क्षेत्र के संदर्भ में एक फसल के विभिन्न राज्यों की गतिशीलता में, इसे "आत्मसात सतह" की अवधारणा के साथ पहचानते हैं। फसल में पत्तियों के क्षेत्र की गतिशीलता एक निश्चित नियमितता का अनुसरण करती है। अंकुरण के बाद, पत्ती क्षेत्र धीरे-धीरे बढ़ता है, फिर विकास दर बढ़ जाती है। जब तक पार्श्व प्ररोहों का बनना बंद हो जाता है और पौधों की ऊंचाई बढ़ जाती है, तब तक बढ़ते मौसम के दौरान पत्ती का क्षेत्र अपने अधिकतम मूल्य तक पहुँच जाता है, फिर निचली पत्तियों के पीलेपन और मृत्यु के कारण यह धीरे-धीरे कम होने लगता है। कई फसलों (अनाज, फलियां) की फसलों में बढ़ते मौसम के अंत तक, पौधों पर हरी पत्तियां अनुपस्थित होती हैं। जल आपूर्ति, पोषण और कृषि पद्धतियों की स्थितियों के आधार पर विभिन्न कृषि पौधों का पत्ती क्षेत्र बढ़ते मौसम के दौरान बहुत भिन्न हो सकता है। अधिकतम क्षेत्रशुष्क परिस्थितियों में पत्तियां केवल 5 ... 10 हजार मीटर 2 / हेक्टेयर तक पहुंचती हैं, और अत्यधिक नमी और नाइट्रोजन पोषण के साथ, यह 70 हजार मीटर 2 / हेक्टेयर से अधिक हो सकती है। ऐसा माना जाता है कि 4...5 की पत्ती की सतह के सूचकांक के साथ, एक ऑप्टिकल प्रकाश संश्लेषण प्रणाली के रूप में बुवाई में काम करता है इष्टतम मोड, अवशोषित सबसे बड़ी संख्याबराबर. पत्तियों के एक छोटे से क्षेत्र के साथ, PAR का एक हिस्सा पत्तियों द्वारा कब्जा नहीं किया जाता है। यदि पत्ती का क्षेत्रफल 50000 m2/हेक्टेयर से अधिक है, तो ऊपरी पत्तियां निचली पत्तियों को छायांकित करती हैं, और प्रकाश संश्लेषण में उनकी हिस्सेदारी तेजी से घट जाती है। इसके अलावा, ऊपरी पत्ते निचले लोगों को "फ़ीड" करते हैं, जो फल, बीज, कंद आदि के गठन के लिए प्रतिकूल है। पत्ती क्षेत्र की गतिशीलता से पता चलता है कि विभिन्न चरणोंबढ़ते मौसम के दौरान, प्रकाश संश्लेषक प्रणाली के रूप में बुवाई अलग तरह से कार्य करती है (चित्र 3)। वनस्पति के पहले 20...30 दिनों के दौरान, जब औसत पत्ती क्षेत्र 3...7 हजार मी 2 / हेक्टेयर होता है, तो अधिकांश PAR पत्तियों द्वारा कब्जा नहीं किया जाता है, और इसलिए PAR उपयोग कारक अधिक नहीं हो सकता है। इसके अलावा, पत्तियों का क्षेत्र तेजी से बढ़ने लगता है, अधिकतम तक पहुंच जाता है। एक नियम के रूप में, यह अनाज की दूधिया अवस्था के चरण में ब्लूग्रास में होता है, मध्य स्तर में बीज भरने के चरण में अनाज की फलियों में, में बारहमासी जड़ी बूटीफूल के चरण में। फिर पत्ती का क्षेत्रफल तेजी से घटने लगता है। इस समय, वानस्पतिक अंगों से जनन अंगों में पदार्थों का पुनर्वितरण और बहिर्वाह प्रबल होता है। इन अवधियों की अवधि और उनका अनुपात कृषि-तकनीकी सहित विभिन्न कारकों से प्रभावित होता है। उनकी मदद से, पत्तियों के क्षेत्र और अवधि की अवधि को बढ़ाने की प्रक्रिया को विनियमित करना संभव है। शुष्क परिस्थितियों में, पौधों का घनत्व, और इसलिए पत्तियों का क्षेत्र, जानबूझकर कम हो जाता है, क्योंकि पत्तियों के एक बड़े क्षेत्र के साथ, वाष्पोत्सर्जन बढ़ता है, पौधे नमी की कमी से अधिक पीड़ित होते हैं, और उपज कम हो जाती है।

