Intenzitet fotosinteze

U fiziologiji biljaka koriste se dva koncepta: prava i promatrana fotosinteza. To je zbog sljedećih razmatranja. Brzina ili intenzitet fotosinteze karakterizira količina CO 2 koju apsorbira jedinica površine lista u jedinici vremena. Određivanje intenziteta fotosinteze provodi se gasometrijskom metodom promjenom (smanjenjem) količine CO 2 u zatvorenoj komori s listom. No, uz fotosintezu, odvija se i proces disanja tijekom kojeg se oslobađa CO 2. Stoga dobiveni rezultati daju predodžbu o intenzitetu promatrane fotosinteze. Za dobivanje vrijednosti prave fotosinteze potrebno je izvršiti korekciju za disanje. Stoga se prije pokusa u mraku određuje intenzitet disanja, a potom i intenzitet promatrane fotosinteze. Zatim se količina CO 2 koji se oslobađa tijekom disanja dodaje količini CO 2 apsorbiranog u svjetlosti. Uvodeći ovu izmjenu, uzeti u obzir da je intenzitet disanja na svjetlu i u mraku isti. Ali ove korekcije ne mogu dati procjenu prave fotosinteze, jer, prvo, kad je list zatamnjen, ne samo da je prava fotosinteza, nego i fotorespiracija isključena; drugo, takozvano tamno disanje zapravo ovisi o svjetlu (vidi dolje).

Stoga se u svim eksperimentalnim radovima na fotosintetskoj izmjeni plinova lista prednost daje podacima o promatranoj fotosintezi. Točnija metoda za proučavanje intenziteta fotosinteze je metoda obilježenih atoma (mjeri se količina apsorbiranog 14 CO 2).

U slučaju kada je teško preračunati količinu apsorbiranog CO 2 po jedinici površine (četinjača, sjemenke, plodovi, stabljika), dobiveni podaci odnose se na jedinicu mase. S obzirom da je koeficijent fotosinteze (omjer volumena oslobođenog kisika i volumena apsorbiranog CO 2 jednako jednom, brzina promatrane fotosinteze može se procijeniti brojem mililitara kisika koji oslobađa jedinica površine lista u 1 satu.

Za karakterizaciju fotosinteze koriste se i drugi pokazatelji: kvantna potrošnja, kvantni prinos fotosinteze, asimilacijski broj.

Kvantna potrošnja je omjer broja apsorbiranih kvanta i broja asimiliranih CO 2 molekula. Recipročno je imenovano kvantni prinos.

Asimilacijski broj- to je omjer između količine CO 2 i količine klorofila koji se nalazi u listu.

Brzina (intenzitet) fotosinteza je jedan od najvažnijih čimbenika koji utječu na produktivnost poljoprivrednih kultura, a time i na prinos. Stoga bi rasvjetljavanje čimbenika o kojima ovisi fotosinteza trebalo dovesti do poboljšanja agrotehničkih mjera.

Teoretski, brzina fotosinteze, kao i brzina bilo kojeg višestupanjskog biokemijskog procesa, trebala bi biti ograničena brzinom najsporije reakcije. Tako, na primjer, tamne reakcije fotosinteze zahtijevaju NADPH i ATP, pa tamne reakcije ovise o svjetlosnim reakcijama. Pri slabom osvjetljenju, brzina stvaranja ovih tvari je preniska da bi se osigurala najveća brzina tamne reakcije, pa će svjetlo biti ograničavajući faktor.

Načelo ograničavajućih čimbenika može se formulirati na sljedeći način: uz istovremeni utjecaj nekoliko čimbenika, brzina kemijskog procesa je ograničena čimbenikom koji je najbliži minimalnoj razini (promjena ovog čimbenika izravno će utjecati na ovaj proces).

Ovo načelo prvi je uspostavio F. Blackman 1915. Od tada se više puta pokazalo da različiti čimbenici, poput koncentracije CO 2 i osvjetljenja, mogu međusobno utjecati i ograničiti proces, iako često jedan od njih još uvijek dominira. Osvjetljenje, koncentracija CO 2 i temperatura su glavni vanjski faktori utječu na brzinu fotosinteze. No, od velike su važnosti i vodni režim, mineralna prehrana itd.

Svjetlo. Prilikom procjene utjecaja svjetlosti na pojedini proces važno je razlikovati utjecaj njezina intenziteta, kvalitete (spektralnog sastava) i vremena izlaganja svjetlu.

Pri slabom osvjetljenju, brzina fotosinteze je proporcionalna intenzitetu svjetlosti. Postupno, drugi čimbenici postaju ograničavajući, a povećanje brzine se usporava. Za vedrog ljetnog dana, osvjetljenje je otprilike 100 000 luksa, a 10 000 luksa dovoljno je za zasićenje fotosinteze svjetlom. Stoga svjetlost obično može biti važan ograničavajući čimbenik u uvjetima zasjenjenja. Pri vrlo velikom intenzitetu svjetlosti ponekad počinje promjena boje klorofila, što usporava fotosintezu; međutim, u prirodi su biljke izložene takvim uvjetima obično na ovaj ili onaj način zaštićene od toga (debela kutikula, opušteno lišće i sl.).

Ovisnost intenziteta fotosinteze o osvjetljenju opisuje se krivuljom, koja se naziva svjetlosna krivulja fotosinteze (slika 2.26).

Riža. 2.26. Ovisnost intenziteta fotosinteze o osvjetljenju (svjetlosna krivulja fotosinteze): 1 je brzina oslobađanja CO2 u mraku (brzina disanja); 2 – točka kompenzacije fotosinteze; 3 – položaj zasićenja svjetla

Pri slabom svjetlu više se CO 2 oslobađa tijekom disanja nego što se veže tijekom fotosinteze, pa je početak svjetlosne krivulje s osi apscise točka kompenzacije fotosinteze, što pokazuje da se u ovom slučaju fotosintezom koristi točno onoliko CO 2 koliko se oslobađa tijekom disanja. Drugim riječima, s vremenom dolazi trenutak kada će fotosinteza i disanje točno uravnotežiti jedno drugo, tako da će vidljiva izmjena kisika i CO 2 prestati. Točka kompenzacije svjetlosti je intenzitet svjetlosti pri kojem je ukupna izmjena plina nula.

Svjetlosne krivulje nisu iste za sve biljke. Biljke koje rastu na otvorenom sunčanih mjesta, apsorpcija CO 2 se povećava sve dok intenzitet svjetlosti ne bude jednak ukupnom sunčevom osvjetljenju. U biljkama koje rastu u zasjenjenim područjima (na primjer, oxalis), unos CO 2 povećava se samo pri slabom intenzitetu svjetlosti.

Sve biljke u odnosu na intenzitet svjetlosti dijele se na svjetlo i sjenu, odnosno na svjetloljubive i sjenovito tolerantne. Većina poljoprivrednih biljaka je fotofilna.

Na biljke otporne na sjenu, prvo, do zasićenja svjetlom dolazi pri slabijem osvjetljenju, a drugo, kod njih se kompenzacijsko mjesto fotosinteze javlja ranije, tj. pri nižem osvjetljenju (slika 2.27).

Potonje je zbog činjenice da biljke otporne na sjenu karakterizira nizak intenzitet disanja. U uvjetima slabog osvjetljenja intenzitet fotosinteze je veći kod biljaka otpornih na sjenu, a pri jakom svjetlu, naprotiv, kod fotofilnih biljaka.

Intenzitet svjetla također utječe kemijski sastav krajnji proizvodi fotosinteze. Što je osvjetljenje veće, to se stvara više ugljikohidrata; pri slabom osvjetljenju - više organskih kiselina.

Eksperimenti u laboratorijskim uvjetima pokazali su da na kvalitetu proizvoda fotosinteze utječe i oštar prijelaz "tama - svjetlost" i obrnuto. U početku, nakon paljenja svjetla visokog intenziteta, zbog nedostatka NADPH i ATP-a pretežno nastaju neugljikohidratni proizvodi, a tek nakon nekog vremena počinju se stvarati ugljikohidrati. Suprotno tome, nakon što se svjetlo isključi, listovi ne gube odmah sposobnost fotosinteze, jer nekoliko minuta ostaje zaliha ATP-a i NADP-a u stanicama.

Nakon gašenja svjetla najprije se inhibira sinteza ugljikohidrata, a tek onda organskih tvari i aminokiselina. Glavni razlog za ovu pojavu je činjenica da se inhibicija pretvorbe FHA u PHA (i preko nje u ugljikohidrate) događa ranije od inhibicije FHA u PEP (a preko njega u alanin, malat i aspartat).

Na omjer tvorbenih produkata fotosinteze također utječe spektralni sastav svjetlosti. Pod utjecajem plave svjetlosti u biljkama se povećava sinteza malata, aspartata i drugih aminokiselina i proteina. Ovaj odgovor na plavo svjetlo pronađen je i u C 3 i C 4 biljkama.

Spektralni sastav svjetlosti također utječe na intenzitet fotosinteze (slika 2.28). Riža. 2.28. Spektar djelovanja fotosinteze u lišću pšenice

Spektar djelovanja je ovisnost učinkovitosti kemijskog (biološkog) djelovanja svjetlosti o njegovoj valnoj duljini. Intenzitet fotosinteze u različitim dijelovima spektra nije isti. Maksimalni intenzitet se opaža kada su biljke osvijetljene onim zrakama koje maksimalno apsorbiraju klorofili i drugi pigmenti. Intenzitet fotosinteze najveći je u crvenim zrakama, jer nije proporcionalan količini energije, već broju kvanta.

Iz ukupne jednadžbe fotosinteze:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

slijedi da je za stvaranje 1 mola glukoze potrebno 686 kcal; to znači da je za asimilaciju 1 mola CO2 potrebno 686:6 = 114 kcal. Rezerva energije 1 kvanta crvene svjetlosti (700 nm) iznosi 41 kcal/enstein, a plave (400 nm) 65 kcal/enstein. Minimalna kvantna potrošnja pri osvjetljenju crvenim svjetlom je 114:41 ≈ 3, dok se u stvarnosti troši 8-10 kvanta. Dakle, učinkovitost korištenja crvenog svjetla je 114/41 8 = 34%, a plavog 114/65 8 = 22%.

koncentracija CO 2. Tamne reakcije zahtijevaju ugljični dioksid, koji je uključen u organski spojevi. U normalnim terenskim uvjetima, CO 2 je glavni ograničavajući čimbenik. Koncentracija CO 2 u atmosferi je 0,045%, ali ako je povećate, možete povećati brzinu fotosinteze. S kratkotrajnim učinkom optimalna koncentracija CO 2 je 0,5%, međutim, s dugotrajnim učinkom moguća su oštećenja biljaka, stoga je optimalna koncentracija u ovom slučaju niža - oko 0,1%. Već sada su se neke stakleničke kulture, poput rajčice, počele uzgajati u atmosferi obogaćenoj CO 2 .

