A fotoszintézis intenzitása

A növényélettanban két fogalmat használnak: a valódi és a megfigyelt fotoszintézist. Ennek oka a következő megfontolások. A fotoszintézis sebességét vagy intenzitását az egységnyi levélfelület által egységnyi idő alatt elnyelt CO 2 mennyiségével jellemezzük. A fotoszintézis intenzitásának meghatározása gázometrikus módszerrel történik, a CO 2 mennyiségének változtatásával (csökkentésével) zárt kamrában, levéllel. A fotoszintézissel együtt azonban megtörténik a légzés folyamata, melynek során CO 2 szabadul fel. Ezért a kapott eredmények képet adnak a megfigyelt fotoszintézis intenzitását illetően. A valódi fotoszintézis értékének megállapításához szükséges a légzés korrekciója. Ezért a kísérlet előtt sötétben meghatározzák a légzés intenzitását, majd a megfigyelt fotoszintézis intenzitását. Ezután a légzés során felszabaduló CO 2 mennyiségét hozzáadjuk a fény által elnyelt CO 2 mennyiségéhez. E módosítás bevezetésekor vegye figyelembe, hogy a légzés intenzitása világosban és sötétben azonos. De ezek a korrekciók nem adhatnak becslést a valódi fotoszintézisről, mert először is, amikor a levél elsötétül, nemcsak a valódi fotoszintézis, hanem a fotorespiráció is kizárt; másodszor, az úgynevezett sötét légzés valójában a fénytől függ (lásd alább).

Ezért a levél fotoszintetikus gázcseréjével kapcsolatos minden kísérleti munka során előnyben részesítik a megfigyelt fotoszintézis adatait. A fotoszintézis intenzitásának vizsgálatára pontosabb módszer a jelölt atomok módszere (mérik az elnyelt 14 CO 2 mennyiségét).

Abban az esetben, ha az egységnyi felületre (tűlevelű, magvak, termések, szár) felvett CO 2 mennyiségét nehéz újraszámolni, a kapott adatokat tömegegységre vonatkoztatjuk. Tekintettel arra, hogy a fotoszintetikus együttható (a felszabaduló oxigén térfogatának és az elnyelt CO 2 térfogatának aránya egyenlő eggyel, a megfigyelt fotoszintézis sebessége megbecsülhető az egységnyi levélterület által 1 óra alatt felszabaduló oxigén millilitereinek számával.

A fotoszintézis jellemzésére más mutatókat is használnak: kvantumfogyasztás, fotoszintézis kvantumhozama, asszimilációs szám.

Kvantumfogyasztás az elnyelt kvantumok számának és az asszimilált CO 2 molekulák számának aránya. A reciprok neve kvantum mező.

Asszimilációs szám- ez az arány a CO 2 mennyisége és a levélben található klorofill mennyisége között.

Sebesség (intenzitás) A fotoszintézis az egyik legfontosabb tényező, amely befolyásolja a mezőgazdasági növények termelékenységét, és így a hozamot. Ezért azoknak a tényezőknek a tisztázása, amelyektől a fotoszintézis függ, az agrotechnikai intézkedések javításához vezet.

Elméletileg a fotoszintézis sebességét, mint minden többlépcsős biokémiai folyamat sebességét, a leglassabb reakció sebességének kell korlátoznia. Így például a fotoszintézis sötét reakcióihoz NADPH és ATP szükséges, így a sötét reakciók a fényreakcióktól függenek. Gyenge megvilágítás mellett ezeknek az anyagoknak a képződési sebessége túl alacsony ahhoz, hogy biztosítsák csúcssebesség sötét reakciók, így a fény lesz a korlátozó tényező.

A korlátozó tényezők elve a következőképpen fogalmazható meg: több tényező egyidejű hatására a kémiai folyamat sebességét az a tényező korlátozza, amelyik a legközelebb van a minimális szinthez (e tényező változása közvetlenül befolyásolja ezt a folyamatot).

Ezt az elvet először F. Blackman állapította meg 1915-ben. Azóta többször is bebizonyosodott, hogy különböző tényezők, mint például a CO 2 koncentráció és a megvilágítás, kölcsönhatásba léphetnek egymással és korlátozhatják a folyamatot, bár gyakran még mindig az egyik dominál. A fő szempont a megvilágítás, a CO 2 koncentráció és a hőmérséklet külső tényezők befolyásolja a fotoszintézis sebességét. Ugyanakkor nagy jelentősége van a vízrendszernek, az ásványi tápláléknak stb.

Fény. A fény adott folyamatra gyakorolt ​​hatásának értékelésekor fontos különbséget tenni a fény intenzitása, minősége (spektrális összetétele) és a fény expozíciós idejének befolyása között.

Gyenge megvilágítás esetén a fotoszintézis sebessége arányos a fény intenzitásával. Fokozatosan más tényezők korlátozzák, és a sebesség növekedése lelassul. Tiszta nyári napon a megvilágítás hozzávetőlegesen 100 000 lux, és 10 000 lux elegendő a fotoszintézis fénnyel való telítéséhez. Ezért a fény általában fontos korlátozó tényező lehet az árnyékolási körülmények között. Nagyon nagy fényintenzitásnál időnként megindul a klorofill elszíneződése, ami lelassítja a fotoszintézist; a természetben azonban az ilyen körülményeknek kitett növényeket általában így vagy úgy megvédik tőle (vastag kutikula, lelógó levelek stb.).

A fotoszintézis intenzitásának a megvilágítástól való függését egy görbe írja le, amelyet a fotoszintézis fénygörbéjének nevezünk (2.26. ábra).

Rizs. 2.26. A fotoszintézis intenzitásának függése a megvilágítástól (a fotoszintézis fénygörbéje): 1 a CO2 felszabadulási sebessége sötétben (légzési sebesség); 2 – a fotoszintézis kompenzációs pontja; 3 – fénytelítettségi helyzet

Gyenge fényben a légzés során több CO 2 szabadul fel, mint amennyi a fotoszintézis során megköt, ezért a fénygörbe abszcissza tengellyel eleje kompenzációs pont fotoszintézis, ami azt mutatja, hogy ebben az esetben a fotoszintézis pontosan annyi CO 2 -t használ fel, amennyi a légzés során felszabadul. Más szóval, idővel eljön az a pillanat, amikor a fotoszintézis és a légzés pontosan kiegyensúlyozza egymást, így az oxigén és a CO 2 látható cseréje leáll. A fénykompenzációs pont az a fényintenzitás, amelynél a teljes gázcsere nulla.

A fénygörbék nem minden növénynél egyformák. A szabadban termő növények napos helyek, a CO 2 abszorpciója addig növekszik, amíg a fény intenzitása el nem éri a teljes szoláris megvilágítást. Az árnyékos területeken növekvő növényekben (például oxalis) a CO 2 -felvétel csak alacsony fényintenzitás mellett nő.

A fény intenzitása szerint minden növény fényre és árnyékra, vagy fénykedvelőre és árnyéktűrőre osztható. A legtöbb mezőgazdasági növény fotofil.

Nál nél árnyéktűrő növények, egyrészt gyengébb megvilágításnál következik be a fénytelítettség, másrészt náluk a fotoszintézis kompenzációs pontja korábban, azaz alacsonyabb megvilágításnál következik be (2.27. ábra).

Ez utóbbi annak a ténynek köszönhető, hogy az árnyéktűrő növényeket alacsony légzési intenzitás jellemzi. Gyenge fényviszonyok között a fotoszintézis intenzitása magasabb az árnyéktűrő növényekben, erős fényben pedig éppen ellenkezőleg, a fotofil növényekben.

A fény intenzitása is befolyásolja kémiai összetétel a fotoszintézis végtermékei. Minél nagyobb a megvilágítás, annál több szénhidrát képződik; gyenge fényben - több szerves savat.

Laboratóriumi körülmények között végzett kísérletek kimutatták, hogy a fotoszintézis termékek minőségét az éles „sötétség – fény” átmenet is befolyásolja, és fordítva. Eleinte a nagy intenzitású lámpa bekapcsolása után a NADPH és az ATP hiánya miatt túlnyomórészt nem szénhidrát termékek képződnek, majd csak egy idő után kezdenek képződni a szénhidrátok. Ezzel szemben a fény kikapcsolása után a levelek nem veszítik el azonnal fotoszintetizáló képességüket, mert néhány percig ATP és NADP utánpótlás marad a sejtekben.

A világítás lekapcsolása után először a szénhidrátok szintézise gátolt, és csak azután a szerves anyagok és aminosavak szintézise. Ennek a jelenségnek a fő oka az, hogy az FHA PHA-vá (és ezen keresztül szénhidráttá) való átalakulásának gátlása korábban következik be, mint az FHA PEP-vé (és ezen keresztül alaninná, maláttá és aszpartáttá) való gátlása.

A fotoszintézis képződő termékeinek arányát a fény spektrális összetétele is befolyásolja. A kék fény hatására a növényekben fokozódik a malát, aszpartát és más aminosavak és fehérjék szintézise. Ez a kék fényre adott válasz a C 3 és a C 4 növényekben is megtalálható volt.

A fény spektrális összetétele is befolyásolja a fotoszintézis intenzitását (2.28. ábra). Rizs. 2.28. A fotoszintézis hatásspektruma búzalevelekben

Akcióspektrum a fény kémiai (biológiai) hatásának hatékonyságának függése a fény hullámhosszától. A fotoszintézis intenzitása a spektrum különböző részein nem azonos. A maximális intenzitás akkor figyelhető meg, ha a növényeket olyan sugarakkal világítják meg, amelyeket a klorofillok és más pigmentek maximálisan elnyelnek. A fotoszintézis intenzitása a vörös sugarakban a legmagasabb, mert nem az energia mennyiségével, hanem a kvantumok számával arányos.

A teljes fotoszintézis egyenletből:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

ebből következik, hogy 1 mól glükóz előállításához 686 kcal szükséges; ez azt jelenti, hogy 686: 6 = 114 kcal szükséges 1 mol CO 2 asszimilálásához. 1 kvantum vörös fény (700 nm) energiatartaléka 41 kcal/enstein, a kék (400 nm) 65 kcal/enstein. A minimális kvantumfogyasztás vörös fénnyel megvilágítva 114:41 ≈ 3, míg a valóságban 8-10 kvantum költ el. Így a vörös fény használatának hatékonysága 114/41 8 = 34%, a kék 114/65 8 = 22%.

CO 2 koncentráció. A sötét reakciókhoz szén-dioxidra van szükség, amely benne van szerves vegyületek. Normál terepi körülmények között a CO 2 a fő korlátozó tényező. A CO 2 koncentrációja a légkörben 0,045%, de ha növeli, növelheti a fotoszintézis sebességét. Rövid távú hatás esetén a CO 2 optimális koncentrációja 0,5%, hosszú távú hatás esetén azonban a növények károsodása lehetséges, ezért az optimális koncentráció ebben az esetben alacsonyabb - körülbelül 0,1%. Egyes üvegházi növényeket, például a paradicsomot már most elkezdték CO 2 -dúsított légkörben termeszteni.