शोध करना

विषय: प्रकाश संश्लेषण की दर पर विभिन्न कारकों का प्रभाव

कार्य प्रबंधक:लोगविन एंड्री निकोलाइविच, जीव विज्ञान शिक्षक

गांव श्लोखोव्स्काया

2009

परिचय - पेज 3

अध्याय 1. प्रकाश संश्लेषण - पृष्ठ 4

अध्याय 2. अजैविक कारक - प्रकाश और तापमान। पौधे के जीवन में उनकी भूमिका - पृष्ठ 5

2.1. प्रकाश - पृष्ठ 5

2.2. तापमान - पृष्ठ 6

2.3. वायु की गैस संरचना - पृष्ठ 7

अध्याय 3. प्रकाश संश्लेषण की दर पर विभिन्न कारकों का प्रभाव - पृष्ठ 983.1। स्टार्च परीक्षण विधि - पृष्ठ 9

3.2. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश की तीव्रता पर निर्भरता - पृष्ठ 10

3.3. तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता - पृष्ठ 11

3.4. वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता - पृष्ठ 12

निष्कर्ष - पेज 12

सूचना के स्रोत - पृष्ठ 13

काम

पृथ्वी पर जीवन सूर्य पर निर्भर है। पृथ्वी पर सौर किरणों की ऊर्जा के रिसीवर और संचायक प्रकाश संश्लेषण के विशेष अंगों के रूप में पौधों की हरी पत्तियां हैं। प्रकाश संश्लेषण अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थ बनाने की एक अनूठी प्रक्रिया है। यह हमारे ग्रह पर एकमात्र प्रक्रिया है जो कार्बनिक पदार्थों में निहित रासायनिक बंधों की ऊर्जा में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा के रूपांतरण से जुड़ी है। इस तरह, अंतरिक्ष से प्राप्त सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा, जो हरे पौधों द्वारा कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन में संग्रहीत होती है, बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों तक पूरे जीवित दुनिया की महत्वपूर्ण गतिविधि सुनिश्चित करती है।

XIX के उत्तरार्ध का एक उत्कृष्ट रूसी वैज्ञानिक - XX सदी की शुरुआत में। क्लेमेंट अर्कादेविच तिमिरयाज़ेव (1843-1920) ने पृथ्वी पर हरे पौधों की भूमिका को ब्रह्मांडीय कहा।

के.ए. तिमिरयाज़ेव ने लिखा: "सभी कार्बनिक पदार्थ, चाहे वे कितने भी विविध हों, वे जहाँ भी पाए जाते हैं, चाहे वे किसी पौधे, जानवर या व्यक्ति में हों, पत्ती से होकर गुजरते हैं, जो पत्ती द्वारा उत्पादित पदार्थों से उत्पन्न होते हैं। पत्ती के बाहर, या क्लोरोफिल अनाज के बाहर, प्रकृति में ऐसी कोई प्रयोगशाला नहीं है जहाँ कार्बनिक पदार्थ पृथक हो। अन्य सभी अंगों और जीवों में, यह रूपांतरित, रूपांतरित होता है, केवल यहीं पर यह फिर से अकार्बनिक पदार्थ से बनता है।

चुने हुए विषय की प्रासंगिकता इस तथ्य के कारण है कि हम सभी प्रकाश संश्लेषक पौधों पर निर्भर हैं और यह जानना आवश्यक है कि प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता को कैसे बढ़ाया जाए।

अध्ययन की वस्तु- घर के पौधे

अध्ययन का विषय- प्रकाश संश्लेषण की दर पर विभिन्न कारकों का प्रभाव।

लक्ष्य:

1. पादप प्रकाश संश्लेषण और अजैविक पर्यावरणीय कारकों पर ज्ञान का व्यवस्थितकरण, गहनीकरण और समेकन।

2. वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की रोशनी, तापमान और एकाग्रता की तीव्रता पर प्रकाश संश्लेषण की दर की निर्भरता का अध्ययन करना।

कार्य:

1. पादप प्रकाश संश्लेषण पर साहित्य का अध्ययन करना, पादप प्रकाश संश्लेषण पर अजैविक कारकों के प्रभाव के बारे में ज्ञान को सामान्य और गहरा करना।
2. प्रकाश संश्लेषण की दर पर विभिन्न कारकों के प्रभाव का अध्ययन करना।

शोध परिकल्पना:वातावरण में प्रकाश की तीव्रता, तापमान और कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता बढ़ने के साथ प्रकाश संश्लेषण की दर बढ़ जाती है।

तलाश पद्दतियाँ:

1. साहित्य का अध्ययन और विश्लेषण
2. अवलोकन, तुलना, प्रयोग।

अध्याय 1. प्रकाश संश्लेषण।

प्रकाश की भागीदारी से हरे पौधों और सायनोबैक्टीरिया की कोशिकाओं द्वारा कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की प्रक्रिया। हरे पौधों में, यह कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट और क्रोमैटोफोर्स में मौजूद वर्णक (क्लोरोफिल और कुछ अन्य) की भागीदारी के साथ होता है। ऊर्जा में खराब पदार्थों (कार्बन मोनोऑक्साइड और पानी) से, कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज बनता है और मुक्त ऑक्सीजन निकलता है।

