Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Рослини і глобальний фотосинтез

Предмет: 
Тип роботи: 
Лекція
К-сть сторінок: 
10
Мова: 
Українська
Оцінка: 

наділи пробірку. Крізь воду на сонячному світлі в пробірку активно виділялися пухирці кисню.

Було з’ясовано, що рослини на світлі не лише виділяють кисень, а й засвоюють вуглекислий газ, який є джерелом вуглецю в процесі живлення рослин.
Призначення рослин–перетворювати енергію сонячного променя в іншу форму енергії, хімічну, яку вони запасають в листках, пагонах кущів і трав, стовбурах дерев.
В основі суті фотосинтезу лежить окисно-відновна реакція: з участю хлорофілу й енергії сонячних квантів вода фотоокиснюється, в результаті чого виділяється кисень та водень, останній і відновлює СО2 до рівня вуглеводів. Підсумкове рівняння фотосинтезу таке:
6СО2 + 12Н2О ----світло-----® С6Н12О6 + 6О2 + 6 Н2О
Під час фотосинтезу з простих неорганічних сполук (води та вуглекислого газу) синтезуються різноманітні органічні сполуки. Процеси дихання та горіння стали можливими лише після того, як виник фотосинтез.
Дослідження свідчать також, що майже весь кисень атмосфери–фотосинтетичного походження. Отже, усе це дає підставу говорити про космічну роль зеленої рослини.
 
3.3.Фотосинтез та глобальні екологічні зміни на Землі
 
В процесі тривалої еволюції здатність фото синтезуючих рослин виділяти кисень в результаті окиснення води зумовила кардинальні зміни на нашій планеті в глобальних масштабах. Завдяки процесам окиснення розріджена атмосфера Землі перетворилася на щільну азот кисневу оболонку. Таким чином, фотосинтез захистив усе живе на планеті від згубної дії космічної радіації.
Фотосинтез, заснований на фотоокисненні води, став потужним постачальником енергії в біосферу, різко змінив біоенергетику завдяки включенню О2 в метаболізм живих організмів, захистив усе живе на планеті від згубної дії космічної радіації. Все це позитивно вплинуло на формування стабільної, динамічної екологічної рівноваги.
Органом фотосинтезу є листок рослинних організмів. Особливості морфології, анатомії та фізіології листка повною мірою забезпечують здійснення його основної функції–фотосинтезу (рис. 1).
Різноманітна форма листка, розташування на стеблі, фототропічна реакція забезпечують виконання найважливішої функції–поглинання світлових променів. Як і всі фізичні тіла, листок відбиває, поглинає та пропускає падаючі на нього промені. З поверхні листок укритий епідермісом. Характерною особливістю покривної тканини листка є наявність продихів, які регулюють надходження вуглекислого газу, виділення кисню та випаровування води. Основну тканину листка займає мезофіл, який буває двох типів: губчастий і палісадний. Найбільше хлоропластів мають клітини палісадної (або стовпчастої) паренхіми. Мезофіл листка пронизаний густою сіткою судинно-волокнистих пучків, до складу яких належать ксилема, що постачає воду та мінеральні речовини і флоема, по якій відбувається відтік продуктів фотосинтезу. Отже, щоб фотосинтез відбувався в оптимальному режимі, листок має одержувати достатню кількість світлової енергії, води та вуглекислого газу.
Фотосинтез здійснюється за безперервного надходження значної кількості світлової енергії до спеціалізованих структур–хлоропластів. У клітині може бути від одного до 100 і більше хлоропластів.
У загальному розумінні фотосинтез–це засвоєння вуглекислого газу зеленими рослинами та відновлення вуглецю до органічних речовин за допомогою поглинутої енергії світла й участі води з виділенням кисню в атмосферу.
На початок 20 століття (у 1817р.) вдалося ідентифікувати зелений пігмент–хлорофіл, речовину, яка надає рослині зеленого забарвлення.
Інтенсифікація діяльності людства, поява нових, екологічно небезпечних джерел енергії, наприклад атомного розпаду, призвели до сучасної екологічної кризи. Вміст СО2 в атмосфері почав збільшуватися, що може різко вплинути на тепловий режим планети. Вуглекислий газ і водяна пара поглинають інфрачервоні промені, що відбиваються від землі в космос і створюють так званий «парниковий ефект». За даними агентства з охорони природи США, у ХХІ ст. це загрожує підвищенням температури на 3…90 із наступними катастрофічними наслідками. Фотосинтез, навпаки, перешкоджає нагромадженню СО2 та захищає планету від перегріву.
Крім того, постійний вміст кисню (21%) в атмосфері забезпечує існування озонового екрану на висоті 25 км. Озон захищає все живе від згубної дії ультрафіолетових променів. Забруднення атмосфери, знищення лісів призводить до зниження вмісту кисню, виникають озонові діри. Звідси–прямий зв'язок фотосинтезу з охороною навколишнього середовища не в регіональних, а в глобальних масштабах.
 
7.4.Екологія фотосинтезу. Становлення та розвиток автотрофного живлення.
 
