Intensywność fotosyntezy

W fizjologii roślin stosowane są dwa pojęcia: fotosynteza prawdziwa i obserwowana. Wynika to z następujących rozważań. Szybkość lub intensywność fotosyntezy charakteryzuje ilość CO 2 pochłoniętego przez jednostkę powierzchni liścia w jednostce czasu. Oznaczanie intensywności fotosyntezy odbywa się metodą gazometryczną poprzez zmianę (zmniejszenie) ilości CO 2 w komorze zamkniętej z liściem. Jednak wraz z fotosyntezą zachodzi proces oddychania, podczas którego uwalniany jest CO 2 . Dlatego uzyskane wyniki dają wyobrażenie o intensywności obserwowanej fotosyntezy. Aby uzyskać wartość prawdziwej fotosyntezy, konieczne jest wykonanie korekty na oddychanie. Dlatego przed eksperymentem określa się intensywność oddychania w ciemności, a następnie intensywność obserwowanej fotosyntezy. Następnie ilość CO 2 uwolnionego podczas oddychania dodaje się do ilości CO 2 pochłoniętego przez światło. Wprowadzając tę ​​poprawkę, należy wziąć pod uwagę, że intensywność oddychania w świetle iw ciemności jest taka sama. Ale te poprawki nie mogą dać oszacowania prawdziwej fotosyntezy, ponieważ po pierwsze, gdy liść jest ciemniejszy, wykluczona jest nie tylko prawdziwa fotosynteza, ale także fotooddychanie; po drugie, tak zwane ciemne oddychanie jest w rzeczywistości zależne od światła (patrz poniżej).

Dlatego we wszystkich pracach doświadczalnych nad fotosyntetyczną wymianą gazową liścia preferowane są dane dotyczące obserwowanej fotosyntezy. Dokładniejszą metodą badania intensywności fotosyntezy jest metoda znakowanych atomów (mierzy się ilość zaabsorbowanego 14 CO 2 ).

W przypadku, gdy trudno jest przeliczyć ilość pochłoniętego CO 2 na jednostkę powierzchni (iglaste, nasiona, owoce, łodyga) uzyskane dane odnoszone są do jednostki masy. Biorąc pod uwagę, że współczynnik fotosyntezy (stosunek objętości uwolnionego tlenu do objętości pochłoniętego CO 2 równy jeden, tempo obserwowanej fotosyntezy można oszacować na podstawie liczby mililitrów tlenu uwalnianego przez jednostkę powierzchni liścia w ciągu 1 godziny.

Do scharakteryzowania fotosyntezy wykorzystuje się również inne wskaźniki: konsumpcję kwantową, wydajność kwantową fotosyntezy, liczbę asymilacyjną.

Zużycie kwantowe to stosunek liczby zaabsorbowanych kwantów do liczby zasymilowanych cząsteczek CO 2 . Wzajemność nosi nazwę wydajność kwantowa.

Numer asymilacji- jest to stosunek ilości CO 2 do ilości chlorofilu zawartego w liściu.

Prędkość (intensywność) fotosynteza jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na produktywność upraw rolniczych, a co za tym idzie na plon. Dlatego wyjaśnienie czynników, od których zależy fotosynteza, powinno prowadzić do poprawy działań agrotechnicznych.

Teoretycznie szybkość fotosyntezy, podobnie jak szybkość każdego wieloetapowego procesu biochemicznego, powinna być ograniczona szybkością najwolniejszej reakcji. Na przykład ciemne reakcje fotosyntezy wymagają NADPH i ATP, więc ciemne reakcje zależą od reakcji jasnych. W słabym świetle tempo powstawania tych substancji jest zbyt niskie, aby zapewnić prędkość maksymalna ciemne reakcje, więc światło będzie czynnikiem ograniczającym.

Zasadę czynników ograniczających można sformułować w następujący sposób: przy jednoczesnym oddziaływaniu kilku czynników, szybkość procesu chemicznego jest ograniczona przez czynnik, który jest najbliższy poziomowi minimalnemu (zmiana tego czynnika wpłynie bezpośrednio na ten proces).

Zasada ta została po raz pierwszy ustanowiona przez F. Blackmana w 1915 roku. Od tego czasu wielokrotnie wykazano, że różne czynniki, takie jak stężenie CO 2 i oświetlenie, mogą ze sobą oddziaływać i ograniczać ten proces, chociaż często jeden z nich nadal dominuje. Oświetlenie, stężenie CO 2 i temperatura są najważniejsze czynniki zewnętrzne wpływający na tempo fotosyntezy. Jednak duże znaczenie ma również reżim wodny, odżywianie mineralne itp.

Lekki. Oceniając wpływ światła na konkretny proces, ważne jest rozróżnienie między wpływem jego natężenia, jakości (składu spektralnego) i czasu ekspozycji na światło.

Przy słabym oświetleniu tempo fotosyntezy jest proporcjonalne do natężenia światła. Stopniowo inne czynniki stają się ograniczające, a wzrost prędkości zwalnia. W pogodny letni dzień oświetlenie wynosi około 100 000 luksów, a 10 000 luksów wystarcza, aby nasycić fotosyntezę światłem. Dlatego światło może być zwykle ważnym czynnikiem ograniczającym warunki zacienienia. Przy bardzo dużym natężeniu światła czasami zaczyna się odbarwianie chlorofilu, co spowalnia fotosyntezę; jednak w naturze rośliny narażone na takie warunki są zwykle przed nim chronione w taki czy inny sposób (gruby naskórek, opadające liście itp.).

Zależność intensywności fotosyntezy od oświetlenia opisuje krzywa zwana krzywą światła fotosyntezy (ryc. 2.26).

Ryż. 2.26. Zależność intensywności fotosyntezy od oświetlenia (krzywa światła fotosyntezy): 1 to tempo uwalniania CO2 w ciemności (szybkość oddychania); 2 – punkt kompensacji fotosyntezy; 3 – pozycja nasycenia światłem

Przy słabym oświetleniu podczas oddychania uwalnia się więcej CO 2 niż jest on wiązany podczas fotosyntezy, więc początek krzywej światła z osią odciętych jest punkt kompensacyjny fotosynteza, która pokazuje, że w tym przypadku fotosynteza zużywa dokładnie tyle CO 2 ile jest uwalniane podczas oddychania. Innymi słowy, z czasem nadchodzi moment, w którym fotosynteza i oddychanie dokładnie się zrównoważą, tak że widoczna wymiana tlenu i CO 2 ustanie. Punktem kompensacji światła jest natężenie światła, przy którym całkowita wymiana gazowa wynosi zero.

Krzywe jasności nie są takie same dla wszystkich roślin. Rośliny rosnące na zewnątrz słoneczne miejsca, absorpcja CO2 wzrasta, aż natężenie światła będzie równe całkowitemu oświetleniu słonecznemu. W roślinach rosnących w zacienionych miejscach (na przykład szczawik) pobór CO 2 wzrasta tylko przy niskim natężeniu światła.

Wszystkie rośliny pod względem natężenia światła dzielą się na światło i cień lub światłolubne i tolerujące cień. Większość roślin rolniczych jest światłolubna.

Na rośliny odporne na cień, po pierwsze, nasycenie światłem występuje przy słabszym oświetleniu, a po drugie, w nich punkt kompensacji fotosyntezy występuje wcześniej, tj. przy dolnym oświetleniu (ryc. 2.27).

To ostatnie wynika z faktu, że rośliny tolerujące cień charakteryzują się niską intensywnością oddychania. W warunkach słabego oświetlenia intensywność fotosyntezy jest wyższa u roślin tolerujących cień, aw silnym świetle przeciwnie, u roślin światłolubnych.

Natężenie światła ma również wpływ skład chemiczny produkty końcowe fotosyntezy. Im wyższe oświetlenie, tym więcej węglowodanów powstaje; w słabym świetle - więcej kwasów organicznych.

Eksperymenty w warunkach laboratoryjnych wykazały, że na jakość produktów fotosyntezy wpływa również ostre przejście „ciemność – światło” i odwrotnie. Początkowo po włączeniu światła o dużej intensywności powstają głównie produkty niewęglowodanowe z powodu braku NADPH i ATP, a dopiero po pewnym czasie zaczynają tworzyć się węglowodany. I odwrotnie, po zgaszeniu światła liście nie tracą od razu zdolności do fotosyntezy, ponieważ przez kilka minut w komórkach pozostaje zapas ATP i NADP.

Po wyłączeniu światła najpierw hamowana jest synteza węglowodanów, a dopiero potem substancji organicznych i aminokwasów. Główną przyczyną tego zjawiska jest fakt, że zahamowanie przemiany FHA w PHA (a za jego pośrednictwem w węglowodany) następuje wcześniej niż zahamowanie przemiany FHA w PEP (a za jego pośrednictwem w alaninę, jabłczan i asparaginian).

Na stosunek powstających produktów fotosyntezy ma również wpływ skład spektralny światła. Pod wpływem światła niebieskiego w roślinach wzrasta synteza jabłczanu, asparaginianu oraz innych aminokwasów i białek. Tę odpowiedź na niebieskie światło stwierdzono zarówno w roślinach C3, jak i C4.

Na intensywność fotosyntezy wpływa również skład spektralny światła (ryc. 2.28). Ryż. 2.28. Spektrum działania fotosyntezy w liściach pszenicy

Spektrum działania to zależność skuteczności chemicznego (biologicznego) działania światła od jego długości fali. Intensywność fotosyntezy w różnych częściach widma nie jest taka sama. Maksymalną intensywność obserwuje się, gdy rośliny są oświetlone tymi promieniami, które są maksymalnie pochłaniane przez chlorofile i inne pigmenty. Intensywność fotosyntezy jest największa w promieniach czerwonych, ponieważ jest proporcjonalna nie do ilości energii, ale do ilości kwantów.

Z ogólnego równania fotosyntezy:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

z tego wynika, że ​​do wytworzenia 1 mola glukozy potrzeba 686 kcal; oznacza to, że do przyswojenia 1 mola CO2 potrzeba 686:6 = 114 kcal. Zapas energii 1 kwantu światła czerwonego (700 nm) wynosi 41 kcal/enstein, a niebieskiego (400 nm) 65 kcal/enstein. Minimalne zużycie kwantowe przy oświetleniu czerwonym światłem wynosi 114:41 ≈ 3, podczas gdy w rzeczywistości zużywa się 8-10 kwantów. Zatem efektywność wykorzystania światła czerwonego wynosi 114/41 8 = 34%, a niebieskiego 114/65 8 = 22%.

