Ֆոտոսինթեզի ընդհանուր սխեման. Ֆոտոսինթեզի սահմանումը և ընդհանուր բնութագրերը, ֆոտոսինթեզի նշանակությունը. Ֆոտոսինթեզի կարևորությունը Երկրի վրա կյանքի համար

Ֆոտոսինթեզի միջոցով ցամաքային բույսերը արտադրում են մոտ. 1,8·10 11 տոննա չոր կենսազանգված տարեկան; Օվկիանոսներում տարեկան ձևավորվում է մոտավորապես նույն քանակությամբ բուսական կենսազանգված: արեւադարձային անտառը մասնակցում է մինչև 29%-ով հողի վրա ֆոտոսինթեզի ընդհանուր արտադրությանը, իսկ բոլոր տեսակի անտառների ներդրումը կազմում է 68%: Բարձրագույն բույսերի և ջրիմուռների ֆոտոսինթեզը մթնոլորտի միակ աղբյուրն է: O 2.

Ծագումը Երկրի վրա մոտ. 2,8 միլիարդ տարի առաջ ջրի օքսիդացման մեխանիզմը O 2-ի առաջացմամբ ամենակարևոր իրադարձությունն է կենսաբանության մեջ: էվոլյուցիան, որը Արեգակի լույսը դարձրեց ազատության հիմնական աղբյուրը։ կենսոլորտի էներգիան, իսկ ջուրը ջրածնի գրեթե անսահմանափակ աղբյուր է կենդանի օրգանիզմներում ին-ի սինթեզի համար: Արդյունքում՝ ժամանակակից մթնոլորտ կազմը, O 2-ը հասանելի դարձավ սննդի օքսիդացման համար (տես Շնչառություն), և դա հանգեցրեց բարձր օրգանիզմների առաջացմանը։ հետերոտրոֆ օրգանիզմներ (որպես ածխածնի աղբյուր օգտագործում են էկզոգեն օրգանական նյութեր):

ԼԱՎ. 7% օրգ. Մարդը ֆոտոսինթեզի արգասիքները օգտագործում է սննդի համար, որպես կենդանիների կեր, ինչպես նաև որպես վառելիք և շինություն: նյութական. Հանածո վառելանյութերը նույնպես ֆոտոսինթեզի արդյունք են: Դրա սպառումը կոն. 20 րդ դար մոտավորապես հավասար է կենսազանգվածի աճին:

Արեգակնային ճառագայթման էներգիայի ընդհանուր կուտակումը ֆոտոսինթեզի արտադրանքի տեսքով կազմում է մոտ. 1,6 10 21 կՋ տարեկան, ինչը մոտ 10 անգամ գերազանցում է ներկայիսը։ եռանդուն. մարդու սպառումը. Արեգակնային ճառագայթման էներգիայի մոտավորապես կեսը ընկնում է սպեկտրի տեսանելի հատվածի վրա (ալիքի երկարությունը l 400-ից 700 նմ), որն օգտագործվում է ֆոտոսինթեզի համար (ֆիզիոլոգիապես ակտիվ ճառագայթում կամ PAR): IR ճառագայթումը հարմար չէ թթվածին արտադրող օրգանիզմների (բարձրագույն բույսեր և ջրիմուռներ) ֆոտոսինթեզի համար, սակայն օգտագործվում է որոշ ֆոտոսինթետիկ բակտերիաների կողմից:

Շնորհիվ այն բանի, որ ածխաջրերն են բիոսինթետիկ արտադրանքի զանգված. բույսերի գործունեությունը, քիմ. Ֆոտոսինթեզի արագությունը սովորաբար գրվում է հետևյալ կերպ.

Այս p-tion 469,3 կՋ / մոլի համար էնտրոպիայի նվազումը կազմում է 30,3 Ջ / (Կ մոլ), -479 կՋ / մոլ: Լաբորատորիայում միաբջիջ ջրիմուռների ֆոտոսինթեզի քվանտային սպառումը. պայմանները կազմում են 8-12 քվանտա մեկ CO 2 մոլեկուլի համար: Երկրի մակերևույթին հասնող արևային ճառագայթման էներգիայի ֆոտոսինթեզի ժամանակ օգտագործումը կազմում է ընդհանուր PAR-ի 0,1%-ից ոչ ավելի: Նաիբ. Արդյունաբեր բույսերը (օրինակ՝ շաքարեղեգը) կլանում են մոտավորապես. Միջադեպի ճառագայթման էներգիայի 2%-ը, իսկ մշակաբույսերը՝ մինչև 1%: Սովորաբար, ֆոտոսինթեզի ընդհանուր արտադրողականությունը սահմանափակվում է մթնոլորտում CO 2 պարունակությամբ (0,03-0,04% ծավալով), լույսի ինտենսիվությամբ և t-swarm-ով։ Հասուն սպանախի տերևները նորմալ բաղադրության մթնոլորտում 25 0 C ջերմաստիճանում հագեցման ինտենսիվության լույսի ներքո (արևի լույսի ներքո) տալիս են մի քանիսը: լիտր O 2 ժամում մեկ գրամ քլորոֆիլ կամ մեկ կիլոգրամ չոր քաշի համար: Chlorella pyrenoidosa ջրիմուռների համար 35 0 C ջերմաստիճանում CO 2-ի կոնցենտրացիայի բարձրացումը 0,03-ից մինչև 3% թույլ է տալիս ավելացնել O 2-ի ելքը 5 անգամ, նման ակտիվացումը սահմանն է:

Բակտերիալ ֆոտոսինթեզ և ֆոտոսինթեզի ընդհանուր արագություն:Բարձրագույն բույսերի և ջրիմուռների ֆոտոսինթեզի հետ մեկտեղ, որն ուղեկցվում է O 2-ի արտազատմամբ, բնության մեջ իրականացվում է բակտերիալ ֆոտոսինթեզ, որի մեջ օքսիդացված ենթաշերտը ջուրը չէ, այլ միացություններ, որոնք ունեն ավելի ընդգծված վերականգնումներ։ Սուրբ դուք, օրինակ. H2S, SO2. Բակտերիալ ֆոտոսինթեզի ժամանակ թթվածինը չի արտազատվում, օրինակ.

Ֆոտոսինթետիկ բակտերիաները կարող են օգտագործել ոչ միայն տեսանելի, այլև մերձ IR ճառագայթումը (մինչև 1000 նմ)՝ դրանցում գերակշռող պիգմենտների՝ բակտերիոքլորոֆիլների կլանման սպեկտրներին համապատասխան։ Բակտերիալ ֆոտոսինթեզը էական չէ արեգակնային էներգիայի գլոբալ պահպանման համար, սակայն կարևոր է ֆոտոսինթեզի ընդհանուր մեխանիզմները հասկանալու համար: Բացի այդ, տեղական անօքսիկ ֆոտոսինթեզը կարող է զգալի ներդրում ունենալ պլանկտոնի ընդհանուր արտադրողականության մեջ: Այսպիսով, Սև ծովում մի շարք վայրերում ջրի սյունակում քլորոֆիլի և բակտերիոքլորոֆիլի քանակը մոտավորապես նույնն է։

Հաշվի առնելով բարձրագույն բույսերի, ջրիմուռների և ֆոտոսինթետիկ բակտերիաների ֆոտոսինթեզի տվյալները՝ ֆոտոսինթեզի ընդհանրացված հավասարումը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

Ֆ Օտոսինթեզը տարածական և ժամանակային առումով բաժանված է երկու համեմատաբար առանձին գործընթացների՝ ջրի օքսիդացման լուսային փուլ և CO2-ի նվազեցման մութ փուլ (նկ. 1): Այս երկու փուլերն էլ իրականացվում են բարձրագույն բույսերում և ջրիմուռներում՝ մասնագիտացված: բջջային օրգանելներ - քլորոպլաստներ: Բացառություն են կազմում կապույտ-կանաչ ջրիմուռները (ցիանոբակտերիաներ), որոնք չունեն ֆոտոսինթեզի ապարատ, որն անջատված է ցիտոպլազմայից: թաղանթներ.