Jelenleg nagy érdeklődés övezi a CO 2 -t a légkörből sokkal hatékonyabban elnyelő, ezért nagyobb hozamot produkáló növénycsoportot, az úgynevezett C 4 növényeket.

BAN BEN mesterséges körülmények a fotoszintézis CO 2 koncentrációtól való függését egy szén-dioxid görbe írja le, amely a fotoszintézis fénygörbéjéhez hasonlít (2.29. ábra).

0,01%-os CO 2 koncentrációnál a fotoszintézis sebessége megegyezik a légzés sebességével (kompenzációs pont). A szén-dioxid telítettség 0,2-0,3% CO 2 -nál következik be, és egyes növényekben még ezen koncentrációk mellett is megfigyelhető a fotoszintézis enyhe növekedése.

Rizs. 2.29. A tűlevelűek fotoszintézisének intenzitásának függése a levegő CO 2 koncentrációjától

Természetes körülmények között a fotoszintézis CO 2 koncentrációtól való függését csak a görbe lineáris része írja le. Ebből következik, hogy a növények természetes körülmények között történő CO 2 -ellátása terméskorlátozó tényező. Ezért célszerű a magas CO 2 tartalmú növényeket zárt térben termeszteni.

Hőfokészrevehető hatással van a fotoszintézis folyamatára, mivel a fotoszintézis sötét és részben világos reakcióit enzimek szabályozzák. A mérsékelt égövi növények számára az optimális hőmérséklet általában 25°C körüli.

A CO 2 felvétele és visszanyerése minden növényben növekszik a hőmérséklet emelkedésével, amíg el nem érnek valamilyen optimális szintet. A mérsékelt égöv legtöbb növényében a fotoszintézis intenzitása 30 ° C után kezdődik, néhány helyen déli fajok 40 o C után. Nagy melegben (50-60 o C), amikor az enziminaktiváció megindul, és a különböző reakciók koordinációja megzavarodik, a fotoszintézis gyorsan leáll. A hőmérséklet emelkedésével a légzés sebessége sokkal gyorsabban növekszik, mint a természetes fotoszintézis sebessége. Ez befolyásolja a megfigyelt fotoszintézis mennyiségét. A megfigyelt fotoszintézis intenzitásának hőmérséklettől való függését egy hőmérsékleti görbe írja le, amelyben három fő pontot különböztetünk meg: minimumot, optimumot és maximumot.

A minimum az a hőmérséklet, amelyen a fotoszintézis megindul, az optimum az a hőmérséklet, amelyen a fotoszintézis a legstabilabb és a legnagyobb sebességet éri el, a maximum az a hőmérséklet, amely után a fotoszintézis leáll (2.30. ábra).

Rizs. 2.30. A fotoszintézis intenzitásának függése a levél hőmérsékletétől: 1 - pamut; 2 – napraforgó; 3 - cirok

Az oxigén hatása. Több mint fél évszázaddal ezelőtt egy látszólag paradox jelenséget figyeltek meg. A levegő oxigénje, amely a fotoszintézis terméke, annak gátlója is: az oxigén felszabadulása és a CO 2 abszorpciója csökken, ahogy a levegő O 2 koncentrációja nő. Ezt a jelenséget felfedezőjéről, a Warburg-effektusról nevezték el. Ez a hatás minden C 3 -növényben rejlik. És csak a C 4 -es növények leveleiben nem lehetett kimutatni. Mára szilárdan bebizonyosodott, hogy a Warburg-effektus természete a Calvin-ciklus fő enzimének, az RDF-karboxiláznak az oxigenáz tulajdonságaival függ össze. Magas oxigénkoncentráció esetén a fotolégzés megkezdődik. Megállapítást nyert, hogy ha az O 2 koncentrációját 2-3%-ra csökkentjük, nem képződik foszfoglikolát, és a Warburg-effektus is megszűnik. Így mindkét jelenség, az RDF-karboxiláz oxigenáz tulajdonságainak megnyilvánulása és a glikolát képződés, valamint a fotoszintézis csökkenése O2 jelenlétében szorosan összefügg egymással.

A nagyon alacsony O 2 tartalom vagy a teljes hiány, valamint a koncentráció 25-30%-ra történő növekedése gátolja a fotoszintézist. A legtöbb növény esetében az O 2 természetes koncentrációjának enyhe csökkenése (21%) aktiválja a fotoszintézist.

A szövetek hidratálásának hatása. Amint már említettük, a víz a fotoszintézis könnyű szakaszában hidrogéndonorként vesz részt a CO2 csökkentésében. A fotoszintézis-korlátozó faktor szerepét azonban nem a minimális vízmennyiség (a bejövő víz kb. 1%-a) tölti be, hanem a sejtmembránok részét képező, minden biokémiai reakció közegeként működő víz aktiválódik. a sötét fázis enzimjei. Ezenkívül a sztómák nyílásának mértéke függ a védőcellákban lévő víz mennyiségétől, és az egész növény turgor állapota határozza meg a levelek elhelyezkedését a napsugárzáshoz képest. A víz mennyisége közvetve befolyásolja a keményítő lerakódás sebességének változását a kloroplasztisz strómájában, sőt a tilakoidok szerkezetének és elrendeződésének változását is a stromában.

A fotoszintézis intenzitásának a növényi szövetek víztartalmától, valamint a hőmérséklettől való függését egy átmeneti görbe írja le, amelynek három fő pontja van: minimum, optimum és maximum.

A dehidratációval nemcsak a fotoszintézis intenzitása változik, hanem a fotoszintézis termékek minőségi összetétele is: kevesebb malát, szacharóz és szerves savak szintetizálódnak; több - glükóz, fruktóz-alanin és más aminosavak.

Ezenkívül azt találták, hogy vízhiány esetén az ABA, a növekedést gátló anyag felhalmozódik a levelekben.

Klorofil koncentráció, általában nem korlátozó tényező, azonban a klorofill mennyisége csökkenhet különböző betegségek (lisztharmat, rozsda, vírusos betegségek), ásványianyag-hiány és az életkor előrehaladtával (normál öregedés során). Amikor a levelek megsárgulnak, állítólag klorotikussá válnak, és magát a jelenséget klorózisnak nevezik. A klorotikus foltok a leveleken gyakran valamilyen betegség vagy ásványianyag-hiány tünete.

A klórózist a fényhiány is okozhatja, mivel a klorofill-bioszintézis végső szakaszához fényre van szükség.

ásványi elemek. A klorofill szintéziséhez ásványi elemek is szükségesek: vas, magnézium és nitrogén (a szerkezetében az utolsó két elem szerepel), ezért különösen fontosak a fotoszintézisben. A kálium is fontos.

A fotoszintetikus készülék normál működéséhez a növényt biztosítani kell szükséges mennyiség(optimális) ásványi elemek. A magnézium amellett, hogy a klorofill része, részt vesz a fehérjék konjugáló hatásában az ATP szintézisében, befolyásolja a karboxilációs reakciók aktivitását és a NADP + redukcióját.

A vas redukált formában szükséges a klorofill és a kloroplasztiszok vastartalmú vegyületeinek (citokrómok, ferredoxin) bioszintéziséhez. A vashiány megzavarja a ciklikus és nem ciklikus fotofoszforilációt, a pigmentszintézist és a kloroplasztiszok szerkezetének megváltozását.

A mangán és a klór részt vesz a víz fotooxidációjában.

A réz a plasztocianin része.

A nitrogénhiány nemcsak a pigmentrendszerek és a kloroplasztisz-struktúrák kialakulását érinti, hanem az RDP-karboxiláz mennyiségét és aktivitását is.

Foszforhiány esetén a fotoszintézis fotokémiai és sötét reakciói megzavaródnak.

A kálium multifunkcionális szerepet játszik a fotoszintézis ionos szabályozásában, a kloroplasztisz hiánya miatt a grána szerkezete tönkremegy, a sztómák fényben gyengén nyílnak, sötétben nem záródnak eléggé, romlik a levél vízjárása, azaz minden fotoszintézis folyamat megszakad.

A növény kora. Csak a fitotronok létrehozása után lehetett megbízható eredményeket elérni, ahol ellenőrzött körülmények között lehet növényeket termeszteni. Azt találták, hogy minden növényben csak a legelején életciklus A fotoszintetikus apparátus kialakulásakor a fotoszintézis intenzitása növekszik, nagyon gyorsan eléri a maximumot, majd enyhén csökken, majd alig változik. Például a gabonafélékben a fotoszintézis a termesztési szakaszban éri el maximális intenzitását. Ez azzal magyarázható, hogy a levél maximális fotoszintetikus aktivitása egybeesik a kialakulásának időszakának végével. Ezután megkezdődik az öregedés, és csökken a fotoszintézis.

A fotoszintézis intenzitása elsősorban a kloroplasztiszok szerkezetétől függ. A kloroplasztiszok öregedésével a tilakoidok elpusztulnak. Bizonyítsa be ezt a Hill-reakció segítségével. Minél idősebbek a kloroplasztiszok, annál rosszabb. Így kiderült, hogy az intenzitást nem a klorofill mennyisége, hanem a kloroplaszt szerkezete határozza meg.

BAN BEN optimális feltételeket A páratartalom és a nitrogénes táplálkozás következtében a fotoszintézis csökkenése az életkorral lassabban megy végbe, mivel ilyen körülmények között a kloroplasztiszok lassabban öregszenek.

genetikai tényezők. A fotoszintézis folyamatai bizonyos mértékig függenek a növényi szervezet öröklődésétől. A fotoszintézis intenzitása eltérő a különböző szisztematikus csoportokba tartozó növényekben és élet formák. A gyógynövényekben a fotoszintézis intenzitása nagyobb, mint a fás szárú növényekben (2.5. táblázat).

A fotoszintézis intenzitása számos tényezőtől függ. Először is a fény hullámhosszán. A folyamat a leghatékonyabban a spektrum kék-lila és vörös részének hullámainak hatására megy végbe. Ráadásul a fotoszintézis sebességét befolyásolja a megvilágítás mértéke, és egy bizonyos pontig a folyamat sebessége a fény mennyiségével arányosan növekszik, ekkor már nem függ tőle a hang.

Egy másik tényező a szén-dioxid koncentrációja. Minél magasabb, annál intenzívebb a fotoszintézis folyamata. Normál körülmények között a szén-dioxid hiánya a fő korlátozó tényező, hiszen in légköri levegő kis százalékot tartalmaz. Üvegházi körülmények között azonban ez a hiányosság kiküszöbölhető, ami kedvezően befolyásolja a fotoszintézis sebességét és a növények növekedési ütemét.

