Intensità della fotosintesi

In fisiologia vegetale vengono utilizzati due concetti: fotosintesi vera e osservata. Ciò è dovuto alle seguenti considerazioni. La velocità o intensità della fotosintesi è caratterizzata dalla quantità di CO 2 assorbita da un'unità di superficie fogliare per unità di tempo. La determinazione dell'intensità della fotosintesi viene effettuata con il metodo gasometrico modificando (riducendo) la quantità di CO 2 in una camera chiusa con una foglia. Tuttavia, insieme alla fotosintesi, ha luogo il processo di respirazione, durante il quale viene rilasciata CO 2. Pertanto, i risultati ottenuti danno un'idea dell'intensità della fotosintesi osservata. Per ottenere il valore della vera fotosintesi, è necessario effettuare una correzione per la respirazione. Pertanto, prima dell'esperimento, l'intensità della respirazione viene determinata al buio e quindi l'intensità della fotosintesi osservata. Quindi la quantità di CO 2 rilasciata durante la respirazione viene aggiunta alla quantità di CO 2 assorbita dalla luce. Introducendo questo emendamento, considera che l'intensità della respirazione alla luce e al buio è la stessa. Ma queste correzioni non possono dare una stima della vera fotosintesi, perché, in primo luogo, quando la foglia è oscurata, non solo la vera fotosintesi, ma anche la fotorespirazione è esclusa; in secondo luogo, il cosiddetto respiro oscuro dipende in realtà dalla luce (vedi sotto).

Pertanto, in tutto il lavoro sperimentale sullo scambio di gas fotosintetico della foglia, viene data preferenza ai dati sulla fotosintesi osservata. Un metodo più accurato per studiare l'intensità della fotosintesi è il metodo degli atomi etichettati (viene misurata la quantità di 14 CO 2 assorbita).

Nel caso in cui sia difficile ricalcolare la quantità di CO 2 assorbita per unità di superficie (conifere, semi, frutti, stelo), i dati ottenuti sono riferiti ad un'unità di massa. Dato che il coefficiente fotosintetico (il rapporto tra il volume di ossigeno rilasciato e il volume di CO 2 assorbita uguale a uno, la velocità di fotosintesi osservata può essere stimata dal numero di millilitri di ossigeno rilasciati da un'unità di superficie fogliare in 1 ora.

Per caratterizzare la fotosintesi vengono utilizzati anche altri indicatori: consumo quantistico, resa quantistica della fotosintesi, numero di assimilazione.

Consumo quantisticoè il rapporto tra il numero di quanti assorbiti e il numero di molecole di CO 2 assimilate. Il reciproco si chiama resa quantica.

Numero di assimilazione- questo è il rapporto tra la quantità di CO 2 e la quantità di clorofilla contenuta nella foglia.

Velocità (intensità) la fotosintesi è uno dei fattori più importanti che influenzano la produttività delle colture agricole e quindi la resa. Pertanto, la delucidazione dei fattori da cui dipende la fotosintesi dovrebbe portare al miglioramento delle misure agrotecniche.

In teoria, la velocità della fotosintesi, come la velocità di qualsiasi processo biochimico multistadio, dovrebbe essere limitata dalla velocità della reazione più lenta. Quindi, ad esempio, le reazioni oscure della fotosintesi richiedono NADPH e ATP, quindi le reazioni oscure dipendono dalle reazioni della luce. In condizioni di scarsa illuminazione, il tasso di formazione di queste sostanze è troppo basso per essere fornito velocità massima reazioni oscure, quindi la luce sarà il fattore limitante.

Il principio dei fattori limitanti può essere formulato come segue: con l'influenza simultanea di più fattori, la velocità di un processo chimico è limitata dal fattore più vicino al livello minimo (un cambiamento di questo fattore influenzerà direttamente questo processo).

Questo principio fu stabilito per la prima volta da F. Blackman nel 1915. Da allora, è stato ripetutamente dimostrato che diversi fattori, come la concentrazione di CO 2 e l'illuminazione, possono interagire tra loro e limitare il processo, anche se spesso uno di essi è ancora dominante. L'illuminazione, la concentrazione di CO 2 e la temperatura sono le principali fattori esterni influenzando il tasso di fotosintesi. Tuttavia, anche il regime idrico, la nutrizione minerale, ecc. sono di grande importanza.

Leggero. Quando si valuta l'effetto della luce su un particolare processo, è importante distinguere tra l'influenza della sua intensità, qualità (composizione spettrale) e tempo di esposizione alla luce.

In condizioni di scarsa illuminazione, il tasso di fotosintesi è proporzionale all'intensità della luce. A poco a poco, altri fattori diventano limitanti e l'aumento della velocità rallenta. In una limpida giornata estiva, l'illuminazione è di circa 100.000 lux e 10.000 lux sono sufficienti per saturare la fotosintesi con la luce. Pertanto, la luce può di solito essere un importante fattore limitante nelle condizioni di ombreggiamento. A un'intensità luminosa molto elevata, a volte inizia lo scolorimento della clorofilla, che rallenta la fotosintesi; tuttavia, in natura, le piante esposte a tali condizioni sono solitamente protette da essa in un modo o nell'altro (cuticola spessa, foglie cadenti, ecc.).

La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dall'illuminazione è descritta da una curva, chiamata curva di luce della fotosintesi (Fig. 2.26).

Riso. 2.26. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dall'illuminazione (curva di luce della fotosintesi): 1 è la velocità di rilascio di CO2 al buio (frequenza respiratoria); 2 – punto di compensazione della fotosintesi; 3 – posizione di saturazione della luce

In condizioni di scarsa illuminazione, durante la respirazione viene rilasciata più CO 2 di quanta ne venga legata durante la fotosintesi, quindi l'inizio della curva di luce con l'asse delle ascisse è punto di compensazione fotosintesi, che mostra che in questo caso la fotosintesi utilizza esattamente la stessa quantità di CO 2 rilasciata durante la respirazione. In altre parole, nel tempo arriva un momento in cui fotosintesi e respirazione si bilanciano esattamente a vicenda, in modo che lo scambio visibile di ossigeno e CO 2 si interrompa. Il punto di compensazione della luce è l'intensità luminosa alla quale lo scambio totale di gas è zero.

Le curve di luce non sono le stesse per tutte le piante. Piante che crescono all'aperto luoghi soleggiati, l'assorbimento di CO 2 aumenta fino a che l'intensità luminosa è uguale all'illuminazione solare totale. Nelle piante che crescono in zone d'ombra (ad esempio, oxalis), l'assorbimento di CO 2 aumenta solo a bassa intensità luminosa.

Tutte le piante in relazione all'intensità della luce sono divise in luci e ombre, o amanti della luce e tolleranti all'ombra. La maggior parte delle piante agricole sono fotofile.

In piante tolleranti all'ombra, in primo luogo, la saturazione della luce si verifica con un'illuminazione più debole e, in secondo luogo, in essi il punto di compensazione della fotosintesi si verifica prima, cioè con un'illuminazione inferiore (Fig. 2.27).

Quest'ultimo è dovuto al fatto che le piante tolleranti all'ombra sono caratterizzate da una bassa intensità respiratoria. In condizioni di scarsa illuminazione, l'intensità della fotosintesi è maggiore nelle piante tolleranti all'ombra e in condizioni di luce intensa, al contrario, nelle piante fotofile.

Anche l'intensità della luce influisce Composizione chimica prodotti finali della fotosintesi. Maggiore è l'illuminazione, più carboidrati si formano; in condizioni di scarsa illuminazione - più acidi organici.

Esperimenti in condizioni di laboratorio hanno dimostrato che la qualità dei prodotti di fotosintesi è influenzata anche da una netta transizione "oscurità - luce" e viceversa. All'inizio, dopo aver acceso la luce ad alta intensità, si formano prevalentemente prodotti non carboidrati a causa della mancanza di NADPH e ATP e solo dopo un po 'i carboidrati iniziano a formarsi. Al contrario, dopo lo spegnimento della luce, le foglie non perdono immediatamente la loro capacità di fotosintesi, perché per diversi minuti nelle cellule rimane una scorta di ATP e NADP.

Dopo aver spento la luce, viene prima inibita la sintesi dei carboidrati e solo successivamente delle sostanze organiche e degli aminoacidi. La ragione principale di questo fenomeno è dovuta al fatto che l'inibizione della conversione di FHA in PHA (e attraverso di essa in carboidrati) avviene prima dell'inibizione di FHA in PEP (e attraverso di essa in alanina, malato e aspartato).

Il rapporto tra i prodotti che formano la fotosintesi è influenzato anche dalla composizione spettrale della luce. Sotto l'influenza della luce blu nelle piante, aumenta la sintesi di malato, aspartato e altri aminoacidi e proteine. Questa risposta alla luce blu è stata trovata sia nelle piante C 3 che nelle piante C 4.

La composizione spettrale della luce influisce anche sull'intensità della fotosintesi (Fig. 2.28). Riso. 2.28. Lo spettro d'azione della fotosintesi nelle foglie di grano

Spettro d'azioneè la dipendenza dell'efficacia dell'azione chimica (biologica) della luce dalla sua lunghezza d'onda. L'intensità della fotosintesi in diverse parti dello spettro non è la stessa. La massima intensità si osserva quando le piante vengono illuminate con quei raggi che vengono assorbiti al massimo dalle clorofille e altri pigmenti. L'intensità della fotosintesi è massima nei raggi rossi, perché è proporzionale non alla quantità di energia, ma al numero di quanti.

Dall'equazione generale della fotosintesi:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

ne consegue che occorrono 686 kcal per formare 1 mole di glucosio; ciò significa che 686: 6 = 114 kcal sono necessari per assimilare 1 mole di CO 2. La riserva di energia di 1 quanto di luce rossa (700 nm) è 41 kcal/enstein e quella blu (400 nm) 65 kcal/enstein. Il consumo quantico minimo quando illuminato con luce rossa è 114:41 ≈ 3, mentre in realtà vengono spesi 8-10 quanti. Pertanto, l'efficienza dell'utilizzo della luce rossa è 114/41 8 = 34% e blu 114/65 8 = 22%.

