A fotoszintézis és a sejtlégzés folyamata. Fotoszintézis és légzés vagy yin-yang a növények életéből

A modern adatok fényében a légzés következő meghatározása adható meg: a légzés összehangolt, egymást követően fellépő exoerg OM reakciók összessége, amelyek rögzítésükhöz vezetnek a sejt által végzett munkához használt energiagazdag ATP kötésekben.

A fotoszintézishez hasonlóan a légzés egymást követő reakciók külön csoportjaiból áll. A magasabb rendű növényekben például legalább két fázis különböztethető meg: anaerob (glikolízis) és aerob (Krebs -ciklus, pentóz -foszfát oxidációs ciklus).

A szén -dioxid a szerves savak dekarboxilezésével keletkezik. A légzőszerv szubsztrátja nem kapcsolódik közvetlenül a levegőben lévő oxigénhez. A levegő oxigénre szükség van a redukált koenzimekből, elektronokból és proton donorokból szállított elektronok elfogadójaként. Az ATP képződés helye a mitokondriumokban lévő kriszták konjugált membránjai (és valószínűleg a citoplazma mikrotubulusai).

A légzés energiaellátó, főleg ATP formájában. A heterotróf szervek (gyökerek, gumók, szár nem zöld részei és más szervek) esetében a légzés az egyetlen energiaellátó. A zöld sejtekben, mint már említettük, az ATP is a fotoszintézis folyamatában képződik.

A légzés egyben a különböző szintézisek köztitermékeinek forrása is (3.9. Ábra).

Tehát a piruvátot alanin, acetil-CoA szintézisére használják, a malát részt vesz a szacharóz szintézisében. Az acetil-CoA viszont fontos előfutára számos anyag, például zsírsavak, szteroidok, ABA, szintézisének.

A glikolízis során képződött glicerinmolekulákhoz három zsírsavmaradék adható, és megjelennek a zsírok; ha két zsírsav kapcsolódik a glicerinhez és egy foszforilezett vegyülethez, foszfolipidek képződnek - a biológiai membránok fontos alkotóelemei. Megjegyezzük tehát, hogy a légzés a központi anyagcsere folyamat.

A légzés a különböző folyamatok szabályozója. A légzés szabályozó szerepe jól látható a vetőmag csírázásának példájában. Először is, amikor a víz felszívódik, a légzés aktiválódik, és csak ezután nőnek a magok. Növekedésükhöz építőanyagra van szükség - szerves anyagok, szintézisükhöz - ATP és redukált koenzimek. A csírázó magvak légzési sebessége százszor nagyobb, mint a pihenőké.

Egy csodálatos és olyan létfontosságú létfontosságú jelenség felfedezésének története, mint a fotoszintézis, a múlt mélyén gyökerezik. Több mint négy évszázaddal ezelőtt, 1600 -ban a belga tudós, Jan Van - Helmont egy egyszerű kísérletet hajtott végre. Fűzfa gallyat tett egy 80 kg földet tartalmazó zsákba. A tudós rögzítette a fűzfa kezdeti súlyát, majd öt évig kizárólag esővízzel öntözte a növényt. Képzelje el Jan Van - Helmont meglepetését, amikor újra lemérte a fűzfát. A növény tömege 65 kg -kal nőtt, míg a föld tömege mindössze 50 grammal csökkent! Honnan szerzett a növény 64 kg 950 g tápanyagot a tudós számára, rejtély maradt!

A következő jelentős kísérlet a fotoszintézis felfedezéséhez vezető úton Joseph Priestley angol kémikusé volt. A tudós egeret tett a motorháztető alá, és öt órával később a rágcsáló meghalt. Amikor Priestley egy menta gallyat helyezett az egérrel, és a rágcsálót is kupakkal borította, az egér életben maradt. Ez a kísérlet elvezette a tudóst arra a gondolatra, hogy a légzéssel ellentétes folyamat létezik. Jan Ingenhaus 1779 -ben megállapította, hogy csak a növények zöld részei képesek oxigént kibocsátani. Három évvel később Jean Senebier svájci tudós bebizonyította, hogy a szén -dioxid a napfény hatására bomlik a növények zöld organelláiban. Alig öt évvel később a francia tudós, Jacques Boussingault laboratóriumi vizsgálatokat végzett, felfedezte azt a tényt, hogy a víz a növények által is felszívódik a szerves anyagok szintézise során. A korszakos felfedezést 1864 -ben Julius Sachs német botanikus tette. Bizonyítani tudta, hogy az elfogyasztott szén -dioxid és a kibocsátott oxigén térfogata 1: 1 arányban fordul elő.

A fotoszintézis az egyik legjelentősebb biológiai folyamat

Tudományos szempontból a fotoszintézis (az ókori görögből φῶς - fény és σύνθεσις - kapcsolat, kötés) olyan folyamat, amelyben a fényben szerves anyagok képződnek szén -dioxidból és vízből. A fotoszintetikus szegmensek játsszák a vezető szerepet ebben a folyamatban.