Ի արձագանք. ֆոտոսինթեզի կենտրոն, որտեղ գրգռումը փոխանցվում է գրեթե 100% հավանականությամբ, առաջանում է առաջնային p-tion քլորոֆիլ a-ի ֆոտոքիմիապես ակտիվ մոլեկուլի (բակտերիոքլորոֆիլ բակտերիաների մեջ) և առաջնային էլեկտրոն ընդունողի (PA) միջև: Թիլաոիդային թաղանթների հետագա շրջանները տեղի են ունենում դրանց հիմնական մոլեկուլների միջև: վիճակներ և չեն պահանջում լույսի գրգռում: Այս շրջանները կազմակերպված են էլեկտրոնային տրանսպորտային շղթայի մեջ՝ թաղանթում ամրագրված էլեկտրոնային կրիչների հաջորդականություն։ Բարձրագույն բույսերի և ջրիմուռների էլեկտրոնների փոխադրման շղթան պարունակում է երկու ֆոտոքիմիա։ հաջորդաբար գործող կենտրոններ (ֆոտոհամակարգեր) (նկ. 2), բակտերիաների էլեկտրոնների տեղափոխման շղթայում՝ մեկ (նկ. 3):

Բարձրագույն բույսերի և ջրիմուռների II ֆոտոհամակարգում P680-ի կենտրոնում միաձույլ գրգռված քլորոֆիլ a-ն (680 թիվը ցույց է տալիս, որ համակարգի առավելագույն սպեկտրալ փոփոխությունները լույսով գրգռվելիս մոտ 680 նմ է) էլեկտրոն է նվիրում ֆեոֆիտին միջանկյալ ընդունողի միջոցով ( PHEO, քլորոֆիլի առանց մագնեզիումի անալոգը, որը ձևավորում է կատիոն-ռադիկալ: Կրճատված ֆեոֆիտինի արմատական ​​անիոնը հետագայում ծառայում է որպես էլեկտրոնի դոնոր կապված պլաստոքինոնի համար (HP*; տարբերվում է ուբիկինոններից քինոիդ օղակի փոխարինողներով)՝ կոորդինացված Fe 3+ իոնին (բակտերիաներում կա նմանատիպ Fe 3+ -ubiquinone համալիր): . Այնուհետև, էլեկտրոնը փոխանցվում է շղթայի երկայնքով, որը ներառում է ազատ պլաստոքինոն (HRP), որն առկա է շղթայի մյուս բաղադրիչների նկատմամբ, այնուհետև ցիտոքրոմները (C) b 6 և f, որոնք կազմում են երկաթի հետ բարդույթ։ - ծծմբի կենտրոն, պղնձ պարունակող միջովսպիտակուցային պլաստոցիանին (PC; mol. m. 10400) դեպի ֆոտոհամակարգ I-ի ռեակցիայի կենտրոն:

Կենտրոնները արագ վերականգնվում են՝ մի շարք բացերի միջով ընդունելով էլեկտրոն։ կրիչներ ջրից. O 2-ի ձևավորումը պահանջում է հաջորդականություն: P ֆոտոհամակարգի ռեակցիայի կենտրոնի քառակի գրգռում և կատալիզացվում է մեմբրանի համալիրով, որը պարունակում է Mn։

I ֆոտոհամակարգը կարող է ինքնուրույն գործել՝ առանց II համակարգի հետ շփման: Այս դեպքում ցիկլային էլեկտրոնների փոխանցումը (գծապատկերում նշված է կետագծով) ուղեկցվում է ATP-ի, այլ ոչ թե NADPH-ի սինթեզով։ Ձևավորվում է լուսային փուլում կոֆերմենտում

NADPH-ը և ATP-ն օգտագործվում են ֆոտոսինթեզի մութ փուլում, որի ընթացքում կրկին ձևավորվում են NADP և ADP։

Ֆոտոսինթետիկ բակտերիաների էլեկտրոնների տեղափոխման շղթաներն իրենց հիմնական հատկանիշներով նման են բարձր բույսերի քլորոֆիլների առանձին հատվածներին: Նկ. 3-ը ցույց է տալիս մանուշակագույն բակտերիաների էլեկտրոնային փոխադրման շղթան:

Ֆոտոսինթեզի մութ փուլ.Բոլոր ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմները, որոնք արտադրում են O 2, ինչպես նաև որոշ ֆոտոսինթետիկ բակտերիաներ, սկզբում նվազեցնում են CO 2-ը մինչև շաքարի ֆոսֆատներ այսպես կոչված. Կալվինի ցիկլը. Ֆոտոսինթետիկ բակտերիաներում, ըստ երևույթին, տեղի են ունենում նաև այլ մեխանիզմներ։ Կալվինի ցիկլի ֆերմենտների մեծ մասը լուծվող վիճակում է գտնվում քլորոպլաստային ստրոմայում:

Պարզեցված ցիկլի դիագրամը ներկայացված է նկ. 4. Առաջին փուլ՝ ռիբուլոզա-1,5-դիֆոսֆատի և հիդրոյի կարբոքսիլացումարտադրանքի լիզում՝ ձեզ մոտ 3-ֆոսֆոգիցերինի երկու մոլեկուլների ձևավորմամբ: Այս C 3-թթուն ֆոսֆորիլացվում է ATP-ով` ձևավորելով 3-ֆոսֆոգլիկերոյլֆոսֆատ, որն այնուհետև NADPH-ով վերածվում է գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատի: Ստացված տրիոզաֆոսֆատն այնուհետև մտնում է իզոմերացման, խտացման և վերադասավորումների շարք՝ տալով 3 մոլեկուլ ռիբուլոզա-5-ֆոսֆատ։ Վերջինս ֆոսֆորիլացվում է ATP-ի մասնակցությամբ՝ ռիո-լոսո-1,5-դիֆոսֆատի ձևավորմամբ և, այդպիսով, ցիկլը փակվում է։ Գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատի 6 մոլեկուլներից մեկը վերածվում է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի և այնուհետև օգտագործվում է օսլայի սինթեզման համար կամ քլորոպլաստից ազատվում է ցիտոպլազմա: Գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատը կարող է նաև վերածվել 3-գլիցերոֆոսֆատի, այնուհետև լիպիդների: ՏրիոզոՔլորոպլաստից եկող ֆոսֆատները վերածվում են հիմնականի: մեջ սախարոզա, որը տերևից տեղափոխվում է բույսի այլ մասեր։

Կալվինի ցիկլի մեկ ամբողջական հերթափոխում 9 ATP մոլեկուլ և 6 NADPH մոլեկուլ սպառվում է ձեզ համար 3-ֆոսֆոգիցերինի մեկ մոլեկուլ ձևավորելու համար: Էներգիա ցիկլի արդյունավետությունը (ATP-ի և NADPH-ի ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ ֆոտոնների էներգիայի հարաբերակցությունը CO 2-ից ածխաջրերի ձևավորման DG 0-ին), հաշվի առնելով քլորոպլաստային ստրոմայում գործող ենթաշերտի կոնցենտրացիաները, կազմում է 83%: Բուն Կալվինի ցիկլում ֆոտոքիմիկատներ չկան: փուլերը, բայց թեթև փուլերը կարող են անուղղակիորեն ազդել դրա վրա (ներառյալ նրանք, որոնք չեն պահանջում ATP կամ NADPH) Mg 2+ և H + իոնների կոնցենտրացիաների փոփոխության, ինչպես նաև ֆերեդոքսինի նվազեցման մակարդակի միջոցով:

Որոշ բարձրակարգ բույսեր, որոնք հարմարվել են բարձր լույսի ինտենսիվությանը և տաք կլիմայական պայմաններին (օրինակ՝ շաքարեղեգ, եգիպտացորեն), կարող են նաև նախապես ամրացնել CO 2-ը: C 4-ցիկլ. Միևնույն ժամանակ, CO 2-ը նախ ներառված է չորս ածխածնային երկկարբոքսիլաթթուների փոխանակման մեջ, որոնք այնուհետև ապակարբոքսիլացվում են այնտեղ, որտեղ տեղայնացված է Կալվինի ցիկլը: C 4 - ցիկլը բնորոշ է հատուկ անատոմիական ունեցող բույսերին: տերևի կառուցվածքը և ֆունկցիաների բաժանումը երկու տիպերի՝ կաթնախոտի և այլ երաշտի դիմացկուն բույսերի միջև, բնութագրվում է CO 2-ի ֆիքսման և ֆոտոսինթեզի ժամանակի մասնակի բաժանմամբ (CAM-փոխանակում կամ Crassulaceae տիպի փոխանակում, CAM կրճատ. անգլերեն Crassulaceae թթու նյութափոխանակությունից): Օրվա ընթացքում ստոմատներ (ալիքներ, որոնց միջոցով կատարվում է գազի փոխանակում էլեկտրոնի զանգվածի պահպանման օրենքից: Այսպիսով, ստացվել է ջրի օքսիդացումով O 2-ի առաջացման մասին պատկերացումների հաստատում: Դա վերջնականապես ապացուցվել է. զանգվածային սպեկտրաչափական մեթոդ (Ս. Ռուբեն, Մ. Կամեն, ինչպես նաև Ա.Պ. Վինոգրադով և Ռ.Վ. Թեիս, 1941):

1935-41 թվականներին Կ. Վան Նիլը ամփոփեց տվյալներ բարձրագույն բույսերի և բակտերիաների ֆոտոսինթեզի վերաբերյալ և առաջարկեց ընդհանուր հավասարում, որն ընդգրկում է ֆոտոսինթեզի բոլոր տեսակները։X. Gaffron-ը և C. Wohl-ը, ինչպես նաև L. Duysens-ը 1936-52 թթ. Կլանված լույսի ֆոտոսինթեզի արտադրանքի ելքի չափումները և քլորոֆիլի պարունակությունը ձևակերպել են «ֆոտոսինթետիկ միավորի»՝ մոլեկուլների համույթի հայեցակարգը։ 650 նմ մինչև հեռավոր կարմիր լույս (ուժեղացման էֆեկտ կամ երկրորդ Էմերսոնի էֆեկտ): Այս հիման վրա 1960-ական թթ ձևակերպել է հետևողական գործելու գաղափարըֆոտոհամակարգեր ֆոտոսինթեզի էլեկտրոնների փոխադրման շղթայում առավելագույնը գործողության սպեկտրում 680 և 700 HM-ի մոտ:

Հիմնական Ֆոտոսինթեզում ջրի օքսիդացման ժամանակ O 2 ձևավորման օրինաչափությունները հաստատվել են Բ. Կոկի և Պ. Ջոլիոյի (1969-70) աշխատություններում։ Նավամատույցի պարզաբանումը մոտենում է ավարտին։ այս գործընթացը կատալիզացնող մեմբրանի համալիրի կազմակերպում: 80-ական թթ. Ռենտգենյան կառուցվածքային անալիզի միջոցով մանրամասն ուսումնասիրվել է ֆոտոսինթետիկի առանձին բաղադրիչների կառուցվածքը: ապարատներ, այդ թվում՝ ռեակցիայի կենտրոններ և լույս հավաքող համալիրներ (Ի. Դեյզենհոֆեր, Իքս. Միշել, Պ. Հյուբեր)։

Լույս՝ Clayton R., Photosyntech: Ֆիզիկական մեխանիզմներ և քիմիական մոդելներ, տրանս. անգլերենից, Մ., 1984; «Ջ. Դ.Ի. Մենդելեևի անվան համառուսաստանյան քիմիական ընկերություն», 1986 թ., հ. 31, թիվ 6; Ֆոտոսինթեզ, խմբ. Գովինջի, թարգմ. անգլերենից, հատոր 1-2, Մ., 1987; Գիտության և տեխնիկայի արդյունքներ, սեր. Կենսաֆիզիկա, հատոր 20-22, Մ., 1987. Մ.Գ. Գոլդֆելդ.

