Intensitas fotosintesis

Dalam fisiologi tumbuhan, dua konsep digunakan: fotosintesis yang benar dan yang diamati. Hal ini dikarenakan pertimbangan sebagai berikut. Laju atau intensitas fotosintesis dicirikan oleh banyaknya CO2 yang diserap oleh satu satuan permukaan daun per satuan waktu. Penentuan intensitas fotosintesis dilakukan dengan metode gasometri dengan mengubah (mengurangi) jumlah CO2 dalam ruang tertutup berdaun. Namun, bersama dengan fotosintesis, proses respirasi terjadi, di mana CO2 dilepaskan. Oleh karena itu, hasil yang diperoleh memberikan gambaran tentang intensitas fotosintesis yang diamati. Untuk mendapatkan nilai fotosintesis yang benar, perlu dilakukan koreksi respirasi. Oleh karena itu, sebelum percobaan, intensitas respirasi ditentukan dalam gelap, dan kemudian intensitas fotosintesis yang diamati. Kemudian jumlah CO2 yang dilepaskan selama respirasi ditambahkan ke jumlah CO2 yang diserap dalam cahaya. Memperkenalkan amandemen ini, pertimbangkan bahwa intensitas respirasi dalam terang dan gelap adalah sama. Tetapi koreksi ini tidak dapat memberikan perkiraan fotosintesis sejati, karena, pertama, ketika daun digelapkan, tidak hanya fotosintesis sejati, tetapi juga fotorespirasi dikecualikan; kedua, apa yang disebut pernapasan gelap sebenarnya bergantung pada cahaya (lihat di bawah).

Oleh karena itu, dalam semua pekerjaan eksperimental pada pertukaran gas fotosintesis daun, preferensi diberikan pada data fotosintesis yang diamati. Metode yang lebih akurat untuk mempelajari intensitas fotosintesis adalah metode atom berlabel (jumlah 14 CO yang diserap diukur).

Dalam hal sulit untuk menghitung ulang jumlah CO2 yang diserap per unit permukaan (jenis pohon jarum, biji, buah, batang), data yang diperoleh dirujuk ke unit massa. Mengingat bahwa koefisien fotosintesis (perbandingan volume oksigen yang dilepaskan dengan volume CO2 yang diserap) sama dengan satu, laju fotosintesis yang diamati dapat diperkirakan dengan jumlah mililiter oksigen yang dilepaskan oleh satu unit luas daun dalam 1 jam.

Untuk mengkarakterisasi fotosintesis, indikator lain juga digunakan: konsumsi kuantum, hasil kuantum fotosintesis, nomor asimilasi.

Konsumsi kuantum adalah rasio jumlah kuanta yang diserap dengan jumlah molekul CO2 yang diasimilasi. Kebalikannya bernama hasil kuantum.

Nomor asimilasi- ini adalah perbandingan antara jumlah CO2 dan jumlah klorofil yang terkandung dalam daun.

Kecepatan (intensitas) fotosintesis adalah salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi produktivitas tanaman pertanian, dan karenanya hasilnya. Oleh karena itu, penjelasan tentang faktor-faktor yang bergantung pada fotosintesis harus mengarah pada peningkatan langkah-langkah agroteknik.

Secara teoritis, laju fotosintesis, seperti laju proses biokimia multitahap, harus dibatasi oleh laju reaksi paling lambat. Jadi, misalnya, reaksi gelap fotosintesis membutuhkan NADPH dan ATP, jadi reaksi gelap bergantung pada reaksi terang. Dalam cahaya rendah, laju pembentukan zat ini terlalu rendah untuk diberikan kecepatan tertinggi reaksi gelap, sehingga cahaya akan menjadi faktor pembatas.

Prinsip faktor pembatas dapat dirumuskan sebagai berikut: dengan pengaruh simultan dari beberapa faktor, kecepatan proses kimia dibatasi oleh faktor yang paling dekat dengan tingkat minimum (perubahan faktor ini secara langsung akan mempengaruhi proses ini).

Prinsip ini pertama kali ditetapkan oleh F. Blackman pada tahun 1915. Sejak itu, telah berulang kali ditunjukkan bahwa berbagai faktor, seperti konsentrasi dan iluminasi CO2, dapat berinteraksi satu sama lain dan membatasi proses, meskipun seringkali salah satunya masih mendominasi. Iluminasi, konsentrasi CO2 dan suhu adalah yang utama faktor eksternal mempengaruhi kecepatan fotosintesis. Namun, rezim air, nutrisi mineral, dll. juga sangat penting.

Lampu. Saat mengevaluasi efek cahaya pada proses tertentu, penting untuk membedakan antara pengaruh intensitas, kualitas (komposisi spektral), dan waktu pemaparan terhadap cahaya.

Dalam cahaya rendah, laju fotosintesis sebanding dengan intensitas cahaya. Secara bertahap, faktor-faktor lain menjadi pembatas, dan peningkatan kecepatan melambat. Pada hari musim panas yang cerah, penerangan sekitar 100.000 lux, dan 10.000 lux cukup untuk menjenuhkan fotosintesis dengan cahaya. Oleh karena itu, cahaya biasanya dapat menjadi faktor pembatas yang penting dalam kondisi naungan. Pada intensitas cahaya yang sangat tinggi, perubahan warna klorofil terkadang dimulai, dan ini memperlambat fotosintesis; namun, di alam, tanaman yang terkena kondisi seperti itu biasanya dilindungi darinya dengan satu atau lain cara (kutikula tebal, daun terkulai, dll.).

Ketergantungan intensitas fotosintesis pada iluminasi digambarkan oleh sebuah kurva, yang disebut kurva cahaya fotosintesis (Gbr. 2.26).

Beras. 2.26. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada iluminasi (kurva cahaya fotosintesis): 1 adalah laju pelepasan CO2 dalam gelap (laju respirasi); 2 – titik kompensasi fotosintesis; 3 – posisi saturasi cahaya

Dalam cahaya redup, lebih banyak CO2 yang dilepaskan selama respirasi daripada yang diikat selama fotosintesis, jadi awal kurva cahaya dengan sumbu absis adalah titik kompensasi fotosintesis, yang menunjukkan bahwa dalam hal ini, fotosintesis menggunakan CO 2 persis sama banyaknya dengan yang dilepaskan selama respirasi. Dengan kata lain, lama kelamaan akan tiba saatnya fotosintesis dan respirasi akan saling seimbang, sehingga pertukaran oksigen dan CO 2 yang terlihat akan terhenti. Titik kompensasi cahaya adalah intensitas cahaya di mana pertukaran gas total adalah nol.

Kurva cahaya tidak sama untuk semua tanaman. Tanaman yang tumbuh di luar ruangan tempat yang cerah, penyerapan CO 2 meningkat hingga intensitas cahaya sama dengan total penyinaran matahari. Pada tanaman yang tumbuh di tempat teduh (misalnya, oxalis), serapan CO 2 hanya meningkat pada intensitas cahaya rendah.

Semua tanaman dalam kaitannya dengan intensitas cahaya dibagi menjadi cahaya dan naungan, atau menyukai cahaya dan toleran terhadap naungan. Sebagian besar tanaman pertanian bersifat fotofil.

Pada tanaman tahan naungan, pertama, saturasi cahaya terjadi pada pencahayaan yang lebih lemah, dan kedua, di dalamnya, titik kompensasi fotosintesis terjadi lebih awal, yaitu pada pencahayaan yang lebih rendah (Gbr. 2.27).

Yang terakhir ini disebabkan oleh fakta bahwa tanaman yang tahan naungan dicirikan oleh intensitas respirasi yang rendah. Dalam kondisi cahaya rendah, intensitas fotosintesis lebih tinggi pada tanaman yang tahan naungan, dan dalam cahaya yang kuat, sebaliknya, pada tanaman fotofil.

Intensitas cahaya juga mempengaruhi komposisi kimia produk akhir fotosintesis. Semakin tinggi iluminasi, semakin banyak karbohidrat yang terbentuk; dalam cahaya rendah - lebih banyak asam organik.

Percobaan dalam kondisi laboratorium telah menunjukkan bahwa kualitas produk fotosintesis juga dipengaruhi oleh transisi tajam "gelap - terang" dan sebaliknya. Pada awalnya, setelah menyalakan lampu dengan intensitas tinggi, produk non-karbohidrat sebagian besar terbentuk karena kurangnya NADPH dan ATP, dan hanya setelah beberapa saat karbohidrat mulai terbentuk. Sebaliknya, setelah lampu dimatikan, daun tidak langsung kehilangan kemampuannya untuk berfotosintesis, karena selama beberapa menit persediaan ATP dan NADP tetap berada di dalam sel.

Setelah mematikan lampu, sintesis karbohidrat pertama kali dihambat, dan baru kemudian zat organik dan asam amino. Alasan utama untuk fenomena ini adalah karena fakta bahwa penghambatan konversi FHA menjadi PHA (dan melaluinya menjadi karbohidrat) terjadi lebih awal daripada penghambatan FHA menjadi PEP (dan melaluinya menjadi alanin, malat, dan aspartat).

Rasio produk pembentuk fotosintesis juga dipengaruhi oleh komposisi spektral cahaya. Di bawah pengaruh cahaya biru pada tanaman, sintesis malat, aspartat, dan asam amino serta protein lainnya meningkat. Respon terhadap cahaya biru ini ditemukan pada tanaman C3 dan tanaman C4.

Komposisi spektral cahaya juga mempengaruhi intensitas fotosintesis (Gbr. 2.28). Beras. 2.28. Spektrum aksi fotosintesis pada daun gandum

Spektrum aksi adalah ketergantungan keefektifan aksi kimia (biologis) cahaya pada panjang gelombangnya. Intensitas fotosintesis di berbagai bagian spektrum tidak sama. Intensitas maksimum diamati ketika tanaman diterangi dengan sinar yang diserap secara maksimal oleh klorofil dan pigmen lainnya. Intensitas fotosintesis tertinggi pada sinar merah, karena tidak sebanding dengan jumlah energi, tetapi dengan jumlah kuanta.

Dari persamaan fotosintesis keseluruhan:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

maka 686 kkal dibutuhkan untuk membentuk 1 mol glukosa; ini berarti bahwa 686:6 = 114 kkal diperlukan untuk mengasimilasi 1 mol CO2. Cadangan energi 1 kuantum cahaya merah (700 nm) adalah 41 kkal/enstein, dan biru (400 nm) 65 kkal/enstein. Konsumsi kuantum minimum saat diterangi dengan lampu merah adalah 114:41 3, sedangkan pada kenyataannya 8–10 kuanta dihabiskan. Jadi, efisiensi penggunaan lampu merah adalah 114/41 8 = 34%, dan biru 114/65 8 = 22%.

konsentrasi CO2. Reaksi gelap membutuhkan karbon dioksida, yang termasuk dalam senyawa organik. Dalam kondisi lapangan normal, CO2 yang merupakan faktor pembatas utama. Konsentrasi CO2 di atmosfer adalah 0,045%, tetapi jika Anda meningkatkannya, Anda dapat meningkatkan laju fotosintesis. Dengan efek jangka pendek, konsentrasi optimal CO 2 adalah 0,5%, namun, dengan efek jangka panjang, kerusakan tanaman mungkin terjadi, oleh karena itu, konsentrasi optimal dalam hal ini lebih rendah - sekitar 0,1%. Saat ini, beberapa tanaman rumah kaca, seperti tomat, telah mulai ditanam di atmosfer yang diperkaya dengan CO 2 .