प्रकाश संश्लेषण एक रेडॉक्स प्रक्रिया पर आधारित है: इलेक्ट्रॉनों को एक दाता-रिडक्टेंट (पानी, हाइड्रोजन, आदि) से एक स्वीकर्ता (कार्बन मोनोऑक्साइड, एसीटेट) में स्थानांतरित किया जाता है। पानी का ऑक्सीकरण होने पर एक कम पदार्थ (कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज) और ऑक्सीजन बनता है। प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं:

प्रकाश (या प्रकाश पर निर्भर);

अंधेरा।

प्रकाश चरण में हाइड्रोजन के मुक्त परमाणुओं का संचय होता है, ऊर्जा (एटीपी संश्लेषित होती है)। काला चरणप्रकाश संश्लेषण - क्रमिक एंजाइमी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला, और कार्बन डाइऑक्साइड बंधन की सभी प्रतिक्रियाओं से ऊपर (वायुमंडल से पत्ती में प्रवेश)। नतीजतन, कार्बोहाइड्रेट बनते हैं, पहले मोनोसेकेराइड (हेक्सोज), फिर सैकराइड और पॉलीसेकेराइड (स्टार्च)। ग्लूकोज का संश्लेषण बड़ी मात्रा में ऊर्जा के अवशोषण के साथ होता है (प्रकाश चरण में संश्लेषित एटीपी का उपयोग किया जाता है)। कार्बन डाइऑक्साइड से अतिरिक्त ऑक्सीजन को निकालने के लिए, हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है, जो प्रकाश चरण में बनता है और हाइड्रोजन वाहक (एनएडीपी) के साथ अस्थिर संयोजन में होता है। अतिरिक्त ऑक्सीजन इस तथ्य के कारण है कि कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या कार्बन परमाणुओं की संख्या से दोगुनी है, और ग्लूकोज में कार्बन और ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या बराबर है।

प्रकाश संश्लेषण जीवमंडल में एकमात्र प्रक्रिया है जो बाहरी स्रोत - सूर्य के कारण जीवमंडल की ऊर्जा में वृद्धि की ओर ले जाती है और पौधों और सभी विषमपोषी जीवों के अस्तित्व को सुनिश्चित करती है।

सौर ऊर्जा का 1-2% से भी कम फसलों में जाता है।

नुकसान: प्रकाश का अधूरा अवशोषण; जैव रासायनिक और शारीरिक स्तरों पर प्रक्रिया को सीमित करना।

प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ाने के उपाय:

पौधों को पानी प्रदान करना;

खनिज और कार्बन डाइऑक्साइड प्रदान करना;

प्रकाश संश्लेषण के लिए अनुकूल फसल संरचना का निर्माण;

उच्च प्रकाश संश्लेषण दक्षता वाली किस्मों का चयन।

अध्याय 2. अजैविक कारक - प्रकाश और तापमान।

पौधे के जीवन में उनकी भूमिका।

अजैविक कारकनिर्जीव प्रकृति के वे सभी तत्व जो शरीर को प्रभावित करते हैं, कहलाते हैं। उनमें से, सबसे महत्वपूर्ण हैं प्रकाश, तापमान, आर्द्रता, वायु, खनिज लवण, आदि। उन्हें अक्सर कारकों के समूहों में जोड़ा जाता है: जलवायु, मिट्टी, भौगोलिक, भूवैज्ञानिक, आदि।

प्रकृति में, एक अजैविक कारक की क्रिया को दूसरे से अलग करना मुश्किल है, जीव हमेशा अपने संयुक्त प्रभाव का अनुभव करते हैं। हालांकि, अध्ययन की सुविधा के लिए, अजैविक कारकों को आमतौर पर अलग से माना जाता है।

2.1. रोशनी

कई कारकों में, सौर ऊर्जा के वाहक के रूप में प्रकाश मुख्य कारकों में से एक है। इसके बिना हरे पौधों की प्रकाश संश्लेषक गतिविधि असंभव है। वहीं, प्रोटोप्लाज्म पर प्रकाश का सीधा प्रभाव जीव के लिए घातक होता है। इसलिए, जीवों के कई रूपात्मक और व्यवहारिक गुण प्रकाश की क्रिया के कारण होते हैं।

सूर्य बाहरी अंतरिक्ष में भारी मात्रा में ऊर्जा का विकिरण करता है, और यद्यपि पृथ्वी सौर विकिरण का केवल दो मिलियनवां हिस्सा है, यह हमारे ग्रह को गर्मी और प्रकाश देने के लिए पर्याप्त है। सौर विकिरण विभिन्न लंबाई की विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं, साथ ही रेडियो तरंगें जिनकी लंबाई 1 सेमी से अधिक नहीं है।

पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने वाली सौर ऊर्जा में दृश्य किरणें (लगभग 50%), गर्म अवरक्त किरणें (50%) और पराबैंगनी किरण(लगभग 1%)। पारिस्थितिकीविदों के लिए, प्रकाश की गुणात्मक विशेषताएं महत्वपूर्ण हैं: तरंग दैर्ध्य (या रंग), तीव्रता (कैलोरी में प्रभावी ऊर्जा) और जोखिम की अवधि (दिनों की लंबाई)।

दृश्यमान किरणें (हम उन्हें सूर्य का प्रकाश कहते हैं) विभिन्न रंगों और विभिन्न तरंग दैर्ध्य की किरणों से मिलकर बनी होती हैं। संपूर्ण जैविक दुनिया के जीवन में प्रकाश का बहुत महत्व है, क्योंकि जानवरों और पौधों की गतिविधि इसके साथ जुड़ी हुई है - प्रकाश संश्लेषण केवल दृश्य प्रकाश की स्थिति में होता है।

जीवों के जीवन में, न केवल दृश्य किरणें महत्वपूर्ण हैं, बल्कि अन्य प्रकार की उज्ज्वल ऊर्जा भी हैं जो पृथ्वी की सतह तक पहुंचती हैं: पराबैंगनी और अवरक्त किरणें, विद्युत चुम्बकीय (विशेष रूप से रेडियो तरंगें) और यहां तक ​​​​कि गामा और एक्स विकिरण। उदाहरण के लिए, 0.38-0.40 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य वाली पराबैंगनी किरणों में एक बड़ी प्रकाश संश्लेषक गतिविधि होती है। ये किरणें, विशेष रूप से जब मध्यम मात्रा में प्रस्तुत की जाती हैं, कोशिकाओं के विकास और प्रजनन को प्रोत्साहित करती हैं, अत्यधिक सक्रिय जैविक यौगिकों के संश्लेषण को बढ़ावा देती हैं, पौधों में विटामिन और एंटीबायोटिक की सामग्री को बढ़ाती हैं, और विभिन्न रोगों के लिए पौधों की कोशिकाओं के प्रतिरोध को बढ़ाती हैं।

सूर्य के प्रकाश की सभी किरणों के बीच, किरणें आमतौर पर पौधों के जीवों को प्रभावित करने वाली किसी न किसी तरह से प्रतिष्ठित होती हैं, विशेष रूप से प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया, इसके पाठ्यक्रम को तेज या धीमा करना। इन किरणों को शारीरिक रूप से सक्रिय विकिरण (संक्षेप में PAR) कहा जाता है। PAR में सबसे अधिक सक्रिय हैं: नारंगी-लाल (0.65-0.68 माइक्रोन), नीला-बैंगनी (0.40-0.50 माइक्रोन) और निकट पराबैंगनी (0.38-0.40 माइक्रोन)। पीली-हरी किरणें (0.50-0.58 माइक्रोन) सबसे कम अवशोषित होती हैं, और अवरक्त किरणें लगभग अवशोषित नहीं होती हैं। केवल 1.05 माइक्रोन से अधिक तरंग दैर्ध्य वाली दूर अवरक्त किरणें पौधों के ताप विनिमय में भाग लेती हैं और इसलिए कुछ सकारात्मक प्रभाव डालती हैं, खासकर कम तापमान वाले स्थानों में।

हरे पौधों को क्लोरोफिल के निर्माण के लिए प्रकाश की आवश्यकता होती है, क्लोरोप्लास्ट की दानेदार संरचना का निर्माण; यह रंध्र तंत्र के काम को नियंत्रित करता है, गैस विनिमय और वाष्पोत्सर्जन को प्रभावित करता है, कई एंजाइमों को सक्रिय करता है, प्रोटीन के जैवसंश्लेषण को उत्तेजित करता है और न्यूक्लिक एसिड. प्रकाश कोशिकाओं के विभाजन और खिंचाव, विकास प्रक्रियाओं और पौधों के विकास को प्रभावित करता है, फूल और फलने का समय निर्धारित करता है, और एक आकार देने वाला प्रभाव पड़ता है। लेकिन प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में सौर ऊर्जा के उपयोग में पौधों के वायु पोषण में प्रकाश का सबसे बड़ा महत्व है।

2.2. तापमान

थर्मल शासन में से एक है आवश्यक शर्तेंजीवों का अस्तित्व, क्योंकि सभी शारीरिक प्रक्रियाएं निश्चित तापमान पर ही संभव हैं। पृथ्वी की सतह पर गर्मी का आगमन सूर्य की किरणों द्वारा प्रदान किया जाता है और क्षितिज के ऊपर सूर्य की ऊंचाई और सूर्य की किरणों के आपतन कोण के आधार पर पृथ्वी पर वितरित किया जाता है। इसलिए, विभिन्न अक्षांशों और पर ऊष्मीय शासन समान नहीं है अलग ऊंचाईसमुद्र तल के ऊपर।