Ավելին

Բույսերն իրենց արմատներից ստանում են ջուր և հանքանյութեր։ Տերեւները ապահովում են բույսերի օրգանական սնուցումը։ Ի տարբերություն արմատների, դրանք ոչ թե հողում են, այլ օդում, հետևաբար իրականացնում են ոչ թե հող, այլ օդային սնուցում։

Բույսերի օդային սնուցման ուսումնասիրության պատմությունից

Բույսերի սնուցման մասին գիտելիքներն աստիճանաբար կուտակվում են: Մոտ 350 տարի առաջ հոլանդացի գիտնական Յան Հելմոնտը առաջին անգամ փորձարկեց բույսերի սնուցման ուսումնասիրությունը: Հողով կավե կաթսայում նա ուռի է աճեցրել՝ այնտեղ միայն ջուր ավելացնելով։ Գիտնականը զգուշությամբ կշռել է թափված տերևները։ Հինգ տարի անց ուռենու զանգվածը թափված տերևների հետ միասին ավելացել է 74,5 կգ-ով, իսկ հողի զանգվածը նվազել է ընդամենը 57 գ-ով։ Դրա հիման վրա Հելմոնտը եկել է այն եզրակացության, որ բույսի բոլոր նյութերը գոյանում են ոչ հողից։ , բայց ջրից։ Այն կարծիքը, որ բույսը չափերով մեծանում է միայն ջրի շնորհիվ, պահպանվել է մինչև 18-րդ դարի վերջը։

1771 թվականին անգլիացի քիմիկոս Ջոզեֆ Փրիսթլին ուսումնասիրեց ածխաթթու գազը կամ, ինչպես ինքն էր անվանում «փչացած օդը», և ուշագրավ հայտնագործություն արեց։ Եթե ​​մոմ վառեք և ծածկեք այն ապակե գլխարկով, ապա մի փոքր այրվելուց հետո այն կհանգչի։ Նման գլխարկի տակ գտնվող մուկը սկսում է խեղդվել: Սակայն եթե մկան հետ միասին գլխարկի տակ դրվի անանուխի ճյուղ, ապա մկնիկը չի շնչահեղձվում եւ շարունակում է ապրել։ Սա նշանակում է, որ բույսերը «ուղղում» են կենդանիների շնչով փչացած օդը, այսինքն՝ ածխաթթու գազը վերածում են թթվածնի։

1862 թվականին գերմանացի բուսաբան Յուլիուս Սաքսը փորձերի միջոցով ապացուցեց, որ կանաչ բույսերը ոչ միայն թթվածին են թողնում, այլ նաև օրգանական նյութեր են ստեղծում, որոնք կերակուր են բոլոր մյուս օրգանիզմների համար:

Ֆոտոսինթեզ

Կանաչ բույսերի և այլ կենդանի օրգանիզմների հիմնական տարբերությունը նրանց բջիջներում քլորոֆիլ պարունակող քլորոպլաստների առկայությունն է: Քլորոֆիլն ունի արևի ճառագայթները գրավելու հատկություն, որի էներգիան անհրաժեշտ է օրգանական նյութեր ստեղծելու համար։ Արեգակնային էներգիայի օգնությամբ ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութերի առաջացման գործընթացը կոչվում է ֆոտոսինթեզ (հունարեն՝ pholos լույս)։ Ֆոտոսինթեզի գործընթացում առաջանում են ոչ միայն օրգանական նյութեր՝ շաքարներ, այլև արտազատվում է թթվածին։

Սխեմատիկորեն ֆոտոսինթեզի գործընթացը կարելի է պատկերել հետևյալ կերպ.

Ջուրը ներծծվում է արմատներով և արմատների և ցողունի հաղորդիչ համակարգով շարժվում է դեպի տերևները։ Ածխածնի երկօքսիդը օդի բաղադրիչն է։ Տերեւների մեջ մտնում է բաց ստոմատների միջոցով։ Տերևի կառուցվածքը նպաստում է ածխաթթու գազի կլանմանը. տերևի շեղբերների հարթ մակերեսը, որը մեծացնում է օդի հետ շփման տարածքը և մաշկի մեջ մեծ քանակությամբ ստոմատների առկայությունը:

Ֆոտոսինթեզի արդյունքում առաջացած շաքարները վերածվում են օսլայի։ Օսլան օրգանական նյութ է, որը չի լուծվում ջրում։ Ով հեշտ է հայտնաբերել յոդի լուծույթով:

Լույսի ազդեցության տակ գտնվող տերևներում օսլայի ձևավորման ապացույցներ

Փաստենք, որ բույսերի կանաչ տերևներում օսլան առաջանում է ածխաթթու գազից և ջրից։ Դա անելու համար հաշվի առեք փորձը, որը ժամանակին բեմադրել էր Ջուլիուս Սաքսը։

Տնային բույսը (խորդենի կամ գարնանածաղիկ) երկու օր պահվում է մթության մեջ, որպեսզի ամբողջ օսլան սպառվի կենսական գործընթացների համար։ Հետո մի քանի տերեւ երկու կողմից ծածկում են սեւ թղթով այնպես, որ միայն մի մասը ծածկվի։ Ցերեկը բույսը ենթարկվում է լույսի, իսկ գիշերը լրացուցիչ լուսավորվում է սեղանի լամպով։

Մեկ օր անց ուսումնասիրված տերեւները կտրվում են։ Պարզելու համար, թե տերևի օսլայի որ մասում է գոյացել, տերևները կամքով եփում են (որպեսզի օսլայի հատիկները ուռեն), ապա պահում տաք սպիրտում (քլորոֆիլը լուծվում է և տերևը գունաթափվում)։ Այնուհետև տերևները լվանում են ջրի մեջ և մշակում յոդի թույլ լուծույթով։ Տերեւների Tc մասերը, որոնք եղել են լույսի ներքո, յոդի ազդեցությունից կապույտ գույն են ստանում։ Սա նշանակում է, որ օսլան առաջացել է տերեւի լուսավորված հատվածի բջիջներում։ Հետեւաբար, ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում միայն լույսի առկայության դեպքում:

Ֆոտոսինթեզի համար ածխաթթու գազի անհրաժեշտության ապացույցներ

Ապացուցելու համար, որ ածխաթթու գազն անհրաժեշտ է տերեւներում օսլայի առաջացման համար, սենյակային բույսը նույնպես նախկինում պահվում է մթության մեջ։ Այնուհետև տերեւներից մեկը դրվում է կոլբայի մեջ՝ քիչ քանակությամբ կրաքարի ջրով։ Կոլբը փակվում է բամբակյա շվաբրով։ Գործարանը ենթարկվում է. Ածխածնի երկօքսիդը կլանում է կրաքարի ջուրը, ուստի այն չի լինի կոլբայի մեջ: Տերեւը կտրվում է, և, ինչպես նախորդ փորձի ժամանակ, այն հետազոտվում է օսլայի առկայության համար։ Այն հնեցնում է տաք ջրում և սպիրտում, մշակում յոդի լուծույթով։ Սակայն այս դեպքում փորձի արդյունքը տարբեր կլինի՝ թերթիկը չի կապտում, քանի որ. այն չի պարունակում օսլա։ Ուստի օսլայի առաջացման համար լույսից և ջրից բացի անհրաժեշտ է նաև ածխաթթու գազ։

Այսպես, հարցին, թե բույսն օդից ինչ սնունդ է ստանում, մենք պատասխանեցինք. Փորձը ցույց է տվել, որ դա ածխաթթու գազ է։ Այն անհրաժեշտ է օրգանական նյութերի առաջացման համար։

Օրգանիզմները, որոնք ինքնուրույն ստեղծում են օրգանական նյութեր իրենց մարմինը կառուցելու համար, կոչվում են ավտոտրոֆներ (հունարեն autos - ինքնակառավարման, trofe - սնունդ):