Sekelompok tanaman yang menyerap CO 2 dari atmosfer jauh lebih efisien dan karena itu menghasilkan hasil yang lebih tinggi, yang disebut tanaman C 4, sangat menarik saat ini.

PADA kondisi buatan ketergantungan fotosintesis pada konsentrasi CO2 dijelaskan dalam kurva karbon dioksida, yang menyerupai kurva cahaya fotosintesis (Gbr. 2.29).

Pada konsentrasi CO2 0,01%, laju fotosintesis sama dengan laju respirasi (titik kompensasi). Saturasi karbon dioksida terjadi pada 0,2-0,3% CO2, dan pada beberapa tanaman bahkan pada konsentrasi ini, sedikit peningkatan fotosintesis diamati.

Beras. 2.29. Ketergantungan intensitas fotosintesis jarum pinus pada konsentrasi CO2 di udara

Dalam kondisi alami, ketergantungan fotosintesis pada konsentrasi CO2 hanya dijelaskan oleh bagian linier dari kurva. Oleh karena itu, penyediaan tanaman dengan CO 2 dalam kondisi alami merupakan faktor yang membatasi hasil. Oleh karena itu, disarankan untuk menanam tanaman di dalam ruangan dengan kandungan CO2 yang tinggi.

Suhu memiliki efek nyata pada proses fotosintesis, karena gelap, dan sebagian reaksi fotosintesis dikendalikan oleh enzim. Suhu optimal untuk tanaman beriklim sedang biasanya sekitar 25 ° C.

Penyerapan dan pemulihan CO2 di semua tanaman meningkat dengan meningkatnya suhu sampai beberapa tingkat optimum tercapai. Di sebagian besar tanaman di zona beriklim sedang, penurunan intensitas fotosintesis dimulai setelah 30 ° C, di beberapa pemandangan selatan setelah 40 o C. Dalam panas tinggi (50-60 o C), ketika inaktivasi enzim dimulai, dan koordinasi berbagai reaksi terganggu, fotosintesis dengan cepat berhenti. Ketika suhu naik, laju respirasi meningkat jauh lebih cepat daripada laju fotosintesis alami. Ini mempengaruhi jumlah fotosintesis yang diamati. Ketergantungan intensitas fotosintesis yang diamati pada suhu digambarkan oleh kurva suhu di mana tiga poin utama dibedakan: minimum, optimal, dan maksimum.

Minimum adalah suhu saat fotosintesis dimulai, optimum adalah suhu di mana fotosintesis paling stabil dan mencapai kecepatan tertinggi, maksimum adalah suhu setelah fotosintesis berhenti (Gbr. 2.30).

Beras. 2.30. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada suhu daun: 1 - kapas; 2 – bunga matahari; 3 - sorgum

pengaruh oksigen. Lebih dari setengah abad yang lalu, sebuah fenomena yang tampaknya paradoks dicatat. Oksigen di udara, yang merupakan produk fotosintesis, juga merupakan penghambatnya: pelepasan oksigen dan penyerapan CO2 turun seiring dengan peningkatan konsentrasi O2 di udara. Fenomena ini dinamai menurut penemunya - efek Warburg. Efek ini melekat pada semua tanaman C3. Dan hanya di daun tanaman C4 tidak bisa dideteksi. Sekarang telah dipastikan bahwa sifat dari efek Warburg dikaitkan dengan sifat-sifat oksigenase dari enzim utama dari siklus Calvin, RDF-karboksilase. Dengan konsentrasi oksigen yang tinggi, fotorespirasi dimulai. Telah ditetapkan bahwa ketika konsentrasi O2 dikurangi menjadi 2-3%, fosfoglikolat tidak terbentuk, dan efek Warburg juga menghilang. Dengan demikian, kedua fenomena ini, manifestasi sifat oksigenase RDF-karboksilase dan pembentukan glikolat, serta penurunan fotosintesis dengan adanya O2, terkait erat satu sama lain.

Kandungan O2 yang sangat rendah atau tidak ada sama sekali, serta peningkatan konsentrasi hingga 25–30%, menghambat fotosintesis. Untuk sebagian besar tanaman, sedikit penurunan konsentrasi alami (21%) O2 mengaktifkan fotosintesis.

Efek hidrasi jaringan. Seperti telah dicatat, air berpartisipasi dalam tahap cahaya fotosintesis sebagai donor hidrogen untuk pengurangan CO2. Namun, peran faktor pembatas fotosintesis tidak dimainkan oleh jumlah minimum air (sekitar 1% dari air yang masuk), tetapi oleh air yang merupakan bagian dari membran sel dan merupakan media untuk semua reaksi biokimia, mengaktifkan enzim fase gelap. Selain itu, tingkat pembukaan stomata tergantung pada jumlah air dalam sel penjaga, dan keadaan turgor seluruh tanaman menentukan lokasi daun dalam kaitannya dengan sinar matahari. Jumlah air secara tidak langsung mempengaruhi perubahan laju pengendapan pati di dalam stroma kloroplas bahkan perubahan struktur dan susunan tilakoid di dalam stroma.

Ketergantungan intensitas fotosintesis pada kadar air jaringan tanaman, serta ketergantungan pada suhu, digambarkan oleh kurva transisi yang memiliki tiga poin utama: minimum, optimal, dan maksimum.

Dengan dehidrasi, tidak hanya intensitas fotosintesis yang berubah, tetapi juga komposisi kualitatif produk fotosintesis: lebih sedikit malat, sukrosa, dan asam organik yang disintesis; lebih - glukosa, fruktosa alanin dan asam amino lainnya.

Selain itu, ditemukan bahwa dengan kekurangan air, ABA, penghambat pertumbuhan, terakumulasi di daun.

Konsentrasi klorofil, sebagai aturan, bukan merupakan faktor pembatas, namun, jumlah klorofil dapat menurun dengan berbagai penyakit (jamur tepung, karat, penyakit virus), kekurangan mineral dan seiring bertambahnya usia (selama penuaan normal). Ketika daun menguning, mereka dikatakan menjadi klorosis, dan fenomena itu sendiri disebut klorosis. Bintik klorosis pada daun seringkali merupakan gejala penyakit atau kekurangan mineral.

Klorosis juga dapat disebabkan oleh kurangnya cahaya, karena cahaya diperlukan untuk tahap akhir biosintesis klorofil.

unsur mineral. Untuk sintesis klorofil, elemen mineral juga dibutuhkan: besi, magnesium dan nitrogen (dua elemen terakhir termasuk dalam strukturnya), oleh karena itu mereka sangat penting untuk fotosintesis. Kalium juga penting.

Untuk fungsi normal dari peralatan fotosintesis, tanaman harus dilengkapi dengan: jumlah yang diperlukan(optimal) unsur mineral. Magnesium, selain menjadi bagian dari klorofil, terlibat dalam aksi protein konjugasi dalam sintesis ATP, mempengaruhi aktivitas reaksi karboksilasi dan pengurangan NADP +.

Besi dalam bentuk tereduksi diperlukan untuk proses biosintesis klorofil dan senyawa kloroplas yang mengandung besi (sitokrom, ferredoxin). Kekurangan zat besi mengganggu fotofosforilasi siklik dan non-siklik, sintesis pigmen, dan perubahan struktur kloroplas.

Mangan dan klorin mengambil bagian dalam fotooksidasi air.

Tembaga adalah bagian dari plastocyanin.

Defisiensi nitrogen tidak hanya mempengaruhi pembentukan sistem pigmen dan struktur kloroplas, tetapi juga jumlah dan aktivitas RDP karboksilase.

Dengan kekurangan fosfor, reaksi fotokimia dan gelap fotosintesis terganggu.

Kalium memainkan peran multifungsi dalam regulasi ion fotosintesis, dengan kekurangan kloroplas, struktur grana hancur, stomata terbuka lemah dalam terang dan tidak cukup dekat dalam gelap, rezim air daun memburuk, yaitu, semua proses fotosintesis terganggu.

Umur tanaman. Hanya setelah penciptaan fitotron, di mana dimungkinkan untuk menumbuhkan tanaman di bawah kondisi yang terkendali, dimungkinkan untuk mendapatkan hasil yang dapat diandalkan. Ditemukan bahwa di semua tanaman hanya di awal lingkaran kehidupan, ketika aparatus fotosintesis terbentuk, intensitas fotosintesis meningkat, mencapai maksimum dengan sangat cepat, kemudian menurun sedikit dan kemudian berubah sangat sedikit. Misalnya, pada serealia, fotosintesis mencapai intensitas maksimumnya selama fase anakan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa aktivitas fotosintesis maksimum daun bertepatan dengan akhir periode pembentukannya. Kemudian penuaan dimulai dan fotosintesis menurun.

Intensitas fotosintesis terutama tergantung pada struktur kloroplas. Seiring bertambahnya usia kloroplas, tilakoid dihancurkan. Buktikan ini dengan menggunakan reaksi Hill. Lebih buruk lagi, semakin tua kloroplas. Dengan demikian, ditunjukkan bahwa intensitas ditentukan bukan oleh jumlah klorofil, tetapi oleh struktur kloroplas.

PADA kondisi optimal kelembaban dan nutrisi nitrogen, penurunan fotosintesis seiring bertambahnya usia terjadi lebih lambat, karena dalam kondisi ini kloroplas menua lebih lambat.

faktor genetik. Proses fotosintesis sampai batas tertentu tergantung pada hereditas organisme tumbuhan. Intensitas fotosintesis berbeda pada tumbuhan dari kelompok sistematis yang berbeda dan bentuk kehidupan. Pada tumbuhan, intensitas fotosintesis lebih tinggi daripada tumbuhan berkayu (Tabel 2.5).

Intensitas fotosintesis tergantung pada sejumlah faktor. Pertama, pada panjang gelombang cahaya. Proses berlangsung paling efektif di bawah aksi gelombang bagian spektrum biru-ungu dan merah. Selain itu, laju fotosintesis dipengaruhi oleh tingkat iluminasi, dan sampai titik tertentu laju proses meningkat sebanding dengan jumlah cahaya, tetapi kemudian nada tidak lagi bergantung padanya.