Képletesen szólva egy növény levele összehasonlítható egy laboratóriummal, amelynek ablakai a napos oldalra néznek. Ebben fordul elő szerves anyagok képződése. Ez a folyamat az alapja minden földi élet létezésének.

Sokan ésszerűen felteszik a kérdést: mi a lélegzete azoknak az embereknek, akik egy városban élnek, ahol nem csak egy fa, és nem találja a fűszálat nappal a tűzzel. A válasz nagyon egyszerű. A tény az, hogy a szárazföldi növények aránya a növények által kibocsátott oxigén mindössze 20% -át teszi ki. A légkörbe történő oxigéntermelésben az algák játszanak meghatározó szerepet. A termelt oxigén 80% -át teszik ki. Számokat tekintve a növények és az algák is évente 145 milliárd tonna (!) Oxigént bocsátanak ki a légkörbe! Nem hiába nevezik a világ óceánjait "a bolygó tüdejének".

A fotoszintézis általános képlete a következő:

Víz + Szén -dioxid + Fény → Szénhidrátok + Oxigén

Miért van szükség a növények fotoszintézisére?

Mint megtudtuk, a fotoszintézis elengedhetetlen feltétele a földi emberi létnek. Ez azonban nem az egyetlen oka annak, hogy a fotoszintetikus szervezetek aktívan oxigént termelnek a légkörbe. Az a tény, hogy az algák és a növények is évente több mint 100 milliárd szerves anyagot (!) Alkotnak, amelyek életük alapját képezik. Jan Van Helmont kísérletére emlékezve megértjük, hogy a fotoszintézis a növényi táplálkozás alapja. Tudományosan bizonyított, hogy a termés 95% -át a növény által a fotoszintézis során nyert szerves anyagok határozzák meg, 5% -át pedig azok az ásványi műtrágyák, amelyeket a kertész a talajba juttat.

A modern nyári lakosok fő figyelmet fordítanak a növények talajtáplálására, megfeledkezve a levegő táplálásáról. Nem ismert, hogy a kertészek milyen termést kaphatnak, ha figyelnek a fotoszintézis folyamatára.

Azonban sem a növények, sem az algák nem tudtak ilyen aktívan oxigént és szénhidrátot termelni, ha nem rendelkeztek csodálatos zöld pigmenttel - klorofilltal.

A zöld pigment titka

A fő különbség a növényi sejtek és más élő szervezetek sejtjei között a klorofill jelenléte. Egyébként ő a felelős azért, hogy a növények levelei pontosan zöldre vannak festve. Ennek az összetett szerves vegyületnek van egy csodálatos tulajdonsága: elnyeli a napfényt! A klorofillnak köszönhetően a fotoszintézis folyamata is lehetővé válik.

A fotoszintézis két szakasza

Egyszerűen fogalmazva, a fotoszintézis olyan folyamat, amelyben a víz és a szén -dioxid, amelyet a növény fényben elnyel, a klorofill segítségével cukrot és oxigént képez. Így a szervetlen anyagok meglepő módon szervessé alakulnak. Az átalakítás eredményeként kapott cukor a növények energiaforrása.

A fotoszintézis két szakaszból áll: világos és sötét.

A fotoszintézis könnyű fázisa

Tilakoid membránokon végezzük.

A tilakoidok membránnal határolt szerkezetek. Ezek a kloroplasztisz strómában helyezkednek el.

A fotoszintézis könnyű szakaszának eseményei:

1. A klorofillmolekula fényt kap, amelyet aztán a zöld pigment elnyel és izgalomba hoz. A molekula részét képező elektron magasabb szintre lép, részt vesz a szintézis folyamatában.
2. A víz felszakad, amelynek során a protonok elektronok hatására hidrogénatomokká alakulnak. Ezt követően szénhidrátok szintézisére költik.
3. A világos szakasz utolsó szakaszában az ATP (adenozin -trifoszfát) szintetizálódik. Ez egy szerves anyag, amely univerzális energiaakkumulátor szerepet tölt be a biológiai rendszerekben.

A fotoszintézis sötét fázisa

A sötét fázis előfordulásának helye a kloroplasztok stróma. A sötét fázisban oxigén szabadul fel, és glükóz szintetizálódik. Sokan azt gondolják, hogy ez a fázis azért kapott ilyen nevet, mert az ebben a fázisban zajló folyamatokat kizárólag éjszaka végzik. Valójában ez nem teljesen igaz. A glükóz szintézis éjjel -nappal történik. A tény az, hogy ebben a szakaszban a fényenergia már nem fogyasztódik el, ami azt jelenti, hogy egyszerűen nincs rá szükség.

A fotoszintézis fontossága a növények számára

Már azonosítottuk azt a tényt, hogy a növényeknek ugyanúgy szükségük van a fotoszintézisre, mint nekünk. Nagyon könnyű beszélni a fotoszintézis skálájáról a számok nyelvén. A tudósok kiszámították, hogy csak a sushi növények tárolnak annyi napenergiát, amennyit 100 megacity 100 év alatt fel tud használni!