Ֆոտոսինթեզի ընթացքում թթվածնի առաջացման ապացույցներ

Ապացուցելու համար, որ ֆոտոսինթեզի ընթացքում բույսերը թթվածին են թողնում արտաքին միջավայր, դիտարկենք ջրային Էլոդեա բույսի հետ կապված փորձը: Էլոդեայի կադրերն իջեցնում են ջրով անոթի մեջ և վերևից ծածկում ձագարով։ Ձագարի վերջում դրեք ջրով լցված փորձանոթ: Բույսը երկու-երեք օր ենթարկվում է լույսի: Elodea-ն արտանետում է գազի պղպջակներ, երբ ենթարկվում է լույսի: Նրանք կուտակվում են խողովակի վերին մասում, ջուրը տեղահանելով: Պարզելու համար, թե դա ինչ գազ է, փորձանոթը զգուշորեն հանում են և մեջը մտցնում մխացող բեկոր։ Ջահը վառ է բռնկվում։ Սա նշանակում է, որ թթվածինը կուտակվել է կոլբայի մեջ՝ աջակցելով այրմանը:

Բույսերի տիեզերական դերը

Քլորոֆիլ պարունակող բույսերը կարողանում են կլանել արեգակնային էներգիան։ Ուստի Ք.Ա. Տիմիրյազևը նրանց դերը Երկրի վրա անվանել է տիեզերական։ Օրգանական նյութերում կուտակված արեգակնային էներգիայի մի մասը կարող է պահպանվել երկար ժամանակ։ Ածուխը, տորֆը, նավթը գոյանում են այն նյութերից, որոնք ստեղծվել են հին երկրաբանական ժամանակներում կանաչ բույսերի կողմից և կլանել են Արեգակի էներգիան։ Այրելով բնական այրվող նյութերը՝ մարդն ազատում է կանաչ բույսերի կողմից միլիոնավոր տարիներ առաջ կուտակված էներգիան։

Բույսերում (հիմնականում նրանց տերեւներում) ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում լույսի ներքո։

Սա մի գործընթաց է, երբ օրգանական նյութը գլյուկոզա (շաքարի տեսակ) ձևավորվում է ածխաթթու գազից և ջրից։ Ավելին, բջիջներում գլյուկոզան վերածվում է ավելի բարդ նյութի՝ օսլայի: Ե՛վ գլյուկոզան, և՛ օսլան ածխաջրեր են:

Ֆոտոսինթեզի գործընթացում ոչ միայն օրգանական նյութեր են արտադրվում, այլեւ թթվածին են արտազատվում որպես կողմնակի արտադրանք։

Ածխածնի երկօքսիդը և ջուրը անօրգանական նյութեր են, իսկ գլյուկոզան և օսլան՝ օրգանական։ Ուստի հաճախ ասում են, որ ֆոտոսինթեզը լույսի ներքո անօրգանական նյութերից օրգանական նյութերի առաջացման գործընթացն է։ Ֆոտոսինթեզի ընդունակ են միայն բույսերը, որոշ միաբջիջ էուկարիոտներ և որոշ բակտերիաներ։ Կենդանիների և սնկերի բջիջներում նման գործընթաց չկա, ուստի նրանք ստիպված են շրջակա միջավայրից օրգանական նյութեր կլանել։ Այս առումով բույսերը կոչվում են ավտոտրոֆներ, իսկ կենդանիները և սնկերը՝ հետերոտրոֆներ։

Բույսերի ֆոտոսինթեզի գործընթացը տեղի է ունենում քլորոպլաստներում, որոնք պարունակում են կանաչ պիգմենտ քլորոֆիլ։

Այսպիսով, ֆոտոսինթեզն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է.

քլորոֆիլ,

ածխաթթու գազ.

Ֆոտոսինթեզի գործընթացն առաջացնում է.

օրգանական նյութեր,

թթվածին.

Բույսերը հարմարեցված են լույսը գրավելու համար:Բազմաթիվ խոտաբույսերում տերևները հավաքվում են այսպես կոչված բազալ վարդի մեջ, երբ տերևները չեն ստվերում միմյանց։ Ծառերին բնորոշ է տերևային խճանկարը, որի մեջ տերևներն այնպես են աճում, որ հնարավորինս քիչ ծածկեն միմյանց։ Բույսերի մեջ տերևի շեղբերները կարող են շրջվել դեպի լույսը տերևի կոթունների ճկման պատճառով: Այս ամենի հետ մեկտեղ կան ստվերասեր բույսեր, որոնք կարող են աճել միայն ստվերում։

Ջուրֆոտոսինթեզի համարժամանում էտերևների մեջարմատներիցցողունի երկայնքով. Հետեւաբար, կարեւոր է, որ բույսը բավականաչափ խոնավություն ստանա: Ջրի և որոշ հանքանյութերի պակասի դեպքում ֆոտոսինթեզի գործընթացը արգելակվում է:

Ածխաթթու գազվերցված ֆոտոսինթեզի համարուղղակիորենօդից դուրստերեւները. Թթվածինը, որն արտադրվում է բույսի կողմից ֆոտոսինթեզի ժամանակ, ընդհակառակը, արտանետվում է օդ։ Գազի փոխանակմանը նպաստում են միջբջջային տարածությունները (բջիջների միջև բացերը):

Ֆոտոսինթեզի գործընթացում ձևավորված օրգանական նյութերը մասամբ օգտագործվում են հենց տերևներում, բայց հիմնականում հոսում են մյուս բոլոր օրգանները և վերածվում այլ օրգանական նյութերի, օգտագործվում են էներգետիկ նյութափոխանակության մեջ և վերածվում պահուստային սննդանյութերի:

բույսերի ֆոտոսինթեզ

Ֆոտոսինթեզը եզակի ֆիզիկական և քիմիական գործընթաց է, որն իրականացվում է Երկրի վրա բոլոր կանաչ բույսերի և որոշ բակտերիաների կողմից և ապահովում է արևի լույսի էլեկտրամագնիսական էներգիայի փոխակերպումը տարբեր օրգանական միացությունների քիմիական կապերի էներգիայի: Ֆոտոսինթեզի հիմքը ռեդոքս ռեակցիաների հաջորդական շղթան է, որի ընթացքում էլեկտրոնները փոխանցվում են դոնոր-վերականգնող նյութից (ջուր, ջրածին) դեպի ընդունող-օքսիդացնող նյութ (CO2, ացետատ)՝ առաջացնելով նվազեցված միացություններ (ածխաջրեր) և O2-ի ազատում, եթե ջուրը օքսիդացված է

Ֆոտոսինթեզը առաջատար դեր է խաղում կենսոլորտային գործընթացներում՝ համաշխարհային մասշտաբով հանգեցնելով անօրգանական նյութերից օրգանական նյութերի առաջացմանը։

Ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմները, օգտագործելով արեգակնային էներգիան ֆոտոսինթեզի ռեակցիաներում, կապում են Երկրի կյանքը Տիեզերքի հետ և, ի վերջո, որոշում են դրա ողջ բարդությունն ու բազմազանությունը: Հետերոտրոֆ օրգանիզմները՝ կենդանիները, սնկերը, բակտերիաների մեծ մասը, ինչպես նաև առանց քլորոֆիլ բույսերը և ջրիմուռները, իրենց գոյության համար պարտական ​​են ավտոտրոֆ օրգանիզմներին՝ ֆոտոսինթետիկ բույսերին, որոնք ստեղծում են օրգանական նյութեր Երկրի վրա և լրացնում են մթնոլորտում թթվածնի կորուստը: Մարդկությունը գնալով ավելի է գիտակցում ակնհայտ ճշմարտությունը, որն առաջին անգամ գիտականորեն հիմնավորված է Ք.Ա. Տիմիրյազևը և Վ.Ի. Վերնադսկի. կենսոլորտի էկոլոգիական բարեկեցությունը և մարդկության գոյությունը կախված են մեր մոլորակի բուսական ծածկույթի վիճակից:

Գործընթացները թերթիկում

Տերեւը կատարում է երեք կարևոր գործընթաց՝ ֆոտոսինթեզ, ջրի գոլորշիացում և գազափոխանակություն։ Տերևներում ֆոտոսինթեզի գործընթացում արևի լույսի ազդեցության տակ ջրից և ածխաթթու գազից սինթեզվում են օրգանական նյութեր։ Ցերեկը ֆոտոսինթեզի և շնչառության արդյունքում բույսն արտազատում է թթվածին և ածխաթթու գազ, իսկ գիշերը՝ միայն շնչառության ժամանակ գոյացած ածխաթթու գազ։

Բույսերի մեծ մասը կարողանում է քլորոֆիլ սինթեզել ցածր լույսի ներքո: Արևի ուղիղ ճառագայթների տակ քլորոֆիլն ավելի արագ է սինթեզվում։
Ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ լույսի էներգիան որոշակի սահմաններում ներծծվում է որքան շատ, այնքան քիչ է մթնում տերևը։ Հետևաբար, էվոլյուցիայի գործընթացում բույսերը զարգացրել են տերևային թիթեղը դեպի լույսը շրջելու ունակությունը, որպեսզի ավելի շատ արևի լույս ընկնի դրա վրա: Բույսի վրա տերևները դասավորված են այնպես, որ չճնշեն միմյանց։
Տիմիրյազևն ապացուցեց, որ ֆոտոսինթեզի էներգիայի աղբյուրը հիմնականում սպեկտրի կարմիր ճառագայթներն են։ Դրա մասին է վկայում քլորոֆիլի կլանման սպեկտրը, որտեղ առավել ինտենսիվ կլանման գոտին նկատվում է կարմիր, իսկ ավելի քիչ ինտենսիվ՝ կապույտ-մանուշակագույն հատվածում։

