Fotosünteesi ja taimede väärtus looduses. Fotosünteesi väärtus ja roll. Taimemaailm võimsusbaasina

Photosünteesi ajalugu.Millennia jaoks uskusid inimesed, et taimede toidab üksnes juurte tõttu, absorbeerides nende abiga kõik mulla vajalikud ained. Tutvu selle seisukohast XIX sajandi alguses. Hollandi naturalist Yang van Gelmont. Ta kaalus maa potti ja istutas seal põgeneda paju. Viie aasta jooksul veetas ta puu ja seejärel kuivatati maa ja kaaluti selle ja taim. IVA kaalub seitsekümmend viis kilogrammi ja maa kaal on muutunud vaid paarsada grammi. Teadlase järeldus oli selline - taimed saavad toitaineid esiteks, mitte pinnasest ja veest välja.

Kahe sajandi jooksul loodi taimede vee toitumise teooria teaduses. Selle teooria lehed aitasid tajal aurustada ülemäärase niiskuse.

Kõige ootamatute, kuid nõuetekohase eeldusega taimede õhu toitumine, teadlased tulid ainult alguses üheksateistkümnendal sajandil. Oluline roll selle protsessi mõistmisel mängis avastamine Inglise keemiku poolt läbi avastus, Joseph meelitas 1771. aastal. Ta määras kogemuse, mille tulemusena ta jõudis järeldusele: taimed puhastavad õhku ja muudavad selle hingamiseks sobivaks. Hiljem selgus: nii et taim puhastab õhku.

Kümme aastat hiljem mõistsid teadlased, et taim ei muutnud lihtsalt süsinikdioksiidi hapnikuks. Süsinikdioksiidi vajab taimed eluks, see toimib neile reaalse toidu jaoks (koos vee ja mineraalsooladega).

Air elektrijaama nimetatakse fotosünteesi. Oxygen fotosünteesi protsessis on esile tõstetud ebatavalise tootena.

Miljardeid aastaid tagasi ei olnud maa peal tasuta hapnikku. Kõik hapnik, mis hingavad peaaegu kõiki meie planeedi elusolendeid, eraldavad taimed fotosünteesi protsessis. Fotosünteesi suutis muuta kogu meie planeedi välimust.

Alates 70ndatest aastatest. Eelmisel sajandil saadi Venemaal fotosünteesi valdkonnas suured edu. Uuriti Vene teadlaste tööd, Ivanovo, Ricter, Ivanov, Kosticheva, paljude selle protsessi osapooli.

Fotosünteesi väärtust ei ole suhteliselt hiljuti realiseeritud. ARISTOTLE ja teised Kreeka teadlased, kes jälgivad loomade eluprotsesside sõltuvad toidu tarbimisest, uskusid, et taimed kaevandasid oma "toitu" pinnasest.

Kerge rohkem kui kolmsada aastat tagasi ühes esimeses hoolikalt läbimõeldud bioloogilistes katsetes esitatud hollandi arst Yang van Gelmont esitas tõendeid selle kohta, et ükski pinnas ei toita taimset. Van Gelmont kasvatas savipotis veidi Willow puu, lisades sellele ainult vett.

Viis aastat hiljem suurenes nõela kaalu 74,4 kg, samal ajal kui mullakaal vähenes ainult 57 ° C juures

XVIII sajandi lõpus ütles inglise teadlane Joseph Priestley, et ta "avastas kogemata õhukorrektsiooni meetodit, mis oli rikutud küünlade põletamise teel." 17. augustil 1771 olid nad meelitanud "... ... asetas suletud laevale piparmündi elava oksa, kus vaha küünal põletas," ja 21. aasta sama kuu leidis, et "... teise küünla võiks valgustada samas laevas. " "Loodus naudib paranduspõhimõtet, mida looduse nautida," see meelitas, "oli taim." Ta laiendas oma tähelepanekuid ja peagi näitasid, et õhk, "fikseeritud" tehas ei olnud "hiire jaoks sobiv".

Katsed lisati esimest korda, et selgitada, miks õhk maa peal jääb "puhtaks" ja võib toetada elu, vaatamata lugematute tulede põletamisele ja paljude elusorganismide hingamisele. Ta ütles: "Tänu nendele avastustele oleme kindlad, et taimed ei kasvata asjata, vaid puhastage ja lisage meie atmosfääri."

Hiljem kinnitas Hollandi arst Yang Ingeneza (1730-1799) meelitanud ja näitas, et õhk parandatakse ainult "taime päikesevalguse ja ainult roheliste osade puhul. 1796. aastal tegi Ingenhaussid soovitanud, et süsinikdioksiidi laguneb fotosünteesi laguneb C ja O2-s ja o 2 eraldatakse gaasiks. Seejärel leiti, et süsinikuaatomite, vesiniku ja hapniku suhe suhkrutes ja tärklis on selline, et üks süsinikuaatomi moodustab ühe veemolekuli jaoks, mis näitab sõna "süsivesikuid". Üldiselt peeti aktsepteeritavat süsivesikuid C ja H20-st ja H20-st ja O2 eristub süsinikdioksiidist. See on üsna mõistlik hüpotees oli laialdaselt tunnustatud, kuid nagu selgus hiljem, oli see täiesti vale.

Teadlane, kes eitas seda üldtunnustatud teooria oli Cornelius van Nile Stamfordi ülikoolist, kui ta on endiselt üliõpilaste diploman, uuris erinevate fotosünteetiliste bakterite metabolismi. Üks selliste bakterite rühm, nimelt lilla väävli bakterid, taastab süsivesikutelt, kuid ei eralda 2. Purple hall bakterid fotosünteesi jaoks on vaja vesiniksulfiidi. Selle tulemusena fotosünteesi bakteriaalsete rakkude, väävli osakesi kogunevad. Van Neil leidis, et nende bakterite puhul saab fotosünteesi võrrandit registreerida järgmiselt:

C O 2 + 2N2S (CH202O) + H20 + 2S.

See asjaolu ei meelitanud teadlaste tähelepanu, kuni Van Neil tegi julge sõnumi ja ei pakunud järgmisi fotosünteesi võrrandit:

C O 2 + 2N2 a (CH202O) + H20 + 2A.

Selles võrrandis on H2 A esindab kas vett või teist oksüdeeritud ainet, nagu vesiniksulfiidi või vaba H2. Roheliste taimede ja vetikate H2 A \u003d N 2 O. See tähendab, et Van Nile soovitas, et H2O ja mitte süsinikdioksiid laguneb fotosünteesi ajal. Selle suurepärase idee, mis on nimetatud kolmekümnendates, oli eksperimentaalselt tõestatud hiljem, kui teadlased kasutavad tõsist isotoop o2 (18 O2), jälgides hapniku teed veest gaasilisele seisundile:

C O 2 + 2N2 18O2 (CH20) + H20 + 18O2.

Seega vetikate või roheliste taimede puhul, kus vesi toimib elektronide doonorina, kirjutatakse fotosünteesi võrrandi kokku järgmiselt:

6CO 2 + 12N2O C 6H 12O 6 + 6O 2 + 6N2 O.

Lehel esinevad protsessid.Leht harjutab kolm olulist protsessi - fotosünteesi, vee ja gaasivahetuse aurustamist. Vee- ja süsinikdioksiidi lehtedel fotosünteesi protsessis sünteesitakse orgaanilised ained päikesevalguse toime all. Selle tulemusena fotosünteesi ja hingamise, taimse hapniku ja süsinikdioksiidi ja öösel - ainult süsinikdioksiidi moodustunud hingamise ajal.

Enamik taimi saab sünteesida klorofülli nõrga valgustusega. Otsese päikesevalguse korral sünteesitakse klorofülli kiiremini.

Photosünteesi jaoks vajalik valgus energia imendub, seda suurem on väikseim leht. Seetõttu töötas evolutsiooniprotsessis taimed võimele lehele valguse valguse pöörata nii, et see langes rohkem päikesekiirte. Taime lehed asuvad, et mitte üksteist mitte rõhutada.

Timüyasev tõestas, et fotosünteesi energiaallikas on valdavalt spektri punased kiirgused. See näitab klorofülli absorptsiooni spektrit, kus kõige intensiivsemat imendumisriba täheldatakse punases ja vähem intensiivsesse - sinise-lilla osaga.

Kloroplastides koos klorofülliga on karoteenipigmendid ja Xanthofill. Mõlemad pigmendid neelavad sinise ja osaliselt roheliste kiirte ja vahele punase ja kollase. Mõned teadlased omistavad klorofariit kaitseva ekraani rolli sinise kiirguse hävitava mõju eest.

Photosünteesi protsess koosneb mitmest järjestikusest reaktsioonidest, millest mõned voolavad valguseenergia imendumisega ja osa on pimedas. Säästev lõplik fotosünteesi tooted on süsivesikud (suhkur ja seejärel tärklis), orgaanilised happed, aminohapped, valgud.