A fotoszintézis intenzitásának fontos tényezője a hőmérséklet. Minden fotoszintézis reakciót enzimek katalizálnak, amelyekhez az optimális hőmérséklet 25-30 °C. alacsony hőmérsékletek az enzimek működési sebessége erősen lecsökken.

víz - fontos tényező befolyásolja a fotoszintézist. Ezt a tényezőt azonban lehetetlen számszerűsíteni, mivel a víz számos más, a növényi sejtben előforduló anyagcsere-folyamatban is részt vesz.

A fotoszintézis jelentősége. A fotoszintézis az élő természet alapvető folyamata. Neki köszönhetően szervetlen anyagokból - szén-dioxidból és vízből - energia részvételével napfény A zöld növények szerves anyagokat szintetizálnak, amelyek szükségesek a Föld összes életéhez. Ezen anyagok elsődleges szintézise biztosítja az asszimilációs és disszimilációs folyamatok végrehajtását minden szervezetben.

A fotoszintézis termékeit - szerves anyagokat - az élőlények használják fel:

• sejteket építeni;
• mint az életfolyamatok energiaforrása.

Az ember növények által létrehozott anyagokat használ:

• élelmiszerként (gyümölcsök, magvak stb.);
• energiaforrásként (szén, tőzeg, fa);
• építőanyagként.

Az emberiség a fotoszintézisnek köszönheti létezését. A Földön minden üzemanyag a fotoszintézis terméke. A fosszilis tüzelőanyagok felhasználásával megkapjuk az ősi növények fotoszintézisének eredményeként tárolt energiát, amely a múlt geológiai korszakaiban létezett.

A szerves anyagok szintézisével egyidejűleg a fotoszintézis mellékterméke, az oxigén kerül a Föld légkörébe, amely az élőlények légzéséhez szükséges. Oxigén nélkül az élet bolygónkon lehetetlen. Tartalékait folyamatosan a természetben előforduló égés, oxidáció, légzés termékeire fordítják. A tudósok szerint fotoszintézis nélkül a teljes oxigénkészlet 3000 éven belül elhasználódna. Ezért a fotoszintézis a legnagyobb jelentőségű a földi élet szempontjából.

A biológusok évszázadok óta próbálták megfejteni a zöld levél titkát. Sokáig azt hitték, hogy a növények vízből és ásványi anyagokból állítanak elő tápanyagokat. Ez a hiedelem Anna van Helmont holland kutató 17. századi kísérletéhez kapcsolódik. Kádba ültetett egy fűzfát, pontosan lemérve a növény tömegét (2,3 kg) és a száraz talajt (90,8 kg). Öt évig csak öntözte a növényt, semmit sem adott hozzá a talajhoz. Öt év elteltével a fa tömege 74 kg-mal nőtt, míg a talaj tömege mindössze 0,06 kg-mal csökkent. A tudós arra a következtetésre jutott, hogy a növény minden anyagot vízből képez. Így megállapítottak egy olyan anyagot, amelyet a növény a fotoszintézis során felvesz.

Az első kísérletet a zöld levél funkciójának tudományos meghatározására Marcello Malpighi olasz természettudós tette 1667-ben. Észrevette, hogy ha a tökpalántákról letépik az első csíraleveleket, akkor a növény leáll. A növények szerkezetét tanulmányozva azt a feltételezést fogalmazta meg, hogy a napfény hatására a növény leveleiben valamilyen átalakulás történik, a víz elpárolog. Ezeket a feltételezéseket azonban akkoriban figyelmen kívül hagyták.

100 év elteltével Charles Bonnet svájci tudós számos kísérletet végzett úgy, hogy egy növény levelét vízbe helyezte és napfénnyel megvilágította. Csak ő tett helytelen következtetést, mivel úgy gondolta, hogy a növény nem vesz részt a buborékok kialakulásában.

A zöld levél szerepének felfedezése Joseph Priestley angol vegyészé. 1772-ben, miközben a levegő jelentőségét az anyagok égetésében és a légzésben tanulmányozta, kísérletet végzett, és megállapította, hogy a növények javítják a levegőt, alkalmassá teszik légzésre és égetésre. Egy sor kísérlet után Priestley észrevette, hogy a növények javítják a levegőt a fényben. Ő volt az első, aki felvetette a fény szerepét a növények életében.

1800-ban Jean Senebier svájci tudós tudományosan elmagyarázta ennek a folyamatnak a lényegét (ekkor Lavoisier már felfedezte az oxigént és tanulmányozta annak tulajdonságait): a növényi levelek lebontják a szén-dioxidot és csak napfény hatására bocsátanak ki oxigént.

A 19. század második felében zöld növények leveleiből alkoholos kivonatot nyertek. Ezt az anyagot klorofillnak nevezik.

Robert Mayer német természettudós felfedezte, hogy a növények elnyelik a napfényt és energiává alakítják. kémiai kötések szerves anyagok (a növényben szerves anyagok formájában tárolt szén mennyisége közvetlenül függ a növényre eső fény mennyiségétől).

Kliment Arkagyevich Timiryazev orosz tudós a napfény spektrumának különböző részeinek hatását tanulmányozta a fotoszintézis folyamatára. Sikerült megállapítania, hogy a vörös sugarakban megy végbe a leghatékonyabban a fotoszintézis, és bebizonyította, hogy ennek a folyamatnak az intenzitása megfelel a klorofill általi fényelnyelésnek.

K.A. Timirjazev hangsúlyozta, hogy a szén asszimilálásával a növény a napfényt is asszimilálja, energiáját szerves anyagok energiájává alakítva.

A cikk a "Sampad Computer Courses" támogatásával jelent meg. A "Computer Courses Sampad" cég felajánlja, hogy regisztráljon tanfolyamokra egy online áruház létrehozásáról Novoszibirszkben. A cég tapasztalt tanárai a lehető legrövidebb időn belül PHP programozási képzést biztosítanak, amely lehetővé teszi bármilyen összetett webhely létrehozását. Tudjon meg többet a kínált tanfolyamokról, olvassa el az ügyfelek véleményét, kérjen visszahívást és jelentkezzen online alkalmazás A képzésre a Sampad Computer Courses cég hivatalos honlapján lehet jelentkezni, amely a http://pc-nsk.ru/ címen található.

A zöld levél az élet forrása bolygónkon. Ha nem lennének zöld növények, nem lennének a Földön sem állatok, sem emberek. Így vagy úgy, a növények táplálékforrásként szolgálnak az egész állatvilág számára.

Az ember nemcsak a Földre most eső napsugarak energiáját használja fel, hanem azokat is, amelyek tíz- és százmillió évvel ezelőtt estek rá. Végül is a szén, az olaj és a tőzeg azokban a távoli időkben élt növények és állatok kémiailag módosított maradványai.

Az elmúlt évtizedekben a természettudomány számos ágának vezető szakembereinek figyelmét felkeltette a fotoszintézis problémája, melynek különböző aspektusait átfogóan és mélyrehatóan tanulmányozzák a világ számos laboratóriumában. Az érdeklődést elsősorban az határozza meg, hogy a fotoszintézis az egész bioszféra energiacseréjének alapja.

A fotoszintézis intenzitása sok tényezőtől függ. fényintenzitás , amely a fotoszintézis legnagyobb hatékonyságához szükséges, a különböző növényeknél eltérő. Az árnyéktűrő növényekben a fotoszintézis maximális aktivitása a teljes napfény körülbelül felénél, a fotofil növényekben pedig majdnem teljes napfénynél érhető el.

Sok árnyéktűrő növény levelében nem alakul ki palánk (oszlopos) parenchima, csak szivacsos (gyöngyvirág, patás). Ezenkívül ezeknek a növényeknek nagyobb levelei és nagyobb kloroplasztiszai vannak.

A fotoszintézis sebességét is befolyásolja hőfok környezet . A fotoszintézis legnagyobb intenzitása 20-28 °C hőmérsékleten figyelhető meg. A hőmérséklet további emelkedésével a fotoszintézis intenzitása csökken, a légzés intenzitása nő. Amikor a fotoszintézis és a légzés sebessége egybeesik, arról beszélnek kompenzációs pont.

A kompenzációs pont a fény intenzitásától, a hőmérséklet emelkedésétől és csökkenésétől függően változik. Például a hidegtűrő barna algákban körülbelül 10 ° C hőmérsékletnek felel meg. A hőmérséklet elsősorban a kloroplasztiszokat érinti, amelyekben a szerkezet a hőmérséklet függvényében változik, ami elektronmikroszkóppal jól látható.

Nagyon fontos a fotoszintézis szempontjából szén-dioxid tartalma a növényt körülvevő levegőben. A levegő szén-dioxid-koncentrációja átlagosan 0,03 térfogatszázalék. A szén-dioxid-tartalom csökkenése hátrányosan befolyásolja a hozamot, ennek például 0,04%-ra történő növelése közel 2-szeresére növelheti a termést. A jelentősebb koncentrációnövekedés sok növényre káros: például 0,1% körüli szén-dioxid-tartalomnál a paradicsomnövények megbetegszenek, leveleik felkunkorodni kezdenek. Üvegházakban és üvegházakban növelheti a szén-dioxid tartalmát, ha speciális hengerekből engedi ki, vagy hagyja elpárologni a száraz szén-dioxidot.

Különböző hullámhosszú fény különböző módon befolyásolja a fotoszintézis intenzitását is. Először W. Daubeny fizikus vizsgálta a fotoszintézis intenzitását a spektrum különböző sugaraiban, aki 1836-ban kimutatta, hogy a zöld levélben a fotoszintézis sebessége a sugarak természetétől függ. A kísérlet során elkövetett módszertani hibák téves következtetésekre vezették. A tudós egy elodea hajtás szegmensét vízzel felvágott kémcsőbe helyezte, megvilágította a kémcsövet úgy, hogy a napfényt színes üvegeken vagy színes oldatokon vezette át, és a fotoszintézis intenzitását a vágásról kikerülő oxigénbuborékok számával vette figyelembe. felület egységnyi idő alatt. Daubeny arra a következtetésre jutott, hogy a fotoszintézis intenzitása arányos a fény erősségével, és az akkori legfényesebb sugarakat sárgának tekintették. John Draper (1811–1882), aki a fotoszintézis intenzitását tanulmányozta a spektroszkóp által kibocsátott spektrum különböző nyalábjaiban, ugyanahhoz a nézőponthoz ragaszkodott.

A klorofill szerepét a fotoszintézis folyamatában a kiváló orosz botanikus és növényfiziológus, K.A. Timirjazev. Miután 1871-1875-ben töltötte. kísérletsorozat során azt találta, hogy a zöld növények a legintenzívebben a napspektrum vörös és kék részének sugarait nyelik el, nem pedig a sárgát, ahogy azt előtte gondolták. A spektrum vörös és kék részét elnyelő klorofill zöld sugarakat veri vissza, ezért zöldnek tűnik.