तापमान कारक स्पष्ट मौसमी और दैनिक उतार-चढ़ाव की विशेषता है। पृथ्वी के कई क्षेत्रों में कारक की इस क्रिया का जीवों की गतिविधि के समय के नियमन में एक महत्वपूर्ण संकेत मूल्य है, जो उनके दैनिक और मौसमी जीवन मोड को सुनिश्चित करता है।

तापमान कारक को चिह्नित करने में, इसके चरम संकेतक, उनकी कार्रवाई की अवधि और उन्हें कितनी बार दोहराया जाता है, यह बहुत महत्वपूर्ण है। आवासों में तापमान में परिवर्तन जो जीवों की दहलीज सहनशीलता से परे जाता है, उनकी सामूहिक मृत्यु के साथ होता है।

जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि के लिए तापमान का महत्व इस तथ्य में प्रकट होता है कि यह कोशिकाओं में भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं की दर को बदलता है। तापमान जीवों की शारीरिक और रूपात्मक विशेषताओं को प्रभावित करता है, शारीरिक प्रक्रियाओं, विकास, विकास, व्यवहार के पाठ्यक्रम को प्रभावित करता है, और कई मामलों में पौधों के भौगोलिक वितरण को निर्धारित करता है।

2.3. हवा की गैस संरचना।

वायु पर्यावरण के भौतिक गुणों के अतिरिक्त, इसकी रासायनिक विशेषताएं स्थलीय जीवों के अस्तित्व के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। उच्च प्रसार के कारण मुख्य घटकों (नाइट्रोजन - 78.1, ऑक्सीजन - 21.0, आर्गन - 0.9, कार्बन डाइऑक्साइड - 0.03%) की सामग्री के संदर्भ में वायुमंडल की सतह परत में हवा की गैस संरचना काफी सजातीय है। गैसों की क्षमता और संवहन और पवन धाराओं द्वारा निरंतर मिश्रण। हालांकि, स्थानीय स्रोतों से वातावरण में प्रवेश करने वाले गैसीय, छोटी बूंद-तरल और ठोस (धूल) कणों की विभिन्न अशुद्धियां महत्वपूर्ण पर्यावरणीय महत्व की हो सकती हैं।

उच्च ऑक्सीजन सामग्री ने प्राथमिक जलीय जीवों की तुलना में स्थलीय जीवों के चयापचय में वृद्धि में योगदान दिया। ऑक्सीजन, हवा में इसकी लगातार उच्च सामग्री के कारण, स्थलीय वातावरण में जीवन को सीमित करने वाला कारक नहीं है। केवल स्थानों में, विशिष्ट परिस्थितियों में, एक अस्थायी कमी पैदा होती है, उदाहरण के लिए, सड़ने वाले पौधों के अवशेषों के संचय में, अनाज के भंडार, आटा, आदि।

कार्बन डाइऑक्साइड की सामग्री हवा की सतह परत के कुछ क्षेत्रों में काफी महत्वपूर्ण सीमाओं के भीतर भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, यदि केंद्र में हवा नहीं है बड़े शहरइसकी एकाग्रता दस गुना बढ़ जाती है। सतह परतों में कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री में दैनिक परिवर्तन नियमित रूप से होते हैं, जो पौधों के प्रकाश संश्लेषण की लय से जुड़े होते हैं, और मौसमी, जीवित जीवों की श्वसन की तीव्रता में परिवर्तन के कारण, मुख्य रूप से मिट्टी की सूक्ष्म आबादी। कार्बन डाइऑक्साइड के साथ बढ़ी हुई वायु संतृप्ति ज्वालामुखी गतिविधि के क्षेत्रों में, थर्मल स्प्रिंग्स और इस गैस के अन्य भूमिगत आउटलेट के पास होती है। उच्च सांद्रता में, कार्बन डाइऑक्साइड विषाक्त है। प्रकृति में, ऐसी सांद्रता दुर्लभ है।

प्रकृति में, कार्बन डाइऑक्साइड का मुख्य स्रोत तथाकथित मृदा श्वसन है। कार्बन डाइऑक्साइड मिट्टी से वातावरण में फैलती है, खासकर बारिश के दौरान।

पर आधुनिक परिस्थितियां CO . की अतिरिक्त मात्रा का एक शक्तिशाली स्रोत 2 वातावरण में जीवाश्म ईंधन को जलाने के लिए मानव गतिविधि।

कार्बन डाइऑक्साइड की कम सामग्री प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को रोकती है। इनडोर परिस्थितियों में, कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता को बढ़ाकर प्रकाश संश्लेषण की दर को बढ़ाया जा सकता है; इसका उपयोग ग्रीनहाउस और ग्रीनहाउस के अभ्यास में किया जाता है। हालांकि, अत्यधिक मात्रा में CO 2 पौधों के जहर का कारण बनता है।

स्थलीय वातावरण के अधिकांश निवासियों के लिए वायु नाइट्रोजन एक अक्रिय गैस है, लेकिन कई सूक्ष्मजीवों (नोड्यूल बैक्टीरिया, एज़ोटोबैक्टर, क्लोस्ट्रीडिया, नीला-हरा शैवाल, आदि) में इसे बांधने और इसे जैविक चक्र में शामिल करने की क्षमता है।