Fotosünteesi erinevatel tingimustel toimub erineva intensiivsusega.

Fotosünteesi intensiivsus sõltub ka taimede arengufaasist. Maksimaalne intensiivsus fotosünteesi täheldatakse õitsemisfaasis.

Tavaline sisaldus süsinikdioksiidi õhus on 0,03 mahuprotsenti. Süsinikdioksiidi sisalduse vähendamine õhus vähendab fotosünteesi intensiivsust. Suurenenud süsinikdioksiidi sisaldus kuni 0,5% suurendab fotosünteesi intensiivsust on peaaegu proportsionaalne. Süsinikdioksiidi sisalduse veelgi suurenemisega ei suurenda fotosünteesi intensiivsust ja 1% - taim kannatab.

Taimed aurustuvad või Trans Spere, väga suur hulk vesi. Vee aurustumine on üks põhjustest ülespoole. Vee aurustumise tõttu taimselt kogunevad see mineraalained ja temperatuur on taime jaoks kasulik päikese soojendamise ajal. Mõnikord vähendab transparaat taime temperatuuri 6 ° C juures.

Taim reguleerib vee aurustumise protsessi STITZi töö kaudu. Kuivare ladestumine või vahatamine, epidermumil, nende karvade ja teiste seadmete moodustumise eesmärk on vähendada reguleerimata transpare.

Photosünteesiprotsess ja lehe elusrakkude pidev hingamine vajavad lehe sisekudede ja atmosfääri vahelist gaasivahetust. Photosünteesi protsessis atmosfäärist imendub assimileeritud süsinikdioksiid ja hapnik naaseb atmosfääri.

Isotoopide analüüsimeetodi kasutamine näitas, et hapnik naasis atmosfääri (16O) kuulub vee ja süsinikuõhugaasi, kus selle teine \u200b\u200bisotoop on valitseb - 15 O. elurakkude hingega (vaba hapniku oksüdeerimine) Orgaanilised ained raku sees süsinikdioksiidi gaasile ja veele) on vaja sisestada hapniku atmosfäär ja süsinikdioksiidi tagastamine. See gaasivahetus toimub peamiselt jaotatud aparaadi kaudu.

Kaasaegsed ideed fotosünteesi kohta.Praegu on teada, et fotosüntees toimub kaks etappi, kuid ainult üks neist on valguses. Tõend kaheastmelise protsessi esmakordselt saadi 1905. aastal inglise füsioloog taim f.f. Blacklin, mis uuris valguse ja temperatuuri mõju fotosünteesi mahule.

Eksperimentide põhjal tegi Blacklin järgmised järeldused.

1. On üks valguse sõltumatute reaktsioonide rühma, mis ei sõltu temperatuurist. Nende reaktsioonide maht vähese valgustuse vahemikus võib suurendada valgustuse suurenemist, kuid mitte suureneva temperatuuriga.

2. On olemas teine \u200b\u200btemperatuuriga sõltuvate reaktsioonide rühm, mitte valgust. Selgus, et fotosünteesi rakendamiseks on vaja mõlemad reaktsioonirühmad. Ainult ühe reaktsioonirühma mahu suurendamine suurendab kogu protsessi mahtu, kuid ainult seni, kuni teine \u200b\u200breaktsioonirühm algab esimesena hoidmiseks. Pärast seda on vaja kiirendada teine \u200b\u200breaktsioonirühm, et esimene saaks ilma piiranguteta minna.

Seega näidati, et mõlemad etapid on valguse sõltuvad: "kerge ja tume". Oluline on meeles pidada, et tumedad reaktsioonid toimuvad tavaliselt ja vajavad valguse etapi tooteid. Väljend "tumedad reaktsioonid" tähendab lihtsalt seda, et valgus ei ole nendega kaasatud.

Tume reaktsioonide maht suureneb suureneva temperatuuriga, kuid ainult kuni 30 ° ja seejärel hakkab langema. Selle asjaolu põhjal tegi nad ettepaneku, et tumedad reaktsioonid katalüüsivad ensüümid, kuna ensümaatiliste reaktsioonide vahetamine sõltub seega temperatuurist. Seejärel selgus, et see järeldus tehti valesti.

Esimeses etapis fotosünteesi (kerge reaktsioonid), kerge energiat kasutatakse moodustamiseks ATP (adenosiin-trifosfaatmolekulide) ja kõrge energia elektronide kandjatele. Teises etapis fotosünteesi (tumedate reaktsioonide), energia tooted valgusreaktsioonides kasutatakse taastada CO 2 lihtsa suhkru (glükoosi).

Protsessi fotosünteesi meelitab üha enam teadlaste tähelepanu. Teadus on lähedal kõige olulisema küsimuse lahendamisele - kunstlik looming väärtuslike orgaaniliste ainete kerge energia abil laialt levinud anorgaanilistest ainetest. Probleem fotosünteesi on staadiously välja töötatud botaanika, keemikud, füüsikud ja teised spetsialistid.

Hiljuti sünteesi formaldehüüdi ja suhkru ainete vesilahuste karbonaathappe on juba kunstlikult saadud; Samal ajal mängiti valguse energia absorbendi rolli klorofüllikobandi ja nikli karbonaatide asemel. Hiljuti sünteesitud klorofüllimolekuli.

Teaduse edusammud orgaanilise aine sünteesi valdkonnas põhjustavad idealistlikule õpetamisele purustavat lööki

Photosünteesi taimedes viiakse läbi kloroplastides. See sisaldab: energia ümberkujundamist (kerge protsess), muundades aine (tume protsessi). Valguse protsess toimub hüülakoidides, tumedas kloroplastide stromates. Photosünteesi üldine ringlusse näeb välja selline:

6CO 2 + 12N2O C 6H 12O6 + 6N2O + 6O2.

Kaks fotosünteesiprotsesse väljendatakse eraldi võrranditega:

12N2O 12H 2 + 6O 2 + ATP energia;

(valgusprotsess)

12H 2 + 6O 2 + ATP Energia C6H 12O 6 + N2O.

(tume protsess)

Fotosünteesi väärtus looduses.Fotosüntees on ainus protsess biosfääris, mis toob kaasa välise allika tõttu vaba energia suurenemise. Stores fotosünteesi tooteid - peamine energiaallikas inimkonnale.

Igal aastal moodustub maa peal 150 miljardit tonni orgaanilist ainet, mis tuleneb maa peal ja umbes 200 miljonit tonni vaba hapnikku eristatakse.

Hapniku, süsiniku ja muude fotosünteesi elementide tsükkel toetab maa peal vajaliku atmosfääri kaasaegset koostist. Fotosünteesi takistab CO 2 kontsentratsiooni suurenemist, takistades maa ülekuumenemist nn kasvuhooneefekti tõttu ülekuumenemise.

Kuna rohelised taimed on kõigi teiste heterotroofiliste organismide otsene või vahendatud toiteväärtuse andmebaas, vastab fotosünteesi vajadusele meie planeedil elavate toiduvajaduse järele. Ta on maapiirkondade ja metsanduse kõige olulisem alus. Kuigi kokkupuute võimalused on endiselt väikesed, kuid siiski nad on teatud määral kasutatud. Mis suureneb kontsentratsioon süsinikdioksiidi õhus 0,1% (vastu 0,3% looduslikus atmosfääris), näiteks suurendada saagikuse kurgid ja tomatite kolmekordistunud.

Lehtede pinna ruutmeetri ühe tunni jooksul toodab umbes ühe grammi suhkrut; See tähendab, et kõik taimed ligikaudse hinnanguga on valmistatud atmosfäärist 100 kuni 200 miljardi tonni aastas. Umbes 60% sellest summast absorbeerivad metsad 30% katmata jääpinna jää, 32% - maine maad ja ülejäänud 8% on sammud ja kõrbes, samuti linnad ja linnad.

Roheline taim on võimeline mitte ainult süsinikdioksiidi kasutamist ja suhkrut tekitama, vaid teisendage ka lämmastikuühendid ja väävliühendid oma keha asutamise ainetes. Läbi juursüsteemi kaudu saadakse taim pinnases lahustatud nitraadise ioonidega ja töötleb neid oma rakkudes aminohapetes - kõigi valguühendite põhikomponendid. Rasvaskomponendid tulenevad ka ühenditest, mille tulemuseks on metaboolsed protsessid ja energia. Rasvhapete ja glütseriini rasvad ja õlid, mis teenivad taime jaoks peamiselt varude stubid. Ligikaudu 80% kõigist taimede seemnetes sisalduvad rasvad vaba energia rikkaliku energiana. Seemnete, rasvade ja õlide saamine mängib olulist rolli põllumajandus- ja toiduainetööstuses.

