Intensitatea fotosintezei

În fiziologia plantelor se folosesc două concepte: fotosinteza adevărată și cea observată. Acest lucru se datorează următoarelor considerații. Viteza sau intensitatea fotosintezei este caracterizată de cantitatea de CO 2 absorbită de o unitate de suprafață a frunzei pe unitatea de timp. Determinarea intensității fotosintezei se realizează prin metoda gazometrică prin modificarea (reducerea) cantității de CO 2 într-o cameră închisă cu o frunză. Cu toate acestea, odată cu fotosinteza, are loc procesul de respirație, în timpul căruia se eliberează CO 2 . Prin urmare, rezultatele obținute dau o idee despre intensitatea fotosintezei observate. Pentru a obține valoarea fotosintezei adevărate, este necesar să se facă o corecție pentru respirație. Prin urmare, înainte de experiment, se determină intensitatea respirației în întuneric, iar apoi intensitatea fotosintezei observate. Apoi cantitatea de CO 2 eliberată în timpul respirației se adaugă la cantitatea de CO 2 absorbită în lumină. Introducând acest amendament, considerăm că intensitatea respirației în lumină și în întuneric este aceeași. Dar aceste corecții nu pot oferi o estimare a fotosintezei adevărate, deoarece, în primul rând, atunci când frunza este întunecată, nu este exclusă numai fotosinteza adevărată, ci și fotorespirația; în al doilea rând, așa-numita respirație întunecată depinde de fapt de lumină (vezi mai jos).

Prin urmare, în toate lucrările experimentale privind schimbul de gaz fotosintetic al frunzei, se acordă preferință datelor privind fotosinteza observată. O metodă mai precisă de studiere a intensității fotosintezei este metoda atomilor marcați (se măsoară cantitatea de 14 CO 2 absorbită).

În cazul în care este dificil să se recalculeze cantitatea de CO 2 absorbită pe unitatea de suprafață (conifere, semințe, fructe, tulpină), datele obținute se referă la o unitate de masă. Având în vedere că coeficientul fotosintetic (raportul dintre volumul de oxigen eliberat și volumul de CO 2 absorbit egal cu unu, rata fotosintezei observate poate fi estimată prin numărul de mililitri de oxigen eliberați de o unitate de suprafață a frunzei în 1 oră.

Pentru caracterizarea fotosintezei se folosesc și alți indicatori: consumul cuantic, randamentul cuantic al fotosintezei, numărul de asimilare.

Consumul cuantic este raportul dintre numărul de quante absorbite și numărul de molecule de CO 2 asimilate. Reciprocul este numit randament cuantic.

Număr de asimilare- acesta este raportul dintre cantitatea de CO 2 si cantitatea de clorofila continuta de frunza.

Viteza (intensitate) fotosinteza este unul dintre cei mai importanți factori care afectează productivitatea culturilor agricole și, prin urmare, randamentul. Prin urmare, elucidarea factorilor de care depinde fotosinteza ar trebui să conducă la îmbunătățirea măsurilor agrotehnice.

Teoretic, viteza fotosintezei, ca și viteza oricărui proces biochimic în mai multe etape, ar trebui să fie limitată de viteza celei mai lente reacții. Deci, de exemplu, reacțiile întunecate ale fotosintezei necesită NADPH și ATP, deci reacțiile întunecate depind de reacțiile luminoase. La lumină slabă, rata de formare a acestor substanțe este prea scăzută pentru a fi furnizată viteza maxima reacții întunecate, deci lumina va fi factorul limitator.

Principiul factorilor limitatori poate fi formulat astfel: cu influența simultană a mai multor factori, viteza unui proces chimic este limitată de factorul care se apropie cel mai mult de nivelul minim (o modificare a acestui factor va afecta direct acest proces).

Acest principiu a fost stabilit pentru prima dată de F. Blackman în 1915. De atunci, s-a demonstrat în mod repetat că diferiți factori, precum concentrația de CO 2 și iluminarea, pot interacționa între ei și pot limita procesul, deși adesea unul dintre ei încă domină. Iluminarea, concentrația de CO 2 și temperatura sunt principalele factori externi afectând viteza fotosintezei. De mare importanță sunt însă și regimul apei, nutriția minerală etc.

Ușoară. Când se evaluează efectul luminii asupra unui anumit proces, este important să se facă distincția între influența intensității sale, calitatea (compoziția spectrală) și timpul de expunere la lumină.

În lumină slabă, viteza fotosintezei este proporțională cu intensitatea luminii. Treptat, alți factori devin limitanți, iar creșterea vitezei încetinește. Într-o zi senină de vară, iluminarea este de aproximativ 100.000 de lux, iar 10.000 de lux sunt suficiente pentru a satura fotosinteza cu lumină. Prin urmare, lumina poate fi de obicei un factor limitator important în condițiile de umbrire. La intensitate luminoasă foarte mare, începe uneori decolorarea clorofilei, iar aceasta încetinește fotosinteza; totuși, în natură, plantele expuse unor astfel de condiții sunt de obicei protejate de aceasta într-un fel sau altul (cuticulă groasă, frunze căzute etc.).

Dependența intensității fotosintezei de iluminare este descrisă de o curbă, care se numește curba luminii a fotosintezei (Fig. 2.26).

Orez. 2.26. Dependența intensității fotosintezei de iluminare (curba luminii a fotosintezei): 1 este rata de eliberare a CO2 în întuneric (rata de respirație); 2 – punctul de compensare al fotosintezei; 3 – poziția de saturație luminoasă

În lumină slabă, în timpul respirației este eliberat mai mult CO 2 decât este legat în timpul fotosintezei, astfel încât începutul curbei luminii cu axa absciselor este punct de compensare fotosinteza, care arată că în acest caz, fotosinteza folosește exact atât CO 2 cât este eliberat în timpul respirației. Cu alte cuvinte, în timp, vine un moment în care fotosinteza și respirația se vor echilibra exact una pe cealaltă, astfel încât schimbul vizibil de oxigen și CO 2 se va opri. Punctul de compensare a luminii este intensitatea luminii la care schimbul total de gaze este zero.

Curbele de lumină nu sunt aceleași pentru toate plantele. Plante care cresc în aer liber locuri însorite, absorbția de CO 2 crește până când intensitatea luminii este egală cu iluminarea solară totală. La plantele care cresc în zone umbrite (de exemplu, oxalis), absorbția de CO 2 crește doar la intensitate scăzută a luminii.

Toate plantele în raport cu intensitatea luminii sunt împărțite în lumină și umbră, sau iubitoare de lumină și tolerante la umbră. Majoritatea plantelor agricole sunt fotofile.

La plante tolerante la umbră, în primul rând, saturația luminii are loc la iluminare mai slabă, iar în al doilea rând, în ele punctul de compensare al fotosintezei are loc mai devreme, adică la iluminare mai scăzută (Fig. 2.27).

Acesta din urmă se datorează faptului că plantele tolerante la umbră se caracterizează printr-o intensitate scăzută a respirației. În condiții de lumină slabă, intensitatea fotosintezei este mai mare la plantele tolerante la umbră, iar la lumină puternică, dimpotrivă, la plantele fotofile.

Afectează și intensitatea luminii compoziție chimică produse finale ale fotosintezei. Cu cât iluminarea este mai mare, cu atât se formează mai mulți carbohidrați; la lumină slabă - mai mulți acizi organici.

Experimentele în condiții de laborator au arătat că calitatea produselor de fotosinteză este, de asemenea, afectată de o tranziție bruscă „întuneric – lumină” și invers. La început, după aprinderea luminii de mare intensitate, se formează predominant produse non-carbohidrate din cauza lipsei de NADPH și ATP și abia după un timp încep să se formeze carbohidrați. Dimpotrivă, după ce lumina este stinsă, frunzele nu își pierd imediat capacitatea de a fotosintetiza, deoarece timp de câteva minute rămâne în celule un aport de ATP și NADP.

După stingerea luminii, sinteza carbohidraților este mai întâi inhibată și abia apoi substanțele organice și aminoacizii. Motivul principal pentru acest fenomen se datorează faptului că inhibarea conversiei FHA în PHA (și prin aceasta în carbohidrați) are loc mai devreme decât inhibarea FHA în PEP (și prin aceasta în alanină, malat și aspartat).

Raportul dintre produșii de formare ai fotosintezei este, de asemenea, afectat de compoziția spectrală a luminii. Sub influența luminii albastre din plante, crește sinteza de malat, aspartat și alți aminoacizi și proteine. Acest răspuns la lumina albastră a fost găsit atât la plantele C3, cât și la plantele C4.

Compoziția spectrală a luminii afectează și intensitatea fotosintezei (Fig. 2.28). Orez. 2.28. Spectrul de acțiune al fotosintezei în frunzele de grâu

Spectrul de acțiune este dependența eficacității acțiunii chimice (biologice) a luminii de lungimea de undă. Intensitatea fotosintezei în diferite părți ale spectrului nu este aceeași. Intensitatea maximă se observă atunci când plantele sunt iluminate cu acele raze care sunt absorbite la maximum de clorofile și alți pigmenți. Intensitatea fotosintezei este cea mai mare în razele roșii, deoarece este proporțională nu cu cantitatea de energie, ci cu numărul de cuante.

Din ecuația generală a fotosintezei:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

rezultă că sunt necesare 686 kcal pentru a forma 1 mol de glucoză; aceasta înseamnă că 686: 6 = 114 kcal sunt necesare pentru a asimila 1 mol de CO 2. Rezerva de energie a unui cuantum de lumină roșie (700 nm) este de 41 kcal/enstein, iar albastră (400 nm) de 65 kcal/enstein. Consumul cuantic minim atunci când este iluminat cu lumină roșie este 114:41 ≈ 3, în timp ce în realitate sunt cheltuite 8–10 cuante. Astfel, eficiența utilizării luminii roșii este 114/41 8 = 34%, iar albastră 114/65 8 = 22%.

concentrația de CO2. Reacțiile întunecate necesită dioxid de carbon, care este inclus în compusi organici. În condiții normale de câmp, CO 2 este principalul factor limitator. Concentrația de CO 2 în atmosferă este de 0,045%, dar dacă o creșteți, puteți crește rata de fotosinteză. Cu un efect pe termen scurt, concentrația optimă de CO 2 este de 0,5%, cu toate acestea, cu un efect pe termen lung, este posibilă deteriorarea plantelor, prin urmare, concentrația optimă în acest caz este mai mică - aproximativ 0,1%. Deja acum, unele culturi de seră, precum tomatele, au început să fie cultivate într-o atmosferă îmbogățită cu CO 2 .

