Фотосинтез у растений-это процесс, в котором энергия света преобразуется в химическую энергию органических соединений и сахаров. Процесс содержит химические реакции для которых требуется углекислый газ (CO2) и вода (H2O), а также запас химической энергии в виде сахара.
Кислород выделяется в атмосферу, которая является побочным продуктом фотосинтеза у растений, таким образом, образуя уравнение при наличии световой энергии:
6CO2 + 6CH2O > 6(CH2O) + 6O2
или 6CO2 + 6H2O — — — — — — > C6H12O6 + 6O2
где: CO2 = углекислый газ
H2O — вода
C6H12O6 — глюкоза
O2 — кислород
Солнце является основным источником световой энергии для Земли. Оно излучает электромагнитное излучение в широком спектре, от очень коротких до длинных волн. Видимая часть солнечный света является наиболее эффективной для фотосинтеза.
Фотосинтез у растений очень важен в жизни для всех живых существ, потому что животные и растения синтезируют жиры и белки из углеводов. Таким образом, глюкоза является основным источником энергии для всех живых организмов. Кислород, выделяемый с водяным паром при транспирации в качестве побочного продукта фотосинтеза, обеспечивает большую часть атмосферного кислорода, жизненно важного для дыхания растений и животных, а животные, в свою очередь, производят углекислый газ, необходимый растениям.
Жизнь на земле была бы невозможна без фотосинтеза. Каждый атом кислорода в воздухе, которым мы дышим, когда -то был частью молекулы воды, освобожденной в результате фотосинтеза.
Энергия, выделяемая при сжигании угля, дров, бензина и природного газа, а также при сжигании нашим организмом всей пищи, которую мы едим, — все, прямо или косвенно, было захвачено из солнечного света фотосинтезом. Жизнь питается солнечным светом. Энергия, используемая большинством живых клеток, в конечном счете поступает от Солнца, улавливается растениями, водорослями и бактериями в процессе фотосинтеза. Разнообразие жизни возможно только потому, что наша планета переполнена энергией, текущей на Землю от Солнца.
Каждый день лучистая энергия, достигающая земли, эквивалентна энергии 1 миллиону атомных бомб сброшенных американцами на японский город Хиросиму.
Фотосинтез у растений захватывает около 1% этого огромного запаса энергии, используя его для обеспечения ресурсов, которые движут всей жизнью. Фотосинтетические организмы-это те, которые могут брать простые молекулы из окружающей среды, такие как углекислый газ (CO2) и вода (H2O), и, используя энергию Солнца, создавать свои собственные биологические макромолекулы, такие как углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты.
Таким образом, фотосинтез можно считать основным источником жизни почти для всех растений и животных, обеспечивая источник энергии, который управляет всеми их метаболическими процессами.
Фотосинтез переносит электроны из воды в низкоэнергетические молекулы CO2, образуя таким образом богатые энергией молекулы сахара.
Факторы фотосинтеза
Факторами от которых зависит скорость фотосинтеза:
- интенсивность и качество света;
- температура;
- продолжительность воздействия солнечного света.
Эти аспекты солнечного излучения больше всего влияют на фотосинтез.
Интенсивность света
Скорость фотосинтеза линейно возрастает с увеличением интенсивности света. Однако слишком большая интенсивность света может повредить хлоропласты.
Интенсивность солнечного излучения-это количество, которое падает на данную область в единицу времени. Калории на квадратный сантиметр в минуту (кал/см2/мин) когда-то были популярными единицами измерения, но ватты на квадратный метр (Вт/м2 ) или килоджоули на гектар (кДж/га) являются метрическими альтернативами.
Среднегодовая солнечная радиация на горизонтальной поверхности Земли колеблется от около 800 кДж/га в субтропических пустынях и менее 300 кДж/га в полярных регионах. Экваториальные регионы получают меньше энергии, чем субтропики, потому что они более облачные. Типичным является значение 700 кДж/га.
Скорость фотосинтеза может измеряться количеством глюкозы, вырабатываемой растением с течением времени. В процессе фотосинтеза, когда на растение влияет более одного фактора, наиболее близкого к его минимальному значению. Поэтому всякий раз, когда есть низкое предложение в одном из факторов, этот конкретный фактор будет ограничивающим. Однако изменение предельного фактора увеличивает или уменьшает скорость фотосинтеза, более того, изменение двух других факторов не будет иметь никакого эффекта.
Качество солнечного излучения
Качество солнечного излучения-это его состав по длине волны. Солнечное излучение варьируется от места к месту в зависимости от состава атмосферы, так как различные компоненты отфильтровывают определенные части электромагнитного спектра. Наука биогеография занимается изучением всех этих вопросов.
