3. Особенности анатомо-морфологической структуры листа как органа фотосинтеза.

Общие анатомические особенности, обеспечивающие возможность эффективного фотосинтеза:

1. Наличие покровной ткани – эпидермиса, защищающего лист от излишней потери воды. Клетки нижнего и верхнего яруса лишены хлоропластов, имеют крупные вакуоли. Деятельность клеток мезофила основа на их хорошем освящении и от поступления СО₂.

2. Наличие специализированной фотосинтетической ткани – хлоренхимы. Основная хлорофиллоносная ткань – палисадная паренхима – расположена на освещаемой части листа.

3. Наличие сильно развитой густой системы жилок – проводящих путей, что обеспечивает быстрый приток ассимилятов и снабжение фотосинтезирующих клеток водой и необходимыми минеральными веществами.

4. Химический состав, структура и функции хлоропластов.

• Состав.

75% - воды.

Сухое вещество:

75-80% - органические соединения;

20-25% - минеральные вещества.

Белки (структурные, транспортные, сократительные, ферменты…) – основа (50-55% от сухой массы). Выполняют также рецепторную функцию в изменяющихся условиях среды.

Липиды (30-40% сухой массы) делятся:

• Структурные компоненты мембран. (липоиды)

• Фотосинтетические пигменты. (хлорофилл а, хлорофилл б)

• Жирорастворимые витамины (D, E, K)

Углеводы не накапливаются (продукт фотосинтеза).

Содержат много мин. веществ – железо, магний, цинк, медь, кальций (стабилизатор мембран).

• Строение.

Оболочка – две липопротеидные мембраны.

Внутренняя среда – матрикс/строма (относительно однородна), которую пронизывают мембраны – ламеллы. Ламеллы, соединенные друг с другом, образуют пузырьки – тилакоиды, которые плотно прилегая друг к другу, образуют граны. Граны соединены межгранными тяжами - тилакоидов стромы. Необходимые пигменты и ферменты световой фазы вмонтированы в мембраны тилакоидов. Ферменты темновой фазы в строме.

• Функции.

Использование световой энергии для синтеза органических веществ.

5. Пигменты листа, их химическая природа и оптические свойства, методы их выделения и разделения.

Хлорофилл.

- сложные эфиры дикарбоновой кислоты хлорофилина, одна карбоксильная группа этерифицированна остатком метилового спирта (СН₃ОН), вторая – остатком одноатомного непредельного спирта фитола (С₂₀Н₃₉ОН).

Поглощение в сине-фиолетовой (из-за сопряженных связей) и красной (из-за связи металл-органика) областях.

Парфириновое ядро, в котором Mg удерживается 4-мя N, входящими в пирольные кольца, - гидрофильная часть молекулы.

Остатки спиртов – гидрофобная. Чем длиннее спиртовой «хвост», тем гидрофобнее в-во.

Хлорофилл а – сине-зеленый.

Хлорофилл б – желто-зеленый.

Во втором пирольном кольце у «а» -СН₃, у «б» - альдегидная группа.

У «а» более широкий спектр поглощения, поэтому он – главный пигмент фотосинтеза.

Каротиноиды

– жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого и красного цветов.

Имеют 8 остатков изопрена, циклы на концах – производные ионона.

Поглощение в сине-фиолетовой и синей областях. (Связи металл-органика нет.)

Могут быть а-, моно- и бициклическими. Синтез не требует света.

Каротины (С₄₀Н₅₆) – защита от фотоокисления.

Ксантофилы – кислородосодержащие производные каротина.

Все пигменты фиксируют солн. энергию. Каротиноиды обеспечивают защиту от фотоокисления и фототропизм.

• Методы выделения и разделения.

Хлорофиллы и каротиноиды извлекают полярными растворителями – этиловым спиртом и ацетоном, которые разрушают связи пигментов с липидами и белками тилакоидов.

1.Разделение пигментов по Краусу

Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Спирт и бензин в одном сосуде не смешиваются, а образуют 2 слоя – верхний бензиновый и нижний спиртовой, благодаря чему смесь пигментов разделяется.

2.Разделение пигментов хроматографическим методом.

Хроматографический метод разделения пигментов основан на том, что определенное вещество – адсорбент с разной силой удерживает на своей поверхности разные пигменты. В качестве адсорбционной колонки используют стеклянный цилиндр с тонкоразмолотым диоксидом кальция.

- верхняя зона – хлорофилл b (желто-зеленая окраска)

- ниже – хлорофилл а (сине-зеленая окраска)

- в самом низу – ксантофилл (ярко-желтая окраска)

Каротин полностью проходит через колонку и остается в колбе.

3.Определение пигментов методом бумажной хроматографии.

Частный случай хроматографического метода, когда адсорбентом служит хроматографическая бумага. Пигменты расположатся так (снизу-вверх): хлорофилл b, хлорофилл а, виолаксантин, лютеин, каротин.

6. Светолюбивые и теневыносливые растения, их физиологические различия.

Светолюбивые растения не выносят затенения и в природе встречаются на открытых местах. Листовые пластинки толстые, т.к. хорошо развита палисадная паренхима; клетки мелкие, много устьиц и проводящих пучков. Пример: яблоня, кокосовая или масличная пальмы, кукуруза, маниок, балат, также водоросли живущие на небольшой глубине.

Теневыносливые при выращивании на открытом месте сильно угнетены, плохо растут. Листья тонкие, содержат много хлоропластов, концентрация хлорофилла выше, чем у светолюбивых. У теневыносливых меньше интенсивность дыхания. Пример: травянистые растения развивающиеся под пологом леса, древесные – кофе, кола, и глубоководные морские водоросли.