Stężenie CO 2. Ciemne reakcje wymagają dwutlenku węgla, który jest zawarty w związki organiczne. W normalnych warunkach polowych głównym czynnikiem ograniczającym jest CO2. Stężenie CO 2 w atmosferze wynosi 0,045%, ale jeśli je zwiększysz, możesz zwiększyć szybkość fotosyntezy. Przy krótkotrwałym działaniu optymalne stężenie CO 2 wynosi 0,5%, przy długotrwałym efekcie możliwe jest uszkodzenie roślin, dlatego optymalne stężenie w tym przypadku jest niższe - około 0,1%. Już teraz zaczęto uprawiać niektóre uprawy szklarniowe, takie jak pomidory, w atmosferze wzbogaconej CO 2 .

Obecnie dużym zainteresowaniem cieszy się grupa roślin, które znacznie wydajniej pochłaniają CO 2 z atmosfery i dzięki temu dają większe plony, tzw. rośliny C 4 .

W sztuczne warunki zależność fotosyntezy od stężenia CO 2 opisuje krzywa dwutlenku węgla, która przypomina krzywą światła fotosyntezy (ryc. 2.29).

Przy stężeniu CO 2 0,01% szybkość fotosyntezy jest równa szybkości oddychania (punkt kompensacji). Nasycenie dwutlenkiem węgla występuje przy 0,2-0,3% CO 2 , a u niektórych roślin nawet przy tych stężeniach obserwuje się nieznaczny wzrost fotosyntezy.

Ryż. 2.29. Zależność intensywności fotosyntezy igieł sosnowych od stężenia CO 2 w powietrzu

W warunkach naturalnych zależność fotosyntezy od stężenia CO 2 opisuje tylko liniowa część krzywej. Wynika z tego, że zaopatrzenie roślin w CO 2 w warunkach naturalnych jest czynnikiem ograniczającym plony. Dlatego wskazane jest uprawianie roślin w pomieszczeniach z wysoką zawartością CO 2 .

Temperatura ma zauważalny wpływ na proces fotosyntezy, ponieważ ciemne i częściowo jasne reakcje fotosyntezy są kontrolowane przez enzymy. Optymalna temperatura dla roślin umiarkowanych to zwykle około 25°C.

Pobór i odzysk CO 2 we wszystkich roślinach wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, aż do osiągnięcia pewnego optymalnego poziomu. W większości roślin strefy umiarkowanej spadek intensywności fotosyntezy zaczyna się po 30 ° C, w niektórych widoki południowe po 40 o C. W wysokiej temperaturze (50-60 o C), kiedy rozpoczyna się inaktywacja enzymów i zaburzona jest koordynacja różnych reakcji, fotosynteza szybko ustaje. Wraz ze wzrostem temperatury tempo oddychania wzrasta znacznie szybciej niż tempo naturalnej fotosyntezy. Wpływa to na ilość obserwowanej fotosyntezy. Zależność intensywności obserwowanej fotosyntezy od temperatury opisuje krzywa temperatury, w której wyróżnia się trzy główne punkty: minimum, optimum i maksimum.

Minimum to temperatura, w której rozpoczyna się fotosynteza, optymalna to temperatura, w której fotosynteza jest najbardziej stabilna i osiąga największą prędkość, maksimum to temperatura, po której fotosynteza zatrzymuje się (ryc. 2.30).

Ryż. 2.30. Zależność intensywności fotosyntezy od temperatury liścia: 1 - bawełna; 2 – słonecznik; 3 - sorgo

Wpływ tlenu. Ponad pół wieku temu odnotowano pozornie paradoksalne zjawisko. Jego inhibitorem jest również tlen zawarty w powietrzu, będący produktem fotosyntezy: uwalnianie tlenu i absorpcja CO 2 maleją wraz ze wzrostem stężenia O 2 w powietrzu. Zjawisko to zostało nazwane imieniem jego odkrywcy – efektem Warburga. Ten efekt jest nieodłączny dla wszystkich roślin C 3 . I tylko w liściach roślin C 4 nie można go było wykryć. Obecnie ustalono, że natura efektu Warburga jest związana z właściwościami oksygenazy głównego enzymu cyklu Calvina, karboksylazy RDF. Przy wysokim stężeniu tlenu rozpoczyna się fotooddychanie. Ustalono, że przy obniżeniu stężenia O 2 do 2-3% nie powstaje fosfoglikolan, zanika również efekt Warburga. Zatem oba te zjawiska, manifestacja właściwości oksygenazy RDF-karboksylazy i tworzenie glikolanu, a także zmniejszenie fotosyntezy w obecności O2, są ze sobą ściśle powiązane.

Bardzo niska zawartość O 2 lub całkowity brak, a także wzrost stężenia do 25–30% hamują fotosyntezę. W przypadku większości roślin niewielki spadek naturalnego stężenia (21%) O 2 aktywuje fotosyntezę.

Wpływ nawilżenia tkanek. Jak już wspomniano, woda uczestniczy w lekkiej fazie fotosyntezy jako donor wodoru do redukcji CO2. Jednak rolę czynnika ograniczającego fotosyntezę odgrywa nie minimalna ilość wody (około 1% wody dopływającej), ale woda, która jest częścią błon komórkowych i jest medium dla wszystkich reakcji biochemicznych, aktywuje się. enzymy fazy ciemnej. Ponadto stopień otwarcia aparatów szparkowych zależy od ilości wody w komórkach ochronnych, a stan turgoru całej rośliny determinuje położenie liści w stosunku do promieni słonecznych. Ilość wody pośrednio wpływa na zmianę szybkości odkładania się skrobi w zrębie chloroplastu, a nawet na zmiany w strukturze i rozmieszczeniu tylakoidów w zrębie.

Zależność intensywności fotosyntezy od zawartości wody w tkankach roślinnych oraz zależność od temperatury opisuje krzywa przejścia, która ma trzy główne punkty: minimum, optimum i maksimum.

Wraz z odwodnieniem syntetyzuje się nie tylko intensywność fotosyntezy, ale także skład jakościowy produktów fotosyntezy: mniej jabłczanu, sacharozy i kwasów organicznych; więcej - glukoza, fruktoza, alanina i inne aminokwasy.

Ponadto stwierdzono, że przy braku wody w liściach gromadzi się ABA, inhibitor wzrostu.

Stężenie chlorofilu z reguły nie jest czynnikiem ograniczającym, jednak ilość chlorofilu może się zmniejszać wraz z różnymi chorobami (mączniak prawdziwy, rdza, choroby wirusowe), brakiem minerałów iz wiekiem (podczas normalnego starzenia). Kiedy liście żółkną, mówi się, że stają się chlorotyczne, a samo zjawisko nazywa się chlorozą. Plamy chlorotyczne na liściach są często objawem choroby lub niedoboru minerałów.

Chloroza może być również spowodowana brakiem światła, ponieważ światło jest potrzebne do ostatniego etapu biosyntezy chlorofilu.

pierwiastki mineralne. Do syntezy chlorofilu potrzebne są również pierwiastki mineralne: żelazo, magnez i azot (dwa ostatnie pierwiastki wchodzą w jego strukturę), dlatego są szczególnie ważne dla fotosyntezy. Ważny jest również potas.

Do normalnego funkcjonowania aparatu fotosyntetycznego należy zapewnić roślinie niezbędna ilość(optymalne) pierwiastki mineralne. Magnez oprócz bycia częścią chlorofilu bierze udział w działaniu białek sprzęgających w syntezie ATP, wpływa na aktywność reakcji karboksylacji oraz redukcję NADP+.

Żelazo w formie zredukowanej jest niezbędne w procesach biosyntezy chlorofilu i zawierających żelazo związków chloroplastów (cytochromy, ferredoksyna). Niedobór żelaza zaburza cykliczną i niecykliczną fotofosforylację, syntezę pigmentów oraz zmiany w strukturze chloroplastów.

Mangan i chlor biorą udział w fotoutlenianiu wody.

Miedź jest częścią plastocyjaniny.

Niedobór azotu wpływa nie tylko na tworzenie układów pigmentowych i struktur chloroplastowych, ale także na ilość i aktywność karboksylazy RDP.

Przy braku fosforu zaburzone są fotochemiczne i ciemne reakcje fotosyntezy.

Potas odgrywa wielofunkcyjną rolę w jonowej regulacji fotosyntezy, z niedoborem chloroplastów, struktura grany jest zniszczona, aparaty szparkowe słabo otwierają się w świetle i nie zamykają się wystarczająco w ciemności, pogarsza się reżim wodny liścia, tj. wszystkie procesy fotosyntezy zostają zakłócone.

Wiek roślin. Dopiero po stworzeniu fitotronów, w których rośliny mogą być uprawiane w kontrolowanych warunkach, możliwe było uzyskanie wiarygodnych wyników. Stwierdzono, że we wszystkich roślinach tylko na samym początku koło życia Kiedy powstaje aparat fotosyntetyczny, intensywność fotosyntezy wzrasta, bardzo szybko osiąga maksimum, następnie nieznacznie spada, a następnie bardzo niewiele się zmienia. Na przykład w zbożach fotosynteza osiąga maksymalną intensywność w fazie krzewienia. Wyjaśnia to fakt, że maksymalna aktywność fotosyntetyczna liścia zbiega się z końcem okresu jego powstawania. Następnie zaczyna się starzenie i fotosynteza maleje.

Intensywność fotosyntezy zależy przede wszystkim od budowy chloroplastów. W miarę starzenia się chloroplastów tylakoidy ulegają zniszczeniu. Udowodnij to za pomocą reakcji Hilla. Gorzej, im starsze chloroplasty. Wykazano zatem, że intensywność zależy nie od ilości chlorofilu, ale od struktury chloroplastu.

W optymalne warunki wilgotność i odżywianie azotem, spadek fotosyntezy z wiekiem następuje wolniej, ponieważ w tych warunkach chloroplasty starzeją się wolniej.

czynniki genetyczne. Procesy fotosyntezy w pewnym stopniu zależą od dziedziczności organizmu roślinnego. Intensywność fotosyntezy jest różna u roślin z różnych grup systematycznych i formy życia. W ziołach intensywność fotosyntezy jest wyższa niż w roślinach drzewiastych (tab. 2.5).

Intensywność fotosyntezy zależy od wielu czynników. Najpierw na długości fali światła. Proces przebiega najefektywniej pod wpływem fal niebiesko-fioletowej i czerwonej części widma. Ponadto na szybkość fotosyntezy wpływa stopień naświetlenia, a do pewnego momentu tempo procesu wzrasta proporcjonalnie do ilości światła, ale wtedy nuta już od tego nie zależy.

Kolejnym czynnikiem jest stężenie dwutlenku węgla. Im wyższy, tym intensywniejszy proces fotosyntezy. W normalnych warunkach brak dwutlenku węgla jest głównym czynnikiem ograniczającym, ponieważ w powietrze atmosferyczne zawiera niewielki procent. Jednak w warunkach szklarniowych niedobór ten można wyeliminować, co korzystnie wpłynie na tempo fotosyntezy i tempo wzrostu roślin.