Faktor lainnya adalah konsentrasi karbon dioksida. Semakin tinggi, semakin intens proses fotosintesis. Dalam kondisi normal, kekurangan karbon dioksida adalah faktor pembatas utama, karena dalam udara atmosfer mengandung persentase kecil. Namun, di bawah kondisi rumah kaca, kekurangan ini dapat dihilangkan, yang akan mempengaruhi laju fotosintesis dan laju pertumbuhan tanaman.

Faktor penting dalam intensitas fotosintesis adalah suhu. Semua reaksi fotosintesis dikatalisis oleh enzim, yang kisaran suhu optimalnya adalah 25-30 ° C. Pada lebih suhu rendah kecepatan kerja enzim berkurang tajam.

Air - faktor penting mempengaruhi fotosintesis. Namun, tidak mungkin untuk mengukur faktor ini, karena air terlibat dalam banyak proses metabolisme lain yang terjadi di sel tumbuhan.

Pentingnya Fotosintesis. Fotosintesis adalah proses mendasar di alam yang hidup. Berkat dia, dari zat anorganik - karbon dioksida dan air - dengan partisipasi energi sinar matahari tanaman hijau mensintesis zat organik yang diperlukan untuk kehidupan semua kehidupan di Bumi. Sintesis utama zat-zat ini memastikan implementasi proses asimilasi dan disimilasi di semua organisme.

Produk fotosintesis - zat organik - digunakan oleh organisme:

• untuk membangun sel;
• sebagai sumber energi untuk proses kehidupan.

Manusia menggunakan zat yang dibuat oleh tumbuhan:

• sebagai makanan (buah-buahan, biji-bijian, dll);
• sebagai sumber energi (batubara, gambut, kayu);
• sebagai bahan bangunan.

Umat ​​manusia berutang keberadaannya untuk fotosintesis. Semua bahan bakar di Bumi adalah produk fotosintesis. Menggunakan bahan bakar fosil, kita mendapatkan energi yang tersimpan sebagai hasil fotosintesis oleh tumbuhan purba yang ada di zaman geologis masa lalu.

Bersamaan dengan sintesis zat organik, produk sampingan fotosintesis, oksigen, dilepaskan ke atmosfer bumi, yang diperlukan untuk respirasi organisme. Tanpa oksigen, kehidupan di planet kita tidak mungkin. Cadangannya terus-menerus dihabiskan untuk produk pembakaran, oksidasi, respirasi yang terjadi di alam. Menurut para ilmuwan, tanpa fotosintesis, seluruh pasokan oksigen akan habis dalam 3.000 tahun. Oleh karena itu, fotosintesis sangat penting bagi kehidupan di Bumi.

Selama berabad-abad, para ahli biologi telah mencoba mengungkap misteri daun hijau. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa tanaman menciptakan nutrisi dari air dan mineral. Keyakinan ini terkait dengan eksperimen peneliti Belanda Anna van Helmont, yang dilakukan pada abad ke-17. Dia menanam pohon willow di bak, mengukur massa tanaman secara akurat (2,3 kg) dan tanah kering (90,8 kg). Selama lima tahun, dia hanya menyirami tanaman, tidak menambahkan apa pun ke tanah. Setelah lima tahun, massa pohon bertambah 74 kg, sedangkan massa tanah hanya berkurang 0,06 kg. Ilmuwan menyimpulkan bahwa tanaman membentuk semua zat dari air. Dengan demikian, satu zat ditetapkan bahwa tanaman menyerap selama fotosintesis.

Upaya pertama untuk menentukan secara ilmiah fungsi daun hijau dilakukan pada tahun 1667 oleh naturalis Italia Marcello Malpighi. Dia memperhatikan bahwa jika daun germinal pertama dicabut dari bibit labu, maka tanaman berhenti berkembang. Mempelajari struktur tanaman, ia membuat asumsi: di bawah pengaruh sinar matahari, beberapa transformasi terjadi pada daun tanaman dan air menguap. Namun, asumsi ini diabaikan pada saat itu.

Setelah 100 tahun, ilmuwan Swiss Charles Bonnet melakukan beberapa eksperimen dengan menempatkan daun tanaman di dalam air dan menyinarinya dengan sinar matahari. Hanya dia yang membuat kesimpulan yang salah, percaya bahwa tanaman tidak berpartisipasi dalam pembentukan gelembung.

Penemuan peran daun hijau milik ahli kimia Inggris Joseph Priestley. Pada tahun 1772, saat mempelajari pentingnya udara untuk membakar zat dan pernapasan, ia membuat eksperimen dan menemukan bahwa tanaman meningkatkan udara dan membuatnya cocok untuk bernapas dan membakar. Setelah serangkaian percobaan, Priestley memperhatikan bahwa tanaman meningkatkan kualitas udara dalam cahaya. Dia adalah orang pertama yang menyarankan peran cahaya dalam kehidupan tumbuhan.

Pada tahun 1800, ilmuwan Swiss Jean Senebier secara ilmiah menjelaskan esensi dari proses ini (pada saat itu Lavoisier telah menemukan oksigen dan mempelajari sifat-sifatnya): daun tanaman menguraikan karbon dioksida dan melepaskan oksigen hanya di bawah pengaruh sinar matahari.

Pada paruh kedua abad ke-19, ekstrak alkohol diperoleh dari daun tanaman hijau. Zat ini disebut klorofil.

Naturalis Jerman Robert Mayer menemukan bahwa tanaman menyerap sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi. ikatan kimia zat organik (jumlah karbon yang disimpan dalam tanaman dalam bentuk zat organik secara langsung tergantung pada jumlah cahaya yang jatuh pada tanaman).

Kliment Arkadyevich Timiryazev, seorang ilmuwan Rusia, mempelajari pengaruh berbagai bagian spektrum sinar matahari terhadap proses fotosintesis. Dia berhasil membuktikan bahwa dalam sinar merah fotosintesis berlangsung paling efisien, dan untuk membuktikan bahwa intensitas proses ini sesuai dengan penyerapan cahaya oleh klorofil.

K.A. Timiryazev menekankan bahwa dengan mengasimilasi karbon, tanaman juga mengasimilasi sinar matahari, mengubah energinya menjadi energi zat organik.

Artikel ini diterbitkan dengan dukungan "Kursus Komputer Sampad". Perusahaan "Kursus Komputer Sampad" menawarkan untuk mendaftar kursus membuat toko online di Novosibirsk. Guru perusahaan yang berpengalaman dalam waktu sesingkat mungkin akan memberikan pelatihan dalam pemrograman PHP, yang memungkinkan Anda membuat situs dengan kompleksitas apa pun. Pelajari lebih lanjut tentang kursus yang ditawarkan, baca ulasan pelanggan, minta telepon balik, dan lamar aplikasi online Anda dapat mendaftar untuk pelatihan di situs web resmi perusahaan Kursus Komputer Sampad, yang terletak di http://pc-nsk.ru/

Daun hijau adalah sumber kehidupan di planet kita. Jika bukan karena tanaman hijau, tidak akan ada hewan atau manusia di Bumi. Dengan satu atau lain cara, tumbuhan berfungsi sebagai sumber makanan bagi seluruh dunia hewan.

Seseorang menggunakan energi tidak hanya dari sinar matahari yang jatuh di bumi sekarang, tetapi juga dari sinar yang jatuh di atasnya puluhan dan ratusan juta tahun yang lalu. Bagaimanapun, batu bara, minyak, dan gambut adalah sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang diubah secara kimiawi yang hidup di masa yang jauh itu.

Dalam beberapa dekade terakhir, perhatian spesialis terkemuka di sejumlah cabang ilmu alam telah terpaku pada masalah fotosintesis, berbagai aspeknya sedang dipelajari secara komprehensif dan mendalam di banyak laboratorium di seluruh dunia. Bunga ditentukan terutama oleh fakta bahwa fotosintesis adalah dasar dari pertukaran energi seluruh biosfer.

Intensitas fotosintesis tergantung pada banyak faktor. Intensitas cahaya , yang diperlukan untuk efisiensi fotosintesis terbesar, berbeda untuk tanaman yang berbeda. Pada tanaman yang tahan naungan, aktivitas fotosintesis maksimum dicapai sekitar setengah dari sinar matahari penuh, dan pada tanaman fotofil - hampir di bawah sinar matahari penuh.

Banyak tanaman yang tahan naungan tidak mengembangkan parenkim palisade (kolumnar) di daun, dan hanya ada bunga sepon (lili lembah, kuku). Selain itu, tanaman ini memiliki daun yang lebih besar dan kloroplas yang lebih besar.

Juga mempengaruhi laju fotosintesis suhu lingkungan . Intensitas fotosintesis tertinggi diamati pada suhu 20–28 °C. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, intensitas fotosintesis menurun, dan intensitas respirasi meningkat. Ketika laju fotosintesis dan respirasi bertepatan, mereka berbicara tentang titik kompensasi.

Titik kompensasi berubah tergantung pada intensitas cahaya, naik turunnya suhu. Misalnya, pada ganggang coklat tahan dingin, suhunya sekitar 10 ° C. Suhu mempengaruhi, pertama-tama, kloroplas, di mana strukturnya berubah tergantung pada suhu, yang terlihat jelas di mikroskop elektron.

Sangat penting untuk fotosintesis kandungan karbon dioksida di udara sekitar tanaman. Konsentrasi rata-rata karbon dioksida di udara adalah 0,03% (berdasarkan volume). Penurunan kandungan karbon dioksida berdampak buruk pada hasil, dan peningkatannya, misalnya, hingga 0,04%, dapat meningkatkan hasil hampir 2 kali lipat. Peningkatan konsentrasi yang lebih signifikan berbahaya bagi banyak tanaman: misalnya, pada kandungan karbon dioksida sekitar 0,1%, tanaman tomat sakit, daunnya mulai menggulung. Di rumah kaca dan rumah kaca, Anda dapat meningkatkan kandungan karbon dioksida dengan melepaskannya dari silinder khusus atau membiarkan karbon dioksida kering menguap.

Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda juga mempengaruhi intensitas fotosintesis dengan cara yang berbeda. Untuk pertama kalinya, intensitas fotosintesis dalam spektrum sinar yang berbeda dipelajari oleh fisikawan W. Daubeny, yang menunjukkan pada tahun 1836 bahwa laju fotosintesis dalam daun hijau tergantung pada sifat sinar. Kesalahan metodis selama percobaan membawanya ke kesimpulan yang salah. Ilmuwan menempatkan segmen tunas elodea dalam tabung reaksi dengan air yang dipotong, menerangi tabung reaksi dengan melewatkan sinar matahari melalui kacamata berwarna atau larutan berwarna, dan memperhitungkan intensitas fotosintesis dengan jumlah gelembung oksigen yang keluar dari pemotongan. permukaan per satuan waktu. Daubeny sampai pada kesimpulan bahwa intensitas fotosintesis sebanding dengan kecerahan cahaya, dan sinar paling terang pada waktu itu dianggap kuning. John Draper (1811-1882), yang mempelajari intensitas fotosintesis dalam berbagai berkas spektrum yang dipancarkan oleh spektroskop, menganut sudut pandang yang sama.