Concentrazione di CO2. Le reazioni oscure richiedono anidride carbonica, che è inclusa in composti organici. In condizioni di campo normali, è la CO 2 il principale fattore limitante. La concentrazione di CO 2 nell'atmosfera è dello 0,045%, ma se la aumenti, puoi aumentare il tasso di fotosintesi. Con un effetto a breve termine, la concentrazione ottimale di CO 2 è dello 0,5%, tuttavia, con un effetto a lungo termine, sono possibili danni alle piante, quindi la concentrazione ottimale in questo caso è inferiore - circa lo 0,1%. Già ora alcune colture in serra, come i pomodori, hanno iniziato a essere coltivate in un'atmosfera arricchita con CO 2 .

Un gruppo di piante che assorbono CO 2 dall'atmosfera in modo molto più efficiente e quindi producono rese più elevate, le cosiddette piante C 4, è attualmente di grande interesse.

IN condizioni artificiali la dipendenza della fotosintesi dalla concentrazione di CO 2 è descritta in una curva di anidride carbonica, che ricorda la curva di luce della fotosintesi (Fig. 2.29).

Ad una concentrazione di CO 2 dello 0,01%, il tasso di fotosintesi è uguale al tasso di respirazione (punto di compensazione). La saturazione di anidride carbonica si verifica allo 0,2–0,3% di CO 2 e in alcune piante anche a queste concentrazioni si osserva un leggero aumento della fotosintesi.

Riso. 2.29. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi degli aghi di pino dalla concentrazione di CO 2 nell'aria

In condizioni naturali, la dipendenza della fotosintesi dalla concentrazione di CO 2 è descritta solo dalla parte lineare della curva. Ne consegue che l'apporto di CO 2 alle piante in condizioni naturali è un fattore che limita la resa. Pertanto, si consiglia di coltivare piante indoor con un alto contenuto di CO 2 .

Temperatura ha un notevole effetto sul processo di fotosintesi, poiché le reazioni scure e parzialmente chiare della fotosintesi sono controllate da enzimi. La temperatura ottimale per le piante temperate è di solito intorno ai 25°C.

L'assorbimento e il recupero di CO 2 in tutte le piante aumenta con l'aumentare della temperatura fino al raggiungimento di un livello ottimale. Nella maggior parte delle piante della zona temperata, dopo i 30°C inizia una diminuzione dell'intensità della fotosintesi, in alcune viste meridionali dopo 40 o C. A fuoco vivo (50–60 o C), quando inizia l'inattivazione dell'enzima e la coordinazione di varie reazioni è disturbata, la fotosintesi si interrompe rapidamente. All'aumentare della temperatura, la velocità della respirazione aumenta molto più velocemente della velocità della fotosintesi naturale. Ciò influisce sulla quantità di fotosintesi osservata. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi osservata dalla temperatura è descritta da una curva di temperatura in cui si distinguono tre punti principali: minimo, ottimale e massimo.

La minima è la temperatura alla quale inizia la fotosintesi, l'ottimale è la temperatura alla quale la fotosintesi è più stabile e raggiunge la velocità massima, la massima è la temperatura dopo la quale la fotosintesi si interrompe (Fig. 2.30).

Riso. 2.30. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla temperatura della foglia: 1 - cotone; 2 – girasole; 3 - sorgo

Influenza dell'ossigeno. Più di mezzo secolo fa si notava un fenomeno apparentemente paradossale. L'ossigeno dell'aria, che è un prodotto della fotosintesi, ne è anche l'inibitore: il rilascio di ossigeno e l'assorbimento di CO 2 diminuiscono all'aumentare della concentrazione di O 2 nell'aria. Questo fenomeno prende il nome dal suo scopritore: l'effetto Warburg. Questo effetto è inerente a tutte le piante C 3. E solo nelle foglie delle piante C 4 non è stato possibile rilevarlo. È ormai accertato che la natura dell'effetto Warburg è associata alle proprietà ossigenasi dell'enzima principale del ciclo di Calvin, la RDF-carbossilasi. Con un'alta concentrazione di ossigeno, inizia la fotorespirazione. È stato stabilito che quando la concentrazione di O 2 viene ridotta al 2-3%, il fosfoglicolato non si forma e scompare anche l'effetto Warburg. Pertanto, entrambi questi fenomeni, la manifestazione delle proprietà ossigenasi della RDF-carbossilasi e la formazione di glicolato, nonché una diminuzione della fotosintesi in presenza di O2, sono strettamente correlati tra loro.

Un contenuto molto basso di O 2 o una completa assenza, nonché un aumento della concentrazione al 25-30%, inibisce la fotosintesi. Per la maggior parte delle piante, una leggera diminuzione della concentrazione naturale (21%) di O 2 attiva la fotosintesi.

Effetto dell'idratazione dei tessuti. Come già notato, l'acqua partecipa allo stadio leggero della fotosintesi come donatore di idrogeno per la riduzione della CO2. Tuttavia, il ruolo del fattore limitante la fotosintesi non è svolto dalla quantità minima di acqua (circa l'1% dell'acqua in ingresso), ma dall'acqua che fa parte delle membrane cellulari ed è il mezzo di tutte le reazioni biochimiche, attiva gli enzimi della fase oscura. Inoltre, il grado di apertura degli stomi dipende dalla quantità di acqua nelle cellule di guardia e lo stato di turgore dell'intera pianta determina la posizione delle foglie rispetto ai raggi solari. La quantità di acqua influenza indirettamente la variazione della velocità di deposizione di amido nello stroma del cloroplasto e persino i cambiamenti nella struttura e nella disposizione dei tilacoidi nello stroma.

La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dal contenuto d'acqua dei tessuti vegetali, così come la dipendenza dalla temperatura, è descritta da una curva di transizione che ha tre punti principali: minimo, ottimale e massimo.

Con la disidratazione non cambia solo l'intensità della fotosintesi, ma anche la composizione qualitativa dei prodotti della fotosintesi: vengono sintetizzati meno malato, saccarosio e acidi organici; altro - glucosio, fruttosio alanina e altri aminoacidi.

Inoltre, è stato riscontrato che in mancanza di acqua, l'ABA, un inibitore della crescita, si accumula nelle foglie.

Concentrazione di clorofilla, di norma, non è un fattore limitante, tuttavia la quantità di clorofilla può diminuire con varie malattie (oidio, ruggine, malattie virali), carenza di minerali e con l'età (durante il normale invecchiamento). Quando le foglie ingialliscono, si dice che diventino clorotiche e il fenomeno stesso è chiamato clorosi. Le macchie clorotiche sulle foglie sono spesso un sintomo di una malattia o di una carenza di minerali.

La clorosi può anche essere causata dalla mancanza di luce, poiché la luce è necessaria per la fase finale della biosintesi della clorofilla.

elementi minerali. Per la sintesi della clorofilla sono necessari anche elementi minerali: ferro, magnesio e azoto (gli ultimi due elementi sono inclusi nella sua struttura), quindi sono particolarmente importanti per la fotosintesi. Anche il potassio è importante.

Per il normale funzionamento dell'apparato fotosintetico, l'impianto deve essere dotato quantità necessaria elementi minerali (ottimali). Il magnesio, oltre a far parte della clorofilla, è coinvolto nell'azione delle proteine ​​coniuganti nella sintesi dell'ATP, influisce sull'attività delle reazioni di carbossilazione e sulla riduzione del NADP+.

Il ferro in forma ridotta è necessario per i processi di biosintesi della clorofilla e dei composti contenenti ferro dei cloroplasti (citocromi, ferredossina). La carenza di ferro interrompe la fotofosforilazione ciclica e non ciclica, la sintesi dei pigmenti e i cambiamenti nella struttura dei cloroplasti.

Manganese e cloro partecipano alla fotoossidazione dell'acqua.

Il rame fa parte della plastocianina.

La carenza di azoto colpisce non solo la formazione dei sistemi di pigmento e delle strutture dei cloroplasti, ma anche la quantità e l'attività della carbossilasi RDP.

Con una mancanza di fosforo, le reazioni fotochimiche e oscure della fotosintesi sono disturbate.

Il potassio svolge un ruolo multifunzionale nella regolazione ionica della fotosintesi, con la sua carenza di cloroplasti, la struttura del grana viene distrutta, gli stomi si aprono debolmente alla luce e non si chiudono abbastanza al buio, il regime idrico della foglia peggiora, cioè, tutti i processi di fotosintesi sono interrotti.

Età delle piante. Solo dopo la creazione dei fitotroni, dove le piante possono essere coltivate in condizioni controllate, è stato possibile ottenere risultati affidabili. È stato riscontrato che in tutte le piante solo all'inizio ciclo vitale, quando si forma l'apparato fotosintetico, l'intensità della fotosintesi aumenta, raggiunge un massimo molto rapidamente, poi diminuisce leggermente e poi cambia molto poco. Ad esempio, nei cereali la fotosintesi raggiunge la sua massima intensità durante la fase di accestimento. Ciò è spiegato dal fatto che la massima attività fotosintetica della foglia coincide con la fine del periodo della sua formazione. Quindi inizia l'invecchiamento e la fotosintesi diminuisce.

L'intensità della fotosintesi dipende principalmente dalla struttura dei cloroplasti. Con l'invecchiamento dei cloroplasti, i tilacoidi vengono distrutti. Dimostralo usando la reazione di Hill. Va peggio, più vecchi sono i cloroplasti. Pertanto, è stato dimostrato che l'intensità non è determinata dalla quantità di clorofilla, ma dalla struttura del cloroplasto.

IN condizioni ottimali umidità e nutrizione a base di azoto, la diminuzione della fotosintesi con l'età avviene più lentamente, poiché in queste condizioni i cloroplasti invecchiano più lentamente.

fattori genetici. I processi di fotosintesi dipendono in una certa misura dall'eredità dell'organismo vegetale. L'intensità della fotosintesi è diversa nelle piante di diversi gruppi sistematici e forme di vita. Nelle erbe, l'intensità della fotosintesi è maggiore rispetto alle piante legnose (Tabella 2.5).

L'intensità della fotosintesi dipende da una serie di fattori. Primo, sulla lunghezza d'onda della luce. Il processo procede in modo più efficace sotto l'azione delle onde delle parti blu-viola e rossa dello spettro. Inoltre, la velocità della fotosintesi è influenzata dal grado di illuminazione e fino a un certo punto la velocità del processo aumenta in proporzione alla quantità di luce, ma poi la nota non dipende più da essa.