Ezen adatok alapján Theodor Wilhelm Engelmann német növényfiziológus 1883-ban bakteriális módszert dolgozott ki a szén-dioxid növények általi asszimilációjának tanulmányozására.

Azt javasolta, hogy ha egy zöld növény sejtjét aerob baktériumokkal együtt egy csepp vízbe helyezzük, és különböző színű sugarakkal világítsuk meg, akkor a baktériumok a sejt azon részeire koncentrálódjanak, ahol a szén-dioxid a leginkább lebomlik és az oxigén. kiadták. Ennek tesztelésére Engelman némileg továbbfejlesztette a fénymikroszkópot azáltal, hogy a tükör fölé prizmát szerelt, amely a napfényt a spektrum különálló összetevőire bontotta. Zöld növényként Engelman a Spirogyra zöld algát használta, amelynek nagy sejtjei hosszú spirális kromatoforokat tartalmaznak.

Miután Engelman egy darab algát helyezett egy vízcseppbe egy tárgylemezre, néhány aerob baktériumot juttatott oda, majd mikroszkóp alatt megvizsgálta a készítményt. Kiderült, hogy prizma hiányában az elkészített készítményt egyenletes fehér fénnyel világították meg, és a baktériumok egyenletesen oszlottak el az algák teljes területén. Prizma jelenlétében a tükörről visszaverődő fénysugár megtört, megvilágítva az algák mikroszkóp alatti területét különböző hullámhosszúságú fénnyel. Néhány perc múlva a baktériumok azokra a területekre koncentrálódtak, amelyeket vörös és kék fénnyel világítottak meg. Ennek alapján Engelman arra a következtetésre jutott, hogy a zöld növényekben a szén-dioxid bomlása (és ezáltal az oxigén felszabadulása) a fő szín (azaz zöld) sugarakon – a vörös és a kék – mellett megfigyelhető.

napon érkezett adatok modern felszerelés, teljes mértékben megerősíti az Engelman által több mint 120 évvel ezelőtt elért eredményeket.

A klorofill által elnyelt fényenergia részt vesz a fotoszintézis első és második szakaszának reakcióiban; a harmadik szakasz reakciói sötétek; fény részvétele nélkül történik. A mérések kimutatták, hogy egy oxigénmolekula redukálásához legalább nyolc kvantum fényenergia szükséges. Így a fotoszintézis maximális kvantumhozama, i.e. a növény által elnyelt fényenergia egy kvantumának megfelelő oxigénmolekulák száma 1/8, vagyis 12,5%.

R. Emerson és munkatársai meghatározták a fotoszintézis kvantumhozamát, amikor a növényeket különböző hullámhosszú monokromatikus fénnyel világították meg. Azt találták, hogy a hozam a látható spektrum nagy részében 12%-on állandó marad, de a távoli vörös régió közelében meredeken csökken. Ez a zöld növények csökkenése 680 nm hullámhosszon kezdődik. 660 nm-nél nagyobb hosszon csak a klorofill nyeli el a fényt. a; klorofill b maximális fényelnyelése 650 nm-en van, és 680 nm-en gyakorlatilag nem nyeli el a fényt. 680 nm-nél nagyobb hullámhosszon a fotoszintézis kvantumhozama felemelhető maximális érték 12%, feltéve, hogy az üzemet egyidejűleg 650 nm hullámhosszú fény is megvilágítja. Más szóval, ha a klorofill által elnyelt fényt de klorofill által elnyelt fénnyel kiegészítve b, akkor a fotoszintézis kvantumhozama eléri a normál értéket.

A fotoszintézis intenzitásának növekedését egy növény egyidejű megvilágítása során két különböző hullámhosszú monokromatikus fénysugárral, összehasonlítva a fotoszintézis intenzitásával, amelyet ugyanazon nyalábokkal külön megvilágítás mellett észlelünk, ún. Emerson-effektus. Kísérletek a távoli vörös fény és a fény különböző kombinációival rövid hosszúságú A zöld, vörös, kék-zöld és barna algák feletti hullámok azt mutatták, hogy a fotoszintézis legnagyobb növekedése akkor figyelhető meg, ha a második, rövidebb hullámhosszú sugarat a segédpigmentek elnyelik.

A zöld növényekben ilyen segédpigmentek a karotinoidok és a klorofill. b, vörös algákban - karotinoidok és fikoeritrin, kék-zöld algákban - karotinoidok és fikocianin, barna algákban - karotinoidok és fukoxantin.

A fotoszintézis folyamatának további vizsgálata arra a következtetésre vezetett, hogy a segédpigmentek az általuk elnyelt fényenergia 80-100%-át adják át a klorofillnak. de. Így a klorofill de felhalmozza a növényi sejt által elnyelt fényenergiát, majd a fotoszintézis fotokémiai reakcióiban hasznosítja.

Később kiderült, hogy a klorofill deélő sejtben különböző abszorpciós spektrumú és eltérő fotokémiai funkciójú formák formájában van jelen. A klorofill egyik formája de, melynek abszorpciós maximuma 700 nm-es hullámhossznak felel meg, a pigmentrendszerhez tartozik, az ún. fotórendszer I, a klorofill második formája de 680 nm abszorpciós maximummal, a II. fotorendszerhez tartozik.

Így a növényekben felfedeztek egy fotoaktív pigmentrendszert, amely különösen erősen nyeli el a fényt a spektrum vörös tartományában. Még gyenge fényviszonyok között is működni kezd. Ezen kívül van még egy ismert szabályozási rendszer, amely szelektíven felszívja és fotoszintézisre hasznosítja kék szín. Ez a rendszer kellően erős fényben működik.

Azt is megállapították, hogy egyes növények fotoszintetikus apparátusa nagyrészt vörös fényt használ a fotoszintézishez, míg mások kék fényt.

A vízi növények fotoszintézisének intenzitásának meghatározásához használhatja az oxigénbuborékok számlálásának módszerét. A fényben a levelekben zajlik a fotoszintézis folyamata, melynek terméke az oxigén, amely a sejtközi terekben halmozódik fel. A szár levágása során a felesleges gáz a vágott felületről folyamatos buborékok formájában kezd kiszabadulni, amelyek képződésének sebessége a fotoszintézis intenzitásától függ. Ez a módszer nem túl pontos, de egyszerű, és vizuálisan mutatja be a fotoszintézis folyamatának külső körülményektől való függőségét.

Tapasztalat 1. A fotoszintézis termelékenységének függése a fény intenzitásától

Anyagok és felszerelések: elodea; NaHCO 3, (NH 4) 2 CO 3 vagy ásványvíz vizes oldatai; letelepedett csapvíz; üvegrúd; szálak; olló; 200 W-os elektromos lámpa; óra; hőmérő.

1. A kísérlethez az elodea egészséges, körülbelül 8 cm hosszú, intenzív zöld színű, ép hegyű hajtásait választottuk ki. Víz alatt levágták, cérnával üvegrúdhoz kötözték, és fejjel lefelé egy pohár vízbe eresztették szobahőmérsékleten (a víz hőmérsékletének állandónak kell maradnia).

2. A kísérlethez leülepedett, CO 2 -vel dúsított csapvizet vettünk NaHCO 3 vagy (NH 4) 2 CO 3 hozzáadásával, ill. ásványvíz, és erős fénynek tett ki egy poharat egy vízi növénnyel. Megfigyeltük a légbuborékok megjelenését a növény vágásából.

3. Amikor a buborékáramlás egyenletessé vált, megszámoltuk az 1 perc alatt felszabaduló buborékok számát. A számlálást 3 alkalommal, 1 perces szünettel végeztük, az adatokat táblázatba rögzítettük, és az átlageredményt meghatároztuk.

4. A növényt tartalmazó üveget 50-60 cm-rel eltávolítottuk a fényforrástól, és megismételtük a (3) bekezdésben leírt lépéseket.

5. A kísérletek eredményeit összehasonlítottuk, és következtetést vontunk le a fotoszintézis eltérő intenzitására erős és gyenge fényben.

A kísérletek eredményeit az 1. táblázat tartalmazza.

Kimenet: az alkalmazott fényintenzitásoknál a fotoszintézis intenzitása a fényintenzitás növekedésével növekszik, azaz. minél több fény, annál jobban megy a fotoszintézis.

1. táblázat: A fotoszintézis függése a fény intenzitásától

2. tapasztalat. A fotoszintézis produktivitásának függése a fény spektrális összetételétől

Anyagok és felszerelések: elodea; fényszűrő készlet (kék, narancssárga, zöld); hét magas, széles szájú üveg; leülepedett csapvíz; olló; 200 W-os elektromos lámpa; óra; hőmérő; kémcsövek.

1. A kémcsövet a térfogat 2/3-áig megtöltöttük leülepedett csapvízzel, és belehelyeztük. vízi növény felülről lefelé. A szárat víz alatt vágták le.

2. Egy magas, széles szájú edénybe kék fényszűrőt (kör alakú) helyeztünk, a szűrő alá egy növényt tartalmazó kémcsövet helyeztünk, és az edényt erős fénynek tesszük ki úgy, hogy az a fényszűrőn áthaladva a növényre essen. . Légbuborékok megjelenését figyeltük meg a növény szárának vágásából.

3. Amikor a buborékáramlás egyenletessé vált, megszámoltuk az 1 perc alatt felszabaduló buborékok számát. A számítást 3 alkalommal végeztük el 1 perces szünettel, meghatároztuk az átlageredményt, az adatokat bevittük a táblázatba.

4. A kék fényszűrőt pirosra cseréltük, és a 3. pontban leírt lépéseket megismételtük, ügyelve arra, hogy a fényforrástól való távolság és a víz hőmérséklete állandó maradjon.

5. A kísérletek eredményeit összehasonlítottuk, és következtetést vontunk le a fotoszintézis intenzitásának a fény spektrális összetételétől való függésére.

A kísérlet eredményeit a 2. táblázat tartalmazza.

Kimenet: a fotoszintézis folyamata narancssárga fényben nagyon intenzív, kékben lelassul, zöldben pedig gyakorlatilag nem megy.

2. táblázat: A fotoszintézis produktivitásának függése a fény spektrális összetételétől

tapasztalati szám	fényszűrő	Első dimenzió	Második dimenzió	harmadik dimenzió	Átlagos
	narancssárga

3. tapasztalat. A fotoszintézis intenzitásának hőmérsékletfüggősége

Anyagok és felszerelések: elodea; három magas, széles szájú üveg; leülepedett csapvíz; olló; kémcsövek; 200 W-os elektromos lámpa; óra; hőmérő.

1. Egy 2/3-os kémcsövet töltött leülepedett csapvízzel, és egy vízinövényt helyeztünk bele tetejével lefelé. A szárat víz alatt vágták le.