Fotosünteesi tähendus ja roll

Peamine energiaallikas

Sõna "fotosünteesi" tähendab sõna otseses mõttes loomise või monteerimise midagi valguse toimel. Tavaliselt tähendab fotosünteesi rääkimine protsessi, mille käigus päikesevalguses taimed sünteesivad orgaanilisi ühendeid anorgaanilistest toorainetest. Kõik eluvormid universumis vajavad energiat kasvada ja säilitada elu. Vetikad, kõrgemad taimed ja teatud tüüpi bakterite liigid jäävad päikesekiirguse energia otse ja kasutage seda põhiliste toiduainete sünteesi jaoks. Loomad ei tea, kuidas päikesevalgust otseselt kasutada energiaallikana, saavad nad energiat, võttes taimi või muid taimede söötavaid loomi. Niisiis, lõppkokkuvõttes energiaallikas kõikide metaboolsete protsesside meie planeedi on päike ja fotosünteesi protsess on vajalik säilitada kõik eluvormid maa peal.

Me kasutame fossiilkütust, maagaasi, maagaasi, nafta jne päikesevalgus. Tuul ja vihma on vaja ka nende esinemise päikeseenergia ja sellest tulenevalt energia tuuleveskite ja hüdroelektrijaamade on ka lõppkokkuvõttes päikesekiirguse tõttu.

Kõige olulisem viis keemilised reaktsioonid Fotodünteesi konversioon süsinikdioksiidi ja vee süsiniku ja hapniku. Kogu reaktsiooni saab kirjeldada CO2 + H20 võrrandiga? [CH20] +02

Selles reaktsioonis moodustunud süsivesikud sisaldavad rohkem energiat kui algsed ained, st CO2 ja H20. Seega konverteeritakse päikeseenergia energia (CO2 ja H20) tõttu energiasaaduste rikkalikuks - süsivesikuid ja hapniku. Energiatasemeid erinevate reaktsioonide kirjeldatud kogu võrrandiga saab iseloomustada suurepärased redoks potentsiaalide mõõdetud volti. Potentsiaali väärtused näitavad, kui palju energiat inhibeeritakse või on igas reaktsioonis jahvatatud. Niisiis võib fotosünteesi pidada päikese kiirguse energia moodustamise protsessina taimede keemilises energias.

Sisu CO2 atmosfääris jääb peaaegu lõpule, hoolimata asjaolust, et süsinikdioksiidi kulutatakse fotosünteesi protsessis. Fakt on see, et kõik taimed ja loomad hingavad. Protsessis hingamise mitokondrid, hapnik, imendunud atmosfääris elus kudedes kasutatakse süsivesikute ja muude koekomponentide oksüdeerimiseks süsiniku ja vee dioksiidi moodustumisega ning samaaegse energia vabanemisega. Vabanenud energia on reserveeritud kõrge energiaühenditega - adenosiini trifosfaat (ATP), mida keha kasutab kõikide elufunktsioonide täitmiseks. Seega põhjustab hingamine orgaaniliste ainete ja hapniku kulutusteni ning suurendab planeedi süsinikdioksiidi sisu. Kõigi elusorganismide hingamisprotsesside kohta ja süsiniku sisaldavate kõigil tüüpi kütuste põlemisel kulutatakse agregaadil maa skaalal, keskmiselt umbes 10 000 tonni 02 sekundis. Sellisel kiirusel. Saadetis kogu atmosfääri hapnikku peaks lõppema umbes 3000 aastat. Õnneks meie jaoks on mahepõllumajanduslike ainete ja aatomi hapniku voolukiirus tasakaalustatud fotosünteesi tulemusena süsivesikute ja hapniku loomisega. Ideaalsetes tingimustes on taimede roheliste kudede fotosünteesi kiirus ligikaudu 30 korda suurem kui samade kudede hingamissagedus, mistõttu fotosünteesi toimib olulise tegurina sisu 02 reguleerimisel maa peal.

Photosünteesi avamise ajalugu

XVII sajandi alguses. Flaami arst Van Gelmont tõstis puust vanni maapinnaga, mida ta joota ainult vihmaveega. Ta märkas, et viis aastat hiljem kasvatati puu suured suurusedKuigi maad vannis on praktiliselt vähenenud. Muidugi järeldas Van Gelmont, et materjali, millest puu moodustati, toimus jootmiseks kasutatavast veest. 1777. aastal avaldas inglise botaanist Stephen Hales avaldas raamatu, kus teatati, et taim kasutati peamiselt taime toitainena. Samal perioodil meelitas kuulsa inglise keemiku Joosep (ta oli üks hapniku avastamisest) läbi mitmeid kogemusi põletamise ja hingamise kohta ning järeldas, et rohelised taimed on võimelised täitma kõiki loomade kudedes leitud hingamisteede protsesse . Nad meelitasid küünla suletud õhku ja leidis, et samal ajal saadud õhk ei saanud enam põletamist toetada. Hiir paigutatud sellises laevas suri. Siiski jätkas piparmünt õhk nädalat. Kokkuvõttes leidis Priusley, et õhus, taastatud piparmündi oksa, küünal hakkas põletama, võib hiirt hingata. Nüüd me teame, et küünla põletamine, tarbitakse suletud õhu mahust hapnikku, kuid õhk küllastatud hapnikuga tänu fotosünteesile, mis jäeti piparmündi harule. Paar aastat hiljem avastasid Hollandi arst Ingenhauss, et taimed oksüdeerivad hapnikku ainult päikesevalguse peal ja et ainult nende rohelised osad pakuvad hapniku isoleerimist. Jean Sebery, kes leidis ministri ametikoha, kinnitas investeerimismenetlusse inneenhausi ja jätkas uuringut, mis näitab, et vees lahustatud süsinikdioksiidi kasutatakse toitainetehas. XIX sajandi alguses uurisid veel ühe Šveitsi uurija de naabrid taimse poolt ühelt poolt imendunud süsinikdioksiidi kvantitatiivseid suhteid ja teiselt poolt sünteesitud orgaanilisi aineid ja hapnikku. Nende katsete tulemusena jõudis ta järeldusele, et vee tarbitakse ka CO2-assimilatsiooni taim. 1817. aastal eraldasid kaks prantsuse keemik, Peltier ja Cavator lehed rohelise aine ja nimetatakse seda klorofülliks. Järgmine oluline verstapost Uuringute ajaloos fotosünteesi tehti 1845. aastal Saksa füüsik Robert Mayer, väide, et rohelised taimed muudavad energiat, päikesevalgust keemiliseks energiaks. Ideed fotosünteesi kohta, mis asutati eelmise sajandi keskpaigaks, võib väljendada järgmise suhtega:

Roheline taim

CO2 + H2 O + Light? O2 + Org. Ained + keemiline energia

Photosünteesi ajal imendub C02 koguse suhe, mis on valitud 02-le, mõõdetud täpselt prantsuse füsioloogide taimede buengo. 1864. aastal leidis ta, et fotosünteetiline suhtumine, st Eraldatud 02 mahu suhe imendunud C02 mahuni on peaaegu võrdne ühega. Samal aastal näitasid Saksa botaanist Zaks (avastatud ka taimedes) tärklise terade moodustumist fotosünteesi. Zaks paigutasid rohelised lehed mitu tundi pimedusesse, et nad veetsid tärklise kogunenud. Seejärel eemaldas ta valguse lehed, kuid samal ajal valgustati ainult pool igast lehest, jättes teise poole lehest pimedas pooled. Mõne aja pärast töödeldi kogu leht täielikult joodipaaridega. Selle tulemusena muutus lehe valgustatud osa tumedaks lillaks, mis tunnistas tärklisekompleksi moodustamisele joodiga, samas kui lehekülje teise poole värv ei muutunud. Otsene seos hapniku- ja kloroplastide vabanemise vahel rohelistes lehtedes, samuti fotosektsioonide spektri vastavus, 1880. aastal paigaldati Ingelmani imendunud kloroplastide spektri. Ta paigutas slüvimaalse rohelise vetikad, millel on spiraalselt kromoplastid, slaidil, valgustades seda kitsas ja lai tala valge valgus. Koos vetikaga subjektiklaasis rakendati hapniku kontsentratsiooni suhtes tundlike liikuvate bakterite rakkude suspensiooni. Klaaslaiust pandi kaamerasse ilma õhuta ja valgustatud Nendel tingimustel peaksid liikuvad bakterid sellesse osasse kolima, kus kontsentratsioon 02 oli suurem. Mõnda aega mõnda aega kaaluti proovi mikroskoobi all ja arvutas bakteriopopulatsiooni jaotumise. Selgus, et bakterid kontsentreeriti roheliste vetikate roheliste ribade ümber. Teises katsetes hõlmatud vetikad kaetud vetikad erinevate spektraalse kompositsiooni kiirgusega, seades prisma valgusallika ja mikroskoobi elemendi vahel. Kõige suurim bakterite arv sel juhul kogunesid nende vetikate osade ümber, mis olid valgustatud siniste ja punaste spektri aladel. Klorofüllid imenduvad vetikad, sinine ja punane tuli. Kuna selleks ajaks oli juba teada, et fotosünteesi jaoks on vajalik valguse absorbeerimiseks, Engelman jõudis järeldusele, et klorofüllid osalevad sünteesil aktiivsed fotoretseptorite pigmendid. Teadmiste tase fotosünteesi kohta meie sajandi alguses võib esindada järgmiselt.