A növények légzése a fotoszintézis ellentéte. A növényi légzés lényege, hogy energiát szabadít fel a fotoszintézis folyamatában, és a növények szükségleteire irányítja. Egyszerűen fogalmazva, a betakarítás a különbség a fotoszintézis és a légzés között. Minél több fotoszintézis és alacsonyabb a légzés, annál nagyobb a hozam, és fordítva!

A fotoszintézis az a csodálatos folyamat, amely lehetővé teszi az életet a Földön!

A biomassza felhalmozódása egy növényben elsősorban a fotoszintézis során a CO2 rögzítésének köszönhető. Sok legegyszerűbb termelékenységi modell feltételezi a biomassza növekedését, egyenes arányban a fotoszintézis és a légzés különbségével (Thornley, 1983), a képletnek megfelelően

Itt D. W- a szárazanyag mennyisége a vetésterület egységenként, R- fotoszintézis, R- sötét vetés lehelet naponta. Minden érték egységben van megadva (kg CO2 / m2 nap).

A fotoszintézis fényintenzitástól való függését az úgynevezett fotoszintézis görbe írja le

Itt én- az elnyelt fotoaktív sugárzás intenzitása. Ez az érték alapvetően a vetés architektonikájától és sűrűségétől függ. A monográfiák (Ross, 1975; Tooming, 1977) ezen függőségek matematikai leírásával foglalkoznak. a- a fénygörbe kezdeti meredeksége; P t- a fotoszintézis maximális intenzitása a levelek egységnyi felületén. A görbe grafikonja (7.3.2) az 1. ábrán látható. 7.3.

Rizs. 7.3. Levélfotoszintetikus válaszgörbe (7.3.2): P max- a fény telítettségének szintje; a- a görbe meredekségének érintője az origónál

Minden tenyésztési munka célja olyan növények tenyésztése, amelyekhez sc de a lehetőségek nagyok. A fotoszintézis fénygörbéjének ezen paramétereit azonban számos tényező határozza meg, amelyek megfejtéséhez a lapon előforduló folyamatok részletezése szükséges. A fotoszintézis hatékonysági tényezője a a C3 csoportba tartozó növények érett levelére gyakran 13-10 -9 kg / J (PAR), PAR -fotoaktív sugárzásnak tekintik. Az elnyelt sugárzás intenzitását a termés és annak megvilágítása határozza meg

"Architectonics", azaz a sűrűség, a levelek elrendezése stb. Legyen / o a vízszintes síkra eső fényáram sűrűsége, amely hagyományosan megfelel a növénytakaró külső felületének, / az fényáram, amely a vízszintes síkra esik a vegetációs borításon belül L mélységben, és az érték megegyezik a levélfelületi indexszel (relatív mutató, amelyet a levélfelület és a szárazföld területének arányaként mérnek). Ebben az esetben teljesül a Monsey-Saeki egyenlet (7.4. Ábra):

ahol Nak nek- csillapító tényezőnek nevezett állandó.

Rizs. 7.4. Monsey-Saeki képlet (7.3.3). A grafikonokat a csillapítási együttható két értékére ábrázoljuk Nak nek

A csillapítási együttható sok tényezőtől függhet: a sugárzás szögbeli eloszlásától a növényzet borításán, a levelek szögbeli eloszlásától, térbeli eloszlásától (a levelek fürtökbe rendezhetők, nem függőlegesen egybeesve), valamint a levelek optikai tulajdonságaitól. Ezért a csillapítási tényezőt általában empirikusan határozzák meg.

A fotoszintézis intenzitását nem a vízszintes síkra eső / fényáram sűrűsége határozza meg, hanem a levelek felületére eső fényáram sűrűsége / * értéke. Ezeket hol T a lap átviteli együtthatója.

a két paraméter összefüggésben van a relációval

A fotoszintézis intenzitása egy növényben P -vel a következő változók függvényében jelennek meg: levélfelületi index, a növényzet borításán beeső fényáram sűrűsége / o, szint Val,-vel CO2 -tartalom a levegőben és a hőmérséklet T:

A gyakorlatban általában először az intenzitást határozzák meg. Pi fotoszintézis egy levélben:

ahol / | - a lemezre eső fényáram sűrűsége.

A fotoszintézis intenzitásának becslése P -vel tenyésztett (vagy vadon termő) növény, akkor össze kell foglalni a fotoszintézis P / paramétereit minden elemi levélterületen. Így szükségessé válik a modellezési folyamatban a növénytakaró szerkezetének figyelembe vétele, és bizonyos terménytípusok esetében saját fotoszintézis -modellekre van szükség, amelyek jelentősen eltérnek például az almaültetvények, lucfenyőerdők, ültetvények esetében saláta vagy kukorica- és búzaföldek. Figyelembe kell venni az egyes növények és a különböző szántóföldek sajátosságait, amikor az elemi levélterületeket integrálják:

A (7.3.3) kifejezéssel (7.3.5) való helyettesítés megadja

én

Ha a függvény (7.3.4) segítségével megváltoztatjuk a (7.3.6) képlet változóját, akkor megkapjuk a kifejezést

vagy az integráció után

A függvény (7.3.7) meredekségének érintője az origónál

és a fotoszintézis intenzitása fény telítettség mellett

A függvény grafikonja (7.3.7) az 1. ábrán látható. 7.5. A rajta ábrázolt görbék alakjukban közel állnak a levél fotoszintézisének görbéjéhez (lásd 7.3. Ábra). Szignifikáns különbség az aszimptoták megközelítésének sebességében rejlik, ami a növény egészére nézve jóval alacsonyabb, mint egyetlen levél esetében.