हवा में प्रवेश करने वाली स्थानीय अशुद्धियाँ भी जीवित जीवों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती हैं। यह जहरीले गैसीय पदार्थों के लिए विशेष रूप से सच है - मीथेन, सल्फर ऑक्साइड (IV), कार्बन मोनोऑक्साइड (II), नाइट्रोजन ऑक्साइड (IV), हाइड्रोजन सल्फाइड, क्लोरीन यौगिक, साथ ही धूल, कालिख आदि के कण, जो हवा को प्रदूषित करते हैं। औद्योगिक क्षेत्रों में। वातावरण के रासायनिक और भौतिक प्रदूषण का मुख्य आधुनिक स्रोत मानवजनित है: विभिन्न का कार्य औद्योगिक उद्यमऔर परिवहन, मिट्टी का कटाव, आदि सल्फर ऑक्साइड (S0 .) 2 ), उदाहरण के लिए, हवा के आयतन के पचास-हज़ारवें से दस लाखवें हिस्से तक सांद्रता में भी पौधों के लिए जहरीला होता है। इस गैस से वातावरण को प्रदूषित करने वाले औद्योगिक केंद्रों के आसपास लगभग सभी वनस्पतियां मर जाती हैं। कुछ पौधों की प्रजातियां विशेष रूप से S0 . के प्रति संवेदनशील होती हैं 2 और हवा में इसके संचय के एक संवेदनशील संकेतक के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, आसपास के वातावरण में सल्फर ऑक्साइड (IV) के अंश के साथ भी लाइकेन मर जाते हैं। बड़े शहरों के आसपास के जंगलों में इनकी मौजूदगी हवा की उच्च शुद्धता की गवाही देती है। भूनिर्माण के लिए प्रजातियों का चयन करते समय हवा में अशुद्धियों के लिए पौधों के प्रतिरोध को ध्यान में रखा जाता है बस्तियों. धूम्रपान के प्रति संवेदनशील, उदा। सजानाऔर पाइन, मेपल, लिंडेन, सन्टी। सबसे प्रतिरोधी थूजा, कनाडाई चिनार, अमेरिकी चिपकने वाले, बड़बेरी और कुछ अन्य हैं।

अध्याय 3. प्रकाश संश्लेषण की दर पर विभिन्न कारकों का प्रभाव।

प्रकाश संश्लेषण की दर प्रकाश की तीव्रता और तापमान दोनों पर निर्भर करती है। प्रकाश संश्लेषण के सीमित कारक कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, प्रकाश संश्लेषक उपकरण के निर्माण में शामिल खनिज पोषण तत्वों और कार्बनिक पदार्थों के प्रकाश संश्लेषण के प्रारंभिक घटक होने के कारण भी हो सकते हैं।

प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता का निर्धारण करते समय, विधियों के दो समूहों का उपयोग किया जाता है: 1) गैसोमेट्रिक - अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड या जारी ऑक्सीजन की मात्रा का पंजीकरण; 2) प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले कार्बनिक पदार्थों की मात्रा के लिए लेखांकन के तरीके।

"स्टार्च परीक्षण" की एक सरल और दृश्य विधि। विधि पोटेशियम आयोडाइड में आयोडीन के घोल का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण के दौरान संचित स्टार्च की मात्रा का पता लगाने और मूल्यांकन पर आधारित है।

3.1. "स्टार्च परीक्षण" की विधि

लक्ष्य . अपने आप को "स्टार्च परीक्षण" विधि से परिचित कराएं।

अनुभव पद्धति।

पौधे को उदारता से पानी दें, इसे एक गर्म अंधेरी जगह (एक कोठरी या दराज में) में रख दें, या मोटे काले कागज के काले बैग के साथ अलग-अलग पत्तियों को काला कर दें। अंधेरे में, पत्ते धीरे-धीरे स्टार्च खो देते हैं, जो शर्करा के लिए हाइड्रोलाइज्ड होता है और श्वसन, विकास के लिए उपयोग किया जाता है, और अन्य अंगों को छुट्टी दे दी जाती है।

