Фотосинтезийн үйл явц нь байгальд тохиолддог хамгийн чухал биологийн процессуудын нэг бөгөөд үүний ачаар гэрлийн нөлөөн дор нүүрстөрөгчийн давхар исэл, уснаас органик бодисууд үүсдэг бөгөөд энэ үзэгдлийг фотосинтез гэж нэрлэдэг. Хамгийн гол нь фотосинтезийн явцад ялгарал үүсдэг бөгөөд энэ нь манай гайхалтай гариг дээр амьдрал оршин тогтноход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Фотосинтезийн нээлтийн түүх
1600 онд Бельгийн нэгэн эрдэмтэн Ян Ван Хелмонт энгийн туршилт хийж байхдаа фотосинтезийн үзэгдлийг нээсэн түүх дөрвөн зууны тэртээгээс эхэлдэг. Тэрээр бургасны мөчрийг (анхны жинг тэмдэглэсний дараа) мөн 80 кг шороо агуулсан уутанд хийжээ. Дараа нь таван жилийн турш ургамлыг зөвхөн усаар усалдаг байв. Таван жилийн дараа дэлхийн масс ердөө 50 граммаар багассан ч ургамлын жин 60 кг-аар нэмэгдсэн нь эрдэмтний гайхшралыг төрүүлэв. эрдэмтэн.
Фотосинтезийн нээлтийн оршил болсон дараагийн чухал, сонирхолтой туршилтыг 1771 онд Английн эрдэмтэн Жозеф Пристли хийсэн (мэргэжлийнхээ мөн чанараар ноён Пристли Англикан сүмийн тахилч байсан нь сонин байна. , гэхдээ тэр түүхэнд гарамгай эрдэмтэн болон үлдсэн). Ноён Пристли юу хийсэн бэ? Тэр хулганыг бүрээсний доор байрлуулж, тав хоногийн дараа үхсэн. Дараа нь тэр дахин нэг хулгана юүдэнний доор байрлуулсан боловч энэ удаад хулганатай хамт гааны мөчир байсан бөгөөд үүний үр дүнд хулгана амьд үлджээ. Хүлээн авсан үр дүн нь эрдэмтнийг амьсгалын эсрэг тодорхой үйл явц байдаг гэсэн санааг төрүүлэв. Энэ туршилтын бас нэг чухал дүгнэлт бол хүчилтөрөгчийг бүх амьд биетүүдэд амин чухал болохыг нээсэн явдал байв (эхний хулгана байхгүйгээс үхсэн, хоёр дахь нь фотосинтезийн явцад хүчилтөрөгч үүсгэсэн гааны мөчрийн ачаар амьд үлджээ).
Тиймээс ургамлын ногоон хэсгүүд хүчилтөрөгч ялгаруулах чадвартай болох нь тогтоогдсон. Дараа нь 1782 онд Швейцарийн эрдэмтэн Жан Сенебиер гэрлийн нөлөөн дор нүүрстөрөгчийн давхар исэл ногоон ургамал болж задардаг болохыг нотолсон - үнэн хэрэгтээ фотосинтезийн өөр нэг талыг нээсэн. Дараа нь дахин 5 жилийн дараа Францын эрдэмтэн Жак Бусенго органик бодисыг нэгтгэх явцад ургамал ус шингээж авдаг болохыг олж мэдэв.
Фотосинтезийн үзэгдэлтэй холбоотой шинжлэх ухааны цуврал нээлтүүдийн эцсийн хөвч нь 1864 онд хэрэглэсэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба ялгарах хүчилтөрөгчийн хэмжээ 1: 1 харьцаатай байгааг нотолж чадсан Германы ургамал судлаач Юлиус Саксийн нээлт байв.
Хүний амьдрал дахь фотосинтезийн ач холбогдол
Хэрэв та дүрслэлээр төсөөлвөл аливаа ургамлын навчийг цонх нь нарлаг тал руу харсан жижиг лабораторитой харьцуулж болно. Яг энэ лабораторид органик бодис, хүчилтөрөгч үүсэх нь дэлхий дээр органик амьдрал оршин тогтнох үндэс болдог. Эцсийн эцэст хүчилтөрөгч, фотосинтезгүйгээр дэлхий дээр амьдрал байхгүй байх байсан.
Гэхдээ фотосинтез нь амьдрал, хүчилтөрөгч ялгаруулахад маш чухал юм бол хүмүүс (зөвхөн хүмүүс төдийгүй) жишээлбэл, хамгийн бага ногоон ургамал бүхий цөлд, эсвэл жишээлбэл, үйлдвэрлэлийн газарт хэрхэн амьдардаг вэ? мод ховор байдаг хот. Агаар мандалд ялгарч буй хүчилтөрөгчийн ердөө 20 хувийг хуурай газрын ургамал эзэлдэг бол үлдсэн 80 хувийг далай, далайн замаг ялгаруулдаг нь дэлхийн далайг заримдаа “манай гарагийн уушиг” гэж нэрлэдэг нь утгагүй юм .”
Фотосинтезийн томъёо
Фотосинтезийн ерөнхий томъёог дараах байдлаар бичиж болно.
Ус + Нүүрстөрөгчийн давхар исэл + Гэрэл > Нүүрс ус + Хүчилтөрөгч
Фотосинтезийн химийн урвалын томъёо дараах байдалтай байна.
6CO 2 + 6H 2 O = C6H 12 O 6 + 6O 2
Ургамлын хувьд фотосинтезийн ач холбогдол
Одоо ургамал яагаад фотосинтез хэрэгтэй вэ гэсэн асуултанд хариулахыг хичээцгээе. Үнэн хэрэгтээ манай гаригийн агаар мандлыг хүчилтөрөгчөөр хангах нь энэ биологийн процесс нь зөвхөн хүн, амьтдад төдийгүй ургамалд амин чухал, учир нь фотосинтезийн явцад үүсдэг органик бодисууд; ургамлын амьдралын үндэс суурь болдог.
Фотосинтез хэрхэн явагддаг вэ?
Фотосинтезийн гол хөдөлгүүр нь хлорофилл юм - ургамлын эсэд агуулагддаг тусгай пигмент нь мод болон бусад ургамлын навчны ногоон өнгийг хариуцдаг. Хлорофилл бол нарийн төвөгтэй органик нэгдэл бөгөөд нарны гэрлийг шингээх чадвартай чухал шинж чанартай байдаг. Үүнийг шингээж авснаар жижиг навч, өвс, замаг бүрт агуулагдах биохимийн жижиг лабораторийг идэвхжүүлдэг нь хлорофилл юм. Дараа нь фотосинтез явагддаг (дээрх томъёог үзнэ үү), энэ үед ус, нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь ургамалд шаардлагатай нүүрс ус, бүх амьд биетэд шаардлагатай хүчилтөрөгч болж хувирдаг. Фотосинтезийн механизм нь байгалийн гайхалтай бүтээл юм.
Фотосинтезийн үе шатууд
Мөн фотосинтезийн үйл явц нь гэрэл ба харанхуй гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ. Мөн доор бид тус бүрийн талаар дэлгэрэнгүй бичих болно.
Фотосинтезийн гэрлийн үе шат
Энэ үе шатыг thylakoids гүйцэтгэдэг. Эдгээр тиалакоидууд юу вэ? Тилакоидууд нь хлоропласт дотор байрлах ба мембранаар хүрээлэгдсэн бүтэц юм.
Фотосинтезийн гэрлийн үе дэх үйл явцын дараалал дараах байдалтай байна.
- Гэрэл нь хлорофилийн молекулд хүрч, ногоон пигментэд шингэж, түүнийг өдөөхөд хүргэдэг. Энэ молекулд орж буй электрон нь илүү өндөр түвшинд шилжиж, синтезийн үйл явцад оролцдог.
- Ус хуваагдаж, электронуудын нөлөөн дор протонууд устөрөгчийн атом болж хувирдаг бөгөөд дараа нь нүүрс усны нийлэгжилтэнд ашиглагддаг.
- Фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд ATP (аденозин трифосфат) нийлэгждэг. ATP нь биологийн процесст нэг төрлийн энерги хуримтлуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг органик бодис юм.
Фотосинтезийн харанхуй үе шат
Фотосинтезийн энэ үе шат нь хлоропластын стромд тохиолддог. Энэ процессын үед хүчилтөрөгч ялгарч, глюкоз нийлэгждэг. Та фотосинтезийн харанхуй үе шат нь зөвхөн харанхуйд явагддаг гэж нэрлэж болно. Үнэн хэрэгтээ энэ нь тийм биш, глюкозын нийлэгжилт нь цагийн турш явагддаг бөгөөд энэ үе шатанд гэрлийн энерги зарцуулагдахаа больж, зүгээр л хэрэггүй болно.
Фотосинтез, видео
Эцэст нь фотосинтезийн тухай сонирхолтой боловсролын видео.
Фотосинтезийн утга, үүрэг
Эрчим хүчний гол эх үүсвэр
Фотосинтез гэдэг үг нь шууд утгаараа гэрлийн нөлөөн дор ямар нэгэн зүйлийг бүтээх, угсрах гэсэн утгатай. Ихэвчлэн фотосинтезийн тухай ярихдаа ургамал нь нарны гэрэлд органик бус түүхий эдээс органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэх үйл явцыг хэлдэг. Орчлон ертөнцийн бүхий л амьдралын хэлбэрүүд өсөн нэмэгдэж, амьдралыг хадгалахын тулд эрчим хүчийг шаарддаг. Замаг, өндөр ургамал, зарим төрлийн бактери нарны цацрагийн энергийг шууд авч, үндсэн шим тэжээлийг нэгтгэхэд ашигладаг. Амьтад нарны гэрлийг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон хэрхэн ашиглахаа мэддэггүй, тэд ургамал иддэг эсвэл бусад амьтдыг идэж эрчим хүч авдаг. Тиймээс, эцсийн эцэст манай гараг дээрх бүх бодисын солилцооны үйл явцын эрчим хүчний эх үүсвэр нь нар бөгөөд фотосинтезийн үйл явц нь дэлхий дээрх амьдралын бүх хэлбэрийг хадгалахад зайлшгүй шаардлагатай юм.