Rizs. 7.5. Növényi fotoszintetikus válasz görbe a fényre (7.3.7). A levélindex értéke a görbék alatt látható. Pmax = 1,2-10 6 kg CO2 / m 2 C, a= 13 10 “9 kg CO2 (J PAR), Nak nek = 0,8, T= 0,1 (Franciaország, Thornley, 1987)

A fény mellett a fotoszintézishez szén -dioxidra van szükség a levegőben. Sok üzemmodellben feltételezik, hogy a folyamatot korlátozó tényező pontosan a diffúziós fluxus intenzitása

CO2 a kloroplasztokhoz a légkörből:

ahol Co és Val vel- COz koncentráció (g CO2 cm “3) a kloroplasztok külső levegőjében és külső membránján; r a, r s *, r m - diffúziós ellenállás a CO2 útján - a levelet körülvevő lamináris légréteg, sztomatális és mezofill.

A СО2 koncentrációját gyakran figyelembe veszik a (7.3.2) kifejezéshez hasonló formájú empirikus képletben is:

(7.3.7) és (7.3.8) egyenlítése és kizárása Innen, másodfokú egyenletet kapunk ahhoz képest Pi:

Itt Ii - PAR hull a lapra, a- a fotoszintézis fényhullámának kezdeti lejtése.

Mivel a hatékony fotoszintézishez egyszerre több tényező optimális értékei szükségesek: megvilágítás, nedvességellátás, hőmérséklet, a modellek gyakran multiplikatív függvényeket használnak, amelyekben a fotoszintézis hatékonyságát több tényező szorzata határozza meg, amelyek mindegyike egy tényezőtől függ. Más modellek adalék elemeket tartalmaznak. Íme néhány példa.

A képlet széles körben elterjedt (Idso, 1969):

ahol W u Wq- a lemez nedvességtartalma, aktuális és optimális; W- a talaj nedvességtartalma; YAN a levél relatív páratartalma; Ez az optimális hőmérséklete.

Más képletek (Horie, 1977) 1 feltételezik, hogy a fotoszintézis telítettségi szintje függ a hőmérséklettől:

ahol P t- fotoszintézis fény telítettség mellett. Kapcsolat között P tés a lap hőmérsékletét 7) a képlet adja meg

ahol P m0 pt- fotoszintézis fény telítettség és optimális levélhőmérséklet mellett; T torus1- optimális lemezhőmérséklet; VAL VELállandó.

Curry modelljei (1971; 1975) empirikus képletet használnak az agrocenosis teljes fotoszintézisének kiszámításához:

ahol dP / dt a fotoszintézis sebessége (gm “2 h -1); / o -a növénytakaró felső határára eső sugárzás (cal m -2 h -1); VAL VEL- CO2 koncentráció; A- a növényzet borításán belüli CO2 -úton való ellenállás állandó jellemzése; V - a fotoszintézis relatív hatékonyságának állandója (cal g -1); q- a sugárzás csillapításának funkciója a növénytakaróban.

A fotoszintézis szorosan összefügg a légzéssel, és gyakran a modellekben ezeket a folyamatokat együtt tekintik, egyesítve őket „oltási gázcsere” néven.

A légzés a növény minden energiaköltségét jelenti, beleértve az elsődleges asszimilátumok oxidálószerként történő felhasználását a biológiai szintézisreakciókban (aminosavak, fehérjék, nagy molekulatömegű szénhidrátok, komplex sejtes organellák, sejtek és általában a növényi szervek), a mobil vegyületek aktív szállításának megvalósítása az üzemben. A biológiai hozam a fotoszintézis és a teljes légzés sebessége közötti különbség.

Az asszimilátumok bomlási sebességét a légzés során a következő formában adjuk meg (Tooming, 1977):

ahol R - légzésszám, Ф - fotoszintézis sebesség, А / - jelenlegi biomassza. Az első kifejezést légzés fenntartásának, a másodikat növekedési légzésnek hívják.

Bonyolultabb modellekben, amelyek azt állítják, hogy pontosabbak. Az 1. ábra a növényben lejátszódó folyamatok képe, az időbeli légzés leírása nem szerepel a fotoszintézis blokkjában, hanem természetes módon kerül bevezetésre, amikor a mobil metabolitok és ásványi anyagok bioszintézisének és szállításának energiáit írjuk le. Pykh, 1979).