Peran klorofil dalam proses fotosintesis dibuktikan oleh ahli botani dan fisiologi tanaman Rusia yang luar biasa K.A. Timiryazev. Setelah menghabiskan tahun 1871-1875. serangkaian percobaan, ia menemukan bahwa tanaman hijau paling intensif menyerap sinar bagian merah dan biru dari spektrum matahari, dan bukan kuning, seperti yang diperkirakan sebelumnya. Menyerap bagian merah dan biru dari spektrum, klorofil memantulkan sinar hijau, itulah sebabnya ia tampak hijau.

Berdasarkan data ini, ahli fisiologi tanaman Jerman Theodor Wilhelm Engelmann pada tahun 1883 mengembangkan metode bakteri untuk mempelajari asimilasi karbon dioksida oleh tanaman.

Dia menyarankan bahwa jika Anda menempatkan sel tanaman hijau bersama dengan bakteri aerobik dalam setetes air dan menerangi mereka dengan sinar berwarna berbeda, maka bakteri harus berkonsentrasi di bagian sel di mana karbon dioksida paling terurai dan oksigen. dilepaskan. Untuk menguji ini, Engelman sedikit meningkatkan mikroskop cahaya dengan memasang prisma di atas cermin, yang menguraikan sinar matahari menjadi komponen spektrum yang terpisah. Sebagai tumbuhan hijau, Engelman menggunakan ganggang hijau Spirogyra, yang sel-sel besarnya mengandung kromatofor spiral panjang.

Setelah menempatkan sepotong ganggang dalam setetes air pada slide kaca, Engelman memperkenalkan beberapa bakteri aerobik di sana, setelah itu ia memeriksa persiapan di bawah mikroskop. Ternyata dengan tidak adanya prisma, persiapan yang disiapkan diterangi dengan cahaya putih yang merata, dan bakteri didistribusikan secara merata di seluruh area ganggang. Di hadapan prisma, berkas cahaya yang dipantulkan dari cermin dibiaskan, menerangi area ganggang di bawah mikroskop dengan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Setelah beberapa menit, bakteri terkonsentrasi pada area yang diterangi dengan cahaya merah dan biru. Berdasarkan ini, Engelman menyimpulkan bahwa dekomposisi karbon dioksida (dan, karenanya, pelepasan oksigen) pada tanaman hijau diamati sebagai tambahan pada sinar warna utama (yaitu hijau) - merah dan biru.

Data diterima pada peralatan modern, sepenuhnya mengkonfirmasi hasil yang diperoleh Engelman lebih dari 120 tahun yang lalu.

Energi cahaya yang diserap oleh klorofil mengambil bagian dalam reaksi tahap pertama dan kedua fotosintesis; reaksi tahap ketiga gelap; terjadi tanpa partisipasi cahaya. Pengukuran telah menunjukkan bahwa proses mereduksi satu molekul oksigen membutuhkan minimal delapan kuanta energi cahaya. Dengan demikian, hasil kuantum maksimum fotosintesis, yaitu jumlah molekul oksigen yang sesuai dengan satu kuantum energi cahaya yang diserap oleh tanaman adalah 1/8, atau 12,5%.

R. Emerson dan rekan menentukan hasil kuantum fotosintesis ketika tanaman diterangi dengan cahaya monokromatik dari berbagai panjang gelombang. Ditemukan bahwa hasil tetap konstan pada 12% di sebagian besar spektrum yang terlihat, tetapi menurun tajam di dekat daerah merah jauh. Penurunan tumbuhan hijau ini dimulai pada panjang gelombang 680 nm. Pada panjang lebih dari 660 nm, hanya klorofil yang menyerap cahaya. sebuah; klorofil b memiliki daya serap cahaya maksimum pada 650 nm, dan pada 680 nm praktis tidak menyerap cahaya. Pada panjang gelombang lebih besar dari 680 nm, hasil kuantum fotosintesis dapat dibawa ke nilai maksimum 12% asalkan tanaman secara bersamaan disinari juga oleh cahaya dengan panjang gelombang 650 nm. Dengan kata lain, jika cahaya yang diserap oleh klorofil sebuah ditambah dengan cahaya yang diserap oleh klorofil b, maka hasil kuantum fotosintesis mencapai nilai normal.

Peningkatan intensitas fotosintesis selama iluminasi simultan dari tanaman dengan dua berkas cahaya monokromatik dari panjang gelombang yang berbeda dibandingkan dengan intensitas yang diamati di bawah iluminasi terpisah oleh sinar yang sama disebut Efek Emerson. Eksperimen dengan berbagai kombinasi cahaya merah jauh dan cahaya dengan lebih banyak panjang pendek gelombang di atas ganggang hijau, merah, biru-hijau dan coklat menunjukkan bahwa peningkatan terbesar dalam fotosintesis diamati jika berkas kedua dengan panjang gelombang lebih pendek diserap oleh pigmen tambahan.

Pada tumbuhan hijau, pigmen tambahan tersebut adalah karotenoid dan klorofil. b, pada ganggang merah - karotenoid dan fikoeritrin, pada ganggang biru-hijau - karotenoid dan fikosianin, pada ganggang coklat - karotenoid dan fucoxanthin.

Studi lebih lanjut tentang proses fotosintesis mengarah pada kesimpulan bahwa pigmen tambahan mentransfer 80 hingga 100% energi cahaya yang diserap oleh mereka ke klorofil. sebuah. Dengan demikian, klorofil sebuah mengumpulkan energi cahaya yang diserap oleh sel tumbuhan, dan kemudian menggunakannya dalam reaksi fotokimia fotosintesis.

Belakangan diketahui bahwa klorofil sebuah hadir dalam sel hidup dalam bentuk bentuk dengan spektrum serapan yang berbeda dan fungsi fotokimia yang berbeda. Salah satu bentuk klorofil sebuah, yang penyerapan maksimumnya sesuai dengan panjang gelombang 700 nm, termasuk dalam sistem pigmen, yang disebut fotosistem I, bentuk kedua klorofil sebuah dengan serapan maksimum 680 nm, termasuk dalam fotosistem II.

Jadi, sistem pigmen fotoaktif ditemukan pada tumbuhan, yang menyerap cahaya terutama kuat di wilayah spektrum merah. Itu mulai bertindak bahkan dalam cahaya rendah. Selain itu, ada lagi yang diketahui sistem regulasi, yang secara selektif menyerap dan menggunakan untuk fotosintesis warna biru. Sistem ini bekerja dalam cahaya yang cukup kuat.

Juga telah ditetapkan bahwa peralatan fotosintesis beberapa tumbuhan sebagian besar menggunakan cahaya merah untuk fotosintesis, sementara yang lain menggunakan cahaya biru.

Untuk menentukan intensitas fotosintesis tanaman air, Anda dapat menggunakan metode menghitung gelembung oksigen. Dalam cahaya, proses fotosintesis terjadi di daun, yang produknya adalah oksigen, yang terakumulasi di ruang antar sel. Saat memotong batang, gas berlebih mulai dilepaskan dari permukaan yang dipotong dalam bentuk aliran gelembung yang terus menerus, laju pembentukannya tergantung pada intensitas fotosintesis. Metode ini tidak terlalu akurat, tetapi sederhana dan memberikan representasi visual dari ketergantungan proses fotosintesis pada kondisi eksternal.

Pengalaman 1. Ketergantungan produktivitas fotosintesis pada intensitas cahaya

Bahan dan peralatan: elodea; larutan berair NaHCO 3 , (NH 4) 2 CO 3 atau air mineral; mapan keran air; batang kaca; benang; gunting; lampu listrik 200 W; jam; termometer.

1. Untuk percobaan, dipilih pucuk elodea yang sehat dengan panjang sekitar 8 cm berwarna hijau pekat dengan ujung yang utuh. Mereka dipotong di bawah air, diikat dengan benang ke batang kaca dan diturunkan terbalik ke dalam segelas air pada suhu kamar (suhu air harus tetap konstan).

2. Untuk percobaan, kami mengambil air ledeng yang diperkaya dengan CO 2 dengan menambahkan NaHCO 3 atau (NH 4) 2 CO 3, atau air mineral, dan memaparkan kaca dengan tanaman air ke cahaya terang. Kami mengamati munculnya gelembung udara dari potongan tanaman.

3. Ketika aliran gelembung menjadi seragam, jumlah gelembung yang dilepaskan dalam 1 menit dihitung. Penghitungan dilakukan 3 kali dengan istirahat 1 menit, data dicatat dalam tabel, dan ditentukan hasil rata-ratanya.

4. Kaca dengan tanaman dihilangkan dari sumber cahaya sejauh 50-60 cm dan langkah-langkah yang ditunjukkan dalam paragraf 3 diulangi.

5. Hasil percobaan dibandingkan dan ditarik kesimpulan tentang perbedaan intensitas fotosintesis pada cahaya terang dan cahaya redup.

Hasil percobaan disajikan pada tabel 1.

Kesimpulan: pada intensitas cahaya yang digunakan, intensitas fotosintesis meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya, yaitu semakin banyak cahaya, semakin baik fotosintesis berjalan.

Tabel 1. Ketergantungan fotosintesis pada intensitas cahaya

Pengalaman 2. Ketergantungan produktivitas fotosintesis pada komposisi spektral cahaya

Bahan dan peralatan: elodea; satu set filter cahaya (biru, oranye, hijau); tujuh guci tinggi bermulut lebar; air keran yang menetap; gunting; lampu listrik 200 W; jam; termometer; tabung reaksi.

1. Tabung reaksi diisi hingga 2/3 dari volume dengan air keran yang menetap dan ditempatkan di dalamnya. tanaman air Perintahkan ke bawah. Batangnya dipotong di bawah air.

2. Sebuah filter cahaya biru (melingkar) ditempatkan dalam toples bermulut lebar tinggi, tabung reaksi dengan tanaman ditempatkan di bawah filter, dan toples terkena cahaya terang sehingga jatuh pada tanaman, melewati filter cahaya. . Kami mengamati munculnya gelembung udara dari potongan batang tanaman.

3. Ketika aliran gelembung menjadi seragam, jumlah gelembung yang dilepaskan dalam 1 menit dihitung. Perhitungan dilakukan 3 kali dengan istirahat 1 menit, hasil rata-rata ditentukan, data dimasukkan ke dalam tabel.

4. Filter cahaya biru diganti dengan yang merah dan langkah-langkah yang ditunjukkan pada paragraf 3 diulangi, memastikan bahwa jarak dari sumber cahaya dan suhu air tetap konstan.

5. Hasil percobaan dibandingkan dan kesimpulan dibuat tentang ketergantungan intensitas fotosintesis pada komposisi spektral cahaya.

Hasil percobaan disajikan pada tabel 2.

Kesimpulan: proses fotosintesis dalam cahaya oranye sangat intensif, dalam warna biru melambat, dan dalam warna hijau praktis tidak berjalan.