Un grup de plante care absorb CO 2 din atmosferă mult mai eficient și, prin urmare, produc randamente mai mari, așa-numitele plante C 4, prezintă un mare interes în prezent.

ÎN condiții artificiale dependența fotosintezei de concentrația de CO 2 este descrisă într-o curbă de dioxid de carbon, care seamănă cu curba luminii a fotosintezei (Fig. 2.29).

La o concentrație de CO 2 de 0,01%, viteza fotosintezei este egală cu rata respirației (punctul de compensare). Saturația cu dioxid de carbon are loc la 0,2–0,3% CO 2, iar la unele plante, chiar și la aceste concentrații, se observă o ușoară creștere a fotosintezei.

Orez. 2.29. Dependența intensității fotosintezei acelor de pin de concentrația de CO 2 din aer

În condiții naturale, dependența fotosintezei de concentrația de CO 2 este descrisă doar de partea liniară a curbei. Rezultă că asigurarea plantelor cu CO 2 în condiții naturale este un factor care limitează randamentul. Prin urmare, este recomandabil să crești plante în interior cu un conținut ridicat de CO 2 .

Temperatura are un efect vizibil asupra procesului de fotosinteză, deoarece reacțiile întunecate și parțial luminoase ale fotosintezei sunt controlate de enzime. Temperatura optimă pentru plantele temperate este de obicei în jur de 25°C.

Absorbția și recuperarea CO 2 în toate plantele crește odată cu creșterea temperaturii până când se atinge un nivel optim. La majoritatea plantelor din zona temperată, o scădere a intensității fotosintezei începe după 30 ° C, în unele specii sudice după 40 o C. La căldură mare (50–60 o C), când începe inactivarea enzimatică, iar coordonarea diferitelor reacții este perturbată, fotosinteza se oprește rapid. Pe măsură ce temperatura crește, rata respirației crește mult mai repede decât rata fotosintezei naturale. Acest lucru afectează cantitatea de fotosinteză observată. Dependența intensității fotosintezei observate de temperatură este descrisă de o curbă de temperatură în care se disting trei puncte principale: minim, optim și maxim.

Minima este temperatura la care începe fotosinteza, optima este temperatura la care fotosinteza este cea mai stabilă și atinge cea mai mare viteză, maxima este temperatura după care fotosinteza se oprește (Fig. 2.30).

Orez. 2.30. Dependența intensității fotosintezei de temperatura frunzei: 1 - bumbac; 2 – floarea soarelui; 3 - sorg

Influența oxigenului. În urmă cu mai bine de jumătate de secol, a fost observat un fenomen aparent paradoxal. Oxigenul aerului, care este un produs al fotosintezei, este și inhibitorul acestuia: eliberarea de oxigen și absorbția de CO 2 scad pe măsură ce concentrația de O 2 în aer crește. Acest fenomen a fost numit după descoperitorul său - efectul Warburg. Acest efect este inerent tuturor plantelor C3. Și numai în frunzele plantelor C 4 nu a putut fi detectat. Acum este bine stabilit că natura efectului Warburg este asociată cu proprietățile oxigenazei principale ale enzimei ciclului Calvin, RDF-carboxilaza. Cu o concentrație mare de oxigen, începe fotorespirația. S-a stabilit că atunci când concentrația de O 2 este redusă la 2–3%, nu se formează fosfoglicolat, iar efectul Warburg dispare și el. Astfel, ambele fenomene, manifestarea proprietăților oxigenazei RDF-carboxilazei și formarea glicolatului, precum și scăderea fotosintezei în prezența O2, sunt strâns legate între ele.

Un conținut foarte scăzut de O 2 sau o absență completă, precum și o creștere a concentrației la 25–30%, inhibă fotosinteza. Pentru majoritatea plantelor, o scădere ușoară a concentrației naturale (21%) de O 2 activează fotosinteza.

Efectul hidratării țesuturilor. După cum sa menționat deja, apa participă la etapa de lumină a fotosintezei ca donor de hidrogen pentru reducerea CO2. Cu toate acestea, rolul factorului limitator al fotosintezei este jucat nu de cantitatea minimă de apă (aproximativ 1% din apa care intră), ci de apa care face parte din membranele celulare și este mediul pentru toate reacțiile biochimice, activează enzimele fazei întunecate. În plus, gradul de deschidere al stomatelor depinde de cantitatea de apă din celulele de gardă, iar starea de turgență a întregii plante determină amplasarea frunzelor în raport cu razele solare. Cantitatea de apă afectează indirect modificarea ratei de depunere a amidonului în stroma cloroplastei și chiar modificările structurii și aranjamentului tilacoizilor din stromă.

Dependența intensității fotosintezei de conținutul de apă al țesuturilor plantelor, precum și dependența de temperatură, este descrisă de o curbă de tranziție care are trei puncte principale: minim, optim și maxim.

Odată cu deshidratarea, se modifică nu numai intensitatea fotosintezei, ci și compoziția calitativă a produselor de fotosinteză: se sintetizează mai puțin malat, zaharoză și acizi organici; mai mult - glucoză, fructoză alanină și alți aminoacizi.

În plus, s-a constatat că în lipsa apei, ABA, un inhibitor de creștere, se acumulează în frunze.

Concentrația de clorofilă, de regulă, nu este un factor limitativ, totuși, cantitatea de clorofilă poate scădea cu diferite boli (fainare, rugina, boli virale), cu lipsa mineralelor și cu vârsta (în timpul îmbătrânirii normale). Când frunzele devin galbene, se spune că devin clorotice, iar fenomenul în sine se numește cloroză. Petele clorotice de pe frunze sunt adesea un simptom al unei boli sau al deficienței minerale.

Cloroza poate fi cauzată și de lipsa luminii, deoarece lumina este necesară pentru etapa finală a biosintezei clorofilei.

elemente minerale. Pentru sinteza clorofilei sunt necesare și elemente minerale: fier, magneziu și azot (ultimele două elemente sunt incluse în structura sa), prin urmare sunt deosebit de importante pentru fotosinteză. Potasiul este, de asemenea, important.

Pentru funcționarea normală a aparatului fotosintetic, planta trebuie să fie prevăzută cu cantitatea necesara elemente minerale (optimale). Magneziul, pe lângă faptul că face parte din clorofilă, este implicat în acțiunea proteinelor de conjugare în sinteza ATP, afectează activitatea reacțiilor de carboxilare și reducerea NADP+.

Fierul în formă redusă este necesar pentru procesele de biosinteză a clorofilei și compușii cloroplastelor care conțin fier (citocromi, ferredoxină). Deficiența de fier perturbă fotofosforilarea ciclică și neciclică, sinteza pigmentului și modificările structurii cloroplastelor.

Manganul și clorul participă la fotooxidarea apei.

Cuprul face parte din plastocianina.

Deficiența de azot afectează nu numai formarea sistemelor pigmentare și a structurilor cloroplastice, ci și cantitatea și activitatea RDP carboxilază.

Cu o lipsă de fosfor, reacțiile fotochimice și întunecate ale fotosintezei sunt perturbate.

Potasiul joacă un rol multifuncțional în reglarea ionică a fotosintezei, cu deficiența sa în cloroplaste, structura granei este distrusă, stomatele se deschid slab la lumină și nu se închid suficient în întuneric, regimul de apă al frunzei se înrăutățește, adică toate procesele de fotosinteză sunt perturbate.

Vârsta plantelor. Numai după crearea fitotronilor, unde este posibilă creșterea plantelor în condiții controlate, a fost posibil să se obțină rezultate fiabile. S-a constatat că în toate plantele abia la început ciclu de viață Când se formează aparatul fotosintetic, intensitatea fotosintezei crește, atinge foarte repede un maxim, apoi scade ușor și apoi se modifică foarte puțin. De exemplu, la cereale, fotosinteza atinge intensitatea maximă în timpul fazei de măcinare. Acest lucru se explică prin faptul că activitatea fotosintetică maximă a frunzei coincide cu sfârșitul perioadei de formare a acesteia. Apoi începe îmbătrânirea și fotosinteza scade.

Intensitatea fotosintezei depinde în primul rând de structura cloroplastelor. Pe măsură ce cloroplastele îmbătrânesc, tilacoizii sunt distruși. Demonstrați acest lucru folosind reacția Hill. Merge mai rău, cu cât cloroplastele sunt mai vechi. Astfel, s-a demonstrat că intensitatea este determinată nu de cantitatea de clorofilă, ci de structura cloroplastei.

ÎN conditii optime umiditatea și nutriția cu azot, scăderea fotosintezei odată cu vârsta are loc mai lent, deoarece în aceste condiții cloroplastele îmbătrânesc mai lent.

factori genetici. Procesele de fotosinteză depind într-o anumită măsură de ereditatea organismului vegetal. Intensitatea fotosintezei este diferită la plantele din diferite grupuri sistematice și forme de viata. La plante, intensitatea fotosintezei este mai mare decât la plantele lemnoase (Tabelul 2.5).

Intensitatea fotosintezei depinde de o serie de factori. În primul rând, pe lungimea de undă a luminii. Procesul se desfășoară cel mai eficient sub acțiunea undelor părților albastru-violet și roșu ale spectrului. În plus, rata fotosintezei este afectată de gradul de iluminare, iar până la un anumit punct rata procesului crește proporțional cu cantitatea de lumină, apoi nota nu mai este dependentă de aceasta.

Un alt factor este concentrația de dioxid de carbon. Cu cât este mai mare, cu atât procesul de fotosinteză este mai intens. În condiții normale, lipsa dioxidului de carbon este principalul factor limitator, deoarece în aerul atmosferic conţine un procent mic. Cu toate acestea, în condiții de seră, această deficiență poate fi eliminată, ceea ce va afecta favorabil rata fotosintezei și rata de creștere a plantelor.

