2. Ботанические аспекты co2
2.1 Физиология растения
Фотосинтез и ассимиляция
Углекислый газ (CO2) и вода (H2O) – основание всех органических составов. Растения поглощают CO2 через устьица в листьях. Тогда вода и углекислый газ превращаются в сахар (C6H12O6) в зеленых листьях. Этот процесс производит кислород (O2). Этот конверсионный процесс происходит с помощью от энергии, обеспеченной (солнечным) светом. Полный процесс преобразования световой энергии в химическую энергию (сахар) называется фотосинтезом. Формула ниже показывает этот процесс очень упрощенным способом (слева направо):
Производство энергетически богатого сахара часто называется ассимиляцией. Сахар используется, чтобы произвести новый материал растений и как источник энергии. Химическая энергия сохраняется в сахаре. Эта энергия выпускается, когда сахар сломан. Это часто неправильно называют 'сгоранием'. Эта энергия необходима для производства других веществ, таких как белки и жиры. Люди и животные не могут производить химическую энергию самостоятельно, так как это делают растения. Они нуждаются в растениях для обеспечения энергетически богатого питания.
Следующие условия являются существенными для фотосинтеза:
Должны быть доступны вода и углекислый газ.
Растение должно иметь зеленые части.
Зеленые части растения должны поглощать свет.
Вода и CO2 – формирующие блоки для фотосинтеза и свет обеспечивает необходимой энергией. Фотосинтез улучшается при увеличении интенсивности света и, с доступным светом, также улучшается как концентрация CO2 вокруг увеличения листьев, как показано в фигурах 2 и 3. В этом случае, производится больше сахара. Больше сахара означает больше роста. Вещество, которое дает листьям их зеленый цвет, называется хлорофилл. Хлорофилл происходит в хлоропластах. Это части клетки растения, в которой происходит фотосинтез. Присутствие хлоропластов, и следовательно, хлорофилла, заметно из-за зеленого цвета той части растения. Не зеленые части растения не содержат хлорофилл и не вносят вклад в фотосинтез.
На фотосинтез может влиять климат теплицы. Этот раздел включает краткое описание влияния света, CO2 и температуры. Отношения между водой, фотосинтезом и поглощением CO2 описаны в разделе 2.3.
Респирация
Дыхание включает поглощение кислорода и выпуск углекислого газа. Химически, этот процесс является противоположным фотосинтезу, то есть происходит с права на лево в формуле 1.
Цифра 2 Фотосинтез увеличивается по мере того, как увеличивается интенсивность света. С высокой концентрацией CO2 фотосинтез увеличивается больше, чем с низкими уровнями CO2.
Цифра 3 Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается концентрация CO2. При высокой интенсивности света фотосинтез увеличивается больше, чем при низкой интенсивности света.
Это называется диссимиляцией. Сахар, который сформировался, окислен ('сожжен') используя кислород для того, чтобы создать воду и углекислый газ. Процесс не требует энергии, как с фотосинтезом, вместо этого он выпускает энергию, которая является легкой энергией, сохраненной в сахаре во время фотосинтеза. Энергия используется в различных процессах энерго-требуемого роста и обслуживания. Часть этой энергии выпускается, как тепло. Углекислый газ, произведенный во время этого процесса, выпускается в воздух теплицы. Респирация продолжает день и ночь. Вот почему увеличивается концентрация CO2 в теплице, когда темно, если нет дозирования. Респирация увеличивается по мере того, как повышается температура. В дополнение к процессам респирации, которые происходят при светлых и темных условиях, другой специфический процесс респирации происходит только при светлых условиях. Это называется фотореспирацией (фотографии = свет и респирация = респирация). Во время этого процесса растение также поглощает кислород и выпускает углекислый газ, но это – не то же самое, что нормальная респирация. Фактически это - 'дефицит' в фотосинтезе. Фермент Rubisco, который обычно задерживает CO2 из воздуха, 'по ошибке' берет из воздуха кислород вместо CO2. Как
результат, фотореспирация уменьшает эффективность фотосинтеза. Фотореспирация увеличивается с высокой интенсивностью света, высокими температурами или низкой концентрацией CO2.
Типы фотосинтеза
Процесс фотосинтеза общий для всех зеленых растений. Есть три различных типа фотосинтеза. Маршрут от CO2 и H2O к сахару – через диапазон промежуточных продуктов. Для первого промежуточного произведенного продукта было сделано разграничение между фотосинтезом C3 и C4.
Тип 1
Ся фотосинтез, также называется как цикл Бенсона-Кальвина, имеет 3-фосфоглицероловую кислоту как первичный промежуточный продукт. Эта кислота содержит три C-атома. Цикл Бенсона-Кальвина назван в честь исследователей, которые определили этот процесс. Уникальный аспект этого процесса - тот, что, в конечном счете, он снова формирует его собственное стартовое вещество, но в больших количествах. Тогда в благоприятных условиях растение может увеличить его емкость фотосинтеза.
Тип 2
Сл фотосинтез имеет C4-дикарбоновую кислоту (обычно яблочная кислота), как первый продукт с четырьмя C-атомами. Следовательно, имя C3 и C4 фотосинтез. Кроме этого, фотосинтез растений C4 идентичен тому, который у растений C3.