Tabel 2. Ketergantungan produktivitas fotosintesis pada komposisi spektral cahaya

nomor pengalaman	saringan cahaya	Dimensi pertama	Dimensi kedua	dimensi ketiga	Berarti
	Oranye

Pengalaman 3. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada suhu

Bahan dan peralatan: elodea; tiga toples bermulut lebar; air keran yang menetap; gunting; tabung reaksi; lampu listrik 200 W; jam; termometer.

1. Sebuah tabung reaksi 2/3 diisi dengan air keran yang menetap dan tanaman air ditempatkan di dalamnya dengan bagian atas ke bawah. Batangnya dipotong di bawah air.

2. Air keran yang diendapkan dengan suhu yang berbeda (dari 14°C hingga 45°C) dituangkan ke dalam tiga stoples bermulut lebar, tabung reaksi dengan tanaman ditempatkan dalam stoples berisi air bersuhu sedang (misalnya, 25°C), dan perangkat terkena cahaya terang. Kami mengamati munculnya gelembung udara dari potongan batang tanaman.

3. Setelah 5 menit, jumlah gelembung yang dilepaskan dalam 1 menit dihitung. Perhitungan dilakukan 3 kali dengan istirahat 1 menit, hasil rata-rata ditentukan, data dimasukkan ke dalam tabel.

4. Tabung reaksi dengan tanaman dipindahkan ke toples dengan air dengan suhu berbeda dan langkah-langkah yang ditunjukkan dalam paragraf 3 diulangi, memastikan bahwa jarak dari sumber cahaya dan suhu air tetap konstan.

5. Hasil percobaan dibandingkan dan kesimpulan tertulis dibuat tentang pengaruh suhu terhadap intensitas fotosintesis.

Hasil percobaan disajikan pada tabel 3.

Kesimpulan: dalam kisaran suhu yang dipelajari, intensitas fotosintesis tergantung pada suhu: semakin tinggi, semakin baik fotosintesis berlangsung.

Tabel 3. Ketergantungan suhu fotosintesis

Sebagai hasil dari penelitian kami, kami membuat kesimpulan berikut.

1. Sistem pigmen fotoaktif menyerap cahaya terutama kuat di wilayah spektrum merah. Sinar biru diserap dengan baik oleh klorofil dan sangat sedikit hijau, yang menjelaskan warna hijau tanaman.

2. Eksperimen kami dengan cabang elodea secara meyakinkan membuktikan bahwa intensitas maksimum fotosintesis diamati ketika diterangi dengan lampu merah.

3. Laju fotosintesis tergantung pada suhu.

4. Fotosintesis tergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya, semakin baik fotosintesis berjalan.

Hasil dari pekerjaan tersebut mungkin penting secara praktis. Di rumah kaca dengan pencahayaan buatan, dengan memilih komposisi spektral cahaya, Anda dapat meningkatkan hasil. Di Institut Agrofisika di Leningrad pada akhir 1980-an. di laboratorium B.S. Moshkov, menggunakan mode pencahayaan khusus, diperoleh 6 tanaman tomat per tahun (180 kg / m 2).

Tanaman membutuhkan sinar cahaya dari semua warna. Bagaimana, kapan, dalam urutan dan proporsi apa untuk memasoknya dengan energi pancaran adalah keseluruhan ilmu. Prospek budidaya ringan sangat besar: dari percobaan laboratorium, dapat berubah menjadi produksi sayuran, hijau, tanaman hias dan tanaman obat sepanjang tahun.

LITERATUR

1. Genkel P.A. Fisiologi Tumbuhan: Proc. tunjangan untuk kursus opsional untuk kelas 9. - M: Pendidikan, 1985. - 175 hal., sakit.
2. Kretovich V.L. Biokimia tumbuhan: Buku teks untuk biol. fakultas universitas. - M.: lulusan sekolah, 1980. - 445 hal., sakit.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Botani modern: Dalam 2 volume: Per. dari bahasa Inggris. - M.: Mir, 1990. - 344 hal., sakit.
4. Salamatova T.S. Fisiologi sel tumbuhan: tutorial. - L.: Rumah Penerbitan Universitas Leningrad, 1983. - 232 hal.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biologi: Dalam 3 volume: Per. dari bahasa Inggris / Ed. R. Sopera - M.: Mir, 2006. - 454 hal., sakit.
6. http://sc.nios.ru (gambar dan diagram)

Dari semua faktor yang secara bersamaan mempengaruhi proses fotosintesis membatasi akan menjadi salah satu yang lebih dekat ke tingkat minimum. Sudah terpasang Blackman pada tahun 1905. Faktor yang berbeda dapat membatasi, tetapi salah satunya adalah yang utama.

1. Dalam cahaya rendah, laju fotosintesis berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Lampu adalah faktor pembatas dalam kondisi cahaya rendah. Pada intensitas cahaya tinggi, klorofil menjadi berubah warna dan fotosintesis melambat. Dalam kondisi seperti itu di alam, tanaman biasanya dilindungi (kutikula tebal, daun puber, sisik).

1. Reaksi gelap fotosintesis membutuhkan karbon dioksida, yang termasuk dalam bahan organik, merupakan faktor pembatas di lapangan. Konsentrasi CO2 di atmosfer bervariasi dari 0,03-0,04%, tetapi jika Anda meningkatkannya, Anda dapat meningkatkan laju fotosintesis. Beberapa tanaman rumah kaca sekarang ditanam dengan peningkatan kandungan CO2.
2. faktor suhu. Reaksi gelap dan beberapa reaksi terang fotosintesis dikendalikan oleh enzim, dan aksinya bergantung pada suhu. Suhu optimal untuk tanaman di zona beriklim sedang adalah 25 °C. Dengan setiap kenaikan suhu sebesar 10 °C (sampai 35 °C), laju reaksi berlipat ganda, tetapi karena pengaruh sejumlah faktor lain, tanaman tumbuh lebih baik pada 25 °C.
3. Air- sumber bahan fotosintesis. Kekurangan air mempengaruhi banyak proses dalam sel. Tetapi bahkan layu sementara menyebabkan kerugian panen yang serius. Alasan: saat layu, stomata tanaman menutup, dan ini mengganggu akses bebas CO2 untuk fotosintesis; dengan kekurangan air di daun beberapa tanaman menumpuk asam absisat. Ini adalah hormon tanaman - penghambat pertumbuhan. Dalam kondisi laboratorium, digunakan untuk mempelajari penghambatan proses pertumbuhan.
4. Konsentrasi klorofil. Jumlah klorofil dapat berkurang dengan embun tepung, karat, penyakit virus, kekurangan mineral dan usia (dengan penuaan normal). Saat daun menguning, fenomena klorosis atau klorosis. Alasannya mungkin karena kekurangan mineral. Untuk sintesis klorofil dibutuhkan Fe, Mg, N dan K.
5. Oksigen. Konsentrasi oksigen yang tinggi di atmosfer (21%) menghambat fotosintesis. Oksigen bersaing dengan karbon dioksida untuk situs aktif enzim yang terlibat dalam fiksasi CO2, yang mengurangi laju fotosintesis.
6. Inhibitor spesifik. Jalan terbaik membunuh tanaman berarti menekan fotosintesis. Untuk melakukan ini, para ilmuwan telah mengembangkan inhibitor - herbisida- dioksin. Sebagai contoh: DHMM - diklorofenildimetilurea- Menghambat reaksi terang fotosintesis. Berhasil digunakan untuk mempelajari reaksi terang fotosintesis.
7. Pencemaran lingkungan. Gas yang berasal dari industri, ozon dan sulfur dioksida, bahkan dalam konsentrasi kecil, sangat merusak daun sejumlah tanaman. Ke gas asam lumut sangat sensitif. Oleh karena itu, ada metode indikasi lumut– penentuan pencemaran lingkungan oleh lumut kerak. Jelaga menyumbat stomata dan mengurangi transparansi epidermis daun, yang mengurangi laju fotosintesis.

6. Faktor kehidupan tumbuhan, panas, cahaya, udara, air Tumbuhan sepanjang hidup mereka secara konstan berinteraksi dengan lingkungan luar. Persyaratan tanaman untuk faktor kehidupan ditentukan oleh hereditas tanaman, dan mereka berbeda tidak hanya untuk setiap spesies, tetapi juga untuk setiap varietas tanaman tertentu. Itulah sebabnya pengetahuan yang mendalam tentang persyaratan ini memungkinkan untuk menetapkan dengan benar struktur area yang ditabur, rotasi tanaman, penempatan rotasi tanaman.
Untuk kehidupan normal, tanaman membutuhkan cahaya, panas, air, nutrisi, termasuk karbon dioksida dan udara.
Sumber cahaya utama bagi tumbuhan adalah radiasi matahari. Meskipun sumber ini berada di luar pengaruh manusia, tingkat penggunaan energi cahaya matahari untuk fotosintesis tergantung pada tingkat teknologi pertanian: metode penaburan (baris diarahkan dari utara ke selatan atau dari timur ke barat), tingkat pembibitan yang berbeda, pengolahan tanah, dll. .
Penipisan tanaman tepat waktu dan penghancuran gulma meningkatkan penerangan tanaman.
Panas dalam kehidupan tumbuhan, bersama dengan cahaya, adalah faktor utama dalam kehidupan tanaman dan kondisi yang diperlukan untuk proses biologi, kimia dan fisika di dalam tanah. Setiap tanaman pada berbagai fase dan tahap perkembangan memastikan, tetapi persyaratan yang tidak sama untuk panas, yang studinya merupakan salah satu tugas fisiologi tanaman dan pertanian ilmiah. panas dalam kehidupan tanaman mempengaruhi laju perkembangan di setiap tahap pertumbuhan. Tugas pertanian juga mencakup studi tentang rezim termal tanah dan metode pengaturannya.
Air dalam kehidupan tumbuhan dan unsur hara, kecuali karbon dioksida yang berasal dari tanah dan atmosfer, merupakan faktor tanah bagi kehidupan tanaman. Oleh karena itu, air dan unsur hara disebut sebagai unsur kesuburan tanah.
Udara dalam kehidupan tumbuhan(atmosfer dan tanah) diperlukan sebagai sumber oksigen untuk respirasi tanaman dan mikroorganisme tanah, serta sebagai sumber karbon yang diserap tanaman selama fotosintesis. Selain itu, Udara dalam kehidupan tanaman diperlukan untuk proses mikrobiologis di dalam tanah, akibatnya bahan organik tanah diurai oleh mikroorganisme aerobik dengan pembentukan senyawa mineral terlarut nitrogen, fosfor, kalium dan tanaman lainnya. nutrisi.