Լուսանկարը՝ Նաթ Թարբոքս

Քլորոպլաստներում քլորոֆիլի հետ կան կարոտին և քսանթոֆիլ պիգմենտներ։ Այս երկու պիգմենտներն էլ կլանում են կապույտ և մասամբ կանաչ ճառագայթները և փոխանցում կարմիր և դեղին գույնը: Որոշ գիտնականներ կարոտինին և քսանթոֆիլին վերագրում են էկրանների դերը, որոնք պաշտպանում են քլորոֆիլը կապույտ ճառագայթների վնասակար ազդեցությունից:
Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բաղկացած է մի շարք հաջորդական ռեակցիաներից, որոնցից մի քանիսն ընթանում են լույսի էներգիայի կլանմամբ, իսկ ոմանք՝ մթության մեջ։ Ֆոտոսինթեզի կայուն վերջնական արտադրանքներն են ածխաջրերը (շաքարներ և ապա օսլա), օրգանական թթուներ, ամինաթթուներ և սպիտակուցներ։
Ֆոտոսինթեզը տարբեր պայմաններում ընթանում է տարբեր ինտենսիվությամբ։

Ֆոտոսինթեզի ինտենսիվությունը կախված է նաև բույսերի զարգացման փուլից։ Ֆոտոսինթեզի առավելագույն ինտենսիվությունը նկատվում է ծաղկման փուլում։
Օդում ածխաթթու գազի սովորական պարունակությունը կազմում է 0,03% ծավալային։ Օդում ածխաթթու գազի քանակի կրճատումը նվազեցնում է ֆոտոսինթեզի ինտենսիվությունը։ Ածխածնի երկօքսիդի պարունակությունը մինչև 0,5% բարձրացնելը գրեթե համամասնորեն մեծացնում է ֆոտոսինթեզի ինտենսիվությունը: Այնուամենայնիվ, ածխածնի երկօքսիդի պարունակության հետագա աճով ֆոտոսինթեզի ինտենսիվությունը չի աճում, և 1% -ով բույսը տուժում է:

Բույսերը գոլորշիանում կամ փոխանցում են շատ մեծ քանակությամբ ջուր։ Ջրի գոլորշիացումը վերընթաց հոսանքի պատճառներից մեկն է։ Բույսի կողմից ջրի գոլորշիացման պատճառով դրա մեջ կուտակվում են հանքային նյութեր, և արևային տաքացման ժամանակ առաջանում է բույսի համար օգտակար ջերմաստիճանի նվազում։
Բույսը ստոմատների աշխատանքի միջոցով կարգավորում է ջրի գոլորշիացման գործընթացը։ Կուտիկուլի կամ մոմի ծածկույթի նստեցումը էպիդերմիսի վրա, դրա մազերի ձևավորումը և այլ հարմարեցումները ուղղված են չկարգավորված տրանսպերացիան նվազեցնելուն:

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը և տերևի կենդանի բջիջների անընդհատ շարունակվող շնչառությունը պահանջում են գազի փոխանակում տերևի ներքին հյուսվածքների և մթնոլորտի միջև: Ֆոտոսինթեզի գործընթացում յուրացված ածխաթթու գազը ներծծվում է մթնոլորտից և թթվածնով վերադառնում մթնոլորտ։
Անալիզի իզոտոպային մեթոդի կիրառումը ցույց է տվել, որ 16O-ով մթնոլորտ վերադարձված թթվածինը պատկանում է ջրին, այլ ոչ թե օդի ածխածնի երկօքսիդին, որում գերակշռում է նրա մյուս իզոտոպը՝ 15O։ Կենդանի բջիջների շնչառության ժամանակ (բջջի ներսում օրգանական նյութերի օքսիդացում ազատ թթվածնով դեպի ածխաթթու գազ և ջուր), թթվածինը պետք է մատակարարվի մթնոլորտից և ածխաթթու գազը վերադառնա: Այս գազափոխանակությունը նույնպես հիմնականում իրականացվում է ստամոքսային ապարատի միջոցով։

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բաղկացած է երկու հաջորդական և փոխկապակցված փուլերից՝ լուսային (լուսաքիմիական) և մութ (նյութափոխանակության): Առաջին փուլում ֆոտոսինթետիկ պիգմենտներով կլանված լույսի քվանտների էներգիան վերածվում է բարձր էներգիայի ATP միացության և ունիվերսալ նվազեցնող NADPH-ի քիմիական կապերի էներգիայի՝ ֆոտոսինթեզի իրական առաջնային արտադրանքի կամ այսպես կոչված «ձուլման»: ուժ». Ֆոտոսինթեզի մութ ռեակցիաներում լույսի ներքո ձևավորված ATP-ն և NADPH-ն օգտագործվում են ածխածնի երկօքսիդի ֆիքսման և դրա հետագա վերածումը ածխաջրերի ցիկլում:
Ֆոտոսինթետիկ բոլոր օրգանիզմներում ֆոտոսինթեզի լուսային փուլի ֆոտոքիմիական պրոցեսները տեղի են ունենում էներգիա փոխակերպող հատուկ թաղանթներում, որոնք կոչվում են թիլաոիդ և կազմակերպվում են այսպես կոչված էլեկտրոնային տրանսպորտային շղթայի մեջ։ Ֆոտոսինթեզի մութ ռեակցիաները տեղի են ունենում թիլաոիդ թաղանթներից դուրս (պրոկարիոտների ցիտոպլազմում և բույսերի քլորոպլաստի ստրոմայում)։ Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի լուսային և մութ փուլերը տարանջատվում են տարածության և ժամանակի մեջ։

Փայտային բույսերի ֆոտոսինթեզի ինտենսիվությունը լայնորեն տարբերվում է՝ կախված բազմաթիվ արտաքին և ներքին գործոնների փոխազդեցությունից, և այդ փոխազդեցությունները ժամանակի ընթացքում փոխվում են և տարբեր են տարբեր տեսակների համար:

Ֆոտոսինթետիկ հզորությունը երբեմն չափվում է զուտ չոր քաշի ավելացմամբ: Նման տվյալներն առանձնահատուկ նշանակություն ունեն, քանի որ շահույթը ներկայացնում է միջին իրական քաշի ավելացումը երկար ժամանակահատվածում շրջակա միջավայրի պայմաններում, որոնք ներառում են նորմալ ընդհատվող սթրեսներ:
Անգիոսպերմների որոշ տեսակներ արդյունավետ ֆոտոսինթեզ են կատարում ինչպես ցածր, այնպես էլ բարձր լույսի ինտենսիվության դեպքում: Շատ մարմնամարզիկներ շատ ավելի արդյունավետ են բարձր լույսի պայմաններում: Այս երկու խմբերի համեմատությունը ցածր և բարձր լույսի ինտենսիվության դեպքում հաճախ տարբեր պատկերացում է տալիս ֆոտոսինթետիկ կարողությունների մասին սննդանյութերի կուտակման առումով: Բացի այդ, մարմնամարզիկները հաճախ քնած վիճակում կուտակում են չոր նյութ, մինչդեռ տերեւասերմները կորցնում են այն շնչառության միջոցով: Հետևաբար, մարմնամարզական բույսը, որն ունի ֆոտոսինթեզի մի փոքր ավելի ցածր արագություն, քան սաղարթավոր անգիոսպերմն իր աճի ժամանակաշրջանում, կարող է տարվա ընթացքում կուտակել նույնքան կամ նույնիսկ ավելի ընդհանուր չոր զանգված՝ ֆոտոսինթետիկ գործունեության շատ ավելի երկար ժամանակահատվածի պատճառով:

Ֆոտոսինթեզի առաջին փորձերը Ջոզեֆ Փրիսթլին կատարեց 1770-1780-ական թվականներին, երբ նա ուշադրություն հրավիրեց այրվող մոմի միջոցով կնքված անոթի օդի «փչացման» վրա (օդը դադարել էր այրվել, կենդանիները տեղադրեցին. դրա մեջ խեղդվել է) և դրա «ուղղումը» բույսերի կողմից . Փրիսթլին եզրակացրեց, որ բույսերը թթվածին են թողնում, որն անհրաժեշտ է շնչառության և այրման համար, բայց չնկատեց, որ բույսերը դրա համար լույսի կարիք ունեն: Շուտով դա ցույց տվեց Յան Ինգենհաուսը։ Հետագայում պարզվել է, որ բացի թթվածնից, բույսերը կլանում են ածխաթթու գազը և ջրի մասնակցությամբ լույսի ներքո սինթեզում օրգանական նյութեր։ 1842 թվականին Ռոբերտ Մայերը, էներգիայի պահպանման օրենքի հիման վրա պնդեց, որ բույսերը արևի լույսի էներգիան վերածում են քիմիական կապերի էներգիայի: 1877 թվականին Վ. Պֆեֆերն այս պրոցեսն անվանեց ֆոտոսինթեզ։

Ն.Յու.ՖԵՈԿՏԻՍՏՈՎԱ

բույսերի գիշերային կյանք

Orchid Dendrobium speciosum, ծաղիկներ բացելով միայն գիշերը

Ի՞նչ են անում բույսերը գիշերը: Մեկը կցանկանայի պատասխանել այս հարցին. «Հանգիստ»: Ի վերջո, թվում է, թե բույսի ամբողջ «ակտիվ կյանքը» տեղի է ունենում օրվա ընթացքում: Ցերեկը ծաղիկները բացվում են և փոշոտվում միջատների կողմից, տերևները բացվում են, երիտասարդ ցողունները աճում են և իրենց գագաթները դեպի արևը քաշում։ Հենց ցերեկային ժամերին բույսերն օգտագործում են արևի էներգիան՝ մթնոլորտային օդից ներծծվող ածխաթթու գազը շաքարի վերածելու համար։