2. Különböző hőmérsékletű (14°C-tól 45°C-ig) leülepedett csapvizet három széles szájú tégelybe öntöttünk, egy kémcsövet egy növénnyel egy közepes hőmérsékletű (például 25°C-os) vízbe helyeztünk, majd a készüléket erős fény érte. Légbuborékok megjelenését figyeltük meg a növény szárának vágásából.

3. 5 perc elteltével megszámoltuk az 1 perc alatt felszabaduló buborékok számát. A számítást 3 alkalommal végeztük el 1 perces szünettel, meghatároztuk az átlageredményt, az adatokat bevittük a táblázatba.

4. A növényt tartalmazó kémcsövet egy eltérő hőmérsékletű vízzel töltött edénybe helyeztük, és a 3. pontban leírt lépéseket megismételtük, ügyelve arra, hogy a fényforrástól való távolság és a víz hőmérséklete állandó maradjon.

5. A kísérletek eredményeit összehasonlítottuk és írásos következtetést vontunk le a hőmérséklet hatásáról a fotoszintézis intenzitására.

A kísérlet eredményeit a 3. táblázat tartalmazza.

Kimenet: a vizsgált hőmérséklet-tartományban a fotoszintézis intenzitása a hőmérséklettől függ: minél magasabb, annál jobban megy végbe a fotoszintézis.

3. táblázat A fotoszintézis hőmérsékletfüggése

Vizsgálatunk eredményeként a következő következtetéseket vontuk le.

1. A fotoaktív pigmentrendszer különösen erősen nyeli el a fényt a spektrum vörös tartományában. A kék sugarakat a klorofill meglehetősen jól elnyeli, a zöld pedig nagyon kevés, ami megmagyarázza a növények zöld színét.

2. Az elodea ágával végzett kísérletünk meggyőzően bizonyítja, hogy vörös fénnyel megvilágítva a fotoszintézis maximális intenzitása figyelhető meg.

3. A fotoszintézis sebessége a hőmérséklettől függ.

4. A fotoszintézis a fény intenzitásától függ. Minél több a fény, annál jobban megy a fotoszintézis.

Az ilyen munka eredményei gyakorlati jelentőséggel bírhatnak. A mesterséges megvilágítású üvegházakban a fény spektrális összetételének kiválasztásával növelheti a hozamot. A leningrádi Agrofizikai Intézetben az 1980-as évek végén. a B.S. laboratóriumában. Moshkov speciális világítási módok használatával évente 6 paradicsomtermést (180 kg / m 2) nyert.

A növények minden színű fénysugarakat igényelnek. Hogy hogyan, mikor, milyen sorrendben és arányban kell sugárzó energiával ellátni, az egész tudomány. A fénykultúra kilátásai nagyon nagyok: laboratóriumi kísérletekből ipari, egész éves zöldség-, zöld-, dísz- és gyógynövénytermesztéssé válhat.

IRODALOM

1. Genkel P.A. Növényfiziológia: Proc. évfolyam fakultatív tanfolyami pótléka. - M: Nevelés, 1985. - 175 p., ill.
2. Kretovich V.L. Növények biokémiája: Tankönyv a biol. egyetemek karai. – M.: Gimnázium, 1980. - 445 p., ill.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Modern botanika: 2 kötetben: Per. angolról. - M.: Mir, 1990. - 344 p., ill.
4. Salamatova T.S. A növényi sejt fiziológiája: Oktatóanyag. - L .: Leningrádi Egyetem Kiadója, 1983. - 232 p.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biológia: 3 kötetben: Per. angolból / Szerk. R. Sopera - M .: Mir, 2006. - 454 p., ill.
6. http://sc.nios.ru (rajzok és diagramok)

A fotoszintézis folyamatát egyidejűleg befolyásoló összes tényező közül korlátozó az lesz, amelyik közelebb van a minimális szinthez. Telepítette Blackman 1905-ben. Különböző tényezők korlátozhatják, de ezek közül az egyik a fő.

1. Gyenge fényben a fotoszintézis sebessége egyenesen arányos a fény intenzitásával. Fény a korlátozó tényező gyenge fényviszonyok között. Nagy fényintenzitás esetén a klorofill elszíneződik és a fotoszintézis lelassul. Ilyen körülmények között a természetben a növények általában védettek (vastag kutikula, serdülő levelek, pikkelyek).

1. A fotoszintézis sötét reakciói megkövetelik szén-dioxid, amely a szerves anyagokban szerepel, korlátozó tényező a területen. A CO 2 koncentrációja a légkörben 0,03-0,04% között változik, de ha növeli, növelheti a fotoszintézis sebességét. Egyes üvegházi növényeket ma megnövelt CO 2 tartalommal termesztenek.
2. hőmérsékleti tényező. A fotoszintézis sötét és néhány világos reakcióját enzimek szabályozzák, és hatásuk a hőmérséklettől függ. A mérsékelt égövi növények számára az optimális hőmérséklet 25 °C. Minden 10 °C-os hőmérséklet-emelkedésnél (35 °C-ig) a reakciósebesség megduplázódik, de számos egyéb tényező hatására a növények jobban fejlődnek 25 °C-on.
3. Víz- a fotoszintézis forrásanyaga. A vízhiány számos sejtfolyamatot befolyásol. De még az átmeneti hervadás is komoly termésveszteséghez vezet. Okok: hervadáskor a növények sztómái bezáródnak, és ez akadályozza a CO 2 szabad hozzáférését a fotoszintézishez; vízhiány esetén egyes növények leveleiben felhalmozódik abszcizinsav. Ez egy növényi hormon – növekedésgátló. Laboratóriumi körülmények között a növekedési folyamat gátlásának vizsgálatára használják.
4. Klorofil koncentráció. A klorofill mennyisége csökkenhet lisztharmat, rozsda, vírusos betegségek, ásványianyag-hiány és életkor (normál öregedés mellett). Amikor a levelek megsárgulnak, klorotikus jelenségek vagy klorózis. Ennek oka az ásványi anyagok hiánya lehet. A klorofill szintéziséhez Fe, Mg, N és K szükséges.
5. Oxigén. A magas oxigénkoncentráció a légkörben (21%) gátolja a fotoszintézist. Az oxigén a szén-dioxiddal verseng a CO 2 rögzítésében részt vevő enzim aktív helyéért, ami csökkenti a fotoszintézis sebességét.
6. Specifikus inhibitorok. A legjobb mód egy növény megölése a fotoszintézis elnyomása. Ennek érdekében a tudósok inhibitorokat fejlesztettek ki - gyomirtó szerek- dioxinok. Például: DHMM - diklór-fenil-dimetil-karbamid- gátolja a fotoszintézis fényreakcióit. Sikeresen alkalmazták a fotoszintézis fényreakcióinak tanulmányozására.
7. Környezetszennyezés. Az ipari eredetű gázok, az ózon és a kén-dioxid már kis koncentrációban is súlyosan károsítják számos növény levelét. NAK NEK savanyú gáz a zuzmók nagyon érzékenyek. Ezért van egy módszer zuzmó jelzései– a zuzmó által okozott környezetszennyezés meghatározása. A korom eltömíti a sztómákat és csökkenti a levélhám átlátszóságát, ami csökkenti a fotoszintézis sebességét.

6. Növényi élettényezők, hő, fény, levegő, víz A növények egész életük során folyamatosan kölcsönhatásban vannak velük külső környezet. Az élettényezőkkel szemben támasztott növényi követelményeket a növények öröklődése határozza meg, és ezek nemcsak fajonként, hanem egy-egy kultúrnövény fajtánként is eltérőek. Éppen ezért ezeknek a követelményeknek a mély ismerete lehetővé teszi a vetésterületek szerkezetének, a vetésforgónak, az elhelyezésnek a helyes kialakítását. vetésforgók.
A normál élethez a növényeknek fényre, hőre, vízre, tápanyagokra, köztük szén-dioxidra és levegőre van szükségük.
A növények fő fényforrása a napsugárzás. Bár ez a forrás kívül áll az emberi befolyáson, a napfényenergia fotoszintézisre való felhasználásának mértéke a mezőgazdasági technológia színvonalától függ: vetésmód (északról délre vagy keletről nyugatra irányított sorok), differenciált vetési arányok, talajművelés stb. .
A növények időben történő ritkítása és a gyomok elpusztítása javítja a növények megvilágítását.
Hő a növények életében, a fénnyel együtt a fő tényező a növények életében és szükséges feltétel a talajban zajló biológiai, kémiai és fizikai folyamatokhoz. Minden növény a fejlődés különböző fázisaiban és szakaszaiban bizonyos, de egyenlőtlen hőigényt támaszt, melynek vizsgálata a növényélettan és a tudományos mezőgazdaság egyik feladata. a növények életében a hő befolyásolja a fejlődés ütemét a növekedés minden szakaszában. A mezőgazdaság feladatkörébe tartozik a talaj termikus állapotának és szabályozási módszereinek vizsgálata is.
Víz a növények életében a tápanyagok pedig – a talajból és a légkörből egyaránt érkező szén-dioxid kivételével – a növényi élet talajtényezői. Ezért a vizet és a tápanyagokat a talaj termékenységének elemeinek nevezik.
Levegő a növények életében(légköri és talaj) szükséges oxigénforrásként a növények és a talaj mikroorganizmusainak légzéséhez, valamint szénforrásként, amelyet a növény a fotoszintézis során felvesz. Ezenkívül a növények életében a levegő szükséges a talajban zajló mikrobiológiai folyamatokhoz, amelyek eredményeként a talaj szerves anyagait aerob mikroorganizmusok bomlják le, és nitrogén, foszfor, kálium és más növények oldható ásványi vegyületei képződnek. tápanyagok.

7 . A növények fotoszintetikus termelékenységének mutatói

A termés a fotoszintézis folyamatában jön létre, amikor a zöld növényekben szén-dioxidból, vízből és ásványi anyagokból szerves anyag képződik. A napsugár energiája a növényi biomassza energiájává alakul. Ennek a folyamatnak a hatékonysága és végső soron a terméshozam a növény fotoszintetikus rendszerének működésétől függ. Szántóföldi körülmények között a vetés (cenosis) mint egységnyi területre eső növényhalmaz egy komplex dinamikus önszabályozó fotoszintetikus rendszer. Ez a rendszer számos olyan komponenst tartalmaz, amelyek alrendszernek tekinthetők; dinamikus, mivel idővel folyamatosan változtatja a paramétereit; önszabályozó, mert a különböző hatások ellenére a vetés bizonyos módon megváltoztatja paramétereit, fenntartva a homeosztázist.