CO2 + H2O + Light -O2 + tärklis + keemiline energia

Niisiis, meie sajandi alguseks oli fotosünteesi kogu reaktsioon juba teada. Kuid biokeemia ei olnud nii kõrgel tasemel, et avalikustada süsinikdioksiidi taastumismehhanismid süsivesikuteks. Kahjuks tuleb tunnistada, et nüüd on mõned fotosünteesi aspektid uuritud üsna halvasti. Valguse intensiivsuse intensiivsuse mõju uurimiseks oli pikka aega uurida süsinikdioksiidi kontsentratsiooni ja t.p. Fotosünteesi jagatud väljundi kohta. Ja kuigi taimed uuriti nendes töödes. erinevad liigidEnamik mõõtmisi viidi läbi üherakkude roheliste vetikate ja üherakkude rakulise vetikate vetikad. Unicullular organismid on mugavamad kvaliteetsete uuringute jaoks, kuna neid saab kasvatada kõigis laborites üsna tavaliste tingimustega. Neid saab ühtlaselt peatada, s.o kaaluga veepuhverlahuste ja soovitud maht sellise suspensiooni või suspensiooni, võite võtta selline annus, nagu näiteks töötades tavapäraste taimedega. Kloroplastide katseteks on kõige paremini eristuvad kõrgemate taimede lehtedest. Kõige sagedamini kasutati spinati, sest see on lihtne kasvada ja värsked lehed on teadusuuringute jaoks mugavad; Mõnikord lehed hernes ja salati riivi kasutatakse.

Kuna CO2 on vees hästi lahustunud ja O2 on vees suhteliselt lahustumatud, siis fotosünteesi suletud süsteemis võib selles süsteemis gaasirõhk erineda. Seetõttu uuritakse valguse mõju fotosünteetilistele süsteemidele sageli Warbargi respiraatori abil, mis võimaldab registreerida läve muutused mahus 02 süsteemis. Esimest korda kasutati Warburgi respiraatorit 1920. aastal fotosünteesi suhtes. Hapniku tarbimise või eraldamise mõõtmiseks reaktsiooni ajal on mugavam kasutada teist instrumenti - hapniku elektroodi. See seade põhineb polarograafilise meetodi kasutamisel. Hapnikuelektroodil on piisav tundlikkus, et tuvastada sellistes madalates kontsentratsioonides 0,01 mmol 1 liiterina. Seade koosneb katoodi üsna õhuke plaatina traadist, hermeetiliselt pressitud anoodi plaadil, mis on küllastunud lahusesse sukeldatud hõbedase traadi rõngas. Elektroodid eraldatakse segust, milles reaktsioon jätkub, membraan läbilaskev 02. Reaktsioonisüsteem on plastikust või klaasist anumasse ja segatakse pidevalt pöörleva varda magnetiga. Kui elektroodide suhtes kohaldatakse pinge, muutub plaatina elektrood standardsektroodi suhtes negatiivseks, hapnikus lahuses on elektrolüütiliselt taastatud. Pingel 0,5 kuni 0,8 suurus elektrienergia lineaarselt sõltub osalise rõhu hapniku lahuses. Tavaliselt töötavad hapniku elektroodi pingega umbes 0,6 V. Elektrivoolu mõõdetakse elektroodi ühendamise teel sobiva salvestussüsteemiga. Elektroodi koos reaktsiooniseguga niisutatakse termostaadi voolu vooluga. Hapnikulektroodi abil mõõdetakse valguse mõju ja erinevate fotosünteesi kemikaalide mõju. Oxygen-elektroodi eelise Varburgi aparaadi ees on see, et hapnikuelektrood võimaldab teil kiiresti ja pidevalt registreerida Süsteemis O2 sisu muutusi. Teisest küljest saate Warburgi instrumendis samaaegselt uurida kuni 20 proovi erinevate reaktsioonisegudega, samas kui hapniku elektroodi töötamisel tuleb proove analüüsida vaheldumisi.

Umbes 1930. aastate alguses arvas paljud selles valdkonnas teadlased, et fotosünteesi esmane reaktsioon on süsinikdioksiidi split süsiniku ja hapniku valguse toimel, millele järgneb süsinikdioksiidi taastumine süsivesikutele vee osalusega mitme järjestikuse reaktsiooni ajal. Vaatepunkt on 1930. aastatel muutunud kahe olulise avastuse tulemusena. Esiteks, bakterite sordid, mis on võimelised süsivesikuid omandama ja sünteesima, kasutades selle valguse energiat. Seejärel võrreldi hollandi mikrobioloog van Neil bakterite fotosünteesi protsessid ja näitasid, et mõned bakterid võivad valgusesse C02 arvesse võtta ilma hapniku esiletõsteta. Sellised bakterid on võimelised fotosünteesiks ainult sobiva vesiniku substraadi doonoriga. Van Neil eeldas, et roheliste taimede ja vetikate fotosünteesi on spetsiaalne juhtum, kui fotosünteesi hapnik pärineb veest, mitte süsinikdioksiidist.

Teine oluline avastus tehti Cambridge'i ülikoolis 1937. aastal R. Hill. Lehekoe homogenaadi diferentsiaalse tsentrifuugimise abil eraldas see hingamisteede osakestest fotosünteesi osakesi (kloroplastid). Chilloplasts saadud Xille, valgustuse ajal, nad ise ei eraldanud hapnikku (võib-olla tingitud asjaolust, et nad olid kahjustatud ajal eraldamise ajal). Kuid nad hakkasid eristama hapnikku valgusse, kui suspensioonile sisestati sobivad elektronide aktseptorid (oksüdeerivad ained), nagu kaaliumferrotsüaniid või ferritsüans. Kui ühe molekuli 02 on valitud, taastati neli ekvivalenti oksüdeeriva aine. Hiljem leiti, et paljud kinoid ja värvained taastatakse valguses kloroplastidega. Siiski ei saanud kloroplastid CO2 taastada, fotosünteesi looduslik elektronide aktseptor. See nähtus, mis on teada nüüd, kui mäereaktsioon on valguse indutseeritud elektronide ülekandmine veest mitte-füsioloogiliste oksüdeerijate (mägede reagendid) keemilise potentsiaali gradiendi vastu. Hill reaktsiooniväärtus on see, et ta näitas võimalust eraldada kaks protsessi - hapniku fotokeemiline isolatsioon ja süsinikdioksiidi taaskasutamine fotosünteesi ajal.

Vee lagunemine, mis viib vabade hapniku vabanemiseni fotosünteesi ajal asutatud Ruben ja Kamen, Californias 1941. aastal. Nad paigutasid fotosünteetilised rakud hapniku isotoobiga rikastatud vees, mille mass on 18 aatomiühikut 180. Hapniku isotoobi kompositsiooni isoleeritud Rakud vastasid koostise veedele, kuid mitte C02. Lisaks avasid Kamen ja Ruben radioaktiivse isotoobi 18O, mis hiljem kasutas korvid, Benson Win, kes õppis fotosünteesi ajal süsinikdioksiidi konverteerimise teed. Calvin ja tema töötaja leidis, et süsinikdioksiidi taastamine suhkruteni esineb tumeennsümaatiliste protsesside tulemusena ja ühe süsinikdioksiidi molekuli vähendamiseks on vaja kahte vähendatud ADP ja kolme ATP molekuli molekuli. Selleks ajaks paigaldati ATP ja pürridinnakleotiidide roll koe hingamisel. Võimalus fotosünteetilise taaste ADF ATP spetsiaalsed klorofüllid tõestati 1951. aastal kolmes erinevas laborites. Aastal 1954, Arnon, Allen demonstreeritud fotosünteesi - nad täheldasid assimilatsiooni C02 ja 02 spetsiaalsed kloroplastide spinat. Järgmise kümnendi jooksul, valgud, mis on seotud elektronide ülekandmisega sünteesi -fhe-fellow sinter, plastotsüiin, ferroatf-reduktaasi, tsütokroom jne.

Seega on terved rohelised lehed, ADP ja ATP ja hüdrauliline ATP moodustuvad valguse toimel C02 süsivesikute taastamiseks ensüümide juuresolekul reguleeritakse ensüümide aktiivsust valguse teel.

Piirangutegurid

Intensiivsus või protsessi protsessi fotosünteesi tehas sõltub mitmest sisemisest ja välistest teguritest. Sisemistest teguritest, lehe struktuuri ja klorofülli sisalduse struktuuri, fotosünteesi toodete akumulatsiooni kiirust kloroplastides, ensüümide mõju, samuti vajalike anorgaaniliste ainete madalate kontsentratsioonide olemasolu. Välised parameetrid on lehed, ümbritseva temperatuuri, süsinikdioksiidi kontsentratsioon ja hapniku atmosfääris taimse atmosfääris.

