Фотосинтез и транспирация


Фотосинтезом называется процесс усвоения растениями солнечной энергии, углекислого газа и воды. Используя солнечную энергию, зеленые растения превращают бедные энергией вещества (СО2 и Н2О) в богатые энергией углеводы и некоторые другие органические вещества. Суммарно процесс фотосинтеза выражается следующим уравнением:

6СО2+6Н2O  свет, хлоропласт →  С12Н6О12 + 6O2

Таким образом, при фотосинтезе образуются не только углеводы, но выделяется и кислород. Весь кислород атмосферы фотосинтетического происхождения, и благодаря фотосинтезу содержание кислорода в воздухе поддерживается на постоянном уровне (около 21%).

Суммарное уравнение фотосинтеза не дает представления о всей сложности этого процесса. Фотосинтез осуществляется в хлоропластах — зеленых пластидах листа и других зеленых частях растения. В одной клетке листа содержатся десятки хлоропластов и на их долю приходится около трети цитоплазмы. В 1 см2 листа насчитывается несколько миллионов хлоропластов, поэтому лист и выглядит зеленым.

Хлоропласты имеют очень сложное пластинчатое (ламеллярное) строение. Снаружи они покрыты двойной белково-липоид-ной мембраной. Из подобных мембран внутри хлоропласта образуются отдельные стопки плоских мешочков — так называемые граны. Граны соединены между собой трубочками, также образованными из мембран. В мембраны гран определенным образом встроены молекулы хлорофилла и каротина и переносчики электронов и протонов. В межгранной части хлоропластов (в строме) находятся многочисленные ферменты, необходимые для связывания углекислоты и синтеза углеводов, а также многих других веществ, из которых строится сам хлоропласт.

Поглотив квант света, молекула хлорофилла переходит в особое электронновозбужденное состояние: один из ее электронов поднимается на более высокий энергетический уровень. Энергия возбужденных молекул хлорофилла при участии системы переносчиков и ферментов используется для образования аденозинтрифосфата (АТФ) из аденознндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата и для расщепления (фотолиза) воды на ионы Н и ОН, Атомы водорода (или Н+ и е, т. е. протоны и электроны) присоединяются к никотинамидадениндинуклеотиду (сокращенно НАДФ), образуя НАДФ·Н2. Группы ОН рекомбинируются в молекулы воды и молекулярный кислород: 4OН →  2Н2O + O2. Кислород из листьев выделяется в атмосферу.

Таким образом, в гранах хлоропласта энергия квантов света превращается в химическую энергию АТФ и НАДФ·Н2. Этим и заканчивается фотосинтез в узком смысле, так как для связывания СO2 и превращения его при участии АТФ и НАДФ • Н2 в углеводы свет уже не нужен. Поэтому единый процесс фотосинтеза условно делят на световую фазу, осуществляющуюся в гранах, и темновую фазу, продолжающуюся в строме хлоро-пластов (рис. 28).

Усвоение энергии света и углекислоты при фотосинтезе

Рис. 28. Усвоение энергии света и углекислоты при фотосинтезе А — световая фаза; Б — темновая фаза

Поглощенный листьями углекислый, газ растворяется в клеточной воде и превращается в углекислоту: СО22О – Н2СО3. Углекислота диффундирует в хлоропласты и в их строме присоединяется к фосфорилированному пятиуглеродному углеводу (пентозе)—рибулозодифосфату (РДФ). Образовавшееся шее-тиуглеродное соединение распадается на две молекулы фосфо-глицериновой кислоты (ФГК), которая затем восстанавливается за счет водорода НАДФ • Н2 и энергии АТФ до фосфоглицерино-вого альдегида (ФГА). Последний уже представляет собой простейший углевод триозу, легко превращающийся в хлоропластах в обычные углеводы: фруктозу, глюкозу, сахарозу, крахмал и т. п.

Углеводы из листьев по ситовидным трубкам проводящих пучков передвигаются в нефотосинтезирующие ткани и органы главным образом в виде сахарозы, которая также легко превращается в другие углеводы. В процессе дыхания углеводы окисляются до органических кислот, из которых при участии аммония могут образоваться аминокислоты, а из них — белки и другие азотистые соединения, в том числе азотистые основания ДНК и РНК. Углеводы легко превращаются и в жиры (растительные масла).