Un factor important în intensitatea fotosintezei este temperatura. Toate reacțiile de fotosinteză sunt catalizate de enzime, pentru care intervalul optim de temperatură este de 25-30 ° C. La mai mult temperaturi scăzute rata de acțiune a enzimelor este redusă brusc.

apa - factor important afectând fotosinteza. Cu toate acestea, este imposibil de cuantificat acest factor, deoarece apa este implicată în multe alte procese metabolice care au loc în celula vegetală.

Importanța fotosintezei. Fotosinteza este un proces fundamental în natura vie. Datorită lui, din substanțe anorganice - dioxid de carbon și apă - cu participarea energiei lumina soarelui plantele verzi sintetizează substanțe organice necesare vieții întregii vieți de pe Pământ. Sinteza primară a acestor substanțe asigură implementarea proceselor de asimilare și disimilare în toate organismele.

Produsele fotosintezei - substanțe organice - sunt utilizate de organisme:

• pentru a construi celule;
• ca sursă de energie pentru procesele vieții.

Omul folosește substanțe create de plante:

• ca hrană (fructe, semințe etc.);
• ca sursă de energie (cărbune, turbă, lemn);
• ca material de construcție.

Omenirea își datorează existența fotosintezei. Toți combustibilii de pe Pământ sunt produse ale fotosintezei. Folosind combustibili fosili, obținem energia stocată ca rezultat al fotosintezei de către plante antice care au existat în epocile geologice trecute.

Concomitent cu sinteza substanțelor organice, un produs secundar al fotosintezei, oxigenul, este eliberat în atmosfera Pământului, care este necesar pentru respirația organismelor. Fără oxigen, viața pe planeta noastră este imposibilă. Rezervele sale sunt cheltuite în mod constant pe produse de ardere, oxidare, respirație care apar în natură. Potrivit oamenilor de știință, fără fotosinteză, întreaga cantitate de oxigen ar fi consumată în 3.000 de ani. Prin urmare, fotosinteza este de cea mai mare importanță pentru viața de pe Pământ.

Timp de multe secole, biologii au încercat să dezlege misterul frunzei verzi. Multă vreme s-a crezut că plantele creează nutrienți din apă și minerale. Această credință este legată de experimentul cercetătorului olandez Anna van Helmont, efectuat în secolul al XVII-lea. A plantat o salcie într-o cadă, măsurând cu precizie masa plantei (2,3 kg) și sol uscat (90,8 kg). Timp de cinci ani, a udat doar planta, fără a adăuga nimic la sol. După cinci ani, masa arborelui a crescut cu 74 kg, în timp ce masa solului a scăzut cu doar 0,06 kg. Omul de știință a concluzionat că planta formează toate substanțele din apă. Astfel, s-a stabilit o substanță pe care planta o absoarbe în timpul fotosintezei.

Prima încercare de a determina științific funcția unei frunze verzi a fost făcută în 1667 de naturalistul italian Marcello Malpighi. El a observat că, dacă primele frunze germinale sunt rupte din răsadurile de dovleac, atunci planta încetează să se dezvolte. Studiind structura plantelor, el a făcut o presupunere: sub influența luminii solare, apar unele transformări în frunzele plantei și apa se evaporă. Cu toate acestea, aceste presupuneri au fost ignorate la momentul respectiv.

După 100 de ani, omul de știință elvețian Charles Bonnet a efectuat mai multe experimente prin plasarea unei frunze de plantă în apă și luminând-o cu lumina soarelui. Doar el a făcut o concluzie incorectă, crezând că planta nu participă la formarea bulelor.

Descoperirea rolului frunzei verzi îi aparține chimistului englez Joseph Priestley. În 1772, în timp ce studia importanța aerului pentru arderea substanțelor și respirație, a pus la cale un experiment și a descoperit că plantele îmbunătățesc aerul și îl fac potrivit pentru respirație și ardere. După o serie de experimente, Priestley a observat că plantele îmbunătățesc aerul în lumină. El a fost primul care a sugerat rolul luminii în viața plantelor.

În 1800, omul de știință elvețian Jean Senebier a explicat științific esența acestui proces (la acea vreme Lavoisier descoperise deja oxigenul și îi studiase proprietățile): frunzele plantelor descompun dioxidul de carbon și eliberează oxigen doar sub acțiunea luminii solare.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, din frunzele plantelor verzi se obținea un extract de alcool. Această substanță se numește clorofilă.

Naturalistul german Robert Mayer a descoperit că plantele absorb lumina soarelui și o transformă în energie. legături chimice substanțe organice (cantitatea de carbon stocată în plantă sub formă de substanțe organice depinde direct de cantitatea de lumină care cade asupra plantei).

Kliment Arkadyevich Timiryazev, un om de știință rus, a studiat influența diferitelor părți ale spectrului luminii solare asupra procesului de fotosinteză. El a reușit să stabilească că tocmai în razele roșii se desfășoară cel mai eficient fotosinteza și să demonstreze că intensitatea acestui proces corespunde absorbției luminii de către clorofilă.

K.A. Timiryazev a subliniat că prin asimilarea carbonului, planta asimilează și lumina soarelui, transformându-și energia în energia substanțelor organice.

Articolul a fost publicat cu sprijinul „Sampad Computer Courses”. Compania „Computer Courses Sampad” oferă să se înscrie la cursuri despre crearea unui magazin online în Novosibirsk. Profesori cu experiență ai companiei vor oferi instruire în programarea PHP în cel mai scurt timp posibil, ceea ce vă va permite să creați site-uri de orice complexitate. Aflați mai multe despre cursurile oferite, citiți recenziile clienților, solicitați un apel înapoi și aplicați Aplicație online Puteți aplica pentru formare pe site-ul oficial al companiei Sampad Computer Courses, care se află la http://pc-nsk.ru/

Frunza verde este sursa vieții pe planeta noastră. Dacă nu ar fi plante verzi, nu ar exista nici animale, nici oameni pe Pământ. Într-un fel sau altul, plantele servesc ca sursă de hrană pentru întreaga lume animală.

O persoană folosește energia nu numai a razelor solare care cad acum pe pământ, ci și a celor care au căzut pe el cu zeci și sute de milioane de ani în urmă. La urma urmei, cărbunele, petrolul și turba sunt rămășițe modificate chimic ale plantelor și animalelor care au trăit în acele vremuri îndepărtate.

În ultimele decenii, atenția specialiștilor de frunte dintr-o serie de ramuri ale științelor naturii a fost concentrată asupra problemei fotosintezei, diversele sale aspecte fiind studiate cuprinzător și profund în multe laboratoare din întreaga lume. Interesul este determinat în primul rând de faptul că fotosinteza stă la baza schimbului de energie al întregii biosfere.

Intensitatea fotosintezei depinde de mulți factori. intensitatea luminii , necesar pentru cea mai mare eficiență a fotosintezei, este diferit pentru diferite plante. La plantele tolerante la umbră, activitatea maximă a fotosintezei este atinsă la aproximativ jumătate din lumina completă a soarelui, iar la plantele fotofile - aproape în plină lumină solară.

Multe plante tolerante la umbră nu dezvoltă parenchim palisat (columnar) în frunze și există doar spongios (crin, copită). În plus, aceste plante au frunze mai mari și cloroplaste mai mari.

De asemenea, afectează rata fotosintezei temperatura mediu inconjurator . Cea mai mare intensitate a fotosintezei se observă la o temperatură de 20–28 °C. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, intensitatea fotosintezei scade, iar intensitatea respirației crește. Când ratele fotosintezei și ale respirației coincid, ele vorbesc despre punct de compensare.

Punctul de compensare se modifică în funcție de intensitatea luminii, de creșterea și scăderea temperaturii. De exemplu, în algele brune rezistente la frig, aceasta corespunde unei temperaturi de aproximativ 10 ° C. Temperatura afectează, în primul rând, cloroplastele, în care structura se modifică în funcție de temperatură, ceea ce este clar vizibil la microscopul electronic.

Este foarte important pentru fotosinteză continutul de dioxid de carbon în aerul din jurul plantei. Concentrația medie de dioxid de carbon din aer este de 0,03% (în volum). O scădere a conținutului de dioxid de carbon afectează negativ randamentul, iar creșterea acestuia, de exemplu, la 0,04%, poate crește randamentul de aproape 2 ori. O creștere mai semnificativă a concentrației este dăunătoare pentru multe plante: de exemplu, la un conținut de dioxid de carbon de aproximativ 0,1%, plantele de roșii se îmbolnăvesc, frunzele lor încep să se ondula. În sere și sere, puteți crește conținutul de dioxid de carbon prin eliberarea acestuia din cilindri speciali sau lăsând dioxidul de carbon uscat să se evapore.

Lumină de diferite lungimi de undă afectează, de asemenea, intensitatea fotosintezei în moduri diferite. Pentru prima dată, intensitatea fotosintezei în diferite raze ale spectrului a fost studiată de către fizicianul W. Daubeny, care a arătat în 1836 că rata fotosintezei într-o frunză verde depinde de natura razelor. Erorile metodice din timpul experimentului l-au condus la concluzii greșite. Omul de știință a plasat un segment dintr-un lăstar de elodea într-o eprubetă cu apă tăiată, a iluminat eprubeta trecând lumina soarelui prin pahare colorate sau soluții colorate și a ținut cont de intensitatea fotosintezei în funcție de numărul de bule de oxigen care ies de pe tăietură. suprafata pe unitatea de timp. Daubeny a ajuns la concluzia că intensitatea fotosintezei este proporțională cu luminozitatea luminii, iar cele mai strălucitoare raze la acea vreme erau considerate galbene. John Draper (1811–1882), care a studiat intensitatea fotosintezei în diferite fascicule ale spectrului emis de un spectroscop, a aderat la același punct de vedere.