Trenutno je od velikog interesa skupina biljaka koje puno učinkovitije apsorbiraju CO 2 iz atmosfere i stoga proizvode veće prinose, tzv. C 4 biljke.

U umjetni uvjeti ovisnost fotosinteze o koncentraciji CO 2 opisana je krivuljom ugljičnog dioksida, koja nalikuje svjetlosnoj krivulji fotosinteze (slika 2.29).

Pri koncentraciji CO 2 od 0,01 %, brzina fotosinteze jednaka je brzini disanja (kompenzacijske točke). Zasićenje ugljičnim dioksidom događa se pri 0,2–0,3% CO 2, a u nekim biljkama, čak i pri tim koncentracijama, uočava se blagi porast fotosinteze.

Riža. 2.29. Ovisnost intenziteta fotosinteze borovih iglica o koncentraciji CO 2 u zraku

U prirodnim uvjetima, ovisnost fotosinteze o koncentraciji CO 2 opisuje se samo linearnim dijelom krivulje. Iz toga proizlazi da je opskrba biljaka CO 2 u prirodnim uvjetima čimbenik koji ograničava prinos. Stoga je preporučljivo uzgajati biljke u zatvorenom prostoru s visokim udjelom CO 2 .

Temperatura ima primjetan učinak na proces fotosinteze, budući da tamne, a dijelom i svjetlosne reakcije fotosinteze kontroliraju enzimi. Optimalna temperatura za biljke umjerene temperature obično je oko 25°C.

Upijanje i obnavljanje CO 2 u svim biljkama raste s porastom temperature dok se ne postigne neka optimalna razina. U većini biljaka umjerenog pojasa, smanjenje intenziteta fotosinteze počinje nakon 30 °C, u nekim južni pogledi nakon 40 o C. Pri visokoj toplini (50–60 o C), kada počinje inaktivacija enzima, te se poremeti koordinacija raznih reakcija, fotosinteza brzo prestaje. Kako temperatura raste, brzina disanja raste mnogo brže od brzine prirodne fotosinteze. To utječe na količinu promatrane fotosinteze. Ovisnost intenziteta promatrane fotosinteze o temperaturi opisana je temperaturnom krivuljom u kojoj se razlikuju tri glavne točke: minimum, optimal i maksimum.

Minimalna je temperatura na kojoj počinje fotosinteza, optimalna je temperatura pri kojoj je fotosinteza najstabilnija i postiže najveću brzinu, maksimalna je temperatura nakon koje fotosinteza prestaje (slika 2.30).

Riža. 2.30. Ovisnost intenziteta fotosinteze o temperaturi lista: 1 - pamuk; 2 – suncokret; 3 - sirak

Utjecaj kisika. Prije više od pola stoljeća zabilježena je naizgled paradoksalna pojava. Kisik zraka, koji je proizvod fotosinteze, također je njegov inhibitor: oslobađanje kisika i apsorpcija CO 2 opadaju kako se koncentracija O 2 u zraku povećava. Ovaj fenomen je dobio ime po svom otkrivaču - Warburgovom efektu. Ovaj učinak je svojstven svim C 3 -biljkama. I samo u lišću C 4 -biljki nije se mogao otkriti. Sada je čvrsto utvrđeno da je priroda Warburgovog učinka povezana sa svojstvima oksigenaze glavnog enzima Calvinovog ciklusa, RDF-karboksilaze. S visokom koncentracijom kisika počinje fotorespiracija. Utvrđeno je da pri smanjenju koncentracije O 2 na 2–3 % ne nastaje fosfoglikolat, a nestaje i Warburgov efekt. Dakle, oba ova fenomena, manifestacija oksigenaznih svojstava RDF-karboksilaze i stvaranje glikolata, kao i smanjenje fotosinteze u prisutnosti O2, usko su međusobno povezani.

Vrlo nizak sadržaj O 2 ili potpuna odsutnost, kao i povećanje koncentracije na 25-30%, inhibira fotosintezu. Za većinu biljaka blagi pad prirodne koncentracije (21%) O 2 aktivira fotosintezu.

Učinak hidratacije tkiva. Kao što je već napomenuto, voda sudjeluje u svjetlosnoj fazi fotosinteze kao donor vodika za redukciju CO2. Međutim, ulogu ograničavajućeg faktora fotosinteze ne igra minimalna količina vode (otprilike 1% ulazne vode), već voda koja je dio staničnih membrana i medij je za sve biokemijske reakcije, aktivira enzimi tamne faze. Osim toga, stupanj otvaranja pučika ovisi o količini vode u stanicama čuvara, a turgorsko stanje cijele biljke određuje položaj listova u odnosu na sunčeve zrake. Količina vode neizravno utječe na promjenu brzine taloženja škroba u stromi kloroplasta pa čak i na promjenu strukture i rasporeda tilakoida u stromi.

Ovisnost intenziteta fotosinteze o sadržaju vode u biljnim tkivima, kao i ovisnost o temperaturi, opisuje se prijelaznom krivuljom koja ima tri glavne točke: minimum, optimal i maksimum.

S dehidracijom se mijenja ne samo intenzitet fotosinteze, već i kvalitativni sastav proizvoda fotosinteze: sintetizira se manje malata, saharoze i organskih kiselina; više - glukoza, fruktoza alanin i druge aminokiseline.

Osim toga, utvrđeno je da se uz nedostatak vode u listovima nakuplja ABA, inhibitor rasta.

Koncentracija klorofila, u pravilu nije ograničavajući čimbenik, međutim, količina klorofila može se smanjiti s raznim bolestima (pepelnica, hrđa, virusne bolesti), nedostatkom minerala i s godinama (tijekom normalnog starenja). Kad lišće požuti, kaže se da postaje klorotično, a sam fenomen naziva se kloroza. Klorotične mrlje na lišću često su simptom bolesti ili nedostatka minerala.

Klorozu može uzrokovati i nedostatak svjetla, jer je svjetlost potrebna za završnu fazu biosinteze klorofila.

mineralnih elemenata. Za sintezu klorofila potrebni su i mineralni elementi: željezo, magnezij i dušik (posljednja dva elementa su uključena u njegovu strukturu), stoga su posebno važni za fotosintezu. Važan je i kalij.

Za normalno funkcioniranje fotosintetskog aparata, biljka mora biti opremljena potrebnu količinu(optimalni) mineralni elementi. Magnezij, osim što je dio klorofila, sudjeluje u djelovanju konjugirajućih proteina u sintezi ATP-a, utječe na aktivnost reakcija karboksilacije i redukciju NADP+.

Željezo u reduciranom obliku potrebno je za procese biosinteze klorofila i spojeva kloroplasta koji sadrže željezo (citokromi, feredoksin). Nedostatak željeza remeti cikličku i necikličku fotofosforilaciju, sintezu pigmenta i promjene u strukturi kloroplasta.

Mangan i klor sudjeluju u fotooksidaciji vode.

Bakar je dio plastocijanina.

Nedostatak dušika utječe ne samo na stvaranje pigmentnih sustava i struktura kloroplasta, već i na količinu i aktivnost RDP karboksilaze.

S nedostatkom fosfora poremećene su fotokemijske i tamne reakcije fotosinteze.

Kalij ima višenamjensku ulogu u ionskoj regulaciji fotosinteze, s nedostatkom u kloroplastima, uništava se struktura grane, puči se slabo otvaraju na svjetlu i nedovoljno se zatvaraju u mraku, pogoršava se vodni režim lista, tj. poremećeni su svi procesi fotosinteze.

Biljna starost. Tek nakon stvaranja fitotrona, gdje je moguće uzgajati biljke u kontroliranim uvjetima, bilo je moguće dobiti pouzdane rezultate. Utvrđeno je da u svim biljkama tek na samom početku životni ciklus Kada se formira fotosintetski aparat, intenzitet fotosinteze se povećava, vrlo brzo doseže maksimum, zatim lagano opada i onda se vrlo malo mijenja. Na primjer, kod žitarica fotosinteza doseže svoj maksimalni intenzitet tijekom faze bokovanja. To se objašnjava činjenicom da se maksimalna fotosintetska aktivnost lista podudara s krajem razdoblja njegovog formiranja. Tada počinje starenje i fotosinteza se smanjuje.

Intenzitet fotosinteze prvenstveno ovisi o građi kloroplasta. Kako kloroplasti stare, tilakoidi se uništavaju. Dokažite to pomoću Hillove reakcije. To ide gore, što su kloroplasti stariji. Tako se pokazalo da intenzitet nije određen količinom klorofila, već strukturom kloroplasta.

U optimalni uvjeti vlažnosti i ishrane dušikom, smanjenje fotosinteze s godinama dolazi sporije, jer u tim uvjetima kloroplasti sporije stare.

genetski čimbenici. Procesi fotosinteze u određenoj mjeri ovise o naslijeđu biljnog organizma. Intenzitet fotosinteze je različit u biljaka različitih sustavnih skupina i oblici života. Kod bilja je intenzitet fotosinteze veći nego kod drvenastih biljaka (tablica 2.5).

Intenzitet fotosinteze ovisi o nizu čimbenika. Prvo, na valnoj duljini svjetlosti. Proces se najučinkovitije odvija pod djelovanjem valova plavo-ljubičastog i crvenog dijela spektra. Osim toga, na brzinu fotosinteze utječe stupanj osvjetljenja, a do određene točke brzina procesa raste proporcionalno količini svjetlosti, tada nota više ne ovisi o njoj.

Drugi čimbenik je koncentracija ugljičnog dioksida. Što je veći, to je proces fotosinteze intenzivniji. U normalnim uvjetima, nedostatak ugljičnog dioksida je glavni ograničavajući čimbenik, budući da u atmosferski zrak sadrži mali postotak. Međutim, u stakleničkim uvjetima, taj se nedostatak može eliminirati, što će povoljno utjecati na brzinu fotosinteze i brzinu rasta biljaka.