A növények fotoszintetikus aktivitásának mutatói. A vetés egy optikai rendszer, amelyben a levelek elnyelik a PAR-t. A növényfejlődés kezdeti szakaszában az asszimilációs felület kicsi, és a PAR jelentős része elhalad a levelek mellett, és nem veszik fel őket. A levelek területének növekedésével a napenergia elnyelése is növekszik. Amikor a levélfelületi index* 4...5, azaz a termésben lévő levelek területe 40...50 ezer m 2 /ha, a PAR felszívódása a termés levelei által eléri a maximális értéket - A látható 75...80%-a, a teljes sugárzás 40%-a. A levélterület további növekedésével a PAR felszívódása nem növekszik. Azokban a kultúrákban, ahol a levélfelület kialakulásának menete optimális, a PAR elnyelése átlagosan a tenyészidőszakban beeső sugárzás 50...60%-a lehet. A növénytakaró által elnyelt PAR a fotoszintézis energiaalapja. Ennek az energiának azonban csak egy része halmozódik fel a termésben. A PAR hasznosítási tényezőt általában a növénytakarón bekövetkező PAR eseményhez viszonyítva határozzák meg. Ha a közép-oroszországi biomassza hozam a PAR vetés 2...3%-át halmozza fel, akkor az összes növényi szerv száraztömege 10...15 t/ha, a lehetséges hozam pedig 4...6 t lesz. gabona 1 ha . Ritka termésben a PAR hasznosulási tényező mindössze 0,5...1,0%.

A növényeket fotoszintetikus rendszernek tekintve a száraz biomassza hozamot a tenyészidőszak, vagy egy bizonyos időszak alatti növekedése az átlagos levélterülettől, a periódus időtartamától és a fotoszintézis nettó termelékenységétől függ erre az időszakra.

Y \u003d FP NPF,

ahol Y a száraz biomassza hozama, t/ha;

FP - fotoszintetikus potenciál, ezer m 2 - nap / ha;

Atomerőmű - fotoszintézis nettó termelékenysége, g/(m2 - nap).

A fotoszintetikus potenciált a képlet alapján számítjuk ki

ahol Sc az időszak átlagos levélfelülete, ezer m 2 /ha;

T az időszak időtartama, nap.

A cenózis fő mutatóit, valamint a hozamot területegységenként határozzák meg - 1 m 2 vagy 1 ha. Tehát a levélfelületet ezer m 2 / ha-ban mérik. Ezenkívül olyan mutatót használnak, mint a levélfelületi index. Az asszimilációs felület nagy részét levelek teszik ki, ezekben megy végbe a fotoszintézis. A fotoszintézis a növények más zöld részeiben is megtörténhet – szárban, aknában, zöld termésben stb., de ezeknek a szerveknek a hozzájárulása a teljes fotoszintézishez általában csekély. Szokás összehasonlítani a terményeket egymással, valamint egy kultúrnövény különböző dinamikai állapotait a levélterület tekintetében, azonosítva azt az "asszimilációs felület" fogalmával. A termésben a levelek területének dinamikája bizonyos szabályosságot követ. Csírázás után a levél területe lassan növekszik, majd a növekedés üteme nő. Mire az oldalhajtások kialakulása leáll és a növények magasra nőnek, a levélfelület a tenyészidőszakban eléri maximális értékét, majd az alsó levelek sárgulása, elhalása miatt fokozatosan csökkenni kezd. A vegetációs időszak végére számos növény (gabonafélék, hüvelyesek) terméséből hiányoznak a zöld levelek a növényekről. A különféle mezőgazdasági növények levélterülete a tenyészidőszak során a vízellátás, a táplálkozás és a mezőgazdasági gyakorlatok körülményeitől függően jelentősen változhat. Maximális terület A levelek száraz körülmények között csak 5 ... 10 ezer m 2 / ha-t érnek el, túlzott nedvesség és nitrogén táplálék esetén pedig meghaladhatja a 70 ezer m 2 / ha-t. Úgy tartják, hogy 4...5 levélfelületi index mellett a vetés, mint optikai fotoszintetizáló rendszer működik optimális üzemmód, felszívódó a legnagyobb számban PAR. Kisebb levélfelület esetén a PAR egy részét nem veszik fel a levelek. Ha a levélfelület nagyobb, mint 50000 m2/ha, akkor a felső levelek árnyékolják az alsókat, és a fotoszintézisben való részarányuk meredeken csökken. Ráadásul a felső levelek „táplálják” az alsókat, ami nem kedvez a termések, magvak, gumók stb. képződésének. A levélterület dinamikája azt mutatja, hogy különböző szakaszaiban a tenyészidőszakban a vetés, mint fotoszintetikus rendszer eltérően működik (3. ábra). A vegetáció első 20...30 napjában, amikor az átlagos levélfelület 3...7 ezer m 2 /ha, a PAR nagy részét nem veszik fel a levelek, ezért a PAR hasznosulási tényezője nem lehet magas. Ezenkívül a levelek területe gyorsan növekedni kezd, elérve a maximumot. Ez általában a kékfűféléknél a szem tejszerű állapotának fázisában, a kalászos hüvelyeseknél a magok teljes feltöltődésének fázisában fordul elő a középső rétegben, évelő fűszernövények a virágzás fázisában. Ezután a levélfelület gyorsan csökkenni kezd. Ebben az időben az anyagok újraelosztása és kiáramlása a vegetatív szervekből a generatív szervekbe érvényesül. Ezen időszakok időtartamát és arányát számos tényező befolyásolja, beleértve az agrotechnikai tényezőket is. Segítségükkel szabályozható a levelek területének növelésének folyamata és az időszakok időtartama. Száraz körülmények között a növények sűrűségét, és így a levelek területét is szándékosan csökkentik, mivel nagy levélfelület esetén fokozódik a párologtatás, a növények jobban szenvednek a nedvességhiánytól, és csökken a hozam.

Kutatás

Téma: Különféle tényezők hatása a fotoszintézis sebességére

Munkavezető:Logvin Andrej Nikolajevics, biológia tanár

falu Selokhovskaya

2009

Bevezetés – 3. oldal

1. fejezet Fotoszintézis – 4. oldal

2. fejezet Abiotikus tényezők - fény és hőmérséklet. Szerepük a növények életében – 5. oldal

2.1. Fény – 5. oldal

2.2. Hőmérséklet – 6. oldal

2.3. A levegő gázösszetétele – 7. oldal

3. fejezet Különböző tényezők hatása a fotoszintézis sebességére - 983.1. Keményítővizsgálati módszer – 9. oldal

3.2. A fotoszintézis függése a fényintenzitástól – 10. oldal

3.3. A fotoszintézis intenzitásának hőmérséklettől való függése - 11. oldal

3.4. A fotoszintézis intenzitásának függése a légkör szén-dioxid koncentrációjától - 12. oldal

Következtetés – 12. oldal

Információforrások - 13. oldal

Csinál

A földi élet a naptól függ. A napsugarak energiájának felvevője és gyűjtője a Földön a növények zöld levelei, mint a fotoszintézis speciális szervei. A fotoszintézis egy egyedülálló folyamat a szervetlen anyagokból szerves anyagok előállítására. Bolygónkon ez az egyetlen olyan folyamat, amely a napfény energiájának a szerves anyagokban található kémiai kötések energiájává történő átalakulásához kapcsolódik. Ily módon az űrből kapott napfény energiája, amelyet a zöld növények szénhidrátokban, zsírokban és fehérjékben raktároznak el, az egész élővilág - a baktériumoktól az emberig - élettevékenységét biztosítja.

Egy kiváló orosz tudós a XIX. század végén - a XX. század elején. Kliment Arkagyevics Timirjazev (1843-1920) kozmikusnak nevezte a zöld növények szerepét a Földön.

K.A. Timirjazev ezt írta: „Minden szerves anyag, bármilyen változatos is legyen, bárhol is található, akár növényben, állatban vagy személyben, áthaladva a levélen, a levél által termelt anyagokból származik. A levélen, vagy inkább a klorofillszemcsén kívül a természetben nincs olyan laboratórium, ahol szerves anyagokat izolálnának. Minden más szervben, szervezetben átalakul, átalakul, csak itt ismét szervetlen anyagból képződik.

A választott téma aktualitása annak köszönhető, hogy mindannyian függünk a fotoszintetikus növényektől, és tudni kell, hogyan lehet a fotoszintézis intenzitását növelni.

A vizsgálat tárgya- szobanövények

Tanulmányi tárgy– különböző tényezők hatása a fotoszintézis sebességére.

Célok:

1. A növényi fotoszintézissel és az abiotikus környezeti tényezőkkel kapcsolatos ismeretek rendszerezése, elmélyítése, megszilárdítása.

2. A fotoszintézis sebességének a megvilágítás intenzitásától, a hőmérséklettől és a légkör szén-dioxid koncentrációjától való függésének vizsgálata.

Feladatok:

1. A növényi fotoszintézis szakirodalmának tanulmányozása, az abiotikus tényezők növényi fotoszintézisre gyakorolt ​​hatásának általánosítása, elmélyítése.
2. Különféle tényezők hatásának vizsgálata a fotoszintézis sebességére.

Kutatási hipotézis:A fotoszintézis sebessége a fényintenzitás, a hőmérséklet és a légkör szén-dioxid-koncentrációjának növekedésével növekszik.

Kutatási módszerek:

1. Szakirodalom tanulmányozása, elemzése
2. Megfigyelés, összehasonlítás, kísérlet.

1. fejezet Fotoszintézis.

A zöld növények és cianobaktériumok sejtjei szerves anyagok képződésének folyamata fény részvételével. Zöld növényekben a sejtek kloroplasztiszában és kromatoforjaiban jelen lévő pigmentek (klorofillok és mások) részvételével fordul elő. Az energiaszegény anyagokból (szén-monoxid és víz) szénhidrát-glükóz képződik és szabad oxigén szabadul fel.

A fotoszintézis redox folyamaton alapul: az elektronok egy donor-redukálószerből (víz, hidrogén stb.) egy akceptorba (szén-monoxid, acetát) kerülnek át. A víz oxidációja során redukált anyag (szénhidrát-glükóz) és oxigén keletkezik. A fotoszintézisnek két fázisa van:

Fény (vagy fényfüggő);

Sötét.

A világos fázisban szabad hidrogénatomok, energia halmozódnak fel (ATP szintetizálódik). sötét fázisfotoszintézis - egymást követő enzimatikus reakciók sorozata, és mindenekelőtt a szén-dioxid megkötésének reakciói (behatol a levélbe a légkörből). Ennek eredményeként szénhidrátok képződnek, először monoszacharidok (hexóz), majd szacharidok és poliszacharidok (keményítő). A glükóz szintézise nagy mennyiségű energia elnyelésével jár (a fényfázisban szintetizált ATP-t használják fel). A felesleges oxigén eltávolítására a szén-dioxidból hidrogént használnak, amely könnyű fázisban képződik, és instabil kombinációban van hidrogénhordozóval (NADP). Az oxigéntöbblet abból adódik, hogy a szén-dioxidban az oxigénatomok száma kétszer akkora, mint a szénatomok száma, a glükózban pedig a szén- és az oxigénatomok száma egyenlő.