Ważnym czynnikiem wpływającym na intensywność fotosyntezy jest temperatura. Wszystkie reakcje fotosyntezy katalizowane są przez enzymy, dla których optymalny zakres temperatur to 25-30 °C. Co więcej niskie temperatury szybkość działania enzymów jest znacznie zmniejszona.

Woda - ważny czynnik wpływ na fotosyntezę. Nie da się jednak określić ilościowo tego czynnika, ponieważ woda bierze udział w wielu innych procesach metabolicznych zachodzących w komórce roślinnej.

Znaczenie fotosyntezy. Fotosynteza to podstawowy proces w żywej przyrodzie. Dzięki niemu z substancji nieorganicznych - dwutlenku węgla i wody - z udziałem energii światło słoneczne zielone rośliny syntetyzują substancje organiczne niezbędne do życia wszelkiego życia na Ziemi. Pierwotna synteza tych substancji zapewnia realizację procesów asymilacji i dysymilacji we wszystkich organizmach.

Produkty fotosyntezy - substancje organiczne - są wykorzystywane przez organizmy:

• budować komórki;
• jako źródło energii dla procesów życiowych.

Człowiek używa substancji stworzonych przez rośliny:

• jako żywność (owoce, nasiona itp.);
• jako źródło energii (węgiel, torf, drewno);
• jako materiał budowlany.

Ludzkość zawdzięcza swoje istnienie fotosyntezie. Wszystkie paliwa na Ziemi są produktami fotosyntezy. Korzystając z paliw kopalnych, otrzymujemy energię zmagazynowaną w wyniku fotosyntezy przez starożytne rośliny, które istniały w minionych epokach geologicznych.

Równolegle z syntezą substancji organicznych do atmosfery ziemskiej uwalniany jest produkt uboczny fotosyntezy, tlen, który jest niezbędny do oddychania organizmów. Bez tlenu życie na naszej planecie jest niemożliwe. Jego rezerwy są stale wydawane na produkty spalania, utleniania, oddychania występujące w przyrodzie. Według naukowców bez fotosyntezy cały zapas tlenu zużyłby się w ciągu 3000 lat. Dlatego fotosynteza ma największe znaczenie dla życia na Ziemi.

Przez wiele stuleci biolodzy próbowali rozwikłać tajemnicę zielonego liścia. Przez długi czas wierzono, że rośliny wytwarzają składniki odżywcze z wody i minerałów. Wiara ta związana jest z eksperymentem holenderskiej badaczki Anny van Helmont, przeprowadzonym jeszcze w XVII wieku. Posadził wierzbę w wannie, dokładnie mierząc masę rośliny (2,3 kg) i suchej gleby (90,8 kg). Przez pięć lat tylko podlewał roślinę, nie dodając nic do gleby. Po pięciu latach masa drzewa wzrosła o 74 kg, podczas gdy masa gleby zmniejszyła się tylko o 0,06 kg. Naukowiec doszedł do wniosku, że roślina wytwarza wszystkie substancje z wody. W ten sposób ustalono jedną substancję, którą roślina wchłania podczas fotosyntezy.

Pierwszą próbę naukowego określenia funkcji zielonego liścia podjął w 1667 r. włoski przyrodnik Marcello Malpighi. Zauważył, że jeśli z sadzonek dyni oderwane zostaną pierwsze liście zarodkowe, to roślina przestaje się rozwijać. Badając budowę roślin, przyjął założenie: pod wpływem światła słonecznego zachodzą pewne przekształcenia w liściach rośliny i woda wyparowuje. Jednak te założenia zostały wówczas zignorowane.

Po 100 latach szwajcarski naukowiec Charles Bonnet przeprowadził kilka eksperymentów z umieszczeniem liścia rośliny w wodzie i oświetleniem go światłem słonecznym. Tylko on doszedł do błędnego wniosku, uważając, że roślina nie bierze udziału w tworzeniu bąbelków.

Odkrycie roli zielonego liścia należy do angielskiego chemika Josepha Priestleya. W 1772 roku, badając znaczenie powietrza dla spalania substancji i oddychania, przeprowadził eksperyment i odkrył, że rośliny poprawiają powietrze i sprawiają, że nadaje się ono do oddychania i spalania. Po serii eksperymentów Priestley zauważył, że rośliny poprawiają jakość powietrza w świetle. Jako pierwszy zasugerował rolę światła w życiu roślin.

W 1800 roku szwajcarski naukowiec Jean Senebier naukowo wyjaśnił istotę tego procesu (do tego czasu Lavoisier odkrył już tlen i zbadał jego właściwości): liście roślin rozkładają dwutlenek węgla i uwalniają tlen tylko pod wpływem światła słonecznego.

W drugiej połowie XIX wieku z liści roślin zielonych uzyskano wyciąg alkoholowy. Ta substancja nazywa się chlorofilem.

Niemiecki przyrodnik Robert Mayer odkrył, że rośliny pochłaniają światło słoneczne i zamieniają je w energię. wiązania chemiczne substancje organiczne (ilość węgla zmagazynowanego w roślinie w postaci substancji organicznych zależy bezpośrednio od ilości światła padającego na roślinę).

Rosyjski naukowiec Kliment Arkadyevich Timiryazev badał wpływ różnych części widma światła słonecznego na proces fotosyntezy. Udało mu się ustalić, że fotosynteza przebiega najefektywniej w promieniach czerwonych i udowodnić, że intensywność tego procesu odpowiada absorpcji światła przez chlorofil.

K.A. Timiryazev podkreślił, że przyswajając węgiel, roślina przyswaja również światło słoneczne, zamieniając jego energię w energię substancji organicznych.

Artykuł został opublikowany przy wsparciu „Kursów komputerowych Sampad”. Firma „Kursy komputerowe Sampad” oferuje zapisanie się na kursy dotyczące tworzenia sklepu internetowego w Nowosybirsku. Doświadczeni nauczyciele firmy przeprowadzą szkolenie z programowania PHP w możliwie najkrótszym czasie, co pozwoli na tworzenie stron o dowolnej złożoności. Dowiedz się więcej o oferowanych kursach, przeczytaj recenzje klientów, poproś o oddzwonienie i aplikuj Aplikacja online Możesz ubiegać się o szkolenie na oficjalnej stronie internetowej firmy Sampad Computer Courses, która znajduje się pod adresem http://pc-nsk.ru/

Zielony liść to źródło życia na naszej planecie. Gdyby nie zielone rośliny, nie byłoby na Ziemi ani zwierząt, ani ludzi. Tak czy inaczej rośliny służą jako źródło pożywienia dla całego królestwa zwierząt.

Człowiek wykorzystuje energię nie tylko promieni słonecznych padających teraz na ziemię, ale także tych, które padły na nią dziesiątki i setki milionów lat temu. W końcu węgiel, ropa i torf to chemicznie zmienione pozostałości roślin i zwierząt żyjących w tamtych odległych czasach.

W ostatnich dziesięcioleciach uwagę czołowych specjalistów z wielu dziedzin nauk przyrodniczych przykuł problem fotosyntezy, jej różne aspekty są wszechstronnie i dogłębnie badane w wielu laboratoriach na całym świecie. O zainteresowaniu decyduje przede wszystkim fakt, że fotosynteza jest podstawą wymiany energii całej biosfery.

Intensywność fotosyntezy zależy od wielu czynników. natężenie światła , niezbędny dla jak największej wydajności fotosyntezy, jest różny dla różnych roślin. U roślin tolerujących cień maksymalna aktywność fotosyntezy osiągana jest przy około połowie pełnego nasłonecznienia, a u roślin światłolubnych - prawie przy pełnym nasłonecznieniu.

Wiele roślin tolerujących cień nie rozwija w liściach miąższu palisadowego (kolumnowego), a jedynie gąbczasty (konwalia, kopyto). Ponadto rośliny te mają większe liście i większe chloroplasty.

Wpływa również na tempo fotosyntezy temperatura środowisko . Największą intensywność fotosyntezy obserwuje się w temperaturze 20–28 °C. Wraz z dalszym wzrostem temperatury zmniejsza się intensywność fotosyntezy, a intensywność oddychania wzrasta. Kiedy tempo fotosyntezy i oddychania pokrywają się, mówią o punkt kompensacyjny.

Punkt kompensacyjny zmienia się w zależności od natężenia światła, wzrostu i spadku temperatury. Na przykład w brązowych algach odpornych na zimno odpowiada temperaturze około 10°C. Temperatura wpływa przede wszystkim na chloroplasty, w których struktura zmienia się w zależności od temperatury, co jest wyraźnie widoczne w mikroskopie elektronowym.

Jest to bardzo ważne dla fotosyntezy zawartość dwutlenku węgla w powietrzu otaczającym roślinę. Średnie stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wynosi 0,03% (objętościowo). Spadek zawartości dwutlenku węgla niekorzystnie wpływa na plon, a jego wzrost np. do 0,04% może zwiększyć plon prawie 2-krotnie. Większy wzrost stężenia jest szkodliwy dla wielu roślin: na przykład przy zawartości dwutlenku węgla około 0,1% pomidory chorują, ich liście zaczynają się zwijać. W szklarniach i szklarniach można zwiększyć zawartość dwutlenku węgla, uwalniając go ze specjalnych cylindrów lub pozwalając na odparowanie suchego dwutlenku węgla.

Światło o różnych długościach fal wpływa również na intensywność fotosyntezy w różny sposób. Po raz pierwszy intensywność fotosyntezy w różnych promieniach widma badał fizyk W. Daubeny, który wykazał w 1836 r., że tempo fotosyntezy w zielonym liściu zależy od charakteru promieni. Błędy metodyczne podczas eksperymentu doprowadziły go do błędnych wniosków. Naukowiec umieścił fragment pędu elodea w probówce z pociętą wodą, oświetlił probówkę przepuszczając światło słoneczne przez kolorowe szkła lub kolorowe roztwory oraz uwzględnił intensywność fotosyntezy poprzez liczbę bąbelków tlenu wychodzących z cięcia powierzchnia na jednostkę czasu. Daubeny doszedł do wniosku, że intensywność fotosyntezy jest proporcjonalna do jasności światła, a najjaśniejsze promienie w tym czasie uważano za żółte. John Draper (1811-1882), który badał intensywność fotosyntezy w różnych wiązkach widma emitowanego przez spektroskop, trzymał się tego samego punktu widzenia.

O roli chlorofilu w procesie fotosyntezy dowiódł wybitny rosyjski botanik i fizjolog roślin K.A. Timiryazev. Spędziwszy w latach 1871-1875. Po serii eksperymentów odkrył, że zielone rośliny najintensywniej pochłaniają promienie czerwonej i niebieskiej części widma słonecznego, a nie żółte, jak sądzono przed nim. Pochłaniając czerwoną i niebieską część widma, chlorofil odbija zielone promienie, dlatego wydaje się zielony.