Važan faktor u intenzitetu fotosinteze je temperatura. Sve reakcije fotosinteze kataliziraju enzimi, za koje je optimalni temperaturni raspon 25-30°C. niske temperature brzina djelovanja enzima je naglo smanjena.

voda - važan faktor utječu na fotosintezu. Međutim, nemoguće je kvantificirati ovaj čimbenik, budući da je voda uključena u mnoge druge metaboličke procese koji se odvijaju u biljnoj stanici.

Važnost fotosinteze. Fotosinteza je temeljni proces u živoj prirodi. Zahvaljujući njemu, iz anorganskih tvari - ugljičnog dioksida i vode - uz sudjelovanje energije sunčeva svjetlost zelene biljke sintetiziraju organske tvari potrebne za život cijelog života na Zemlji. Primarna sinteza ovih tvari osigurava provedbu procesa asimilacije i disimilacije u svim organizmima.

Produkte fotosinteze - organske tvari - koriste organizmi:

• za izgradnju stanica;
• kao izvor energije za životne procese.

Čovjek koristi tvari koje stvaraju biljke:

• kao hrana (voće, sjemenke itd.);
• kao izvor energije (ugljen, treset, drvo);
• kao građevinski materijal.

Čovječanstvo duguje svoje postojanje fotosintezi. Sva goriva na Zemlji su produkti fotosinteze. Koristeći fosilna goriva, dobivamo energiju pohranjenu kao rezultat fotosinteze drevnih biljaka koje su postojale u prošlim geološkim epohama.

Istodobno sa sintezom organskih tvari, u Zemljinu se atmosferu oslobađa nusprodukt fotosinteze kisik, koji je neophodan za disanje organizama. Bez kisika život na našem planetu je nemoguć. Njegove se rezerve stalno troše na produkte izgaranja, oksidacije, disanja koji se javljaju u prirodi. Prema znanstvenicima, bez fotosinteze, cjelokupna zaliha kisika bi se potrošila u roku od 3000 godina. Stoga je fotosinteza od najveće važnosti za život na Zemlji.

Biolozi su stoljećima pokušavali razotkriti misterij zelenog lista. Dugo se vjerovalo da biljke stvaraju hranjive tvari iz vode i minerala. Ovo uvjerenje je povezano s eksperimentom nizozemske istraživačice Anne van Helmont, provedenim još u 17. stoljeću. Zasadio je vrba u kacu, precizno izmjerivši masu biljke (2,3 kg) i suhe zemlje (90,8 kg). Pet godina samo je zalijevao biljku, ne dodajući ništa u tlo. Nakon pet godina masa stabla se povećala za 74 kg, dok se masa tla smanjila za samo 0,06 kg. Znanstvenik je zaključio da biljka sve tvari tvori iz vode. Tako je ustanovljena jedna tvar koju biljka apsorbira tijekom fotosinteze.

Prvi pokušaj znanstvenog utvrđivanja funkcije zelenog lista napravio je 1667. talijanski prirodoslovac Marcello Malpighi. Primijetio je da ako se sa sadnica bundeve otkinu prvi zametni listovi, tada se biljka prestaje razvijati. Proučavajući strukturu biljaka, napravio je pretpostavku: pod utjecajem sunčeve svjetlosti u lišću biljke dolazi do nekih transformacija i voda isparava. Međutim, te su pretpostavke u to vrijeme zanemarene.

Nakon 100 godina, švicarski znanstvenik Charles Bonnet proveo je nekoliko eksperimenata stavljajući list biljke u vodu i obasjavajući ga sunčevom svjetlošću. Samo je on donio pogrešan zaključak, vjerujući da biljka ne sudjeluje u stvaranju mjehurića.

Otkriće uloge zelenog lista pripada engleskom kemičaru Josephu Priestleyju. Godine 1772., proučavajući važnost zraka za sagorijevanje tvari i disanje, postavio je pokus i otkrio da biljke poboljšavaju zrak i čine ga pogodnim za disanje i gorenje. Nakon niza eksperimenata, Priestley je primijetio da biljke poboljšavaju zrak na svjetlu. On je prvi sugerirao ulogu svjetlosti u životu biljaka.

Godine 1800. švicarski znanstvenik Jean Senebier znanstveno je objasnio bit ovog procesa (do tada je Lavoisier već otkrio kisik i proučavao njegova svojstva): lišće biljaka razgrađuje ugljični dioksid i oslobađa kisik samo pod djelovanjem sunčeve svjetlosti.

U drugoj polovici 19. stoljeća iz lišća zelenih biljaka dobivao se alkoholni ekstrakt. Ova tvar se zove klorofil.

Njemački prirodoslovac Robert Mayer otkrio je da biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost i pretvaraju je u energiju. kemijske veze organske tvari (količina ugljika pohranjenog u biljci u obliku organskih tvari izravno ovisi o količini svjetlosti koja pada na biljku).

Kliment Arkadjevič Timirjazev, ruski znanstvenik, proučavao je utjecaj različitih dijelova spektra sunčeve svjetlosti na proces fotosinteze. Uspio je ustanoviti da se fotosinteza najučinkovitije odvija upravo u crvenim zrakama, te dokazati da intenzitet tog procesa odgovara apsorpciji svjetlosti klorofilom.

K.A. Timiryazev je naglasio da biljka asimilacijom ugljika asimilira i sunčevu svjetlost, pretvarajući svoju energiju u energiju organskih tvari.

Članak je objavljen uz potporu "Sampad računalnih tečajeva". Tvrtka "Računalni tečajevi Sampad" nudi prijavu na tečajeve za izradu internetske trgovine u Novosibirsku. Iskusni učitelji tvrtke pružit će obuku u PHP programiranju u najkraćem mogućem roku, što će vam omogućiti izradu web stranica bilo koje složenosti. Saznajte više o ponuđenim tečajevima, pročitajte recenzije kupaca, zatražite povratni poziv i prijavite se online prijava Možete se prijaviti za obuku na službenoj web stranici tvrtke Sampad Computer Courses koja se nalazi na http://pc-nsk.ru/

Zeleni list je izvor života na našoj planeti. Da nije zelenih biljaka, na Zemlji ne bi bilo ni životinja ni ljudi. Na ovaj ili onaj način, biljke služe kao izvor hrane za cijeli životinjski svijet.

Čovjek koristi energiju ne samo sunčevih zraka koje sada padaju na zemlju, već i onih koje su padale na nju prije nekoliko desetaka i stotina milijuna godina. Uostalom, ugljen, nafta i treset su kemijski promijenjeni ostaci biljaka i životinja koje su živjele u tim dalekim vremenima.

Posljednjih desetljeća pozornost vodećih stručnjaka u nizu prirodnih znanosti prikovana je za problem fotosinteze, čiji se različiti aspekti sveobuhvatno i duboko proučavaju u mnogim laboratorijima diljem svijeta. Interes je prvenstveno određen činjenicom da je fotosinteza temelj energetske razmjene cijele biosfere.

Intenzitet fotosinteze ovisi o mnogim čimbenicima. intenzitet svjetlosti , neophodan za najveću učinkovitost fotosinteze, različit je za različite biljke. Kod biljaka otpornih na sjenu maksimalna aktivnost fotosinteze postiže se pri oko pola punog sunčevog svjetla, a kod fotofilnih biljaka - gotovo pri punoj sunčevoj svjetlosti.

Mnoge biljke otporne na sjenu ne razvijaju palisadni (stupasti) parenhim u lišću, a postoji samo spužvast (đurđevak, kopito). Osim toga, ove biljke imaju veće listove i veće kloroplaste.

Također utječe na brzinu fotosinteze temperatura okoliš . Najveći intenzitet fotosinteze opaža se pri temperaturi od 20-28 °C. Daljnjim porastom temperature smanjuje se intenzitet fotosinteze, a povećava se intenzitet disanja. Kada se stope fotosinteze i disanja poklope, govore o tome točka kompenzacije.

Točka kompenzacije mijenja se ovisno o intenzitetu svjetla, porastu i padu temperature. Na primjer, u smeđim algama otpornim na hladnoću odgovara temperaturi od oko 10 ° C. Temperatura utječe, prije svega, na kloroplaste, kod kojih se struktura mijenja ovisno o temperaturi, što je jasno vidljivo u elektronskom mikroskopu.

Vrlo je važan za fotosintezu sadržaj ugljičnog dioksida u zraku koji okružuje biljku. Prosječna koncentracija ugljičnog dioksida u zraku je 0,03% (volumenski). Smanjenje sadržaja ugljičnog dioksida negativno utječe na prinos, a njegovo povećanje, na primjer, na 0,04%, može povećati prinos za gotovo 2 puta. Značajnije povećanje koncentracije štetno je za mnoge biljke: na primjer, pri udjelu ugljičnog dioksida od oko 0,1%, biljke rajčice obolijevaju, listovi im se počinju uvijati. U staklenicima i staklenicima možete povećati sadržaj ugljičnog dioksida ispuštanjem iz posebnih cilindara ili puštanjem suhog ugljičnog dioksida da ispari.

Svjetlo različitih valnih duljina također na različite načine utječe na intenzitet fotosinteze. Po prvi put intenzitet fotosinteze u različitim zrakama spektra proučavao je fizičar W. Daubeny, koji je 1836. pokazao da brzina fotosinteze u zelenom listu ovisi o prirodi zraka. Metodičke pogreške tijekom eksperimenta dovele su ga do pogrešnih zaključaka. Znanstvenik je stavio segment izdanka elodeje u epruvetu s izrezanom vodom, osvijetlio epruvetu propuštanjem sunčeve svjetlosti kroz stakla u boji ili obojene otopine i uzeo u obzir intenzitet fotosinteze prema broju mjehurića kisika koji izlaze iz reza. površine u jedinici vremena. Daubeny je došao do zaključka da je intenzitet fotosinteze proporcionalan svjetlini svjetlosti, a najsjajnije zrake u to vrijeme smatrale su se žutim. John Draper (1811–1882), koji je proučavao intenzitet fotosinteze u različitim snopovima spektra koje emitira spektroskop, priklonio se istom stajalištu.

Ulogu klorofila u procesu fotosinteze dokazao je izvanredni ruski botaničar i biljni fiziolog K.A. Timirjazev. Provodeći 1871-1875. nizom eksperimenata otkrio je da zelene biljke najintenzivnije upijaju zrake crvenog i plavog dijela sunčevog spektra, a ne žute, kako se prije njega mislilo. Apsorbirajući crveni i plavi dio spektra, klorofil odbija zelene zrake, zbog čega izgleda zeleno.