Un altro fattore è la concentrazione di anidride carbonica. Più è alto, più intenso è il processo di fotosintesi. In condizioni normali, la mancanza di anidride carbonica è il principale fattore limitante, poiché in aria atmosferica contiene una piccola percentuale. Tuttavia, in condizioni di serra, questa carenza può essere eliminata, il che influenzerà favorevolmente il tasso di fotosintesi e il tasso di crescita delle piante.

Un fattore importante nell'intensità della fotosintesi è la temperatura. Tutte le reazioni di fotosintesi sono catalizzate da enzimi, per i quali l'intervallo di temperatura ottimale è 25-30 °C. A più basse temperature la velocità d'azione degli enzimi è drasticamente ridotta.

Acqua - fattore importante influenzare la fotosintesi. Tuttavia, è impossibile quantificare questo fattore, poiché l'acqua è coinvolta in molti altri processi metabolici che avvengono nella cellula vegetale.

L'importanza della fotosintesi. La fotosintesi è un processo fondamentale nella natura vivente. Grazie a lui, da sostanze inorganiche - anidride carbonica e acqua - con la partecipazione dell'energia luce del sole le piante verdi sintetizzano le sostanze organiche necessarie per la vita di tutta la vita sulla Terra. La sintesi primaria di queste sostanze assicura l'attuazione dei processi di assimilazione e dissimilazione in tutti gli organismi.

I prodotti della fotosintesi - sostanze organiche - sono utilizzati dagli organismi:

• costruire cellule;
• come fonte di energia per i processi vitali.

L'uomo utilizza sostanze create dalle piante:

• come cibo (frutta, semi, ecc.);
• come fonte di energia (carbone, torba, legno);
• come materiale da costruzione.

L'umanità deve la sua esistenza alla fotosintesi. Tutti i combustibili sulla Terra sono prodotti della fotosintesi. Usando i combustibili fossili, otteniamo l'energia immagazzinata come risultato della fotosintesi da piante antiche che esistevano in epoche geologiche passate.

Contemporaneamente alla sintesi delle sostanze organiche, un sottoprodotto della fotosintesi, l'ossigeno, viene rilasciato nell'atmosfera terrestre, necessario per la respirazione degli organismi. Senza ossigeno, la vita sul nostro pianeta è impossibile. Le sue riserve sono costantemente spese per i prodotti della combustione, dell'ossidazione, della respirazione che si verificano in natura. Secondo gli scienziati, senza la fotosintesi, l'intera fornitura di ossigeno verrebbe esaurita entro 3000 anni. Pertanto, la fotosintesi è della massima importanza per la vita sulla Terra.

Per molti secoli, i biologi hanno cercato di svelare il mistero della foglia verde. Per molto tempo si è creduto che le piante creassero nutrienti dall'acqua e dai minerali. Questa convinzione è collegata all'esperimento della ricercatrice olandese Anna van Helmont, condotto nel XVII secolo. Ha piantato un salice in una vasca, misurando con precisione la massa della pianta (2,3 kg) e il terreno asciutto (90,8 kg). Per cinque anni ha solo annaffiato la pianta, senza aggiungere nulla al terreno. Dopo cinque anni, la massa dell'albero è aumentata di 74 kg, mentre la massa del suolo è diminuita di soli 0,06 kg. Lo scienziato ha concluso che la pianta forma tutte le sostanze dall'acqua. Pertanto, è stata stabilita una sostanza che la pianta assorbe durante la fotosintesi.

Il primo tentativo di determinare scientificamente la funzione di una foglia verde fu fatto nel 1667 dal naturalista italiano Marcello Malpighi. Ha notato che se le prime foglie germinali vengono strappate dalle piantine di zucca, la pianta smette di svilupparsi. Studiando la struttura delle piante, ha fatto un'ipotesi: sotto l'influenza della luce solare, si verificano alcune trasformazioni nelle foglie della pianta e l'acqua evapora. Tuttavia, queste ipotesi sono state ignorate all'epoca.

Dopo 100 anni, lo scienziato svizzero Charles Bonnet condusse diversi esperimenti mettendo una foglia di una pianta nell'acqua e illuminandola con la luce solare. Solo lui ha tratto una conclusione errata, ritenendo che la pianta non partecipi alla formazione di bolle.

La scoperta del ruolo della foglia verde appartiene al chimico inglese Joseph Priestley. Nel 1772, mentre studiava l'importanza dell'aria per la combustione delle sostanze e per la respirazione, avvia un esperimento e scopre che le piante migliorano l'aria e la rendono adatta alla respirazione e alla combustione. Dopo una serie di esperimenti, Priestley ha notato che le piante migliorano l'aria alla luce. Fu il primo a suggerire il ruolo della luce nella vita delle piante.

Nel 1800, lo scienziato svizzero Jean Senebier spiegò scientificamente l'essenza di questo processo (a quel tempo Lavoisier aveva già scoperto l'ossigeno e ne studiava le proprietà): le foglie delle piante decompongono l'anidride carbonica e rilasciano ossigeno solo sotto l'azione della luce solare.

Nella seconda metà del XIX secolo si ricavava un estratto alcolico dalle foglie delle piante verdi. Questa sostanza è chiamata clorofilla.

Il naturalista tedesco Robert Mayer ha scoperto che le piante assorbono la luce solare e la trasformano in energia. legami chimici sostanze organiche (la quantità di carbonio immagazzinata nella pianta sotto forma di sostanze organiche dipende direttamente dalla quantità di luce che cade sulla pianta).

Kliment Arkadyevich Timiryazev, uno scienziato russo, ha studiato l'influenza di varie parti dello spettro della luce solare sul processo di fotosintesi. Riuscì a stabilire che è nei raggi rossi che la fotosintesi procede in modo più efficiente ea dimostrare che l'intensità di questo processo corrisponde all'assorbimento della luce da parte della clorofilla.

K.A. Timiryazev ha sottolineato che assimilando il carbonio, la pianta assimila anche la luce solare, convertendo la sua energia in energia di sostanze organiche.

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La foglia verde è la fonte della vita sul nostro pianeta. Se non fosse per le piante verdi, non ci sarebbero né animali né persone sulla Terra. In un modo o nell'altro, le piante servono come fonte di cibo per l'intero mondo animale.

Una persona usa l'energia non solo dei raggi del sole che cadono sulla terra ora, ma anche di quelli che sono caduti su di essa decine e centinaia di milioni di anni fa. Dopotutto, carbone, petrolio e torba sono resti chimicamente alterati di piante e animali vissuti in quei tempi lontani.

Negli ultimi decenni, l'attenzione di specialisti di primo piano in numerosi rami delle scienze naturali è stata concentrata sul problema della fotosintesi, i suoi vari aspetti sono stati studiati in modo completo e approfondito in molti laboratori in tutto il mondo. L'interesse è determinato principalmente dal fatto che la fotosintesi è la base dello scambio di energia dell'intera biosfera.

L'intensità della fotosintesi dipende da molti fattori. intensità luminosa , necessario per la massima efficienza della fotosintesi, è diverso per le diverse piante. Nelle piante tolleranti all'ombra, la massima attività della fotosintesi viene raggiunta a circa la metà della piena luce solare e nelle piante fotofile - quasi alla piena luce del sole.

Molte piante tolleranti all'ombra non sviluppano il parenchima a palizzata (colonnare) nelle foglie e c'è solo spugnoso (mughetto, zoccolo). Inoltre, queste piante hanno foglie più grandi e cloroplasti più grandi.

Influisce anche sul tasso di fotosintesi temperatura ambiente . La più alta intensità di fotosintesi si osserva a una temperatura di 20–28 °C. Con un ulteriore aumento della temperatura, l'intensità della fotosintesi diminuisce e l'intensità della respirazione aumenta. Quando i tassi di fotosintesi e respirazione coincidono, parlano punto di compensazione.

Il punto di compensazione cambia a seconda dell'intensità della luce, dell'aumento e della diminuzione della temperatura. Ad esempio, nelle alghe brune resistenti al freddo, corrisponde ad una temperatura di circa 10°C. La temperatura colpisce, prima di tutto, i cloroplasti, in cui la struttura cambia a seconda della temperatura, che è chiaramente visibile al microscopio elettronico.

È molto importante per la fotosintesi contenuto di anidride carbonica nell'aria che circonda la pianta. La concentrazione media di anidride carbonica nell'aria è 0,03% (in volume). Una diminuzione del contenuto di anidride carbonica influisce negativamente sulla resa e il suo aumento, ad esempio, allo 0,04%, può aumentare la resa di quasi 2 volte. Un aumento più significativo della concentrazione è dannoso per molte piante: ad esempio, con un contenuto di anidride carbonica di circa lo 0,1%, le piante di pomodoro si ammalano, le loro foglie iniziano ad arricciarsi. Nelle serre e nelle serre è possibile aumentare il contenuto di anidride carbonica rilasciandola da appositi cilindri o lasciando evaporare anidride carbonica secca.

Luce di diverse lunghezze d'onda influenza anche l'intensità della fotosintesi in modi diversi. Per la prima volta, l'intensità della fotosintesi in diversi raggi dello spettro è stata studiata dal fisico W. Daubeny, che ha mostrato nel 1836 che il tasso di fotosintesi in una foglia verde dipende dalla natura dei raggi. Errori metodici durante l'esperimento lo hanno portato a conclusioni sbagliate. Lo scienziato ha posizionato un segmento di un germoglio di elodea in una provetta con acqua tagliata, ha illuminato la provetta facendo passare la luce solare attraverso vetri colorati o soluzioni colorate e ha tenuto conto dell'intensità della fotosintesi dal numero di bolle di ossigeno che si staccano dal taglio superficie per unità di tempo. Daubeny è giunto alla conclusione che l'intensità della fotosintesi è proporzionale alla luminosità della luce e che i raggi più luminosi in quel momento erano considerati gialli. John Draper (1811–1882), che studiò l'intensità della fotosintesi in vari fasci dello spettro emesso da uno spettroscopio, aderiva allo stesso punto di vista.