Бид чулуужсан түлш - нүүрс, байгалийн хий, газрын тос гэх мэтийг ашигладаг. Энэ бүх түлш нь хуурай газрын болон далайн ургамал, амьтдын задралын бүтээгдэхүүнээс өөр зүйл биш бөгөөд тэдгээрт хуримтлагдсан энергийг хэдэн сая жилийн өмнө нарны гэрлээс олж авсан. Салхи, бороо нь нарны эрчим хүчнээс үүдэлтэй байдаг тул салхин тээрэм, усан цахилгаан станцын эрчим хүч нь нарны цацрагаас үүдэлтэй байдаг.
Фотосинтезийн явцад химийн урвалын хамгийн чухал зам бол нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба усыг нүүрстөрөгч, хүчилтөрөгч болгон хувиргах явдал юм. Ерөнхий урвалыг CO2+H20 тэгшитгэлээр тодорхойлж болно. [CH20]+02
Энэ урвалаар үүссэн нүүрс ус нь CO2 ба H20-аас илүү эрчим хүчийг агуулдаг. Ийнхүү нарны энергийн ачаар энергийн бодисууд (CO2 ба H20) эрчим хүчээр баялаг бүтээгдэхүүн болох нүүрс ус, хүчилтөрөгч болж хувирдаг. Хураангуй тэгшитгэлээр тодорхойлсон янз бүрийн урвалын энергийн түвшинг вольтоор хэмжсэн редокс потенциалын утгуудаар тодорхойлж болно. Боломжит утгууд нь урвал бүрт хэр их энерги хуримтлагдаж, дэмий үрэгдэж байгааг харуулдаг. Тиймээс фотосинтезийг нарны цацрагийн энергийг ургамлын эд эсийн химийн энерги болгон бий болгох үйл явц гэж үзэж болно.
Фотосинтезийн явцад нүүрстөрөгчийн давхар исэл зарцуулагддаг ч агаар мандалд CO2-ын агууламж бараг бүрэн хэвээр байна. Үнэн хэрэгтээ бүх ургамал, амьтад амьсгалдаг. Митохондри дахь амьсгалын үйл явцын явцад амьд эдэд агаар мандлаас шингэсэн хүчилтөрөгч нь нүүрс ус болон бусад эд эсийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг исэлдүүлж, улмаар нүүрстөрөгчийн давхар исэл, усыг бий болгож, энерги ялгаруулдаг. Гарсан энерги нь өндөр энергитэй нэгдлүүд - аденозин трифосфат (ATP) -д хадгалагддаг бөгөөд энэ нь бие махбодид бүх амин чухал үйл ажиллагааг гүйцэтгэхэд ашиглагддаг. Ийнхүү амьсгалах нь органик бодис, хүчилтөрөгчийн хэрэглээг бий болгож, дэлхий дээрх CO2-ийн агууламжийг нэмэгдүүлдэг. Дэлхийн хэмжээнд секундэд дунджаар 10,000 тонн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бүх амьд организмын амьсгалын үйл явц, нүүрстөрөгч агуулсан бүх төрлийн түлшийг шатаахад зарцуулдаг. Ийм хэрэглээний хурдаар агаар мандалд байгаа бүх хүчилтөрөгч 3000 орчим жилийн дараа хатах ёстой. Бидний аз болоход органик бодис ба атомын хүчилтөрөгчийн хэрэглээ нь фотосинтезийн замаар нүүрс ус, хүчилтөрөгчийг бий болгосноор тэнцвэрждэг. Тохиромжтой нөхцөлд ногоон ургамлын эд дэх фотосинтезийн хурд нь ижил эд эсийн амьсгалын хурдаас ойролцоогоор 30 дахин их байдаг тул фотосинтез нь дэлхий дээрх 02-ийн агууламжийг зохицуулах чухал хүчин зүйл болдог.
Фотосинтезийн нээлтийн түүх
17-р зууны эхэн үед. Фламандын эмч Ван Хелмонт хөрсний саванд мод ургуулж, зөвхөн борооны усаар усалдаг байв. Таван жилийн дараа ванны хөрсний хэмжээ бараг буураагүй ч мод том болсныг тэр анзаарав. Ван Хелмонт уг модыг бий болгосон материал нь усалгааны уснаас гаралтай гэж дүгнэсэн. 1777 онд Английн ургамал судлаач Стивен Хэйлс ургамал ургахад шаардлагатай шим тэжээл болгон агаарыг голчлон ашигладаг тухай ном хэвлүүлжээ. Тухайн үед Английн нэрт химич Жозеф Пристли (тэр хүчилтөрөгчийг нээсэн хүмүүсийн нэг байсан) шаталт, амьсгалын талаар хэд хэдэн туршилт хийж, ногоон ургамал нь амьсгалын замын бүх үйл явцыг гүйцэтгэх чадвартай гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. амьтны эд. Пристли хаалттай агаарт лаа шатааж, үүссэн агаар нь шаталтыг дэмжихээ больсон болохыг олж мэдэв. Ийм саванд хийсэн хулгана үхсэн. Гэсэн хэдий ч гаа модны мөчир агаарт хэдэн долоо хоног амьдарсаар байв. Эцэст нь Пристли гаа модны мөчирөөр сэргээгдсэн агаарт лаа дахин шатаж, хулгана амьсгалж болохыг олж мэдэв. Одоо бид лаа шатаахдаа битүү эзэлхүүнтэй агаараас хүчилтөрөгч хэрэглэж байсныг мэдэж байгаа боловч дараа нь зүүн гаа мөчирт үүссэн фотосинтезийн ачаар агаар дахин хүчилтөрөгчөөр ханасан байна. Хэдэн жилийн дараа Голландын эмч Ингенхаус ургамал зөвхөн нарны гэрэлд хүчилтөрөгчийг исэлдүүлдэг бөгөөд зөвхөн ногоон хэсгүүд нь хүчилтөрөгч ялгаруулдаг болохыг олж мэдэв. Сайдын албыг хашиж байсан Жан Сенебиер Ингенхаусын мэдээллийг баталж, судалгаагаа үргэлжлүүлснээр ургамал усанд ууссан нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шим тэжээл болгон ашигладаг болохыг харуулсан. 19-р зууны эхээр Швейцарийн өөр нэг судлаач де Нейборс нэг талаас ургамалд шингэсэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл, нөгөө талаас органик бодис ба хүчилтөрөгчийн нийлэгжилтийн тоон хамаарлыг судалжээ. Туршилтын үр дүнд тэрээр CO2-ийг шингээх явцад ургамал ус хэрэглэдэг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. 1817 онд Францын хоёр химич Пелтье, Каванту нар навчнаас ногоон бодисыг ялгаж аваад хлорофилл гэж нэрлэжээ. Фотосинтезийн судалгааны түүхэн дэх дараагийн чухал үе бол 1845 онд Германы физикч Роберт Майерийн хэлсэн үг бөгөөд ногоон ургамал нарны гэрлийн энергийг химийн энерги болгон хувиргадаг. Өнгөрсөн зууны дунд үеэс бий болсон фотосинтезийн талаархи санааг дараахь хамаарлаар илэрхийлж болно.