Rolul clorofilei în procesul de fotosinteză a fost dovedit de remarcabilul botanist și fiziolog plantelor rus K.A. Timiryazev. După ce a petrecut în 1871-1875. o serie de experimente, el a descoperit că plantele verzi absorb cel mai intens razele părților roșii și albastre ale spectrului solar, și nu galbene, așa cum se credea înaintea lui. Absorbind partea roșie și albastră a spectrului, clorofila reflectă razele verzi, motiv pentru care apare verde.

Pe baza acestor date, fiziologul german de plante Theodor Wilhelm Engelmann a dezvoltat în 1883 o metodă bacteriană pentru studierea asimilării dioxidului de carbon de către plante.

El a sugerat că, dacă plasați o celulă a unei plante verzi împreună cu bacterii aerobe într-o picătură de apă și le iluminați cu raze colorate diferit, atunci bacteriile ar trebui să se concentreze în acele părți ale celulei în care dioxidul de carbon este cel mai descompus și oxigenul este eliberată. Pentru a testa acest lucru, Engelman a îmbunătățit oarecum microscopul luminos prin montarea unei prisme deasupra oglinzii, care a descompus lumina soarelui în componente separate ale spectrului. Ca plantă verde, Engelman a folosit alga verde Spirogyra, ale cărei celule mari conțin cromatofori spiralați lungi.

După ce a pus o bucată de alge într-o picătură de apă pe o lamă de sticlă, Engelman a introdus acolo câteva bacterii aerobe, după care a examinat preparatul la microscop. S-a dovedit că, în absența unei prisme, preparatul pregătit a fost iluminat cu lumină albă uniformă, iar bacteriile au fost distribuite uniform de-a lungul întregii zone a algelor. În prezența unei prisme, fasciculul de lumină reflectat de oglindă a fost refractat, luminând zona algelor sub microscop cu lumină de diferite lungimi de undă. După câteva minute, bacteriile s-au concentrat pe acele zone care au fost iluminate cu lumină roșie și albastră. Pe baza acestui fapt, Engelman a concluzionat că descompunerea dioxidului de carbon (și, prin urmare, eliberarea de oxigen) în plantele verzi este observată în plus față de razele de culoare principale (adică verde) - roșu și albastru.

Datele primite pe echipament modern, confirmă pe deplin rezultatele obținute de Engelman în urmă cu mai bine de 120 de ani.

Energia luminoasă absorbită de clorofilă participă la reacțiile primei și a doua etape ale fotosintezei; reacțiile din a treia etapă sunt întunecate; are loc fără participarea luminii. Măsurătorile au arătat că procesul de reducere a unei molecule de oxigen necesită un minim de opt quante de energie luminoasă. Astfel, randamentul cuantic maxim al fotosintezei, i.e. numărul de molecule de oxigen corespunzător unui cuantum de energie luminoasă absorbită de plantă este de 1/8 sau 12,5%.

R. Emerson și colegii au determinat randamentul cuantic al fotosintezei atunci când plantele sunt iluminate cu lumină monocromatică de diferite lungimi de undă. Sa constatat că randamentul rămâne constant la 12% în cea mai mare parte a spectrului vizibil, dar scade brusc în apropierea regiunii roșii îndepărtate. Această scădere a plantelor verzi începe la o lungime de undă de 680 nm. La lungimi mai mari de 660 nm, doar clorofila absoarbe lumina. A; clorofilă b are o absorbție maximă a luminii la 650 nm, iar la 680 nm practic nu absoarbe lumina. La o lungime de undă mai mare de 680 nm, randamentul cuantic al fotosintezei poate fi adus până la valoare maximă 12% cu condiția ca planta să fie iluminată simultan și de lumină cu o lungime de undă de 650 nm. Cu alte cuvinte, dacă lumina absorbită de clorofilă dar completată de lumină absorbită de clorofilă b, atunci randamentul cuantic al fotosintezei atinge o valoare normală.

Creșterea intensității fotosintezei în timpul iluminării simultane a unei plante cu două fascicule de lumină monocromatică de lungimi de undă diferite în comparație cu intensitatea observată sub iluminare separată de aceleași fascicule se numește efectul Emerson. Experimente cu diferite combinații de lumină roșie îndepărtată și lumină cu mai mult Scurtă durată valurile peste algele verzi, roșii, albastru-verzi și maro au arătat că cea mai mare creștere a fotosintezei se observă dacă al doilea fascicul cu o lungime de undă mai scurtă este absorbit de pigmenții auxiliari.

La plantele verzi, astfel de pigmenți auxiliari sunt carotenoizii și clorofila. b, în algele roșii - carotenoide și ficoeritrina, în algele albastre-verzi - carotenoide și ficocianina, în algele brune - carotenoide și fucoxantina.

Studiul suplimentar al procesului de fotosinteză a condus la concluzia că pigmenții auxiliari transferă de la 80 la 100% din energia luminoasă absorbită de ei la clorofilă. dar. Astfel, clorofila dar acumulează energia luminoasă absorbită de celula vegetală și apoi o folosește în reacțiile fotochimice ale fotosintezei.

Ulterior s-a descoperit că clorofila dar este prezent într-o celulă vie sub formă de forme cu diferite spectre de absorbție și diferite funcții fotochimice. O formă de clorofilă dar, al cărui maxim de absorbție corespunde unei lungimi de undă de 700 nm, aparține sistemului pigmentar, numit fotosistemul I, a doua formă de clorofilă dar cu o absorbție maximă de 680 nm, aparține fotosistemului II.

Așadar, la plante a fost descoperit un sistem de pigment fotoactiv, care absoarbe lumina mai ales puternic în regiunea roșie a spectrului. Începe să acționeze chiar și în condiții de lumină slabă. În plus, mai este cunoscut sistem de reglementare, care absoarbe selectiv și folosește pentru fotosinteză culoarea albastra. Acest sistem funcționează într-o lumină suficient de puternică.

De asemenea, sa stabilit că aparatul fotosintetic al unor plante folosește în mare măsură lumină roșie pentru fotosinteză, în timp ce altele folosesc lumină albastră.

Pentru a determina intensitatea fotosintezei plantelor acvatice, puteți utiliza metoda de numărare a bulelor de oxigen. În lumină, procesul de fotosinteză are loc în frunze, al cărui produs este oxigenul, care se acumulează în spațiile intercelulare. La tăierea tulpinii, excesul de gaz începe să fie eliberat de pe suprafața tăiată sub forma unui flux continuu de bule, a cărui viteză de formare depinde de intensitatea fotosintezei. Această metodă nu este foarte precisă, dar este simplă și oferă o reprezentare vizuală a dependenței procesului de fotosinteză de condițiile externe.

Experiență 1. Dependența productivității fotosintezei de intensitatea luminii

Materiale și echipamente: elodea; soluţii apoase de NaHC03, (NH4)2C03 sau apă minerală; stabilit apă de la robinet; tijă de sticlă; fire; foarfece; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru.

1. Pentru experiment au fost selectați lăstari sănătoși de elodea de aproximativ 8 cm lungime, de culoare verde intens, cu vârful intact. Au fost tăiate sub apă, legate cu un fir de o tijă de sticlă și coborâte cu susul în jos într-un pahar cu apă la temperatura camerei (temperatura apei ar trebui să rămână constantă).

2. Pentru experiment, am luat apă de la robinet sedimentată îmbogățită cu CO 2 prin adăugarea de NaHCO 3 sau (NH 4) 2 CO 3 sau apă minerală, și a expus un pahar cu o plantă acvatică la o lumină puternică. Am observat apariția bulelor de aer din tăierea plantei.

3. Când fluxul de bule a devenit uniform, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 minut. Numărarea a fost efectuată de 3 ori cu o pauză de 1 min, datele au fost înregistrate într-un tabel și s-a determinat rezultatul mediu.

4. Sticla cu planta a fost îndepărtată de la sursa de lumină cu 50–60 cm și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a tras o concluzie despre intensitatea diferită a fotosintezei în lumină puternică și slabă.

Rezultatele experimentelor sunt prezentate în tabelul 1.

Ieșire: la intensitățile luminii utilizate, intensitatea fotosintezei crește odată cu creșterea intensității luminii, adică. cu cât mai multă lumină, cu atât mai bună se face fotosinteza.

Tabelul 1. Dependența fotosintezei de intensitatea luminii

Experiența 2. Dependența productivității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii

Materiale și echipamente: elodea; un set de filtre de lumină (albastru, portocaliu, verde); șapte borcane înalte cu gură largă; apă de la robinet decantată; foarfece; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru; eprubete.

1. Eprubeta a fost umplută până la 2/3 din volum cu apă de la robinet decantată și plasată în ea. planta acvatica de sus în jos. Tulpina a fost tăiată sub apă.

2. Un filtru de lumină albastră (circular) a fost plasat într-un borcan înalt cu gură largă, o eprubetă cu o plantă a fost plasată sub filtru, iar borcanul a fost expus la lumină puternică, astfel încât să cadă pe plantă, trecând prin filtrul de lumină. . Am observat apariția bulelor de aer din tăierea tulpinii plantei.

3. Când fluxul de bule a devenit uniform, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 minut. Calculul a fost efectuat de 3 ori cu o pauză de 1 minut, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost introduse în tabel.

4. Filtrul de lumină albastră a fost înlocuit cu unul roșu și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3, având grijă ca distanța de la sursa de lumină și temperatura apei să rămână constante.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a ajuns la o concluzie despre dependența intensității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în tabelul 2.

Ieșire: procesul de fotosinteză în lumină portocalie este foarte intens, în albastru încetinește, iar în verde practic nu merge.

Tabelul 2. Dependența productivității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii

numărul de experiență	filtru de lumină	Prima dimensiune	A doua dimensiune	a treia dimensiune	Rău
	portocale

Experiența 3. Dependența intensității fotosintezei de temperatură

Materiale și echipamente: elodea; trei borcane înalte cu gură largă; apă de la robinet decantată; foarfece; eprubete; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru.

1. O eprubetă de 2/3 a fost umplută cu apă de la robinet sedimentată și a fost plasată o plantă acvatică în ea cu vârful în jos. Tulpina a fost tăiată sub apă.