Il ruolo della clorofilla nel processo di fotosintesi è stato dimostrato dall'eccezionale botanico e fisiologo vegetale russo K.A. Timiryazev. Dopo aver trascorso nel 1871-1875. in una serie di esperimenti, ha scoperto che le piante verdi assorbono più intensamente i raggi delle parti rossa e blu dello spettro solare e non il giallo, come si pensava prima di lui. Assorbendo la parte rossa e blu dello spettro, la clorofilla riflette i raggi verdi, motivo per cui appare verde.

Sulla base di questi dati, il fisiologo vegetale tedesco Theodor Wilhelm Engelmann nel 1883 sviluppò un metodo batterico per studiare l'assimilazione dell'anidride carbonica da parte delle piante.

Ha suggerito che se metti una cellula di una pianta verde insieme a batteri aerobici in una goccia d'acqua e li illumini con raggi di colore diverso, i batteri dovrebbero concentrarsi in quelle parti della cellula in cui l'anidride carbonica è più decomposta e l'ossigeno è rilasciato. Per testare questo, Engelman ha in qualche modo migliorato il microscopio ottico montando un prisma sopra lo specchio, che ha scomposto la luce solare in componenti separate dello spettro. Come pianta verde, Engelman utilizzò l'alga verde Spirogyra, le cui grandi cellule contengono lunghi cromatofori a spirale.

Dopo aver posto un pezzo di alga in una goccia d'acqua su un vetrino, Engelman vi introdusse alcuni batteri aerobi, dopodiché esaminò il preparato al microscopio. Si è scoperto che in assenza di un prisma, la preparazione preparata è stata illuminata con una luce bianca uniforme e i batteri sono stati distribuiti uniformemente lungo l'intera area delle alghe. In presenza di un prisma, il raggio di luce riflesso dallo specchio veniva rifratto, illuminando la zona delle alghe al microscopio con luce di diverse lunghezze d'onda. Dopo alcuni minuti, i batteri si sono concentrati su quelle aree illuminate con luce rossa e blu. Sulla base di ciò, Engelman ha concluso che la decomposizione dell'anidride carbonica (e, quindi, il rilascio di ossigeno) nelle piante verdi si osserva in aggiunta ai raggi del colore principale (cioè verde): rosso e blu.

Dati ricevuti il equipaggiamento moderno, confermano pienamente i risultati ottenuti da Engelman più di 120 anni fa.

L'energia luminosa assorbita dalla clorofilla partecipa alle reazioni del primo e del secondo stadio della fotosintesi; le reazioni del terzo stadio sono oscure; avviene senza la partecipazione della luce. Le misurazioni hanno dimostrato che il processo di riduzione di una molecola di ossigeno richiede un minimo di otto quanti di energia luminosa. Pertanto, la massima resa quantistica della fotosintesi, cioè il numero di molecole di ossigeno corrispondenti a un quanto di energia luminosa assorbita dalla pianta è 1/8, ovvero il 12,5%.

R. Emerson e colleghi hanno determinato la resa quantistica della fotosintesi quando le piante vengono illuminate con luce monocromatica di varie lunghezze d'onda. È stato riscontrato che la resa rimane costante al 12% nella maggior parte dello spettro visibile, ma diminuisce bruscamente vicino alla regione lontana del rosso. Questa diminuzione delle piante verdi inizia a una lunghezza d'onda di 680 nm. A lunghezze superiori a 660 nm, solo la clorofilla assorbe la luce. un; clorofilla B ha un assorbimento massimo di luce a 650 nm, ea 680 nm praticamente non assorbe la luce. A una lunghezza d'onda maggiore di 680 nm, la resa quantistica della fotosintesi può essere portata a valore massimo 12% a condizione che la pianta sia illuminata contemporaneamente anche da luce con lunghezza d'onda di 650 nm. In altre parole, se la luce assorbita dalla clorofilla ma integrato da luce assorbita dalla clorofilla B, allora la resa quantistica della fotosintesi raggiunge un valore normale.

Viene chiamato l'aumento dell'intensità della fotosintesi durante l'illuminazione simultanea di una pianta con due fasci di luce monocromatica di lunghezze d'onda diverse rispetto alla sua intensità osservata sotto illuminazione separata dagli stessi fasci Effetto Emerson. Esperimenti con varie combinazioni di luce rossa lontana e luce con più breve lunghezza le onde sulle alghe verdi, rosse, blu-verdi e marroni hanno mostrato che il maggiore aumento della fotosintesi si osserva se il secondo raggio con una lunghezza d'onda più corta viene assorbito dai pigmenti ausiliari.

Nelle piante verdi, tali pigmenti ausiliari sono i carotenoidi e la clorofilla. B, nelle alghe rosse - carotenoidi e ficoeritrina, nelle alghe azzurre - carotenoidi e ficocianina, nelle alghe brune - carotenoidi e fucoxantina.

Ulteriori studi sul processo di fotosintesi hanno portato alla conclusione che i pigmenti ausiliari trasferiscono dall'80 al 100% dell'energia luminosa da essi assorbita alla clorofilla. ma. Quindi, clorofilla ma accumula l'energia luminosa assorbita dalla cellula vegetale, quindi la utilizza nelle reazioni fotochimiche della fotosintesi.

Successivamente è stato scoperto che la clorofilla maè presente in una cellula vivente sotto forma di forme con diversi spettri di assorbimento e diverse funzioni fotochimiche. Una forma di clorofilla ma, il cui massimo assorbimento corrisponde ad una lunghezza d'onda di 700 nm, appartiene al sistema dei pigmenti, chiamato fotosistema I, la seconda forma di clorofilla ma con un assorbimento massimo di 680 nm, appartiene al fotosistema II.

Quindi, nelle piante è stato scoperto un sistema di pigmenti fotoattivi, che assorbe la luce in modo particolarmente forte nella regione rossa dello spettro. Comincia ad agire anche in condizioni di scarsa illuminazione. Inoltre, c'è un altro noto sistema normativo, che assorbe selettivamente e utilizza per la fotosintesi colore blu. Questo sistema funziona con una luce sufficientemente forte.

È stato inoltre stabilito che l'apparato fotosintetico di alcune piante utilizza in gran parte la luce rossa per la fotosintesi, mentre altre utilizzano la luce blu.

Per determinare l'intensità della fotosintesi delle piante acquatiche, puoi utilizzare il metodo di conteggio delle bolle di ossigeno. Alla luce, il processo di fotosintesi avviene nelle foglie, il cui prodotto è l'ossigeno, che si accumula negli spazi intercellulari. Quando si taglia lo stelo, il gas in eccesso inizia a essere rilasciato dalla superficie del taglio sotto forma di un flusso continuo di bolle, la cui velocità di formazione dipende dall'intensità della fotosintesi. Questo metodo non è molto accurato, ma è semplice e fornisce una rappresentazione visiva della dipendenza del processo di fotosintesi dalle condizioni esterne.

Esperienza 1. Dipendenza della produttività della fotosintesi dall'intensità della luce

Materiali e attrezzature: elodea; soluzioni acquose di NaHCO 3 , (NH 4) 2 CO 3 o acqua minerale; sistemato acqua di rubinetto; bacchetta di vetro; fili; forbici; Lampada elettrica da 200 W; orologio; termometro.

1. Per l'esperimento sono stati selezionati germogli sani di elodea lunghi circa 8 cm di colore verde intenso con punta intatta. Sono stati tagliati sott'acqua, legati con un filo a una bacchetta di vetro e fatti cadere a testa in giù in un bicchiere d'acqua a temperatura ambiente (la temperatura dell'acqua dovrebbe rimanere costante).

2. Per l'esperimento, abbiamo preso acqua di rubinetto stabilizzata arricchita con CO 2 aggiungendo NaHCO 3 o (NH 4) 2 CO 3, o acqua minerale, ed ha esposto un bicchiere con una pianta acquatica a una luce intensa. Abbiamo osservato la comparsa di bolle d'aria dal taglio della pianta.

3. Quando il flusso delle bolle è diventato uniforme, è stato contato il numero di bolle rilasciate in 1 minuto. Il conteggio è stato eseguito 3 volte con una pausa di 1 minuto, i dati sono stati registrati in una tabella ed è stato determinato il risultato medio.

4. Il vetro con la pianta è stato rimosso dalla sorgente luminosa di 50–60 cm e sono stati ripetuti i passaggi indicati al paragrafo 3.

5. I risultati degli esperimenti sono stati confrontati ed è stata tratta una conclusione sulla diversa intensità della fotosintesi in condizioni di luce intensa e debole.

I risultati degli esperimenti sono presentati nella tabella 1.

Produzione: alle intensità luminose utilizzate, l'intensità della fotosintesi aumenta all'aumentare dell'intensità della luce, cioè più luce, migliore è la fotosintesi.

Tabella 1. Dipendenza della fotosintesi dall'intensità della luce

Esperienza 2. Dipendenza della produttività della fotosintesi dalla composizione spettrale della luce

Materiali e attrezzature: elodea; un set di filtri luminosi (blu, arancione, verde); sette vasi alti a bocca larga; acqua del rubinetto stabilizzata; forbici; Lampada elettrica da 200 W; orologio; termometro; provette.

1. La provetta è stata riempita fino a 2/3 del volume con acqua di rubinetto stabilizzata e inserita in essa. pianta acquatica dall'alto al basso. Il gambo è stato tagliato sott'acqua.

2. Un filtro per la luce blu (circolare) è stato posto in un vaso alto a bocca larga, una provetta con una pianta è stata posta sotto il filtro e il vaso è stato esposto a una luce intensa in modo che cadesse sulla pianta, passando attraverso il filtro della luce . Abbiamo osservato la comparsa di bolle d'aria dal taglio del fusto della pianta.

3. Quando il flusso delle bolle è diventato uniforme, è stato contato il numero di bolle rilasciate in 1 minuto. Il calcolo è stato eseguito 3 volte con una pausa di 1 minuto, è stato determinato il risultato medio, i dati sono stati inseriti nella tabella.

4. Il filtro luce blu è stato sostituito con uno rosso e sono stati ripetuti i passaggi indicati al paragrafo 3, assicurandosi che la distanza dalla sorgente luminosa e la temperatura dell'acqua rimanessero costanti.

5. I risultati degli esperimenti sono stati confrontati ed è stata tratta una conclusione sulla dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla composizione spettrale della luce.

I risultati dell'esperimento sono presentati nella tabella 2.