ногоон ургамал
CO2+ H2 O + Гэрэл? O2 + org. бодис + химийн энерги
Фотосинтезийн явцад шингэсэн СО2-ийн хэмжээ болон ялгарах 02-ын харьцааг Францын ургамлын физиологич Бусенго нарийн хэмжсэн. 1864 онд тэрээр фотосинтезийн харьцаа, өөрөөр хэлбэл. ялгарсан 02-ийн эзлэхүүний шингэсэн CO2-ийн эзлэхүүнтэй харьцуулсан харьцаа нь бараг нэгдмэл байдалтай байна. Мөн онд Германы ургамал судлаач Сакс (ургамлын амьсгалыг нээсэн) фотосинтезийн явцад цардуулын үр тариа үүссэнийг харуулсан. Сакс ногоон навчийг харанхуйд хэдэн цагийн турш байрлуулж, хуримтлуулсан цардуулаа ашиглах боломжийг олгосон. Дараа нь тэр навчийг гэрэлд авчирсан боловч навч бүрийн хагасыг л гэрэлтүүлж, навчны нөгөө талыг харанхуйд үлдээв. Хэсэг хугацааны дараа навчийг бүхэлд нь иодын уураар эмчилсэн. Үүний үр дүнд навчны гэрэлтсэн хэсэг нь хар ягаан өнгөтэй болсон нь иодтой цардуулын цогцолбор үүссэнийг илтгэж байхад навчны нөгөө хагасын өнгө өөрчлөгдөөгүй. Ногоон навчис дахь хүчилтөрөгч ба хлоропласт ялгарах шууд холбоо, түүнчлэн фотосинтезийн үйл ажиллагааны спектр нь хлоропластын шингээсэн спектртэй тохирч байгааг 1880 онд Энгельман тогтоожээ. Тэрээр спираль хэлбэрийн хлоропласт бүхий судалтай ногоон замагыг шилэн слайд дээр байрлуулж, цагаан гэрлийн нарийхан өргөн туяагаар гэрэлтүүлэв. Замагтай хамт хүчилтөрөгчийн концентрацид мэдрэмтгий хөдөлгөөнт бактерийн эсийн суспензийг шилэн слайд дээр түрхэв. Слайдыг агааргүй өрөөнд байрлуулж, гэрэлтүүлэв. Ийм нөхцөлд хөдөлгөөнт бактери нь 02-ын агууламж өндөр байсан хэсэгт шилжих ёстой байсан. Хэсэг хугацаа өнгөрсний дараа дээжийг микроскопоор шалгаж, бактерийн популяцийн тархалтыг тооцоолсон. Бактери нь судалтай замагны ногоон судал дээр төвлөрч байсан нь тогтоогджээ. Өөр нэг цуврал туршилтаар Энгельман янз бүрийн спектрийн найрлагатай замаг гэрэлтүүлж, гэрлийн эх үүсвэр ба микроскопын үе шат хооронд призм суурилуулсан. Энэ тохиолдолд хамгийн олон тооны бактери нь спектрийн цэнхэр, улаан хэсэгт гэрэлтсэн замагны хэсгүүдийн эргэн тойронд хуримтлагддаг. Замагт агуулагдах хлорофилл нь хөх, улаан гэрлийг шингээдэг. Тэр үед фотосинтез нь гэрлийг шингээхийг шаарддаг гэдгийг аль хэдийн мэддэг байсан тул Энгельман хлорофиллууд нь идэвхтэй фоторецепторууд болох пигментүүдийн нийлэгжилтэнд оролцдог гэж дүгнэжээ. Манай зууны эхэн үеийн фотосинтезийн талаарх мэдлэгийн түвшинг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
CO2 + H2O + Гэрэл -O2 + Цардуул + Химийн энерги
Тиймээс манай зууны эхэн үед фотосинтезийн нийт урвал аль хэдийн мэдэгдэж байсан. Гэсэн хэдий ч биохими нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг нүүрс ус болгон бууруулах механизмыг бүрэн илрүүлэхэд тийм ч өндөр түвшинд байгаагүй. Харамсалтай нь одоо ч гэсэн фотосинтезийн зарим талыг сайн ойлгоогүй хэвээр байгааг хүлээн зөвшөөрөх ёстой. Гэрлийн эрч хүч, температур, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн концентраци гэх мэт нөлөөллийг судлах оролдлого удаан хугацаанд хийгдсэн. фотосинтезийн нийт гарц хүртэл. Эдгээр судалгаанууд нь олон төрлийн ургамлыг судалсан боловч ихэнх хэмжилтийг нэг эст ногоон замаг, нэг эст туг замаг Euglena дээр хийсэн. Нэг эст организм нь бүх лабораторид бүрэн стандарт нөхцөлд ургаж болох тул чанарын судалгаа хийхэд илүү тохиромжтой. Тэдгээрийг жигд түдгэлзүүлж, өөрөөр хэлбэл усан буферийн уусмалд түдгэлзүүлж, ийм суспенз буюу суспензийн шаардлагатай хэмжээг энгийн ургамалтай ажиллахтай адил тунгаар авч болно. Туршилтын хлоропластыг дээд ургамлын навчнаас хамгийн сайн тусгаарладаг. Бууцай нь ургахад хялбар, шинэхэн навч нь судалгаа хийхэд тохиромжтой байдаг тул ихэвчлэн хэрэглэдэг; Заримдаа вандуй, шанцайны ургамал навчийг хэрэглэдэг.
CO2 нь усанд маш сайн уусдаг, O2 нь усанд харьцангуй уусдаггүй тул хаалттай системд фотосинтезийн үед энэ систем дэх хийн даралт өөрчлөгдөж болно. Тиймээс фотосинтезийн системд гэрлийн нөлөөг ихэвчлэн Warburg амьсгалын аппарат ашиглан судалдаг бөгөөд энэ нь систем дэх O2-ийн эзлэхүүний босго өөрчлөлтийг бүртгэх боломжийг олгодог. Варбургийн амьсгалын аппаратыг анх 1920 онд фотосинтезийн үйл ажиллагаанд ашиглаж байжээ. Урвалын үед хүчилтөрөгчийн хэрэглээ эсвэл ялгаралтыг хэмжихийн тулд өөр төхөөрөмж болох хүчилтөрөгчийн электродыг ашиглах нь илүү тохиромжтой. Энэ төхөөрөмж нь полярографийн аргыг ашиглахад суурилдаг. Хүчилтөрөгчийн электрод нь литр тутамд 0.01 ммоль хүртэл бага концентрацийг илрүүлэхэд хангалттай мэдрэмтгий байдаг. Энэхүү төхөөрөмж нь ханасан уусмалд дүрсэн мөнгөн утсан цагираг болох анодын хавтан руу герметик байдлаар дарагдсан нэлээн нимгэн цагаан алтны утсан катодоос бүрдэнэ. Электродууд нь урвал явагдах хольцоос 02-ыг нэвчүүлэх мембранаар тусгаарлагдсан байдаг. Урвалын систем нь хуванцар эсвэл шилэн саванд байрладаг бөгөөд эргэлддэг баар соронзоор байнга хутгана. Электродуудад хүчдэл өгөхөд цагаан алтны электрод нь стандарт электродтой харьцуулахад сөрөг болж, уусмал дахь хүчилтөрөгч электролитээр буурдаг. 0.5-0.8 В хүчдэлтэй үед цахилгаан гүйдлийн хэмжээ нь уусмал дахь хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн даралтаас шугаман хамааралтай байдаг. Ихэвчлэн хүчилтөрөгчийн электрод нь ойролцоогоор 0.6 В хүчдэлд ажилладаг. Цахилгаан гүйдлийг электродыг тохирох бичлэгийн системд холбох замаар хэмждэг. Электродыг урвалын хольцтой хамт термостатаас усны урсгалаар усалдаг. Хүчилтөрөгчийн электродыг гэрэл болон янз бүрийн химийн бодисын фотосинтезд үзүүлэх нөлөөг хэмжихэд ашигладаг. Хүчилтөрөгчийн электродын Warburg аппаратаас давуу тал нь хүчилтөрөгчийн электрод нь систем дэх O2 агууламжийн өөрчлөлтийг хурдан бөгөөд тасралтгүй бүртгэх боломжийг олгодог. Нөгөөтэйгүүр, Варбургийн төхөөрөмжид янз бүрийн урвалын хольцтой 20 хүртэлх дээжийг нэгэн зэрэг шалгах боломжтой бол хүчилтөрөгчийн электродтой ажиллахдаа дээжийг нэг нэгээр нь шинжлэх шаардлагатай.
1930-аад оны эхэн үе хүртэл энэ салбарын олон судлаачид фотосинтезийн үндсэн урвал нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг гэрлийн нөлөөгөөр нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгч болгон задлах, дараа нь хэд хэдэн дараалсан урвалаар усыг ашиглан нүүрстөрөгчийг нүүрс ус болгон бууруулах явдал гэж үздэг. 1930-аад онд хоёр чухал нээлтийн үр дүнд үзэл бодол өөрчлөгдсөн. Нэгдүгээрт, гэрлийн энергийг ашиглахгүйгээр нүүрс усыг шингээх, нэгтгэх чадвартай бактерийн төрлүүдийг тодорхойлсон. Дараа нь Голландын микробиологич Ван Ниел бактери дахь фотосинтезийн үйл явцыг харьцуулж, зарим бактери нь хүчилтөрөгч ялгаруулахгүйгээр CO2-ийг гэрэлд шингээж чаддаг болохыг харуулсан. Ийм бактери нь устөрөгчийн тохиромжтой субстрат байгаа тохиолдолд л фотосинтез хийх чадвартай байдаг. Ван Ниел ногоон ургамал, замагны фотосинтез нь фотосинтез дэх хүчилтөрөгч нь нүүрстөрөгчийн давхар ислээс биш харин уснаас гардаг онцгой тохиолдол юм.
Хоёр дахь чухал нээлтийг 1937 онд Кембрижийн их сургуульд Р.Хийл хийсэн. Навчны эд эсийн гомогенатын дифференциал центрифуг ашиглан тэрээр фотосинтезийн хэсгүүдийг (хлоропласт) амьсгалын замын хэсгүүдээс салгав. Хиллээс олж авсан хлоропластууд нь гэрэлтэх үед хүчилтөрөгчийг өөрөө ялгаруулдаггүй (салгах явцад гэмтсэн байж магадгүй). Гэсэн хэдий ч суспензэнд калийн ферриоксалат эсвэл калийн феррицианид зэрэг тохиромжтой электрон хүлээн авагч (исэлдүүлэгч бодис) нэмбэл тэд гэрэлд хүчилтөрөгч ялгаруулж эхлэв. 02-ын нэг молекулыг ялгахад дөрвөн эквивалент исэлдүүлэгч бодис фотохимийн аргаар буурсан байна. Хожим нь олон тооны хинон, будагч бодисууд нь хлоропластын нөлөөгөөр гэрэлд багасдаг болохыг олж мэдсэн. Гэсэн хэдий ч хлоропластууд фотосинтезийн явцад байгалийн электрон хүлээн авагч болох CO2-ыг бууруулж чадаагүй юм. Одоо Хилл урвал гэж нэрлэгддэг энэхүү үзэгдэл нь химийн потенциалын градиентийн эсрэг уснаас физиологийн бус исэлдүүлэгч бодис (Хилл урвалж) руу электронуудыг гэрлийн нөлөөгөөр шилжүүлэх явдал юм. Хилл урвалын ач холбогдол нь хүчилтөрөгчийн фотохимийн хувьсал, фотосинтезийн үед нүүрстөрөгчийн давхар ислийн бууралт гэсэн хоёр процессыг салгах боломжийг харуулсан явдал юм.
