Фотосинтез

Фотосинтез История відкриття фотосинтеза В початку XVII в. фламандський лікар Ван Гельмонт виростив в діжці з землею дерево, що він поливав лише дощовій водою. Він зазначив, що через п’ять років, дерево виросло до великих розмірів, хоча кількість землі на діжці мало зменшилося. Ван Гельмонт, природно, дійшов висновку, що, з яких утворилося дерево стався із води, використаної для поливу. У 1777 англійський ботанік Стівен Хейлс опублікував книжку, в якої повідомлялося, що на посаді живильного речовини, який буде необхідний зростання, рослини використовують переважно повітря. Того ж період знаменитий англійський хімік Джозеф Прістлі (він був однією з першовідкривачів кисню) провів серію дослідів по горінню і подиху й дійшов висновку у тому, що зелені рослини здатні творити всі ті дихальні процеси, хто був виявлено в тканинах тварин. Прістлі спалював свічку у замкненому обсязі повітря, і виявляв, що получавшийся у своїй повітря не може підтримувати горіння. Миша, вміщена у такому посудину, вмирала. Проте гілочка м’яти продовжувала жити у повітрі тижнями. У висновок Прістлі виявив, що у повітрі, відновленому гілочкою м’яти, знову почала горіти свіча, могла дихати миша. Тепер ми знаємо, що свіча, згораючи, споживала кисень з замкненого обсягу повітря, але потім повітря знову насичувався киснем завдяки фотосинтезу, происходившему в залишеній гілочці м’яти. Через кілька років голландський лікар Ингенхауз виявив, що рослини окисляют кисень тільки сонячному світу, де що тільки їх зелені частини забезпечують виділення кисню. У 1817 р. два французьких хіміка, Пельтье і Каванту, виділили із листя зелене речовина і його хлорофілом. Наступною важливою віхою історія вивчення фотосинтезу було яке 1845 р. німецьким фізиком Робертом Майером твердження у тому, що зелені рослини перетворять енергію, сонячного світла хімічну енергію.

Лимитирующие факторы Интенсивность, чи швидкість процесу фотосинтезу в рослині залежить від створення низки внутрішніх та зовнішніх чинників. З внутрішні чинники найважливішу значення мають структура аркуша і змістом у ньому хлорофілу, швидкість накопичення продуктів фотосинтезу в хлоропластах, вплив ферментів, і навіть наявність малих концентрацій необхідних неорганічних речовин. Зовнішні параметри — на цю кількість і якість світла, яка на листя, температура довкілля, концентрація вуглекислоти і кисню у атмосфері поблизу растения.

Скорость фотосинтезу зростає лінійно, або безпосередньо до паралельно зі збільшенням інтенсивності світла. Принаймні подальшого збільшення інтенсивності світла наростання фотосинтезу стає дедалі менш вираженим, і, нарешті, припиняється, коли освітленість сягає певного рівня 10 000 люкс. Подальше підвищення інтенсивності світла не впливає швидкість фотосинтезу. Область стабільної швидкості фотосинтезу називається областю светонасыщения. Якщо потрібне збільшити швидкість фотосинтезу у цій галузі, треба змінювати не інтенсивність світла, а будь-які інші чинники. Інтенсивність сонячного світла, яка потрапляє ясний літнього дня на поверхню землі, у багатьох місцях нашої планети становить приблизно 100 000 люкс. Отже, рослинам, окрім тих, які зростають у густих лісах й у тіні, падаючого сонячного світла буває достатньо насичення їх фотосинтетичної активності (енергія квантів, відповідних крайнім ділянкам видимого діапазону — фіолетового і червоного, різниться лише на двічі, і всі фотони цього діапазону у принципі здатні здійснити запуск фотосинтеза).

В разі низьких інтенсивностей світла швидкість фотосинтезу при 15 і 25 °C однакова. Реакції, які відбуваються при таких интенсивностях світла, які відповідають області лимитирования світла, подібно істинним фотохимическим реакцій, не чутливі до температур. Проте за вищих интенсивностях швидкість фотосинтезу при 25 °C значно вищий, аніж за 15 °C. Отже, у сфері світлового насичення рівень фотосинтезу залежить тільки від поглинання фотонів, а й з інших чинників. Більшість рослин в помірному кліматі добре функціонують в інтервалі температур від 10 до 35 °C, щонайсприятливіші умови — це температура близько 25 °C.

