A körülmények hatása a fotoszintézis folyamatának intenzitására
A fotoszintézis intenzitása a következő egységekben fejezhető ki: milligrammban a CO2. asszimilálva 1 dm 2 lap / óra; milliliterben. 1 dm 2 lapot osztottak fel óránként; milligrammnyi szárazanyagban 1 dm 2 lapot halmoztak fel óránként.
A bármely módszerrel nyert adatok értelmezésekor szem előtt kell tartani, hogy a növény fényében nem csak fotoszintetizálódnak, hanem lélegeznek is. Ebben a tekintetben az ezzel vagy az eljárással mérve két közvetlenül ellentétes folyamat eredménye, vagy a fotoszintézis és a légzés folyamatainak mutatói közötti különbség. Ez látható fotoszintézis. Például a CO2-tartalom megfigyelt változása az a különbség, amelyet a fotoszintézis folyamatában felszívódó mennyiség és a légzés során megosztott mennyiség között különböztek meg. A fotoszintézis valódi értékének elérése érdekében minden esetben olyan korrekciót kell bevezetni, amely figyelembe veszi a légzési folyamat intenzitását.
A külső körülmények hatása a fotoszintézis folyamatának intenzitására
A megvilágítás intenzitásának növekedése befolyásolja a fotoszintézis folyamatát, a különbséget a növény típusától és más tényezők erejétől függően. A történelmi fejlődés folyamatában lévő növények a megvilágítás különböző körülményeihez igazodtak. Ezen az alapon a növények csoportokba sorolhatók: könnyű szeretet, árnyéktűrő és árnyékoló. Ezeket az ökológiai logikai csoportokat számos anatómiai és fiziológiai jellemző jellemzi. Ezek különböznek a pigmentek tartalmában és összetételében.
A fotoszintézis, mint bármely olyan eljárás, Pho-tohimicheskie reakciót, azzal jellemezve, hogy egy alacsonyabb küszöbérték Illum-halmozódhat családon belül, amelynél ez csak a kezdet (körülbelül egy gyertyát egy 1 m távolságban). Általánosságban elmondható, hogy a fotoszintézis függése a megvilágítás intenzitásával logaritmikus görbével fejezhető ki. Kezdetben a megvilágítás intenzitásának növekedése a fotoszintézis arányának növekedéséhez vezet (a maximális hatású zóna). A további növekedés a fény intenzitásának fotoszintézis pro továbbra is növekszik, de lassabb (legyengített hatást zóna), és végül, a fény intenzitása növekszik, és a fotoszintézis nem változik (zóna hatás hiánya - plató). A fotoszintetikus intenzitás függőségét kifejező görbék eltérő megvilágítás esetén különböznek egymástól. Vannak olyan növények, amelyekben a fotoszintézis a közvetlen napsugárzás hatására növekszik. Ugyanakkor sok növény esetében a napsugárzás 50% -át meghaladó megvilágítás intenzitása már felesleges. Ez a körülmény annak a ténynek tudható be, hogy a fotoszintetikus termékek végső hozama a kevés fény sebességétől, a tempó reakcióktól függ. Eközben a megvilágítás intenzitása csak a fényreakciók sebességét érinti. Ezért annak érdekében, hogy a fény intenzitása bizonyos szint elérése után befolyásolhassa a sötét reakciók sebességének növelését. Ezzel szemben a fotoszintézis sötét reakcióinak aránya nagymértékben függ a hőmérséklet és a széndioxid tartalomtól. A hőmérséklet növekedésével vagy a széndioxid tartalom növekedésével az optimális megvilágítás a növekedés irányában változik.
Természetes körülmények között, a kölcsönös árnyékolás miatt a napenergia csak egy kis hányada esik az alsó levelekre. Tehát a wiki növények sűrű ültetése a virágzási szakaszban, a fénymérték a közel-földrétegben csak a teljes napfény 3% -át teszi ki. Gyakran az alsó leveleket a kompenzáló pont közelében lévő fény világítja meg. Így a növényeknél a növények összes levelének fotoszintézisének teljes intenzitása a napfény teljes intenzitásának megfelelő szintig emelkedhet.
Nagyon nagy fényerősségű, közvetlenül a levélre eső, a fotoszintézis leromlása lehet. A magas fényintenzitás által okozott depresszió kezdeti szakaszában a klór-réteg a sejt oldalsó falaira (fototaxis) lép. A megvilágítás további növelésével a fotoszintézis intenzitása jelentősen csökkenthető. A fotoszintézis erős fény hatására bekövetkező depressziójának oka a túlmelegedés és a vízegyensúly zavarai. Lehetséges, hogy a fényes fény felett felbukkan a felszívódott klorofillmolekulák feleslege, amelynek energiáját egyes enzimek oxidációjára fordítják, amelyek a fotoszintetizáló folyamat normális folyamatához szükségesek.