2. Apa de la robinet sedimentată la diferite temperaturi (de la 14 ° C la 45 ° C) a fost turnată în trei borcane cu gură largă, o eprubetă cu o plantă a fost plasată într-un borcan cu apă la temperatură medie (de exemplu, 25 ° C) și dispozitivul a fost expus la lumină puternică. Am observat apariția bulelor de aer din tăierea tulpinii plantei.

3. După 5 minute, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 min. Calculul a fost efectuat de 3 ori cu o pauză de 1 minut, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost introduse în tabel.

4. Eprubeta cu planta a fost transferată într-un borcan cu apă de altă temperatură și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3, asigurându-se că distanța de la sursa de lumină și temperatura apei rămân constante.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a făcut o concluzie scrisă despre efectul temperaturii asupra intensității fotosintezei.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în tabelul 3.

Ieșire:în intervalul de temperatură studiat, intensitatea fotosintezei depinde de temperatură: cu cât este mai mare, cu atât fotosinteza are loc mai bine.

Tabelul 3. Dependența de temperatură a fotosintezei

În urma studiului nostru, am tras următoarele concluzii.

1. Sistemul de pigment fotoactiv absoarbe lumina mai ales puternic în regiunea roșie a spectrului. Razele albastre sunt destul de bine absorbite de clorofilă și foarte puțin verde, ceea ce explică culoarea verde a plantelor.

2. Experimentul nostru cu o ramură de elodea demonstrează în mod convingător că intensitatea maximă a fotosintezei se observă atunci când este iluminată cu lumină roșie.

3. Viteza de fotosinteză depinde de temperatură.

4. Fotosinteza depinde de intensitatea luminii. Cu cât mai multă lumină, cu atât fotosinteza este mai bună.

Rezultatele unei astfel de lucrări pot fi de importanță practică. În sere cu iluminare artificială, selectând compoziția spectrală a luminii, puteți crește randamentul. La Institutul de Agrofizică din Leningrad la sfârșitul anilor 1980. în laboratorul B.S. Moshkov, folosind moduri speciale de iluminare, s-au obținut 6 culturi de tomate pe an (180 kg / m 2).

Plantele necesită raze de lumină de toate culorile. Cum, când, în ce secvență și proporție să-l furnizeze energie radiantă este o întreagă știință. Perspectivele pentru cultura luminii sunt foarte mari: din experimente de laborator, se poate transforma intr-o productie industriala pe tot parcursul anului de culturi legumicole, verzi, ornamentale si medicinale.

LITERATURĂ

1. Genkel P.A. Fiziologia plantelor: Proc. indemnizație pentru un curs opțional pentru clasa a IX-a. - M: Educaţie, 1985. - 175 p., ill.
2. Kretovici V.L. Biochimia plantelor: manual pentru biol. facultăți ale universităților. – M.: liceu, 1980. - 445 p., ill.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Botanica modernă: În 2 volume: Per. din engleza. - M.: Mir, 1990. - 344 p., ill.
4. Salamatova T.S. Fiziologia celulelor vegetale: Tutorial. - L .: Editura Universității din Leningrad, 1983. - 232 p.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biologie: În 3 volume: Per. din engleză / Ed. R. Sopera - M .: Mir, 2006. - 454 p., ill.
6. http://sc.nios.ru (desene și diagrame)

Dintre toți factorii care afectează simultan procesul de fotosinteză limitare va fi cel care se apropie mai mult de nivelul minim. S-a instalat Blackman în 1905. Diferiți factori pot fi limitativi, dar unul dintre ei este principalul.

1. În lumină slabă, viteza fotosintezei este direct proporțională cu intensitatea luminii. Ușoară este factorul limitator în condiții de lumină scăzută. La intensitate mare a luminii, clorofila se decolorează și fotosinteza încetinește. În astfel de condiții în natură, plantele sunt de obicei protejate (cuticulă groasă, frunze pubescente, solzi).

1. Reacțiile întunecate ale fotosintezei necesită dioxid de carbon, care este inclusă în materia organică, este un factor limitativ în domeniu. Concentrația de CO 2 în atmosferă variază de la 0,03-0,04%, dar dacă o crești, poți crește rata de fotosinteză. Unele culturi de seră sunt acum cultivate cu un conținut crescut de CO 2 .
2. factor de temperatură. Reacțiile întunecate și unele luminoase ale fotosintezei sunt controlate de enzime, iar acțiunea lor depinde de temperatură. Temperatura optimă pentru plantele din zona temperată este de 25 °C. Cu fiecare creștere a temperaturii cu 10 °C (până la 35 °C), viteza de reacție se dublează, dar datorită influenței unui număr de alți factori, plantele cresc mai bine la 25 °C.
3. Apă- material sursă pentru fotosinteză. Lipsa apei afectează multe procese din celule. Dar chiar și ofilirea temporară duce la pierderi serioase de recolte. Motive: atunci când se ofilesc, stomatele plantelor se închid, iar acest lucru interferează cu accesul liber al CO 2 pentru fotosinteză; cu lipsa apei in frunzele unor plante se acumuleaza acid abscisic. Este un hormon vegetal - un inhibitor de creștere. În condiții de laborator, este utilizat pentru a studia inhibarea procesului de creștere.
4. Concentrația de clorofilă. Cantitatea de clorofilă poate scădea cu mucegaiul pudră, rugina, bolile virale, deficiențele minerale și vârsta (cu îmbătrânirea normală). Când frunzele devin galbene, fenomene clorotice sau cloroză. Motivul poate fi lipsa de minerale. Pentru sinteza clorofilei este nevoie de Fe, Mg, N și K.
5. Oxigen. O concentrație mare de oxigen în atmosferă (21%) inhibă fotosinteza. Oxigenul concurează cu dioxidul de carbon pentru locul activ al enzimei implicate în fixarea CO2, ceea ce reduce viteza fotosintezei.
6. Inhibitori specifici. Cel mai bun mod a ucide o plantă înseamnă a suprima fotosinteza. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au dezvoltat inhibitori - erbicide- dioxine. De exemplu: DHMM - diclorofenildimetiluree- inhiba reactiile luminoase ale fotosintezei. Folosit cu succes pentru a studia reacțiile luminoase ale fotosintezei.
7. Poluarea mediului. Gazele de origine industrială, ozonul și dioxidul de sulf, chiar și în concentrații mici, dăunează grav frunzelor unui număr de plante. LA Acid gazos lichenii sunt foarte sensibili. Prin urmare, există o metodă indicaţii de lichen– determinarea poluării mediului cu licheni. Funinginea înfunda stomatele și reduce transparența epidermei frunzelor, ceea ce reduce rata fotosintezei.

6. Factori de viață a plantelor, căldură, lumină, aer, apă Plantele de-a lungul vieții lor sunt în mod constant în interacțiune cu Mediul extern. Cerințele plantelor pentru factorii de viață sunt determinate de ereditatea plantelor și sunt diferite nu numai pentru fiecare specie, ci și pentru fiecare varietate a unei anumite culturi. De aceea, cunoașterea profundă a acestor cerințe face posibilă stabilirea corectă a structurii suprafețelor însămânțate, a rotației culturilor, a amplasării rotațiile culturilor.
Pentru viața normală, plantele au nevoie de lumină, căldură, apă, nutrienți, inclusiv dioxid de carbon și aer.
Principala sursă de lumină pentru plante este radiația solară. Deși această sursă este dincolo de influența umană, gradul de utilizare a energiei luminoase a soarelui pentru fotosinteză depinde de nivelul tehnologiei agricole: metode de semănat (rânduri direcționate de la nord la sud sau de la est la vest), rate diferențiate de însămânțare, prelucrare a solului etc. .
Rărirea în timp util a plantelor și distrugerea buruienilor îmbunătățesc iluminarea plantelor.
Căldura în viața plantelor, alături de lumină, este principalul factor în viața plantelor și conditie necesara pentru procesele biologice, chimice și fizice din sol. Fiecare plantă în diferite faze și stadii de dezvoltare are cerințe certe, dar inegale de căldură, al cărei studiu este una dintre sarcinile fiziologiei plantelor și ale agriculturii științifice. căldura din viața plantelor afectează rata de dezvoltare în fiecare etapă de creștere. Sarcina agriculturii include și studiul regimului termic al solului și metodele de reglare a acestuia.
Apa în viața plantelor iar nutrienții, cu excepția dioxidului de carbon provenind atât din sol, cât și din atmosferă, sunt factorii solului ai vieții plantelor. Prin urmare, apa și nutrienții sunt numite elemente ale fertilității solului.
Aerul în viața plantelor(atmosferică și a solului) este necesară ca sursă de oxigen pentru respirația plantelor și a microorganismelor din sol, precum și o sursă de carbon pe care planta îl absoarbe în timpul fotosintezei. În plus, aerul din viața plantelor este necesar pentru procesele microbiologice din sol, ca urmare a cărora materia organică a solului este descompusă de microorganisme aerobe cu formarea de compuși minerali solubili de azot, fosfor, potasiu și alte plante. nutrienți.

7 . Indicatori ai productivității fotosintetice a culturilor

O cultură este creată în procesul de fotosinteză, când materia organică se formează în plantele verzi din dioxid de carbon, apă și minerale. Energia razei solare este transformată în energia biomasei vegetale. Eficiența acestui proces și, în cele din urmă, randamentul depind de funcționarea culturii ca sistem fotosintetic. În condiții de câmp, semănatul (cenoza) ca ansamblu de plante pe unitatea de suprafață este un sistem fotosintetic autoreglabil, dinamic, complex. Acest sistem include multe componente care pot fi considerate subsisteme; este dinamic, deoarece își schimbă constant parametrii în timp; autoreglabil, întrucât, în ciuda diferitelor influențe, semănatul își modifică într-un anumit fel parametrii, menținând homeostazia.