A lapon előforduló gázcsere folyamatok diagramját az 1. ábra mutatja. 7.6. A széndioxid a környező térből a levél belső üregébe (sejtközi tér) diffundál a sztomatális sejteken és a kutikulán keresztül. A kutikula CO2 -diffúzióval szembeni ellenállása viszonylag állandó, és meghaladja a sztómás ellenállást. A sztómás ellenállás azonban nagymértékben változik, és nagymértékben meghatározza a fotoszintézis intenzitását általában, szabályozva a fotoszintézis kapcsolatát a növény vízrendszerével. A levélfelület egysége sztómás ellenállása a növény vízpotenciáljától és a levélben lévő CO2 koncentrációjától függ. A megvilágítás fokozódásával elegendő nedvesség mellett a sztómák kinyílnak, és sötétben csökken a nyílásuk.

A CO2 abszorpciójának következő szakasza a folyékony fázisba való átmenet. Vázlatosan egy ilyen átmenet leírható a sejteken belüli diffúziós ellenállás, az úgynevezett mezofill ellenállás használatával.

Így az Flg fotoszintetikus szervek területegységére jutó gázcsere intenzitását az arány határozza meg

ahol С 0 a СО2 koncentrációja az interleaf térben, С * a СО2 koncentrációja a gázfázisban az intercelluláris térben, D q- az érintetlen állapot és a sztóma teljes vezetőképessége. Hasonló egyenletek írhatók fel az oxigénre és a vízgőzre is.

A CO2 koncentrációját a folyékony fázisban az egyensúlyi arányok alapján lehet felírni, feltételezve a CO2 diffúziós átvitelét kloroplasztokba (Hall, Bjorkman, 1975):

Itt di- átlagos lemezvastagság; C w- CO2 koncentráció a folyékony fázisban; S w- CO2 oldhatóság vízben; r t- a mezofill rezisztenciája; A; o - együttható, figyelembe véve az organogenezis szakaszainak hatását;

Rizs. 7.6. Gázcsere folyamatok diagramja a lapon. A szilárd vonalak CCL áramlások, a szaggatott vonalak vízgőzáramok: 1 - parenchymás sejtek, 2 - apydermis, 3 - kutikula, 4 - kloroplasztok

R- a teljes fotoszintézis intenzitása; R, Ri, Rd- a szerkezeti biomassza légzésének intenzitása, a fénylégzés és a fotoszintetikus szervek légzési sebessége.

A (7.3.13.) Pontban foglalt fotoszintézis és fénylégzés sebességének értékeit a Calvin és a fénylégzési ciklusok hatékonysága határozza meg egy közös enzimmel - ribulóz -bifoszfát -karboxiláz -oxigenázzal.

Számos modellt fejlesztettek ki ezeknek a ciklusoknak az enzimatikus reakcióinak kinetikájának leírására. A leghíresebb és folytatódott a további fejlesztésekben (Laisk, 1977; Hail, 1979; Farquhar, 1980; Hahir, 1986). A szimulációs eredmények lehetővé teszik, hogy kvantitatív kapcsolatot állapítsanak meg a CO2 tényleges asszimilációjának sebessége között, amely megegyezik a fotoszintézis során a szén -dioxid -csökkenés és a fénylégzés során felszabaduló szén -dioxid -sebesség közötti különbséggel, a NADP -csökkenés mértéke és a elektronok áramlása a fotoszintetikus láncban.

Nézetek: 3398

29.12.2015

Ismeretes, hogy minden növény nemcsak a talajból, hanem a levegőből is "nyer" táplálékot.A hozam 95% -át a zöld levelekben a növények levegőtáplálásának köszönhetően kapott fotoszintézis - szerves anyagok határozzák meg , és csak a fennmaradó 5% függ a talaj- vagy ásványi táplálkozástól.

A legtöbb kertész azonban elsősorban az ásványi táplálkozásra összpontosít. Rendszeresen trágyáznak, fellazítják a talajt, a vizet, megfeledkezve a növények levegőtáplálásáról. Még azt sem lehet megközelítőleg megmondani, hogy mennyit „nem kapunk” termést csak azért, mert „nem vesszük észre” a fotoszintézist.



A fotoszintézis skáláját és jelentőségét a természetben a zöld levelek által elfogott és a növényekben "konzervált" napenergia mennyiségéből lehet megítélni.Minden évben csak a sushi növények tárolnak ennyi energiát szénhidrát formájában. mennyit költhetneszázezer nagyváros 100 év alatt !

A fotoszintézis értelme és lényege többet beszéltK. A. Timiryazev1878 -ban híres könyvében"Növényi élet"... "Egyszer, valahol a napsugár leesett a Földre, de nem a kopár talajra esett, hanem egy zöld búzacsírára, vagy jobban mondvaklorofill szemcsék ... Nekiütve kiment,megszűnt a fény, de nem tűnt el ... Csak arra költöttbelső munka ... Ilyen vagy olyan formában része lett a kenyérnek, amely táplálékul szolgált számunkra. Átalakult izmainkká, idegeinkké. Ez a sugár melegít bennünket. Mozgásba hoz bennünket. Lehet,ebben a percben az agyunkban játszik ... "Ezek a szavak mindeddig nem elavultak. Az elmúlt években csak finomították és kiegészítették a légzéssel kapcsolatos új adatokkal.

