88. Связь минерального питания с фотосинтезом и дыханием.

Минеральное питание напрямую связано с фотосинтезом и дыханием. т.к. все элементы так или иначе участвуют в этих процессах.

Недостаток азота вызывает серьезные рашения энергетического обмена, рстения хуже используют световую энергию, так как снижается интенсивность фотосинтеза. Фосфор - обязательный компонент нуклеотидов, принимающих участие в энергетическом обмене (АТФ, НАД, ФАД). Сера является компонентом важнейших биологических соединений - кофермента А и витаминов (тиамина, липоевой кислоты, биотина), играющих важную роль в дыхании. Магний является активатором ряда ферментных систем - РДФ-карбоксилазы, фосфокиназ, АТФ-аз, енолаз, ферментов цикла Кребса, пентозофосфатного пути, спиртового и молочнокислого брожения. Он также активирует процессы транспорта электронов при фосфорилировании. Железо входит в состав участников ЭТЦ фотосинтетического и окислительного фосфорилирования, является компонентом ряда оксидаз. Медь входит в состав ряда ферментных систем, относящихся к группе оксидаз, таких, как полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза, тирозиназы. Марганец необходим для нормального протекания фотосинтеза, он участвует в этом процессе на этапе разложения воды и выделения кислорода, а также восстановления СО2. Цинк играет важную роль в поддержании запасов СО2 для фотосинтеза.

ФОТОСИНТЕЗ –ОСНОВА БИОЭНЕРГЕТИКИ РАСТЕНИЯ . ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОТРОФНОСТИ . КОСМИЧЕСКАЯ РОЛЬ ФОТОСИНТЕЗА .

. Фотосинтез как особый тип питания растений углеродом Анализ органического вещества показывает, что оно состоит на 45 % из углерода. Именно поэтому вопрос об источнике питания организмов углеродом чрезвычайно важен. Все организмы можно разделить на гетеротрофные и автотрофные. Гетеротрофные организмы строят органическое вещество своего тела из уже имеющихся готовых органических соединений, только перестраивая их. Автотрофные организмы характеризуются способностью синтезировать органическое вещество из неорганических соединений. Выделяют 3 вида автотрофии: хемосинтез; фоторедукция и фотосинтез. Фотосинтез – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий в хлоропластах зеленых растений, в результате которого углекислый газ восстанавливается до углеводов, вода окисляется до кислорода, солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей. 2. Общая характеристика процесса фотосинтеза Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз и нескольких этапов, которые идут последовательно. I Световая фаза 1. Фотофизический этап – происходит во внутренней мембране хлоропластов и связан с поглощением солнечной энергии пигментными системами. 2. Фотохимический этап – проходит во внутренней мембране хлоропластов и связан с преобразованием солнечной энергии в химическую энергию АТФ и НАДФН2 и фотолизом воды. II Темновая фаза 3. Биохимический этап или цикл Кальвина – проходит в строме хлоропластов. На этом этапе углекислый газ восстанавливается до углеводов. 3. Лист как орган фотосинтеза В процессе эволюции растений сформировался специализированный орган фотосинтеза – лист.  Лист имеет ограниченный рост и характерное для данного вида и сорта строение. Как орган, осуществляющий ассимиляцию и испарение, лист отличается плоской структурой и небольшой толщиной.  В зависимости от вида растений и условий их произрастания листья отличаются большим разнообразием. Однако можно выделить общие анатомические особенности, обеспечивающие возможность эффективного фотосинтеза.  1. Наличие покровной ткани – эпидермиса, защищающего лист от излишней потери воды. 2. Наличие специализированной фотосинтетической ткани – хлоренхимы. 3. Наличие сильно развитой густой системы жилок – проводящих путей, что обеспечивает быстрый отток ассимилянтов и снабжение фотосинтезирующих клеток водой и необходимыми минеральными веществами.  4. Хлоропласты, их строение как органоидов фотосинтеза Функционально фотосинтез приурочен к специализированным органеллам – хлоропластам. Хлоропласты высших растений имеют форму двояко выпуклой линзы, которая наиболее удобна для поглощения солнечных лучей.  Внутри хлоропластов находится однородное вещество – строма, пронизанная системой параллельно расположенных мембран, имеющих вид плоских мешочков - тилакоидов, они собраны в стопки, называемые гранами. В тилакоидах гран находятся хлорофилл и каротиноиды, в строме – молекулы ДНК, рибосомы, капли липидов, крахмальные зёрна и др. включения. 5. Пигменты зеленых растений Фотосинтез связан с избирательным поглощением пигментами света в видимой части солнечного спектра. Фотосинтетические пигменты составляют 10-15 % сухой массы хлоропластов. Они характеризуются большим разнообразием и по химической природе делятся на две группы- хлорофиллы и каротиноиды.  В настоящее время известно несколько различных форм хлорофилла, которые обозначаются латинскими буквами. Хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b.  По химическому строению хлорофилл – сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух остатков спиртов – фитола и метилового. Каротиноиды – жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого и красного цветов. Они входят в состав хлоропластов и хромопластов не зеленых частей растений (цветков, плодов, корнеплодов). В зеленых листьях их окраска маскируется хлорофиллом. По своей структуре каротиноиды являются полимерами изопрена. Каротиноиды делятся на каротины и ксантофиллы.