В області лимитирования світлом швидкість фотосинтезу не змінюється при зменшенні концентрації СО2. Звідси можна дійти невтішного висновку, що С02 бере участь у фотохимической реакції. У той самий час за більш високих интенсивностях висвітлення, лежачих з-поза меж області лимитирования, фотосинтез істотно зростає зі збільшенням концентрації СО2. В окремих зернових культур фотосинтез лінійно зростав зі збільшенням концентрації СО2 до 0,5%. (ці виміру проводили в короткочасних дослідах, оскільки тривалий вплив високих концентрацій СО2 пошкоджує листи). Високих значень швидкість фотосинтезу сягає при змісті С02 близько 0,1%. Середня концентрація вуглекислоти у атмосфері становить від 0,03%. Тож у умовах рослинам не вистачає СО2 у тому, щоб із максимальною ефективністю використовувати потрапляє ними сонячне світло. Якщо вміщене на замкнене обсяг рослина висвітлювати світлом насыщающей інтенсивності, то концентрація СО2 обсягом повітря поступово зменшуватися і досягне постійного рівня, відомого під назвою «С02 компенсаційного пункту». У цьому точці поява СО2 при фотосинтезі врівноважується виділенням О2 внаслідок дихання (темнового і світлового). У рослин різних видів становища компенсаційних пунктів різні.

Световые і темновые реакции.

Еще в 1905 р. англійський фізіолог рослин Ф. Ф. Блекмэн, інтерпретуючи форму кривою світлового насичення фотосинтезу, висловив припущення, що фотосинтез є двухстадийный процес, до складу якого фотохимическую, тобто. світлочутливу реакцію і нефотохимическую, т. е. темновую, реакцію. Темновая реакція, будучи ферментативної, протікає повільніше, ніж світлова реакція, і тому при високих интенсивностях світла швидкість фотосинтезу повністю визначається швидкістю темновой реакції. Світлова реакція або загалом від температури, або залежність ця виражена дуже слабко, тоді темновая реакція, як і всі ферментативные процеси, залежить від температури у досить сильно змінився й ступеня. Слід чітко уявляти собі, що реакція, звана темновой, може протікати як і темряві, і на світу. Світлову і темновую реакції можна розділити, використовуючи спалахи світла, що тривають стислі частки секунд. Спалахи світла тривалістю менше однієї мілісекунди (10−3 з) можна отримати або з допомогою механічного пристосування, поставивши по дорозі пучка постійного світла обертався диск зі щілиною, або електрично, заражаючи конденсатор і розряджаючи його через вакуумну чи газоразрядную лампу. Як джерела світла користуються також рубіновими лазерами із довжиною хвилі випромінювання 694 нм. 1932;го р. Емерсон і Арнольд висвітлювали суспензію клітин спалахами світла від газоразрядной лампи з тривалістю близько 10−3с. Вони вимірювали швидкість виділення кисню залежно від енергії спалахів, тривалості темнового проміжку між спалахами і температури суспензії клітин. При збільшенні інтенсивності спалахів насичення фотосинтезу в нормальних клітинах наставало, коли виділялася одна молекула 02 на 2500 молекул хлорофілу. Емерсон і Арнольд дійшли висновку, що максимальний вихід фотосинтезу визначається не числом молекул хлорофілу, поглинаючих світло, а числом молекул ферменту, катализирующего темновую реакцію. Вони також виявили, що з збільшенні темновых інтервалів між послідовними спалахами межі 0,06 з вихід кисню для одну спалах не залежав від тривалості темнового інтервалу, тоді як із коротших проміжках він зростав з збільшенням тривалості темнового інтервалу (від 0 до 0,06 з). Отже, темновая реакція, що визначає рівень насичення фотосинтезу, завершується приблизно за 0,06 з. За підсумками цих даних був розрахований, що середнє час, характеризує швидкість реакції, становить близько 0,02 з при 25 °C.

При підготовці даної праці були використані матеріали з сайту internet.