Photosünteesi kiirus suureneb lineaarselt või otseselt valguse intensiivsuse suurenemisega. Kuna valguse intensiivsus suurendab veelgi fotosünteesi kasvu vähem ja vähem väljendunud ning lõpeb lõpuks, kui valgustus jõuab teatud tasemeni 10 000 suite. Valguse intensiivsuse suurenemine ei mõjuta enam fotosünteesi kiirust. Photosünteesi stabiilse kiiruse pindala nimetatakse võrdluspiirkonda. Kui teil on vaja suurendada fotosünteesi kiirust selles valdkonnas, ei ole vaja muuta valguse intensiivsust, vaid kõiki muid tegureid. Päikesevalguse intensiivsus langeb selge suvepäeva maapinnale, paljudes meie planeedi kohastes on umbes 100 000 sviit. Sellest tulenevalt on taimed, välja arvatud need, mis kasvavad tihedas metsades ja langeva päikesevalguse varjus, piisab nende fotosünteetilise aktiivsuse küllastamiseks (kvantitatiivse energia energia, mis vastab nähtava vahemiku äärmuslikele osadele - lilla ja punane äärmuslikele osadele, erineb ainult kaks korda Ja kõik selle vahemiku fotonid on põhimõtteliselt võimelised fotosünteesi käivitama).

Madala valguse intensiivsuse puhul on fotosünteesi kiirus 15 ja 25 ° C juures sama. Valguse intensiivsusega voolavad reaktsioonid, mis vastavad valguse piiramise valdkonnale, nagu tõelised fotokeemilised reaktsioonid, ei ole temperatuuri suhtes tundlikud. Kuid suurema intensiivsusega on fotosünteesi kiirus 25 ° C juures palju suurem kui 15 ° C juures. Järelikult sõltub valguse küllastumise valdkonnas fotosünteesi tase mitte ainult fotoni imendumisest, vaid ka muudest teguritest. Enamik taimi mõõdukas kliimafunktsioonis on temperatuuril hästi vahemikus 10 kuni 35 ° C, kõige soodsamad tingimused on temperatuur umbes 25 ° C.

Aegumise piirkonnas ei muutu fotosünteesi kiirus CO2 kontsentratsiooni vähenemisega. Siit saame järeldada, et C02 osaleb otse fotokeemilises reaktsioonis. Samal ajal suurema valgustuse intensiivsusega, mis asuvad väljaspool piire, suureneb fotosünteesi oluliselt CO2 kontsentratsiooni suurendamisega. Mõnes teraviljakultuurides suurendas fotosünteesi, suurendades CO2 kontsentratsiooni 0,5% -ni. (Need mõõtmised viidi läbi lühiajaliste katsetega, kuna süsinikdioksiidi kahjude lehtede kõrge kontsentratsioonide pikaajaline toime). Kõrged väärtused, fotosünteesi kiirus jõuab umbes 0,1% C02 sisaldusega. Keskmine kontsentratsioon süsinikdioksiidi atmosfääris on 0,03%. Seetõttu ei ole taimede tavapärastes tingimustes CO2, et kasutada maksimaalse efektiivsusega päikesevalgust. Kui taim pannakse suletud mahuni valguse valguses küllastati intensiivsuse, kontsentratsioon CO2 koguses õhk järk-järgult väheneb ja jõuab konstantse taseme, mida tuntakse "C02 kompensatsiooni kirje". Siinkohal võrdsustatakse süsinikdioksiidi välimus fotosünteesiga Hingamise tulemusena O2 vabanemisega (tume ja valgus). Erinevate kompensatsioonipunktide taimed on erinevad.

Kerge ja tumedad reaktsioonid.

1905. aastal inglise füsioloog F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. Flovine, tõlgendades kujul photosenthesis kerge küllastus kõver, soovitas, et fotosünteesi on kaheetapiline protsess, sealhulgas fotokeemilise, st Vaba tundlik reaktsioon ja nefteokeemiline, s.o tume, reaktsioon. Tumedat reaktsiooni, olles ensümaatilist, kulgeb aeglasemalt kui valgus reaktsiooni ning seetõttu kõrgetel valgusintensiivsust kiirus fotosünteesi on täielikult määratud kiirusega pimeda reaktsioonis. Valgus reaktsioon on kas üldse sõltub temperatuurist või see sõltuvus on väga halvasti, siis tumeda reaktsiooni, nagu kõigil ensüüme, sõltub temperatuurist üsna oluliselt ja kraadi. See peaks olema selgelt ette kujutanud, et reaktsioon, mida nimetatakse pimedaks, võib toimida nii pimedas kui ka valguses. Valgust ja tumedate reaktsioonide saab jagada valguse vilkumise, püsivate lühikeste spitside abil. Valguse puhangute kestusega alla ühe millisekundi (03/10 c) võib saada kas mehhaanilise seadme kasutamisega, pannes pöörleva ketta pilu teele kimbu või elektriliselt laetud kondensaatori ja ärajuhtimist läbi vaakumit või gaasi tühjenemise lamp. Valgusallikatena nautida ka Ruby lasereid kiirguse lainepikkusega 694 nm. 1932. aastal katsid Emerson ja Arnold rakkude peatamine gaasivoolulampiga valguse vilgudega, mille kestus on umbes 10-3 ° C. Nad mõõta hapniku vabanemise kiirust sõltuvalt energia puhangutega, kestuse pimedas lõhet puhangute ning temperatuur rakususpensiooni. Suurenenud intensiivsuse puhangute küllastus fotosünteesi normaalrakkudes tekkis, kui üks molekul 02 2500 klorofülli molekuli vabastati. Emerson ja Arnold järeldada, et maksimaalne saagikus fotosünteesi ei sõltu mitte mitmeid klorofülli molekulid, neelavad valgust ja mitmeid ensüümimolekul katalüüsima pimedas reaktsioonis. Samuti leitud, et suurenenud pimedate intervallide vahel järjestikuse vilgub kaugemale 0,06 hapniku saagis ühe puhangu kohta ei sõltu enam tume intervalli kestusest, samas kui lühemate ajavahemike järel suurenesid see pimeduse kestuse suurenemisega (0-0,06 s). Seega on pimedas reaktsioon, mis määrab fotosünteesi küllastumise taseme, valmis ligikaudu 0,06 sekundi jooksul. Selle andmete põhjal arvutati see, et reaktsioonikiiruse keskmine aeg oli umbes 0,02 temperatuuril 25 ° C juures.

Fotosünteesi aparatuuri struktuuri- ja biokeemiline organisatsioon

Kaasaegsed ideed fotosünteetiliste aparaatide struktuuri- ja funktsionaalse korraldamise kohta hõlmavad laia valikut omadustega seotud küsimusi. keemiline koostis Platiidid, nende konstruktsiooni organisatsiooni spetsiifikud, nende organoide biogeetilised füsioloogilised geneetilised mustrid ja nende suhted teiste raku funktsionaalsete struktuuridega. Maataimedel on fotosünteetilise aktiivsuse eriala, kus spetsialiseerunud raku struktuurid on lokaliseeritud kloroplastid, mis sisaldavad pigmente ja muid komponente, mis on vajalikud kerge energia imendumise ja muundamise protsessideks keemiliseks potentsiaaliks. Lisaks lehtedele on funktsionaalselt aktiivsed kloroplastid, spoole'i \u200b\u200btaimsed varred, spraratsioonid ja kaalud ja isegi taimede rea valgustatud juurtel. Siiski oli just leht, mis moodustati pika arengu ajal kui spetsiaalne organ rohelise taim - fotosünteesi peamise funktsiooni täitmiseks, seega lehe anatoomia, klorofüllirakkude ja kudede asukoht, nende suhe teiste elementidega Lehekülje näost sõltub fotosünteesiprotsessi kõige tõhusama voolu ja nad on kõige suuremate kraadide läbiviimisega intensiivsete muutustega keskkonnapingetingimustes.

Seoses selle probleemiga fotosünteesihape struktuurilise ja funktsionaalse korraldamise probleemiga, on soovitatav kaaluda kahes peamistel tasemel - lehe tasandil fotosünteesi ja kloroplastide organina, kus kogu fotosünteesi mehhanism on täielikult keskendunud.

Organisatsiooni fotosünteetilise aparaadi taseme lehel saab kaaluda põhjal analüüsi oma Mesostr. 1975. aastal pakuti välja "mesostruktuuri" mõistet. Vastavalt ideede struktuuri- ja funktsionaalsete omaduste fotoseadme iseloomuliku keemilise koostise, struktuurilise organisatsiooni, füsioloogiliste geneetiliste omaduste biogeneeside nende organoide ja nende suhteid teiste funktsionaalsete struktuuride, spetsiaalse organ fotosünteesi Protsess on leht, kus spetsiaalsed kihid on lokaliseeritud kloroplastid, mis sisaldavad pigmente, mis on vajalikud imendumise protsesside jaoks ja valguse transformatsiooni keemiliseks potentsiaaliks. Lisaks esinevad aktiivsed kloroplastid SPOOLE varred, abrasioone ja kaalud ja isegi mõnede taimede juurte valgustatud osades. Siiski on leht, mis moodustas kõik evolutsiooni käigus spetsiaalseks kehaks rohelise taim - fotosünteesi peamise funktsiooni täitmiseks.