3 - 4 दिनों के बाद। पत्तियों के डीस्टार्चिंग की जाँच करें। ऐसा करने के लिए, एक अंधेरे शीट से टुकड़ों को काट लें, एक परखनली में पानी (2 - 3 मिली) के साथ रखें और कोशिकाओं को मारने और साइटोप्लाज्म की पारगम्यता बढ़ाने के लिए 3 मिनट तक उबालें। फिर पानी निकालें और एथिल अल्कोहल (2-3 मिली प्रत्येक) में कई बार उबालें, हर 1-2 मिनट में घोल को तब तक बदलें जब तक कि पत्ती के ऊतक का एक टुकड़ा फीका न हो जाए (आपको पानी के स्नान में उबालने की जरूरत है, क्योंकि शराब भड़क सकती है) अल्कोहल लैंप का उपयोग करते समय!) अल्कोहल के अंतिम भाग को निथार लें, पत्ती के ऊतकों को नरम करने के लिए थोड़ा पानी डालें (वे शराब में भंगुर हो जाते हैं), ऊतक का एक टुकड़ा पेट्री डिश में रखें और आयोडीन के घोल से उपचारित करें। पूर्ण स्टार्चिंग-पेंटिंग के साथ, कोई नीला रंग नहीं है और ऐसी पत्तियों के साथ एक प्रयोग स्थापित करना संभव है। यदि स्टार्च की थोड़ी मात्रा भी है, तो पत्ती को संभालना नहीं चाहिए, क्योंकि इससे स्टार्च के गठन का निरीक्षण करना मुश्किल हो जाएगा। डिस्टार्चिंग को एक और 1-2 दिनों के लिए बढ़ाया जाना चाहिए।

स्टार्च रहित पत्तियों को पौधे से काटा जाना चाहिए, कट को पानी के नीचे नवीनीकृत करना चाहिए और डंठल को पानी के साथ एक परखनली में डालना चाहिए। कटे हुए पत्तों के साथ काम करना बेहतर है, क्योंकि इस मामले में नवगठित स्टार्च अन्य अंगों में नहीं जाता है।

इस कार्य के उद्देश्यों के लिए प्रदान की गई विभिन्न स्थितियों में पत्तियों को रखा जाता है। स्टार्च संचय के लिए पत्तियों को 100-200 वाट के लैम्प से कम से कम 30-40 सेमी की दूरी पर रखा जाना चाहिए और पंखे से गर्म होने से बचना चाहिए। 1 - 1.5 घंटे के बाद, प्रत्येक विकल्प के पत्तों से एक ही आकार (सर्कल, स्क्वायर) के कपड़े के तीन टुकड़े काट लें, उसी तरह प्रक्रिया करें जैसे स्टार्चिंग की पूर्णता की जांच करते समय। प्रयोग की स्थितियों के आधार पर, पत्तियों में स्टार्च की अलग-अलग मात्रा जमा हो जाएगी, जिसे इसके नीलेपन की डिग्री से निर्धारित किया जा सकता है। चूंकि पत्ती के अलग-अलग हिस्सों में स्टार्च का संचय अलग-अलग हो सकता है, इसकी सामग्री का विश्लेषण करने के लिए इसके कम से कम तीन टुकड़े लिए जाते हैं। परिणामों का मूल्यांकन करने के लिए, तीन पुनरावृत्तियों के औसत मूल्यों का उपयोग किया जाता है।

नीले पत्ते की डिग्री का अनुमान अंकों में लगाया जाता है:

गहरा नीला - 3;

मध्यम नीला - 2;

हल्का नीला - 1;

कोई रंग नहीं - 0.

3.2. प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश की तीव्रता पर निर्भरता।

लक्ष्य . प्रकाश संश्लेषण की प्रदीप्ति की तीव्रता पर निर्भरता ज्ञात कीजिए।

अनुभव पद्धति।

प्रयोग के लिए तैयार पेलार्गोनियम के पत्ते, जगह: एक पूर्ण अंधेरे में; दूसरा - विसरित दिन के उजाले के लिए; तीसरा - एक उज्ज्वल प्रकाश के लिए। निर्दिष्ट समय के बाद, पत्तियों में स्टार्च की उपस्थिति का निर्धारण करें।

प्रकाश संश्लेषण की दर पर प्रकाश की तीव्रता के प्रभाव के बारे में निष्कर्ष निकालें।

कार्य करने की प्रक्रिया।

जीरियम को भरपूर मात्रा में पानी पिलाया जाता है, एक गर्म अंधेरी जगह (एक कोठरी में) में डाल दिया जाता है।

3 दिनों के बाद, पत्तियों के डीस्टार्चिंग की जाँच की गई। ऐसा करने के लिए, एक गहरे रंग की शीट से टुकड़ों को काट लें, एक परखनली में पानी (2 - 3 मिली) के साथ रखें और कोशिकाओं को मारने और साइटोप्लाज्म की पारगम्यता बढ़ाने के लिए 3 मिनट तक उबालें। फिर पानी को निकाल दिया गया और एथिल अल्कोहल (2-3 मिली प्रत्येक) में कई बार पानी के स्नान में उबाला गया, हर 1-2 मिनट में घोल को बदल दिया गया, जब तक कि पत्ती के ऊतक का एक टुकड़ा फीका न हो जाए। उन्होंने शराब का अंतिम भाग डाला, पत्ती के ऊतकों को नरम करने के लिए थोड़ा पानी डाला (वे शराब में भंगुर हो जाते हैं), एक पेट्री डिश में ऊतक का एक टुकड़ा रखा और एक आयोडीन समाधान के साथ इलाज किया।