Produzione: il processo di fotosintesi nella luce arancione è molto intenso, in blu rallenta e in verde praticamente non va.

Tabella 2. Dipendenza della produttività della fotosintesi dalla composizione spettrale della luce

numero di esperienza	filtro luce	Prima dimensione	Seconda dimensione	terza dimensione	Significare
	arancia

Esperienza 3. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla temperatura

Materiali e attrezzature: elodea; tre vasi alti a bocca larga; acqua del rubinetto stabilizzata; forbici; provette; Lampada elettrica da 200 W; orologio; termometro.

1. Una provetta da 2/3 è stata riempita con acqua di rubinetto stabilizzata e una pianta acquatica è stata collocata al suo interno con la parte superiore rivolta verso il basso. Il gambo è stato tagliato sott'acqua.

2. L'acqua del rubinetto stabilizzata di diverse temperature (da 14°C a 45°C) è stata versata in tre vasi a bocca larga, una provetta con una pianta è stata posta in un vaso di acqua a temperatura media (ad esempio 25°C) e il dispositivo è stato esposto a una luce intensa. Abbiamo osservato la comparsa di bolle d'aria dal taglio del fusto della pianta.

3. Dopo 5 minuti, è stato contato il numero di bolle rilasciate in 1 minuto. Il calcolo è stato eseguito 3 volte con una pausa di 1 minuto, è stato determinato il risultato medio, i dati sono stati inseriti nella tabella.

4. La provetta con la pianta è stata trasferita in un vaso con acqua di diversa temperatura e sono stati ripetuti i passaggi indicati al paragrafo 3, assicurandosi che la distanza dalla sorgente luminosa e la temperatura dell'acqua rimanessero costanti.

5. I risultati degli esperimenti sono stati confrontati ed è stata tratta una conclusione scritta sull'effetto della temperatura sull'intensità della fotosintesi.

I risultati dell'esperimento sono presentati nella tabella 3.

Produzione: nell'intervallo di temperatura studiato, l'intensità della fotosintesi dipende dalla temperatura: più è alta, migliore è la fotosintesi.

Tabella 3. Dipendenza dalla temperatura della fotosintesi

Come risultato del nostro studio, abbiamo tratto le seguenti conclusioni.

1. Il sistema di pigmenti fotoattivi assorbe la luce in modo particolarmente forte nella regione rossa dello spettro. I raggi blu sono abbastanza ben assorbiti dalla clorofilla e pochissimo verde, il che spiega il colore verde delle piante.

2. Il nostro esperimento con un ramo di elodea dimostra in modo convincente che la massima intensità della fotosintesi si osserva quando illuminata con luce rossa.

3. Il tasso di fotosintesi dipende dalla temperatura.

4. La fotosintesi dipende dall'intensità della luce. Più luce, migliore è la fotosintesi.

I risultati di tale lavoro possono essere di importanza pratica. Nelle serre con illuminazione artificiale, selezionando la composizione spettrale della luce, è possibile aumentare la resa. All'Istituto agrofisico di Leningrado alla fine degli anni '80. nel laboratorio di B.S. Moshkov, utilizzando modalità di illuminazione speciali, sono state ottenute 6 colture di pomodori all'anno (180 kg / m 2).

Le piante richiedono raggi di luce di tutti i colori. Come, quando, in quale sequenza e proporzione fornirgli energia radiante è tutta una scienza. Le prospettive per la cultura della luce sono molto grandi: da esperimenti di laboratorio, può trasformarsi in una produzione industriale per tutto l'anno di colture orticole, verdi, ornamentali e medicinali.

LETTERATURA

1. Genkel PA Fisiologia vegetale: Proc. indennità per un corso facoltativo per il 9° grado. - M: Educazione, 1985. - 175 p., ill.
2. Kretovich V.L. Biochimica delle piante: libro di testo per biol. facoltà delle università. - M.: Scuola superiore, 1980. - 445 pag., ill.
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6. http://sc.nios.ru (disegni e diagrammi)

Di tutti i fattori che influenzano contemporaneamente il processo di fotosintesi limitante sarà quello più vicino al livello minimo. È installato Uomo nero nel 1905. Diversi fattori possono essere limitanti, ma uno di questi è il principale.

1. In condizioni di scarsa illuminazione, il tasso di fotosintesi è direttamente proporzionale all'intensità della luce. Leggeroè il fattore limitante in condizioni di scarsa illuminazione. Ad alta intensità luminosa, la clorofilla si scolorisce e la fotosintesi rallenta. In tali condizioni in natura, le piante sono generalmente protette (cuticola spessa, foglie pubescenti, squame).

1. Le reazioni oscure della fotosintesi richiedono diossido di carbonio, che è incluso nella materia organica, è un fattore limitante nel campo. La concentrazione di CO 2 nell'atmosfera varia dallo 0,03 allo 0,04%, ma se la aumenti, puoi aumentare il tasso di fotosintesi. Alcune colture in serra sono ora coltivate con un maggiore contenuto di CO 2.
2. fattore di temperatura. Le reazioni della fotosintesi oscura e leggera sono controllate da enzimi e la loro azione dipende dalla temperatura. La temperatura ottimale per le piante nella zona temperata è di 25 °C. Ad ogni aumento della temperatura di 10 °C (fino a 35 °C), la velocità di reazione raddoppia, ma a causa dell'influenza di una serie di altri fattori, le piante crescono meglio a 25 °C.
3. Acqua- materiale di partenza per la fotosintesi. La mancanza di acqua colpisce molti processi nelle cellule. Ma anche un avvizzimento temporaneo porta a gravi perdite di raccolto. Motivi: al momento dell'appassimento, gli stomi delle piante si chiudono e ciò interferisce con il libero accesso della CO 2 per la fotosintesi; con una mancanza di acqua nelle foglie di alcune piante si accumula acido abscissico. È un ormone vegetale - un inibitore della crescita. In condizioni di laboratorio, viene utilizzato per studiare l'inibizione del processo di crescita.
4. Concentrazione di clorofilla. La quantità di clorofilla può diminuire con l'oidio, la ruggine, le malattie virali, le carenze minerali e l'età (con il normale invecchiamento). Quando le foglie diventano gialle, fenomeni clorotici o clorosi. Il motivo potrebbe essere la mancanza di minerali. Per la sintesi della clorofilla sono necessari Fe, Mg, N e K.
5. Ossigeno. Un'elevata concentrazione di ossigeno nell'atmosfera (21%) inibisce la fotosintesi. L'ossigeno compete con l'anidride carbonica per il sito attivo dell'enzima coinvolto nella fissazione della CO 2, che riduce il tasso di fotosintesi.
6. Inibitori specifici. Il modo migliore uccidere una pianta significa sopprimere la fotosintesi. Per fare questo, gli scienziati hanno sviluppato inibitori - erbicidi- diossine. Per esempio: DHMM - diclorofenildimetilurea- inibisce le reazioni alla luce della fotosintesi. Utilizzato con successo per studiare le reazioni alla luce della fotosintesi.
7. Inquinamento ambientale. Gas di origine industriale, ozono e anidride solforosa, anche in piccole concentrazioni, danneggiano gravemente le foglie di alcune piante. A gas acido i licheni sono molto sensibili. Pertanto, esiste un metodo indicazioni di licheni– determinazione dell'inquinamento ambientale da licheni. La fuliggine ostruisce gli stomi e riduce la trasparenza dell'epidermide fogliare, riducendo il tasso di fotosintesi.

6. Fattori di vita vegetale, calore, luce, aria, acqua Le piante per tutta la vita sono costantemente in interazione con ambiente esterno. I requisiti delle piante per i fattori vitali sono determinati dall'eredità delle piante e sono diversi non solo per ciascuna specie, ma anche per ogni varietà di una particolare coltura. Ecco perché una profonda conoscenza di queste esigenze permette di stabilire correttamente la struttura delle aree seminate, la rotazione delle colture, la collocazione rotazioni colturali.
Per la vita normale, le piante hanno bisogno di luce, calore, acqua, sostanze nutritive, tra cui anidride carbonica e aria.
La principale fonte di luce per le piante è la radiazione solare. Sebbene questa fonte sia al di là dell'influenza umana, il grado di utilizzo dell'energia luminosa del sole per la fotosintesi dipende dal livello della tecnologia agricola: metodi di semina (filari diretti da nord a sud o da est a ovest), tassi di semina differenziati, lavorazione del terreno, ecc. .
Il tempestivo diradamento delle piante e la distruzione delle erbacce migliorano l'illuminazione delle piante.
Calore nella vita vegetale, insieme alla luce, è il fattore principale nella vita vegetale e condizione necessaria per processi biologici, chimici e fisici nel suolo. Ogni pianta, nelle varie fasi e stadi di sviluppo, richiede determinati, ma ineguali, requisiti di calore, il cui studio è uno dei compiti della fisiologia vegetale e dell'agricoltura scientifica. il calore nella vita vegetale influisce sul tasso di sviluppo in ogni fase della crescita. Il compito dell'agricoltura comprende anche lo studio del regime termico del suolo e delle modalità della sua regolazione.
L'acqua nella vita vegetale e i nutrienti, ad eccezione dell'anidride carbonica proveniente sia dal suolo che dall'atmosfera, sono i fattori del suolo della vita vegetale. Pertanto, l'acqua e i nutrienti sono chiamati elementi della fertilità del suolo.
Aria nella vita vegetale(atmosferica e del suolo) è necessaria come fonte di ossigeno per la respirazione delle piante e dei microrganismi del suolo, nonché come fonte di carbonio che la pianta assorbe durante la fotosintesi. Inoltre, l'aria nella vita delle piante è necessaria per i processi microbiologici nel suolo, a seguito dei quali la materia organica del suolo viene decomposta da microrganismi aerobici con formazione di composti minerali solubili di azoto, fosforo, potassio e altre piante nutrienti.

7 . Indicatori di produttività fotosintetica delle colture

Un raccolto viene creato nel processo di fotosintesi, quando si forma materia organica nelle piante verdi da anidride carbonica, acqua e minerali. L'energia del raggio solare viene convertita nell'energia della biomassa vegetale. L'efficienza di questo processo e, in definitiva, la resa dipendono dal funzionamento della coltura come sistema fotosintetico. In condizioni di campo, la semina (cenosi) come insieme di piante per unità di superficie è un complesso sistema fotosintetico dinamico autoregolante. Questo sistema include molti componenti che possono essere considerati come sottosistemi; è dinamico, in quanto cambia costantemente i suoi parametri nel tempo; autoregolante, poiché, nonostante le varie influenze, la semina modifica i suoi parametri in un certo modo, mantenendo l'omeostasi.