Na podstawie tych danych niemiecki fizjolog roślin Theodor Wilhelm Engelmann w 1883 r. opracował bakteryjną metodę badania asymilacji dwutlenku węgla przez rośliny.

Zasugerował, że jeśli umieścisz komórkę zielonej rośliny wraz z bakteriami tlenowymi w kropli wody i oświetlisz je różnokolorowymi promieniami, to bakterie powinny skoncentrować się w tych częściach komórki, w których dwutlenek węgla jest najbardziej rozkładany, a tlen jest wydany. Aby to sprawdzić, Engelman nieco ulepszył mikroskop świetlny, montując pryzmat nad lustrem, które rozkładało światło słoneczne na oddzielne składowe widma. Jako zieloną roślinę Engelman wykorzystał zieloną algę Spirogyra, której duże komórki zawierają długie spiralne chromatofory.

Po umieszczeniu kawałka alg w kropli wody na szkiełku podstawowym Engelman wprowadził tam bakterie tlenowe, po czym preparat zbadał pod mikroskopem. Okazało się, że w przypadku braku pryzmatu przygotowany preparat naświetlano równomiernym białym światłem, a bakterie były równomiernie rozmieszczone na całej powierzchni glonów. W obecności pryzmatu wiązka światła odbita od lustra ulegała załamaniu, oświetlając obszar glonów pod mikroskopem światłem o różnych długościach fal. Po kilku minutach bakterie skoncentrowały się na tych obszarach, które zostały oświetlone światłem czerwonym i niebieskim. Na tej podstawie Engelman wywnioskował, że rozkład dwutlenku węgla (a co za tym idzie uwalnianie tlenu) w roślinach zielonych obserwowany jest dodatkowo w promieniach głównych barwnych (tj. zielonych) – czerwonym i niebieskim.

Dane odebrane dnia nowoczesny sprzęt, w pełni potwierdzają wyniki uzyskane przez Engelmana ponad 120 lat temu.

Energia świetlna pochłonięta przez chlorofil bierze udział w reakcjach pierwszego i drugiego etapu fotosyntezy; reakcje trzeciego etapu są ciemne; następuje bez udziału światła. Pomiary wykazały, że proces redukcji jednej cząsteczki tlenu wymaga minimum ośmiu kwantów energii świetlnej. Zatem maksymalna wydajność kwantowa fotosyntezy, tj. liczba cząsteczek tlenu odpowiadająca jednemu kwantowi energii świetlnej pochłoniętej przez roślinę wynosi 1/8, czyli 12,5%.

R. Emerson i współpracownicy określili wydajność kwantową fotosyntezy, gdy rośliny oświetlane są światłem monochromatycznym o różnych długościach fal. Stwierdzono, że wydajność pozostaje stała na poziomie 12% w większości widzialnego widma, ale gwałtownie spada w pobliżu obszaru dalekiej czerwieni. Ten spadek zielonych roślin zaczyna się przy długości fali 680 nm. Przy długościach większych niż 660 nm tylko chlorofil pochłania światło. a; chlorofil b ma maksymalną absorpcję światła przy 650 nm, a przy 680 nm praktycznie nie absorbuje światła. Przy długości fali większej niż 680 nm wydajność kwantowa fotosyntezy może zostać podniesiona do maksymalna wartość 12% pod warunkiem, że roślina jest jednocześnie oświetlana również światłem o długości fali 650 nm. Innymi słowy, jeśli światło zaabsorbowane przez chlorofil a uzupełnione światłem pochłanianym przez chlorofil b, wtedy wydajność kwantowa fotosyntezy osiąga normalną wartość.

Wzrost intensywności fotosyntezy podczas jednoczesnego oświetlania rośliny dwiema wiązkami światła monochromatycznego o różnych długościach fal w porównaniu do jego natężenia obserwowanego przy oddzielnym oświetleniu tymi samymi wiązkami nazywa się efekt Emersona. Eksperymentuj z różnymi kombinacjami dalekiego czerwonego światła i światła z więcej krótka długość fale nad zielonymi, czerwonymi, niebiesko-zielonymi i brązowymi algami wykazały, że największy wzrost fotosyntezy obserwuje się, gdy druga wiązka o krótszej długości fali jest pochłaniana przez pigmenty pomocnicze.

W roślinach zielonych takimi pomocniczymi pigmentami są karotenoidy i chlorofil. b, w krasnorostach – karotenoidy i fikoerytrynę, w sinicach – karotenoidy i fikocyjaninę, w brunatnych – karotenoidy i fukoksantynę.

Dalsze badania procesu fotosyntezy doprowadziły do ​​wniosku, że pigmenty pomocnicze przenoszą od 80 do 100% pochłoniętej przez nie energii świetlnej na chlorofil. a. Tak więc chlorofil a gromadzi energię świetlną pochłoniętą przez komórkę roślinną, a następnie wykorzystuje ją w fotochemicznych reakcjach fotosyntezy.

Później odkryto, że chlorofil a występuje w żywej komórce w postaci form o różnych widmach absorpcyjnych i różnych funkcjach fotochemicznych. Jedna forma chlorofilu a, którego maksimum absorpcji odpowiada długości fali 700 nm, należy do systemu pigmentowego, zwanego fotosystem I, druga forma chlorofilu a z maksimum absorpcji 680 nm, należy do fotosystemu II.

Tak więc w roślinach odkryto fotoaktywny system pigmentowy, który szczególnie silnie absorbuje światło w czerwonym zakresie widma. Zaczyna działać nawet w słabym świetle. Ponadto istnieje jeszcze jedna znana system regulacyjny, który selektywnie pochłania i wykorzystuje do fotosyntezy niebieski kolor. Ten system działa w wystarczająco mocnym świetle.

Ustalono również, że aparat fotosyntetyczny niektórych roślin w dużej mierze wykorzystuje do fotosyntezy światło czerwone, podczas gdy inne wykorzystują światło niebieskie.

Do określenia intensywności fotosyntezy roślin wodnych można wykorzystać metodę liczenia pęcherzyków tlenu. W świetle w liściach zachodzi proces fotosyntezy, której produktem jest tlen, który gromadzi się w przestrzeniach międzykomórkowych. Podczas cięcia łodygi nadmiar gazu zaczyna uwalniać się z powierzchni cięcia w postaci ciągłego przepływu pęcherzyków, których szybkość tworzenia zależy od intensywności fotosyntezy. Metoda ta nie jest zbyt dokładna, ale jest prosta i daje wizualną reprezentację zależności procesu fotosyntezy od warunków zewnętrznych.

Doświadczenie 1. Zależność wydajności fotosyntezy od natężenia światła

Materiały i ekwipunek: elodea; wodne roztwory NaHCO3, (NH4)2CO3 lub wodę mineralną; zadomowiony woda z kranu; szklana pałeczka; wątki; nożyce; lampa elektryczna 200 W; zegar; termometr.

1. Do doświadczenia wybrano zdrowe pędy elodea o długości ok. 8 cm, intensywnie zielone z nienaruszonym wierzchołkiem. Pocięto je pod wodą, przywiązano nitką do szklanego pręta i wpuszczono do góry nogami do szklanki wody o temperaturze pokojowej (temperatura wody powinna pozostać stała).

2. Do eksperymentu pobraliśmy osiadłą wodę wodociągową wzbogaconą CO 2 przez dodanie NaHCO 3 lub (NH 4) 2 CO 3, lub woda mineralna i wystawił szklankę z rośliną wodną na jasne światło. Zaobserwowaliśmy pojawienie się pęcherzyków powietrza z cięcia rośliny.

3. Gdy przepływ pęcherzyków stał się jednolity, liczono liczbę pęcherzyków uwolnionych w ciągu 1 minuty. Liczenie przeprowadzono 3 razy z przerwą 1 min, dane zostały zapisane w tabeli i wyznaczono wynik średni.

4. Szkło z rośliną odsunięto od źródła światła o 50–60 cm i powtórzono czynności wskazane w akapicie 3.

5. Porównano wyniki eksperymentów i wyciągnięto wniosek o różnym natężeniu fotosyntezy w jasnym i słabym świetle.

Wyniki eksperymentów przedstawiono w tabeli 1.

Wniosek: przy stosowanych natężeniach światła intensywność fotosyntezy wzrasta wraz ze wzrostem natężenia światła, tj. im więcej światła, tym lepsza fotosynteza.

Tabela 1. Zależność fotosyntezy od natężenia światła

Doświadczenie 2. Zależność produktywności fotosyntezy od składu spektralnego światła

Materiały i ekwipunek: elodea; zestaw filtrów świetlnych (niebieski, pomarańczowy, zielony); siedem wysokich słoików z szerokim otworem; osiadła woda z kranu; nożyce; lampa elektryczna 200 W; zegar; termometr; probówki.

1. Probówkę napełniono do 2/3 objętości osiadłą wodą wodociągową i umieszczono w niej. roślina wodna z góry na dół. Łodyga została ścięta pod wodą.

2. Filtr światła niebieskiego (okrągły) umieszczono w wysokim słoiku z szerokim otworem, pod filtrem umieszczono probówkę z rośliną, a słoik wystawiono na jasne światło tak, aby padało na roślinę, przechodząc przez filtr światła . Zaobserwowaliśmy pojawienie się pęcherzyków powietrza z cięcia łodygi rośliny.

3. Gdy przepływ pęcherzyków stał się jednolity, liczono liczbę pęcherzyków uwolnionych w ciągu 1 minuty. Obliczenia przeprowadzono 3 razy z przerwą 1 min, wyznaczono wynik średni, dane wprowadzono do tabeli.

4. Filtr światła niebieskiego został zastąpiony czerwonym i powtórzono czynności wskazane w paragrafie 3, upewniając się, że odległość od źródła światła i temperatura wody pozostają stałe.

5. Porównano wyniki eksperymentów i wyciągnięto wniosek o zależności intensywności fotosyntezy od składu spektralnego światła.

Wyniki eksperymentu przedstawiono w tabeli 2.

Wniosek: proces fotosyntezy w świetle pomarańczowym jest bardzo intensywny, w niebieskim spowalnia, a w zielonym praktycznie nie zachodzi.

Tabela 2. Zależność produktywności fotosyntezy od składu spektralnego światła

numer doświadczenia	filtr światła	Pierwszy wymiar	Drugi wymiar	trzeci wymiar	Oznaczać
	Pomarańczowy

Doświadczenie 3. Zależność intensywności fotosyntezy od temperatury

Materiały i ekwipunek: elodea; trzy wysokie słoiki z szerokim otworem; osiadła woda z kranu; nożyce; probówki; lampa elektryczna 200 W; zegar; termometr.