Na temelju tih podataka njemački biljni fiziolog Theodor Wilhelm Engelmann 1883. razvio je bakterijsku metodu za proučavanje asimilacije ugljičnog dioksida od strane biljaka.

Predložio je da ako stanicu zelene biljke zajedno s aerobnim bakterijama stavite u kap vode i osvijetlite je zrakama različitih boja, tada bi se bakterije trebale koncentrirati u onim dijelovima stanice u kojima se ugljični dioksid najviše razgrađuje i kisik. pušten. Kako bi to testirao, Engelman je donekle poboljšao svjetlosni mikroskop tako što je postavio prizmu iznad zrcala, koja je razlagala sunčevu svjetlost na zasebne komponente spektra. Kao zelenu biljku Engelman je koristio zelenu algu Spirogyra, čije velike stanice sadrže duge spiralne kromatofore.

Stavivši komadić alge u kap vode na stakalcu, Engelman je tamo unio neke aerobne bakterije, nakon čega je preparat pregledao pod mikroskopom. Pokazalo se da je u nedostatku prizme pripremljeni pripravak osvijetljen ravnomjernom bijelom svjetlošću, a bakterije su ravnomjerno raspoređene po cijelom području algi. U prisutnosti prizme, snop svjetlosti reflektiran od zrcala se lomi, osvjetljavajući područje algi pod mikroskopom svjetlošću različitih valnih duljina. Nakon nekoliko minuta, bakterije su se koncentrirale na ona područja koja su bila osvijetljena crvenom i plavom svjetlošću. Na temelju toga, Engelman je zaključio da se razgradnja ugljičnog dioksida (a time i oslobađanje kisika) u zelenim biljkama opaža u dodatnim zrakama glavne boje (tj. zelene) - crvenim i plavim.

Podaci primljeni na moderna oprema, u potpunosti potvrđuju rezultate koje je Engelman dobio prije više od 120 godina.

Svjetlosna energija koju apsorbira klorofil sudjeluje u reakcijama prve i druge faze fotosinteze; reakcije treće faze su tamne; događa bez sudjelovanja svjetlosti. Mjerenja su pokazala da je za proces redukcije jedne molekule kisika potrebno minimalno osam kvanta svjetlosne energije. Dakle, maksimalni kvantni prinos fotosinteze, t.j. broj molekula kisika koji odgovara jednom kvantu svjetlosne energije koju apsorbira biljka je 1/8, odnosno 12,5%.

R. Emerson i suradnici odredili su kvantni prinos fotosinteze kada su biljke osvijetljene monokromatskom svjetlošću različitih valnih duljina. Utvrđeno je da prinos ostaje konstantan na 12% u većini vidljivog spektra, ali naglo opada u blizini udaljenog crvenog područja. Ovo smanjenje zelenih biljaka počinje na valnoj duljini od 680 nm. Na duljinama većim od 660 nm, samo klorofil apsorbira svjetlost. a; klorofil b ima maksimalnu apsorpciju svjetlosti na 650 nm, a na 680 nm praktički ne apsorbira svjetlost. Na valnoj duljini većoj od 680 nm, kvantni prinos fotosinteze može se dovesti do maksimalna vrijednost 12% pod uvjetom da je biljka istovremeno osvijetljena i svjetlošću valne duljine 650 nm. Drugim riječima, ako svjetlost apsorbira klorofil ali dopunjena svjetlošću koju apsorbira klorofil b, tada kvantni prinos fotosinteze dosegne normalnu vrijednost.

Povećanje intenziteta fotosinteze tijekom istovremenog osvjetljavanja biljke s dva snopa monokromatske svjetlosti različitih valnih duljina u usporedbi s njezinim intenzitetom promatranim pri odvojenom osvjetljenju istim snopovima naziva se Emersonov efekt. Eksperimentirajte s raznim kombinacijama dalekog crvenog svjetla i svjetla s više kratka duljina valovi nad zelenim, crvenim, plavo-zelenim i smeđim algama pokazali su da se najveći porast fotosinteze opaža ako drugi snop kraće valne duljine apsorbiraju pomoćni pigmenti.

U zelenim biljkama takvi su pomoćni pigmenti karotenoidi i klorofil. b, u crvenim algama - karotenoidi i fikoeritrin, u plavo-zelenim algama - karotenoidi i fikocijanin, u smeđim algama - karotenoidi i fukoksantin.

Daljnje proučavanje procesa fotosinteze dovelo je do zaključka da pomoćni pigmenti prenose od 80 do 100% svjetlosne energije koju apsorbiraju na klorofil. ali. Dakle, klorofil ali akumulira svjetlosnu energiju koju apsorbira biljna stanica, a zatim je koristi u fotokemijskim reakcijama fotosinteze.

Kasnije je otkriveno da klorofil ali prisutan je u živoj stanici u obliku oblika s različitim apsorpcijskim spektrom i različitim fotokemijskim funkcijama. Jedan oblik klorofila ali, čiji maksimum apsorpcije odgovara valnoj duljini od 700 nm, pripada pigmentnom sustavu tzv. fotosustav I, drugi oblik klorofila ali s maksimumom apsorpcije od 680 nm, pripada fotosustavu II.

Dakle, u biljkama je otkriven fotoaktivni pigmentni sustav koji posebno snažno apsorbira svjetlost u crvenom području spektra. Počinje djelovati čak i pri slabom svjetlu. Osim toga, poznat je još jedan regulatorni sustav, koji selektivno apsorbira i koristi za fotosintezu plava boja. Ovaj sustav radi pri dovoljno jakom svjetlu.

Također je utvrđeno da fotosintetski aparat nekih biljaka u velikoj mjeri koristi crveno svjetlo za fotosintezu, dok drugi koristi plavo svjetlo.

Da biste odredili intenzitet fotosinteze vodenih biljaka, možete koristiti metodu brojanja mjehurića kisika. Na svjetlu se u listovima odvija proces fotosinteze čiji je produkt kisik koji se nakuplja u međustaničnim prostorima. Prilikom rezanja stabljike, višak plina počinje se oslobađati s površine reza u obliku kontinuiranog toka mjehurića čija brzina stvaranja ovisi o intenzitetu fotosinteze. Ova metoda nije vrlo točna, ali je jednostavna i daje vizualni prikaz ovisnosti procesa fotosinteze o vanjskim uvjetima.

Iskustvo 1. Ovisnost produktivnosti fotosinteze o intenzitetu svjetlosti

Materijali i oprema: elodea; vodene otopine NaHCO 3 , (NH 4) 2 CO 3 ili mineralne vode; naselio voda iz pipe; stakleni štap; niti; škare; 200 W električna svjetiljka; sat; termometar.

1. Za pokus su odabrani zdravi izbojci elodee dugi oko 8 cm intenzivne zelene boje s netaknutim vrhom. Izrezani su pod vodom, vezani koncem za staklenu šipku i spušteni naopačke u čašu vode sobne temperature (temperatura vode treba ostati konstantna).

2. Za pokus smo uzeli taloženu vodu iz slavine obogaćenu CO 2 dodavanjem NaHCO 3 ili (NH 4) 2 CO 3, ili mineralna voda, te izložio čašu s vodenom biljkom jakom svjetlu. Promatrali smo pojavu mjehurića zraka iz rezanja biljke.

3. Kada je protok mjehurića postao ujednačen, izbrojan je broj mjehurića koji se oslobađaju u 1 minuti. Brojanje je provedeno 3 puta s pauzom od 1 min, podaci su zapisani u tablici i određen je prosječni rezultat.

4. Staklo s biljkom uklonjeno je od izvora svjetlosti za 50-60 cm i ponovljeni su koraci navedeni u stavku 3.

5. Uspoređeni su rezultati pokusa i donesen je zaključak o različitom intenzitetu fotosinteze pri jakom i slabom svjetlu.

Rezultati eksperimenata prikazani su u tablici 1.

Izlaz: pri korištenim intenzitetima svjetlosti intenzitet fotosinteze raste s povećanjem intenziteta svjetlosti, t.j. što je više svjetla, to bolje ide fotosinteza.

Tablica 1. Ovisnost fotosinteze o intenzitetu svjetlosti

Iskustvo 2. Ovisnost produktivnosti fotosinteze o spektralnom sastavu svjetlosti

Materijali i oprema: elodea; set svjetlosnih filtera (plava, narančasta, zelena); sedam visokih staklenki sa širokim grlom; staložena voda iz slavine; škare; 200 W električna svjetiljka; sat; termometar; epruvete.

1. Epruveta se napuni do 2/3 volumena staloženom vodom iz slavine i stavi u nju. vodena biljka odozgo prema dolje. Stabljika je izrezana pod vodom.

2. U visoku staklenku širokog otvora stavljen je filter plave svjetlosti (kružni), ispod filtera stavljena je epruveta s biljkom, te je staklenka izložena jakom svjetlu tako da je pala na biljku, prolazeći kroz svjetlosni filter. . Promatrali smo pojavu mjehurića zraka iz reza stabljike biljke.

3. Kada je protok mjehurića postao ujednačen, izbrojan je broj mjehurića koji se oslobađaju u 1 minuti. Izračun je proveden 3 puta s pauzom od 1 min, određen je prosječni rezultat, podaci su uneseni u tablicu.

4. Plavi svjetlosni filtar zamijenjen je crvenim i ponovili su se koraci navedeni u stavku 3, pazeći da udaljenost od izvora svjetlosti i temperatura vode ostanu konstantni.

5. Uspoređeni su rezultati pokusa i donesen je zaključak o ovisnosti intenziteta fotosinteze o spektralnom sastavu svjetlosti.

Rezultati eksperimenta prikazani su u tablici 2.

Izlaz: proces fotosinteze u narančastom svjetlu je vrlo intenzivan, u plavom se usporava, a u zelenom praktički ne ide.

Tablica 2. Ovisnost produktivnosti fotosinteze o spektralnom sastavu svjetlosti

broj iskustva	svjetlosni filter	Prva dimenzija	Druga dimenzija	treća dimenzija	Zločin
	naranča

Iskustvo 3. Ovisnost intenziteta fotosinteze o temperaturi

Materijali i oprema: elodea; tri visoke staklenke širokih grla; staložena voda iz slavine; škare; epruvete; 200 W električna svjetiljka; sat; termometar.