Այնուամենայնիվ, բույսը ոչ միայն սինթեզում է օրգանական նյութեր, այլև դրանք օգտագործում է շնչառության գործընթացում՝ կրկին օքսիդանալով դեպի ածխաթթու գազ և կլանելով թթվածինը: Բայց շնչառության համար բույսերին անհրաժեշտ թթվածնի քանակը մոտ 30 անգամ պակաս է, քան այն, ինչ նրանք թողնում են ֆոտոսինթեզի ընթացքում: Գիշերը, մթության մեջ, ֆոտոսինթեզ չի լինում, բայց նույնիսկ այս պահին բույսերը այնքան քիչ թթվածին են սպառում, որ դա մեզ վրա բացարձակապես չի ազդում։ Հետեւաբար, գիշերը հիվանդ սենյակից բույսերը հանելու հին ավանդույթը լիովին անհիմն է:

Եվ կան մի շարք բույսերի տեսակներ, որոնք գիշերը սպառում են ածխաթթու գազ։ Քանի որ արևի լույսի էներգիան, որն անհրաժեշտ է ածխածնի ամբողջական կրճատման համար, այս պահին հասանելի չէ, շաքարավազը, իհարկե, չի ձևավորվում: Բայց օդից կլանված ածխաթթու գազը պահվում է խնձորաթթուների կամ ասպարտիկ թթուների բաղադրության մեջ, որոնք հետո արդեն լույսի ներքո նորից քայքայվում են՝ արտազատելով CO2։ Հենց այս ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլներն են ներառված ֆոտոսինթեզի հիմնական ռեակցիաների ցիկլում՝ այսպես կոչված, Կալվինի ցիկլում։ Բույսերի մեծ մասում այս ցիկլը սկսվում է օդից անմիջապես CO2-ի մոլեկուլի գրավմամբ: Նման «պարզ» մեթոդը կոչվում է C3 ֆոտոսինթեզի ուղի, և եթե ածխաթթու գազը նախապես պահվում է խնձորաթթվի մեջ, ապա դա C4 ուղին է:

Թվում է, թե ինչու է մեզ անհրաժեշտ լրացուցիչ բարդություն: Առաջին հերթին ջուրը խնայելու համար։ Ի վերջո, բույսը կարող է ածխաթթու գազ կլանել միայն բաց ստոմատների միջոցով, որոնց միջոցով ջուրը գոլորշիանում է։ Իսկ ցերեկը, շոգին, ստամոքսի միջոցով շատ ավելի շատ ջուր է կորցնում, քան գիշերը։ Իսկ C4 բույսերում ստոմատները ցերեկը փակ են, իսկ ջուրը չի գոլորշիանում։ Այս կայանները գազի փոխանակում են իրականացնում գիշերային զով ժամերին։ Բացի այդ, C4 ուղին ընդհանուր առմամբ ավելի արդյունավետ է, այն թույլ է տալիս սինթեզել ավելի մեծ քանակությամբ օրգանական նյութեր մեկ միավոր ժամանակում: Բայց միայն լավ լուսավորության պայմաններում և բավականաչափ բարձր օդի ջերմաստիճանում:

Այսպիսով, C4 ֆոտոսինթեզը բնորոշ է «հարավայիններին»՝ տաք շրջանների բույսերին: Այն բնորոշ է կակտուսների, որոշ այլ սուկուլենտների, մի շարք բրոմելիադների, օրինակ՝ հայտնի արքայախնձորին ( Անանաս կոմոսուս), շաքարեղեգ և եգիպտացորեն։

Հետաքրքիր է, որ դեռևս 1813 թվականին, ֆոտոսինթեզի հիմքում ընկած կենսաքիմիական ռեակցիաների հայտնիությունից շատ առաջ, հետազոտող Բենջամին Հեյնը գրեց Linnean Scientific Society-ին, որ մի շարք հյութեղ բույսերի տերևներն առավոտյան հատկապես սուր համ ունեն, իսկ հետո՝ կեսերին: օրը նրանց համն ավելի մեղմ է դառնում:

Օրգանական թթուներում կապված CO2-ի օգտագործման հնարավորությունը գենետիկորեն որոշված ​​է, սակայն այս ծրագրի իրականացումը նույնպես արտաքին միջավայրի հսկողության տակ է: Հորդառատ անձրևի ժամանակ, երբ չորացման վտանգ չկա, և լուսավորությունը ցածր է, C4 բույսերը կարող են բացել իրենց ստոմատները օրվա ընթացքում և անցնել նորմալ C3 ուղու:

Էլ ի՞նչ կարող է պատահել բույսերի հետ գիշերը:

Որոշ տեսակներ հարմարվել են գիշերը իրենց փոշոտողներին գրավելու համար: Դրա համար նրանք օգտագործում են տարբեր միջոցներ՝ և՛ հոտը, որն ուժեղանում է գիշերը, և՛ այն գույնը, որը հաճելի և նկատելի է գիշերային փոշոտողների աչքին՝ սպիտակ կամ դեղնավուն բեժ: Գիշերային թիթեռները թռչում են նման ծաղիկների մոտ: Հենց նրանք են փոշոտում հասմիկի ծաղիկները։ Ժասմին), գարդենիաներ ( Գարդենիա), լուսնածաղիկներ ( Ipomea alba), երեկոներ կամ գիշերային մանուշակներ ( Հեսպերիս), երկտերևանի սեր ( Platanthera bifolia), գանգուր շուշաններ ( lilium martagon) և մի շարք այլ բույսեր։

Lilium martagon, Vintage գծանկար

Եվ կան բույսեր (դրանք կոչվում են chiropterophilic), որոնք փոշոտվում են գիշերը չղջիկների կողմից։ Այս բույսերի մեծ մասը գտնվում է Ասիայի, Ամերիկայի և Ավստրալիայի արևադարձային շրջաններում, ավելի քիչ՝ Աֆրիկայում։ Սրանք բանաններ, ագավաներ, բոաբաբներ, մրտենի, հատիկաընդեղենի, բեգոնիայի, գեսների, ցիանոտ ընտանիքների որոշ ներկայացուցիչներ:

Քիրոպտերոֆիլ բույսերի ծաղիկները բացվում են միայն մթնշաղին և չեն տարբերվում գույնի պայծառությամբ՝ որպես կանոն, դրանք կանաչադեղնավուն են, շագանակագույն կամ մանուշակագույն։ Նման ծաղիկների հոտը շատ յուրահատուկ է, հաճախ մեզ համար տհաճ, բայց, հավանաբար, գրավիչ չղջիկների համար։ Բացի այդ, chiropterophilous բույսերի ծաղիկները սովորաբար մեծ են, ուժեղ պերիանտով և ապահովված են «վայրէջքի վայրերով» իրենց փոշոտողների համար։ Որպես այդպիսի տեղամաս կարող են հանդես գալ հաստ թիթեղները և կոճղերը կամ ծաղիկներին հարող ճյուղերի տերևազուրկ հատվածները:

Որոշ chiropterophilic բույսեր նույնիսկ «խոսում» են իրենց փոշոտողների հետ՝ գրավելով նրանց: Երբ սողունը ծաղկում է Mucuna holtoniiլոբազգիների ընտանիքին պատկանող և Կենտրոնական Ամերիկայի արևադարձային անտառներում աճող պատրաստ է դառնում փոշոտման, նրա ծաղկաթերթիկներից մեկը ձեռք է բերում հատուկ գոգավոր ձև։ Այս գոգավոր բլիթը կենտրոնացնում և արտացոլում է չղջիկների արձակած ազդանշանը, որոնք գնացել են սնունդ փնտրելու, և այդպիսով տեղեկացնում նրանց իրենց գտնվելու վայրի մասին:

Բայց ոչ միայն chiropteran կաթնասունները փոշոտում են ծաղիկները: Արեւադարձային շրջաններում հայտնի են այլ կարգերի կենդանիների ավելի քան 40 տեսակ, որոնք ակտիվորեն մասնակցում են մոտ 25 բուսատեսակների փոշոտմանը։ Այս բույսերից շատերը, ինչպես չղջիկների կողմից փոշոտվածները, ունեն մեծ և ուժեղ ծաղիկներ, հաճախ գարշահոտ և մեծ քանակությամբ ծաղկափոշի և նեկտար են արտադրում։ Սովորաբար, նման բույսերի կամ դրանց ծաղկաբույլերի ծաղիկների թիվը փոքր է, ծաղիկները գտնվում են գետնից ցածր և բացվում են միայն գիշերը՝ գիշերային կենդանիների համար առավելագույն հարմարավետություն ապահովելու համար:

Ծաղիկների գիշերային կյանքը չի սահմանափակվում փոշոտողներին գրավելով: Մի շարք բույսեր գիշերը փակում են թերթիկները, բայց միևնույն ժամանակ միջատները մնում են ծաղկի ներսում գիշերելու համար։ Միջատների համար նման «հյուրանոցի» ամենահայտնի օրինակը Ամազոնի շուշանն է ( Վիկտորիա Ամազոնիկա) Եվրոպացիներն առաջին անգամ տեսել են այն 1801 թվականին, իսկ բույսի մանրամասն նկարագրությունը 1837 թվականին արվել է անգլիացի բուսաբան Շոմբուրգի կողմից։ Գիտնականն ուղղակի ապշել է թե՛ նրա հսկա տերեւներով, թե՛ հրաշալի ծաղիկներով եւ ծաղկին անվանել «Նիմֆեա Վիկտորիա»՝ ի պատիվ անգլիական թագուհի Վիկտորիայի։