Indicatori di attività fotosintetica delle colture. La semina è un sistema ottico in cui le foglie assorbono PAR. Nel periodo iniziale di sviluppo della pianta, la superficie di assimilazione è piccola e una parte significativa del PAR passa dalle foglie e non viene catturata da queste. Con un aumento dell'area delle foglie, aumenta anche il loro assorbimento di energia solare. Quando l'indice di superficie fogliare* è 4...5, cioè l'area delle foglie nella coltura è 40...50 mila m 2 /ha, l'assorbimento di PAR da parte delle foglie della coltura raggiunge un valore massimo - 75...80% del visibile, 40% della radiazione totale. Con un ulteriore aumento dell'area fogliare, l'assorbimento di PAR non aumenta. Nelle colture dove l'andamento della formazione dell'area fogliare è ottimale, l'assorbimento di PAR può essere mediamente del 50...60% della radiazione incidente durante la stagione vegetativa. Il PAR assorbito dalla copertura vegetale è la base energetica per la fotosintesi. Tuttavia, solo una parte di questa energia viene accumulata nel raccolto. Il fattore di utilizzo della PAR è solitamente determinato in relazione all'incidente della PAR sulla copertura vegetale. Se la resa in biomassa nella Russia centrale accumula il 2...3% della semina PAR, il peso secco di tutti gli organi vegetali sarà di 10...15 t/ha e la resa possibile sarà di 4...6 t di grano per 1 ha. Nelle colture sparse, il fattore di utilizzo PAR è solo 0,5...1,0%.

Considerando le colture come un sistema fotosintetico, la resa di biomassa secca generata da stagione di crescita, o il suo aumento in un certo periodo dipende dall'area fogliare media, dalla durata del periodo e dalla produttività netta della fotosintesi per questo periodo.

Y \u003d FP NPF,

dove Y è la resa di biomassa secca, t/ha;

FP - potenziale fotosintetico, migliaia di m 2 - giorni / ha;

NPP - produttività netta della fotosintesi, g/(m2 - giorni).

Il potenziale fotosintetico è calcolato dalla formula

dove Sc è la superficie fogliare media del periodo, migliaia di m 2 /ha;

T è la durata del periodo, giorni.

I principali indicatori per la cenosi, così come la resa, sono determinati per unità di superficie: 1 m 2 o 1 ha. Quindi, l'area fogliare è misurata in migliaia di m 2 / ha. Inoltre, usano un indicatore come l'indice di superficie fogliare. La parte principale della superficie di assimilazione è costituita da foglie, è in esse che avviene la fotosintesi. La fotosintesi può verificarsi anche in altre parti verdi delle piante: steli, tende da sole, frutti verdi, ecc., ma il contributo di questi organi alla fotosintesi totale è generalmente ridotto. È consuetudine confrontare le colture tra loro, nonché i diversi stati di una coltura nella dinamica in termini di superficie fogliare, identificandola con il concetto di "superficie di assimilazione". La dinamica dell'area delle foglie nella coltura segue una certa regolarità. Dopo la germinazione, l'area fogliare aumenta lentamente, quindi aumenta il tasso di crescita. Quando cessa la formazione dei germogli laterali e le piante crescono in altezza, l'area fogliare raggiunge il suo valore massimo durante la stagione vegetativa, poi inizia a diminuire gradualmente a causa dell'ingiallimento e della morte delle foglie inferiori. Entro la fine della stagione di crescita nelle colture di molte colture (cereali, legumi), le foglie verdi sulle piante sono assenti. L'area fogliare di varie piante agricole può variare notevolmente durante la stagione di crescita a seconda delle condizioni di approvvigionamento idrico, nutrizione e pratiche agricole. Area massima le foglie in condizioni aride raggiungono solo 5 ... 10 mila m 2 / ha e, con eccessiva umidità e nutrizione a base di azoto, possono superare i 70 mila m 2 / ha. Si ritiene che con un indice di superficie fogliare di 4...5, la semina come sistema ottico di fotosintesi operi in modalità ottimale, assorbente il numero più grande PAR. Con un'area di foglie più piccola, una parte del PAR non viene catturata dalle foglie. Se l'area fogliare è superiore a 50000 m2/ha, le foglie superiori ombreggiano quelle inferiori e la loro quota nella fotosintesi diminuisce drasticamente. Inoltre, le foglie superiori "alimentano" quelle inferiori, il che è sfavorevole per la formazione di frutti, semi, tuberi, ecc. La dinamica dell'area fogliare mostra che diverse fasi durante la stagione vegetativa, la semina come sistema fotosintetico funziona diversamente (Fig. 3). Durante i primi 20...30 giorni di vegetazione, quando la superficie fogliare media è di 3...7 mila m 2 /ha, la maggior parte del PAR non viene catturato dalle foglie, e quindi il fattore di utilizzo del PAR non può essere elevato. Inoltre, l'area delle foglie inizia ad aumentare rapidamente, raggiungendo un massimo. Di norma ciò si verifica nelle bluegrass nella fase dello stato lattiginoso del chicco, nei legumi da cereale nella fase di pieno riempimento dei semi nella fascia intermedia, in erbe perenni nella fase di fioritura. Quindi l'area fogliare inizia a diminuire rapidamente. In questo momento prevale la ridistribuzione e il deflusso di sostanze dagli organi vegetativi a quelli generativi. La durata di questi periodi e il loro rapporto è influenzata da vari fattori, compresi quelli agrotecnici. Con il loro aiuto, è possibile regolare il processo di aumento dell'area delle foglie e la durata dei periodi. In condizioni aride, la densità delle piante, e quindi l'area delle foglie, è volutamente ridotta, poiché con un'ampia area di foglie aumenta la traspirazione, le piante soffrono maggiormente della mancanza di umidità e le rese diminuiscono.

Ricerca

Argomento: L'influenza di vari fattori sul tasso di fotosintesi

Responsabile del lavoro:Logvin Andrey Nikolaevich, insegnante di biologia

villaggio Shelokhovskaya

2009

Introduzione - pagina 3

Capitolo 1. Fotosintesi - pagina 4

Capitolo 2. Fattori abiotici: luce e temperatura. Il loro ruolo nella vita vegetale - pagina 5

2.1. Luce - pagina 5

2.2. Temperatura - pagina 6

2.3. Composizione del gas dell'aria - pagina 7

Capitolo 3. L'influenza di vari fattori sul tasso di fotosintesi - p.983.1. Metodo di prova dell'amido - pagina 9

3.2. Dipendenza della fotosintesi dall'intensità della luce – pagina 10

3.3. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla temperatura - pagina 11

3.4. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera - pagina 12

Conclusione - pagina 12

Fonti di informazione - pagina 13

Facendo

La vita sulla terra dipende dal sole. Il ricevitore e l'accumulatore dell'energia dei raggi solari sulla Terra sono le foglie verdi delle piante come organi specializzati della fotosintesi. La fotosintesi è un processo unico di creazione di sostanze organiche da quelle inorganiche. Questo è l'unico processo sul nostro pianeta associato alla conversione dell'energia della luce solare nell'energia dei legami chimici contenuti nelle sostanze organiche. In questo modo, l'energia della luce solare ricevuta dallo spazio, immagazzinata dalle piante verdi in carboidrati, grassi e proteine, assicura l'attività vitale dell'intero mondo vivente, dai batteri all'uomo.

Un eccezionale scienziato russo della fine del XIX - inizio XX secolo. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920) definì cosmico il ruolo delle piante verdi sulla Terra.

K.A. Timiryazev ha scritto: “Tutte le sostanze organiche, non importa quanto diverse possano essere, ovunque si trovino, sia in una pianta, in un animale o in una persona, passate attraverso la foglia, hanno avuto origine da sostanze prodotte dalla foglia. Al di fuori della foglia, o meglio al di fuori del grano di clorofilla, non esiste in natura un laboratorio in cui la materia organica sia isolata. In tutti gli altri organi e organismi si trasforma, si trasforma, solo qui si forma di nuovo dalla materia inorganica.

La rilevanza dell'argomento scelto è dovuta al fatto che tutti dipendiamo dalle piante fotosintetiche ed è necessario sapere come aumentare l'intensità della fotosintesi.

Oggetto di studio- piante d'appartamento

Materia di studio– influenza di vari fattori sulla velocità di fotosintesi.

Obiettivi:

1. Sistematizzazione, approfondimento e consolidamento delle conoscenze sulla fotosintesi vegetale e sui fattori ambientali abiotici.

2. Studiare la dipendenza del tasso di fotosintesi dall'intensità dell'illuminazione, dalla temperatura e dalla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera.

Compiti:

1. Studiare la letteratura sulla fotosintesi delle piante, generalizzare e approfondire le conoscenze sull'influenza dei fattori abiotici sulla fotosintesi delle piante.
2. Per studiare l'influenza di vari fattori sul tasso di fotosintesi.

Ipotesi di ricerca:Il tasso di fotosintesi aumenta con l'aumento dell'intensità della luce, della temperatura e della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera.

Metodi di ricerca:

1. Studio e analisi della letteratura
2. Osservazione, confronto, sperimentazione.

Capitolo 1. Fotosintesi.

Il processo di formazione di sostanze organiche da parte di cellule di piante verdi e cianobatteri con la partecipazione della luce. Nelle piante verdi, si verifica con la partecipazione di pigmenti (clorofille e alcuni altri) presenti nei cloroplasti e nei cromatofori delle cellule. Da sostanze povere di energia (monossido di carbonio e acqua) si forma glucosio carboidrato e si libera ossigeno libero.

La fotosintesi si basa su un processo redox: gli elettroni vengono trasferiti da un donatore-riducente (acqua, idrogeno, ecc.) a un accettore (monossido di carbonio, acetato). Se l'acqua viene ossidata si formano una sostanza ridotta (glucosio carboidrati) e ossigeno. Ci sono due fasi della fotosintesi:

Luce (o dipendente dalla luce);

Scuro.