7 . Indikator produktivitas fotosintesis tanaman

Sebuah tanaman dibuat dalam proses fotosintesis, ketika bahan organik terbentuk pada tanaman hijau dari karbon dioksida, air dan mineral. Energi sinar matahari diubah menjadi energi biomassa tanaman. Efisiensi proses ini dan akhirnya hasil tergantung pada fungsi tanaman sebagai sistem fotosintesis. Dalam kondisi lapangan, penaburan (cenosis) sebagai kumpulan tanaman per satuan luas adalah sistem fotosintesis yang mengatur sendiri secara dinamis dan kompleks. Sistem ini mencakup banyak komponen yang dapat dianggap sebagai subsistem; itu dinamis, karena terus-menerus mengubah parameternya dari waktu ke waktu; mengatur diri sendiri, karena, terlepas dari berbagai pengaruh, penaburan mengubah parameternya dengan cara tertentu, mempertahankan homeostasis.

Indikator aktivitas fotosintesis tanaman. Pembibitan adalah sistem optik di mana daun menyerap PAR. Pada periode awal perkembangan tanaman, permukaan asimilasi kecil dan sebagian besar PAR melewati daun dan tidak ditangkap oleh daun. Dengan bertambahnya luas daun, penyerapan energi mataharinya juga meningkat. Ketika indeks permukaan daun* adalah 4...5, yaitu luas daun pada tanaman adalah 40...50 ribu m 2 /ha, penyerapan PAR oleh daun tanaman mencapai nilai maksimum - 75...80% dari yang terlihat, 40% dari total radiasi. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam luas daun, penyerapan PAR tidak meningkat. Pada tanaman di mana proses pembentukan luas daun optimal, penyerapan PAR dapat rata-rata 50...60% dari radiasi yang terjadi selama musim tanam. PAR yang diserap oleh tumbuhan penutup merupakan energi dasar untuk fotosintesis. Namun, hanya sebagian dari energi ini yang terakumulasi dalam tanaman. Faktor pemanfaatan PAR biasanya ditentukan dalam kaitannya dengan kejadian PAR pada tutupan vegetasi. Jika hasil biomassa di Rusia tengah mengakumulasi 2...3% dari penaburan PAR, maka berat kering semua organ tanaman akan menjadi 10...15 t/ha, dan kemungkinan hasil adalah 4...6 t gabah per 1 ha. Pada tanaman jarang, faktor pemanfaatan PAR hanya 0,5...1,0%.

Mengingat tanaman sebagai sistem fotosintesis, hasil biomassa kering yang dihasilkan oleh musim tanam, atau peningkatannya selama periode tertentu tergantung pada luas daun rata-rata, durasi periode dan produktivitas bersih fotosintesis untuk periode ini.

Y \u003d FP NPF,

dimana Y adalah hasil biomassa kering, t/ha;

FP - potensi fotosintesis, ribu m 2 - hari / ha;

NPP - produktivitas bersih fotosintesis, g/(m2 - hari).

Potensi fotosintesis dihitung dengan rumus

di mana Sc adalah luas daun rata-rata untuk periode tersebut, ribu m 2 /ha;

T adalah durasi periode, hari.

Indikator utama untuk cenosis, serta hasil, ditentukan per satuan luas - 1 m 2 atau 1 ha. Jadi, luas daun diukur dalam ribuan m 2 / ha. Selain itu, mereka menggunakan indikator seperti indeks permukaan daun. Bagian utama dari permukaan asimilasi terdiri dari daun, di dalamnya fotosintesis terjadi. Fotosintesis juga dapat terjadi di bagian tanaman hijau lainnya - batang, daun, buah hijau, dll., tetapi kontribusi organ-organ ini terhadap fotosintesis total biasanya kecil. Merupakan kebiasaan untuk membandingkan tanaman satu sama lain, serta keadaan yang berbeda dari satu tanaman dalam dinamika dalam hal luas daun, mengidentifikasinya dengan konsep "permukaan asimilasi". Dinamika luas daun pada tanaman mengikuti suatu keteraturan tertentu. Setelah perkecambahan, luas daun perlahan meningkat, kemudian laju pertumbuhan meningkat. Pada saat pembentukan tunas samping berhenti dan tanaman tumbuh tinggi, luas daun mencapai nilai maksimum selama musim tanam, kemudian mulai berkurang secara bertahap karena menguning dan matinya daun bagian bawah. Pada akhir musim tanam di tanaman banyak tanaman (sereal, kacang-kacangan), daun hijau pada tanaman tidak ada. Luas daun berbagai tanaman pertanian dapat sangat bervariasi selama musim tanam tergantung pada kondisi pasokan air, nutrisi, dan praktik pertanian. luas maksimum daun dalam kondisi gersang hanya mencapai 5 ... 10 ribu m 2 / ha, dan dengan kelembaban dan nutrisi nitrogen yang berlebihan, dapat melebihi 70 ribu m 2 / ha. Dipercaya bahwa dengan indeks permukaan daun 4...5, menabur sebagai sistem fotosintesis optik bekerja di mode optimal, menyerap bilangan terbesar PAR. Dengan luas daun yang lebih kecil, sebagian PAR tidak ditangkap oleh daun. Jika luas daun lebih dari 50000 m2/ha, daun bagian atas menaungi daun bagian bawah, dan bagiannya dalam fotosintesis menurun tajam. Selain itu, daun bagian atas "memberi makan" bagian bawah, yang tidak menguntungkan untuk pembentukan buah, biji, umbi, dll. Dinamika luas daun menunjukkan bahwa tahapan yang berbeda selama musim tanam, penaburan sebagai sistem fotosintesis berfungsi secara berbeda (Gbr. 3). Selama 20...30 hari pertama vegetasi, ketika luas daun rata-rata 3...7 ribu m 2 /ha, sebagian besar PAR tidak ditangkap oleh daun, sehingga faktor pemanfaatan PAR tidak bisa tinggi. Selanjutnya, luas daun mulai meningkat dengan cepat, mencapai maksimum. Sebagai aturan, ini terjadi pada bluegrass dalam fase keadaan biji-bijian seperti susu, pada kacang-kacangan sereal dalam fase pengisian penuh biji di tingkat tengah, di herbal abadi dalam fase berbunga. Kemudian luas daun mulai berkurang dengan cepat. Pada saat ini, redistribusi dan aliran zat dari organ vegetatif ke organ generatif berlaku. Durasi periode ini dan rasionya dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk faktor agroteknik. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk mengatur proses peningkatan luas daun dan durasi periode. Dalam kondisi kering, kerapatan tanaman, dan karenanya luas daun, sengaja dikurangi, karena dengan luas daun yang luas, transpirasi meningkat, tanaman lebih menderita kekurangan air, dan hasil menurun.

Riset

Topik: Pengaruh berbagai faktor terhadap laju fotosintesis

Manajer kerja:Logvin Andrey Nikolaevich, guru biologi

desa Shelokhovskaya

2009

Pendahuluan - halaman 3

Bab 1. Fotosintesis - halaman 4

Bab 2. Faktor abiotik - cahaya dan suhu. Peran mereka dalam kehidupan tumbuhan - halaman 5

2.1. Cahaya - halaman 5

2.2. Suhu - halaman 6

2.3. Komposisi gas udara - halaman 7

Bab 3. Pengaruh berbagai faktor terhadap laju fotosintesis - hal.983.1. Metode uji pati - halaman 9

3.2. Ketergantungan fotosintesis pada intensitas cahaya – halaman 10

3.3. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada suhu - halaman 11

3.4. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada konsentrasi karbon dioksida di atmosfer - halaman 12

Kesimpulan - halaman 12

Sumber informasi - halaman 13

Sedang mengerjakan

Kehidupan di bumi bergantung pada matahari. Penerima dan akumulator energi sinar matahari di Bumi adalah daun hijau tumbuhan sebagai organ khusus fotosintesis. Fotosintesis adalah proses unik untuk menciptakan zat organik dari yang anorganik. Ini adalah satu-satunya proses di planet kita yang terkait dengan konversi energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia yang terkandung dalam zat organik. Dengan cara ini, energi sinar matahari yang diterima dari luar angkasa, disimpan oleh tanaman hijau dalam karbohidrat, lemak, dan protein, memastikan aktivitas vital seluruh dunia yang hidup - dari bakteri hingga manusia.

Seorang ilmuwan Rusia yang luar biasa dari akhir XIX - awal abad XX. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920) menyebut peran tanaman hijau di Bumi kosmik.

K.A. Timiryazev menulis: “Semua zat organik, tidak peduli betapa beragamnya mereka, di mana pun mereka ditemukan, baik dalam tumbuhan, hewan atau orang, melewati daun, berasal dari zat yang dihasilkan oleh daun. Di luar daun, atau lebih tepatnya di luar butir klorofil, tidak ada laboratorium di alam di mana bahan organik diisolasi. Di semua organ dan organisme lain, ia ditransformasikan, ditransformasikan, hanya di sini ia dibentuk lagi dari materi anorganik.

Relevansi topik yang dipilih adalah karena fakta bahwa kita semua bergantung pada tanaman fotosintesis dan perlu untuk mengetahui bagaimana meningkatkan intensitas fotosintesis.

Objek studi- tanaman hias

Subyek studi– pengaruh berbagai faktor pada laju fotosintesis.

Sasaran:

1. Sistematisasi, pendalaman dan pemantapan pengetahuan tentang fotosintesis tumbuhan dan faktor lingkungan abiotik.

2. Untuk mempelajari ketergantungan laju fotosintesis pada intensitas penerangan, suhu dan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer.

Tugas:

1. Mempelajari literatur tentang fotosintesis tumbuhan, menggeneralisasi dan memperdalam pengetahuan tentang pengaruh faktor abiotik terhadap fotosintesis tumbuhan.
2. Untuk mempelajari pengaruh berbagai faktor terhadap laju fotosintesis.

Hipotesis penelitian:Laju fotosintesis meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya, suhu dan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer.

Metode penelitian:

1. Studi dan analisis literatur
2. Pengamatan, perbandingan, percobaan.

Bab 1. Fotosintesis.

Proses pembentukan zat organik oleh sel-sel tumbuhan hijau dan cyanobacteria dengan partisipasi cahaya. Pada tumbuhan hijau, itu terjadi dengan partisipasi pigmen (klorofil dan beberapa lainnya) yang ada dalam kloroplas dan kromatofor sel. Dari zat yang miskin energi (karbon monoksida dan air), glukosa karbohidrat terbentuk dan oksigen bebas dilepaskan.

Fotosintesis didasarkan pada proses redoks: elektron ditransfer dari donor-reduktor (air, hidrogen, dll.) ke akseptor (karbon monoksida, asetat). Zat tereduksi (glukosa karbohidrat) dan oksigen terbentuk jika air dioksidasi. Ada dua fase fotosintesis:

Cahaya (atau tergantung cahaya);

Gelap.