A növényekben a légzés alapvetően a fotoszintézis ellentéte. ... A cukormolekula glükózt a légköri oxigén szén -dioxiddá és vízzé oxidálja a szénhidrátokban lévő energia felszabadulásával. Ezt az energiát minden életfolyamat megvalósítására és támogatására használják fel: a víz és az ásványi sók felszívódását és elpárolgását, a növények növekedését és fejlődését.

Pontosan az energia felszabadításában és a növények szükségleteire való irányításában a légzés fő jelentése ami minden élő növényi sejtben előfordul.

Valójában, a légzés fenntartja magát az életet a Földön! De hogyan történik ez pontosan? Milyen energia formájában? Anélkül, hogy részletekbe bocsátkoznánk, csak ezt mondjuka légzés lényege az oktatás adenozin -trifoszforsav vagy rövidítveATF- szerves anyag, amely magában foglaljanitrogéntartalmú az alap az adenin, az öt szénatomból álló cukor-ribóz (együtt adenozint alkotnak) és három foszforsav-maradék, amelyeket foszfátkötés köt össze, amelyek bomlása során a Föld minden életéhez szükséges energia felszabadul.

Adenozin-trifoszfát (röv. ATP, angolul ATP) - nukleozid -trifoszfát, amely rendkívül fontos szerepet játszik az energiák és anyagok anyagcseréjében a szervezetekben; a kapcsolatot elsősorban úgy ismerikuniverzális energiaforrás az élő rendszerek összes biokémiai folyamatához ... Az ATF -et 1929 -ben fedezte fel a Harvard Orvostudományi Egyetem tudósainak egy csoportja - Karl Loman, Cyrus Fiske és Yellapragada Subbarao, és 1941 -ben Fritz Lipman kimutatta, hogyATF egy a fő energiahordozó a sejtben.

Képletesen ezt össze lehet hasonlítani egy újratölthető akkumulátor munkájával, amely szükség szerint energiát ad le, és a napenergia hatására újratöltődik a növényekben a fotoszintézis során .

Gyakorlatilag kiderüla növényi termés a különbség a fotoszintézis és a légzés között: minél magasabb a fotoszintézis és minél alacsonyabb a légzés, annál nagyobb a hozam, és fordítva ... A fotoszintézis viszonylag keveset változik a természetben. De a légzés százszor vagy akár ezerszer is megnövekedhet. Ezenkívül a termelő és fogyasztó növényi részek közötti arány az elven alapul: az egyik kétlábú (fotoszintézis) - hét kanállal (légzés). Valóban, végül isA fotoszintézis csak a levelekben és csak nappal történik a fényben , míg a növények éjjel -nappal lélegeznek, és a szerves anyagok (a termés alapja) felhalmozódása csak akkor lehetséges, ha a fotoszintézis sokkal nagyobb, mint a légzés. Sajnos ez sokkal ritkábban történik, mint szeretnénk.

Ráadásul most mindezt némileg leegyszerűsített formában mérlegeljük. Valójában a növény egyetlen szerves organizmus, amelyben minden folyamat szorosan összefügg egymással, egyrészt egymással, másrészt a környező külső környezettel: fény, hő, nedvesség. A külső körülmények hatása bármely növényre nehéz, merta természetben minden körülmény egyszerre hat a növényre ... És bár nem tudjuk, hol végződik egyikük cselekvése, és hol kezdődik a másik cselekvése, és hogy egy adott állapot milyen döntőnek bizonyul a növények növekedésének és fejlődésének egy adott időszakában.

A kérdés megválaszolásához hatalmas, teljesen szabályozott éghajlatú üvegházakat építettek - klimatronokat. Az egyik a St. Louis (USA) Missouri Botanikus Kert klimatronja, amelyet a neves amerikai tudós, F. Vent épített. Megállapította, hogy minden külső körülmény közül az éjszakai hőmérséklet a döntő tényező a paradicsom növekedésében. Ha éjjel 24 fölé emelkedett vagy 16 fok alá süllyedt, akkor a gyümölcsök egyáltalán nem álltak meg. Az éjszakai hőmérséklet döntőnek bizonyult a burgonya betakarítása szempontjából is. A gumók legjobban 12 fok körüli éjszakai hőmérsékleten fejlődtek ki. Éppen ezért 1999 forró nyarán hazánk számos zónájában, beleértve a moszkvai régiót is, a burgonya termése a felére csökkent a korábbi évekhez képest.

A hőmérséklet gyakran a majdani termés szinte "fő ellenségének" bizonyul, és nemcsak akkor, ha túl alacsony, hanem azokban az esetekben is, amikor jóval magasabb az optimálisnál. H. Lear, G. Polster német tudósok megállapították, hogy tiszta napsütéses napokon a kora reggeli órák a legtermékenyebbek a betakarításhoz, amikor a levegő hőmérséklete nem haladja meg a 20-25 ° C-ot. A szerves anyagok növekedése ebben az időben 30 -szor nagyobb, mint magasabb hőmérsékleten.

