Энергетика фотосинтеза

 

Под фотосинтезом мы понимаем поглощение растением углекислого газа из атмосферы и образование из него и воды органического вещества, в потенциальную энергию которого переходит энергия солнечного луча, поглощенная хлоропластом зеленого растения.

Солнечный свет имеет определенный спектральный состав, который можно изучить, пропуская солнечный луч через призму. Каждый цвет спектра имеет свою длину волны, частоту колебаний.
Кроме определенной длины волны, излучение каждого участка спектра имеет и свою энергию. С увеличением длины волны, т. е. при переходе от ультрафиолетовых лучей к инфракрасным, энергия излучения падает. Исследуя влияние излучения различной длины волны на растение, К. А. Тимирязев сделал вывод о том, что поглощенная энергия лучей различного качества (разной длины волны) используется в фотохимических реакциях с разной эффективностью. В процессе эволюции растения приспособились поглощать те лучи, энергия которых наиболее эффективна при фотохимических реакциях.

В среднем растение поглощает до 85% энергии тех лучей, которые участвуют в фотосинтезе, и примерно 25% инфракрасных лучей. На фотосинтез расходуется не более 2% фотосинтетически активной радиации (ФАР). Увеличение скорости фотосинтеза наблюдается только при низких интенсивностях света, и для многих растений максимум интенсивности фотосинтеза наблюдается при 50% полной солнечной освещенности. Увеличение освещенности снижает фотосинтез. Наибольшая его интенсивность наблюдается в красных лучах, так как одного кванта красного света достаточно для перевода хлорофилла в возбужденное состояние, а полученная энергия полностью используется в фотохимических реакциях.

Если растение получает квант света большей энергии с меньшей длиной волны, то лишний энергетический потенциал преобразуется в тепло. Красные лучи всегда присутствуют в лучах прямой солнечной радиации, и чем ниже солнце над горизонтом, тем больше в его спектре доля красных лучей. При воздействии на растение лучей синей части спектра в продуктах фотосинтеза преобладают неуглеводные соединения. Однако если к насыщенному красному свету добавить до 20% синего света, то скорость фотосинтеза быстро увеличивается.
проследить зависимость интенсивности фотосинтеза от температуры, то можно заметить, что рост интенсивности идет до определенной температуры, которую можно назвать оптимальной. Дальнейшее повышение температуры ингибирует (тормозит) фотосинтез.

Для разных растений оптимум температуры неодинаков и зависит от вида растения и местных климатических условий. Для растений средней полосы максимум фотосинтетической активности наблюдается в пределах 20—25 °С. Нижние и верхние температурные границы для каждого вида растений свои. Если фотосинтез у северных видов растений заканчивается при минус 15 °С, то у тропических — при 4—9 °С. Растения пустынь способны осуществлять его при почти 60 °С. Один из методов, позволяющих расширить температурные рамки фотосинтеза, — закаливание растений.

Водный режим влияет на фотосинтез непосредственно и опосредованно, т. е. через другие факторы. Непосредственное влияние выражается в том, что вода при фотосинтезе служит материалом для окисления и источником кислорода. Опосредованное влияние содержания воды в клетках листа происходит через воздействие ее на замыкающие клетки устьица — при полном насыщении листа водой устьица закрываются и подача С02 к клеткам прекращается. В результате при небольшом водном дефиците, когда устьица полуоткрыты, наблюдается максимум фотосинтетической активности.

Нормальное функционирование листа как фотосинтетического органа связано с обеспечением растения макро - и микроэлементами, входящими в состав некоторых продуктов фотосинтеза, хлорофилла и других веществ. Таким образом, преобразовывая природные вещества в процессе фотосинтеза, растение наращивает объем своей массы. Общая масса растения с надземной и подземной его частями называется биологической массой. По данному показателю судят об оптимальности развития растения.