Indicatori ai activității fotosintetice a culturilor. Semănarea este un sistem optic în care frunzele absorb PAR. În perioada inițială de dezvoltare a plantei, suprafața de asimilare este mică și o parte semnificativă din PAR trece pe lângă frunze și nu este captată de acestea. Odată cu creșterea suprafeței frunzelor, crește și absorbția energiei solare. Când indicele suprafeței frunzelor* este 4...5, adică aria frunzelor din cultură este de 40...50 mii m 2 /ha, absorbția PAR de către frunzele culturii atinge o valoare maximă - 75...80% din vizibil, 40% din radiația totală. Odată cu o creștere suplimentară a suprafeței frunzelor, absorbția PAR nu crește. La culturile în care cursul de formare al suprafeței frunzelor este optim, absorbția PAR poate fi în medie de 50...60% din radiația incidentă în perioada de vegetație. PAR absorbit de stratul vegetal este baza energetică pentru fotosinteză. Cu toate acestea, doar o parte din această energie este acumulată în cultură. Factorul de utilizare a PAR este de obicei determinat în raport cu incidentul PAR pe acoperirea vegetativă. Dacă producția de biomasă din centrul Rusiei acumulează 2...3% din semănat PAR, atunci greutatea uscată a tuturor organelor plantei va fi de 10...15 t/ha, iar randamentul posibil va fi de 4...6 t de boabe la 1 ha . În culturile rare, factorul de utilizare PAR este de numai 0,5...1,0%.

Considerând culturile ca un sistem fotosintetic, randamentul de biomasă uscată generat de sezonul de creștere, sau creșterea sa într-o anumită perioadă depinde de valoarea suprafeței medii a frunzelor, de durata perioadei și de productivitatea netă a fotosintezei pentru această perioadă.

Y \u003d FP NPF,

unde Y este randamentul de biomasă uscată, t/ha;

FP - potenţial fotosintetic, mii m 2 - zile / ha;

NPP - productivitatea netă a fotosintezei, g/(m2 - zile).

Potențialul fotosintetic este calculat prin formula

unde Sc este suprafața medie a frunzelor pentru perioada, mii m 2 /ha;

T este durata perioadei, zile.

Principalii indicatori pentru cenoză, precum și randamentul, sunt determinați pe unitatea de suprafață - 1 m 2 sau 1 ha. Deci, suprafața frunzei se măsoară în mii m 2 / ha. În plus, folosesc un astfel de indicator precum indicele suprafeței frunzelor. Partea principală a suprafeței de asimilare este formată din frunze, în ele are loc fotosinteza. Fotosinteza poate apărea și în alte părți verzi ale plantelor - tulpini, tălpi, fructe verzi etc., dar contribuția acestor organe la fotosinteza totală este de obicei mică. Se obișnuiește să se compare culturile între ele, precum și diferitele stări ale unei culturi în dinamică în ceea ce privește suprafața frunzelor, identificându-l cu conceptul de „suprafață de asimilare”. Dinamica zonei frunzelor din cultură urmează o anumită regularitate. După germinare, suprafața frunzelor crește încet, apoi crește rata de creștere. În momentul în care se oprește formarea lăstarilor laterali și plantele cresc în înălțime, suprafața frunzelor atinge valoarea maximă în timpul sezonului de vegetație, apoi începe să scadă treptat din cauza îngălbenirii și morții frunzelor inferioare. Până la sfârșitul sezonului de creștere în culturile multor culturi (cereale, leguminoase), frunzele verzi de pe plante sunt absente. Suprafața frunzelor diferitelor plante agricole poate varia foarte mult în timpul sezonului de creștere, în funcție de condițiile de alimentare cu apă, nutriție și practicile agricole. Suprafata maxima frunzele în condiții aride atinge doar 5 ... 10 mii m 2 / ha, iar cu umiditate excesivă și nutriție cu azot, poate depăși 70 mii m 2 / ha. Se crede că, cu un indice al suprafeței frunzelor de 4...5, semănatul ca sistem optic de fotosinteză funcționează în modul optim, absorbant cel mai mare număr PAR. Cu o suprafață mai mică de frunze, o parte din PAR nu este capturată de frunze. Dacă suprafața frunzelor este mai mare de 50000 m2/ha, atunci frunzele superioare le umbră pe cele inferioare, iar ponderea lor în fotosinteză scade brusc. Mai mult decât atât, frunzele superioare le „hrănesc” pe cele inferioare, ceea ce este nefavorabil pentru formarea fructelor, semințelor, tuberculilor etc. Dinamica suprafeței frunzelor arată că diferite etapeîn timpul sezonului de vegetație, semănatul ca sistem fotosintetic funcționează diferit (Fig. 3). În primele 20...30 de zile de vegetație, când suprafața medie a frunzelor este de 3...7 mii m 2 /ha, cea mai mare parte a PAR nu este captată de frunze și, prin urmare, factorul de utilizare a PAR nu poate fi mare. În plus, aria frunzelor începe să crească rapid, atingând un maxim. De regulă, acest lucru se întâmplă la ierburile albastre în faza stării lăptoase a boabelor, la leguminoasele de cereale în faza de umplere completă a semințelor în nivelul mijlociu, în ierburi pereneîn faza de înflorire. Apoi, suprafața frunzelor începe să scadă rapid. În acest moment, predomină redistribuirea și scurgerea substanțelor din organele vegetative către cele generative. Durata acestor perioade și raportul lor este influențată de diverși factori, inclusiv agrotehnici. Cu ajutorul lor, este posibil să se regleze procesul de creștere a suprafeței frunzelor și a duratei perioadelor. În condiții aride, densitatea plantelor și, prin urmare, suprafața frunzelor, este redusă în mod deliberat, deoarece cu o suprafață mare de frunze, transpirația crește, plantele suferă mai mult de lipsa de umiditate, iar recoltele scad.

Cercetare

Subiect: Influența diverșilor factori asupra ratei fotosintezei

Manager de munca:Logvin Andrey Nikolaevich, profesor de biologie

satul Shelokhovskaya

2009

Introducere - pagina 3

Capitolul 1. Fotosinteza - pagina 4

Capitolul 2. Factori abiotici - lumina si temperatura. Rolul lor în viața plantelor - pagina 5

2.1. Lumină - pagina 5

2.2. Temperatura - pagina 6

2.3. Compoziția gazului aerului - pagina 7

Capitolul 3. Influența diverșilor factori asupra ratei fotosintezei - p.983.1. Metoda de testare a amidonului - pagina 9

3.2. Dependența fotosintezei de intensitatea luminii – pagina 10

3.3. Dependența intensității fotosintezei de temperatură - pagina 11

3.4. Dependența intensității fotosintezei de concentrația de dioxid de carbon din atmosferă - pagina 12

Concluzie - pagina 12

Surse de informare - pagina 13

Face

Viața pe pământ depinde de soare. Receptorul și acumulatorul energiei razelor solare pe Pământ sunt frunzele verzi ale plantelor ca organe specializate ale fotosintezei. Fotosinteza este un proces unic de creare a substanțelor organice din cele anorganice. Acesta este singurul proces de pe planeta noastră asociat cu conversia energiei luminii solare în energia legăturilor chimice conținute în substanțele organice. În acest fel, energia luminii solare primită din spațiu, stocată de plantele verzi în carbohidrați, grăsimi și proteine, asigură activitatea vitală a întregii lumi vii – de la bacterii până la om.

Un om de știință rus remarcabil de la sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920) a numit rolul plantelor verzi pe Pământ cosmic.

K.A. Timiryazev a scris: „Toate substanțele organice, oricât de diverse ar fi, oriunde se găsesc, fie într-o plantă, animal sau persoană, trecute prin frunză, provin din substanțele produse de frunză. În afara frunzei, sau mai degrabă în afara bobului de clorofilă, nu există un laborator în natură unde materia organică să fie izolată. În toate celelalte organe și organisme, se transformă, se transformă, doar că aici se formează din nou din materie anorganică.

Relevanța temei alese se datorează faptului că toți depindem de plante fotosintetice și este necesar să știm să creștem intensitatea fotosintezei.

Obiect de studiu- plante de apartament

Subiect de studiu– influența diverșilor factori asupra ratei fotosintezei.

Obiective:

1. Sistematizarea, aprofundarea și consolidarea cunoștințelor despre fotosinteza plantelor și factorii de mediu abiotici.

2. Să studieze dependența ratei fotosintezei de intensitatea iluminării, a temperaturii și a concentrației de dioxid de carbon din atmosferă.

Sarcini:

1. Să studieze literatura despre fotosinteza plantelor, să generalizeze și să aprofundeze cunoștințele despre influența factorilor abiotici asupra fotosintezei plantelor.
2. Să studieze influența diferiților factori asupra ratei fotosintezei.

Ipoteza cercetării:Viteza fotosintezei crește odată cu creșterea intensității luminii, a temperaturii și a concentrației de dioxid de carbon din atmosferă.

Metode de cercetare:

1. Studiul și analiza literaturii
2. Observare, comparare, experiment.

Capitolul 1. Fotosinteza.

Procesul de formare a substanțelor organice de către celulele plantelor verzi și cianobacteriilor cu participarea luminii. La plantele verzi, apare cu participarea pigmenților (clorofile și alții) prezenți în cloroplastele și cromatoforii celulelor. Din substanțele sărace în energie (monoxid de carbon și apă), se formează glucide glucoză și se eliberează oxigen liber.

Fotosinteza se bazează pe un proces redox: electronii sunt transferați de la un donor-reductor (apă, hidrogen etc.) la un acceptor (monoxid de carbon, acetat). O substanță redusă (glucide glucoză) și oxigen se formează dacă apa este oxidată. Există două faze ale fotosintezei:

Lumină (sau dependentă de lumină);

Întuneric.

În faza de lumină are loc o acumulare de atomi liberi de hidrogen, energie (se sintetizează ATP). faza intunecatafotosinteza - o serie de reacții enzimatice succesive și, mai ales, reacții de legare a dioxidului de carbon (pătrunde frunza din atmosferă). Ca urmare, se formează carbohidrați, mai întâi monozaharide (hexoză), apoi zaharide și polizaharide (amidon). Sinteza glucozei merge cu absorbția unei cantități mari de energie (se folosește ATP sintetizat în faza ușoară). Pentru a elimina excesul de oxigen din dioxidul de carbon, se folosește hidrogen, care se formează în faza ușoară și se află într-o combinație instabilă cu un purtător de hidrogen (NADP). Excesul de oxigen se datorează faptului că în dioxid de carbon numărul de atomi de oxigen este de două ori mai mare decât numărul de atomi de carbon, iar în glucoză numărul de atomi de carbon și de oxigen este egal.

