Строение хлоропластов.

Имеют ламеллярно-гранулярное строение. Хлоропласт окружен оболочкой, состоящей из двух мембран. Внутренняя среда, представляющая собой коллоидный раствор, называется строма. В ней содержатся ферменты и здесь протекает темновая фаза фотосинтеза, т.е. биохимические реакции.

Ламелла – это мембрана, в которую вмонтированы еще пигменты (хлорофиллы и каратиноиды).

Из двух ассиметрично расположенных ламелл, которые соединяются между собой с образованием плоских пузырьков, называемых тилакоиды. Тилакоиды собираются по 100-150 штук, образуя граны, напоминающие стопки монет с помощью тилакоидов стромы.

Рис.

Ламелла

Тилакоид

Грана

В гранах протекает световая фаза фотосинтеза.

Хлоропласт

Свойства хлоропластов.

1. Находятся в постоянном движении как с током цитоплазмы, так и самостоятельно.. Они концентрируются там, где более высокое содержание СО₂.

Они меняют расположение в зависимости от условий освещенности (фототаксис). При слабом свете они располагаются перпендикулярно падающим лучам: при сильном – параллельно лучам, что позволяет более эффективно приспосабливаться к условиям освещенности.

2. Осуществляют постоянный обмен веществ с цитоплазмой.

3. Они недолговечны и постоянно идут процессы их самообновления.

Образуются они из пропластиды – продукт жизнедеятельности цитоплазмы. Для образования гранулярной структуры обязательным условием является наличие света.

3. Пигменты хлоропластов.

Пигменты – органические соединения, отличительным признаком которых является избирательное поглощение ими света в видимой части солнечного спектра. На их долю приходится 10-15 % сухой массы хлоропластов. Представлены двумя группами – хлорофиллы и каратиноиды.

Хлорофиллы

Хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл в. В 1960 году хлорофилл искусственно синтезирован. По химической природе хлорофилл – сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов: метилового (СН₃ОН) и фитола (С₂₀Н₃₉ОН).

При сдаче работ необходимо знать строение хлорофилла (иметь структурную формулу), его химические и оптические свойства.

Молекула хлорофилла благодаря структурным изменениям и физико-химическим особенностям способна выполнять три важнейшие функции: избирательно поглощать энергию света; трансформировать ее в эергию электронного возбуждения; фотохимически преобразовывать энергию возбужденного состояния в химическую энергию. Такой уникальной сопсобностью не оьладает ни одно вещество в органическом мире. Это дало основание Ч. Дарвину считать, что «хлорофилл, пожалуй самое интересное вещество в органическом мире».

Каротиноиды

(см. работы 19 и 20)

Количественная теория фотосинтеза

Показатели:

1. Интенсивность фотосинтеза (ИФ). Выражается в количестве ассимилированной СО₂ за единицу времени на единицу площади листа. Чаще в мг СО₂/дм² час. Можно по количеству выделенного О2 (мл О2), по количеству органического вещества, по количеству органического углерода. Варьирует в широких пределах: 5-30 мг СО₂/ 1 час 1 дм² , может 60-80, а теоретически возможна – 200-300 мг СО₂/дм² час.

2. Фотосинтетически активная радиация (ФАР). ЕЕ составляют видимые лучи солнечного света с длиной волн в диапазоне 380-700 нм. По ФАР рассчитывают максимальную урожайность, которую можно получить в данной климатической зоне. Доля ФАР в падающей солнечной радиации составляет 40-50 %, используется в процессе фотосинтза на 60-80 %. Так, для условий Могилевской области количество солнечной радиации, за период вегетации составляет 21 х 10 ⁹кДж/га из них 8 х 10 ⁹кДж/га ФАР.

3. Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) – прирост сухой биомассы (граммах) за сутки на единицу площади листа (г/м²сутки). Среднее значение – в пределах 4-5 г, а иногда от 8 до 15 г/м²сутки. ЧПФ дает рпедставление о видимом или кажущемся фотосинтезе.

Ф_{с видимый} = Ф_{с истинный} – (дыхание + фотодыхание)

Приход расход

Даже при оптимальных условиях расход составляет около 1/3 от количества веществ, образованных в процессе фотосинтеза.

Т.О. у агронома есть два стратегических направления повышения урожайности: 1) повышение ИФ; 2) снижение затрат на дыхание и фотодыхание.

4. Фотосинтетический потенциал посевов (ФПП) – сумма ежедневных показателей площади листьев за период активной вегетации растений (весь или часть всего периодаЯ). Выражается в млн.м²сутки/га. Он характеризует фотосинтетическую мощность посевов. Он должен составлять у зерновых культур не менее 2 млн.м²сутки/га в расчете на каждые 100 дней фактической вегетации. Обычно растения в посевах формируют недостаточную листовую поверхность.

5. Коэффициент хозяйственной эффективности

У хозяйственный

К_хоз. =

Урожай (У) биологический

У хозяйственный – масса товарной части урожая;

У биологический – вся биомасса.

Например, у зерновых культур соотношение зерно/солома = 1 м К_хоз. = ½ = 0,5.

Задача: повышать К_хоз.

6. КПД фотосинтеза – характеризует процент запасания энергии ФАР в продуктах фотосинтеза. КПД растений биосферы невелик: около 0,2 %, у сахарного тростника = 1,9 %, у картофеля – 0,5-0,6 %. КПД в производственных посевах 0,5-0,6 %. Расчеты показывают, что теоретически реально получать в посевах с КПД до 12 %! Уже в посевах кукурузы получен КПД 7-8 %.

Т.о. имется реальная возможность повышения урожайности за счет увеличения КПД фотосинтеза.