1. Накопление органической массы

2. Обеспечение постоянства содержания CO2 в атмосфере

3. Парниковый эффект

4. Накопление кислорода в атмосфере.

5.Озоновый экран.

1. Накопление органической массы. В процессе фотосинтеза наземные растения образуют 100—172 млрд. т, а растения морей и океанов — 60 — 70 млрд. т биомассы в год (в пересчете на сухое вещество). Общая масса растений на Земле в настоящее время составляет 2402,7 млрд. т, причем 90% этой сухой массы приходится на целлюлозу. На долю наземных растений приходится 2402,5 млрд. т, а на растения гидросферы — всего 0,2 млрд. т (из-за недостатка света). Общая масса, животных и микроорганизмов на Земле — 23 млрд. т, что составляет около 1 % от растительной биомассы. Из этого количества 20 млрд. т приходится на обитателей суши, а 3 млрд. т — на животных и микроорганизмы гидросферы. 2. Обеспечение постоянства содержания CO2 в атмосфере. Образование органических веществ гумуса, осадочных пород и горючих ископаемых выводило значительные количества С02 из круговорота углерода. В атмосфере Земли С02 становилось все меньше и в настоящее время он составляет только 0,03% (по объему), или (в абсолютных значениях) 711 млрд. т в пересчете на углерод 3. Парниковый эффект. Поверхность Земли получает теплоту главным образом от Солнца. Часть этой теплоты поступает обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Диоксид углерода в атмосфере, а также вода поглощают инфракрасное излучение и таким образом сохраняют значительное количество теплоты на Земле (парниковый эффект). Микроорганизмы и растения в процессе дыхания или брожения поставляют 85 % общего количества С02, поступающего ежегодно в атмосферу, и вследствие этого оказывают влияние на тепловой режим нашей планеты. 4. Накопление кислорода в атмосфере. Первоначально в атмосфере Земли 02 присутствовал в следовых количествах. В настоящее время он составляет 21 % по объему воздуха. Появление и накопление 02 в атмосфере связано с жизнедеятельностью зеленых растений. Ежегодно в ходе фотосинтеза кислород поступает в атмосферу в количестве 70— 120 млрд. т. Этот кислород необходим для дыхания всех гетеротрофов — бактерий, грибов, животных и человека, а также зеленых растений в ночное время. Особое значение в поддержании высокой концентрации 02 в атмосфере имеют леса. Подсчитано, что 1 га леса весной и летом за час выделяет 02 в количестве, достаточном для дыхания 200 человек 5.Озоновый экран. Еще одно важнейшее следствие выделения растениями кислорода — образование озонового экрана в верхних слоях атмосферы на высоте около 25 км. Озон (03) образуется в результате фотодиссоциации молекул 02 под действием солнечной радиации. Озон задерживает большую часть ультрафиолетовых лучей (240 — 290 нм), губительно действующих на все живое. Возможность частичного разрушения озонового экрана из-за загрязнения атмосферы промышленными и другими отходами — серьезная проблема охраны биосферы.

 

2 отражение пропускание и поглощение солнечной радиации Поглощение растением фотосинтетической активной радиации.Фотосинтетическая активная радиация (ФАР) - это та часть солнечного излучения, которая способна поглощаться хлорофиллами в процессе фотосинтеза. ФАР имеет спектр волн от 380 до 710 нм и состоит из прямыцх солнечных лучей и рассеянного света, интенсивность которого равна 1/3 прямой солнечной радиации. В рассеянном свете на долю ФАР приходится до 90%, то есть рассеянный свет в отличие от прямых солнечных лучей может быть поглощен растением почти полностью. Интенсивность фотосинтеза максимальна в красной части спектра и минимальна в синей и зеленой частях.

Общее уравнение фотосинтеза. Парциальные реакции

6СО2 + 12Н2О --- С6Н12О6 + 6СО2 + 6Н2О

12H2O--12 {H}+6O2 СВЕТОВАЯ ФАЗА , ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ-- 6CO2+12 {H2O}--C6H12O6+6H2O