Усны задрал нь фотосинтезийн явцад чөлөөт хүчилтөрөгч ялгардаг болохыг 1941 онд Калифорнид Рубен, Камен нар тогтоожээ. Тэд фотосинтезийн эсийг 18 атомын нэгж масстай хүчилтөрөгчийн изотопоор баяжуулсан усанд байрлуулсан 180. Изотоп эсээс ялгарах хүчилтөрөгчийн найрлага нь усны найрлагатай тохирч, харин CO2 биш юм. Нэмж дурдахад, Камен, Рубен нар цацраг идэвхт 18О изотопыг нээсэн бөгөөд дараа нь фотосинтезийн явцад нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хувиргалтын замыг судалж байсан Бассетт, Бенсон Вин нар амжилттай ашигласан. Калвин ба түүний хамтран зүтгэгч нүүрстөрөгчийн давхар ислийг сахар болгон бууруулах нь харанхуй ферментийн үйл явцын үр дүнд үүсдэг бөгөөд нүүрстөрөгчийн давхар ислийн нэг молекулыг бууруулахад ADP-ийн хоёр молекул, ATP-ийн гурван молекул шаардлагатай байгааг олж мэдэв. Тэр үед АТФ ба пиридин нуклеотидын эд эсийн амьсгалын үйл ажиллагаанд ямар үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг тогтоожээ. Тусгаарлагдсан хлорофиллоор ADP-ийг ATP болгон фотосинтезийн аргаар бууруулах боломжийг 1951 онд гурван өөр лабораторид нотолсон. 1954 онд Арнон, Аллен нар фотосинтезийг үзүүлэв - бууцайны хлоропластуудаас ялгарах CO2 ба O2-ийн шингээлтийг ажиглав. Дараагийн 10 жилийн хугацаанд нийлэгжилтэнд электрон дамжуулахад оролцдог уураг болох ферредоксин, пластоцианин, ферроАТР редуктаза, цитохром гэх мэт хлоропластуудаас тусгаарлах боломжтой болсон.
Ийнхүү эрүүл ногоон навчинд гэрлийн нөлөөгөөр ADP, ATP үүсдэг ба гидробондын энерги нь ферментийн оролцоотойгоор CO2-ыг нүүрс ус болгон бууруулахад зарцуулагддаг бөгөөд ферментийн үйл ажиллагаа гэрлээр зохицуулагддаг.
Хязгаарлах хүчин зүйлүүд
Ургамал дахь фотосинтезийн үйл явцын эрчим буюу хурд нь олон тооны дотоод болон гадаад хүчин зүйлээс хамаардаг. Дотоод хүчин зүйлүүдээс хамгийн чухал нь навчны бүтэц, түүн дэх хлорофилийн агууламж, хлоропласт дахь фотосинтезийн бүтээгдэхүүний хуримтлалын хурд, ферментийн нөлөө, түүнчлэн шаардлагатай органик бус бодисын бага концентраци юм. Гадны параметрүүд нь навчис дээр унах гэрлийн тоо хэмжээ, чанар, орчны температур, ургамлын ойролцоох агаар мандалд нүүрстөрөгчийн давхар исэл, хүчилтөрөгчийн концентраци юм.
Фотосинтезийн хурд нь шугаман буюу гэрлийн эрчмийн өсөлттэй шууд пропорциональ өсдөг. Гэрлийн эрч хүч улам ихсэх тусам фотосинтезийн өсөлт улам бүр багасч, эцэст нь гэрэлтүүлэг 10,000 люкс тодорхой түвшинд хүрэхэд зогсдог. Цаашид гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлэх нь фотосинтезийн хурдад нөлөөлөхгүй. Фотосинтезийн тогтвортой хурдтай бүсийг гэрлийн ханалтын бүс гэж нэрлэдэг. Хэрэв та энэ хэсэгт фотосинтезийн хурдыг нэмэгдүүлэхийг хүсч байгаа бол гэрлийн эрчмийг өөрчлөх шаардлагатай биш, харин бусад хүчин зүйлсийг өөрчлөх шаардлагатай. Манай гаригийн олон газарт зуны цэлмэг өдөр дэлхийн гадаргуу дээр тусах нарны гэрлийн эрчим нь ойролцоогоор 100,000 люкс байдаг. Иймээс өтгөн ойд болон сүүдэрт ургадаг ургамлаас бусад ургамлын хувьд нарны туссан гэрэл нь фотосинтезийн үйл ажиллагааг хангахад хангалттай байдаг (харагдах хүрээний хамгийн хязгаарлагдмал хэсэгт харгалзах квантуудын энерги нь ягаан, улаан - зөвхөн ялгаатай байдаг). хоёр дахин их байх ба энэ муж дахь бүх фотон нь зарчмын хувьд фотосинтезийг эхлүүлэх чадвартай).
Гэрэл багатай тохиолдолд 15 ба 25 хэмд фотосинтезийн хурд ижил байна. Жинхэнэ фотохимийн урвалууд шиг гэрлийн хязгаарлагдмал бүсэд тохирох гэрлийн эрчимтэй явагдах урвалууд нь температурт мэдрэмтгий байдаггүй. Гэсэн хэдий ч өндөр эрчимтэй үед 25 ° C-т фотосинтезийн хурд 15 ° C-аас хамаагүй өндөр байдаг. Тиймээс гэрлийн ханалтын бүсэд фотосинтезийн түвшин нь зөвхөн фотонуудын шингээлтээс гадна бусад хүчин зүйлээс хамаардаг. Сэрүүн уур амьсгалтай ихэнх ургамлууд 10-35 хэмийн температурт сайн ажилладаг ба 25 хэм орчим температур нь хамгийн таатай нөхцөл юм.
Гэрлийн хязгаарлагдмал бүсэд фотосинтезийн хурд CO2-ийн концентраци буурахад өөрчлөгддөггүй. Эндээс бид CO2 нь фотохимийн урвалд шууд оролцдог гэж дүгнэж болно. Үүний зэрэгцээ, хязгаарлагдмал бүсээс гадуур байрлах гэрлийн өндөр эрчимтэй үед CO2-ийн концентраци нэмэгдэхийн хэрээр фотосинтез ихээхэн нэмэгддэг. Зарим үр тарианы үр тарианд CO2-ийн концентраци 0.5% хүртэл өсөхөд фотосинтез нь шугаман хэлбэрээр нэмэгддэг. (CO2-ийн өндөр концентрацид удаан хугацаагаар өртөх нь хавтанг гэмтээдэг тул эдгээр хэмжилтийг богино хугацааны туршилтаар хийсэн). 0.1% орчим CO2 агууламжтай үед фотосинтезийн хурд өндөр түвшинд хүрдэг. Агаар мандалд нүүрстөрөгчийн давхар ислийн дундаж агууламж 0.03% байна. Тиймээс ердийн нөхцөлд ургамалд тусах нарны гэрлийг хамгийн их үр дүнтэй ашиглахын тулд хангалттай хэмжээний CO2 байдаггүй. Хэрэв хаалттай эзэлхүүнтэй үйлдвэрийг ханасан эрчимтэй гэрлээр гэрэлтүүлбэл агаарын эзэлхүүн дэх CO2-ийн агууламж аажмаар буурч, "CO2 нөхөн олговрын цэг" гэж нэрлэгддэг тогтмол түвшинд хүрнэ. Энэ үед фотосинтезийн үед CO2-ийн харагдах байдал нь амьсгалын (харанхуй ба гэрэл) үр дүнд O2 ялгарах замаар тэнцвэрждэг. Өөр өөр зүйлийн ургамалд нөхөн олговрын цэгүүдийн байрлал өөр өөр байдаг.
Гэрэл ба харанхуй урвал.
1905 онд Английн ургамлын физиологич Ф.Ф.Блэкман фотосинтезийн гэрлийн ханалтын муруйн хэлбэрийг тайлбарлаж, фотосинтез нь хоёр үе шаттай үйл явц, түүний дотор фотохимийн, өөрөөр хэлбэл. гэрэл мэдрэмтгий урвал ба фотохимийн бус, өөрөөр хэлбэл харанхуй урвал. Харанхуй урвал нь ферментийн шинж чанартай тул гэрлийн урвалаас илүү удаан явагддаг тул гэрлийн өндөр эрчимтэй үед фотосинтезийн хурдыг харанхуй урвалын хурдаар бүрэн тодорхойлдог. Гэрлийн урвал нь температураас огт хамаардаггүй, эсвэл энэ хамаарал нь маш сул илэрхийлэгддэг бол харанхуй урвал нь бүх ферментийн процессуудын нэгэн адил температураас ихээхэн хамаардаг. Харанхуй гэж нэрлэгддэг урвал нь харанхуйд ч, гэрэлд ч тохиолдож болно гэдгийг тодорхой ойлгох хэрэгтэй. Гэрэл ба бараан урвалыг секундын богино хугацаанд гэрлийн гялбаа ашиглан ялгаж болно. Нэг миллисекундээс бага (10-3 секунд) үргэлжилсэн гэрлийн анивчалтыг механик аргаар, тогтмол гэрлийн цацрагийн замд ангархай бүхий эргэлддэг дискийг байрлуулж эсвэл цахилгаанаар, конденсаторыг цэнэглэж, цэнэглэх замаар олж авч болно. вакуум эсвэл хий ялгаруулах чийдэн. 694 нм долгионы урттай бадмаараг лазерыг мөн гэрлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг. 1932 онд Эмерсон, Арнольд нар 10-3 секундын хугацаатай хий ялгаруулдаг чийдэнгийн гэрлийн гялбаагаар эсийн суспензийг гэрэлтүүлжээ. Тэд анивчсан энерги, анивчих хоорондох харанхуй хугацааны үргэлжлэх хугацаа, эсийн суспензийн температур зэргээс шалтгаалан хүчилтөрөгч ялгарах хурдыг хэмжсэн. Галын эрч хүч нэмэгдэхийн хэрээр 2500 хлорофилл молекул тутамд нэг O2 молекул ялгарах үед хэвийн эсийн фотосинтезийн ханалт үүссэн. Эмерсон, Арнольд нар фотосинтезийн хамгийн их гарц нь гэрлийг шингээдэг хлорофилийн молекулуудын тоогоор бус харин харанхуй урвалыг идэвхжүүлдэг ферментийн молекулуудын тоогоор тодорхойлогддог гэж дүгнэжээ. Тэд мөн дараалсан анивчих хоорондох харанхуй интервал 0.06 секундээс илүү ихсэх үед нэг анивчих хүчилтөрөгчийн гарц харанхуй интервалын үргэлжлэх хугацаанаас хамааралгүй болж, харин богино хугацаанд харанхуй завсарын үргэлжлэх хугацаа (0-ээс) нэмэгдэх тусам нэмэгддэг болохыг тогтоожээ. 0.06 сек). Тиймээс фотосинтезийн ханалтын түвшинг тодорхойлдог харанхуй урвал ойролцоогоор 0.06 секундэд дуусдаг. Эдгээр өгөгдлүүд дээр үндэслэн урвалын хурдыг тодорхойлдог дундаж хугацаа нь 25 ° C-д ойролцоогоор 0.02 секунд байсан гэж тооцоолсон.