1. 2/3 epruveta napunjena je staloženom vodom iz slavine i u nju je stavljena vodena biljka s vrhom prema dolje. Stabljika je odrezana pod vodom.

2. Taložena voda iz slavine različite temperature (od 14°C do 45°C) ulila se u tri staklenke širokih grla, epruveta s biljkom stavljena je u staklenku vode srednje temperature (npr. 25°C) i uređaj je bio izložen jakom svjetlu. Promatrali smo pojavu mjehurića zraka iz reza stabljike biljke.

3. Nakon 5 minuta izbrojan je broj mjehurića koji se oslobađaju u 1 minuti. Izračun je proveden 3 puta s pauzom od 1 min, određen je prosječni rezultat, podaci su uneseni u tablicu.

4. Epruveta s biljkom prebačena je u staklenku s vodom različite temperature i ponovljeni su koraci navedeni u stavku 3, pazeći da udaljenost od izvora svjetlosti i temperatura vode ostanu konstantni.

5. Uspoređeni su rezultati pokusa i donesen je pismeni zaključak o utjecaju temperature na intenzitet fotosinteze.

Rezultati eksperimenta prikazani su u tablici 3.

Izlaz: u proučavanom temperaturnom rasponu intenzitet fotosinteze ovisi o temperaturi: što je viša, to se fotosinteza bolje odvija.

Tablica 3. Temperaturna ovisnost fotosinteze

Kao rezultat našeg istraživanja, došli smo do sljedećih zaključaka.

1. Fotoaktivni pigmentni sustav posebno snažno apsorbira svjetlost u crvenom području spektra. Plave zrake dosta dobro apsorbira klorofil i vrlo malo zelene, što objašnjava zelenu boju biljaka.

2. Naš pokus s granom elodeje uvjerljivo dokazuje da se maksimalni intenzitet fotosinteze opaža kada je osvijetljena crvenim svjetlom.

3. Brzina fotosinteze ovisi o temperaturi.

4. Fotosinteza ovisi o intenzitetu svjetlosti. Što je više svjetla, to je bolja fotosinteza.

Rezultati takvog rada mogu biti od praktične važnosti. U staklenicima s umjetnom rasvjetom, odabirom spektralnog sastava svjetlosti, možete povećati prinos. Na Agrofizičkom institutu u Lenjingradu krajem 1980-ih. u laboratoriju B.S. Moshkov, koristeći posebne načine osvjetljenja, dobiveno je 6 usjeva rajčice godišnje (180 kg / m 2).

Biljke zahtijevaju svjetlosne zrake svih boja. Kako, kada, kojim redoslijedom i omjerom ga opskrbljivati ​​blistavom energijom, cijela je znanost. Izgledi za svjetlosnu kulturu su vrlo veliki: iz laboratorijskih pokusa može se pretvoriti u industrijsku cjelogodišnju proizvodnju povrća, zelenih, ukrasnih i ljekovitih usjeva.

KNJIŽEVNOST

1. Genkel P.A. Fiziologija biljaka: Proc. dodatak za izborni predmet za 9. razred. - M: Prosvjeta, 1985. - 175 str., ilustr.
2. Kretovich V.L. Biokemija biljaka: Udžbenik za biol. fakulteti sveučilišta. – M.: Srednja škola, 1980. - 445 str., ilustr.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Moderna botanika: U 2 sveska: Per. s engleskog. - M.: Mir, 1990. - 344 str., ilustr.
4. Salamatova T.S. Fiziologija biljnih stanica: Vodič. - L .: Izdavačka kuća Lenjingradskog sveučilišta, 1983. - 232 str.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biologija: U 3 sveska: Per. s engleskog / Ed. R. Sopera - M .: Mir, 2006. - 454 str., ilustr.
6. http://sc.nios.ru (crteži i dijagrami)

Od svih čimbenika koji istodobno utječu na proces fotosinteze ograničavajući bit će onaj koji je bliži minimalnoj razini. Instaliran je Blackman 1905. godine. Različiti čimbenici mogu biti ograničavajući, ali jedan od njih je glavni.

1. Pri slabom osvjetljenju, stopa fotosinteze izravno je proporcionalna intenzitetu svjetlosti. Svjetlo je ograničavajući faktor u uvjetima slabog osvjetljenja. Pri visokom intenzitetu svjetlosti, klorofil postaje obezbojen i fotosinteza se usporava. U takvim uvjetima u prirodi su biljke obično zaštićene (debela kutikula, pubescentno lišće, ljuske).

1. Tamne reakcije fotosinteze zahtijevaju ugljični dioksid, koji je uključen u organsku tvar, ograničavajući je čimbenik na terenu. Koncentracija CO 2 u atmosferi varira od 0,03-0,04%, ali ako je povećate, možete povećati brzinu fotosinteze. Neki staklenički usjevi sada se uzgajaju s povećanim sadržajem CO 2 .
2. temperaturni faktor. Tamne i neke svjetlosne reakcije fotosinteze kontroliraju enzimi, a njihovo djelovanje ovisi o temperaturi. Optimalna temperatura za biljke u umjerenom pojasu je 25 °C. Sa svakim povećanjem temperature za 10 °C (do 35 °C), brzina reakcije se udvostručuje, ali zbog utjecaja niza drugih čimbenika biljke bolje rastu na 25 °C.
3. Voda- izvorni materijal za fotosintezu. Nedostatak vode utječe na mnoge procese u stanicama. Ali čak i privremeno uvenuće dovodi do ozbiljnih gubitaka usjeva. Razlozi: pri venuću se puci biljaka zatvaraju, a to ometa slobodan pristup CO 2 za fotosintezu; s nedostatkom vode u listovima nekih biljaka nakuplja se apscizinska kiselina. To je biljni hormon – inhibitor rasta. U laboratorijskim uvjetima koristi se za proučavanje inhibicije procesa rasta.
4. Koncentracija klorofila. Količina klorofila može se smanjiti s pepelnicom, hrđom, virusnim bolestima, nedostatkom minerala i starenjem (s normalnim starenjem). Kad lišće požuti, klorotične pojave ili kloroze. Razlog može biti nedostatak minerala. Za sintezu klorofila potrebni su Fe, Mg, N i K.
5. Kisik. Visoka koncentracija kisika u atmosferi (21%) inhibira fotosintezu. Kisik se natječe s ugljičnim dioksidom za aktivno mjesto enzima uključenog u fiksaciju CO 2, što smanjuje brzinu fotosinteze.
6. Specifični inhibitori. Najbolji način ubiti biljku znači potisnuti fotosintezu. Da bi to učinili, znanstvenici su razvili inhibitore - herbicidi- dioksini. Na primjer: DHMM - diklorofenildimetilurea- inhibira svjetlosne reakcije fotosinteze. Uspješno se koristi za proučavanje svjetlosnih reakcija fotosinteze.
7. Zagađenje okoliša. Plinovi industrijskog podrijetla, ozon i sumpor dioksid, čak i u malim koncentracijama, ozbiljno oštećuju lišće niza biljaka. DO kiseli plin lišajevi su vrlo osjetljivi. Stoga postoji metoda indikacije lišajeva– utvrđivanje onečišćenja okoliša lišajevima. Čađa začepljuje stomate i smanjuje prozirnost epiderme lista, što smanjuje brzinu fotosinteze.

6. Čimbenici života biljaka, toplina, svjetlost, zrak, voda Biljke su tijekom svog života u stalnoj interakciji s vanjsko okruženje. Zahtjevi biljaka za čimbenicima života određeni su nasljednošću biljaka, a različiti su ne samo za svaku vrstu, već i za svaku sortu određene kulture. Zato duboko poznavanje ovih zahtjeva omogućuje pravilno utvrđivanje strukture sjetvenih površina, rotacije usjeva, rasporeda plodoredi.
Za normalan život, biljkama je potrebna svjetlost, toplina, voda, hranjive tvari, uključujući ugljični dioksid i zrak.
Glavni izvor svjetlosti za biljke je sunčevo zračenje. Iako je ovaj izvor izvan ljudskog utjecaja, stupanj korištenja sunčeve svjetlosne energije za fotosintezu ovisi o stupnju poljoprivredne tehnologije: načinu sjetve (redovi usmjereni od sjevera prema jugu ili od istoka prema zapadu), diferenciranim količinama sjetve, obrade tla itd. .
Pravovremeno prorjeđivanje biljaka i uništavanje korova poboljšavaju osvjetljenje biljaka.
Toplina u biljnom životu, uz svjetlost, glavni je čimbenik u životu biljaka i potrebno stanje za biološke, kemijske i fizikalne procese u tlu. Svaka biljka u različitim fazama i fazama razvoja postavlja određene, ali nejednake zahtjeve za toplinom, čije je proučavanje jedna od zadaća fiziologije biljaka i znanstvene poljoprivrede. toplina u životu biljaka utječe na brzinu razvoja u svakoj fazi rasta. U zadaću poljoprivrede spada i proučavanje toplinskog režima tla i metoda njegove regulacije.
Voda u biljnom životu a hranjive tvari, s izuzetkom ugljičnog dioksida koji dolazi i iz tla i iz atmosfere, su čimbenici tla biljnog života. Stoga se voda i hranjive tvari nazivaju elementima plodnosti tla.
Zrak u biljnom životu(atmosferski i tlo) neophodan je kao izvor kisika za disanje biljaka i mikroorganizama u tlu, kao i izvor ugljika koji biljka apsorbira tijekom fotosinteze. Osim toga, zrak je u životu biljaka neophodan za mikrobiološke procese u tlu, uslijed kojih se organska tvar tla razgrađuje aerobnim mikroorganizmima uz stvaranje topljivih mineralnih spojeva dušika, fosfora, kalija i drugih biljaka. hranjive tvari.

7 . Pokazatelji fotosintetske produktivnosti usjeva

Usjev nastaje u procesu fotosinteze, kada se u zelenim biljkama iz ugljičnog dioksida, vode i minerala formira organska tvar. Energija sunčeve zrake pretvara se u energiju biljne biomase. Učinkovitost ovog procesa i u konačnici prinos ovise o funkcioniranju usjeva kao fotosintetskog sustava. U poljskim uvjetima sjetva (cenoza) kao skup biljaka po jedinici površine je složen dinamički samoregulirajući fotosintetski sustav. Ovaj sustav uključuje mnoge komponente koje se mogu smatrati podsustavima; dinamičan je, jer stalno mijenja svoje parametre tijekom vremena; samoregulirajuća, budući da, usprkos raznim utjecajima, sjetva na određeni način mijenja svoje parametre, održavajući homeostazu.