Mesoostruktuur sisaldab süsteemi morfofüsioloogiliste omaduste süsteemi, klorohenhima ja kloveofiili fotosünteetilise aparaadi morfofüsioloogiliste omaduste süsteemi. PhotosynThe mesostruktuuri peamised näitajad

ticker (vastavalt A. T. Mokronorov) hulka kuuluvad: piirkond, rakkude arv, klorofülli, valk, rakkude maht, rakkude kogus rakus, kloroplasti maht, kloroplasti ristlõike ja selle pinna pind. Sesostruktuuri analüüs ja fotosünteetilise aparaadi mesostruktuuri ja funktsionaalse aktiivsuse analüüs paljudes taimeliikides aitab kindlaks teha uuringu näitajate kõige tavalisemaid väärtusi ja individuaalsete omaduste varieerumise piire. Vastavalt sellele andmele on fotosünteetilise aparatuuri mesostruktuuri peamised näitajad (Mokronid 19B1):

I - Lehtpiirkond;

II - rakkude arv 1 cm2 kohta, \\ t

III - klorofüll ühe DM2, peamised ensüümid 1 DM2 jaoks, rakumaht, tuhat μm2, kloroplastide arvu rakus;

IV on kloroplastide maht, kloroplasti prognoosi pindala, μm2, kloroplasti pind, μm2.

Keskmine kloroplastide arv terava kõrguse kasv tavaliselt jõuab 10-30, mõnedes liikides see ületab 400. See vastab miljonile kloroplastidele lehe arvutamisel 1 cm2. Kloroplastid kontsentreeritakse erinevate kangaste rakkudesse koguses 15-80 tükki raku kohta. Kloroplasti keskmine maht on üks μm2. Enamikus taimedes on kõigi kloroplastide kogumaht 10-20% puittaimedel - kuni 35% rakumahust. Kloroplastide kogupinna suhe lehtepiirkonda on 3-8 piires. Ühes kloroplastis on erinev kogus klorofülli molekule, nende arv suureneb TEOTHELOBILE liikide. Ülaltoodud indikaatorid võivad oluliselt erineda sõltuvalt taimede kasvu füsioloogilisest ja keskkonnatingimustest. Vastavalt MokronoSovis on noore lehel fotosünteesi aktiveerimine 50-80% lehekülje eemaldamisel, suurendades kloroplastide arvu rakus ilma nende individuaalse aktiivsuse muutmata, samas kui lõpetanud lehel, mis lõpetas Fotosünteesi pärast defoliatsiooni esineb iga kloroplasti aktiivsuse suurendamise tõttu ilma nende arvu muutmata. Sesostruktuuri analüüs näitas, et valgustusolude kohandamine põhjustab ümberkorraldamise, mis optimeerib lehe valguse hõõguvaid omadusi.

Kloroplastidel on sisemiste membraani struktuuride kõrgeim tase võrreldes teiste rakkudega rakkudega. Struktuuride tellimise astme kohaselt võib kloroplastide võrrelda ainult võrkkesta retseptorirakkudega, toimides ka valguse energia konverteerimise funktsiooni. Kloroplasti sisemise struktuuri suurt korraldamist määratakse kindlaks mitmete punktidega:

1) vajadust ruumilise eraldamise taastunud ja oksüdeeritud fototoodete tulenevad esmase laengu eraldustoimingud reaktsioonikeskuses;

2) vajadus reageerimiskeskuse komponentide range korrektsuse järele, kus on konjugaadi kiirus-trakitava fotofofümaatilise ja aeglasemad ensümaatilised reaktsioonid: fotoeksmiteeritud pigmendi molekuli energia transformatsioon nõuab selle kindlat orientatsiooni seoses keemilise aktseptoriga energia, mis tähendab teatud struktuuride olemasolu, kus pigment ja aktseptor on üksteise suhtes jäigalt orienteeritud;

3) elektroonilise transpordiseaheliku ruumilise korraldus nõuab membraanis järjepidevat ja rangelt orienteeritud organisatsiooni, mis tagab võimaluse kiirete ja reguleeritavate elektronide ja prootonite sõidukite võimaluse;

4) konjugeerida elektronide transpordi ja ATP süntees, on vaja kindlasti organiseeritud kloroplastide süsteemi.

Lipoproteiini membraanid kui energiaprotsesside struktuurne aluseks tekkivad evolutsiooni varasemad etappidel, eeldatakse, et membraanide peamised lipiidikomponendid moodustati teatud bioloogilistes tingimustes. Lipiidekomplekside moodustumine tõi kaasa võimaluse kaasata erinevaid ühendeid, mis ilmselt olid nende struktuuride esmaste katalüütiliste funktsioonide alus.

Läbi viidud viimased aastad Elektroonilised mikroskoopilised uuringud on leidnud organiseeritud membraani struktuure organismides, mis seisavad madalaima arengu tasemega. Mõnes bakterites asuvad membraani fotograafiga segavad rakulised konstruktsioonid tihedalt pakitud organellid piki raku perifeeriat ja seostatakse tsütoplasmaatiliste membraanidega; Lisaks on fotosünteesi protsessi rakkudes seotud roheliste vetikate rakkudes kahekordse suletud membraanide süsteemiga - thylacoide lokaliseeritud raku perifeerses osas. Selles fotosünteetiliste organismide rühmas ilmub esimest korda klorofülli ja spetsiaalsete organellide moodustumine - kloroplastid leidub krüptofüteeritud vetikast. Need on kahes kloroplastides, mis sisaldavad ühest mitmest thylacoide. Sarnane struktuur fotosünteetilise aparaadi toimub teiste vetikate rühmade: punane, pruun ja teised. Protsessis areng, membraani struktuuri fotosünteesi protsessi on keeruline.

Kloroplasti mikroskoopilised uuringud, krüoskoopiatehnoloogia võimaldas sõnastada kloroplastide mahu korraldamise ruumilist mudelit. Kõige kuulsam granuleeritud MODEL J. Heslop-Harrison (1964).

Seega fotosünteesi on keeruline muutus kerge energia muundamise energia kemikaalide orgaaniliste ainete jaoks vajalikud nii fotosünteetiliste organismide ise ja muude organismi, mis ei ole võimelised sõltumatu süntees orgaaniliste ainete.

Photosünteesi probleemide uurimine Lisaks suurele tasemele on rakendatud väärtus. Eelkõige on toitumise probleemid, elutoetussüsteemide loomine kosmiliste uuringute kasutamiseks fotosünteetiliste organismide kasutamine erinevate biotehniliste seadmete loomiseks otseselt fotosünteesiga.

Bibliograafia

1. D.Hall, K.RAO "Fotosüntees". M., 1983.

2. Mokronosov A.G. "Fotosünteetiline reaktsioon ja terviklikkus taimse organismi" M., 1983.

3. Mokronosov A.G., Gavrilenko v.f. "Photosünteesi: Füsioli - keskkonna- ja biokeemilised aspektid" M., 1992

4. "Fotosünteesi füsioloogia" ed. Nichiporovitš A.A., M., 1982

5. Õhtu A.S. "Ryber Plastiidid"

6. Vinogradov A.P. "Hapnik ja fotosünteesi isotoopid"

7. GNIEWEDS T.N. "Klorofüll ja selle struktuur."

8. Gurinovich G.p., Sevchenko A.N., Soloviev K.n. "Klorofüllispektroskoopia"

9. Krasnovsky A.A. "Valguse energia ümberkujundamine fotosünteesiga"

Väärtus fotosünteesi looduses. Märgime fotosünteesi tagajärgi, mis on oluline elu olemasoluks maa peal ja inimestel: päikeseenergia "konserveerimine"; vaba hapniku moodustumine; mitmesuguste orgaaniliste ühendite moodustumine; Väljavõte süsinikdioksiidi atmosfäärist.

Sunbeam on "meie planeedi laevastiku külaline" (V. L. Komarov) - toodab mingi töö ainult languse hetkel, siis hajutab ilma jälgedeta ja elusolematuteta. Siiski on rohelisele taimele langenud päikesekiirte energiast imendub klorofülli ja seda kasutatakse fotosünteesi protsessis. Sel juhul muutub kerge energia orgaaniliste ainete potentsiaalseks keemiliseks energiaks - fotosünteesi tooteid. See energiavorm on stabiilne ja suhteliselt fikseeritud. See püsib kuni mahepõllumajanduslike ühendite lagunemiseni, s.t. lõputult pikk. Ühe gramolekule täieliku oksüdeerimisega eristatakse glükoos nii palju energiat, kuna see imendub selle moodustamises - 690 kcal. Seega takistavad rohelised taimed päikeseenergiaga fotosünteesi protsessis oma "tulevikku". Selle nähtuse olemus näitab hästi kujutis ekspressiooni K.A. Timiryasev, kes nimetas taime "konserveeritud päikesekiirte".