Фотосинтетически активен весь видимый участок спектра, т. е. от 400 до 700 нм. Благодаря взаимодействию с белками и липоидами хлорофилл в гранах обладает более широким и выровненным спектром поглощения, чем в растворах. Поэтому неправильно утверждение, что хлорофилл в листьях поглощает только красные лучи и что фотосинтез происходит только в красных лучах.

В полуденные летние часы общая солнечная радиация может достигать 7 • 102 Дж/(м2*с). Для фотосинтеза используется только около 1% этой радиации, остальная же часть превращается в растении в тепловую энергию. Чтобы не перегреться, растения вынуждены испарять (транспирировать) много воды. В среднем при образовании единицы сухого вещества испаряется около 300—400 единиц воды.

Листья замечательно приспособлены к тому, чтобы как можно больше поглощать света и углекислого газа и в то же время как можно меньше испарять воды и не перегреваться.

Плоские, тонкие и прозрачные листовые пластинки, расположенные во много ярусов и мало затеняющие друг друга вследствие листовой мозаики, хорошо просвечиваются и проветриваются. Резкое преобладание поверхности листьев над их объемом позволяет им удалять избыточное тепло путем излучения тепловых волн и конвективной отдачи части тепла окружающему воздуху. В результате лист избавляется примерно от двух третей избыточного тепла и только одну треть должен затратить на испарение воды.

Густое расположение устьиц (5000—50000 на 1 см2) обеспечивает большую скорость диффузии молекул воды и кислорода из листа и молекул углекислого газа в лист. При уменьшении содержания воды в листьях ниже известного предела устьица закрываются и испарение воды прекращается, поскольку около 99% поверхности листа покрыто водонепроницаемой кутикулой.

Вода в растениях образует единую гидростатическую систему от поглощающих воду корневых клеток до испаряющих ее клеток листьев. Тончайшими непрерывными нитями вода пропитывает клеточные оболочки, а также трахеиды н сосуды. Уменьшение содержания воды в клеточных оболочках вследствие транспирации вызывает натяжение водных нитей в них, а благодаря силам межмолекулярного сцепления и непрерывности водной фазы это натяжение передается через сосудистую систему листа, черешка и стеблей до корней, вызывая поступление воды из почвы в корни. Чем сильнее нагреваются листья и чем больше они испаряют воды, тем, соответственно, больше поступает воды в корни. Таким образом, растения для поглощения воды из почвы и передвижения ее вверх по стеблю используют солнечную энергию.

При отсутствии транспирацин (при 100% -ной влажности воздуха) у наземных растений и растений, погруженных в воду, корня активно поглощают воду и активно нагнетают ее в сосуды корня, стебля и листьев, затрачивая энергию метаболизма. Такой способностью активно поглощать и выделять воду за счет энергии дыхания обладают и все другие живые клетки растения. Именно этим объясняется весеннее сокодвижение у деревьев и кустарников до распускания листьев, когда практически еще нет транспирацин. При этом вместе с водой подаются углеводы, органические кислоты, аминокислоты, витамины  и минеральные вещества, необходимые для развития листьев и    цветков в почках.

Активное поглощение воды свойственно и травянистым растениям. Многие растения выделяют капельки жидкости из микроскопических отверстий на листьях в ночные и ранние утренние часы, когда нет транспирацин. Из пеньков срезанных растений также часто выделяется жидкость. Если на такой пенек надеть резиновую трубку и к ней присоединить стеклянную трубку, то спустя некоторое время в ней накопится жидкость, Все эти явления вызываются корневым давлением, т. е. активным нагнетанием воды корнями в сосудистую систему.

Таким образом у растений два основных потока веществ: восходящий — от корней к листьям и нисходящий — от листьев к корням. В восходящем потоке по сосудам движется вода с растворенными в ней минеральными солями, в нисходящем по ситовидным трубкам передвигаются продукты фотосинтеза.


Реклама:
- Рекомендуем прочитать следующую информацию: Купить мозаику bonaparte керамическая bali Мозаика Топ.

Похожие с "Фотосинтез и транспирация" записи:
- Осенний листопад
- Питание бактерий
- Классификация покрытосеменных растений
- Покрытосеменные (цветковые) растения
- Зависимость строения листа от условий произрастания растения

TOP.zp.ua