Pokazatelji fotosintetske aktivnosti usjeva. Sjetva je optički sustav u kojem lišće apsorbira PAR. U početnom razdoblju razvoja biljaka asimilacijska površina je mala i značajan dio PAR prolazi pored listova i njima se ne hvata. S povećanjem površine lišća, povećava se i njihova apsorpcija sunčeve energije. Kada je indeks lisne površine* 4...5, tj. površina lišća u usjevu iznosi 40...50 tisuća m 2 /ha, apsorpcija PAR listovima usjeva dostiže maksimalnu vrijednost - 75...80% vidljivog, 40% ukupnog zračenja. Daljnjim povećanjem površine lista, apsorpcija PAR se ne povećava. U usjevima kod kojih je tijek formiranja lisne površine optimalan, apsorpcija PAR može u prosjeku iznositi 50...60% upadnog zračenja tijekom vegetacije. PAR koji apsorbira biljni pokrivač je energetska osnova za fotosintezu. Međutim, samo dio te energije akumulira se u usjevu. Faktor iskorištenja PAR obično se određuje u odnosu na PAR incident na vegetacijskom pokrivaču. Ako prinos biomase u središnjoj Rusiji akumulira 2...3% PAR sjetve, tada će suha težina svih biljnih organa biti 10...15 t/ha, a mogući prinos 4...6 t zrna po 1 ha . U rijetkim usjevima faktor iskorištenja PAR iznosi samo 0,5...1,0%.

Uzimajući u obzir usjeve kao fotosintetski sustav, prinos suhe biomase generiran od sezona rasta, odnosno njegov rast u određenom razdoblju ovisi o vrijednosti prosječne lisne površine, trajanju razdoblja i neto produktivnosti fotosinteze za to razdoblje.

Y \u003d FP NPF,

gdje je Y prinos suhe biomase, t/ha;

FP - fotosintetski potencijal, tisuća m 2 - dana / ha;

NPP - neto produktivnost fotosinteze, g/(m2 - dani).

Fotosintetski potencijal izračunava se po formuli

gdje je Sc prosječna površina lista za razdoblje, tisuća m 2 /ha;

T je trajanje razdoblja, dani.

Glavni pokazatelji za cenozu, kao i prinos, određuju se po jedinici površine - 1 m 2 ili 1 ha. Dakle, površina lišća se mjeri u tisućama m 2 / ha. Osim toga, koriste takav pokazatelj kao indeks površine lišća. Glavni dio asimilacijske površine čine listovi, u njima se odvija fotosinteza. Fotosinteza se može dogoditi i u drugim zelenim dijelovima biljaka – stabljikama, osi, zelenim plodovima itd., ali je doprinos tih organa ukupnoj fotosintezi obično mali. Uobičajeno je uspore međusobno uspoređivati, kao i različita stanja jednog usjeva u dinamici u pogledu lisne površine, poistovjećujući to s konceptom "asimilacijske površine". Dinamika površine lišća u usjevu slijedi određenu pravilnost. Nakon klijanja, površina lista se polako povećava, zatim se povećava stopa rasta. Do prestanka stvaranja bočnih izdanaka i rasta biljaka u visinu, lisna površina dosegne svoju maksimalnu vrijednost tijekom vegetacije, a zatim se počinje postupno smanjivati ​​zbog žućenja i odumiranja donjeg lišća. Do kraja vegetacijske sezone u usjevima mnogih usjeva (žitarice, mahunarke) nema zelenog lišća na biljkama. Lisna površina raznih poljoprivrednih biljaka može uvelike varirati tijekom vegetacije ovisno o uvjetima vodoopskrbe, prehrane i poljoprivrednih praksi. Maksimalna površina lišće u sušnim uvjetima doseže samo 5 ... 10 tisuća m 2 / ha, a s prekomjernom vlagom i ishranom dušikom može premašiti 70 tisuća m 2 / ha. Smatra se da s indeksom lisne površine 4...5, sjetva kao optički fotosintetski sustav funkcionira u optimalni način rada, upija najveći broj PAR. S manjom površinom listova, dio PAR-a nije zahvaćen lišćem. Ako je površina lista veća od 50000 m2/ha, tada gornji listovi zasjenjuju donje, a njihov udio u fotosintezi naglo opada. Štoviše, gornji listovi "hrane" donje, što je nepovoljno za stvaranje plodova, sjemena, gomolja i sl. Dinamika lisne površine pokazuje da različite faze tijekom vegetacije sjetva kao fotosintetski sustav funkcionira drugačije (slika 3.). Tijekom prvih 20...30 dana vegetacije, kada je prosječna lisna površina 3...7 tisuća m 2 /ha, veći dio PAR ne zahvata lišće, pa stoga faktor iskorištenja PAR ne može biti visok. Nadalje, površina lišća počinje se brzo povećavati, dostižući maksimum. To se u pravilu događa kod plavih trava u fazi mliječnog stanja zrna, kod žitnih mahunarki u fazi punog punjenja sjemena u srednjem sloju, u višegodišnje bilje u fazi cvatnje. Tada se površina lista počinje brzo smanjivati. U ovom trenutku prevladava preraspodjela i odljev tvari iz vegetativnih organa u generativne. Na trajanje tih razdoblja i njihov omjer utječu različiti čimbenici, uključujući i agrotehničke. Uz njihovu pomoć moguće je regulirati proces povećanja površine lišća i trajanje razdoblja. U sušnim uvjetima, gustoća biljaka, a time i površina lišća, namjerno se smanjuje, jer se s velikom površinom lišća povećava transpiracija, biljke više pate od nedostatka vlage, a prinosi se smanjuju.

Istraživanje

Tema: Utjecaj različitih čimbenika na brzinu fotosinteze

Voditelj rada:Logvin Andrej Nikolajevič, učitelj biologije

selo Šelohovskaja

2009

Uvod - stranica 3

Poglavlje 1. Fotosinteza - stranica 4

Poglavlje 2. Abiotički čimbenici – svjetlost i temperatura. Njihova uloga u životu biljaka - stranica 5

2.1. Svjetlo - stranica 5

2.2. Temperatura - stranica 6

2.3. Plinoviti sastav zraka - strana 7

Poglavlje 3. Utjecaj različitih čimbenika na brzinu fotosinteze - str.983.1. Metoda ispitivanja škroba - stranica 9

3.2. Ovisnost fotosinteze o intenzitetu svjetlosti – stranica 10

3.3. Ovisnost intenziteta fotosinteze o temperaturi - strana 11

3.4. Ovisnost intenziteta fotosinteze o koncentraciji ugljičnog dioksida u atmosferi - strana 12

Zaključak - stranica 12

Izvori informacija - stranica 13

Radi

Život na zemlji ovisi o suncu. Prijamnik i akumulator energije sunčevih zraka na Zemlji su zeleni listovi biljaka kao specijalizirani organi fotosinteze. Fotosinteza je jedinstven proces stvaranja organskih tvari iz anorganskih. Ovo je jedini proces na našem planetu povezan s pretvorbom energije sunčeve svjetlosti u energiju kemijskih veza sadržanih u organskim tvarima. Na taj način energija sunčeve svjetlosti primljena iz svemira, koju zelene biljke pohranjuju u ugljikohidrate, masti i bjelančevine, osigurava vitalnu aktivnost cjelokupnog živog svijeta – od bakterija do čovjeka.

Izvanredni ruski znanstvenik s kraja XIX - početka XX stoljeća. Kliment Arkadjevič Timirjazev (1843-1920) nazvao je ulogu zelenih biljaka na Zemlji kozmičkom.

K.A. Timiryazev je napisao: “Sve organske tvari, ma koliko bile raznolike, gdje god se našle, bilo u biljci, životinji ili osobi, koje prolaze kroz list, potječu od tvari koje list proizvodi. Izvan lista, odnosno izvan zrna klorofila, ne postoji laboratorij u prirodi u kojem se izdvaja organska tvar. U svim drugim organima i organizmima ona se preobražava, preobražava, samo se ovdje ponovno formira iz anorganske tvari.

Relevantnost odabrane teme proizlazi iz činjenice da svi ovisimo o fotosintetskim biljkama te je potrebno znati kako povećati intenzitet fotosinteze.

Predmet proučavanja- sobne biljke

Predmet studija– utjecaj različitih čimbenika na brzinu fotosinteze.

Ciljevi:

1. Sistematizacija, produbljivanje i konsolidacija znanja o fotosintezi biljaka i abiotičkim čimbenicima okoliša.

2. Proučiti ovisnost brzine fotosinteze o intenzitetu osvjetljenja, temperaturi i koncentraciji ugljičnog dioksida u atmosferi.

Zadaci:

1. Proučiti literaturu o fotosintezi biljaka, generalizirati i produbiti znanja o utjecaju abiotskih čimbenika na fotosintezu biljaka.
2. Proučiti utjecaj različitih čimbenika na brzinu fotosinteze.

hipoteza istraživanja:Brzina fotosinteze raste s povećanjem intenziteta svjetlosti, temperature i koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi.

Metode istraživanja:

1. Proučavanje i analiza literature
2. Promatranje, usporedba, eksperiment.

Poglavlje 1. Fotosinteza.

Proces stvaranja organskih tvari stanicama zelenih biljaka i cijanobakterija uz sudjelovanje svjetlosti. U zelenim biljkama javlja se uz sudjelovanje pigmenata (klorofila i nekih drugih) prisutnih u kloroplastima i kromatoforima stanica. Iz tvari siromašnih energijom (ugljični monoksid i voda) nastaje ugljikohidratna glukoza i oslobađa se slobodni kisik.

Fotosinteza se temelji na redoks procesu: elektroni se prenose s donora-reduktora (voda, vodik itd.) na akceptor (ugljični monoksid, acetat). Ako se voda oksidira, nastaje reducirana tvar (ugljikohidrat glukoza) i kisik. Postoje dvije faze fotosinteze:

Svjetlo (ili ovisno o svjetlu);

Tamno.