Фотосинтезийн аппаратын бүтэц, биохимийн зохион байгуулалт
Фотосинтезийн аппаратын бүтэц, функциональ зохион байгуулалтын талаархи орчин үеийн санаанууд нь пластидын химийн найрлага, тэдгээрийн бүтцийн зохион байгуулалтын онцлог, эдгээр органеллуудын биогенезийн физиологи, генетикийн зүй тогтол, тэдгээрийн харилцаатай холбоотой өргөн хүрээний асуудлыг багтаасан болно. эсийн бусад функциональ бүтэцтэй. Хуурай газрын ургамалд фотосинтезийн үйл ажиллагааны тусгай эрхтэн бол навч бөгөөд гэрлийн энергийг шингээх, химийн потенциал болгон хувиргахад шаардлагатай пигментүүд болон бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулсан тусгай эсийн бүтэц байрладаг навч юм. Навчнаас гадна үйл ажиллагааны идэвхтэй хлоропластууд нь ургамлын иш, иш, иш, чихний цавуу, тэр ч байтугай хэд хэдэн ургамлын гэрэлтсэн үндэст байдаг. Гэсэн хэдий ч навч нь урт хугацааны хувьслын явцад ногоон ургамлын үндсэн үүрэг болох фотосинтезийг гүйцэтгэх тусгай эрхтэн болж үүссэн навч байсан тул навчны анатоми, хлорофилл агуулсан эс, эд эсийн байршил, тэдгээрийн бусад хүмүүстэй харилцах харилцаа. Навчны морфемик бүтцийн элементүүд нь фотосинтезийн үйл явцын хамгийн үр дүнтэй үйл явцад захирагддаг бөгөөд тэдгээр нь хүрээлэн буй орчны стрессийн нөхцөлд хамгийн их хэмжээгээр өөрчлөгддөг.
Үүнтэй холбогдуулан фотосинтезийн аппаратын бүтэц, функциональ зохион байгуулалтын асуудлыг хоёр үндсэн түвшинд - фотосинтезийн бүхэл бүтэн механизм төвлөрдөг хлоропласт ба фотосинтезийн эрхтэн болох навчны түвшинд авч үзэхийг зөвлөж байна.
Навчны түвшинд фотосинтезийн аппаратын зохион байгуулалтыг түүний мезо бүтцийн шинжилгээнд үндэслэн авч үзэж болно. 1975 онд "мезо бүтэц" гэсэн ойлголтыг дэвшүүлсэн. Эдгээр органеллуудын биогенезийн химийн найрлага, бүтцийн зохион байгуулалт, физиологи, генетикийн шинж чанар, тэдгээрийн бусад функциональ бүтэцтэй харилцах харилцааны онцлог бүхий фотосинтезийн аппаратын бүтэц, функциональ шинж чанаруудын талаархи санаа бодлын дагуу фотосинтезийн үйл явцын тусгай эрхтэн юм. тусгай формацууд байрладаг навч - гэрлийг шингээх, химийн потенциал болгон хувиргахад шаардлагатай пигмент агуулсан хлоропластууд. Үүнээс гадна идэвхтэй хлоропласт нь чихний иш, саравч, цавуунд, тэр ч байтугай зарим ургамлын үндэсийн гэрэлтсэн хэсэгт байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь ногоон ургамлын үндсэн үүрэг болох фотосинтезийг гүйцэтгэх тусгай эрхтэн болж хувьслын явцад үүссэн навч юм.
Мезо бүтэц нь навч, хлоренхим, клесофиллийн фотосинтезийн аппаратын морфофизиологийн шинж чанарын тогтолцоог агуулдаг. Фотосинтезийн мезоструктурын үндсэн үзүүлэлтүүд
Мокроносовын хэлснээр: талбай, эсийн тоо, хлорофилл, уураг, эсийн хэмжээ, эс дэх хлоропластуудын тоо, хлоропластын хэмжээ, хлоропластын хөндлөн огтлолын талбай ба түүний гадаргуу. Олон төрлийн ургамлын фотосинтезийн аппаратын мезо бүтэц, функциональ үйл ажиллагаанд дүн шинжилгээ хийх нь судлагдсан параметрүүдийн хамгийн нийтлэг утгууд болон хувь хүний шинж чанарын өөрчлөлтийн хязгаарыг тодорхойлоход тусалдаг. Эдгээр өгөгдлүүдийн дагуу фотосинтезийн аппаратын мезо бүтцийн үндсэн үзүүлэлтүүд (Мокроносов, 19В1):
I - навчны талбай;
II - 1 см2 тутамд эсийн тоо,
III - 1 дм2 талбайд хлорофилл, 1 дм2 тутамд гол ферментүүд, эсийн эзэлхүүн, мянган микрон, эсийн хлоропластуудын тоо;
IV - хлоропластын хэмжээ, хлоропласт проекцын талбай, мкм2, хлоропласт гадаргуу, мкм2.
Өсөлт дууссан навчны хлоропластын дундаж тоо ихэвчлэн 10-30 хүрдэг, зарим зүйлд 400-аас давдаг. Энэ нь навчны 1 см2 талбайд олон сая хлоропласттай тэнцдэг. Хлоропластууд нь янз бүрийн эд эсийн эсэд 15-80 ширхэгээр төвлөрдөг. Хлоропластын дундаж хэмжээ нэг микрон2 байна. Ихэнх ургамалд бүх хлоропластуудын нийт хэмжээ 10-20%, модлог ургамалд эсийн эзэлхүүний 35% хүртэл байдаг. Хлоропластын нийт гадаргуугийн навчны талбайн харьцаа 3-8 хооронд байна. Нэг хлоропласт нь сүүдэрт дуртай зүйлүүдэд өөр өөр тооны хлорофилл молекул агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн тоо нэмэгддэг. Дээрх үзүүлэлтүүд нь ургамлын өсөлтийн физиологийн төлөв байдал, хүрээлэн буй орчны нөхцлөөс хамааран ихээхэн ялгаатай байж болно. А.Т.Мокроносовын хэлснээр навчны 50-80% -ийг арилгахад фотосинтезийн идэвхжил нь навчны бие даасан үйл ажиллагааг өөрчлөхгүйгээр эсийн доторх хлоропластуудын тоог нэмэгдүүлэх замаар хангадаг. өсөлт, дефолиацийн дараа фотосинтезийн өсөлт нь хлоропласт бүрийн тоог өөрчлөхгүйгээр идэвхжил нэмэгдсэнтэй холбоотой юм. Мезо бүтцийн дүн шинжилгээ нь гэрэлтүүлгийн нөхцөлд дасан зохицох нь навчны гэрэл шингээх шинж чанарыг оновчтой болгодог бүтцийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг болохыг харуулсан.
Хлоропластууд нь бусад эсийн органеллуудтай харьцуулахад дотоод мембраны бүтцийн хамгийн өндөр зохион байгуулалттай байдаг. Тэдний бүтцийн эрэмбийн түвшний хувьд хлоропластыг зөвхөн гэрлийн энергийг хувиргах үүргийг гүйцэтгэдэг торлог бүрхэвчийн рецептор эсүүдтэй харьцуулж болно. Хлоропластын дотоод бүтцийн зохион байгуулалтын өндөр түвшинг хэд хэдэн цэгээр тодорхойлно.
1) урвалын төвд цэнэгийг ялгах анхдагч үйлдлүүдийн үр дүнд үүссэн бууруулсан болон исэлдсэн гэрэл зургийн бүтээгдэхүүнийг орон зайд тусгаарлах хэрэгцээ;
2) хурдан урсдаг фотофизиологийн ба удаан ферментийн урвалууд хосолсон урвалын төвийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хатуу дарааллыг хангах хэрэгцээ: фото өдөөгдсөн пигмент молекулын энергийг хувиргах нь түүний химийн энерги хүлээн авагчтай холбоотой тодорхой чиглэлийг шаарддаг. пигмент ба хүлээн авагч нь бие биентэйгээ харьцуулахад хатуу чиглэгдсэн тодорхой бүтэцтэй байхыг таамаглаж байна;
3) электрон тээвэрлэх гинжин хэлхээний орон зайн зохион байгуулалт нь электрон ба протоныг хурдан, зохицуулалттай тээвэрлэх боломжийг хангах мембран дахь тээвэрлэгчдийн тууштай, хатуу чиг баримжаатай зохион байгуулалтыг шаарддаг;
4) электрон тээвэрлэлт ба ATP синтезийг хослуулахын тулд хлоропластын тодорхой зохион байгуулалттай систем шаардлагатай.