В тропиках примерно в два раза больше ультрафиолетового света который достигает земли, также больше ультрафиолетового света на высоте 2500 м, чем на уровне моря. Действительно, ультрафиолетовое излучение сильнее в горах – поэтому неосторожные люди могут неожиданно получить солнечные ожоги на горнолыжных курортах.
Положительный гелиотропизм (рост к Солнцу) — это один из способов, с помощью которого растения могут справиться с ограниченным освещением.
Особенно гелиотропизм распространен в арктических и альпийских цветах. Так цветы Дриады или Куропаточьей травы и арктического мака Полярного отслеживают Солнце, вращающееся со скоростью около 15° дуги в час. Их венчики пытаются поймать излучение Солнца на их репродуктивные части.
Цветы альпийского снежного лютика отслеживают движение Солнца с раннего утра до середины дня. Цветы лютика, выровненные параллельно солнечным лучам, достигают средней внутренней температуры на несколько градусов выше окружающего воздуха.
Температура
Чем выше температура, тем выше скорость фотосинтеза у растений. Однако, выше 40 градусов С скорость замедляется из-за ферментов, участвующих в фотосинтезе у растений. Фотопериод относится к сезонным колебаниям продолжительность дня и ночи.
Вообще говоря, среднегодовые температуры самые высокие на экваторе и самые низкие на полюсах. Температура также снижается с увеличением высоты. Среднегодовой диапазон и перепад температур является важным фактором роста. Он самый высокий в глубине континентальных районов высоких широт и самый низкий над океанами, особенно тропическими. В северо-восточной Сибири годовой перепад температур 60° C не является редкостью, в то время как перепад над экваториальными океанами составляет менее 3° C. На суше, прилегающей к океанам, особенно на западном побережье континентов, ежегодно диапазон перепада температур около отметки 11ºC. Эти большие различия в годовом диапазоне температур отражают различия в континентальности (или океаничности) – зимние температуры в местах вблизи океанов будут менее холодными.
Многие аспекты температуры влияют на фотосинтез у растений, включая ежедневные, месячные и годовые экстремальные и средние температуры, а также уровень изменчивости.
Различные аспекты и влияние температуры на растения имеют отношение к различным видам и обычно варьируются в зависимости от времени года и стадии жизненного цикла организма.
Продолжительность
Чрезвычайно важны суточные и сезонные ритмы которые влияют на размножение, рост, цветение и т. д. для многих организмов. Растения приспособились к определенной интенсивности солнечного света. Так Дурнишник обыкновенный, широко распространенный сорняк во многих частях мира, цветет весной когда дни становятся длиннее. Но, Земляничник обыкновенный или Арбутус цветет осенью по мере увеличения продолжительности ночи. Дневно-нейтральные растения цветут после периода вегетативного роста, независимо от фотопериода. В высокой Арктике рост растений растягивается на несколько коротких месяцев тепла и света.
Помимо этих трех факторов, существует еще несколько, таких как наличие воды, загрязнение и концентрация хлорофилла.
Деление растений по типу питания
Существуют и другие типы растений которые питаются не только с помощью фотосинтеза.
Автотрофы-это самопроизводители, они питаются и получают энергию из неживых источников, таких как солнце и углекислый газ. Их называют продуцентами из-за их способности обеспечивать энергией и источником пищи все гетеротрофные организмы, примеры автотрофов (растения, бактерии водорослей).
Гетеротрофы зависят от других живых организмов они питаются другими, чтобы выжить, поэтому их называют потребителями, поскольку они не могут производить или создавать свою собственную пищу.
Гелиофиты-это растения, которые лучше всего растут в условиях высокой интенсивности света (полного солнечного света).
Сциофиты-это растения адаптированы к условиям низкой интенсивности света (тени).
Растения “питаются” из вещества света – они синтезируются с помощью фотонов, так мы обычно говорим. Но как думать о таком “питании” или таком “метаболизме”?
Растения являются растениями, потому что и в той мере, в какой они фотосинтезируют. Растительная природа может быть отделена от фотосинтеза так же мало или так же сильно, как человеческая природа может быть отделена от мысли/интеллекта. Можно ли что — то сделать из этой аналогии между фотосинтезом и интеллектом?
Вывод
Фотосинтез-это процесс, с помощью которого зеленые растения и некоторые другие организмы используют солнечный свет для синтеза пищи из углекислого газа и воды. Фотосинтез в растениях обычно включает зеленый пигмент хлорофилл и генерирует кислород в качестве побочного продукта.