Orgaanilised ained säilitatakse teatud tingimustel väga pikka aega, mõnikord palju miljoneid aastaid. Kui nad oksüdeeritakse, eristatakse päikeseenergiasse päikesekiirte energiat nende kaugete aegade maale langenud. Termiline energia vabaneb põlemisel põlemisel õli, söe, turvas, puidust, on kõik energia päikest, samalaadsete ja transformeeritud roheliste taimede poolt.

Loomaorganismi energiaallikas on toit, mis sisaldab ka Sun 'konserveeritud "energiat. Elu maapinnal ainult päikesest. Ja taimi - "Need on kanalid, mille jaoks päikeseenergia valatakse Maa orgaanilise maailma maailma (K. A, Timüyazev).

Photosünteesi uuringus on see oma energia pool, et lahendamata vene teadlane KA mängis suurt rolli. Timüegyazev (1843-1920). Kõigepealt näitas ta, et energiasäästu seadus toimub orgaanilises maailmas. Neil päevadel oli sellel avalduses tohutu filosoofiline ja praktiline tähtsus. Timüegyasend kuulub maailma parimale kirjanduses. Populaarne aruanne roheliste taimede kosmilise rolli küsimuse kohta.

Üks fotosünteesi tooteid on vaba hapnik, mis on vajalik peaaegu kõigi elusolendite hingamiseks, on ka hapnikku vaba (anaeroobne) hingamisliigi, kuid palju vähem produktiivne: vaba energia hingamismaterjali kasutamisel, see selgub mitu korda vähem, sest orgaaniline oksüdeeritud mitte lõpuni. Seetõttu on selge, et hapnik (aeroobne) hingamine annab kõrgema elatustaseme, kiire kasvu, intensiivse reprodutseerimise, liigi laialdase lahendamise intensiivse arvutamise, st kõik bioloogilised progressi iseloomustavad fenomenid.

Eeldatakse, et peaaegu kõik hapnikud bioloogilise päritolu atmosfääris. Maa olemasolu varajastel perioodidel oli planeedi atmosfääri taastatud iseloomu. See koosnes vesiniku, vesiniksulfiidi, ammoniaagi, metaani. Taimede tulekuga ja sellest tulenevalt tõusis hapniku ja hapniku hingamise orgaaniline maailm uuele, suuremale sammule ja tema areng läks palju kiiremini. Järelikult on rohelistel taimedel mitte ainult hetkendväärtus: hapniku esiletõstmine, tugielu toetamine. Teatud määral määratlesid nad orgaanilise maailma arengu olemuse.

Fotosünteesi oluline tagajärg on orgaaniliste ühendite moodustumine. Taimed sünteesivad süsivesikuid, valgud, rasva suure hulga erinevaid liike. Need ained toimivad inimeste ja loomade ja toorainete toiduks tööstusele. Taimed moodustavad kummi, Gutatoopechi, eeterlikud õlid, vaigud, tanniinid, alkaloidid jne. Taimede töötlemise tooted on kangad, paber, värvained, ravimid ja lõhkeained, kunstlikud kiud, ehitusmaterjalid ja palju muud.

Photosünteesi ulatus on suur. Igal aastal imendub taimed 15,6-10 10 tonni süsinikdioksiidi (1/16 osa maailmast) ja 220 miljardit tonni vett. Maa orgaanilise aine kogus on 10 14 tonni ja taimede mass viitab loomade massile 2200: 1. Selles mõttes (orgaanilise aine loojana), vesilahused, vetikad, elavad ookeanid, kelle mahepõllumajanduslikud tooted on kümneid kordi suuremad kui maataimede tootmisest.

Avajalugu avamise hämmastav ja selline elu-oluline nähtus, nagu fotosünteesi on juurdunud sügavale minevikusse. Rohkem kui neli sajandit tagasi 1600, Belgia teadlane Yang van - Gelmont seatud lihtsaim katse. Ta pani paju paju kotti, kus oli 80 kg maad. Teadlane registreeris paju esialgse kaal ja seejärel joostaks viis aastat taime eranditult vihmaveega. Mis oli üllatus Jan Wang - Gelmont, kui ta uuesti kaalunud IVA. Kaal taim kasvas 65 kg ja mass Maa vähenes vaid 50 gr! Kui taim võttis 64 kg 950 gr. Teadlase toitained jäi saladuseks!

Järgmine fotosünteesi avamise märkimisväärne katse kuulus inglise keemiku Joosepile meelitati. Teadlane pani hiire kapuutsi alla ja viie tunni pärast suri näriline. Kui nad meelitasid, pange piparmünt hiirega ja kattis ka näriline korgiga, hiir jäi elus. See katse tõi teadlane ideele, et hingamisvastane protsess on vastupidine protsess. Jan Ingenhauss 1779. aastal asutatud asjaolu, et ainult rohelised taimeosad on võimelised eristama hapnikku. Kolm aastat hiljem tõestas Šveitsi teadlane Jean Seybene, et süsinikdioksiid, päikesekiirte mõju all laguneb taimede rohelistes olukordades. Ainult viie aasta pärast avastas Prantsuse teadlane Jacques Bussengo laboratoorsete uuringute läbiviimise asjaolu, et veetaimede imendumine toimub ka orgaaniliste ainete sünteesi ajal. Epohhiline avastus 1864. aastal tegi Saksa botaanist Julius SAX. Ta suutis tõestada, et süsinikdioksiidi ja ekstraheeritud hapniku maht esineb proportsionaalselt1: 1.

Fotosüntees on üks olulisemaid bioloogilisi protsesse.

Rääkides teaduslikust keelest, fotosünteesi (dr-kreeka keeles. Selle protsessi pealkirja roll kuulub fotosünteetilistesse segmentidesse.

Kui me räägime kujuteldavalt, võib taime lehte võrrelda laboratooriumiga, mille aknad on päikesepaistelise poole. See on selles, et orgaaniliste ainete moodustumine toimub. See protsess on aluseks oleva elu olemasolu maa peal.

Paljud inimesed küsivad kindlasti küsimuse: Kuidas inimesed hingavad linnas, kus ei ole see puu ja Testiki ei saa koos tulega. Vastus on väga lihtne. Fakt on see, et maapealsete taimede osakaal moodustab taimede vabanenud ainult 20% hapnikku. Merevetikate mängib domineeriv roll hapniku arengus atmosfääri. Nad moodustavad 80% toodetud hapnikuga. Rääkides keelenumbrid ja taimed ja vetikaad eraldavad atmosfääri hapniku 145 miljardit tonni! Pole ime, et maailma ookeani nimetatakse "Light Planets".

Photosünteesi üldvalemiga näeb välja selline:

Vesi + süsinikdioksiid + valgus → süsivesikud + hapnik

Miks vajate fotosünteesi taimi?

Nagu me oleme aru saanud, fotosünteesi on vajalik tingimus isiku olemasolu maa peal. Kuid see ei ole ainus põhjus, miks fotosünteesitavate organismide toota aktiivne hapniku tootmise atmosfääri. Fakt on see, et vetikad ja taimed aastas moodustavad aastas rohkem kui 100 miljardit orgaanilist ainet (!), Mis moodustavad nende elatusvahendite alusel. Eksperimendi mäletamine Yana Van-Gelmont, me mõistame, et fotosünteesi on taimede võimsuse alus. On teaduslikult tõestatud, et 95% saagikoristusest määrab taimse saadud orgaanilised ained fotosünteesi protsessis ja 5% on mineraalväetised, mida aednik aitab kaasa pinnasele.

Kaasaegsed suvi elanikud keskenduvad taimede pinnase toitumisele, unustades oma õhu toitumist. Ei ole teada, millist saaki saab aednikud, kui nad olid protokonteesi protsessi hoolikalt seotud.

Kuid kumbki taimi ega vetikate ei saa aktiivselt valmistada hapnikku ja süsivesikuid, ei ole hämmastav roheline pigment - klorofüll.

Rohelise pigmendi müsteerium

Teiste elusorganismide rakkude peamine erinevus on klorofülli olemasolu. Muide, see on see, kes on süüdlane, et taimede lehed on värvitud roheliseks. Sellel komplekssel orgaanilisel ühendil on üks hämmastav vara: see võib päikesevalgust absorbeerida! Tänu klorofüllile on võimalik ka fotosünteesi protsess võimalik.

Fotosünteesi kaks etappi

Rääkimine lihtne keelFotosünteesi on protsess, milles taime imendub taime ja süsinikdioksiidi valguses klorofülli moodustava suhkru ja hapnikuga. Seega anorgaanilised ained muundatakse üllatavalt orgaaniliseks. Saadud suhkru muundamine on taimede allikas.