Есть множество существенных различий между растениями C3 и C4, которые имеют отношение в особенности к использованию CO2. Растения C4 очень эффективно используют CO2. Устьица обычно меньше, это позволяет растениям C4 значительно уменьшать испарение. Точка компенсации CO2 обычно также ниже. Точка компенсации объясняется при фотосинтезе и углекислом газе. C4 растения или вообще не имеют фотореспирацию или имеют бедную фотореспирацию. C4 растения часто растут в сушилке, более горячих территориях, где эти характеристики очень полезны.
ТуреЗ
Crassulacean кислотный метаболизм, сокращенный к CAM. Этот тип происходит в зеленых частях мясистых растений, таких как Каланхое, других мясистых растениях и различных орхидеях. Мясистые растения с CAM можно найти в горячих, сухих областях. Их типичная характеристика - то, что устьица закрывается в течение дня и открывается в течение ночи. Растение поглощает CO2, когда темно и привязывает его к malate, также называемой яблочной кислотой. В течение дня CO2 снова выпускается в растение и ассимилируется под влиянием света через цикл Бэнсона-Кальвина.
C4 и CAM фотосинтез используют больше энергии, и растения CAM также нуждаются в большем количестве биохимических 'аппаратных средств'. Именно поэтому большинство растений, включая почти все тепличные культуры, использует фотосинтез C3.
Закрывающийся СО2 в течение дня производит более полные растения с большим количеством цветов в Каланхое 'Сингапур'
Измерение фотосинтеза
Поглощение CO2 - самый простой элемент для измерения в полном процессе фотосинтеза. Оно показывает чистый фотосинтез, то есть фотосинтез минус респирация. Оно часто измеряется на одном листе. Это – не хороший индикатор для поглощения CO2 и потребления полного урожая. Фактическое потребление CO2 урожая всегда ниже, чем может быть рассчитано на основе количества индивидуальных листьев. Это – вследствие того, что растение имеет большое количество частей, которые дышат, но не могут сгущать CO2. Тени, брошенные листьями выше или на соседних растениях, также имеют эффект уменьшения фотосинтеза, в то время как лист, который находится в тени, продолжает дышать. Вообще, чем больше масса растения, то есть старший • урожай, тем больше воздействие от респирации. Эффективность урожая снижается, по мере того, как он становится старше.
Количество сгущенного CO2 или сухого материала на растении может только увеличиться, если фотосинтез сгущает больше CO2, чем растение вдыхает в период 24 часов. Это также относится к росту растения и, следовательно, к урожаю. С низкой световой интенсивностью, урожай с большим количеством листьев растет меньше, чем молодой урожай с несколькими листьями.
Фотосинтез и свет
Фотосинтез не происходит в темноте. Фотосинтез начинается, как только становится светло (цифра 2). Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается интенсивность света. Даже при высшей интенсивности света, норма выравнивается по мере того, как был достигнут уровень насыщенности. Другие факторы (углекислый газ, вода), размер фотохимических аппаратных средств ('завод'), или выпуск и обработка произведенного сахара производят ограничивающий эффект.
При определенной интенсивности света, количество CO2, поглощенное для ассимиляции, равно количеству CO2, выпущенного во время респирации. Это называется точкой компенсации света. Точка компенсации света является отличной для каждого типа растения. Выше этой интенсивности света, поглощается больше CO2 чем, выпускается.
Растения, которые любят тень – это растения, которые естественно развиваются в условиях тени. Они имеют более низкую точку компенсации света чем, растения, любящие свет. Уровень насыщенности обычно ниже для растения, любящих тень, чем растений, любящих свет.
Состав света и спектра также влияют на фотосинтез, но здесь это не будет обсуждаться.
Фотосинтез и углекислый газ
CO2 также имеет точку компенсации. Эта точка компенсации CO2 – это концентрация CO2, при которой поглощенное количество CO2 равняется выпущенному количеству. Фактически количество CO2 на растении не изменяется. Это значит, что не добавляются ассимиляции, и растение не может расти. Если концентрация CO2 вне растения увеличивается (например, из-за дозирования), растение может поглотить больше CO2 и, следовательно, произвести больше сахара (см. цифру 3). Точка компенсации CO2 повышается, если температура воздуха поднимается и падает при более высокой интенсивности света. Плоды на растении также увеличивают точку компенсации CO2. Точка компенсации – это индикатор для эффективности поглощения CO2. Чем ниже точка компенсации, тем больше эффективность. Эффективность указывает процент от поглощенного CO2, который остается в растении.
Фотосинтез увеличивается с повышением концентрация CO2, пока не будет достигнут уровень насыщенности. Это случается раньше при низкой интенсивности света, чем при высокой интенсивности света, как показано в цифре 3.
Фотосинтез и температура
Фотосинтез медленен в низких температурах. Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается температура, пока не будет достигнуто оптимального уровня, выше которого уменьшается чистый фотосинтез. Это – также результат увеличивающейся респирации, что уменьшает эффективность фотосинтеза. Оптимальная температура изменяется в соответствии с интенсивностью света. Она выше при высокой интенсивности света, чем при низкой интенсивности света. Температура имеет исключительно несущественный эффект на фотосинтез, так как в теплице нет никаких чрезвычайных температур.
Резюме
Производство сахара через фотосинтез - уникальный процесс, который происходит только в растениях.
Фотосинтез требует зеленых частей растения, воды, углекислого газа и света. - При условиях в Нидерландах, большее количество света и углекислого газа увеличивает фотосинтез и обычно улучшает производство.
Цифра 4 Излучение и поглощение CO2 в светлый день
Цифра 5 Излучение и поглощение CO2 в пасмурный день