És ez teljesen érthető és érthető.A délelőtti órákban éri el a fotoszintézis maximumát, míg a légzés, amely erősen függ a hőmérséklettől, minimális lesz. ... Ezért a növények különösen érzékenyek a reggeli öntözésre. A víz, különösen az uborka, a paradicsom, a cukkini sok, és lehetőleg nem túl hideg.

A növények teljesen szokatlan és szokatlan környezetbe kerülnek, ha zárt talajban termesztik őket. Az üvegházakban minden külső tényező gyakran úgy hat, mint a növények ellen. Ha egy közönséges fólia segítségével próbáljuk megvédeni a növényeket a hidegtől, semmilyen módon nem tudunk megszabadulni a túlmelegedéstől, ami sokkal nehezebb. Valóban, még tavasszal is az üvegházak hőmérséklete néha meghaladja az optimális értéket (kb. 20 fok). Mit mondhatunk az április -augusztus időszakról?

Felhős napokon az üvegház önkéntelenül börtönné válik a növények számára, a napsugarak átlagosan alig hatolnak be a filmbe.A fény hiánya miatt a fotoszintézis meredeken csökken, míg a légzés a szokásos módon folytatódik, gyakran blokkolja a fotoszintézist, és jelentősen csökkenti a jövőbeli hozamot .

Egy másik probléma abban rejlik, hogy tiszta meleg, napsütéses napokon várni kell a növényeket az üvegházban. Az üvegház forró sivataggá változik ilyen napokon.A levelek "túlmelegedése" és a szén -dioxid hiánya - a fő "alapanyag" a szénhidrátok létrehozásához - a fotoszintézis hirtelen csökkenéséhez vezet ... Emlékezzünk vissza, hogy a levegő csak 0,03% szén -dioxidot tartalmaz, vagyis 3 rész 10 ezer rész levegőt tartalmaz, és ez a gáz nappal az üvegházakban hiányzik. De a légzés százszor vagy akár ezerszer is megnő (a hőmérséklettől függően). Természetesen ezekben az órákban a szénhidrátok felhalmozódása szóba sem jöhet. Éppen ellenkezőleg, a növény elveszíti még azt is, ami kedvezőbb időben gyűlt össze.

"Tudomány és élet"

A biológia szerint a növények és állatok légzése egyedülálló és egyetemes folyamat. A Földön élő minden szervezet szerves tulajdonságaként működik. Tekintsük tovább, hogyan történik a növényi légzés.

Biológia

Az élőlények élete, mint tevékenységük bármely megnyilvánulása, közvetlenül összefügg az energiafelhasználással. A növények légzése, táplálkozása, szervei, a fotoszintézis, a víz és a szükséges vegyületek mozgása és felszívódása, valamint számos funkció a szükséges szükségletek folyamatos kielégítésével jár. A szervezetek energiát igényelnek. Fogyasztott tápanyagvegyületekből származik. Ezenkívül a szervezetnek műanyagokra van szüksége, amelyek a sejtek építőanyagaként szolgálnak. Ezen vegyületek légzés közbeni lebomlását az energia felszabadulása kíséri. Ez biztosítja a létfontosságú szükségletek kielégítését is.

A növények növekedése és légzése

Ez a két folyamat szorosan összefügg egymással. A növények teljes lélegzése biztosítja a szervezet aktív fejlődését. Maga a folyamat egy komplex rendszer formájában kerül bemutatásra, amely számos konjugált redoxreakciót tartalmaz. Ezek során megváltozik a szerves vegyületek kémiai jellege, és felhasználják a bennük lévő energiát.

Általános tulajdonságok

A növények sejtlégzése oxigénnel járó oxidatív folyamat. Ennek során a vegyületek bomlása következik be, ami kémiailag aktív termékek képződésével és energia felszabadulásával jár. Az egész folyamat általános egyenlete így néz ki:

C6H12O6 + 602> 6C02 + 6H20 + 2875 kJ / mol

Nem minden felszabaduló energia használható fel létfontosságú folyamatok támogatására. A szervezetnek elsősorban az ATP -ben koncentrált része szükséges. Sok esetben az adenozin -trifoszfát szintézisét megelőzi a membrán elektromos töltéseinek különbsége. Ez a folyamat a különböző oldalak hidrogénion -koncentrációjának különbségeivel jár. A modern adatok szerint nemcsak az adenozin -trifoszfát, hanem a proton gradiens is energiaforrásként szolgál a sejt létfontosságú aktivitásának biztosításához. Mindkét formával aktiválható a szintézis, a bevitel, a tápanyagvegyületek és a víz mozgása, potenciális különbség kialakulása a külső környezet és a citoplazma között. Az energia, amely nem halmozódik fel az ATP -ben és a proton gradiensben, jobban eloszlik fény vagy hő formájában. A szervezet számára haszontalan.