Fotosinteza este singurul proces din biosfera care duce la o crestere a energiei biosferei datorita unei surse externe – Soarele si asigura existenta atat a plantelor cat si a tuturor organismelor heterotrofe.

Mai puțin de 1-2% din energia solară ajunge în culturi.

Pierderi: absorbția incompletă a luminii; limitarea procesului la nivel biochimic si fiziologic.

Modalități de creștere a eficienței fotosintezei:

Furnizarea plantelor cu apă;

Furnizarea de minerale și dioxid de carbon;

Crearea structurii culturii favorabile fotosintezei;

Selecția de soiuri cu eficiență ridicată a fotosintezei.

Capitolul 2. Factori abiotici - lumina si temperatura.

Rolul lor în viața plantelor.

Factori abioticitoate elementele de natură neînsuflețită care afectează corpul sunt numite. Dintre acestea, cele mai importante sunt lumina, temperatura, umiditatea, aerul, sărurile minerale etc. Ele sunt adesea combinate în grupe de factori: climatici, edali, orografici, geologici etc.

În natură, este dificil să se separe acțiunea unui factor abiotic de altul; organismele experimentează întotdeauna influența lor combinată. Cu toate acestea, pentru comoditatea studiului, factorii abiotici sunt de obicei luați în considerare separat.

2.1. Ușoară

Dintre numeroșii factori, lumina ca purtător de energie solară este unul dintre cei mai importanți. Fără el, activitatea fotosintetică a plantelor verzi este imposibilă. În același timp, efectul direct al luminii asupra protoplasmei este fatal pentru organism. Prin urmare, multe proprietăți morfologice și comportamentale ale organismelor se datorează acțiunii luminii.

Soarele radiază o cantitate enormă de energie în spațiul cosmic și, deși Pământul reprezintă doar o două milioane de parte din radiația solară, este suficient pentru a încălzi și a lumina planeta noastră. Radiația solară este unde electromagnetice de diferite lungimi, precum și unde radio cu o lungime de cel mult 1 cm.

Printre energia solară care pătrunde în atmosfera Pământului se numără razele vizibile (sunt aproximativ 50%), razele infraroșii calde (50%) și raze ultraviolete(aproximativ 1%). Pentru ecologiști, caracteristicile calitative ale luminii sunt importante: lungimea de undă (sau culoarea), intensitatea (energia efectivă în calorii) și durata expunerii (lungimea zilelor).

Razele vizibile (le numim lumină solară) constau din raze de diferite culori și lungimi de undă diferite. Lumina este de mare importanță în viața întregii lumi organice, deoarece activitatea animalelor și plantelor este asociată cu ea - fotosinteza are loc numai în condiții de lumină vizibilă.

În viața organismelor, nu numai razele vizibile sunt importante, ci și alte tipuri de energie radiantă care ajung la suprafața pământului: razele ultraviolete și infraroșii, electromagnetice (în special undele radio) și chiar radiațiile gamma și X. De exemplu, razele ultraviolete cu o lungime de undă de 0,38-0,40 microni au o activitate fotosintetică mare. Aceste raze, mai ales atunci când sunt prezentate în doze moderate, stimulează creșterea și reproducerea celulelor, favorizează sinteza de compuși biologici foarte activi, crescând conținutul de vitamine și antibiotice din plante și cresc rezistența celulelor plantelor la diferite boli.

Dintre toate razele soarelui se disting de obicei razele, afectând într-un fel sau altul organismele vegetale, în special procesul de fotosinteză, accelerându-i sau încetinind cursul acestuia. Aceste raze sunt numite radiații fiziologic active (PAR, pe scurt). Cele mai active dintre PAR sunt: ​​portocaliu-roșu (0,65-0,68 microni), albastru-violet (0,40-0,50 microni) și aproape ultraviolete (0,38-0,40 microni). Razele galben-verzui (0,50-0,58 microni) sunt cel mai puțin absorbite, iar razele infraroșii aproape că nu sunt absorbite. Doar razele infraroșii îndepărtate cu o lungime de undă mai mare de 1,05 microni participă la schimbul de căldură al plantelor și, prin urmare, au un efect pozitiv, mai ales în locurile cu temperaturi scăzute.

Plantele verzi au nevoie de lumină pentru formarea clorofilei, formarea structurii granulare a cloroplastelor; reglează activitatea aparatului stomatic, afectează schimbul de gaze și transpirația, activează o serie de enzime, stimulează biosinteza proteinelor și acizi nucleici. Lumina afectează diviziunea și întinderea celulelor, procesele de creștere și dezvoltarea plantelor, determină timpul de înflorire și fructificare și are un efect de modelare. Dar lumina este de cea mai mare importanță în nutriția aerului a plantelor, în utilizarea energiei solare în procesul de fotosinteză.

2.2. Temperatura

Regimul termic este unul dintre conditii esentiale existența organismelor, deoarece toate procesele fiziologice sunt posibile numai la anumite temperaturi. Sosirea căldurii pe suprafața pământului este asigurată de razele solare și se distribuie pe pământ în funcție de înălțimea soarelui deasupra orizontului și de unghiul de incidență al razelor solare. Prin urmare, regimul termic nu este același la diferite latitudini și la înălțime diferită deasupra nivelului mării.

Factorul de temperatură se caracterizează prin fluctuații sezoniere și zilnice pronunțate. Această acțiune a factorului într-un număr de regiuni ale Pământului are o valoare de semnal importantă în reglarea timpului activității organismelor, asigurând modul lor de viață zilnic și sezonier.

În caracterizarea factorului de temperatură, indicatorii săi extremi, durata acțiunii lor și, de asemenea, cât de des sunt repetate sunt foarte importanți. O schimbare a temperaturii în habitate care depășește pragul de toleranță al organismelor este însoțită de moartea lor în masă.

Semnificația temperaturii pentru activitatea vitală a organismelor se manifestă prin faptul că modifică rata proceselor fizico-chimice din celule. Temperatura afectează caracteristicile anatomice și morfologice ale organismelor, afectează cursul proceselor fiziologice, creșterea, dezvoltarea, comportamentul și, în multe cazuri, determină distribuția geografică a plantelor.

2.3. Compoziția gazoasă a aerului.

Pe lângă proprietățile fizice ale mediului aerian, caracteristicile sale chimice sunt extrem de importante pentru existența organismelor terestre. Compoziția gazoasă a aerului din stratul de suprafață al atmosferei este destul de omogenă în ceea ce privește conținutul componentelor principale (azot - 78,1, oxigen - 21,0, argon - 0,9, dioxid de carbon - 0,03% în volum) datorită difuziei mari. capacitatea gazelor și amestecarea constantă prin convecție și curenți de vânt. Cu toate acestea, diverse impurități de particule gazoase, lichide în picături și solide (praf) care intră în atmosferă din surse locale pot avea o importanță semnificativă pentru mediu.

Conținutul ridicat de oxigen a contribuit la creșterea metabolismului organismelor terestre în comparație cu cele primare acvatice. Oxigenul, datorită conținutului său constant ridicat în aer, nu este un factor de limitare a vieții în mediul terestru. Doar pe alocuri, în condiții specifice, se creează un deficit temporar, de exemplu, în acumulări de reziduuri vegetale în descompunere, stocuri de cereale, făină etc.

Conținutul de dioxid de carbon poate varia în anumite zone ale stratului de suprafață de aer în limite destul de semnificative. De exemplu, dacă nu bate vânt în centru orase mari concentrația sa crește de zece ori. Modificările diurne ale conținutului de dioxid de carbon din straturile de suprafață sunt regulate, asociate cu ritmul fotosintezei plantelor, și sezoniere, datorită modificărilor intensității respirației organismelor vii, în principal populația microscopică a solurilor. Saturația crescută a aerului cu dioxid de carbon are loc în zonele de activitate vulcanică, lângă izvoarele termale și alte ieșiri subterane ale acestui gaz. În concentrații mari, dioxidul de carbon este toxic. În natură, astfel de concentrații sunt rare.

În natură, principala sursă de dioxid de carbon este așa-numita respirație a solului. Dioxidul de carbon difuzează din sol în atmosferă, mai ales viguros în timpul ploii.

ÎN conditii moderne o sursă puternică de cantități suplimentare de CO 2 activitatea umană de a arde combustibili fosili în atmosferă.

Conținutul scăzut de dioxid de carbon inhibă procesul de fotosinteză. În condiții de interior, viteza fotosintezei poate fi crescută prin creșterea concentrației de dioxid de carbon; aceasta este folosită în practica serelor și a serelor. Cu toate acestea, cantități excesive de CO 2 duce la otrăvirea plantelor.

Azotul aerian pentru majoritatea locuitorilor mediului terestru este un gaz inert, dar o serie de microorganisme (bacterii nodulare, Azotobacter, clostridia, alge albastru-verzi etc.) au capacitatea de a-l lega și de a-l implica în ciclul biologic.

Impuritățile locale care intră în aer pot afecta, de asemenea, în mod semnificativ organismele vii. Acest lucru este valabil mai ales pentru substanțele gazoase toxice - metan, oxid de sulf (IV), monoxid de carbon (II), oxid de azot (IV), hidrogen sulfurat, compuși ai clorului, precum și particule de praf, funingine etc., care poluează aerul. în zonele industriale. Principala sursă modernă de poluare chimică și fizică a atmosferei este antropică: munca diverselor întreprinderile industrialeși transport, eroziunea solului etc. Oxid de sulf (S0 2 ), de exemplu, este otrăvitor pentru plante chiar și în concentrații de la o cincizeci de mii la o milioneme din volumul aerului. În jurul centrelor industriale care poluează atmosfera cu acest gaz, aproape toată vegetația moare. Unele specii de plante sunt deosebit de sensibile la S0 2 și servesc ca un indicator sensibil al acumulării sale în aer. De exemplu, lichenii mor chiar și cu urme de oxid de sulf (IV) în atmosfera înconjurătoare. Prezența lor în pădurile din jurul orașelor mari mărturisește puritatea ridicată a aerului. Rezistența plantelor la impuritățile din aer este luată în considerare la selectarea speciilor pentru amenajare aşezări. Sensibil la fum, de ex. molidși pin, arțar, tei, mesteacăn. Cele mai rezistente sunt tuia, plopul canadian, adezivii americani, fructele de soc si altele.