1. Probówkę 2/3 napełniono osiadłą wodą z kranu i umieszczono w niej od góry do dołu roślinę wodną. Łodyga została odcięta pod wodą.

2. Do trzech słoików z szerokim otworem wlano osadzoną wodę wodociągową o różnych temperaturach (od 14°C do 45°C), w słoiku z wodą o średniej temperaturze (np. 25°C) umieszczono probówkę z rośliną, oraz urządzenie zostało wystawione na jasne światło. Zaobserwowaliśmy pojawienie się pęcherzyków powietrza z cięcia łodygi rośliny.

3. Po 5 minutach zliczono liczbę pęcherzyków uwolnionych w ciągu 1 minuty. Obliczenia przeprowadzono 3 razy z przerwą 1 min, wyznaczono wynik średni, dane wprowadzono do tabeli.

4. Probówkę z rośliną przeniesiono do słoika z wodą o innej temperaturze i powtórzono czynności wskazane w punkcie 3, upewniając się, że odległość od źródła światła i temperatura wody pozostają stałe.

5. Porównano wyniki eksperymentów i sporządzono pisemne wnioski dotyczące wpływu temperatury na intensywność fotosyntezy.

Wyniki eksperymentu przedstawiono w tabeli 3.

Wniosek: w badanym zakresie temperatur intensywność fotosyntezy zależy od temperatury: im wyższa, tym lepszy przebieg fotosyntezy.

Tabela 3. Zależność fotosyntezy od temperatury

W wyniku naszych badań wyciągnęliśmy następujące wnioski.

1. Fotoaktywny system pigmentowy szczególnie silnie absorbuje światło w czerwonym zakresie widma. Niebieskie promienie są dość dobrze wchłaniane przez chlorofil i bardzo mało zielonego, co tłumaczy zielony kolor roślin.

2. Nasz eksperyment z gałązką elodea przekonująco dowodzi, że maksymalne natężenie fotosyntezy obserwuje się przy oświetleniu czerwonym światłem.

3. Tempo fotosyntezy zależy od temperatury.

4. Fotosynteza zależy od natężenia światła. Im więcej światła, tym lepsza fotosynteza.

Wyniki takiej pracy mogą mieć znaczenie praktyczne. W szklarniach ze sztucznym oświetleniem, dobierając skład spektralny światła, można zwiększyć plon. W Instytucie Agrofizycznym w Leningradzie pod koniec lat 80-tych. w laboratorium B.S. Moshkov, stosując specjalne tryby oświetlenia, uzyskano 6 upraw pomidorów rocznie (180 kg / m2).

Rośliny wymagają promieni świetlnych we wszystkich kolorach. Jak, kiedy, w jakiej kolejności i proporcjach zaopatrywać ją w energię promieniowania to cała nauka. Perspektywy kultury lekkiej są bardzo duże: z eksperymentów laboratoryjnych może przekształcić się w przemysłową całoroczną produkcję roślin warzywnych, zielonych, ozdobnych i leczniczych.

LITERATURA

1. Genkel PA Fizjologia roślin: Proc. dodatek na zajęcia fakultatywne dla 9 klasy. - M: Edukacja, 1985. - 175 s., ch.
2. Kretovich V.L. Biochemia roślin: Podręcznik do biol. wydziały uczelni. - M.: Szkoła podyplomowa, 1980. - 445 s., il.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Nowoczesna botanika: W 2 tomach: Per. z angielskiego. - M.: Mir, 1990. - 344 s., il.
4. Salamatova T.S. Fizjologia komórek roślinnych: Instruktaż. - L .: Wydawnictwo Uniwersytetu Leningradzkiego, 1983. - 232 s.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biologia: W 3 tomach: Per. z angielskiego / wyd. R. Sopera - M .: Mir, 2006. - 454 s., il.
6. http://sc.nios.ru (rysunki i diagramy)

Spośród wszystkich czynników jednocześnie wpływających na proces fotosyntezy ograniczający będzie tym, który jest bliższy minimalnemu poziomowi. Zainstalowano Blackman w 1905. Różne czynniki mogą ograniczać, ale jeden z nich jest głównym.

1. Przy słabym oświetleniu tempo fotosyntezy jest wprost proporcjonalne do natężenia światła. Lekki jest czynnikiem ograniczającym w warunkach słabego oświetlenia. Przy dużym natężeniu światła chlorofil odbarwia się, a fotosynteza spowalnia. W takich warunkach w naturze rośliny są zwykle chronione (gruby naskórek, owłosione liście, łuski).

1. Ciemne reakcje fotosyntezy wymagają dwutlenek węgla, który jest zawarty w materii organicznej, jest czynnikiem ograniczającym w tej dziedzinie. Stężenie CO 2 w atmosferze waha się od 0,03-0,04%, ale jeśli je zwiększysz, możesz zwiększyć szybkość fotosyntezy. Niektóre uprawy szklarniowe są obecnie uprawiane ze zwiększoną zawartością CO 2 .
2. współczynnik temperatury. Ciemne i niektóre jasne reakcje fotosyntezy są kontrolowane przez enzymy, a ich działanie zależy od temperatury. Optymalna temperatura dla roślin w strefie umiarkowanej to 25 °C. Przy każdym wzroście temperatury o 10 °C (do 35 °C) szybkość reakcji podwaja się, ale pod wpływem wielu innych czynników rośliny lepiej rosną w temperaturze 25 °C.
3. Woda- materiał źródłowy do fotosyntezy. Brak wody wpływa na wiele procesów w komórkach. Ale nawet tymczasowe więdnięcie prowadzi do poważnych strat plonów. Przyczyny: podczas więdnięcia aparaty szparkowe roślin zamykają się, co zakłóca swobodny dostęp CO 2 do fotosyntezy; przy braku wody w liściach niektórych roślin gromadzi się kwas abscysynowy. Jest hormonem roślinnym – inhibitorem wzrostu. W warunkach laboratoryjnych służy do badania zahamowania procesu wzrostu.
4. Stężenie chlorofilu. Ilość chlorofilu może się zmniejszyć wraz z mączniakiem, rdzą, chorobami wirusowymi, niedoborami minerałów i wiekiem (przy normalnym starzeniu). Kiedy liście żółkną, zjawiska chlorotyczne lub chloroza. Powodem może być brak minerałów. Do syntezy chlorofilu potrzebne są Fe, Mg, N i K.
5. Tlen. Wysokie stężenie tlenu w atmosferze (21%) hamuje fotosyntezę. Tlen konkuruje z dwutlenkiem węgla o miejsce aktywne enzymu zaangażowanego w wiązanie CO 2 , co zmniejsza tempo fotosyntezy.
6. Specyficzne inhibitory. Najlepszym sposobem zabicie rośliny to stłumienie fotosyntezy. Aby to zrobić, naukowcy opracowali inhibitory - herbicydy- dioksyny. Na przykład: DHMM - dichlorofenylodimetylomocznik- hamuje reakcje świetlne fotosyntezy. Z powodzeniem stosowany do badania reakcji świetlnych fotosyntezy.
7. Zanieczyszczenie środowiska. Gazy pochodzenia przemysłowego, ozon i dwutlenek siarki, nawet w niewielkich stężeniach, poważnie uszkadzają liście wielu roślin. W celu kwaśny gaz porosty są bardzo wrażliwe. Dlatego istnieje metoda wskazania porostów– określenie zanieczyszczenia środowiska przez porosty. Sadza zatyka aparaty szparkowe i zmniejsza przezroczystość naskórka liści, co zmniejsza tempo fotosyntezy.

6. Czynniki życia roślin, ciepło, światło, powietrze, woda Rośliny przez całe życie stale wchodzą w interakcję z otoczenie zewnętrzne. Wymagania roślin dotyczące czynników życiowych są zdeterminowane dziedzicznością roślin i są różne nie tylko dla każdego gatunku, ale także dla każdej odmiany danej uprawy. Dlatego głęboka znajomość tych wymagań umożliwia prawidłowe ustalenie struktury zasiewów, płodozmianu, rozmieszczenia płodozmian.
Rośliny do normalnego życia potrzebują światła, ciepła, wody, składników odżywczych, w tym dwutlenku węgla i powietrza.
Głównym źródłem światła dla roślin jest promieniowanie słoneczne. Chociaż to źródło jest poza wpływem człowieka, stopień wykorzystania energii słonecznej do fotosyntezy zależy od poziomu techniki rolniczej: metody siewu (rzędy skierowane z północy na południe lub ze wschodu na zachód), zróżnicowane dawki wysiewu, uprawa itp. .
Terminowe przerzedzanie roślin i niszczenie chwastów poprawiają oświetlenie roślin.
Ciepło w życiu roślin, wraz ze światłem jest głównym czynnikiem życia roślin i warunek konieczny dla procesów biologicznych, chemicznych i fizycznych w glebie. Każda roślina w różnych fazach i stadiach rozwoju stawia pewne, ale nierówne wymagania dotyczące ciepła, którego badanie jest jednym z zadań fizjologii roślin i rolnictwa naukowego. ciepło w życiu roślin wpływa na tempo rozwoju na każdym etapie wzrostu. Do zadań rolnictwa należy także badanie reżimu cieplnego gleby i metod jej regulacji.
Woda w życiu roślin a składniki odżywcze, z wyjątkiem dwutlenku węgla pochodzącego zarówno z gleby, jak i atmosfery, są glebowymi czynnikami życia roślin. Dlatego woda i składniki pokarmowe nazywane są elementami żyzności gleby.
Powietrze w życiu roślin(atmosferyczna i glebowa) jest niezbędna jako źródło tlenu do oddychania roślin i mikroorganizmów glebowych, a także źródło węgla, który roślina pochłania podczas fotosyntezy. Ponadto Powietrze w życiu roślin jest niezbędne dla procesów mikrobiologicznych w glebie, w wyniku których materia organiczna gleby jest rozkładana przez mikroorganizmy tlenowe z tworzeniem rozpuszczalnych związków mineralnych azotu, fosforu, potasu i innych roślin składniki odżywcze.

7 . Wskaźniki produktywności fotosyntezy upraw

Roślina uprawna powstaje w procesie fotosyntezy, gdy w zielonych roślinach z dwutlenku węgla, wody i minerałów powstaje materia organiczna. Energia promienia słonecznego zamieniana jest na energię biomasy roślinnej. Wydajność tego procesu i ostatecznie plon zależą od funkcjonowania uprawy jako układu fotosyntetycznego. W warunkach polowych siew (cenoza) jako zbiór roślin na jednostkę powierzchni jest złożonym, dynamicznym, samoregulującym się układem fotosyntezy. Ten system zawiera wiele komponentów, które można uznać za podsystemy; jest dynamiczny, ponieważ z biegiem czasu stale zmienia swoje parametry; samoregulujący, gdyż mimo różnych wpływów siew zmienia w pewien sposób swoje parametry, zachowując homeostazę.