Miért van szükség erre a folyamatra?

Mi a jelentősége a légzésnek a növényekben? Ez a folyamat központi szerepet játszik a test életében. A légzés során felszabaduló energiát a növény már kifejlett részeinek növekedésére és aktív állapotban tartására használják. Ez azonban nem minden pont, amely meghatározza ennek a folyamatnak a fontosságát. Gondoljuk végig, mi a növényi légzés fő szerepe. Ez a folyamat, mint fentebb említettük, összetett redox -reakció. Több szakaszban zajlik. A köztes szakaszokban szerves vegyületek keletkeznek. Ezt követően különféle metabolikus reakciókban használják fel. A köztitermékek közül megkülönböztethetők a pentózok és a szerves savak. A növények légzése tehát sok metabolit forrása. Az összefoglaló egyenletből látható, hogy e folyamat során víz is képződik. Dehidratáció esetén megmentheti a testet a haláltól. Összefoglalva: a légzés a fotoszintézis ellentéte. Bizonyos esetekben azonban ezek a folyamatok kiegészítik egymást. Hozzájárulnak mind az energia -ekvivalensek, mind a metabolitok ellátásához. Bizonyos esetekben, amikor az energia hő formájában szabadul fel, a növények légzése a szárazanyag haszontalan elvesztéséhez vezet. Ezért ennek a folyamatnak az intenzitásának növekedése messze nem mindig előnyös a szervezet számára.

Sajátosságok

A növények légzését éjjel -nappal végzik. Ennek során a szervezetek oxigént szívnak fel a légkörből. Ezenkívül belélegzik az O2 -t, amely a fotoszintézis eredményeként képződik bennük, és jelen van az intercelluláris terekben. Napközben az oxigén elsősorban a fiatal hajtások és levelek sztómáján, lencse alakú szárán, valamint a gyökerek bőrén keresztül jut be. Éjszaka szinte minden növényben borítják. Ebben az időszakban a növények oxigént használnak a légzéshez, amely felhalmozódott az intercelluláris terekben és a fotoszintézis során képződött. A sejtekbe belépő oxigén oxidálja a bennük lévő szerves komplex vegyületeket, vízzé és szén -dioxiddá alakítva azokat. Ebben az esetben a képződésükre fordított energia felszabadulása történik a fotoszintézis során. A szén -dioxid a fiatal gyökerek, lencse és sztómák sejtfelszínén keresztül távozik a szervezetből.

Kísérletek

Annak érdekében, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a növény légzése valóban megtörténik, tegye a következőket:

Hogyan hasznosítsuk a megszerzett tudást?

A művelt ültetvények termesztése során a talaj tömörödik, és a levegő tartalma jelentősen csökken. A létfontosságú folyamatok javítása érdekében a talajt fellazítják. Azok a növények, amelyeket mocsaras (erősen nedvesített) talajon nevelnek, különösen oxigénhiányban szenvednek. Az O2 -ellátás javítása a talaj leeresztésével érhető el. A leveleken leülepedő por negatívan befolyásolja a légzési folyamatot. Kemény, apró részecskéi eltömítik a sztómákat, ami sokkal nehezebbé teszi az oxigén bejutását a levelekbe. Ezenkívül a szennyeződések, amelyek az ipari vállalkozásoknál különféle típusú tüzelőanyagok elégetésekor kerülnek a levegőbe, szintén káros hatással vannak. Ebben a tekintetben a városi területek parkosításakor általában porálló fákat ültetnek. Ide tartozik például a vadgesztenye, hárs, madárcseresznye, nyár. A gabona tárolása során különös figyelmet kell fordítani a nedvességtartalmára. A tény az, hogy szintjének növekedésével a légzés intenzitása nő. Ez viszont hozzájárul ahhoz, hogy a magok erősen felmelegedni kezdjenek a felszabaduló hővel. Ez viszont negatívan befolyásolja az embriókat - meghalnak. Az ilyen következmények elkerülése érdekében a tárolásra szánt magoknak száraznak kell lenniük. A helyiséget jól szellőztetni kell.

Következtetés

Így a növények légzése nagy jelentőséggel bír normális fejlődésük biztosítása érdekében bármely szakaszban. E folyamat nélkül lehetetlen nemcsak a szervezet normális működésének biztosítása, hanem annak minden részének kialakítása is. A légzés során a legfontosabb vegyületek képződnek, amelyek nélkül a növény létezése lehetetlen. Ez az összetett, többlépcsős folyamat bármely szervezet teljes életének központi láncszeme. Ennek ismerete hozzájárul a megfelelő feltételek biztosításához a termesztett növények termesztéséhez és tárolásához, a nagy terméshozam eléréséhez és egyéb mezőgazdasági ültetvényekhez. Ismert, hogy légzéskor hőt termel. Egyes növények közelében a levegő hőmérséklete több mint 10 fokkal emelkedhet. Ezt az ingatlant egy személy különböző célokra használja.