Серед багатьох факторів, від яких залежить інтенсивність процесів фотосинтезу, на перше місце слід поставити світло. Дослідник Любименко розділив усі рослини за відношенням до світла на світлолюбні, тіньолюбні та тіньовитривалі, які відрізняються між собою анатомо-фізіологічними ознаками. Листки тіньовитривалих рослин характеризуються більшими за розмірами хлоропластами з високим вмістом пігментів.
Показником ефективності використання сонячної енергії є коефіцієнт корисної дії (ККД). ККД–це відношення кількості енергії, яка запасається в продуктах фотосинтезу або фітомасі врожаю, до кількості використаної сонячної радіації. Для різних рослин за різних умов вирощування цей коефіцієнт становить в середньому: для кукурудзи–2, 5-5, 7; озимої пшениці–1, 1-6, 3; рису–2, 5-4, 4.
Майже для всіх рослин найсприятливішою є температура в діапазоні 10…350С, хоча досить часто пригнічення фотосинтезу спостерігається за порівняно невисоких температур, уже після 25…300С. Деякі рослини пустелі здійснюють фотосинтез за 580С. Залежність швидкості фотосинтезу від температури для різних видів рослин наведено на рис. 2. На температурній кривій виділяють кардинальні точки: мінімуму, оптимуму та максимуму.
Мінімум–це температура, за якої фотосинтез тільки починається. Для тропічних і субтропічних рослин це температура +50С, тоді як для більшості рослин помірної зони – приблизно 00С. Для деяких представників хвойних (сосна, ялина) мінімальна температура для фотосинтезу становить приблизно -2…30С. Лишайники можуть фотосинтезувати за температури -250С. Нижня температурна межа фотосинтезу для рослин північних широт становить-150С, тоді як для рослин тропічного походження 4…80С.
Оптимум–це температура, за якої фотосинтез найпродуктивніший і досягає найвищої інтенсивності. Для більшості рослин це інтервал температур від 20 до 250С.
Максимум–гранична температура, після досягнення якої фотосинтез припиняється. Для різних видів рослин він має відносно широкий діапазон температур в інтервалі між 35…500С.
Вода є необхідним безпосереднім учасником процесу фотосинтезу. Вона бере участь у фотосинтезі як субстрат окиснення і джерело кисню.
Завдяки фотосинтезу світлова енергія перетворюється на хімічну, яка запасається в біомасі. Вважають, що середні значення продуктивності рослин на суші становлять 669 г/м2 за рік, тоді як у морях і океанах–155 г/м2. Найбільший внесок в істинну продукцію серед наземних фототрофів дають тропічні ліси–до 29%.
Ультрафіолетове випромінювання, високі температури, електричні розряди первісної атмосфери сприяли абіотичному синтезу органічних сполук. Хімічна еволюція сприяла доборові основних типів речовин, обов’язкових для всіх організмів. Вона стала передумовою появи автотрофного живлення у первинних протобіонтів.
Оскільки всі сучасні фотосинтезуючі бактерії живуть у водоймах, припускають, що фототрофне живлення первинно виникло у воді на тих глибинах, куди проникало світло.
Використання органічних сполук на світлі для створення інших речовин слід розглядати як еволюційно перехідний ступінь між гетеротрофами та фотоавтотрофами. Наступний етап автотрофного живлення–це здатність до відновлення СО2 у процесі окиснення органічних продуктів, таких як етанол, цукри, органічні кислоти.
Далі, ймовірно, виникла здатність синтезувати органічні речовини з неорганічних, тобто з’вився бактеріальний фотосинтез, завдяки чому фотоавтотрофний тип біоенергетики значно стабілізується.
Уже в синьо-зелених водоростях формуються основні елементи апарату фотосинтезу. З’являються компоненти електронно-транспортного ланцюга, специфічні ферменти. Перемозі фотосинтетиків у конкурсній боротьбі за існування сприяло використання ними простих і легкодоступних речовин, таких як СО2 та Н2О, для створення органічних молекул, синтезу енергетично найбагатших продуктів типу вуглеводів, а також виділення при цьому кисню.
Основні переваги фотосинтетиків порівняно з фотосинтезуючими бактеріями такі:
  • наявність хлоропластів;
  • здатність поглинати кванти променів видимої частини спектра (ФАР) при високій інтенсивності освітлення;
  • наявність двох фотосистем;
  • здатність до прямого відновлення НАДФ.
Завдяки цьому зелені рослини поширилися повсюдно й захопили всі екологічні ніші, де є вода, вуглекислий газ і світло.
Таким чином, еволюцію автотрофного живлення можна схематично представити так: гетеротрофи облігатні, фотогетеротрофи, факультативні фотогетеротрофи, облігатні фотоавтотрофи, фоторедуктори  фотосинтезуючі рослинні організми.
 
Питання для самоперевірки
 
1.Дайте визначення фотосинтезу.
2.Що є органом фотосинтезу?
3.Поясніть зв'язок фотосинтезу з охороною навколишнього середовища в глобальних масштабах.
4.Подайте схематично еволюцію автотрофного живлення.
 
Фото Капча