Wskaźniki aktywności fotosyntetycznej roślin uprawnych. Siew to układ optyczny, w którym liście pochłaniają PAR. W początkowym okresie rozwoju roślin powierzchnia asymilacji jest niewielka i znaczna część PAR przechodzi przez liście i nie jest przez nie wychwytywana. Wraz ze wzrostem powierzchni liści wzrasta również ich pochłanianie energii słonecznej. Gdy wskaźnik powierzchni liści* wynosi 4...5, czyli powierzchnia liści w uprawie wynosi 40...50 tys. m 2 /ha, wchłanianie PAR przez liście uprawy osiąga wartość maksymalną - 75...80% widzialnego, 40% całkowitego promieniowania. Wraz z dalszym wzrostem powierzchni liści absorpcja PAR nie wzrasta. W uprawach, w których przebieg formowania się powierzchni liści jest optymalny, absorpcja PAR może wynosić średnio 50...60% promieniowania padającego w okresie wegetacji. PAR wchłonięty przez szatę roślinną stanowi bazę energetyczną fotosyntezy. Jednak tylko część tej energii jest gromadzona w uprawie. Współczynnik wykorzystania PAR jest zwykle określany w odniesieniu do incydentu PAR na szacie roślinnej. Jeżeli plon biomasy w centralnej Rosji skumuluje 2...3% siewu PAR, to sucha masa wszystkich organów roślin wyniesie 10...15 t/ha, a możliwy plon wyniesie 4...6 t ziarno na 1 ha . W uprawach rzadkich współczynnik wykorzystania PAR wynosi tylko 0,5...1,0%.

Biorąc pod uwagę rośliny uprawne jako system fotosyntetyczny, plon suchej biomasy generowany przez sezon wegetacyjny, czyli jego wzrost w pewnym okresie zależy od wartości średniej powierzchni liści, czasu trwania okresu oraz produktywności netto fotosyntezy za ten okres.

Y \u003d FP NPF,

gdzie Y to plon suchej biomasy, t/ha;

FP - potencjał fotosyntetyczny, tys. m 2 - dni/ha;

NPP - produktywność netto fotosyntezy, g/(m2 - dni).

Potencjał fotosyntetyczny jest obliczany ze wzoru

gdzie Sc jest średnią powierzchnią liści w okresie, tys. m 2 /ha;

T to czas trwania okresu, dni.

Główne wskaźniki cenozy, a także plon określa się na jednostkę powierzchni - 1 m 2 lub 1 ha. Tak więc powierzchnia liści jest mierzona w tysiącach m 2 / ha. Ponadto wykorzystują taki wskaźnik, jak wskaźnik powierzchni liści. Główną część powierzchni asymilacyjnej stanowią liście, to w nich zachodzi fotosynteza. Fotosynteza może zachodzić również w innych zielonych częściach roślin – łodygach, szypułkach, zielonych owocach itp., ale udział tych organów w całkowitej fotosyntezie jest zwykle niewielki. Zwyczajowo porównuje się ze sobą uprawy, jak również różne stany jednej uprawy w dynamice pod względem powierzchni liści, utożsamiając ją z pojęciem „powierzchni asymilacyjnej”. Dynamika powierzchni liści w uprawie przebiega z pewną regularnością. Po wykiełkowaniu powierzchnia liścia powoli się zwiększa, następnie zwiększa się tempo wzrostu. Do czasu zakończenia tworzenia się pędów bocznych i wzrostu roślin, powierzchnia liści osiąga maksymalną wartość w okresie wegetacji, po czym zaczyna się stopniowo zmniejszać z powodu żółknięcia i obumierania dolnych liści. Pod koniec sezonu wegetacyjnego w wielu uprawach (zboża, rośliny strączkowe) nie ma zielonych liści na roślinach. Powierzchnia liści różnych roślin rolniczych może się znacznie różnić w okresie wegetacji w zależności od warunków zaopatrzenia w wodę, odżywiania i praktyk rolniczych. Maksymalna powierzchnia liście w suchych warunkach osiągają zaledwie 5...10 tys. m2/ha, a przy nadmiernej wilgotności i odżywianiu azotem może przekraczać 70 tys. m2/ha. Uważa się, że przy wskaźniku powierzchni liści 4...5 siew jako optyczny system fotosyntetyzujący działa w tryb optymalny, absorbujący największa liczba PAR. Przy mniejszej powierzchni liści część PAR nie jest wychwytywana przez liście. Jeżeli powierzchnia liści jest większa niż 50000 m2/ha, to liście górne zacieniają dolne, a ich udział w fotosyntezie gwałtownie spada. Ponadto górne liście „żywią się” dolnymi, co niekorzystnie wpływa na powstawanie owoców, nasion, bulw itp. Dynamika powierzchni liści wskazuje, że różne etapy w okresie wegetacji siew jako system fotosyntetyczny funkcjonuje inaczej (ryc. 3). W ciągu pierwszych 20...30 dni wegetacji, gdy średnia powierzchnia liści wynosi 3...7 tys. m2/ha, większość PAR nie jest wychwytywana przez liście, a zatem współczynnik wykorzystania PAR nie może być wysoki. Co więcej, powierzchnia liści zaczyna szybko rosnąć, osiągając maksimum. Z reguły występuje to u bluegrass w fazie mlecznego stanu ziarna, u roślin strączkowych zbóż w fazie pełnego wypełnienia nasion w środkowej warstwie, w zioła wieloletnie w fazie kwitnienia. Wtedy powierzchnia liścia zaczyna szybko się zmniejszać. W tym czasie przeważa redystrybucja i odpływ substancji z narządów wegetatywnych do generatywnych. Na długość tych okresów i ich proporcję mają wpływ różne czynniki, w tym agrotechniczne. Za ich pomocą można regulować proces powiększania powierzchni liści oraz długość okresów. W suchych warunkach zagęszczenie roślin, a co za tym idzie powierzchnia liści, jest celowo zmniejszana, ponieważ przy dużej powierzchni liści wzrasta transpiracja, rośliny bardziej cierpią z powodu braku wilgoci, a plony maleją.

Badania

Temat: Wpływ różnych czynników na tempo fotosyntezy

Kierownik pracy:Logvin Andrey Nikolaevich, nauczyciel biologii

wieś Szełochowskaja

2009

Wprowadzenie - strona 3

Rozdział 1. Fotosynteza - strona 4

Rozdział 2. Czynniki abiotyczne – światło i temperatura. Ich rola w życiu roślin - str. 5

2.1. Światło - strona 5

2.2. Temperatura - strona 6

2.3. Skład gazu w powietrzu - str. 7

Rozdział 3. Wpływ różnych czynników na tempo fotosyntezy - p.983.1. Metoda badania skrobi - strona 9

3.2. Zależność fotosyntezy od natężenia światła – str. 10

3.3. Zależność intensywności fotosyntezy od temperatury - str. 11

3.4. Zależność intensywności fotosyntezy od stężenia dwutlenku węgla w atmosferze - str. 12

Podsumowanie - strona 12

Źródła informacji - str. 13

Czyn

Życie na ziemi zależy od słońca. Odbiornikiem i akumulatorem energii promieni słonecznych na Ziemi są zielone liście roślin jako wyspecjalizowane organy fotosyntezy. Fotosynteza to unikalny proces tworzenia substancji organicznych z nieorganicznych. To jedyny proces na naszej planecie związany z zamianą energii światła słonecznego na energię wiązań chemicznych zawartych w substancjach organicznych. W ten sposób energia światła słonecznego otrzymywana z kosmosu, magazynowana przez rośliny zielone w węglowodanach, tłuszczach i białkach, zapewnia żywotną aktywność całego świata żywego – od bakterii po człowieka.

Wybitny rosyjski naukowiec końca XIX - początku XX wieku. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920) nazwał rolę zielonych roślin na Ziemi kosmiczną.

K.A. Timiryazev napisał: „Wszystkie substancje organiczne, bez względu na to, jak różnorodne mogą być, gdziekolwiek się znajdują, czy to w roślinie, zwierzęciu czy osobie, przepuszczone przez liść, pochodzą z substancji wytwarzanych przez liść. Poza liściem, a właściwie poza ziarnem chlorofilu, nie ma w przyrodzie laboratorium, w którym izolowana jest materia organiczna. We wszystkich innych narządach i organizmach jest przekształcany, przekształcany, tylko tutaj powstaje ponownie z materii nieorganicznej.

Trafność wybranego tematu wynika z faktu, że wszyscy jesteśmy zależni od roślin fotosyntetycznych i trzeba wiedzieć, jak zwiększyć intensywność fotosyntezy.

Przedmiot studiów- rośliny doniczkowe

Przedmiot badań– wpływ różnych czynników na tempo fotosyntezy.

Cele:

1. Usystematyzowanie, pogłębienie i utrwalenie wiedzy na temat fotosyntezy roślin i abiotycznych czynników środowiskowych.

2. Zbadanie zależności szybkości fotosyntezy od natężenia oświetlenia, temperatury i stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.

Zadania:

1. Przestudiowanie literatury dotyczącej fotosyntezy roślin, uogólnienie i pogłębienie wiedzy o wpływie czynników abiotycznych na fotosyntezę roślin.
2. Zbadanie wpływu różnych czynników na tempo fotosyntezy.

Hipoteza badawcza:Tempo fotosyntezy wzrasta wraz ze wzrostem natężenia światła, temperatury i stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.

Metody badawcze:

1. Studium i analiza literatury
2. Obserwacja, porównanie, eksperyment.

Rozdział 1. Fotosynteza.

Proces powstawania substancji organicznych przez komórki roślin zielonych i sinic z udziałem światła. W roślinach zielonych występuje przy udziale barwników (chlorofilów i niektórych innych) obecnych w chloroplastach i chromatoforach komórek. Z substancji ubogich w energię (tlenek węgla i woda) powstaje glukoza węglowodanowa i uwalniany jest wolny tlen.

Fotosynteza opiera się na procesie redoks: elektrony są przenoszone z donora-reduktora (woda, wodór itp.) na akceptor (tlenek węgla, octan). Zredukowana substancja (węglowodan glukoza) i tlen powstają, gdy woda jest utleniana. Istnieją dwie fazy fotosyntezy:

Światło (lub zależne od światła);

Ciemny.

W fazie światła następuje akumulacja wolnych atomów wodoru, energii (syntetyzuje się ATP). ciemna fazafotosynteza - szereg następujących po sobie reakcji enzymatycznych, a przede wszystkim reakcji wiązania dwutlenku węgla (przenika do liścia z atmosfery). W efekcie powstają węglowodany, najpierw monosacharydy (heksoza), następnie sacharydy i polisacharydy (skrobia). Synteza glukozy idzie w parze z absorpcją dużej ilości energii (wykorzystywany jest ATP syntetyzowany w fazie lekkiej). Do usunięcia nadmiaru tlenu z dwutlenku węgla wykorzystywany jest wodór, który powstaje w fazie lekkiej i jest w niestabilnej kombinacji z nośnikiem wodoru (NADP). Nadmiar tlenu wynika z tego, że w dwutlenku węgla liczba atomów tlenu jest dwukrotnie większa niż liczba atomów węgla, a w glukozie liczba atomów węgla i tlenu jest równa.