U svjetlosnoj fazi dolazi do nakupljanja slobodnih atoma vodika, energije (sintetizira se ATP). tamna fazafotosinteza – niz uzastopnih enzimskih reakcija, a prije svega reakcija vezanja ugljičnog dioksida (prodire u list iz atmosfere). Kao rezultat toga nastaju ugljikohidrati, prvo monosaharidi (heksoza), zatim saharidi i polisaharidi (škrob). Sinteza glukoze ide uz apsorpciju velike količine energije (koristi se ATP sintetiziran u svjetlosnoj fazi). Za uklanjanje viška kisika iz ugljičnog dioksida koristi se vodik koji nastaje u svjetlosnoj fazi i u nestabilnoj je kombinaciji s nosačem vodika (NADP). Višak kisika nastaje zbog činjenice da je u ugljičnom dioksidu broj atoma kisika dvostruko veći od broja ugljikovih atoma, a u glukozi je broj atoma ugljika i kisika jednak.

Fotosinteza je jedini proces u biosferi koji dovodi do povećanja energije biosfere zbog vanjskog izvora – Sunca i osigurava postojanje i biljaka i svih heterotrofnih organizama.

Manje od 1-2% sunčeve energije odlazi u usjeve.

Gubici: nepotpuna apsorpcija svjetlosti; ograničavajući proces na biokemijskoj i fiziološkoj razini.

Načini povećanja učinkovitosti fotosinteze:

Opskrba biljaka vodom;

Opskrba mineralima i ugljičnim dioksidom;

Stvaranje strukture usjeva pogodne za fotosintezu;

Odabir sorti s visokom učinkovitošću fotosinteze.

Poglavlje 2. Abiotički čimbenici – svjetlost i temperatura.

Njihova uloga u životu biljaka.

Abiotički čimbenicinazivaju se svi elementi nežive prirode koji utječu na tijelo. Među njima su najvažniji svjetlost, temperatura, vlaga, zrak, mineralne soli itd. Često se kombiniraju u skupine čimbenika: klimatski, zemljišni, orografski, geološki itd.

U prirodi je teško odvojiti djelovanje jednog abiotskog čimbenika od drugog, organizmi uvijek doživljavaju njihov zajednički utjecaj. Međutim, radi praktičnosti proučavanja, abiotički čimbenici obično se razmatraju odvojeno.

2.1. Svjetlo

Među brojnim čimbenicima svjetlo kao nositelj sunčeve energije jedan je od glavnih. Bez toga je nemoguća fotosintetska aktivnost zelenih biljaka. Istovremeno, izravan učinak svjetlosti na protoplazmu je poguban za organizam. Stoga su mnoga morfološka i bihevioralna svojstva organizama posljedica djelovanja svjetlosti.

Sunce zrači ogromnu količinu energije u svemir, a iako na Zemlji otpada samo jedan dvomilijunski dio sunčevog zračenja, ono je dovoljno za zagrijavanje i osvjetljavanje našeg planeta. Sunčevo zračenje su elektromagnetski valovi različitih duljina, kao i radio valovi duljine ne više od 1 cm.

Među sunčevom energijom koja prodire u Zemljinu atmosferu postoje vidljive zrake (ima ih oko 50%), tople infracrvene zrake (50%) i ultraljubičaste zrake(oko 1%). Za ekologe su važne kvalitativne značajke svjetlosti: valna duljina (ili boja), intenzitet (učinkovita energija u kalorijama) i trajanje izlaganja (duljina dana).

Vidljive zrake (zovemo ih sunčeva svjetlost) sastoje se od zraka različitih boja i različitih valnih duljina. Svjetlost je od velike važnosti u životu cijelog organskog svijeta, budući da je s njom povezana aktivnost životinja i biljaka - fotosinteza se odvija samo u uvjetima vidljive svjetlosti.

U životu organizama nisu važne samo vidljive zrake, već i druge vrste energije zračenja koje dopiru do površine zemlje: ultraljubičaste i infracrvene zrake, elektromagnetske (osobito radio valove) pa čak i gama i X zračenje. Na primjer, ultraljubičaste zrake valne duljine 0,38-0,40 mikrona imaju veliku fotosintetsku aktivnost. Ove zrake, osobito u umjerenim dozama, potiču rast i razmnožavanje stanica, potiču sintezu visokoaktivnih bioloških spojeva, povećavajući sadržaj vitamina i antibiotika u biljkama te povećavaju otpornost biljnih stanica na razne bolesti.

Među svim zrakama sunčeve svjetlosti obično se izdvajaju zrake koje na ovaj ili onaj način utječu na biljne organizme, posebice na proces fotosinteze, ubrzavajući ili usporavajući njegov tijek. Te se zrake nazivaju fiziološki aktivno zračenje (skraćeno PAR). Najaktivniji među PAR su: narančasto-crvena (0,65-0,68 mikrona), plavo-ljubičasta (0,40-0,50 mikrona) i blizu ultraljubičasta (0,38-0,40 mikrona). Najmanje se apsorbiraju žuto-zelene zrake (0,50-0,58 mikrona), a infracrvene zrake se gotovo ne apsorbiraju. Samo daleke infracrvene zrake valne duljine veće od 1,05 mikrona sudjeluju u izmjeni topline biljaka i stoga imaju određeni pozitivan učinak, osobito na mjestima s niskim temperaturama.

Zelene biljke trebaju svjetlost za stvaranje klorofila, stvaranje zrnaste strukture kloroplasta; regulira rad stomatalnog aparata, utječe na izmjenu plinova i transpiraciju, aktivira niz enzima, potiče biosintezu proteina i nukleinske kiseline. Svjetlost utječe na diobu i rastezanje stanica, na procese rasta i razvoja biljaka, određuje vrijeme cvatnje i plodonošenja te djeluje oblikovno. No svjetlost je od najveće važnosti u zračnoj prehrani biljaka, u korištenju sunčeve energije u procesu fotosinteze.

2.2. Temperatura

Toplinski režim je jedan od bitnim uvjetima postojanje organizama, budući da su svi fiziološki procesi mogući samo pri određenim temperaturama. Dolazak topline na površinu zemlje osiguravaju sunčeve zrake i raspoređuje se po zemlji ovisno o visini sunca iznad horizonta i kutu upada sunčevih zraka. Stoga toplinski režim nije isti na različitim geografskim širinama i na različite visine iznad razine mora.

Temperaturni faktor karakteriziraju izražene sezonske i dnevne fluktuacije. Ovo djelovanje faktora u brojnim područjima Zemlje ima važnu signalnu vrijednost u regulaciji vremena aktivnosti organizama, osiguravajući njihov svakodnevni i sezonski način života.

U karakterizaciji temperaturnog faktora vrlo su važni njegovi ekstremni pokazatelji, trajanje njihovog djelovanja, kao i koliko često se ponavljaju. Promjena temperature u staništima koja prelazi prag tolerancije organizama prati njihova masovna smrt.

Značaj temperature za vitalnu aktivnost organizama očituje se u tome što mijenja brzinu fizikalno-kemijskih procesa u stanicama. Temperatura utječe na anatomske i morfološke značajke organizama, utječe na tijek fizioloških procesa, rast, razvoj, ponašanje i u mnogim slučajevima određuje zemljopisnu rasprostranjenost biljaka.

2.3. Plinski sastav zraka.

Osim fizikalnih svojstava zračnog okoliša, njegove kemijske značajke iznimno su važne za postojanje kopnenih organizama. Plinoviti sastav zraka u površinskom sloju atmosfere prilično je homogen u pogledu sadržaja glavnih komponenti (dušik - 78,1, kisik - 21,0, argon - 0,9, ugljični dioksid - 0,03 % po volumenu) zbog velike difuzije kapacitet plinova i stalno miješanje konvekcijom i strujama vjetra. Međutim, različite nečistoće plinovitih, kapljično-tekućih i čvrstih (prašinskih) čestica koje ulaze u atmosferu iz lokalnih izvora mogu biti od značajne ekološke važnosti.

Visok sadržaj kisika pridonio je povećanju metabolizma kopnenih organizama u odnosu na primarne vodene. Kisik, zbog stalno visokog sadržaja u zraku, nije čimbenik koji ograničava život u kopnenom okolišu. Samo mjestimično, pod određenim uvjetima, stvara se privremeni deficit, na primjer, u nakupinama raspadajućih biljnih ostataka, zaliha žita, brašna itd.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Na primjer, ako nema vjetra u centru veliki gradovi njegova koncentracija raste deset puta. Dnevne promjene sadržaja ugljičnog dioksida u površinskim slojevima su redovite, povezane s ritmom fotosinteze biljaka, i sezonske, zbog promjena u intenzitetu disanja živih organizama, uglavnom mikroskopske populacije tla. Povećana zasićenost zraka ugljičnim dioksidom javlja se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih ispusta ovog plina. U visokim koncentracijama ugljični dioksid je otrovan. U prirodi su takve koncentracije rijetke.

U prirodi je glavni izvor ugljičnog dioksida takozvano disanje tla. Ugljični dioksid difundira iz tla u atmosferu, osobito snažno tijekom kiše.

U modernim uvjetima snažan izvor dodatnih količina CO 2 ljudska aktivnost sagorijevanja fosilnih goriva u atmosferu.

Nizak sadržaj ugljičnog dioksida inhibira proces fotosinteze. U zatvorenim uvjetima, brzina fotosinteze može se povećati povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida; ovo se koristi u praksi staklenika i staklenika. Međutim, prekomjerne količine CO 2 dovesti do trovanja biljaka.

Dušik zraka za većinu stanovnika kopnenog okoliša je inertan plin, ali brojni mikroorganizmi (kvržice, Azotobacter, klostridije, modrozelene alge i dr.) imaju sposobnost vezati ga i uključiti u biološki ciklus.

Lokalne nečistoće koje ulaze u zrak također mogu značajno utjecati na žive organizme. To se posebno odnosi na otrovne plinovite tvari - metan, sumporov oksid (IV), ugljični monoksid (II), dušikov oksid (IV), sumporovodik, spojeve klora, kao i čestice prašine, čađe itd., koje zagađuju zrak u industrijskim područjima. Glavni suvremeni izvor kemijskog i fizikalnog onečišćenja atmosfere je antropogeno: rad raznih industrijska poduzeća i transport, erozija tla, itd. Sumporov oksid (S0 2 ), na primjer, otrovan je za biljke čak i u koncentracijama od jedne pedesettisućinke do milijuntog dijela volumena zraka. Oko industrijskih centara koji zagađuju atmosferu ovim plinom gotovo sva vegetacija umire. Neke biljne vrste su posebno osjetljive na S0 2 i služe kao osjetljivi pokazatelj njegovog nakupljanja u zraku. Na primjer, lišajevi umiru čak i s tragovima sumpornog oksida (IV) u okolnoj atmosferi. Njihova prisutnost u šumama oko velikih gradova svjedoči o visokoj čistoći zraka. Otpornost biljaka na nečistoće u zraku uzima se u obzir pri odabiru vrsta za uređenje naselja. Osjetljiva na dim, npr. dotjerati i bor, javor, lipa, breza. Najotpornije su tuje, kanadska topola, američka ljepila, bazga i neke druge.