Fotosünteesi on kaks etappi: kerge ja tume.

Light faasi fotosünteesi

See toimub Tilactovi membraanidel.

TILAKUD on struktuurid piirduvad membraaniga. Need asuvad kloroplasti stroomis.

Photosünteesi kerge etapi sündmuste järjekord:

1. Klorofüllimolekulil on valgus langev, mis imendub seejärel rohelise pigmendi poolt ja viib selle põnevil olekusse. Elektron on osa molekulist läheb rohkem kõrge taseOsaleb sünteesiprotsessis.
2. Vesi jagamine, mille jooksul elektronide mõju all prootonid konverteeritakse vesinikuaatomitena. Seejärel kulutatakse need sünteesi süsivesikute.
3. Valguse etapi viimases etapis esineb ATP (adenosiini trifosfaat) sünteesi. See on orgaaniline aine, mis mängib rolli universaalse energia akumulaator bioloogilistes süsteemides.

Fotosünteesi tume faas

Tume faasi asukoht on kloroplastide stromb. See on pimedas faasis, et hapniku ja glükoosi süntees toimub. Paljud arvavad, et see nimi on see faas, sest selles etapis esinev protsess viiakse läbi ainult öösel. Tegelikult ei ole see täiesti tõsi. Glükoosi süntees toimub kella ümber. Fakt on see, et selles etapis on kerge energia enam kulutatud ja seetõttu ei ole see lihtsalt vajalik.

Photosünteesi väärtus taimedele

Oleme juba kindlaks teinud asjaolu, et fotonteid on vaja taimede mitte vähem kui me. Photosünteesi ulatus on numbrite keeles väga lihtne rääkida. Teadlased arvutatud, et ainult sushi taimed on päikese kui päikeseenergia 100 Megalinnade võiks tarbida 100 aastat!

Taimede hingamine on fotosünteesi vastupidine protsess. Taimede hingamise tähendus on energia vabastamine fotosünteesi protsessis ja suunamissuuna protsessis. Lihtsas keeles on põllukultuur fotosünteesi ja hingamise vahe. Mida rohkem fotosünteesi ja allpool hinge, seda saagi ja vastupidi!

Fotosüntees on hämmastav protsess, mis teeb võimaliku elu maa peal!

Fotosünteesi - See on kombinatsioon orgaaniliste ühendite sünteesist anorgaanilisest tuleneva valguse energia muundamise tõttu keemiliste sidemete energiasse. Green taimed kuuluvad phototrophic organismide mõned prokarüootide - tsüanobakterite, lilla ja roheline serobacteria, köögiviljade flagella.

Uuringud fotosünteesi protsessi algas teisel poolel XVIII sajandil. Oluline avastus andnud väljapaistva Vene teadlane K. A. Timiryazev, kes põhjendatud doktriini kosmilise rolli rohelised taimed. Taimed neelavad päikesekiirguse ja teisendada kerge energia orgaaniliste ühenditega sünteesitud keemiliste sidemete energiasse. Seega tagavad nad elu säilimise ja arengu maa peal. Teadlane teoreetiliselt põhjendatud ja eksperimentaalselt tõestanud klorofülli rolli valguse imendumisel fotosünteesi protsessis.

Klorofüllid on fotosünteetiliste pigmentide jaoks hädavajalikud. Struktuuris on need sarnased hemoglobiini pärl-ga, kuid raua asemel sisaldavad magneesiumi. Klorofüllimolekulide sünteesi tagamiseks on raua sisaldus vajalik. On mitmeid klorofülli, mis on eristatavad nende keemilise struktuuriga. Kohustuslik kõigi fotootrofide jaoks on kohustuslik klorofülli A. . Klorofüllb. esineb rohelistes taimedes, klorofülli S. - Diatomite ja pruuni vetikate juures. Klorofülli D. Iseloomustab punased vetikad.

Rohelised ja lilla fotosünteetilised bakterid on erilised bakteriokulorofüllid . Bakterite fotosünteesil on taimede fotosünteesi jaoks palju ühist. Seda eristatakse asjaolu, et bakterite doonor vesinik on vesiniksulfiidi ja taimede - vees. Roheliste ja lilla bakteritel ei ole fotosid II. Bakteriaalsed fotosünteesi ei kaasne hapniku vabanemisega. Bakteriaalsed fotosünteesi võrrandid:

6C0 2 + 12H2 S → C6H 12O 6 + 12S + 6H2 0.

Photosünteesi südames on redoksi protsess. See on seotud elektronide ülekandmisega elektronide-doonorite ühenduste-doonorite tarnijatest ühenditega, mida aktseptorite poolt tajuvad. Kerge energia muutub sünteesitud orgaaniliste ühendite (süsivesikute) energiaks.

Kloroplastide membraanidel on spetsiaalsed struktuurid - reaktsioonikeskused mis sisaldavad klorofülli. Rohelised taimed ja tsüanobakterid eristavad kahte photosystems – esimesena ma) ja teine \u200b\u200b(II) millel on erinevad reaktsioonikeskused ja ühendatakse elektronide ülekandesüsteemi kaudu.

Kaks fotosünteesi faasi

Kahe faasi fotosünteesi protsess koosneb: kerge ja tume.

See esineb ainult valguse juuresolekul mitokondrite sisemistel membraanidel eristruktuuride membraanides - tylacoide . Fotosünteetilised pigmendid lüüa valguse kvant (fotonid). See toob kaasa ühe klorofülli molekuli elektroni "ergastamise". Molekulide abil liigub elektron, mis liigub tülakoidmembraani välispinnale, omandades teatud potentsiaalse energia.

See elektron B. photosystem I. Võib naasta oma energia tasemele ja taastada see. Nctf (nicotinydadenindinukleotiidfosfaat) võib samuti edastada. Vesiniku ioonidega suhtlemine, elektronid taastavad selle ühendi. Taastatud NADF (NADPH) varustab vesinikku, et taastada atmosfääri C02 glükoosi.

Sellised protsessid toimuvad photosystem II. . Põnev elektronide saab edastada fotosüsteemi I ja taastada see. Photosystemiga II taastamine toimub veemolekulide tarnivate elektronide tõttu. Veemolekulid on jagatud (photoliz vett) Vesiniku prootonite ja molekulaarse hapniku kohta, mis vabaneb atmosfääri. Elektronid kasutatakse fotosüsteemi II taastamiseks. Jalgpalli võrratsioon:

2H 2 0 → 4N + + 0 2 + 2E.

Kui elektronide naaseb välja välispinnast tülakoidmembraani eelmisele energiatasemele, eristatakse energiat. See on kaetud ATP-molekulide keemiliste sidemete kujul, mis sünteesitakse mõlema fotosüsteemi reaktsioonide ajal. ATP-i sünteesi protsessi ADP ja fosforhappega nimetatakse fotofosfaelimine . Osa energiat kasutatakse vee aurustuseks.

Photosünteesi valguse faasi ajal moodustatakse rikkalikud ühendid

Reaktsioonid toimivad kloroplastide sisemises keskkonnas. Nad võivad esineda nii valguse juuresolekul kui ka ilma selleta. Orgaanilised ained sünteesitakse (C02 taastatakse glükoosile), kasutades valguse faasis moodustunud energiat.

Süsinikdioksiidi taastamise protsess on tsükliline ja kutsutud calvin tsükkel . Nimega American Teadja M. Calvini auks, kes avastas selle tsüklilise protsessi.

Tsükkel algab reaktsiooni atmosfääri süsinikdioksiidi ripulosekofosfaadiga. Katalüüsib ensüümiprotsessi karboksülaas . Ribulseobifaat on viie süsinik-suhkur, mis on ühendatud kahe fosforhappejäägiga. Mitmed keemilised transformatsioonid esinevad, millest igaüks katalüüsib selle konkreetset ensüümi. Kuna fotosünteesi vormide lõpptoode glükoos Samuti taastab ribulosekofosfaat.

Fotosünteesi protsessi võrrand:

6c0 2 + 6N 2 0 → C6H 12O 6 + 60 2

Tänu fotosünteesi protsessile imendub päikese kerge energia ja see muundatakse sünteesitud süsivesikute keemiliste sidemete energiaks. Tarneahelate abil edastatakse energia heterotroofilised organismid. Protsessis fotosünteesi süsinikdioksiidi imendub ja hapnik eristatakse. Kõik atmosfääri hapnikul on fotosünteetiline päritolu. Üle 200 miljardi tonni vaba hapnikku paistab igal aastal välja. Oxygen kaitseb elu maa peal ultraviolettkiirgusest, osooni atmosfääri ekraani loomisel.

Fotosünteesi protsess on ebaefektiivne, kuna ainult 1-2% päikeseenergiast tõlgitakse sünteesitud orgaanilises ainesse. See on tingitud asjaolust, et taimed ei imendu piisavalt valgust, osa sellest imendub atmosfääris jne. Enamik päikesevalgust peegeldub maapinnast tagasi kosmosesse.