Pada fase terang ada akumulasi atom bebas hidrogen, energi (ATP disintesis). fase gelapfotosintesis - serangkaian reaksi enzimatik berturut-turut, dan di atas semua reaksi pengikatan karbon dioksida (menembus daun dari atmosfer). Akibatnya, karbohidrat terbentuk, pertama monosakarida (heksosa), kemudian sakarida dan polisakarida (pati). Sintesis glukosa berjalan dengan penyerapan sejumlah besar energi (digunakan ATP yang disintesis dalam fase cahaya). Untuk menghilangkan kelebihan oksigen dari karbon dioksida, hidrogen digunakan, yang terbentuk dalam fase cahaya dan dalam kombinasi yang tidak stabil dengan pembawa hidrogen (NADP). Kelebihan oksigen disebabkan oleh fakta bahwa dalam karbon dioksida jumlah atom oksigen dua kali lebih besar dari jumlah atom karbon, dan dalam glukosa jumlah atom karbon dan oksigen sama.

Fotosintesis adalah satu-satunya proses di biosfer yang mengarah pada peningkatan energi biosfer karena sumber eksternal - Matahari dan memastikan keberadaan tanaman dan semua organisme heterotrofik.

Kurang dari 1-2% energi matahari masuk ke tanaman.

Kerugian: penyerapan cahaya yang tidak lengkap; membatasi proses pada tingkat biokimia dan fisiologis.

Cara untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis:

Menyediakan tanaman dengan air;

Menyediakan mineral dan karbon dioksida;

Penciptaan struktur tanaman yang menguntungkan untuk fotosintesis;

Pemilihan varietas dengan efisiensi fotosintesis tinggi.

Bab 2. Faktor abiotik - cahaya dan suhu.

Peran mereka dalam kehidupan tumbuhan.

Faktor abiotiksemua unsur alam mati yang mempengaruhi tubuh disebut. Di antara mereka, yang paling penting adalah cahaya, suhu, kelembaban, udara, garam mineral, dll. Mereka sering digabungkan ke dalam kelompok faktor: iklim, tanah, orografis, geologis, dll.

Di alam, sulit untuk memisahkan tindakan satu faktor abiotik dari yang lain; organisme selalu mengalami pengaruh gabungan mereka. Namun, untuk kenyamanan studi, faktor abiotik biasanya dipertimbangkan secara terpisah.

2.1. Lampu

Di antara banyak faktor, cahaya sebagai pembawa energi matahari adalah salah satu yang utama. Tanpa itu, aktivitas fotosintesis tanaman hijau tidak mungkin dilakukan. Pada saat yang sama, efek langsung cahaya pada protoplasma berakibat fatal bagi organisme. Oleh karena itu, banyak sifat morfologi dan perilaku organisme disebabkan oleh aksi cahaya.

Matahari memancarkan sejumlah besar energi ke luar angkasa, dan meskipun Bumi hanya menyumbang satu dua juta bagian dari radiasi matahari, itu cukup untuk memanaskan dan menerangi planet kita. Radiasi matahari adalah gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang, seperti halnya gelombang radio dengan panjang tidak lebih dari 1 cm.

Di antara energi matahari yang menembus atmosfer bumi, ada sinar tampak (ada sekitar 50%), sinar infra merah hangat (50%) dan sinar matahari. sinar ultraviolet(sekitar 1%). Bagi ahli ekologi, fitur kualitatif cahaya penting: panjang gelombang (atau warna), intensitas (energi efektif dalam kalori) dan durasi paparan (panjang hari).

Sinar tampak (kami menyebutnya sinar matahari) terdiri dari sinar warna yang berbeda dan panjang gelombang yang berbeda. Cahaya sangat penting dalam kehidupan seluruh dunia organik, karena aktivitas hewan dan tumbuhan dikaitkan dengannya - fotosintesis hanya berlangsung dalam kondisi cahaya tampak.

Dalam kehidupan organisme, tidak hanya sinar tampak yang penting, tetapi juga jenis energi radiasi lain yang mencapai permukaan bumi: sinar ultraviolet dan inframerah, elektromagnetik (terutama gelombang radio) dan bahkan radiasi gamma dan X. Misalnya, sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 0,38-0,40 mikron memiliki aktivitas fotosintesis yang besar. Sinar ini, terutama bila disajikan dalam dosis sedang, merangsang pertumbuhan dan reproduksi sel, mendorong sintesis senyawa biologis yang sangat aktif, meningkatkan kandungan vitamin dan antibiotik pada tanaman, dan meningkatkan ketahanan sel tanaman terhadap berbagai penyakit.

Di antara semua sinar matahari, sinar biasanya dibedakan, dengan satu atau lain cara mempengaruhi organisme tumbuhan, terutama proses fotosintesis, mempercepat atau memperlambat jalannya. Sinar ini disebut radiasi aktif fisiologis (disingkat PAR). Yang paling aktif di antara PAR adalah: oranye-merah (0,65-0,68 mikron), biru-ungu (0,40-0,50 mikron) dan ultraviolet dekat (0,38-0,40 mikron). Sinar kuning-hijau (0,50-0,58 mikron) diserap paling sedikit, dan sinar inframerah hampir tidak diserap. Hanya sinar inframerah jauh dengan panjang gelombang lebih dari 1,05 mikron yang mengambil bagian dalam pertukaran panas tanaman dan karenanya memiliki beberapa efek positif, terutama di tempat-tempat dengan suhu rendah.

Tumbuhan hijau membutuhkan cahaya untuk pembentukan klorofil, pembentukan struktur granular kloroplas; itu mengatur kerja aparatus stomata, mempengaruhi pertukaran gas dan transpirasi, mengaktifkan sejumlah enzim, merangsang biosintesis protein dan asam nukleat. Cahaya mempengaruhi pembelahan dan peregangan sel, proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman, menentukan waktu berbunga dan berbuah, dan memiliki efek pembentukan. Tetapi cahaya adalah yang paling penting dalam nutrisi udara tanaman, dalam penggunaan energi matahari dalam proses fotosintesis.

2.2. Suhu

Rezim termal adalah salah satu dari kondisi penting keberadaan organisme, karena semua proses fisiologis hanya mungkin pada suhu tertentu. Kedatangan panas di permukaan bumi disediakan oleh sinar matahari dan didistribusikan di atas bumi tergantung pada ketinggian matahari di atas cakrawala dan sudut datang sinar matahari. Oleh karena itu, rezim termal tidak sama pada lintang yang berbeda dan pada ketinggian yang berbeda di atas permukaan laut.

Faktor suhu ditandai dengan fluktuasi musiman dan harian yang nyata. Tindakan faktor ini di sejumlah wilayah di Bumi memiliki nilai sinyal penting dalam pengaturan waktu aktivitas organisme, memastikan mode kehidupan harian dan musiman mereka.

Dalam mengkarakterisasi faktor suhu, indikator ekstremnya, durasi aksinya, dan juga seberapa sering diulang sangat penting. Perubahan suhu di habitat yang melampaui ambang batas toleransi organisme disertai dengan kematian massal mereka.

Pentingnya suhu untuk aktivitas vital organisme dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa itu mengubah laju proses fisikokimia dalam sel. Suhu mempengaruhi ciri-ciri anatomi dan morfologi organisme, mempengaruhi jalannya proses fisiologis, pertumbuhan, perkembangan, perilaku, dan dalam banyak kasus menentukan distribusi geografis tanaman.

2.3. Komposisi gas udara.

Selain sifat fisik lingkungan udara, sifat kimianya sangat penting bagi keberadaan organisme darat. Komposisi gas udara di lapisan permukaan atmosfer cukup homogen dalam hal kandungan komponen utama (nitrogen - 78,1, oksigen - 21,0, argon - 0,9, karbon dioksida - 0,03% volume) karena difusi yang tinggi kapasitas gas dan pencampuran konstan oleh konveksi dan arus angin. Namun, berbagai pengotor partikel gas, tetesan-cair dan padat (debu) yang memasuki atmosfer dari sumber lokal dapat menjadi kepentingan lingkungan yang signifikan.

Kandungan oksigen yang tinggi berkontribusi pada peningkatan metabolisme organisme darat dibandingkan dengan organisme akuatik primer. Oksigen, karena kandungannya yang selalu tinggi di udara, bukanlah faktor yang membatasi kehidupan di lingkungan terestrial. Hanya di tempat-tempat, dalam kondisi tertentu, defisit sementara dibuat, misalnya, dalam akumulasi sisa tanaman yang membusuk, stok biji-bijian, tepung, dll.

Kandungan karbon dioksida dapat bervariasi di area tertentu dari lapisan permukaan udara dalam batas yang cukup signifikan. Misalnya, jika tidak ada angin di tengah kota-kota besar konsentrasinya meningkat sepuluh kali lipat. Perubahan harian dalam kandungan karbon dioksida di lapisan permukaan adalah teratur, terkait dengan ritme fotosintesis tanaman, dan musiman, karena perubahan intensitas respirasi organisme hidup, terutama populasi mikroskopis tanah. Peningkatan saturasi udara dengan karbon dioksida terjadi di zona aktivitas vulkanik, dekat mata air panas dan outlet bawah tanah lainnya dari gas ini. Dalam konsentrasi tinggi, karbon dioksida beracun. Di alam, konsentrasi seperti itu jarang terjadi.

Di alam, sumber utama karbon dioksida adalah apa yang disebut respirasi tanah. Karbon dioksida berdifusi dari tanah ke atmosfer, terutama saat hujan.

PADA kondisi modern sumber yang kuat dari jumlah tambahan CO 2 aktivitas manusia untuk membakar bahan bakar fosil ke atmosfer.

Rendahnya kandungan karbon dioksida menghambat proses fotosintesis. Dalam kondisi dalam ruangan, laju fotosintesis dapat ditingkatkan dengan meningkatkan konsentrasi karbon dioksida; ini digunakan dalam praktik rumah kaca dan rumah kaca. Namun, jumlah CO . yang berlebihan 2 menyebabkan keracunan tanaman.

Nitrogen udara bagi sebagian besar penghuni lingkungan terestrial adalah gas inert, tetapi sejumlah mikroorganisme (bakteri nodul, Azotobacter, clostridia, ganggang biru-hijau, dll.) memiliki kemampuan untuk mengikatnya dan melibatkannya dalam siklus biologis.

Kotoran lokal yang masuk ke udara juga dapat secara signifikan mempengaruhi organisme hidup. Ini terutama berlaku untuk zat gas beracun - metana, sulfur oksida (IV), karbon monoksida (II), nitrogen oksida (IV), hidrogen sulfida, senyawa klorin, serta partikel debu, jelaga, dll., yang mencemari udara di kawasan industri. Sumber modern utama polusi kimia dan fisik atmosfer adalah antropogenik: pekerjaan berbagai perusahaan industri dan transportasi, erosi tanah, dll. Sulfur oksida (S0 2 ), misalnya, beracun bagi tanaman bahkan dalam konsentrasi dari seperlima puluh ribu hingga sepersejuta volume udara. Di sekitar pusat industri yang mencemari atmosfer dengan gas ini, hampir semua vegetasi mati. Beberapa spesies tanaman sangat sensitif terhadap S0 2 dan berfungsi sebagai indikator sensitif akumulasinya di udara. Misalnya, lumut mati bahkan dengan jejak sulfur oksida (IV) di atmosfer sekitarnya. Kehadiran mereka di hutan di sekitar kota-kota besar membuktikan kemurnian udara yang tinggi. Ketahanan tanaman terhadap kotoran di udara diperhitungkan saat memilih spesies untuk lansekap pemukiman. Peka terhadap asap, mis. merapikan dan pinus, maple, linden, birch. Yang paling tahan adalah thuja, poplar Kanada, perekat Amerika, elderberry dan beberapa lainnya.