A fotoszintézis az egyetlen folyamat a bioszférában, amely a bioszféra energiájának növekedéséhez vezet egy külső forrás – a Nap – hatására, és biztosítja mind a növények, mind az összes heterotróf organizmus létezését.

A napenergia kevesebb, mint 1-2%-a megy el a növényekre.

Veszteségek: nem teljes fényelnyelés; korlátozza a folyamatot biokémiai és fiziológiai szinten.

A fotoszintézis hatékonyságának növelésének módjai:

Növények vízzel való ellátása;

Ásványi anyagok és szén-dioxid biztosítása;

A fotoszintézis számára kedvező termésszerkezet kialakítása;

Magas fotoszintézis hatékonyságú fajták kiválasztása.

2. fejezet Abiotikus tényezők - fény és hőmérséklet.

Szerepük a növények életében.

Abiotikus tényezőkaz élettelen természet összes, a testre ható elemét ún. Közülük a legfontosabbak a fény, a hőmérséklet, a páratartalom, a levegő, az ásványi sók stb. Gyakran egyesítik a tényezők csoportjait: éghajlati, talajtani, felszínrajzi, geológiai stb.

A természetben nehéz elkülöníteni az egyik abiotikus tényező hatását a másiktól, az organizmusok mindig együttes hatásukat tapasztalják. A tanulmányozás megkönnyítése érdekében azonban az abiotikus tényezőket általában külön-külön veszik figyelembe.

2.1. Fény

A számos tényező közül a fény, mint napenergia hordozója az egyik fő tényező. Enélkül a zöld növények fotoszintetikus tevékenysége lehetetlen. Ugyanakkor a fény közvetlen hatása a protoplazmára végzetes a szervezet számára. Ezért az organizmusok számos morfológiai és viselkedési tulajdonsága a fény hatásának köszönhető.

A Nap hatalmas mennyiségű energiát sugároz ki a világűrbe, és bár a Föld a napsugárzásnak csak egy kétmilliomodik részét teszi ki, bolygónk felfűtéséhez és megvilágításához elegendő. A napsugárzás különböző hosszúságú elektromágneses hullámok, valamint rádióhullámok, amelyek hossza nem haladja meg az 1 cm-t.

A Föld légkörébe behatoló napenergia között vannak látható sugarak (kb. 50%), meleg infravörös sugarak (50%) ill. ultraibolya sugarak(körülbelül 1%). Az ökológusok számára fontosak a fény minőségi jellemzői: a hullámhossz (vagy szín), az intenzitás (effektív energia kalóriában) és az expozíció időtartama (napok hossza).

A látható sugarak (mi napfénynek hívjuk) különböző színű és különböző hullámhosszú sugarakból állnak. A fény nagy jelentőséggel bír az egész szerves világ életében, mivel az állatok és növények tevékenysége kapcsolódik hozzá - a fotoszintézis csak látható fény körülményei között megy végbe.

Az élőlények életében nemcsak a látható sugarak fontosak, hanem a földfelszínt elérő egyéb sugárzási energiafajták is: ultraibolya és infravörös sugárzás, elektromágneses (főleg rádióhullámok), sőt gamma- és röntgensugárzás is. Például a 0,38-0,40 mikron hullámhosszú ultraibolya sugarak nagy fotoszintetikus aktivitással rendelkeznek. Ezek a sugarak, különösen mérsékelt dózisban, serkentik a sejtek növekedését és szaporodását, elősegítik a nagy aktivitású biológiai vegyületek szintézisét, növelik a növények vitamin- és antibiotikum-tartalmát, valamint növelik a növényi sejtek különböző betegségekkel szembeni ellenálló képességét.

A napfény összes sugara között általában megkülönböztetik azokat a sugarakat, amelyek így vagy úgy hatnak a növényi szervezetekre, különösen a fotoszintézis folyamatára, felgyorsítva vagy lelassítva annak lefolyását. Ezeket a sugarakat fiziológiailag aktív sugárzásnak (röviden PAR) nevezzük. A PAR-ok közül a legaktívabbak: narancsvörös (0,65-0,68 mikron), kék-lila (0,40-0,50 mikron) és közeli ultraibolya (0,38-0,40 mikron). A legkevésbé a sárgászöld sugarak (0,50-0,58 mikron), az infravörös sugarak pedig szinte egyáltalán nem nyelődnek el. Csak az 1,05 mikronnál nagyobb hullámhosszú távoli infravörös sugarak vesznek részt a növények hőcseréjében, ezért van valamilyen pozitív hatása, különösen alacsony hőmérsékletű helyeken.

A zöld növényeknek fényre van szükségük a klorofill kialakulásához, a kloroplasztiszok szemcsés szerkezetének kialakulásához; szabályozza a sztóma apparátus munkáját, befolyásolja a gázcserét és a transzspirációt, számos enzimet aktivál, serkenti a fehérjék bioszintézisét, ill. nukleinsavak. A fény befolyásolja a sejtek osztódását, nyújtását, a növekedési folyamatokat és a növények fejlődését, meghatározza a virágzás és a termés időpontját, formáló hatású. De a fénynek a legnagyobb jelentősége van a növények levegőtáplálkozásában, a napenergia felhasználásában a fotoszintézis folyamatában.

2.2. Hőfok

A termikus rezsim az egyik lényeges feltételekélőlények létezése, hiszen minden élettani folyamat csak bizonyos hőmérsékleten lehetséges. A hőnek a földfelszínre érkezését a napsugarak biztosítják, és a nap horizont feletti magasságától és a napsugarak beesési szögétől függően oszlik el a földön. Ezért a termikus rezsim nem azonos a különböző szélességi fokokon és helyen különböző magasságú tengerszint felett.

A hőmérsékleti tényezőt kifejezett szezonális és napi ingadozások jellemzik. A faktornak ez a hatása a Föld számos régiójában fontos jelzésértékkel bír az élőlények tevékenységének időzítésének szabályozásában, biztosítva napi és szezonális életvitelüket.

A hőmérsékleti tényező jellemzésében nagyon fontosak a szélsőséges mutatói, hatásuk időtartama és az ismétlődésük gyakorisága is. Az élőhelyek hőmérsékletének olyan változása, amely meghaladja az élőlények tűrési küszöbértékét, tömeges pusztulásával jár.

A hőmérséklet jelentősége az organizmusok élettevékenysége szempontjából abban nyilvánul meg, hogy megváltoztatja a sejtekben zajló fizikai-kémiai folyamatok sebességét. A hőmérséklet befolyásolja az élőlények anatómiai és morfológiai jellemzőit, befolyásolja az élettani folyamatok lefolyását, a növekedést, fejlődést, viselkedést, és sok esetben meghatározza a növények földrajzi elterjedését.

2.3. A levegő gázösszetétele.

A levegő környezetének fizikai tulajdonságai mellett kémiai tulajdonságai is rendkívül fontosak a szárazföldi élőlények léte szempontjából. A légkör felszíni rétegében a levegő gázösszetétele a fő komponensek (nitrogén - 78,1, oxigén - 21,0, argon - 0,9, szén-dioxid - 0,03 térfogatszázalék) tartalmát tekintve meglehetősen homogén a nagy diffúzió miatt. gázkapacitás és állandó keveredés konvekciós és széláramokkal. A helyi forrásokból a légkörbe kerülő gáznemű, cseppfolyós és szilárd (por) részecskék különböző szennyeződései azonban jelentős környezeti jelentőséggel bírhatnak.

A magas oxigéntartalom hozzájárult a szárazföldi élőlények anyagcseréjének növekedéséhez az elsődleges vízi élőlényekhez képest. Az oxigén a levegőben lévő folyamatosan magas tartalma miatt nem korlátozza az életet a földi környezetben. Csak helyenként, meghatározott körülmények között keletkezik átmeneti hiány, például a bomló növényi maradványok felhalmozódásában, gabona-, liszt-, stb. készletekben.

A szén-dioxid-tartalom a levegő felszíni rétegének bizonyos területein meglehetősen jelentős határok között változhat. Például, ha nem fúj a szél a központban nagy városok koncentrációja tízszeresére nő. A felszíni rétegek szén-dioxid-tartalmának napi változása szabályos, a növények fotoszintézisének ritmusával összefüggésben, és szezonális, az élő szervezetek, elsősorban a talajok mikroszkopikus populációinak légzési intenzitásának változása miatt. A levegő szén-dioxiddal való megnövekedett telítettsége a vulkáni tevékenység zónáiban, a termálforrások és a gáz egyéb földalatti kivezetései közelében fordul elő. Magas koncentrációban a szén-dioxid mérgező. A természetben az ilyen koncentrációk ritkák.

A természetben a szén-dioxid fő forrása az úgynevezett talajlégzés. A szén-dioxid a talajból a légkörbe diffundál, különösen esőben erőteljesen.

BAN BEN modern körülmények között további mennyiségű CO hatékony forrása 2 emberi tevékenység a fosszilis tüzelőanyagok légkörbe égetésére.

Az alacsony szén-dioxid-tartalom gátolja a fotoszintézis folyamatát. Beltéri körülmények között a fotoszintézis sebessége növelhető a szén-dioxid koncentrációjának növelésével; ezt használják az üvegházak és üvegházak gyakorlatában. A túlzott mennyiségű CO azonban 2 növények mérgezéséhez vezethet.

A levegő nitrogénje a szárazföldi környezet legtöbb lakója számára inert gáz, de számos mikroorganizmus (gócbaktérium, Azotobacter, clostridia, kék-zöld alga stb.) képes megkötni és bevonni a biológiai körforgásba.

A levegőbe kerülő helyi szennyeződések is jelentősen befolyásolhatják az élő szervezeteket. Ez különösen igaz a mérgező gáznemű anyagokra - metán, kén-oxid (IV), szén-monoxid (II), nitrogén-oxid (IV), hidrogén-szulfid, klórvegyületek, valamint a levegőt szennyező por-, korom- stb. részecskék. ipari területeken. A légkör kémiai és fizikai szennyezésének fő modern forrása az antropogén: a különféle emberek munkája ipari vállalkozásokés szállítás, talajerózió stb. Kén-oxid (S0 2 ), például még a levegő térfogatának ötvenezredik és milliomod része közötti koncentrációban is mérgező a növényekre. Azok az ipari központok környékén, amelyek ezzel a gázzal szennyezik a légkört, szinte az összes növényzet elpusztul. Egyes növényfajok különösen érzékenyek az S0-ra 2 és érzékeny indikátorként szolgál a levegőben való felhalmozódására vonatkozóan. Például a zuzmók akkor is elpusztulnak, ha a környező atmoszférában a kén-oxid (IV) nyomokban van jelen. Jelenlétük a nagyvárosok körüli erdőkben a levegő nagy tisztaságáról tanúskodik. A tereprendezéshez szükséges fajok kiválasztásakor figyelembe veszik a növények levegőben lévő szennyeződésekkel szembeni ellenállását települések. Érzékeny a füstre, pl. lucfenyőés fenyő, juhar, hárs, nyír. A legellenállóbbak a tuja, a kanadai nyár, az amerikai ragasztók, a bodza és néhány más.