Fotosynteza to jedyny proces w biosferze, który prowadzi do wzrostu energii biosfery dzięki zewnętrznemu źródłu - słońcu i zapewnia istnienie zarówno roślin, jak i wszelkich organizmów heterotroficznych.

Mniej niż 1-2% energii słonecznej trafia do upraw.

Straty: niepełna absorpcja światła; ograniczenie procesu na poziomie biochemicznym i fizjologicznym.

Sposoby na zwiększenie wydajności fotosyntezy:

Dostarczanie roślinom wody;

Dostarczanie minerałów i dwutlenku węgla;

Stworzenie struktury upraw sprzyjającej fotosyntezie;

Dobór odmian o wysokiej wydajności fotosyntezy.

Rozdział 2. Czynniki abiotyczne – światło i temperatura.

Ich rola w życiu roślin.

Czynniki abiotycznewszystkie elementy przyrody nieożywionej, które wpływają na organizm, to tzw. Wśród nich najważniejsze są światło, temperatura, wilgotność, powietrze, sole mineralne itp. Często łączy się je w grupy czynników: klimatyczne, glebowe, orograficzne, geologiczne itp.

W naturze trudno jest oddzielić działanie jednego czynnika abiotycznego od drugiego, organizmy zawsze doświadczają ich połączonego wpływu. Jednak dla wygody badania czynniki abiotyczne są zwykle rozpatrywane osobno.

2.1. Lekki

Wśród wielu czynników światło jako nośnik energii słonecznej jest jednym z głównych. Bez tego fotosyntetyczna aktywność roślin zielonych jest niemożliwa. Jednocześnie bezpośredni wpływ światła na protoplazmę jest śmiertelny dla organizmu. Dlatego wiele właściwości morfologicznych i behawioralnych organizmów wynika z działania światła.

Słońce emituje w przestrzeń kosmiczną ogromną ilość energii i chociaż Ziemia odpowiada tylko za jedną dwumilionową promieniowania słonecznego, to wystarczy, aby ogrzać i oświetlić naszą planetę. Promieniowanie słoneczne to fale elektromagnetyczne o różnej długości, a także fale radiowe o długości nie większej niż 1 cm.

Wśród energii słonecznej przenikającej ziemską atmosferę znajdują się promienie widzialne (jest ich około 50%), ciepłe promienie podczerwone (50%) oraz promienie ultrafioletowe(około 1%). Dla ekologów ważne są jakościowe cechy światła: długość fali (lub kolor), intensywność (energia efektywna w kaloriach) i czas ekspozycji (długość dni).

Promienie widzialne (nazywamy je światłem słonecznym) składają się z promieni o różnych kolorach i różnych długościach fal. Światło ma ogromne znaczenie w życiu całego świata organicznego, ponieważ wiąże się z nim działalność zwierząt i roślin - fotosynteza przebiega tylko w warunkach światła widzialnego.

W życiu organizmów ważne są nie tylko promienie widzialne, ale także inne rodzaje energii promienistej, które docierają do powierzchni ziemi: promienie ultrafioletowe i podczerwone, elektromagnetyczne (zwłaszcza fale radiowe), a nawet promieniowanie gamma i X. Na przykład promienie ultrafioletowe o długości fali 0,38-0,40 mikrona mają dużą aktywność fotosyntetyczną. Promienie te, zwłaszcza podawane w umiarkowanych dawkach, stymulują wzrost i reprodukcję komórek, sprzyjają syntezie wysoce aktywnych związków biologicznych, zwiększają zawartość witamin i antybiotyków w roślinach oraz zwiększają odporność komórek roślinnych na różne choroby.

Wśród wszystkich promieni słonecznych zwykle wyróżnia się promienie, które w taki czy inny sposób wpływają na organizmy roślinne, zwłaszcza na proces fotosyntezy, przyspieszając lub spowalniając jej przebieg. Promienie te nazywane są promieniowaniem fizjologicznie aktywnym (w skrócie PAR). Najbardziej aktywne wśród PAR są: pomarańczowo-czerwony (0,65-0,68 mikrona), niebiesko-fioletowy (0,40-0,50 mikrona) i bliskie ultrafioletowi (0,38-0,40 mikrona). Najmniej pochłaniane są promienie żółto-zielone (0,50-0,58 mikrona), a promienie podczerwone prawie nie są pochłaniane. Tylko promienie dalekiej podczerwieni o długości fali większej niż 1,05 mikrona biorą udział w wymianie ciepła roślin i dlatego mają pozytywny wpływ, szczególnie w miejscach o niskich temperaturach.

Rośliny zielone potrzebują światła do tworzenia chlorofilu, tworzenia struktury ziarnistej chloroplastów; reguluje pracę aparatu szparkowego, wpływa na wymianę gazową i transpirację, aktywuje szereg enzymów, stymuluje biosyntezę białek i kwasy nukleinowe. Światło wpływa na podział i rozciąganie komórek, procesy wzrostu i rozwój roślin, determinuje czas kwitnienia i owocowania oraz działa kształtująco. Ale światło ma największe znaczenie w odżywianiu powietrza roślin, w wykorzystywaniu przez nie energii słonecznej w procesie fotosyntezy.

2.2. Temperatura

Reżim termiczny jest jednym z niezbędne warunki istnienie organizmów, ponieważ wszystkie procesy fizjologiczne są możliwe tylko w określonych temperaturach. Ciepło docierające do powierzchni ziemi zapewniane jest przez promienie słoneczne i jest rozprowadzane po ziemi w zależności od wysokości słońca nad horyzontem i kąta padania promieni słonecznych. Dlatego reżim termiczny nie jest taki sam na różnych szerokościach geograficznych i w inna wysokość nad poziomem morza.

Współczynnik temperatury charakteryzuje się wyraźnymi wahaniami sezonowymi i dziennymi. To działanie czynnika w wielu regionach Ziemi ma ważną wartość sygnałową w regulacji czasu aktywności organizmów, zapewniając ich dobowy i sezonowy tryb życia.

W charakterystyce czynnika temperatury bardzo ważne są jego skrajne wskaźniki, czas ich działania, a także częstotliwość ich powtarzania. Zmianie temperatury w siedliskach, która przekracza próg tolerancji organizmów, towarzyszy ich masowa śmierć.

Znaczenie temperatury dla życiowej aktywności organizmów przejawia się w tym, że zmienia ona tempo procesów fizykochemicznych w komórkach. Temperatura wpływa na cechy anatomiczne i morfologiczne organizmów, wpływa na przebieg procesów fizjologicznych, wzrost, rozwój, zachowanie, a w wielu przypadkach determinuje rozmieszczenie geograficzne roślin.

2.3. Skład gazu w powietrzu.

Oprócz właściwości fizycznych środowiska powietrza, jego właściwości chemiczne są niezwykle ważne dla istnienia organizmów lądowych. Skład gazowy powietrza w powierzchniowej warstwie atmosfery jest dość jednorodny pod względem zawartości głównych składników (azot - 78,1, tlen - 21,0, argon - 0,9, dwutlenek węgla - 0,03% obj.) ze względu na wysoką dyfuzję pojemność gazów i ciągłe mieszanie przez prądy konwekcyjne i wiatrowe. Jednak różne zanieczyszczenia w postaci cząstek gazowych, kropelkowo-cieczowych i stałych (pyłu) dostających się do atmosfery ze źródeł lokalnych mogą mieć istotne znaczenie dla środowiska.

Wysoka zawartość tlenu przyczyniła się do zwiększenia metabolizmu organizmów lądowych w porównaniu z pierwotnymi organizmami wodnymi. Tlen, ze względu na stale wysoką zawartość w powietrzu, nie jest czynnikiem ograniczającym życie w środowisku lądowym. Tylko miejscami, w określonych warunkach, powstaje przejściowy deficyt, np. w nagromadzeniu gnijących resztek roślinnych, zapasów zboża, mąki itp.

Zawartość dwutlenku węgla może zmieniać się w pewnych obszarach powierzchniowej warstwy powietrza w dość znaczących granicach. Na przykład, jeśli w centrum nie ma wiatru duże miasta jego stężenie wzrasta dziesięciokrotnie. Dobowe zmiany zawartości dwutlenku węgla w warstwach powierzchniowych są regularne, związane z rytmem fotosyntezy roślin oraz sezonowe, ze względu na zmiany intensywności oddychania organizmów żywych, głównie mikroskopijnej populacji gleb. Zwiększone nasycenie powietrza dwutlenkiem węgla występuje w strefach aktywności wulkanicznej, w pobliżu źródeł termalnych i innych podziemnych wylotów tego gazu. W wysokich stężeniach dwutlenek węgla jest toksyczny. W naturze takie koncentracje są rzadkie.

W przyrodzie głównym źródłem dwutlenku węgla jest tzw. oddychanie gleby. Dwutlenek węgla dyfunduje z gleby do atmosfery, szczególnie intensywnie podczas deszczu.

W nowoczesne warunki potężne źródło dodatkowych ilości CO 2 działalności człowieka w celu spalania paliw kopalnych do atmosfery.

Niska zawartość dwutlenku węgla hamuje proces fotosyntezy. W warunkach wewnętrznych szybkość fotosyntezy można zwiększyć poprzez zwiększenie stężenia dwutlenku węgla; ma to zastosowanie w praktyce szklarni i szklarni. Jednak nadmierne ilości CO 2 prowadzić do zatrucia roślin.

Azot w powietrzu dla większości mieszkańców środowiska lądowego jest gazem obojętnym, ale wiele mikroorganizmów (bakterie brodawkowe, Azotobacter, Clostridia, sinice itp.) ma zdolność wiązania go i włączania w cykl biologiczny.

