загрузка...
Экология  | Влияние света на направление роста
Экология

Свет и фотосинтез

Свет и фотосинтез

Как известно, в зеленых растениях создается органическое вещество из неорганического и идет единственная в биосфере реакция выделения кислорода. Частично в этом участвуют и фотоавтотрофы — прокариоты. Зеленые растения являются независимыми самостоятельными автотрофными организмами, основой как фитоценоза, так и биогеоценоза в целом. Только они делают возможным существование всех других биологических компонентов экосистемы.

Свет и фотосинтез

Фотосинтез идет при поглощении световой энергии. Основным поглотителем лучистой энергии солнца является хлорофилл. В процессе усвоения света идет превращение радиации лучистой энергии солнца в потенциальную энергию, которое совершается в растении, когда в нем происходят разложение углекислоты и воды и последующий синтез органического вещества. В радиационном балансе листа прежде всего необходимо учитывать радиацию, часть которой поглощается часть отражается, а часть пропускается листом. В соотношении всех этих величин большое значение имеют морфология и анатомия листа, характер поверхности и т. д. Приведем некоторые компоненты радиационного- баланса горизонтально расположенного листа дуба. От его верхней поверхности отражается 27% радиации пропускается — 24%, поглощается — 49%, для нижней поверхности эти значения соответственно равны: 29, 25 и 46% (Bannister, 1976).

Свет и фотосинтез

Зеленый лист поглощает в среднем 75% падающей на него лучистой энергии солнца. Но коэффициент использования ее на фотосинтез довольно мал: в природных условиях, при интенсивном освещении, на фотосинтез тратится примерно 1—2%, а при более низкой освещенности — до 10%. Остальные 90—99% поглощенной листом лучистой энергии переходит в тепловую энергию, которая тратится на транспирацию воды и другие процессы. В фотосинтезе участвуют фотохимические реакции, вызываемые светом, чисто ферментативные (темновые) реакции, важны также процессы диффузии, в результате которых идет обмен углекислотой и кислородом между хлоропластами и наружной атмосферой.

Свет и фотосинтез

У большинства растений осуществляется пентозо-фосфатный путь фотрсинтеза (цикл Кальвина), в результате которого образуются две молекулы 3-фоефоглицериновой. кислоты с тремя молекулами углерода каждая. Поэтому такой путь называется Сз-путь ассимиляции углекислоты, или просто Сз-путь. В дальнейшем при восстановлении, через ряд промежуточных реакций, образуется 3-фосфоглицериновый альдегид, который используется как основа для синтеза различных углеводов.

Свет и фотосинтез

C4: путь связан с особым анатомическим строением листа. Мезофилл листьев растений, для которых характерен этот способ фотосинтеза, сходен с мезофиллом обычных растений, но в их листьях имеются еще обкладочные клетки пучков, в которых образуется много крахмала и их хлоропласты обладают гранами особого строения. Фиксация углекислоты фосфоэнолпируватом происходит в мезофилле, и образуется щавелевоуксусная кислота; она может перейти в аспарагиновую кислоту или восстановиться до яблочной кислоты, которые транспортируются в обкладочные клетки пучков. Эти кислоты имеют по четыре атома углерода, что и определило название этого пути. В дальнейшем упомянутые кислоты перерабатываются в листе с образованием углекислоты (используемой уже по циклу Кальвина) и пирувата, возвращающегося в клетки мезофилла и используемого для регенерации фосфоэнолпирувата. В этом процессе, как видим, происходит полная утилизация углекислоты.

Свет и фотосинтез

C4-пути; не всегда обеспечивает растениям наибольшие скорости роста; C3-путь). Следовательно, крупные вакуоли суккулентов служат не только вместилищем запасов воды, но и содержат некоторый резерв углерода для фотосинтетической деятельности независимой от газообмена с внешней средой. Кроме того, устьица, закрытые у суккулентов днем, предупреждают чрезмерные потери воды.

C3— САМ) может значительно меняться в ходе онтогенеза, при изменении условий роста и минерального питания.

Из ассимилятов, выработанных в процессе фотосинтеза, не только строится тело растения, но определенная их часть всегда расходуется на дыхание, которое идет постоянно. Поэтому клетки днем и ночью поглощают при дыханий кислород и выделяют углекислоту. Обычно днем потребляется углекислоты при фотосинтезе больше, чем выделяется ее при дыхании. Количество ассимилятов, выработанное растением в целом (и для построения своего тела, и для покрытия расходов на дыхание), называют истинным, или брутто-фотосинтезом. Нетто-фотосинтез, или видимый, наблюдаемый, фотосинтез, — это разность между количеством углекислоты, ассимилированной листом и одновременно выделенной в атмосферу в процессе дыхания.

загрузка...

CO2 на 1 г сухой массы в 1 ч. Интересно, что у видов с короткими вегетационными периодами, как правило, она выше по сравнению с длительно вегетирующими видами.

CO2 характеризующие эффективность воспроизводства растением органических веществ, что весьма интересно в экологических целях, так как дает сравнимый материал, характеризующий продуктивность растений и фитоценозов. Если же фотосинтез рассчитывают на единицу площади листа, то при этом характеризуют эффективность ассимиляционной деятельности освещаемой поверхности. Эта величина во многом зависит от анатомо-морфологических особенностей листа и дает возможность судить об эффективности усвоения солнечной энергии и углекислоты данным ассимилирующим органом. Однако при этом необходимо учитывать и характер самой ассимилирующей поверхности (ее складчатость, измятость, гофрированность, цилиндричность и т. п.). Об интенсивности фотосинтеза разных растений при разных способах расчета можно судить по данным табл. 5.

Мы уже говорили, что в результате фотосинтеза образуется определенное количество органических веществ, но при этом важно и за какой срок они образуются. Для учета этих величин принято говорить о продукции, под которой понимают вес фитомассы или органических веществ, производимых организмом (или организмами сообщества в целом) за определенный отрезок времени

Таким образом, продуктивность фотосинтеза, под которой понимают общее количество CO2, поглощенное единицей массы или поверхности листа за сутки, — это показатель ассимиляционно-диссимиляционной деятельности растений, и он играет основную роль в оценке накопления ими органического вещества (Вознесенский, 1977). Однако прямой зависимости общей продуктивности растений (т. е. их урожая) от интенсивности процесса фотосинтеза не наблюдается. Как мы дальше увидим, продуктивность фотосинтеза различна в разных условиях и воспроизводство органических веществ ассимиляционными органами меняется в широких пределах. Наиболее продуктивно, видимо, работают листья деревьев, дающие самый большой годовой прирост массы. Обычно представляет большие трудности полевое определение темнового и фотодыхания, поэтому более легкому учету поддается брутто-фотосинтез. Перейдем теперь к рассмотрению зависимостей фотосинтеза от некоторых экологических факторов.

  • Реклама