Эрчим хүчний үйл явцын бүтцийн үндэс болох липопротейн мембран нь хувьслын хамгийн эхний үе шатанд үүсдэг бөгөөд энэ нь мембраны липидийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох фосфолипидууд нь тодорхой биологийн нөхцөлд үүссэн болохыг харуулж байна. Липидийн цогцолбор үүсэх нь тэдгээрт янз бүрийн нэгдлүүдийг оруулах боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь эдгээр бүтцийн үндсэн катализаторын үйл ажиллагааны үндэс болсон бололтой.
Сүүлийн жилүүдэд хийгдсэн электрон микроскопийн судалгаагаар хувьслын хамгийн доод үе шатанд байгаа организмын зохион байгуулалттай мембран бүтцийг илрүүлсэн. Зарим нянгийн хувьд нягт савласан органеллуудын эсийн мембраны фотосинтезийн бүтэц нь эсийн захын дагуу байрладаг бөгөөд цитоплазмын мембрантай холбоотой байдаг; Нэмж дурдахад, ногоон замагны эсүүдэд фотосинтезийн үйл явц нь эсийн захын хэсэгт байрлах тилакоид бүхий давхар хаалттай мембраны системтэй холбоотой байдаг. Энэ бүлгийн фотосинтезийн организмд хлорофилл анх удаа гарч ирдэг бөгөөд криптофит замагт тусгай эрхтэнүүд - хлоропластууд үүсдэг. Эдгээр нь нэгээс хэд хэдэн тилакоид агуулсан хоёр хлоропласт агуулдаг. Фотосинтезийн аппаратын ижил төстэй бүтэц нь замагны бусад бүлгүүдэд тохиолддог: улаан, хүрэн гэх мэт Хувьслын явцад фотосинтезийн үйл явцын мембран бүтэц илүү төвөгтэй болдог.
Хлоропластын микроскопийн судалгаа ба криоскопийн аргууд нь хлоропластуудын гурван хэмжээст зохион байгуулалтын орон зайн загварыг гаргах боломжийг олгосон. Хамгийн алдартай нь Ж.Хеслоп-Харрисоны (1964) мөхлөгт торны загвар юм.
Тиймээс фотосинтез нь гэрлийн энергийг фотосинтезийн организмууд өөрсдөө болон органик бодисыг бие даан нийлэгжүүлэх чадваргүй бусад организмын амьдралд шаардлагатай органик бодисын химийн холбооны энерги болгон хувиргах нарийн төвөгтэй үйл явц юм.
Фотосинтезийн асуудлыг судлах нь ерөнхий биологийн асуудлуудаас гадна практик ач холбогдолтой юм. Ялангуяа хоол тэжээлийн асуудал, сансрын судалгааны амьдралыг дэмжих системийг бий болгох, фотосинтезийн организмуудыг ашиглан янз бүрийн биотехникийн төхөөрөмж бий болгох зэрэг нь фотосинтезтэй шууд холбоотой.
Лавлагаа
1. Д.Халл, К.Рао “Фотосинтез”. М., 1983
2. Мокроносов А.Г. "Фотосинтезийн урвал ба ургамлын организмын бүрэн бүтэн байдал." М., 1983
3. Мокроносов А.Г., Гавриленко В.Ф. “Фотосинтез: физиологи, экологи, биохимийн тал” М., 1992 он.
4. “Фотосинтезийн физиологи”, ред. Ничипорович А.А., М., 1982
5. Орой A.S. "Ургамлын пластид"
6. Виноградов А.П. "Хүчилтөрөгчийн изотоп ба фотосинтез"
7. Годнев Т.Н. "Хлорофилл ба түүний бүтэц."
8. Гуринович Г.П., Севченко А.Н., Соловьев К.Н. "Хлорофилл спектроскопи"
9. Красновский А.А. "Фотосинтезийн үед гэрлийн энергийг хувиргах"
Фотосинтез Энэ нь гэрлийн энергийг химийн холболтын энерги болгон хувиргах замаар органик бус нэгдлүүдээс органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэх үйл явц юм. Фототрофийн организмд ногоон ургамал, зарим прокариотууд - цианобактери, нил ягаан, ногоон хүхрийн бактери, ургамлын тугнууд орно.
Фотосинтезийн үйл явцын судалгаа 18-р зууны хоёрдугаар хагаст эхэлсэн. Ногоон ургамлын сансар огторгуйн үүргийн тухай сургаалыг нотолсон Оросын нэрт эрдэмтэн К.А.Тимирязев нэгэн чухал нээлт хийжээ. Ургамал нарны гэрлийг шингээж, гэрлийн энергийг тэдгээрийн нийлэгжүүлсэн органик нэгдлүүдийн химийн холбооны энерги болгон хувиргадаг. Тиймээс тэд дэлхий дээрх амьдралыг хадгалах, хөгжүүлэхийг баталгаажуулдаг. Эрдэмтэн мөн фотосинтезийн явцад гэрлийг шингээхэд хлорофилл ямар үүрэгтэйг онолын хувьд үндэслэлтэй, туршилтаар нотолсон.
Хлорофилл нь фотосинтезийн гол пигмент юм. Эдгээр нь гемоглобинтой төстэй бүтэцтэй боловч төмрийн оронд магни агуулдаг. Төмрийн агууламж нь хлорофилл молекулуудын нийлэгжилтийг хангахад зайлшгүй шаардлагатай. Химийн бүтцээрээ ялгаатай хэд хэдэн хлорофилл байдаг. Бүх фототрофуудад заавал байх ёстой хлорофилл a . Хлорофиллб ногоон ургамлаас олддог хлорофилл в – диатом ба бор замагт. Хлорофилл г улаан замагны шинж чанар.
Ногоон ба нил ягаан өнгийн фотосинтезийн бактери нь онцгой шинж чанартай байдаг бактериохлорофилл . Бактерийн фотосинтез нь ургамлын фотосинтезтэй ижил төстэй зүйл юм. Энэ нь бактерийн хувьд устөрөгчийн донор нь устөрөгчийн сульфид, ургамалд ус байдаг гэдгээрээ ялгаатай. Ногоон ба нил ягаан өнгийн бактериудад фотосистем II байдаггүй. Бактерийн фотосинтез нь хүчилтөрөгч ялгаруулдаггүй. Бактерийн фотосинтезийн ерөнхий тэгшитгэл нь:
6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.
Фотосинтез нь исэлдэлтийн процесс дээр суурилдаг. Энэ нь электрон-донорыг хангадаг нэгдлээс электроныг хүлээн авдаг нэгдлүүд болох хүлээн авагчид шилжүүлэхтэй холбоотой юм. Гэрлийн энерги нь нийлэгжсэн органик нэгдлүүдийн (нүүрс ус) энерги болж хувирдаг.
Хлоропластын мембран дээр тусгай бүтэц байдаг - урвалын төвүүд хлорофилл агуулсан. Ногоон ургамал, цианобактерид хоёр байдаг фотосистемүүд – эхлээд (би) Тэгээд хоёр дахь (II) , өөр өөр урвалын төвүүдтэй бөгөөд электрон дамжуулах системээр дамжуулан хоорондоо холбогддог.
Фотосинтезийн хоёр үе шат
Фотосинтезийн үйл явц нь гэрэл ба харанхуй гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ.
Тусгай бүтцийн мембран дахь митохондрийн дотоод мембран дээр гэрэл байгаа тохиолдолд л тохиолддог - тилакоидууд . Фотосинтетик пигментүүд нь гэрлийн квантуудыг (фотон) авдаг. Энэ нь хлорофилл молекулын аль нэг электроныг "өдөөхөд" хүргэдэг. Тээвэрлэгч молекулуудын тусламжтайгаар электрон нь тилакоидын мембраны гаднах гадаргуу руу шилжиж, тодорхой боломжит энергийг олж авдаг.
Энэ электрон дотор фотосистем I энергийн төвшиндөө эргэн орж, түүнийгээ сэргээж чадна. Мөн NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) халдвар дамжих боломжтой. Устөрөгчийн ионуудтай харилцан үйлчлэлцсэнээр электронууд энэ нэгдлийг сэргээдэг. Багасгасан NADP (NADP H) нь агаар мандлын CO 2-ыг глюкоз болгон бууруулахын тулд устөрөгчөөр хангадаг.
Үүнтэй ижил төстэй үйл явцууд тохиолддог фотосистем II . Өдөөгдсөн электронуудыг I фотосистемд шилжүүлж, сэргээж болно. Фотосистем II-ийн сэргэлт нь усны молекулуудаар хангагдсан электронуудын улмаас үүсдэг. Усны молекулууд хуваагдана (усны фотолиз) агаар мандалд ялгардаг устөрөгчийн протон ба молекулын хүчилтөрөгч болгон хувиргадаг. Электронууд нь II фотосистемийг сэргээхэд ашиглагддаг. Усны фотолизийн тэгшитгэл:
2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.
Тилакоид мембраны гаднах гадаргуугаас электронууд өмнөх энергийн түвшинд буцаж ирэхэд энерги ялгардаг. Энэ нь фотосистемийн аль алинд нь урвалын явцад нийлэгждэг ATP молекулуудын химийн холбоо хэлбэрээр хадгалагддаг. ADP ба фосфорын хүчилтэй ATP нийлэгжих процессыг нэрлэдэг фотофосфоржилт . Зарим энерги нь усыг ууршуулахад зарцуулагддаг.
Фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд эрчим хүчээр баялаг нэгдлүүд үүсдэг: ATP ба NADP H. Усны молекулуудын задралын (фотолиз) үед молекулын хүчилтөрөгч агаар мандалд гардаг.
Урвал нь хлоропластуудын дотоод орчинд явагддаг. Тэд гэрлийн дэргэд болон гэрэлгүйгээр хоёуланд нь тохиолдож болно. Гэрлийн үе шатанд үүссэн энергийг ашиглан органик бодисыг нэгтгэдэг (C0 2 глюкоз болгон бууруулна).
Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бууруулах үйл явц нь мөчлөгтэй бөгөөд үүнийг нэрлэдэг Калвины мөчлөг . Энэхүү мөчлөгт үйл явцыг нээсэн Америкийн судлаач М.Калвины нэрээр нэрлэгдсэн.
Цикл нь агаар мандлын нүүрстөрөгчийн давхар ислийг рибулоз бифосфаттай урвалд оруулснаар эхэлдэг. Уг процессыг ферментээр катализатор хийдэг карбоксилаза . Рибулоз бифосфат нь хоёр фосфорын хүчлийн нэгжтэй хосолсон таван нүүрстөрөгчийн элсэн чихэр юм. Хэд хэдэн химийн өөрчлөлтүүд тохиолддог бөгөөд тэдгээр нь тус бүрийг өөрийн тусгай ферментээр катализатор болгодог. Фотосинтезийн эцсийн бүтээгдэхүүн хэрхэн үүсдэг вэ? глюкоз , мөн рибулоз бифосфат нь мөн буурдаг.
Фотосинтезийн үйл явцын ерөнхий тэгшитгэл нь:
6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2
Фотосинтезийн үйл явцын ачаар нарны гэрлийн энерги шингэж, нийлэгжсэн нүүрс усны химийн холбооны энерги болж хувирдаг. Эрчим хүч нь хүнсний гинжин хэлхээгээр гетеротроф организмд дамждаг. Фотосинтезийн явцад нүүрстөрөгчийн давхар исэл шингэж, хүчилтөрөгч ялгардаг. Агаар мандлын бүх хүчилтөрөгч нь фотосинтезийн гаралтай. Жилд 200 тэрбум тонн чөлөөт хүчилтөрөгч ялгардаг. Хүчилтөрөгч нь агаар мандалд озоны бамбай үүсгэснээр дэлхий дээрх амьдралыг хэт ягаан туяанаас хамгаалдаг.
Нарны энергийн зөвхөн 1-2% нь нийлэгжсэн органик бодис болж хувирдаг тул фотосинтезийн үйл явц үр дүнгүй байдаг. Энэ нь ургамал гэрлийг хангалттай шингээдэггүй, нэг хэсэг нь агаар мандалд шингэдэг гэх мэттэй холбоотой.Нарны гэрлийн ихэнх хэсэг нь дэлхийн гадаргуугаас сансарт буцаж тусдаг.
Фотосинтез бол биосферийн цорын ганц процесс бөгөөд гадны эх үүсвэрээс болж чөлөөт энергийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Фотосинтезийн бүтээгдэхүүнд хуримтлагдсан энерги нь хүн төрөлхтний эрчим хүчний гол эх үүсвэр юм.
Жил бүр фотосинтезийн үр дүнд дэлхий дээр 150 тэрбум тонн органик бодис үүсч, 200 орчим сая тонн чөлөөт хүчилтөрөгч ялгардаг.
Фотосинтезд оролцдог хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч болон бусад элементүүдийн мөчлөг нь дэлхий дээрх амьдралд шаардлагатай агаар мандлын одоогийн найрлагыг хадгалж байдаг. Фотосинтез нь CO2-ийн концентрацийг нэмэгдүүлэхээс сэргийлж, "хүлэмжийн нөлөө" гэж нэрлэгддэг дэлхийн хэт халалтаас сэргийлдэг.
Ногоон ургамлууд нь бусад бүх гетеротроф организмын шууд болон шууд бус хоол тэжээлийн үндэс болдог тул фотосинтез нь манай гараг дээрх бүх амьд биетүүдийн хүнсний хэрэгцээг хангадаг. Энэ нь хөдөө аж ахуй, ойн аж ахуйн хамгийн чухал үндэс суурь юм. Үүнд нөлөөлөх боломж хараахан болоогүй ч тодорхой хэмжээгээр ашиглагдсаар байна. Агаар дахь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн агууламжийг 0.1% (байгалийн агаар мандалд 0.3% -тай харьцуулахад) нэмэгдүүлснээр өргөст хэмх, улаан лоолийн ургацыг гурав дахин нэмэгдүүлэх боломжтой байв.
Навчны гадаргуугийн квадрат метр нь нэг цагийн дотор нэг грамм элсэн чихэр үүсгэдэг; Энэ нь бүх үйлдвэрүүд ойролцоогоор тооцоогоор жилд 100-200 тэрбум тонн С-ыг агаар мандлаас зайлуулдаг гэсэн үг юм. Үүний 60 орчим хувийг ой мод шингээж, газрын гадаргуугийн 30 хувийг мөсөөр хучигдаагүй, 32 хувийг тариалангийн талбай, үлдсэн 8 хувийг тал хээр, цөл, хот, суурин газрын ургамал эзэлдэг.
Ногоон ургамал нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ашиглаж, элсэн чихэр үүсгэх чадвартай төдийгүй азотын нэгдэл, хүхрийн нэгдлүүдийг бие махбодийг бүрдүүлдэг бодис болгон хувиргах чадвартай. Үндэс системээр дамжуулан ургамал хөрсний усанд ууссан нитратын ионуудыг хүлээн авч, эсүүддээ бүх уургийн нэгдлүүдийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох амин хүчил болгон боловсруулдаг. Өөх тосны бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь бодисын солилцоо, эрчим хүчний үйл явцын явцад үүссэн нэгдлүүдээс үүсдэг. Өөх тосны хүчил ба глицерин нь өөх тос, тосыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь гол төлөв ургамлын нөөц бодис болдог. Бүх ургамлын 80 орчим хувь нь өөх тос агуулдаг бөгөөд эрчим хүчээр баялаг нөөц юм. Хөдөө аж ахуй, хүнсний үйлдвэрт үр, өөх тос, тосны үйлдвэрлэл чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Фотосинтезийн хамгийн анхдагч хэлбэрийг натрийн хлоридын агууламж өндөртэй (30% хүртэл) орчинд амьдардаг галобактерууд гүйцэтгэдэг. Фотосинтез хийх чадвартай хамгийн энгийн организмууд нь нил ягаан, ногоон хүхрийн бактери, мөн нил ягаан өнгийн хүхэргүй бактери юм. Эдгээр организмын фотосинтезийн аппарат нь ургамлынхаас хамаагүй хялбар (зөвхөн нэг фотосистем); Үүнээс гадна тэд электроны эх үүсвэр болох ус биш харин хүхрийн нэгдлүүдийг ашигладаг тул хүчилтөрөгч ялгаруулдаггүй. Энэ төрлийн фотосинтезийг бактери гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч цианобактери (усны задрал, хүчилтөрөгч ялгаруулах чадвартай прокариотууд) нь фотосинтезийн аппаратын илүү нарийн зохион байгуулалттай байдаг - хоёр коньюгат ажилладаг фотосистем. Ургамлын хувьд фотосинтезийн урвалыг тусгай эсийн органелл - хлоропласт хийдэг.
Бүх ургамал (замаг, хөвдөөс орчин үеийн гимносперм ба ангиосперм хүртэл) фотосинтезийн аппаратын бүтэц, үйл ажиллагааны зохион байгуулалтад нийтлэг шинж чанартай байдаг. Хлоропласт нь бусад пластидын нэгэн адил зөвхөн ургамлын эсэд байдаг. Тэдний гаднах мембран нь гөлгөр, дотоод хэсэг нь олон тооны атираа үүсгэдэг. Тэдгээрийн хооронд грана гэж нэрлэгддэг холбогдох бөмбөлөгүүд байдаг. Эдгээр нь фотосинтезийн үйл явцад гол үүрэг гүйцэтгэдэг ногоон пигмент болох хлорофилийн үр тариа агуулдаг. ATP нь хлоропластуудад үүсдэг ба уургийн нийлэгжилт бас явагддаг. Фотосинтетик пигментүүд:
Фотосинтезийн явцад гэрлийн квантуудыг шингээдэг гол пигментүүд нь хлорофилл, Mg-порфирины шинж чанартай пигментүүд юм. Химийн бүтцээрээ ялгаатай хлорофиллуудын хэд хэдэн хэлбэрийг олж илрүүлсэн. Төрөл бүрийн хэлбэрийн хлорофиллуудын шингээлтийн спектр нь спектрийн харагдахуйц, хэт ягаан туяа, хэт улаан туяаны ойролцоох бүс нутгийг хамардаг (өндөр ургамалд 350-аас 700 нм, бактериудад 350-аас 900 нм хүртэл). Хлорофилл бол гол пигмент бөгөөд хүчилтөрөгч ялгаруулах замаар хүчилтөрөгч, өөрөөр хэлбэл фотосинтез хийдэг бүх организмын онцлог шинж юм. Ногоон ба эвглений замаг, хөвд, судасны ургамалд хлорофиллоос гадна хлорофилл б агуулагддаг бөгөөд түүний агууламж нь хлорофилл а-ийн 1/4-1/5 хувийг эзэлдэг. Энэ нь гэрлийн шингээлтийн спектрийг өргөтгөх нэмэлт пигмент юм. Зарим бүлэг замагт, голчлон бор, диатомт хлорофилл с нь нэмэлт пигментийн үүрэг гүйцэтгэдэг, улаан замагт хлорофилл г. Нил ягаан өнгийн бактери нь бактериохлорофилл a, b агуулдаг бол ногоон хүхрийн бактери нь бактериохлорофилл а-тай хамт бактериохлорофилл в, d агуулдаг. Бусад дагалдах пигментүүд нь гэрлийн энергийг шингээхэд оролцдог - фотосинтезийн эукариот дахь каротиноидууд (полиизопреноид шинж чанартай пигментүүд), цианобактери ба улаан замаг дахь фикобилин (нээлттэй тетрапиррол бүтэцтэй пигментүүд). Галобактерийн хувьд сийвэнгийн мембранаас олддог цорын ганц пигмент нь бактериорходопсин хэмээх нарийн төвөгтэй уураг бөгөөд химийн бүтэц нь нүдний торлог бүрхэвчийн харааны пигмент болох родопсинтай төстэй юм.