Victoria amazonica-ի սերմերը առաջին անգամ ուղարկվել են Եվրոպա 1827 թվականին, բայց հետո դրանք չեն բողբոջել: 1846 թվականին սերմերը կրկին ուղարկվեցին Եվրոպա՝ այս անգամ ջրի շշերի մեջ։ Եվ նրանք ոչ միայն հիանալի դիմացան ճանապարհին, այլև վերածվեցին լիարժեք բույսերի, որոնք ծաղկեցին 3 տարի անց։ Դա տեղի է ունեցել Անգլիայի «Քյու» բուսաբանական այգում։ Լուրը, որ Վիկտորիան պետք է ծաղկի, արագ տարածվեց ոչ միայն բուսաբանական այգու աշխատակիցների, այլև արվեստագետների ու լրագրողների շրջանում։ Ջերմոցում հսկայական բազմություն էր հավաքվել։ Բոլորն անհամբեր դիտում էին ժամացույցը՝ սպասելով ծաղկի բացմանը։ Ժամը 17-ին դեռ փակ բողբոջը բարձրացավ ջրի վրայով, բացվեցին նրա sepals-ը և հայտնվեցին ձյունաճերմակ ծաղկաթերթիկներ։ Հասուն արքայախնձորի հիանալի հոտ տարածվեց ջերմոցով մեկ։ Մի քանի ժամ անց ծաղիկը փակվեց ու ընկղմվեց ջրի տակ։ Նորից նա հայտնվեց միայն հաջորդ օրը երեկոյան ժամը 19-ին։ Բայց, ի զարմանս բոլոր ներկաների, հրաշք ծաղկի թերթիկներն արդեն ոչ թե սպիտակ էին, այլ վառ վարդագույն։ Շուտով նրանք սկսեցին թափվել, մինչդեռ նրանց գույնն ավելի ու ավելի ինտենսիվ էր դառնում։ Ծաղկաթերթիկների ամբողջական անկումից հետո սկսվեց ստոմների ակտիվ շարժումը, որը, ներկաների խոսքով, նույնիսկ լսելի էր։

Բայց բացի արտասովոր գեղեցկությունից, Վիկտորիայի ծաղիկներն ունեն նաև զարմանալի հատկություններ, որոնք կապված են միջատներին գրավելու հետ: Առաջին օրը սպիտակ Վիկտորիա ծաղիկի ջերմաստիճանը բարձրանում է մոտ 11 ° C-ով, համեմատած շրջակա օդի հետ, իսկ երեկոյան, սառնության սկիզբով, այս «տաք տեղում» մեծ քանակությամբ միջատներ են կուտակվում: Բացի այդ, ծաղկի միջատների վրա ձևավորվում են հատուկ սննդային մարմիններ, որոնք նույնպես գրավում են փոշոտողներին։ Երբ ծաղիկը փակվում է և խորտակվում ջրի տակ, նրա հետ իջնում ​​են միջատները։ Այնտեղ նրանք գիշերում են և ամբողջ հաջորդ օրը, մինչև ծաղիկը նորից ջրի երես դուրս գա։ Միայն հիմա արդեն ցուրտ է և ոչ բուրավետ, և ծաղկափոշով բեռնված միջատները թռչում են նոր տաք և բուրավետ սպիտակ ծաղիկներ փնտրելու՝ դրանք փոշոտելու և միևնույն ժամանակ գիշերելու հաջորդ տաք ու ապահով «հյուրանոցում»։

Մեկ այլ, գուցե ոչ պակաս գեղեցիկ ծաղիկ նույնպես իր փոշոտողներին ապահովում է գիշերային բնակարաններով. սա լոտոս է: Լոտոսի երկու տեսակ կա. Հին աշխարհում աճում է վարդագույն ծաղիկներով ընկուզենի լոտոսը, իսկ Ամերիկայում՝ դեղին ծաղիկներով ամերիկյան լոտոսը։ Լոտոսը կարողանում է պահպանել համեմատաբար հաստատուն ջերմաստիճան իր ծաղիկների ներսում՝ շատ ավելի բարձր, քան շրջակա օդի ջերմաստիճանը: Նույնիսկ եթե դրսում այն ​​ընդամենը +10°С է, ծաղկի ներսում՝ +30…+35°С:

Լոտոսի ծաղիկները բացվելուց 1–2 օր առաջ տաքանում են, և դրանցում պահպանվում է մշտական ​​ջերմաստիճան 2–4 օր։ Այս ընթացքում փոշեկուլները հասունանում են, և խարանն ընդունակ է դառնում ծաղկափոշի ընդունելու։

Լոտոսը փոշոտվում է բզեզների և մեղուների կողմից, որոնց համար ակտիվ թռիչքի համար անհրաժեշտ է ընդամենը մոտ 30 ° C ջերմաստիճան: Եթե ​​միջատները ծաղկի փակվելուց հետո հայտնվում են ծաղկի մեջ և գիշերում են ջերմության և հարմարավետության մեջ՝ ակտիվորեն շարժվելով և ծածկվելով ծաղկափոշով, ապա առավոտյան, երբ ծաղիկը բացվում է, նրանք անմիջապես կարողանում են թռչել դեպի այլ ծաղիկներ։ Այսպիսով, լոտոսի «հյուրերը» առավելություն են ստանում ցրտին գիշերն անցկացրած թմրած միջատների նկատմամբ։ Այսպիսով, միջատին փոխանցված ծաղկի ջերմությունը նպաստում է լոտոսի բնակչության բարգավաճմանը:

Արոիդների ընտանիքի շատ անդամներ, ինչպիսիք են հսկա ամորֆոֆալուսը ( Amorphophallus titanusՀայտնի հրեշներն ու ֆիլոդենդրոններն ունեն ծաղկի կոթուններ, որոնք գիշերը ջերմություն են արտադրում՝ ուժեղացնելով հոտը և օգնելով փոշոտող միջատներին գիշերն անցկացնել առավելագույն հարմարավետությամբ։ Ամորֆոֆալուսի տհաճ հոտը գրավում է, օրինակ, շատ բզեզներ, որոնք հսկա ծաղկաբույլի թերթիկների մեջ գտնում են տաք բնակարան, սնունդ և ամուսնական գործընկերներ։ Արոիդների ընտանիքից ևս մեկ հետաքրքիր բույս. Typophonium brownii -նմանակում է կենդանական կղանքների կույտերը՝ գրավելով թրիքի բզեզները, որոնց «բռնում» է գիշերը և ստիպում իր վրա կրել փոշին։

Ֆոտոսինթեզլույսի էներգիայի օգտագործմամբ անօրգանական նյութերից օրգանական նյութերի սինթեզման գործընթացն է։ Դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում ֆոտոսինթեզն իրականացվում է բույսերի կողմից՝ օգտագործելով բջջային օրգանելներ, ինչպիսիք են քլորոպլաստներպարունակում է կանաչ պիգմենտ քլորոֆիլ:

Եթե ​​բույսերը ի վիճակի չլինեին սինթեզել օրգանական նյութեր, ապա Երկրի գրեթե բոլոր օրգանիզմները ուտելու ոչինչ չէին ունենա, քանի որ կենդանիները, սնկերը և շատ բակտերիաներ չեն կարող օրգանական նյութեր սինթեզել անօրգանականներից: Կլանում են միայն պատրաստիները, բաժանում ավելի պարզերի, որից նորից հավաքում են բարդ, բայց արդեն իրենց մարմնին բնորոշ։

Սա այն դեպքն է, եթե շատ կարճ խոսենք ֆոտոսինթեզի և դրա դերի մասին։ Ֆոտոսինթեզը հասկանալու համար պետք է ավելին ասել՝ կոնկրետ ի՞նչ անօրգանական նյութեր են օգտագործվում, ինչպե՞ս է առաջանում սինթեզը։

Ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ են երկու անօրգանական նյութեր՝ ածխաթթու գազ (CO2) և ջուր (H2O): Առաջինը ներծծվում է օդից բույսերի օդային մասերի կողմից հիմնականում ստամոքսի միջոցով։ Ջուր - հողից, որտեղից բույսերի հաղորդիչ համակարգով այն հասցվում է ֆոտոսինթետիկ բջիջներին: Ֆոտոսինթեզը նույնպես պահանջում է ֆոտոնների էներգիա (hν), սակայն դրանք չեն կարող վերագրվել նյութին։

Ընդհանուր առմամբ, ֆոտոսինթեզը արտադրում է օրգանական նյութեր և թթվածին (O2): Սովորաբար օրգանական նյութեր ասելով ամենից հաճախ նկատի ունեն գլյուկոզա (C6H12O6):

Օրգանական միացությունները հիմնականում կազմված են ածխածնի, ջրածնի և թթվածնի ատոմներից։ Դրանք հայտնաբերված են ածխածնի երկօքսիդի և ջրի մեջ: Այնուամենայնիվ, ֆոտոսինթեզն ազատում է թթվածին: Նրա ատոմները գալիս են ջրից։

Համառոտ և ընդհանուր առմամբ, ֆոտոսինթեզի ռեակցիայի հավասարումը սովորաբար գրվում է հետևյալ կերպ.