हम पूरी तरह से डीस्टार्चिंग का निरीक्षण करते हैं - कोई नीला रंग नहीं है।

स्टार्च-मुक्त पत्तियों को पौधे से काट दिया गया था, कट को पानी के नीचे नवीनीकृत किया गया था, और पेटीओल को पानी के साथ एक टेस्ट ट्यूब में उतारा गया था। प्रयोग के लिए तैयार किए गए जेरेनियम के पत्तों को रखा गया: एक पूर्ण अंधकार में; दूसरा - विसरित दिन के उजाले के लिए; तीसरा - एक उज्ज्वल प्रकाश के लिए।

1 घंटे के बाद, प्रत्येक प्रकार की पत्तियों से एक ही आकार के ऊतक के तीन टुकड़े काट दिए गए, उसी तरह संसाधित किए गए जैसे स्टार्च हटाने की पूर्णता की जांच करते समय।

नतीजा।

अंधेरे में पत्ती के नीलेपन की डिग्री 0 अंक है, विसरित प्रकाश में - 1 बिंदु, उज्ज्वल प्रकाश में - 3 अंक।

निष्कर्ष। प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ, प्रकाश संश्लेषण की दर में वृद्धि हुई।

3.3. तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता।

लक्ष्य . तापमान पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता का निर्धारण करें।

अनुभव पद्धति।

तैयार पेलार्गोनियम के पत्तों को एक शक्तिशाली प्रकाश स्रोत से समान दूरी पर रखें: एक ठंड में (खिड़की के फ्रेम के बीच), दूसरा - साथ कमरे का तापमान. निर्दिष्ट समय के बाद, स्टार्च की उपस्थिति निर्धारित करें।

प्रकाश संश्लेषण की दर पर तापमान के प्रभाव के बारे में निष्कर्ष निकालें।

कार्य करने की प्रक्रिया।

स्टार्च रहित पत्तियों को दीपक से समान दूरी पर रखा गया था: एक ठंड में (खिड़की के फ्रेम के बीच), दूसरा कमरे के तापमान पर। 1 घंटे के बाद, प्रत्येक प्रकार की पत्तियों से एक ही आकार के ऊतक के तीन टुकड़े काट दिए गए, उसी तरह संसाधित किए गए जैसे स्टार्च हटाने की पूर्णता की जांच करते समय।

नतीजा।

ठंड में पत्ती के नीलेपन की डिग्री 1 अंक है, कमरे के तापमान पर - 3 अंक।

निष्कर्ष। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्रकाश संश्लेषण की दर बढ़ती जाती है।

3.4. वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता।

लक्ष्य। वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता पर प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता की निर्भरता का निर्धारण करें

अनुभव पद्धति।

काम के लिए तैयार पेलार्गोनियम के पत्तों को पानी के साथ एक बर्तन में रखा जाता है, और बर्तन को कांच की टोपी के नीचे कांच के टुकड़े पर रखा जाता है। 1-2 ग्राम सोडा के साथ एक छोटा कप भी रखें, जिसमें 3-5 मिलीलीटर 10% सल्फ्यूरिक या हाइड्रोक्लोरिक एसिड मिलाएं। कांच और टोपी के बीच के जोड़ को प्लास्टिसिन से ढक दें। दूसरी शीट को कक्षा में छोड़ दें। ऐसे में दोनों पत्तों की रोशनी और तापमान समान होना चाहिए। निर्दिष्ट समय के बाद, पत्तियों में जमा स्टार्च को ध्यान में रखें, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता पर CO2 सांद्रता के प्रभाव के बारे में निष्कर्ष निकालें।

कार्य करने की प्रक्रिया।

काम के लिए तैयार किए गए जेरेनियम के पत्तों को पानी के साथ एक बर्तन में रखा गया था, और बर्तन को कांच की टोपी के नीचे कांच के टुकड़े पर रखा गया था। 2 ग्राम सोडा वाला एक छोटा कप भी वहां रखा गया था, जिसमें 5 मिलीलीटर 10% हाइड्रोक्लोरिक एसिड मिलाएं। कांच और टोपी के बीच का जोड़ प्लास्टिसिन से ढका हुआ था। एक और चादर कक्षा में पड़ी थी। वहीं, दोनों पत्तों की रोशनी और तापमान समान रहता है।

नतीजा।

कक्षा में नीले पत्ते की डिग्री - 2 अंक, टोपी के नीचे - 3 अंक।

निष्कर्ष। जैसे-जैसे वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता बढ़ती है, प्रकाश संश्लेषण की दर बढ़ती जाती है।

निष्कर्ष

व्यावहारिक भाग करने के बाद अनुसंधान कार्य, हमने निष्कर्ष निकाला कि हमारी परिकल्पना की पुष्टि की गई थी। दरअसल, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता वातावरण में तापमान, रोशनी, कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा पर निर्भर करती है।

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