Poglavlje 3. Utjecaj različitih čimbenika na brzinu fotosinteze.

Brzina fotosinteze ovisi i o intenzitetu svjetlosti i o temperaturi. Ograničavajući čimbenici fotosinteze također mogu biti koncentracija ugljičnog dioksida, vode, elemenata mineralne prehrane koji sudjeluju u izgradnji fotosintetskog aparata i koji su početne komponente za fotosintezu organske tvari.

Pri određivanju intenziteta fotosinteze koriste se dvije skupine metoda: 1) gasometrijske – registriranje količine apsorbiranog ugljičnog dioksida ili oslobođenog kisika; 2) metode za obračun količine organske tvari nastale tijekom fotosinteze.

Jednostavna i vizualna metoda "testiranja škroba". Metoda se temelji na otkrivanju i procjeni količine škroba nakupljenog tijekom fotosinteze pomoću otopine joda u kalijevom jodidu.

3.1. Metoda "testiranja škroba"

Cilj . Upoznajte se s metodom "test škroba".

Iskustvena metodologija.

Biljku obilno zalijevajte, stavite na toplo tamno mjesto (u ormar ili ladicu) ili zatamnite pojedinačne listove tamnim vrećicama debelog crnog papira. U mraku listovi postupno gube škrob koji se hidrolizira u šećere i koristi za disanje, rast te se ispušta u druge organe.

Nakon 3-4 dana. provjerite odškrobavanje listova. Da biste to učinili, izrežite komadiće iz tamnog lima, stavite u epruvetu s vodom (2 - 3 ml) i kuhajte 3 minute da ubijete stanice i povećate propusnost citoplazme. Zatim ocijedite vodu i nekoliko puta prokuhajte u etilnom alkoholu (svaki po 2-3 ml), mijenjajući otopinu svake 1-2 minute dok komadić tkiva lista ne promijeni boju (potrebno je prokuhati u vodenoj kupelji, jer alkohol može rasplamsati kada koristite alkoholnu lampu!). Posljednju porciju alkohola ocijedite, dodajte malo vode da omekšaju tkiva lista (postaju lomljivi u alkoholu), stavite komadić maramice u Petrijevu zdjelu i tretirajte otopinom joda. Kod potpunog uštirkanja nema plave boje i s takvim listovima moguće je postaviti pokus. Ako postoji čak i mala količina škroba, list se ne smije rukovati, jer će to otežati promatranje stvaranja škroba. Deškrobljenje treba produžiti za još 1-2 dana.

Listove bez škroba potrebno je izrezati s biljke, rez obnoviti pod vodom i spustiti peteljku u epruvetu s vodom. Bolje je raditi s rezanim listovima, jer novonastali škrob u ovom slučaju ne teče u druge organe.

Listovi se postavljaju u različite uvjete, predviđene ciljevima ovog rada. Radi nakupljanja škroba, listove treba držati najmanje 30-40 cm od žarulje od 100-200 W i izbjegavati pregrijavanje ventilatorom. Nakon 1 - 1,5 sati, izrežite tri komada tkanine istog oblika (krug, kvadrat) iz listova svake opcije, obradite na isti način kao i kada provjeravate potpunost škrobljenja. Ovisno o uvjetima pokusa, u lišću će se nakupljati različite količine škroba, što se može odrediti po stupnju njegove plavičastosti. Budući da nakupljanje škroba u pojedinim dijelovima lista može varirati, iz njega se uzimaju najmanje tri komada za analizu njegovog sadržaja. Za procjenu rezultata koriste se prosječne vrijednosti iz tri ponavljanja.

Stupanj plavog lista procjenjuje se u bodovima:

tamnoplava - 3;

srednje plava - 2;

blijedo plava - 1;

bez boje - 0.

3.2. Ovisnost fotosinteze o intenzitetu svjetlosti.

Cilj . Odrediti ovisnost fotosinteze o intenzitetu osvjetljenja.

Iskustvena metodologija.

Listove pelargonije, pripremljene za pokus, stavite: jedan u potpunu tamu; drugi - na difuzno dnevno svjetlo; treći - do jakog svjetla. Nakon navedenog vremena utvrdite prisutnost škroba u lišću.

Izvedite zaključak o utjecaju intenziteta svjetlosti na brzinu fotosinteze.

Radni proces.

Pelargonija obilno zalijevati, staviti na toplo tamno mjesto (u ormar).

Nakon 3 dana provjereno je odškrobavanje listova. Da biste to učinili, iz tamnog lima izrežite komadiće, stavite u epruvetu s vodom (2 - 3 ml) i kuhajte 3 minute kako bi se ubile stanice i povećala propusnost citoplazme. Zatim se voda ocijedi i nekoliko puta prokuha u vodenoj kupelji u etilnom alkoholu (po 2-3 ml), mijenjajući otopinu svake 1-2 minute, sve dok komadić tkiva lista ne promijeni boju. Izlili su posljednju porciju alkohola, dodali malo vode da omekšaju tkiva lista (postaju krhki u alkoholu), stavili komad tkiva u Petrijevu zdjelicu i tretirali otopinom joda.

Promatramo potpuno uklanjanje škroba - nema plave boje.

S biljke su izrezani listovi bez škroba, rez je obnovljen pod vodom, a peteljka je spuštena u epruvetu s vodom. Listovi geranije, pripremljeni za pokus, stavljeni su: jedan u potpunu tamu; drugi - na difuzno dnevno svjetlo; treći - do jakog svjetla.

Nakon 1 sata iz listova svake varijante izrezana su tri komada tkiva istog oblika, obrađena na isti način kao i kod provjere potpunog uklanjanja škroba.

Proizlaziti.

Stupanj plavetnila lišća u mraku je 0 bodova, u difuznom svjetlu - 1 bod, na jakom svjetlu - 3 boda.

Izlaz. S povećanjem intenziteta svjetlosti, brzina fotosinteze se povećavala.

3.3. Ovisnost intenziteta fotosinteze o temperaturi.

Cilj . Odrediti ovisnost fotosinteze o temperaturi.

Iskustvena metodologija.

Pripremljeno lišće pelargonija postavite na jednaku udaljenost od snažnog izvora svjetlosti: jedno na hladno (između okvira prozora), drugo u sobna temperatura. Nakon navedenog vremena utvrdite prisutnost škroba.

Izvedite zaključak o utjecaju temperature na brzinu fotosinteze.

Radni proces.

Lišće bez škroba stavljeno je na jednaku udaljenost od svjetiljke: jedno na hladno (između okvira prozora), drugo na sobnu temperaturu. Nakon 1 sata iz listova svake varijante izrezana su tri komada tkiva istog oblika, obrađena na isti način kao i kod provjere potpunog uklanjanja škroba.

Proizlaziti.

Stupanj plavetnila lišća na hladnoći je 1 bod, na sobnoj temperaturi - 3 boda.

Izlaz. Kako temperatura raste, brzina fotosinteze se povećava.

3.4. Ovisnost intenziteta fotosinteze o koncentraciji ugljičnog dioksida u atmosferi.

Cilj. Odrediti ovisnost intenziteta fotosinteze o koncentraciji ugljičnog dioksida u atmosferi

Iskustvena metodologija.

Listove pelargonije, pripremljene za rad, stavite u posudu s vodom, a posudu - na komad stakla ispod staklenog poklopca. Tu također stavite malu šalicu s 1-2 g sode, u koju dodajte 3-5 ml 10% sumporne ili klorovodične kiseline. Spoj između stakla i čepa prekrijte plastelinom. Drugi list ostavite u učionici. U tom slučaju, osvjetljenje i temperatura oba lista trebaju biti jednake. Nakon navedenog vremena, uzeti u obzir škrob nakupljen u listovima, donijeti zaključak o učinku koncentracije CO2 na intenzitet fotosinteze.

Radni proces.

Listovi geranije pripremljeni za rad stavljali su se u posudu s vodom, a posuda se stavljala na komad stakla ispod staklenog poklopca. Tu se stavi i mala šalica s 2 g sode u koju se doda 5 ml 10% klorovodične kiseline. Spoj između stakla i čepa prekriven je plastelinom. Još jedan list ostao je u učionici. Istodobno, osvjetljenje i temperatura oba lista su isti.

Proizlaziti.

Stupanj plavog lista u učionici - 2 boda, ispod kape - 3 boda.

Izlaz. Kako se koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi povećava, brzina fotosinteze se povećava.

Zaključak

Nakon što smo obavili praktični dio istraživački rad, zaključili smo da je naša hipoteza potvrđena. Doista, intenzitet fotosinteze ovisi o temperaturi, osvjetljenju, sadržaju ugljičnog dioksida u atmosferi.

Izvori informacija.

1. Lemeza N.A., Lisov N.D. Stanica je osnova života. Proc. Korist. - Minsk: NKF "Ekoperspektiva", 1997.

2. Nikišov A.I. Biologija. Apstraktni tečaj. Vodič za učenje. - M.: TC "Sfera", 1999.

3. Ponomarjova I.N., Kornilova O.A., Kumčenko V.S. Biologija: 6. razred: Udžbenik za učenike obrazovnih ustanova / Ed. prof. I.N. Ponomarjova. – M.: Ventana-graf, 2008.

4. Ponomarjova I.N. Ekologija. – M.: Ventana-Graf, 2006.

5. Chernova N.M., Bylova A.M. Ekologija: Udžbenik za studente biol. specijalista. ped. u-drugu. - M.: Prosvjeta, 1988

Ponomarjova I.N., Kornilova O.A., Kumčenko V.S. Biologija: 6. razred: Udžbenik za učenike obrazovnih ustanova / Ed. prof. I.N. Ponomarjova. – M.: Ventana-graf, 2008.

Chernova N.M., Bylova A.M. Ekologija: Udžbenik za studente biol. specijalista. ped. u-drugu. - M.: Prosvjeta, 1988