Nella fase leggera c'è un accumulo di atomi liberi di idrogeno, energia (viene sintetizzato l'ATP). fase oscurafotosintesi - una serie di reazioni enzimatiche successive, e soprattutto reazioni di legame dell'anidride carbonica (penetra la foglia dall'atmosfera). Di conseguenza, si formano carboidrati, prima monosaccaridi (esoso), poi saccaridi e polisaccaridi (amido). La sintesi del glucosio va con l'assorbimento di una grande quantità di energia (viene utilizzato l'ATP sintetizzato nella fase leggera). Per rimuovere l'ossigeno in eccesso dall'anidride carbonica, viene utilizzato l'idrogeno, che si forma nella fase leggera ed è in una combinazione instabile con un vettore di idrogeno (NADP). L'eccesso di ossigeno è dovuto al fatto che nell'anidride carbonica il numero di atomi di ossigeno è il doppio del numero di atomi di carbonio e nel glucosio il numero di atomi di carbonio e ossigeno è uguale.

La fotosintesi è l'unico processo nella biosfera che porta ad un aumento dell'energia della biosfera a causa di una fonte esterna: il Sole e garantisce l'esistenza sia delle piante che di tutti gli organismi eterotrofi.

Meno dell'1-2% dell'energia solare va nelle colture.

Perdite: assorbimento incompleto della luce; limitando il processo a livello biochimico e fisiologico.

Modi per aumentare l'efficienza della fotosintesi:

Fornire acqua alle piante;

Fornitura di minerali e anidride carbonica;

Creazione di una struttura colturale favorevole alla fotosintesi;

Selezione di varietà ad alta efficienza di fotosintesi.

Capitolo 2. Fattori abiotici: luce e temperatura.

Il loro ruolo nella vita vegetale.

Fattori abioticisono chiamati tutti gli elementi di natura inanimata che influenzano il corpo. Tra questi, i più importanti sono la luce, la temperatura, l'umidità, l'aria, i sali minerali, ecc. Sono spesso combinati in gruppi di fattori: climatici, pedologici, orografici, geologici, ecc.

In natura è difficile separare l'azione di un fattore abiotico da un altro; gli organismi sperimentano sempre la loro influenza combinata. Tuttavia, per comodità di studio, i fattori abiotici sono generalmente considerati separatamente.

2.1. Leggero

Tra i numerosi fattori, la luce come vettore di energia solare è uno dei principali. Senza di essa, l'attività fotosintetica delle piante verdi è impossibile. Allo stesso tempo, l'effetto diretto della luce sul protoplasma è fatale per l'organismo. Pertanto, molte proprietà morfologiche e comportamentali degli organismi sono dovute all'azione della luce.

Il sole irradia un'enorme quantità di energia nello spazio esterno e, sebbene la Terra rappresenti solo una duemilionesima parte della radiazione solare, è sufficiente per riscaldare e illuminare il nostro pianeta. La radiazione solare è costituita da onde elettromagnetiche di varie lunghezze, nonché onde radio con una lunghezza non superiore a 1 cm.

Tra l'energia solare che penetra nell'atmosfera terrestre ci sono i raggi visibili (ce ne sono circa il 50%), i raggi infrarossi caldi (50%) e raggi ultravioletti(circa 1%). Per gli ambientalisti, le caratteristiche qualitative della luce sono importanti: lunghezza d'onda (o colore), intensità (energia effettiva in calorie) e durata dell'esposizione (lunghezza dei giorni).

I raggi visibili (li chiamiamo luce solare) sono costituiti da raggi di diversi colori e diverse lunghezze d'onda. La luce è di grande importanza nella vita dell'intero mondo organico, poiché ad essa è associata l'attività di animali e piante: la fotosintesi procede solo in condizioni di luce visibile.

Nella vita degli organismi sono importanti non solo i raggi visibili, ma anche altri tipi di energia radiante che raggiungono la superficie terrestre: raggi ultravioletti e infrarossi, elettromagnetici (soprattutto onde radio) e persino radiazioni gamma e X. Ad esempio, i raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda di 0,38-0,40 micron hanno una grande attività fotosintetica. Questi raggi, specie se presentati in dosi moderate, stimolano la crescita e la riproduzione delle cellule, promuovono la sintesi di composti biologici altamente attivi, aumentano il contenuto di vitamine e antibiotici nelle piante e aumentano la resistenza delle cellule vegetali a varie malattie.

Tra tutti i raggi solari si distinguono solitamente i raggi, che in un modo o nell'altro interessano gli organismi vegetali, in particolare il processo di fotosintesi, accelerandone o rallentandone il corso. Questi raggi sono chiamati radiazione fisiologicamente attiva (PAR in breve). I più attivi tra i PAR sono: rosso-arancione (0,65-0,68 micron), blu-viola (0,40-0,50 micron) e ultravioletto vicino (0,38-0,40 micron). I raggi giallo-verdi (0,50-0,58 micron) vengono assorbiti di meno e i raggi infrarossi quasi non vengono assorbiti. Solo i raggi infrarossi lontani con una lunghezza d'onda superiore a 1,05 micron prendono parte allo scambio termico delle piante e quindi hanno qualche effetto positivo, soprattutto in luoghi con basse temperature.

Le piante verdi hanno bisogno di luce per la formazione della clorofilla, la formazione della struttura granulare dei cloroplasti; regola il lavoro dell'apparato stomatico, influenza lo scambio gassoso e la traspirazione, attiva numerosi enzimi, stimola la biosintesi delle proteine ​​e acidi nucleici. La luce influenza la divisione cellulare e l'allungamento, i processi di crescita e lo sviluppo delle piante, determina i tempi di fioritura e fruttificazione e ha un effetto modellante. Ma la luce è della massima importanza nella nutrizione dell'aria delle piante, nel loro utilizzo dell'energia solare nel processo di fotosintesi.

2.2. Temperatura

Il regime termico è uno dei condizioni essenziali l'esistenza di organismi, poiché tutti i processi fisiologici sono possibili solo a determinate temperature. L'arrivo del calore sulla superficie terrestre è fornito dai raggi solari e si distribuisce sulla terra a seconda dell'altezza del sole sull'orizzonte e dell'angolo di incidenza dei raggi solari. Pertanto, il regime termico non è lo stesso a diverse latitudini ea altezza diversa sopra il livello del mare.

Il fattore temperatura è caratterizzato da pronunciate fluttuazioni stagionali e giornaliere. Questa azione del fattore in un certo numero di regioni della Terra ha un importante valore segnale nella regolazione dei tempi dell'attività degli organismi, garantendo il loro modo di vivere quotidiano e stagionale.

Nel caratterizzare il fattore temperatura, sono molto importanti i suoi indicatori estremi, la durata della loro azione e anche la frequenza con cui si ripetono. Un cambiamento di temperatura negli habitat che va oltre la soglia di tolleranza degli organismi è accompagnato dalla loro morte di massa.

Il significato della temperatura per l'attività vitale degli organismi si manifesta nel fatto che cambia la velocità dei processi fisico-chimici nelle cellule. La temperatura influenza le caratteristiche anatomiche e morfologiche degli organismi, influenza il corso dei processi fisiologici, la crescita, lo sviluppo, il comportamento e in molti casi determina la distribuzione geografica delle piante.

2.3. Composizione gassosa dell'aria.

Oltre alle proprietà fisiche dell'ambiente atmosferico, le sue caratteristiche chimiche sono estremamente importanti per l'esistenza degli organismi terrestri. La composizione gassosa dell'aria nello strato superficiale dell'atmosfera è abbastanza omogenea in termini di contenuto dei componenti principali (azoto - 78,1, ossigeno - 21,0, argon - 0,9, anidride carbonica - 0,03% in volume) a causa dell'elevata diffusione capacità dei gas e miscelazione costante per convezione e correnti eoliche. Tuttavia, varie impurità di particelle gassose, liquide e solide (polvere) che entrano nell'atmosfera da fonti locali possono avere un'importanza ambientale significativa.

L'alto contenuto di ossigeno ha contribuito ad aumentare il metabolismo degli organismi terrestri rispetto a quelli acquatici primari. L'ossigeno, a causa del suo contenuto costantemente elevato nell'aria, non è un fattore limitante la vita nell'ambiente terrestre. Solo in luoghi, a determinate condizioni, si crea un deficit temporaneo, ad esempio negli accumuli di residui vegetali in decomposizione, scorte di grano, farina, ecc.

Il contenuto di anidride carbonica può variare in alcune aree dello strato superficiale dell'aria entro limiti abbastanza significativi. Ad esempio, se non c'è vento al centro grandi città la sua concentrazione aumenta di dieci volte. Le variazioni diurne del contenuto di anidride carbonica negli strati superficiali sono regolari, associate al ritmo della fotosintesi delle piante, e stagionali, dovute alle variazioni dell'intensità della respirazione degli organismi viventi, principalmente la popolazione microscopica dei suoli. L'aumento della saturazione dell'aria con anidride carbonica si verifica in zone di attività vulcanica, vicino a sorgenti termali e altri sbocchi sotterranei di questo gas. Ad alte concentrazioni, l'anidride carbonica è tossica. In natura, tali concentrazioni sono rare.

In natura, la principale fonte di anidride carbonica è la cosiddetta respirazione del suolo. L'anidride carbonica si diffonde dal suolo nell'atmosfera, soprattutto durante la pioggia.

IN condizioni moderne una potente fonte di quantità aggiuntive di CO 2 attività umana per bruciare combustibili fossili nell'atmosfera.

Il basso contenuto di anidride carbonica inibisce il processo di fotosintesi. In condizioni interne, il tasso di fotosintesi può essere aumentato aumentando la concentrazione di anidride carbonica; questo viene utilizzato nella pratica di serre e serre. Tuttavia, quantità eccessive di CO 2 portare all'avvelenamento delle piante.

L'azoto atmosferico per la maggior parte degli abitanti dell'ambiente terrestre è un gas inerte, ma alcuni microrganismi (batteri noduli, Azotobacter, clostridi, alghe azzurre, ecc.) hanno la capacità di legarlo e coinvolgerlo nel ciclo biologico.

