Фізіологія та екологія фотосинтезу

1. Інтенсивність фотосинтезу

2. Залежність інтенсивності фотосинтезу від ендогенних факторів

3. Залежність інтенсивності фотосинтезу від екзогенних факторів.

4. Добовий хід фотосинтезу

5. Фотосинтез і врожай

6. Регуляція фотосинтезу

З біологічної точки зору фотосинтез – фізіологічна функція організму, одна з ланок в ланцюгу основних функцій, взаємозв'язаних між собою багатофункціонального, гетерогенного, складного рослинного організму.

Важлива фізіологічна проблема – механізм регуляції процесу фотосинтезу в умовах багатоваріантної та багатокомпонентної системи.

Фізіологічні аспекти фотосинтезу враховують складний комплекс регуляторних механізмів, впливу внутрішніх та зовнішніх чинників, якими забезпечується ефективність роботи фотосинтетичного апарату.

Інтенсивність фотосинтезу – інтегральний показник функціонування багатьох ланок фотосинтетичного апарату, який залежить від

• швидкості фотохімічних реакцій,

• інтенсивності утворення АТФ і НАДФ•Н₂ та їх співвідношення,

• швидкості здійснення послідовних та конкурентних реакцій у циклі відновлення СО₂,

• інтенсивності процесів транспорту асимілятів,

• зв'язаний із сукупністю інших метаболічних процесів, які відбуваються у клітинах.

Зміна інтенсивності фотосинтезу визначається зміною кожної з складових процесу фотосинтезу.

Методи визначення інтенсивності фотосинтезу випливають з загального рівняння:

СО₂ + Н₂О + hν à CH₂O + O₂

Існує три методи визначення інтенсивності фотосинтезу:

• за кількістю поглинутого СО₂ (газометричний);

• за кількістю виділеного О₂ (газометричний);

• за кількістю нагромадженої органічної речовини (хімічний).

Інтенсивність, кількісну характеристику складного інтегрального процесу фотосинтезу, розраховують по-різному залежно від методу визначення:

• за кількістю СО₂ або О₂ на одиницю площі за одиницю часу: мг СО₂ (О₂)/(дм²∙год);

• за кількістю СО₂ або О₂ на суху або сиру масу фотосинтезуючих тканин за одиницю часу: мг СО₂ (О₂)/(г∙год);

• асиміляційне число – кількість СО₂ або О₂, віднесена до одиниці виміру хлорофілу за одиницю часу: мг СО₂ (О₂)/(мг хл∙год).

2. Залежність інтенсивності фотосинтезу від ендогенних факторів

До ендогенних чинників впливу на інтенсивність фотосинтезу відносять:

• вік рослини, фаза онтогенезу

стан хлоропластів та вміст хлорофілу

Вік рослини

Для однорічних рослин залежність інтенсивності фотосинтезу в ході онтогенезу має вигляд одновершинної кривої з плато.

Максимальна інтенсивність засвоєння СО₂ спостерігається в період переходу рослин від вегетації до репродукції.

Інтенсивність асиміляції СО₂ найвища в сформованих листків і мало змінюється впродовж вегетації;

Інтенсивність фотосинтезу у старих листках різко зменшується.

Стан хлоропластів…

Інтенсивність фотосинтезу зростає із збільшенням вмісту хлорофілу, проте прямої залежності немає. При збільшенні вмісту хлорофілу у 20 разів інтенсивність фотосинтезу зростає у 2 рази.

Оптимальним є вміст у листках 3,1-5,7 мг хлорофілу а /дм².

В процесі зеленіння етіольованих проростків пшениці хлорофіл з'являється в перші хвилини після освітлення, інтенсивний синтез пігментів починається через 3 год, а асиміляція СО₂ починається лише через 4 години і пізніше, сягаючи максимуму через 1,5 – 2 доби. Для здійснення фотосинтезу необхідна певна структура хлоропластів, набір ферментів для здійснення темнових реакцій фотосинтетичного метаболізму вуглецю, а не лише набір пігментів.

Очевидно, формування фотосинтетично активної структури хлоропластів є тим повільним процесом, що лімітує початок та інтенсивність фотосинтезу у зеленіючих проростків.