Lokalne zanieczyszczenia dostające się do powietrza mogą również znacząco wpływać na organizmy żywe. Dotyczy to zwłaszcza toksycznych substancji gazowych - metanu, tlenku siarki (IV), tlenku węgla (II), tlenku azotu (IV), siarkowodoru, związków chloru, a także cząstek kurzu, sadzy itp., zanieczyszczających powietrze w obszarach przemysłowych. Główne współczesne źródło chemicznego i fizycznego zanieczyszczenia atmosfery ma charakter antropogeniczny: praca różnych przedsiębiorstwa przemysłowe i transport, erozja gleby itp. Tlenek siarki (S0 2 ), na przykład, jest trujący dla roślin nawet w stężeniach od jednej pięćdziesiątej do jednej milionowej objętości powietrza. Wokół ośrodków przemysłowych, które zanieczyszczają atmosferę tym gazem, ginie prawie cała roślinność. Niektóre gatunki roślin są szczególnie wrażliwe na S0 2 i służyć jako czuły wskaźnik jego akumulacji w powietrzu. Na przykład porosty giną nawet przy śladowych ilościach tlenku siarki (IV) w otaczającej atmosferze. Ich obecność w lasach wokół dużych miast świadczy o wysokiej czystości powietrza. Odporność roślin na zanieczyszczenia powietrza jest brana pod uwagę przy wyborze gatunków do kształtowania krajobrazu rozliczenia. Wrażliwe na dym, m.in. świerk oraz sosna, klon, lipa, brzoza. Najbardziej odporne są tuja, topola kanadyjska, kleje amerykańskie, czarny bez i kilka innych.

Rozdział 3. Wpływ różnych czynników na tempo fotosyntezy.

Tempo fotosyntezy zależy zarówno od natężenia światła, jak i temperatury. Czynnikami ograniczającymi fotosyntezę mogą być również stężenie dwutlenku węgla, wody, mineralnych składników odżywczych biorących udział w budowie aparatu fotosyntetycznego i będących początkowymi składnikami fotosyntezy materii organicznej.

Przy określaniu intensywności fotosyntezy stosuje się dwie grupy metod: 1) gazometryczna - rejestrująca ilość pochłoniętego dwutlenku węgla lub uwolnionego tlenu; 2) metody obliczania ilości materii organicznej powstałej podczas fotosyntezy.

Prosta i wizualna metoda „testu skrobi”. Metoda opiera się na wykrywaniu i ocenie ilości skrobi zgromadzonej podczas fotosyntezy przy użyciu roztworu jodu w jodku potasu.

3.1. Metoda "testu skrobi"

Cel . Zapoznaj się z metodą „testu skrobi”.

Metodologia doświadczenia.

Roślinę obficie podlewamy, umieszczamy w ciepłym, ciemnym miejscu (w szafie lub szufladzie) lub przyciemniamy pojedyncze liście ciemnymi workami z grubego czarnego papieru. W ciemności liście stopniowo tracą skrobię, która jest hydrolizowana do cukrów i wykorzystywana do oddychania, wzrostu i jest wydalana do innych narządów.

Po 3 - 4 dniach. sprawdź usuwanie skrobi z liści. W tym celu wytnij kawałki z ciemnego arkusza, umieść w probówce z wodą (2 - 3 ml) i gotuj przez 3 minuty, aby zabić komórki i zwiększyć przepuszczalność cytoplazmy. Następnie spuścić wodę i zagotować kilka razy w alkoholu etylowym (2-3 ml każdy), zmieniając roztwór co 1-2 minuty, aż kawałek tkanki liścia odbarwi się (trzeba zagotować w łaźni wodnej, alkohol może wybuchnąć podczas używania lampy alkoholowej!). Odsącz ostatnią porcję alkoholu, dodaj trochę wody, aby zmiękczyć tkanki liścia (staną się kruche w alkoholu), umieść kawałek tkanki na szalce Petriego i potraktuj roztworem jodu. Przy całkowitym krochmaleniu nie ma niebieskiego zabarwienia i można przeprowadzić eksperyment z takimi liśćmi. Jeśli jest nawet niewielka ilość skrobi, nie należy dotykać liścia, ponieważ utrudni to obserwowanie tworzenia się skrobi. Odskrobianie należy przedłużyć o kolejne 1-2 dni.

Liście pozbawione skrobi należy wyciąć z rośliny, odnowić cięcie pod wodą i opuścić ogonek do probówki z wodą. Lepiej jest pracować z pociętymi liśćmi, ponieważ nowo powstała skrobia w tym przypadku nie przepływa do innych narządów.

Liście umieszczane są w różnych warunkach, przewidzianych w celach tej pracy. W celu gromadzenia skrobi liście należy trzymać w odległości co najmniej 30-40 cm od lampy o mocy 100-200 W i unikać przegrzania za pomocą wentylatora. Po 1 - 1,5 godziny wyciąć z liści każdej opcji trzy kawałki materiału o tym samym kształcie (koło, kwadrat), przetwarzać w taki sam sposób, jak przy sprawdzaniu kompletności krochmalenia. W zależności od warunków eksperymentu w liściach będzie gromadzić się różna ilość skrobi, co można określić stopniem jej zasinienia. Ponieważ akumulacja skrobi w poszczególnych częściach liścia może być różna, do analizy jej zawartości pobiera się z niej co najmniej trzy kawałki. Do oceny wyników wykorzystuje się średnie wartości z trzech powtórzeń.

Stopień niebieskiego liścia szacowany jest w punktach:

ciemnoniebieski - 3;

średni niebieski - 2;

blady niebieski - 1;

bez koloru - 0.

3.2. Zależność fotosyntezy od natężenia światła.

Cel . Określ zależność fotosyntezy od natężenia oświetlenia.

Metodologia doświadczenia.

Przygotowane do eksperymentu liście pelargonii: jeden w całkowitej ciemności; drugi - do rozproszonego światła dziennego; trzeci - do jasnego światła. Po określonym czasie określ obecność skrobi w liściach.

Wyciągnij wniosek dotyczący wpływu natężenia światła na tempo fotosyntezy.

Proces pracy.

Pelargonię obficie podlaną, odstawić w ciepłe, ciemne miejsce (w szafie).

Po 3 dniach sprawdzono odkrochmalenie liści. Aby to zrobić, wytnij kawałki z ciemnego arkusza, umieść w probówce z wodą (2 - 3 ml) i gotuj przez 3 minuty, aby zabić komórki i zwiększyć przepuszczalność cytoplazmy. Następnie wodę odsączono i zagotowano w łaźni wodnej kilka razy w alkoholu etylowym (2-3 ml każdy), zmieniając roztwór co 1-2 minuty, aż kawałek tkanki liścia odbarwił się. Wylali ostatnią porcję alkoholu, dodali trochę wody, aby zmiękczyć tkanki liścia (stają się kruche w alkoholu), umieścili kawałek tkanki na szalce Petriego i potraktowali roztworem jodu.

Obserwujemy całkowite odkrochmalenie - nie ma niebieskiego zabarwienia.

Z rośliny wycięto pozbawione skrobi liście, cięcie odnowiono pod wodą, a ogonek opuszczono do probówki z wodą. Przygotowane do eksperymentu liście geranium umieszczono: jeden w całkowitej ciemności; drugi - do rozproszonego światła dziennego; trzeci - do jasnego światła.

Po 1 godzinie z liści każdego wariantu wycięto trzy kawałki tkanki o tym samym kształcie, które poddano obróbce w taki sam sposób, jak przy sprawdzaniu kompletności usunięcia skrobi.

Wynik.

Stopień błękitności liścia w ciemności wynosi 0 punktów, w świetle rozproszonym - 1 punkt, w świetle jasnym - 3 punkty.

Wniosek. Wraz ze wzrostem natężenia światła rosło tempo fotosyntezy.

3.3. Zależność intensywności fotosyntezy od temperatury.

Cel . Określ zależność fotosyntezy od temperatury.

Metodologia doświadczenia.

Umieść przygotowane liście pelargonii w równej odległości od silnego źródła światła: jedno na zimno (między ramami okiennymi), drugie - z temperatura pokojowa. Po określonym czasie określ obecność skrobi.

Wyciągnij wniosek na temat wpływu temperatury na szybkość fotosyntezy.

Proces pracy.

Liście pozbawione krochmalu umieszczono w równej odległości od lampy: jedne na zimno (między ramami okiennymi), drugie w temperaturze pokojowej. Po 1 godzinie z liści każdego wariantu wycięto trzy kawałki tkanki o tym samym kształcie, które poddano obróbce w taki sam sposób, jak przy sprawdzaniu kompletności usunięcia skrobi.

Wynik.

Stopień błękitności liści na zimno wynosi 1 punkt, w temperaturze pokojowej - 3 punkty.

Wniosek. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta tempo fotosyntezy.

3.4. Zależność intensywności fotosyntezy od stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.

Cel. Wyznacz zależność intensywności fotosyntezy od stężenia dwutlenku węgla w atmosferze

Metodologia doświadczenia.

Liście pelargonii, przygotowane do pracy, wkładamy do naczynia z wodą, a naczynie na szklankę pod szklaną nakrętką. Tam również umieścić mały kubek z 1-2 g sody, do którego dodać 3-5 ml 10% kwasu siarkowego lub solnego. Przykryj plasteliną miejsce styku między szklanką a nakrętką. Drugą kartkę zostaw w klasie. W takim przypadku oświetlenie i temperatura obu liści powinny być takie same. Po określonym czasie należy uwzględnić skrobię zgromadzoną w liściach, wyciągnąć wniosek o wpływie stężenia CO2 na intensywność fotosyntezy.

Proces pracy.

Przygotowane do pracy liście geranium umieszczono w naczyniu z wodą, a naczynie umieszczono na kawałku szkła pod szklaną nakrętką. Umieszczono tam również mały kubek z 2 g sody, do którego dodać 5 ml 10% kwasu solnego. Spoina między szkłem a nakrętką została pokryta plasteliną. W klasie zostawiono kolejną kartkę. Jednocześnie oświetlenie i temperatura obu liści są takie same.

Wynik.

Stopień niebieskiego liścia w klasie - 2 pkt, pod czapką - 3 pkt.

Wniosek. Wraz ze wzrostem stężenia dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta tempo fotosyntezy.

Wniosek

Po wykonaniu części praktycznej Praca badawcza doszliśmy do wniosku, że nasza hipoteza została potwierdzona. Rzeczywiście, intensywność fotosyntezy zależy od temperatury, oświetlenia, zawartości dwutlenku węgla w atmosferze.

Źródła informacji.

1. Lemeza N.A., Lisov N.D. Komórka jest podstawą życia. Proc. Korzyść. - Mińsk: NKF "Ekoperspektiva", 1997.

2. Nikiszow A.I. Biologia. Kurs abstrakcyjny. Poradnik do nauki. - M .: TC „Sfera”, 1999.

3. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologia: Klasa 6: Podręcznik dla studentów instytucji edukacyjnych / wyd. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Ventana-wykres, 2008.

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

5. Czernowa N.M., Bylova M.M. Ekologia: Podręcznik dla studentów biol. specjalista. ped. w towarzyszu. - M.: Oświecenie, 1988

Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologia: Klasa 6: Podręcznik dla studentów instytucji edukacyjnych / wyd. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Ventana-wykres, 2008.

Czernowa N.M., Bylova M.M. Ekologia: Podręcznik dla studentów biol. specjalista. ped. w towarzyszu. - M.: Oświecenie, 1988