Le impurità locali che entrano nell'aria possono anche influenzare in modo significativo gli organismi viventi. Ciò è particolarmente vero per le sostanze gassose tossiche: metano, ossido di zolfo (IV), monossido di carbonio (II), ossido di azoto (IV), acido solfidrico, composti del cloro, nonché particelle di polvere, fuliggine, ecc., che inquinano l'aria nelle aree industriali. La principale fonte moderna di inquinamento chimico e fisico dell'atmosfera è di origine antropica: il lavoro di vari imprese industriali e trasporti, erosione del suolo, ecc. Ossido di zolfo (S0 2 ), ad esempio, è velenoso per le piante anche in concentrazioni comprese tra un cinquantamillesimo e un milionesimo del volume d'aria. Intorno ai centri industriali che inquinano l'atmosfera con questo gas, quasi tutta la vegetazione muore. Alcune specie vegetali sono particolarmente sensibili a S0 2 e servono come indicatore sensibile del suo accumulo nell'aria. Ad esempio, i licheni muoiono anche con tracce di ossido di zolfo (IV) nell'atmosfera circostante. La loro presenza nelle foreste intorno alle grandi città testimonia l'elevata purezza dell'aria. La resistenza delle piante alle impurità nell'aria viene presa in considerazione quando si selezionano le specie per l'abbellimento insediamenti. Sensibile al fumo, ad es. abete rosso e pino, acero, tiglio, betulla. I più resistenti sono thuja, pioppo canadese, adesivi americani, sambuco e alcuni altri.

Capitolo 3. Influenza di vari fattori sul tasso di fotosintesi.

Il tasso di fotosintesi dipende sia dall'intensità della luce che dalla temperatura. I fattori limitanti della fotosintesi possono essere anche la concentrazione di anidride carbonica, acqua, elementi nutritivi minerali coinvolti nella costruzione dell'apparato fotosintetico ed essendo i componenti iniziali per la fotosintesi della materia organica.

Quando si determina l'intensità della fotosintesi, vengono utilizzati due gruppi di metodi: 1) gasometrico: registrazione della quantità di anidride carbonica assorbita o ossigeno rilasciato; 2) metodi per contabilizzare la quantità di materia organica formata durante la fotosintesi.

Un metodo semplice e visivo di "test dell'amido". Il metodo si basa sul rilevamento e sulla valutazione della quantità di amido accumulata durante la fotosintesi utilizzando una soluzione di iodio in ioduro di potassio.

3.1. Metodo di "test dell'amido"

Obbiettivo . Familiarizzare con il metodo del "test dell'amido".

Metodologia dell'esperienza.

Innaffia generosamente la pianta, mettila in un luogo caldo e buio (in un armadio o un cassetto) o scurisci le singole foglie con sacchetti scuri di carta nera spessa. Al buio, le foglie perdono gradualmente l'amido, che viene idrolizzato in zuccheri e utilizzato per la respirazione, la crescita e viene scaricato in altri organi.

Dopo 3 - 4 giorni. controlla la deaminazione delle foglie. Per fare questo, ritaglia i pezzi da un foglio scuro, mettili in una provetta con acqua (2 - 3 ml) e fai bollire per 3 minuti per uccidere le cellule e aumentare la permeabilità del citoplasma. Quindi scolare l'acqua e farla bollire più volte in alcol etilico (2 - 3 ml ciascuno), cambiando la soluzione ogni 1-2 minuti fino a quando un pezzo di tessuto fogliare non si sarà scolorito (è necessario far bollire a bagnomaria, poiché l'alcol può divampare quando si usa una lampada ad alcool!). Scolare l'ultima porzione di alcol, aggiungere un po' d'acqua per ammorbidire i tessuti delle foglie (diventano fragili con l'alcol), mettere un pezzo di tessuto in una capsula di Petri e trattare con una soluzione di iodio. Con la pittura ad inamidamento completa, non c'è colorazione blu ed è possibile avviare un esperimento con tali foglie. Se c'è anche una piccola quantità di amido, la foglia non deve essere maneggiata, poiché ciò renderà difficile osservare la formazione di amido. La deaminazione dovrebbe essere prolungata per altri 1-2 giorni.

Le foglie prive di amido devono essere tagliate dalla pianta, rinnovare il taglio sott'acqua e abbassare il picciolo in una provetta con acqua. È meglio lavorare con le foglie tagliate, poiché l'amido appena formato in questo caso non scorre verso altri organi.

Le foglie sono poste in varie condizioni, previste dagli obiettivi di questo lavoro. Per l'accumulo di amido, le foglie devono essere mantenute ad almeno 30-40 cm di distanza da una lampada da 100-200 W ed evitare il surriscaldamento con una ventola. Dopo 1 - 1,5 ore, ritaglia tre pezzi di tessuto della stessa forma (cerchio, quadrato) dalle foglie di ciascuna opzione, procedi come quando controlli la completezza dell'amido. A seconda delle condizioni dell'esperimento, nelle foglie si accumuleranno diverse quantità di amido, che possono essere determinate dal grado del suo blu. Poiché l'accumulo di amido nelle singole parti della foglia può variare, ne vengono prelevati almeno tre pezzi per analizzarne il contenuto. Per valutare i risultati vengono utilizzati i valori medi di tre ripetizioni.

Il grado di foglia blu è stimato in punti:

blu scuro - 3;

blu medio - 2;

blu tenue - 1;

nessun colore - 0.

3.2. Dipendenza della fotosintesi dall'intensità della luce.

Obbiettivo . Determinare la dipendenza della fotosintesi dall'intensità dell'illuminazione.

Metodologia dell'esperienza.

Le foglie di pelargonio, preparate per l'esperimento, collocano: una nella completa oscurità; il secondo - alla luce diurna diffusa; il terzo - a una luce brillante. Trascorso il tempo specificato, determinare la presenza di amido nelle foglie.

Trarre una conclusione sull'effetto dell'intensità della luce sul tasso di fotosintesi.

Processo lavorativo.

Geranio abbondantemente annaffiato, messo in un luogo caldo e buio (in un armadio).

Dopo 3 giorni è stata controllata la deaminazione delle foglie. Per fare questo, ritaglia dei pezzi da un foglio scuro, posti in una provetta con acqua (2 - 3 ml) e fatti bollire per 3 minuti per uccidere le cellule e aumentare la permeabilità del citoplasma. Quindi l'acqua è stata scolata e fatta bollire a bagnomaria più volte in alcol etilico (2-3 ml ciascuno), cambiando la soluzione ogni 1-2 minuti, fino a quando un pezzo di tessuto fogliare non si è scolorito. Hanno versato l'ultima porzione di alcol, aggiunto un po' d'acqua per ammorbidire i tessuti delle foglie (diventano fragili con l'alcol), messo un pezzo di tessuto in una capsula di Petri e trattato con una soluzione di iodio.

Osserviamo l'eliminazione completa dell'amido - non c'è colorazione blu.

Le foglie prive di amido furono tagliate dalla pianta, il taglio fu rinnovato sott'acqua e il picciolo fu calato in una provetta con acqua. Le foglie di geranio, preparate per l'esperimento, furono poste: una al buio completo; il secondo - alla luce diurna diffusa; il terzo - a una luce brillante.

Dopo 1 ora, dalle foglie di ciascuna variante sono stati ritagliati tre pezzi di tessuto della stessa forma, lavorati allo stesso modo di quando si verificava la completezza della rimozione dell'amido.

Risultato.

Il grado di azzurro fogliare al buio è 0 punti, in luce diffusa - 1 punto, in piena luce - 3 punti.

Produzione. Con l'aumento dell'intensità della luce, il tasso di fotosintesi è aumentato.

3.3. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla temperatura.

Obbiettivo . Determina la dipendenza della fotosintesi dalla temperatura.

Metodologia dell'esperienza.

Posizionare le foglie di pelargonio preparate ad uguale distanza da una potente fonte di luce: una al freddo (tra i telai delle finestre), l'altra in temperatura ambiente. Trascorso il tempo specificato, determinare la presenza di amido.

Trarre una conclusione sull'effetto della temperatura sul tasso di fotosintesi.

Processo lavorativo.

Le foglie prive di amido erano poste ad uguale distanza dalla lampada: una al freddo (tra i telai delle finestre), l'altra a temperatura ambiente. Dopo 1 ora, dalle foglie di ciascuna variante sono stati ritagliati tre pezzi di tessuto della stessa forma, lavorati allo stesso modo di quando si verificava la completezza della rimozione dell'amido.

Risultato.

Il grado di azzurro delle foglie al freddo è 1 punto, a temperatura ambiente - 3 punti.

Produzione. All'aumentare della temperatura, aumenta il tasso di fotosintesi.

3.4. La dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera.

Obbiettivo. Determinare la dipendenza dell'intensità della fotosintesi dalla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera

Metodologia dell'esperienza.

Le foglie di pelargonio, preparate per il lavoro, mettono in una nave con acqua e la nave - su un pezzo di vetro sotto un tappo di vetro. Metti anche una tazzina con 1-2 g di soda, in cui aggiungi 3-5 ml di acido solforico o cloridrico al 10%. Coprire la giuntura tra il bicchiere e il tappo con plastilina. Lascia l'altro foglio in classe. In questo caso, l'illuminazione e la temperatura di entrambe le foglie dovrebbero essere le stesse. Dopo il tempo specificato, tenere conto dell'amido accumulato nelle foglie, trarre una conclusione sull'effetto della concentrazione di CO2 sull'intensità della fotosintesi.

Processo lavorativo.

Le foglie di geranio, preparate per il lavoro, furono poste in un recipiente con acqua e il recipiente fu posto su un pezzo di vetro sotto un tappo di vetro. Lì è stata posta anche una tazzina con 2 g di soda, in cui aggiungere 5 ml di acido cloridrico al 10%. La giuntura tra il bicchiere e il tappo era ricoperta di plastilina. Un altro foglio è stato lasciato in classe. Allo stesso tempo, l'illuminazione e la temperatura di entrambe le foglie sono le stesse.

Risultato.

Il grado di foglia blu in classe - 2 punti, sotto il cappuccio - 3 punti.

Produzione. All'aumentare della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, aumenta il tasso di fotosintesi.

Conclusione

Fatta la parte pratica lavoro di ricerca, abbiamo concluso che la nostra ipotesi è stata confermata. Infatti, l'intensità della fotosintesi dipende dalla temperatura, dall'illuminazione, dal contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera.

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