Эсийн дотор хлорофилл молекулууд нь янз бүрийн нэгтгэсэн (холбогдсон) төлөвт оршдог бөгөөд пигмент-липопротейн цогцолбор үүсгэдэг бөгөөд гэрлийн квантыг шингээх, энерги дамжуулах үйл явцад оролцдог бусад пигментүүдийн хамт фотосинтезийн (тилакоид) мембраны уурагтай холбоотой байдаг. , гэрэл хураах гэж нэрлэгддэг хлорофилл-уургийн цогцолборыг үүсгэдэг. Молекулуудын нэгдэл, нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр пигментүүдийн шингээлтийн дээд хэмжээ нь спектрийн урт долгионы бүс рүү шилждэг. Гэрлийн энергийг шингээхэд гол үүрэг нь эрчим хүчний шилжилт хөдөлгөөнд оролцдог богино долгионы хэлбэрүүд юм. Эсэд спектрийн хувьд ижил төстэй пигмент хэлбэрүүд байгаа нь эрчим хүчний урхи гэж нэрлэгддэг пигментүүдийн хамгийн урт долгионы хэлбэрүүд байрладаг урвалын фотохимийн төвүүдэд эрчим хүчний шилжилт хөдөлгөөнийг өндөр үр ашигтай болгодог.
Фотосинтезийн үйл явц нь гэрэл (фотохимийн) ба харанхуй (бодисын солилцоо) гэсэн хоёр дараалсан, харилцан уялдаатай үе шатуудаас бүрдэнэ.
Фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд гурван процесс явагдана.
- 1. Усны задралын улмаас хүчилтөрөгч үүсэх. Энэ нь агаар мандалд ялгардаг.
- 2. ATP синтез.
- 3. Нүүрс ус үүсэхэд оролцдог устөрөгчийн атом үүсэх.
Фотосинтезийн харанхуй үе шатанд дараахь үйл явц явагдана.
- 1. Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хувиргах.
- 2. Глюкоз үүсэх.
Фотосинтез нь исэлдэлтийн процесс дээр суурилдаг бөгөөд үүний үр дүнд хүчилтөрөгч (O2), мөн моносахаридууд (глюкоз гэх мэт) үүсдэг бөгөөд тэдгээрийг цардуул болгон хувиргаж, ургамалд хадгалдаг. Фотосинтезийн явцад бусад органик нэгдлүүдийн мономерууд - өөх тосны хүчил, глицерин, амин хүчил зэрэг нийлэгждэг. Фотосинтезийн утга:
- 1. Нарны чөлөөт энергийг гетеротроф организмын хоол болох органик бодис үүсгэх замаар шингээх, хувиргах.
- 2. Бүх амьд организмын амьсгалахад шаардлагатай чөлөөт хүчилтөрөгчийг агаар мандалд гаргах.
- 3. Амьд организмд хортой нөлөө үзүүлдэг агаар мандлын агаараас нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээх.
- 4. Дэлхий дээрх бүх организмыг нарны гэрлийн энергиэс хувиргасан химийн эрчим хүчээр хангах.
Ногоон ургамал нь сансар огторгуйн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд дэлхий ба нарны амьдрал хоёрын хооронд зуучлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Ургамал нарны цацрагийн энергийг авдаг бөгөөд үүний ачаар манай гараг дээрх бүх амьдрал оршин байдаг. Агуу, сансар огторгуйн хэмжээнд явагдсан фотосинтезийн үйл явц нь манай гаригийн нүүр царайг эрс өөрчилсөн. Фотосинтезийн ачаар нарны энерги огторгуйд бүрэн тархдаггүй, харин органик бодисын химийн энерги хэлбэрээр хадгалагддаг. Ногоон ургамал нь фотосинтезийн явцад хүчилтөрөгч ялгаруулах чадвартай тул агаарт хүчилтөрөгчийн тогтмол хувийг хадгалж байдаг. Байгальд ногоон ургамлаас өөр чөлөөт хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр байдаггүй. Фотосинтезийн бүх организмд фотосинтезийн гэрлийн үе шатны фотохимийн процессууд нь thylakoid мембран гэж нэрлэгддэг тусгай энерги хувиргах мембрануудад явагддаг бөгөөд электрон тээвэрлэх гинжин хэлхээнд зохион байгуулагддаг. Фотосинтезийн харанхуй урвал нь тилакоидын мембраны гадна (прокариотуудын цитоплазм, ургамлын хлоропласт стромд) явагддаг. Тиймээс фотосинтезийн гэрэл ба харанхуй үе шатууд нь орон зай, цаг хугацааны хувьд хуваагддаг.
Фотосинтез нь нарны энергийн хуримтлалтай холбоотой биосфер дахь цорын ганц ногоон ургамлын амьдралын үйл явц юм. Үүний ач холбогдол нь дэлхий дээрх амьдралыг олон янзаар хангахад оршдог.
Биомасс үүсэх
Амьд биетүүд - ургамал, мөөгөнцөр, бактери, амьтад нь органик бодисуудаас бүрддэг. Органик бодисын бүх масс нь эхлээд автотроф организм - ургамал, зарим бактериудад тохиолддог фотосинтезийн явцад үүсдэг.
Цагаан будаа. 1. Авто ба гетеротроф организмууд.
Ургамлыг хүнсэндээ хэрэглэдэг гетеротроф организмууд гарагийн нийт биомассыг нэмэгдүүлэхгүйгээр зөвхөн органик бодисыг өөрчилдөг. Фотосинтезийн өвөрмөц чанар нь органик бодисуудын нийлэгжилтийн явцад нарны энерги нь тэдгээрийн химийн холбоонд хуримтлагддагт оршино. Үнэн хэрэгтээ фотосинтезийн организм нарны энергийг дэлхийтэй "уядаг".
Амьдралын дэмжлэг
Фотосинтез нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл, уснаас органик бодисыг байнга гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь төрөл бүрийн амьтан, хүмүүсийн хоол хүнс, амьдрах орчныг бүрдүүлдэг.
Амьд организмын амьдралд хэрэглэгдэж буй бүх энерги нь эхлээд нарны энерги юм. Фотосинтез нь энэ энергийг дэлхий дээр тогтоож, дэлхийн бүх оршин суугчдад дамжуулдаг.
Фотосинтезийн явцад хуримтлагдсан бодис, энергийг хүмүүс өргөнөөр ашигладаг.
ТОП 3 нийтлэлүүнтэй хамт уншиж байгаа хүмүүс
- чулуужсан эрчим хүчний нөөц;
- мод;
- зэрлэг ургамлыг түүхий эд, гоо зүйн нөөц болгон;
- хүнсний болон техникийн ургамал тариалалтын бүтээгдэхүүн.
1 га ой, цэцэрлэгт хүрээлэн зуны улиралд 1 цагт 8 кг нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээдэг. Энэ мөнгийг хоёр зуун хүнд нэгэн зэрэг хуваарилдаг.
Агаар мандал
Фотосинтезийн үйл явцын улмаас агаар мандлын найрлага яг өөрчлөгдсөн. Хүчилтөрөгчийн хэмжээ аажмаар нэмэгдэж, организмын оршин тогтнох чадварыг нэмэгдүүлэв. Эхэндээ хүчилтөрөгч үүсэх анхны үүрэг нь ногоон замаг, одоо ой мод юм.
Цагаан будаа. 2. Хувьслын явцад агаар мандал дахь O₂ агууламжийн өөрчлөлтийн график.
Агаар мандалд хүчилтөрөгчийн агууламж нэмэгдэж байгаагийн нэг үр дагавар нь амьд организмыг нарны хортой цацрагаас хамгаалдаг озоны давхарга үүсэх явдал юм.
Озоны давхарга үүссэний дараа газар дээр амьдрал бий болсон гэж үздэг.
Фотосинтез нь дэлхий дээрх амьдралыг хөгжүүлэх үндсэн эх сурвалж, хүчин зүйл юм.
Орчин үеийн үе шатанд фотосинтезийн ач холбогдол шинэ талыг олж авав. Фотосинтез нь тээвэр, аж үйлдвэрт түлшний шаталтаас болж агаар дахь CO₂-ийн концентраци нэмэгдэхэд саад болдог. Энэ нь хүлэмжийн үр нөлөөг бууруулдаг. Фотосинтезийн эрчим нь CO₂-ийн концентрацийг тодорхой хязгаар хүртэл нэмэгдүүлэхэд нэмэгддэг.
Цагаан будаа. 3. Агаар дахь CO₂-ийн агууламжаас хамаарч фотосинтезийн график.