Capitolul 3. Influența diverșilor factori asupra ratei fotosintezei.

Viteza fotosintezei depinde atât de intensitatea luminii, cât și de temperatură. Factorii limitatori ai fotosintezei pot fi și concentrația de dioxid de carbon, apă, elemente de nutriție minerală implicate în construcția aparatului fotosintetic și fiind componentele inițiale pentru fotosinteza materiei organice.

La determinarea intensității fotosintezei se folosesc două grupe de metode: 1) gazometrică - înregistrarea cantității de dioxid de carbon absorbit sau de oxigen eliberat; 2) metode de contabilizare a cantității de materie organică formată în timpul fotosintezei.

O metodă simplă și vizuală de „test amidon”. Metoda se bazează pe detectarea și evaluarea cantității de amidon acumulat în timpul fotosintezei folosind o soluție de iod în iodură de potasiu.

3.1. Metoda "testului amidonului"

Ţintă . Familiarizați-vă cu metoda „testului amidonului”.

Metodologia experienței.

Udă planta cu generozitate, pune-o într-un loc întunecat și cald (într-un dulap sau sertar) sau întunecă frunzele individuale cu pungi întunecate de hârtie neagră groasă. În întuneric, frunzele pierd treptat amidon, care este hidrolizat în zaharuri și folosit pentru respirație, creștere și este descărcat în alte organe.

După 3-4 zile. se verifică deamidonarea frunzelor. Pentru a face acest lucru, tăiați bucăți dintr-o foaie întunecată, puneți într-o eprubetă cu apă (2 - 3 ml) și fierbeți timp de 3 minute pentru a ucide celulele și pentru a crește permeabilitatea citoplasmei. Apoi scurgeți apa și fierbeți de mai multe ori în alcool etilic (2-3 ml fiecare), schimbând soluția la fiecare 1-2 minute până când o bucată de țesut din frunze se decolorează (trebuie să fierbeți într-o baie de apă, deoarece alcoolul se poate aprinde). când folosiți o lampă cu alcool!). Scurgeți ultima porție de alcool, adăugați puțină apă pentru a înmuia țesuturile frunzelor (devin casante în alcool), puneți o bucată de șervețel într-o cutie Petri și tratați cu soluție de iod. Cu vopsirea cu amidon complet, nu există o colorare albastră și este posibil să se înființeze un experiment cu astfel de frunze. Dacă există chiar și o cantitate mică de amidon, frunza nu trebuie manipulată, deoarece acest lucru va îngreuna observarea formării amidonului. Dezamidonarea trebuie prelungită pentru încă 1-2 zile.

Frunzele lipsite de amidon trebuie tăiate din plantă, reînnoiți tăietura sub apă și coborâți pețiolul într-o eprubetă cu apă. Este mai bine să lucrați cu frunze tăiate, deoarece amidonul nou format în acest caz nu curge către alte organe.

Frunzele sunt așezate în diverse condiții, prevăzute de obiectivele acestei lucrări. Pentru acumularea de amidon, frunzele trebuie ținute la cel puțin 30-40 cm distanță de o lampă de 100-200 W și evitați supraîncălzirea cu un ventilator. După 1 - 1,5 ore, tăiați trei bucăți de țesătură de aceeași formă (cerc, pătrat) din frunzele fiecărei opțiuni, procesați în același mod ca atunci când verificați completitatea amidonării. În funcție de condițiile experimentului, în frunze se vor acumula diferite cantități de amidon, care pot fi determinate de gradul de albastru al acestuia. Deoarece acumularea de amidon în părțile individuale ale frunzei poate varia, din aceasta se iau cel puțin trei bucăți pentru a-i analiza conținutul. Pentru a evalua rezultatele, se folosesc valori medii de la trei repetări.

Gradul de frunze albastre este estimat în puncte:

albastru închis - 3;

albastru mediu - 2;

albastru slab - 1;

nicio culoare - 0.

3.2. Dependența fotosintezei de intensitatea luminii.

Ţintă . Determinați dependența fotosintezei de intensitatea iluminării.

Metodologia experienței.

Frunzele de pelargonium, pregătite pentru experiment, plasează: una în întuneric complet; al doilea - la lumina difuză a zilei; al treilea - la o lumină puternică. După timpul specificat, determinați prezența amidonului în frunze.

Trageți o concluzie despre efectul intensității luminii asupra ratei fotosintezei.

Proces de lucru.

Mușcata udată din abundență, pusă într-un loc cald și întunecat (într-un dulap).

După 3 zile s-a verificat dezamidonarea frunzelor. Pentru a face acest lucru, tăiați bucăți dintr-o foaie întunecată, plasate într-o eprubetă cu apă (2 - 3 ml) și fierte timp de 3 minute pentru a ucide celulele și a crește permeabilitatea citoplasmei. Apoi apa a fost scursă și pusă la fiert în baie de apă de mai multe ori în alcool etilic (2-3 ml fiecare), schimbând soluția la fiecare 1-2 minute, până când o bucată de țesut de frunze s-a decolorat. Au turnat ultima porție de alcool, au adăugat puțină apă pentru a înmuia țesuturile frunzelor (devin casante în alcool), au pus o bucată de țesut într-o cutie Petri și au tratat cu o soluție de iod.

Observăm îndepărtarea completă - nu există o colorare albastră.

Frunzele fără amidon au fost tăiate din plantă, tăietura a fost reînnoită sub apă, iar petiolul a fost coborât într-o eprubetă cu apă. Frunze de muşcată, pregătite pentru experiment, au fost aşezate: una în întuneric complet; al doilea - la lumina difuză a zilei; al treilea - la o lumină puternică.

După 1 oră, trei bucăți de țesut de aceeași formă au fost tăiate din frunzele fiecărei variante, prelucrate în același mod ca și la verificarea completității îndepărtării amidonului.

Rezultat.

Gradul de albastru al frunzei în întuneric este de 0 puncte, în lumină difuză - 1 punct, în lumină puternică - 3 puncte.

Ieșire. Odată cu creșterea intensității luminii, rata fotosintezei a crescut.

3.3. Dependența intensității fotosintezei de temperatură.

Ţintă . Determinați dependența fotosintezei de temperatură.

Metodologia experienței.

Așezați frunzele de pelargoniu pregătite la o distanță egală de o sursă de lumină puternică: una la rece (între tocurile ferestrelor), cealaltă în temperatura camerei. După timpul specificat, determinați prezența amidonului.

Trageți o concluzie despre efectul temperaturii asupra ratei fotosintezei.

Proces de lucru.

Frunzele lipsite de amidon au fost așezate la o distanță egală de lampă: una la rece (între tocurile ferestrelor), cealaltă la temperatura camerei. După 1 oră, trei bucăți de țesut de aceeași formă au fost tăiate din frunzele fiecărei variante, prelucrate în același mod ca și la verificarea completității îndepărtării amidonului.

Rezultat.

Gradul de albastru al frunzelor la frig este de 1 punct, la temperatura camerei - 3 puncte.

Ieșire. Pe măsură ce temperatura crește, viteza fotosintezei crește.

3.4. Dependența intensității fotosintezei de concentrația de dioxid de carbon din atmosferă.

Ţintă. Determinați dependența intensității fotosintezei de concentrația de dioxid de carbon din atmosferă

Metodologia experienței.

Frunzele de pelargonium, pregătite pentru lucru, se pun într-un vas cu apă, iar vasul - pe o bucată de sticlă sub un capac de sticlă. Acolo se pune si o cana mica cu 1-2 g de sifon, in care se adauga 3-5 ml acid sulfuric sau clorhidric 10%. Acoperiți rostul dintre pahar și capac cu plastilină. Lăsați cealaltă foaie în clasă. În acest caz, iluminarea și temperatura ambelor frunze ar trebui să fie aceleași. După timpul specificat, luați în considerare amidonul acumulat în frunze, trageți o concluzie despre efectul concentrației de CO2 asupra intensității fotosintezei.

Proces de lucru.

Frunzele de muscata, pregatite pentru lucru, se puneau intr-un vas cu apa, iar vasul se aseza pe o bucata de sticla sub un capac de sticla. Acolo a fost pusă și o cană mică cu 2 g de sifon, în care se adaugă 5 ml de acid clorhidric 10%. Imbinarea dintre pahar si capac a fost acoperita cu plastilina. O altă foaie a fost lăsată în clasă. În același timp, iluminarea și temperatura ambelor frunze sunt aceleași.

Rezultat.

Gradul de frunze albastre în clasă - 2 puncte, sub capac - 3 puncte.

Ieșire. Pe măsură ce concentrația de dioxid de carbon din atmosferă crește, crește viteza fotosintezei.

Concluzie

După ce am făcut partea practică muncă de cercetare, am ajuns la concluzia că ipoteza noastră a fost confirmată. Într-adevăr, intensitatea fotosintezei depinde de temperatură, iluminare, conținutul de dioxid de carbon din atmosferă.

Surse de informare.

1. Lemeza N.A., Lisov N.D. Celula este baza vieții. Proc. Beneficiu. - Minsk: NKF „Ekoperspektiva”, 1997.

2. Nikishov A.I. Biologie. Curs abstract. Ghid de studiu. - M .: TC „Sphere”, 1999.

3. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologie: Clasa a VI-a: Manual pentru elevii instituţiilor de învăţământ / Ed. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Ventana-graph, 2008.

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

5. Chernova N.M., Bylova A.M. Ecologie: Manual pentru studenții de la biol. specialist. ped. în-tovarăș. - M.: Iluminismul, 1988

Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Kumchenko V.S. Biologie: Clasa a VI-a: Manual pentru elevii instituţiilor de învăţământ / Ed. prof. I.N. Ponomareva. – M.: Ventana-graph, 2008.

Chernova N.M., Bylova A.M. Ecologie: Manual pentru studenții de la biol. specialist. ped. în-tovarăș. - M.: Iluminismul, 1988