A napenergia felhasználási együtthatója
Tiszta, napsütéses napon kb. 30 168 kJ csepp 1 dm 2 a levélfelület óránként. Ebből a mennyiségből körülbelül 75% vagy 22.626 kJ abszorbeálódik, az incidens energia 25% -a áthalad a lemezen, és tükröződik benne. A lapon felhalmozott szárazanyag mennyisége alapján a tárolt energiamennyiséget kiszámítottuk, és összehasonlítottuk a lap által megkapott mennyiséggel. A kapott adatok szerint a fotoszintetikus hatásfok 2,6% volt. Még egyszerűbb megközelíteni számunkra az érdeklődés számát. Így egy kukuruzi üzem naponta átlagosan 18,3 g szárazanyagot gyűjt össze. Feltételezhető, hogy az összes anyag keményítő. Az 1 g keményítő fűtőértéke 17,6 kJ. Ennek következtében a napi energia nyeresége (18,3x17,6) 322 kJ. 1 hektár 15 ezer növény sűrűsége esetén a napi 1 hektáros területen 4830651 kJ felhalmozódik és naponta napi 209 500 000 kJt kap. Így az energia felhasználása 2,3%.
Következésképpen a számítások azt mutatják, hogy a természetes körülmények között a fotoszintézis hatékonysága elhanyagolható. A napenergia felhasználásának hatékonyságának növelése az egyik legfontosabb a növényi fiziológiában. Ez a feladat meglehetősen valós, mert elvileg a fotoszintézis folyamatának hatékonysága sokkal nagyobb értéket érhet el.
A hőmérséklet hatása a fotoszintézisre a megvilágítás intenzitásától függ. Alacsony megvilágítás esetén a fotoszintézis nem függ a hőmérséklettől (Q10 = 1). Ez annak köszönhető, hogy alacsony megvilágítás mellett a fotoszintézis intenzitását a fény fotokémiai reakcióinak sebessége korlátozza. Éppen ellenkezőleg, nagy megvilágítással a fotoszintézis sebességét a sötét reakciók határozzák meg, és ebben az esetben a hőmérséklet hatása nagyon nyilvánvaló. A Q10 hőmérsékleti együttható kb. Tehát a napraforgó esetében a hőmérséklet növekedése a 9 és 19 ° C közötti tartományban 2,5-szer növeli a fotoszintézis intenzitását. Azok a hőmérsékleti határértékek, amelyekben a fosz-tozintézis lehetséges, eltérőek a különböző növényeknél. A középső sávban a növények fotoszintézisének minimális hőmérséklete körülbelül 0 ° C, a trópusi növények esetében 5-10 ° C. Vannak adatok, hogy a poláris növények képesek fotoszintézisre 0 ° C alatti hőmérsékleten. A legtöbb növény esetében a fotoszintézis optimális hőmérséklete körülbelül 30-33 ° C. 30-33 ° C feletti hőmérsékleten a fotoszintézis intenzitása meredeken csökken. Ez annak köszönhető, hogy a fotoszintézis folyamatának hőmérsékletre gyakorolt függősége ellentétes folyamatok eredménye. Így a hőmérséklet növekedése növeli a fotoszintézis sötét reakcióinak a sebességét. Ezzel párhuzamosan 25-30 ° C hőmérsékleten a kloroplasztusok inaktiválódásának folyamata megtörténik. A hőmérséklet emelkedése a gyomorrontás zavarainak kialakulását is okozhatja.
A CO2 tartalmának a levegőbe történő befolyásolása
A fentiekkel összefüggésben a levegőben lévő CO2-tartalom növekedése az egyik legfontosabb módja a fotoszintetizálás intenzitásának növeléséhez, és ennek következtében a szárazanyag felhalmozódása a növény által. A területen azonban a CO2-tartalom szabályozását akadályozzák. Ennek egy részét trágya vagy egyéb szerves trágya (felületkezelés) felületes alkalmazásával lehet elérni. A CO2-tartalom növekedése a zárt térben könnyebb. Ebben az esetben a CO2 műtrágyák jó eredményeket hoznak és széles körben használják. A különböző növények egyenlőtlenül használják ugyanazokat a CO2-koncentrációkat. Növények, amelyek a fotoszintézis követi a „C-4” path (kukorica), van egy nagy képessége, hogy kötődnek a CO2 miatt nagy felületaktív foszfoenolpiruvát-karboxiláz enzim.
