Лекция 3 Фотосинтез. Физиологические основы корневого питания растений

1. Фотосинтез

2. Механизм поглощения растениями элементов питания из почв

3. Избирательность поглощения ионов растениями. Физиологическая реакция солей

1. Фотосинтез

Высшие растения являются автотрофными организмами, т.е. они сами синтезируют органические вещества за счет минеральных соединений, в то время как для животных и подавляющего большинства микроорганизмов характерен гетеротрофный тип питания – использование органических веществ, ранее синтезированных другими организмами.

Высшие растения обитают одновременно в двух сферах: своими корнями они углубляются в почву, а стебли и листья простирают в атмосферу. Накопление сухого вещества растений происходит благодаря усвоению углекислого газа через листья (так называемое «воздушное питание»), а воды, азота и зольных элементов – из почвы через корни ( «корневое питание»). Поэтому принято различать воздушное и корневое питание растений. В действительности, однако, это единый процесс, ибо деятельность листового аппарата и корневой системы взаимосвязаны и не имеют возможности сколько – ни будь длительно осуществляться каждая в отдельности. Между надземной частью растения и его корнями идет интенсивный обмен веществами. И всякое нарушение его приводит к отрицательным последствиям, угнетению роста, падению продуктивности растения или даже его гибели.

Рост и развитие растений зависит, прежде всего, от их питания. Растения потребляют простейшие минеральные соединения (углекислый газ и несколько солей) и синтезируют в хлоропластах из них и воды с помощью солнечной энергии сложнейшие органические вещества. Благодаря этой особенности своего питания только растения способны в грандиозном масштабе усваивать кинетическую энергию солнечных лучей и накапливать ее в потенциальной энергии урожая.

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. В первой фазе происходит фотолиз воды, т.е. разложение ее молекул с выделением в атмосферу кислорода. Идет обогащение воздуха кислородом. В процессе световой фазы образуются богатые энергией соединения, типа АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты. Накопленная в этой фазе энергия расходуется в тепловых реакциях фотосинтеза.

6СО₂ +12Н₂О+686 ккал = С₆ Н₁₂О₆ +6 Н₂О +6О₂

В дальнейшем из простых углеводов, являющихся продуктом фотосинтеза, синтезируются более сложные органические соединения: крахмал, клетчатка, органические кислоты, жиры и другие соединения.

Интенсивность фотосинтеза, под которой понимают количество углекислоты, ассимилируемое 1 м² листьев за 1 час, у многих культур при нормальных условиях составляет в пересчете на глюкозу 1 – 2 г, а в среднем около 1,3 г за 1 час. В целом, интенсивность фотосинтеза зависит от освещения, содержания углекислого газа в духе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания, потребляемыми корневой системой.

Если концентрация СО₂ в воздухе, составляющая около 0,03 % (от объема), падает до 0,01 % фотосинтез приостанавливается. Повышение содержания СО₂ в 30 раз (до 1%) и даже более усиливает ассимиляцию углекислоты растением.

Усваивая одну грамм – молекул СО₂ растение запасают 112 ккал энергии. На протяжении одного светового дня в период наиболее интенсивного роста растения сахарной свеклы и картофеля на 1 га способны усвоить до 1т СО₂ и синтезировать около 500 кг органических веществ ( при поверхности листьев до 50 тыс. м² на 1 га).

Воздушное питание зеленых растении в земледелии пока в очень слабой степени поддается регулированию со стороны человека. Иначе обстоит дело с проблемой корневого питания.