Bab 3. Pengaruh berbagai faktor terhadap laju fotosintesis.

Laju fotosintesis tergantung pada intensitas cahaya dan suhu. Faktor pembatas fotosintesis juga dapat berupa konsentrasi karbon dioksida, air, elemen nutrisi mineral yang terlibat dalam konstruksi peralatan fotosintesis dan menjadi komponen awal untuk fotosintesis bahan organik.

Saat menentukan intensitas fotosintesis, dua kelompok metode digunakan: 1) gasometrik - mencatat jumlah karbon dioksida yang diserap atau oksigen yang dilepaskan; 2) metode untuk menghitung jumlah bahan organik yang terbentuk selama fotosintesis.

Metode sederhana dan visual "uji pati". Metode ini didasarkan pada deteksi dan penilaian jumlah pati yang terakumulasi selama fotosintesis menggunakan larutan yodium dalam kalium iodida.

3.1. Metode "uji pati"

Target . Biasakan diri Anda dengan metode "uji pati".

Metodologi pengalaman.

Sirami tanaman dengan murah hati, taruh di tempat gelap yang hangat (di lemari atau laci), atau gelapkan daun individu dengan kantong gelap kertas hitam tebal. Dalam gelap, daun secara bertahap kehilangan pati, yang dihidrolisis menjadi gula dan digunakan untuk respirasi, pertumbuhan, dan dibuang ke organ lain.

Setelah 3 - 4 hari. memeriksa destarching daun. Untuk melakukan ini, potong potongan-potongan dari lembaran gelap, masukkan ke dalam tabung reaksi dengan air (2 - 3 ml) dan didihkan selama 3 menit untuk membunuh sel dan meningkatkan permeabilitas sitoplasma. Kemudian tiriskan air dan didihkan beberapa kali dalam etil alkohol (masing-masing 2-3 ml), ganti larutan setiap 1-2 menit sampai potongan jaringan daun berubah warna (Anda perlu merebus dalam penangas air, karena alkohol dapat menyala saat menggunakan lampu alkohol!). Tiriskan alkohol bagian terakhir, tambahkan sedikit air untuk melunakkan jaringan daun (menjadi rapuh dalam alkohol), letakkan selembar tisu di cawan Petri dan obati dengan larutan yodium. Dengan pengecatan kanji yang lengkap, tidak ada warna biru dan dimungkinkan untuk membuat percobaan dengan daun seperti itu. Jika ada sedikit pati, daun tidak boleh ditangani, karena ini akan menyulitkan untuk mengamati pembentukan pati. Destarching harus diperpanjang untuk 1-2 hari lagi.

Daun tanpa pati harus dipotong dari tanaman, perbarui potongan di bawah air dan turunkan tangkai daun ke dalam tabung reaksi dengan air. Lebih baik bekerja dengan daun yang dipotong, karena pati yang baru terbentuk dalam hal ini tidak mengalir ke organ lain.

Daun ditempatkan dalam berbagai kondisi, yang disediakan oleh tujuan dari pekerjaan ini. Untuk akumulasi pati, daun harus disimpan setidaknya 30-40 cm dari lampu 100-200 W dan hindari kepanasan dengan kipas angin. Setelah 1 - 1,5 jam, potong tiga lembar kain dengan bentuk yang sama (lingkaran, persegi) dari daun setiap opsi, proses dengan cara yang sama seperti saat memeriksa kelengkapan kanji. Tergantung pada kondisi percobaan, jumlah pati yang berbeda akan menumpuk di daun, yang dapat ditentukan oleh tingkat kebiruannya. Karena akumulasi pati di masing-masing bagian daun dapat bervariasi, setidaknya tiga potong diambil darinya untuk menganalisis isinya. Untuk mengevaluasi hasil, nilai rata-rata dari tiga pengulangan digunakan.

Tingkat daun biru diperkirakan dalam poin:

biru tua - 3;

biru sedang - 2;

biru samar - 1;

tidak berwarna - 0.

3.2. Ketergantungan fotosintesis pada intensitas cahaya.

Target . Tentukan ketergantungan fotosintesis pada intensitas penerangan.

Metodologi pengalaman.

Daun pelargonium, disiapkan untuk percobaan, tempatkan: satu dalam kegelapan total; yang kedua - ke siang hari yang menyebar; yang ketiga - ke cahaya terang. Setelah waktu yang ditentukan, tentukan keberadaan pati dalam daun.

Buatlah kesimpulan tentang pengaruh intensitas cahaya terhadap laju fotosintesis.

Proses kerja.

Geranium yang disiram secara melimpah, taruh di tempat gelap yang hangat (di dalam lemari).

Setelah 3 hari, daun diperiksa pengelupasannya. Untuk melakukan ini, potong potongan-potongan dari lembaran gelap, masukkan ke dalam tabung reaksi dengan air (2 - 3 ml) dan didihkan selama 3 menit untuk membunuh sel dan meningkatkan permeabilitas sitoplasma. Kemudian air ditiriskan dan dididihkan dalam penangas air beberapa kali dalam etil alkohol (masing-masing 2-3 ml), larutan diganti setiap 1-2 menit, sampai potongan jaringan daun berubah warna. Mereka menuangkan bagian terakhir alkohol, menambahkan sedikit air untuk melunakkan jaringan daun (mereka menjadi rapuh dalam alkohol), menempatkan sepotong jaringan di cawan Petri dan diperlakukan dengan larutan yodium.

Kami mengamati destarching lengkap - tidak ada warna biru.

Daun bebas pati dipotong dari tanaman, potongan itu diperbarui di bawah air, dan tangkai daun diturunkan ke dalam tabung reaksi dengan air. Daun geranium, disiapkan untuk percobaan, ditempatkan: satu dalam kegelapan total; yang kedua - ke siang hari yang menyebar; yang ketiga - ke cahaya terang.

Setelah 1 jam, tiga lembar tisu dengan bentuk yang sama dipotong dari daun masing-masing varian, diproses dengan cara yang sama seperti saat memeriksa kelengkapan penghilangan pati.

Hasil.

Tingkat kebiruan daun dalam gelap adalah 0 poin, dalam cahaya yang menyebar - 1 poin, dalam cahaya terang - 3 poin.

Kesimpulan. Dengan meningkatnya intensitas cahaya, laju fotosintesis meningkat.

3.3. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada suhu.

Target . Tentukan ketergantungan fotosintesis pada suhu.

Metodologi pengalaman.

Tempatkan daun pelargonium yang sudah disiapkan pada jarak yang sama dari sumber cahaya yang kuat: satu di tempat yang dingin (di antara bingkai jendela), yang lain - dengan suhu kamar. Setelah waktu yang ditentukan, tentukan keberadaan pati.

Buatlah kesimpulan tentang pengaruh suhu terhadap laju fotosintesis.

Proses kerja.

Daun tanpa pati ditempatkan pada jarak yang sama dari lampu: satu di tempat yang dingin (di antara bingkai jendela), yang lain pada suhu kamar. Setelah 1 jam, tiga lembar tisu dengan bentuk yang sama dipotong dari daun masing-masing varian, diproses dengan cara yang sama seperti saat memeriksa kelengkapan penghilangan pati.

Hasil.

Tingkat kebiruan daun dalam cuaca dingin adalah 1 poin, pada suhu kamar - 3 poin.

Kesimpulan. Dengan meningkatnya suhu, laju fotosintesis meningkat.

3.4. Ketergantungan intensitas fotosintesis pada konsentrasi karbon dioksida di atmosfer.

Target. Tentukan ketergantungan intensitas fotosintesis pada konsentrasi karbon dioksida di atmosfer

Metodologi pengalaman.

Daun pelargonium, disiapkan untuk bekerja, dimasukkan ke dalam bejana berisi air, dan bejana - di atas selembar kaca di bawah tutup kaca. Ada juga tempat cangkir kecil dengan 1-2 g soda, di mana tambahkan 3-5 ml asam sulfat atau klorida 10%. Tutup sambungan antara gelas dan tutupnya dengan plastisin. Tinggalkan lembar lainnya di dalam kelas. Dalam hal ini, pencahayaan dan suhu kedua daun harus sama. Setelah waktu yang ditentukan, memperhitungkan pati yang terakumulasi di daun, menarik kesimpulan tentang pengaruh konsentrasi CO2 terhadap intensitas fotosintesis.

Proses kerja.

Daun geranium, disiapkan untuk bekerja, ditempatkan di bejana berisi air, dan bejana ditempatkan di atas sepotong kaca di bawah tutup kaca. Sebuah cangkir kecil dengan 2 g soda juga ditempatkan di sana, di mana tambahkan 5 ml asam klorida 10%. Sambungan antara kaca dan tutupnya ditutupi dengan plastisin. Satu lembar lagi tertinggal di dalam kelas. Pada saat yang sama, pencahayaan dan suhu kedua daun sama.

Hasil.

Tingkat daun biru di kelas - 2 poin, di bawah tutup - 3 poin.

Kesimpulan. Ketika konsentrasi karbon dioksida di atmosfer meningkat, laju fotosintesis meningkat.

Kesimpulan

Setelah melakukan bagian praktis pekerjaan penelitian, kami menyimpulkan bahwa hipotesis kami dikonfirmasi. Memang, intensitas fotosintesis tergantung pada suhu, iluminasi, kandungan karbon dioksida di atmosfer.

Sumber informasi.

1. Lemeza N.A., Lisov N.D. Sel adalah dasar kehidupan. Prok. Keuntungan. - Minsk: NKF "Ekoperspektiva", 1997.

2. Nikishov A.I. Biologi. Kursus abstrak. Panduan belajar. - M .: TC "Sphere", 1999.

3. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologi: Kelas 6: Buku pelajaran untuk siswa lembaga pendidikan / Ed. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Grafik Ventana, 2008.

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

5. Chernova N.M., Bylova A.M. Ekologi: Buku teks untuk mahasiswa biol. spesialis. ped. teman seperjuangan. - M.: Pencerahan, 1988

Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologi: Kelas 6: Buku pelajaran untuk siswa lembaga pendidikan / Ed. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Grafik Ventana, 2008.

Chernova N.M., Bylova A.M. Ekologi: Buku teks untuk mahasiswa biol. spesialis. ped. teman seperjuangan. - M.: Pencerahan, 1988