A vízellátás hatása
A levélsejtekben lévő kis vízhiány (5-15%) kedvezően befolyásolja a fotoszintézis intenzitását. A levélsejtek teljes víztelítettségével csökken a fotoszintézis. Ez részben annak a ténynek köszönhető, hogy a teljes telítettség mezofillumsejtekre hátulsó sztóma sejteket kissé megszorította, sztóma rések nem lehet megnyitni (gidropassivnye mozgás). Azonban nem csak ez. A levelek enyhén dehidratálódása kedvezően befolyásolja a fotoszintézis folyamatát, és függetlenül attól, hogy milyen mértékben nyílik meg a gyomor. A vízhiány több mint 15-20% -os növekedése a fotoszintézis intenzitásának jelentős csökkenéséhez vezet. Ez elsősorban a sztómák (hidroaktív mozgások) bezáródásának köszönhető, ami drasztikusan csökkenti a CO2 levélben való diffúzióját. Ezenkívül a légáramlás csökkenését okozza, következésképpen a levelek hőmérséklete nő. Eközben a 30 ° C feletti hőmérséklet emelkedése a fotoszintézis csökkenését okozza. Végül a dehidráció befolyásolja a fotoszintézis konformációját és következésképpen a enzimek aktivitását.
Oxigénellátás és a fotoszintézis intenzitása
Annak ellenére, hogy az oxigén a fotoszintézis egyik terméke, a teljes anaerobiózis körülmények között a fotoszintézis folyamat leáll. Feltételezhető, hogy az anaerobiózis hatása közvetett, a légzési folyamat gátlása és a hiányos oxidációs termékek, különösen a szerves savak felhalmozódása miatt. Ezt a feltevést megerősíti az a tény, hogy az anaerobiózis káros hatása a savas környezetben erőteljesebb. Az oxigénkoncentráció növekedése (akár 25%) gátolja a fotoszintézist (Warburg-hatás).
A nagy koncentrációjú oxigén gátló hatása a foto-szintézisre különösen élesen, fokozott fényintenzitással fejezhető ki. Ezek a megfigyelések arra késztettek minket, hogy megfigyeljük a légzés folyamatának sajátosságait fény jelenlétében (fotorepiráció). Ennek a folyamatnak a kémiája eltér a szokásos sötét légzésektől. A fotorepariáció az oxigén felszívódása és a CO2 emisszióvá válása a Calvin ciklus köztes termékeinek szubsztrátjaként történő alkalmazás során. Úgy tűnik, kialakult a Calvin-ciklus foszfoglicerinsav során fotorespiráció oxidált és dekarboxilezzük, glikolsav és glikolsav oxidáljuk glioksilevoy savat. A glikolsav keletkezése a kloroplasztokban történik, de ott nem halmozódik fel, hanem a peroxiszómák különleges szervezeteire szállítják. Peroxiszómákban a glikolsavat glioxilsavvá alakítják át. A glioxilvoyovasav készleteket ezután aminálásnak vetik alá, majd dekarboxilezésnek vetik alá, szén-dioxid kibocsátásával.
A CO2 fotorepirációval történő felszabadulása elérheti a teljes CO2 50% -át. asszimilálva a fotoszintézis folyamatában. E tekintetben azt lehet állítani, hogy a fotorepiráció intenzitásának csökkenése a növények termelékenységének növekedéséhez vezet. Tehát a ta-tartály mutáns formáit, amelyek nem képesek glikolsav képzésére, a szárazanyag megnövekedett felhalmozódása jellemzi. Bizonyíték van arra, hogy a légkör oxigéntartalmának enyhe csökkenése kedvezõen befolyásolja a száraztömeg felhalmozódásának sebességét. A "S-4" ösvényen fotoszintéziseket végrehajtó kukorica és más növények nem veszik a fotózást. Nem kizárt, hogy az ilyen típusú csere hozzájárul a növények nagyobb termelékenységéhez.
Az ásványi táplálkozás hatása
A kálium hatása a fotoszintézisre sokoldalú. A kálium hiánya miatt a fotoszintézis intenzitása rövid idő elteltével csökken. A kálium közvetett módon befolyásolhatja a fotoszintézist, növeli a citoplazma víztartalmát, felgyorsítja az asszimilátok kiáramlását a levelekből és megnöveli a sztómák megnyitását. Ugyanakkor közvetlen hatása van a káliumnak, mivel aktiválja a foszforiláció folyamatát.
A fotoszintézis foszfor értéke nagyon magas. A foszforilezett vegyületek részt vesznek a fotoszintézis minden szakaszában. A fény energiája felhalmozódik a foszfor-kötésekbe.
Nemrégiben sok figyelmet fordítottak a mangán szerepének tisztázására. A chlorella törzs fotoszintézisének vizsgálata során, amely a kész szerves anyag miatt sötétben nő, és fényében kimutatták, hogy a mangán csak az utóbbi esetben szükséges. Azoknál a mikroorganizmusoknál, amelyek a fotoredukciós folyamatot hajtják végre, a mangánra nincs szükség. Ugyanakkor a mangán hiánya élesen csökkenti Hill reakcióját és a nem ciklikus fotofoszforiláció folyamatát. Mindez azt bizonyítja, hogy a mangán szerepe a víz-fotoxidáció reakciójában való részvételének köszönhető.
Sok hordozóanyagként működő vegyület tartalmaz vasat (citokróm, ferredoxin) vagy réz (plastocianin). Természetesen ezen elemek hiányában a fosz-tozintézis intenzitása csökken.