3. fejezet Különböző tényezők hatása a fotoszintézis sebességére.

A fotoszintézis sebessége a fény intenzitásától és a hőmérséklettől egyaránt függ. A fotoszintézis korlátozó tényezője lehet a szén-dioxid, víz, ásványi tápelemek koncentrációja is, amelyek részt vesznek a fotoszintetikus berendezés felépítésében és a szerves anyagok fotoszintézisének kiinduló komponensei.

A fotoszintézis intenzitásának meghatározásakor két módszercsoportot alkalmaznak: 1) gasometrikus - az elnyelt szén-dioxid vagy a felszabaduló oxigén mennyiségének regisztrálása; 2) a fotoszintézis során képződött szerves anyag mennyiségének elszámolásának módszerei.

A "keményítőteszt" egyszerű és vizuális módszere. A módszer a fotoszintézis során felhalmozódott keményítő mennyiségének kimutatásán és értékelésén alapul, jód kálium-jodidos oldatával.

3.1. A "keményítőteszt" módszere

Cél . Ismerkedjen meg a „keményítőteszt” módszerével.

Tapasztalati módszertan.

Bőségesen öntözze meg a növényt, tegye meleg, sötét helyre (szekrénybe vagy fiókba), vagy sötétítse be az egyes leveleket vastag fekete papírzacskóval. Sötétben a levelek fokozatosan elveszítik a keményítőt, amely cukrokká hidrolizálódik, és légzésre, növekedésre hasznosul, és más szervekbe távozik.

3-4 nap múlva. ellenőrizze a levelek keményítőmentességét. Ehhez vágjon ki darabokat egy sötét lapból, helyezze egy kémcsőbe vízzel (2-3 ml), és forralja 3 percig, hogy elpusztítsa a sejteket és növelje a citoplazma permeabilitását. Ezután engedje le a vizet, és forralja fel többször etil-alkoholban (2-3 ml egyenként), 1-2 percenként cserélve az oldatot, amíg a levélszövet egy darabja el nem színeződik (vízfürdőben kell forralni, mert az alkohol fellobbanhat alkohollámpa használatakor!). Engedje le az alkohol utolsó részét, adjon hozzá egy kis vizet, hogy a levélszövetek megpuhuljanak (alkoholban törékennyé válnak), helyezzen egy darab papírzsebkendőt egy Petri-csészébe, és kezelje jódoldattal. A teljes keményítés-festésnél nincs kék színezés, és ilyen levelekkel is lehet kísérletet készíteni. Ha csak kevés keményítő van, akkor a levelet nem szabad kezelni, mert ez megnehezíti a keményítőképződés megfigyelését. A keményítőmentesítést további 1-2 nappal meg kell hosszabbítani.

A keményítőmentes leveleket le kell vágni a növényről, a vágást víz alatt meg kell újítani, és a levélnyélt vízzel kémcsőbe kell engedni. Jobb vágott levelekkel dolgozni, mivel az újonnan képződött keményítő ebben az esetben nem áramlik más szervekbe.

A leveleket különféle körülmények között helyezik el, a munka céljainak megfelelően. A keményítő felhalmozódása érdekében a leveleket legalább 30-40 cm távolságra kell tartani a 100-200 W-os lámpától, és ventilátorral kerülni kell a túlmelegedést. 1-1,5 óra elteltével vágjon ki három azonos alakú (kör, négyzet) szövetdarabot mindegyik opció leveleiből, dolgozza el ugyanúgy, mint a keményítés teljességének ellenőrzésekor. A kísérlet körülményeitől függően különböző mennyiségű keményítő halmozódik fel a levelekben, amit kékességének mértéke határoz meg. Mivel a keményítő felhalmozódása a levél egyes részein változhat, legalább három darabot veszünk ki belőle a tartalom elemzéséhez. Az eredmények értékeléséhez három ismétlés átlagértékeit használjuk.

A kék levél foka pontokban becsülhető:

sötétkék - 3;

közepes kék - 2;

halvány kék - 1;

nincs szín - 0.

3.2. A fotoszintézis függése a fény intenzitásától.

Cél . Határozza meg a fotoszintézis függését a megvilágítás intenzitásától!

Tapasztalati módszertan.

A kísérlethez előkészített pelargonium levelek helye: egy teljes sötétségben; a második - szórt nappali fényhez; a harmadik - erős fényre. A megadott idő elteltével határozza meg a keményítő jelenlétét a levelekben.

Vonjon le következtetést a fényintenzitás hatásáról a fotoszintézis sebességére.

Munkafolyamat.

Bőségesen öntözött muskátli, tedd meleg, sötét helyre (szekrénybe).

3 nap elteltével ellenőriztük a levelek keményítőmentességét. Ehhez vágjon ki darabokat egy sötét lapból, helyezze egy kémcsőbe vízzel (2-3 ml), és forralja 3 percig, hogy elpusztítsa a sejteket és növelje a citoplazma permeabilitását. Ezután a vizet lecsöpögtetjük, és vízfürdőben etil-alkoholban (2-3 ml) többször forraljuk, 1-2 percenként cserélve az oldatot, amíg a levélszövet egy darabja el nem színeződött. Kiöntötték az utolsó adag alkoholt, hozzáadtak egy kis vizet, hogy a levélszövetek meglágyuljanak (szeszben törékennyé válnak), egy darab papírzsebkendőt egy Petri-csészébe helyeztek, és jódoldattal kezelték.

Teljes keményítőmentesítést figyelünk meg - nincs kék elszíneződés.

A növényről levágtuk a keményítőmentes leveleket, a vágást víz alatt megújítottuk, majd a levélnyélt vízzel kémcsőbe engedtük. A kísérlethez előkészített muskátli leveleket helyeztük el: egyet teljes sötétségbe; a második - szórt nappali fényhez; a harmadik - erős fényre.

1 óra elteltével mindegyik változat leveleiből három azonos alakú szövetdarabot vágtunk ki, amelyeket ugyanúgy dolgoztunk fel, mint a keményítőeltávolítás teljességének ellenőrzésekor.

Eredmény.

A levelek kékségének mértéke sötétben 0 pont, szórt fényben - 1 pont, erős fényben - 3 pont.

Kimenet. A fényintenzitás növekedésével a fotoszintézis sebessége nőtt.

3.3. A fotoszintézis intenzitásának függése a hőmérséklettől.

Cél . Határozza meg a fotoszintézis hőmérséklettől való függését!

Tapasztalati módszertan.

Helyezze az előkészített pelargonium leveleket egyenlő távolságra egy erős fényforrástól: az egyiket hidegbe (az ablakkeretek közé), a másikat - szobahőmérséklet. A megadott idő elteltével határozza meg a keményítő jelenlétét.

Vonjunk le következtetést a hőmérséklet hatásáról a fotoszintézis sebességére.

Munkafolyamat.

A keményítőtől mentes leveleket a lámpától egyenlő távolságra helyeztük el: az egyik hidegben (az ablakkeretek között), a másik szobahőmérsékleten. 1 óra elteltével mindegyik változat leveleiből három azonos alakú szövetdarabot vágtunk ki, amelyeket ugyanúgy dolgoztunk fel, mint a keményítőeltávolítás teljességének ellenőrzésekor.

Eredmény.

A levelek kékségének foka hidegben 1 pont, szobahőmérsékleten - 3 pont.

Kimenet. A hőmérséklet emelkedésével a fotoszintézis sebessége nő.

3.4. A fotoszintézis intenzitásának függése a légkör szén-dioxid koncentrációjától.

Cél. Határozza meg a fotoszintézis intenzitásának függését a légkör szén-dioxid koncentrációjától

Tapasztalati módszertan.

A munkára előkészített pelargonium leveleket vízzel edénybe tesszük, és az edényt egy üveglapra üvegkupak alatt. Helyezzen még egy kis csészét 1-2 g szódával, amelybe adjon 3-5 ml 10%-os kénsavat vagy sósavat. Fedje le gyurmával az üveg és a kupak csatlakozását. A másik lapot hagyd az osztályteremben. Ebben az esetben mindkét levél megvilágításának és hőmérsékletének azonosnak kell lennie. A megadott idő elteltével vegye figyelembe a levelekben felhalmozódott keményítőt, vonjon le következtetést a CO2-koncentrációnak a fotoszintézis intenzitására gyakorolt ​​hatásáról.

Munkafolyamat.

A munkára előkészített muskátlileveleket vízzel teli edénybe, az edényt üvegkupak alá üveglapra helyezték. Egy kis csésze 2 g szódával is került oda, amelybe 5 ml 10%-os sósavat adunk. Az üveg és a kupak csatlakozását gyurmával borították be. Egy másik lap maradt az osztályteremben. Ugyanakkor mindkét levél megvilágítása és hőmérséklete azonos.

Eredmény.

A kék levél foka az osztályteremben - 2 pont, a kupak alatt - 3 pont.

Kimenet. A légkör szén-dioxid-koncentrációjának növekedésével a fotoszintézis sebessége nő.

Következtetés

A gyakorlati rész elvégzése után kutatómunka, arra a következtetésre jutottunk, hogy hipotézisünk beigazolódott. Valójában a fotoszintézis intenzitása függ a hőmérséklettől, a megvilágítástól és a légkör szén-dioxid-tartalmától.

Információforrások.

1. Lemeza N.A., Lisov N.D. A sejt az élet alapja. Proc. Haszon. - Minszk: NKF "Ekoperspektiva", 1997.

2. Nikishov A.I. Biológia. Absztrakt tanfolyam. Tanulási útmutató. - M .: TC "Sphere", 1999.

3. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biológia: 6. évfolyam: Tankönyv oktatási intézmények tanulói számára / Szerk. prof. I. N. Ponomareva. – M.: Ventana-graph, 2008.

4. Ponomareva I.N. Ökológia. – M.: Ventana-Graf, 2006.

5. Chernova N.M., Bylova A.M. Ökológia: Tankönyv a biol. szakember. ped. elvtárs. - M.: Felvilágosodás, 1988

Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biológia: 6. évfolyam: Tankönyv oktatási intézmények tanulói számára / Szerk. prof. I. N. Ponomareva. – M.: Ventana-graph, 2008.

Chernova N.M., Bylova A.M. Ökológia: Tankönyv a biol. szakember. ped. elvtárs. - M.: Felvilágosodás, 1988