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Բայց այս հավասարումը չի արտացոլում ֆոտոսինթեզի էությունը, այն հասկանալի չի դարձնում։ Տեսեք, թեև հավասարումը հավասարակշռված է, այն ունի ընդհանուր առմամբ 12 ատոմ ազատ թթվածնում, բայց մենք ասացինք, որ դրանք գալիս են ջրից, և դրանցից ընդամենը 6-ն է։

Փաստորեն, ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում երկու փուլով. Առաջինը կոչվում է լույս, երկրորդ - մութ. Նման անվանումները պայմանավորված են նրանով, որ լույսն անհրաժեշտ է միայն լուսային փուլի համար, մութ փուլը անկախ է իր ներկայությունից, բայց դա չի նշանակում, որ այն անցնում է մթության մեջ։ Լույսի փուլն ընթանում է քլորոպլաստի թիլաոիդների թաղանթների վրա, մուգ փուլը՝ քլորոպլաստի ստրոմայում։

Լույսի փուլում CO2-ի կապը չի առաջանում: Կա միայն արեգակնային էներգիայի գրավում քլորոֆիլային համալիրների կողմից, դրա պահպանումը ATP-ում, էներգիայի օգտագործումը NADP-ի NADP*H2-ի կրճատման համար։ Լույսով գրգռված քլորոֆիլից էներգիայի հոսքը ապահովվում է էլեկտրոնների միջոցով, որոնք փոխանցվում են թիլաոիդ թաղանթների մեջ ներկառուցված ֆերմենտների էլեկտրոնային տրանսպորտային շղթայի միջոցով:

NADP-ի համար ջրածինը վերցվում է ջրից, որը արևի լույսի ազդեցության տակ քայքայվում է թթվածնի ատոմների, ջրածնի պրոտոնների և էլեկտրոնների։ Այս գործընթացը կոչվում է ֆոտոլիզի. Ջրից ստացված թթվածինը ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ չէ։ Ջրի երկու մոլեկուլների թթվածնի ատոմները միանում են՝ ձևավորելով մոլեկուլային թթվածին։ Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլի ռեակցիայի հավասարումը համառոտ այսպիսի տեսք ունի.

H2O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H2 + ½O2

Այսպիսով, թթվածնի արտազատումը տեղի է ունենում ֆոտոսինթեզի լուսային փուլում։ ATP մոլեկուլների քանակը, որոնք սինթեզվում են ADP-ից և ֆոսֆորական թթվից, մեկ ջրի մոլեկուլի ֆոտոլիզի ընթացքում կարող են տարբեր լինել՝ մեկ կամ երկու:

Այսպիսով, ATP-ն և NADP * H2-ը լույսի փուլից մտնում են մութ փուլ: Այստեղ առաջինի էներգիան և երկրորդի վերականգնող ուժը ծախսվում է ածխաթթու գազի միացման վրա։ Ֆոտոսինթեզի այս քայլը չի ​​կարող պարզ և հակիրճ բացատրվել, քանի որ այն չի ընթանում այնպես, որ CO2 վեց մոլեկուլները միանում են NADP*H2 մոլեկուլներից ազատված ջրածնի հետ՝ ձևավորելով գլյուկոզա.

6CO2 + 6NADP*H2 →С6H12O6 + 6NADP
(ռեակցիան տեղի է ունենում ATP-ից էներգիայի ծախսումով, որը տրոհվում է ADP-ի և ֆոսֆորաթթվի):

Վերոնշյալ արձագանքը պարզապես պարզեցում է հասկանալու հեշտության համար: Փաստորեն, ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլները մեկ առ մեկ միանում են՝ միանալով արդեն պատրաստված հինգ ածխածնային օրգանական նյութին։ Առաջանում է անկայուն վեցածխածնային օրգանական նյութ, որը տրոհվում է երեք ածխածնային ածխաջրածին մոլեկուլների։ Այս մոլեկուլներից մի քանիսն օգտագործվում են սկզբնական հինգ ածխածնային նյութի վերասինթեզի համար՝ CO2-ի միացման համար։ Այս վերասինթեզն ապահովված է Կալվինի ցիկլը. Ածխաջրերի մոլեկուլների ավելի փոքր մասը, որը ներառում է երեք ածխածնի ատոմ, դուրս է գալիս ցիկլից: Արդեն դրանցից և այլ նյութերից սինթեզվում են մնացած բոլոր օրգանական նյութերը (ածխաջրեր, ճարպեր, սպիտակուցներ)։

Այսինքն, ըստ էության, ֆոտոսինթեզի մութ փուլից դուրս են գալիս երեք ածխածնային շաքարները, և ոչ թե գլյուկոզը:

Բույսերն աճի և զարգացման համար անհրաժեշտ ամեն ինչ ստանում են շրջակա միջավայրից: Դրանով նրանք տարբերվում են մյուս կենդանի օրգանիզմներից։ Որպեսզի դրանք լավ զարգանան, նրանց պետք է պարարտ հող, բնական կամ արհեստական ​​ջրում և լավ լուսավորություն։ Մթության մեջ ոչինչ չի աճի:

Հողը ջրի և սննդարար օրգանական միացությունների, հետքի տարրերի աղբյուր է։ Բայց ծառերը, ծաղիկները, խոտերը նույնպես արեգակնային էներգիայի կարիք ունեն։ Հենց արեւի լույսի ազդեցության տակ են տեղի ունենում որոշակի ռեակցիաներ, որոնց արդյունքում օդից կլանված ածխաթթու գազը վերածվում է թթվածնի։ Այս գործընթացը կոչվում է ֆոտոսինթեզ: Արևի լույսի ազդեցության տակ տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիան նույնպես հանգեցնում է գլյուկոզայի և ջրի ձևավորմանը։ Այս նյութերը կենսական նշանակություն ունեն բույսի զարգացման համար։

Քիմիկոսների լեզվով ռեակցիան այսպիսի տեսք ունի՝ 6CO2 + 12H2O + լույս = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O: Պարզեցված հավասարում` ածխածնի երկօքսիդ + ջուր + լույս = գլյուկոզա + թթվածին + ջուր:

Բառացիորեն «ֆոտոսինթեզը» թարգմանվում է որպես «լույսի հետ միասին»։ Այս բառը բաղկացած է երկու պարզ բառերից՝ «լուսանկար» և «սինթեզ»։ Արևը էներգիայի շատ հզոր աղբյուր է։ Մարդիկ այն օգտագործում են էլեկտրաէներգիա արտադրելու, տները մեկուսացնելու և ջուրը տաքացնելու համար։ Բույսերը նույնպես կարիք ունեն արևի էներգիայի՝ կյանքը պահպանելու համար: Գլյուկոզան, որն արտադրվում է ֆոտոսինթեզի ընթացքում, պարզ շաքար է, որն ամենակարևոր սննդանյութերից մեկն է։ Բույսերն այն օգտագործում են աճի և զարգացման համար, իսկ ավելցուկը կուտակվում է տերևներում, սերմերում և պտուղներում: Բույսերի և մրգերի կանաչ հատվածներում գլյուկոզայի ոչ բոլոր քանակությունն է մնում անփոփոխ։ Պարզ շաքարները հակված են վերածվել ավելի բարդերի, որոնք ներառում են օսլա: Բույսերն օգտագործում են այդ պաշարները սննդանյութերի անբավարարության ժամանակաշրջաններում: Հենց նրանք են որոշում դեղաբույսերի, մրգերի, ծաղիկների, տերևների սննդային արժեքը կենդանիների և բուսական մթերք ուտող մարդկանց համար։

Ինչպե՞ս են բույսերը կլանում լույսը:

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բավականին բարդ է, բայց կարելի է համառոտ նկարագրել, որպեսզի հասկանալի դառնա նույնիսկ դպրոցահասակ երեխաների համար։ Ամենատարածված հարցերից մեկը վերաբերում է լույսի կլանման մեխանիզմին: Ինչպե՞ս է լույսի էներգիան մտնում բույսերի մեջ: Ֆոտոսինթեզի գործընթացը տեղի է ունենում տերեւներում։ Բոլոր բույսերի տերեւներում կան կանաչ բջիջներ՝ քլորոպլաստներ։ Դրանք պարունակում են մի նյութ, որը կոչվում է քլորոֆիլ: Քլորոֆիլը այն պիգմենտն է, որը տերևներին տալիս է կանաչ գույն և պատասխանատու է լույսի էներգիայի կլանման համար: Շատերը չեն մտածել, թե ինչու են բույսերի մեծ մասի տերևները լայն և հարթ: Պարզվում է, որ բնությունը դա պատահական չի ապահովում։ Լայն մակերեսը թույլ է տալիս ավելի շատ կլանել արևի լույսը: Նույն պատճառով արևային մարտկոցները պատրաստվում են լայն և հարթ:

Տերեւների վերին մասը պաշտպանված է մոմի շերտով (կուտիկուլա) ջրի կորստից և եղանակի անբարենպաստ ազդեցությունից, վնասատուներից։ Այն կոչվում է պալատ: Եթե ​​ուշադիր նայեք տերևին, կարող եք տեսնել, որ դրա վերին կողմն ավելի պայծառ ու հարթ է: Հագեցած գույնը ստացվում է շնորհիվ այն բանի, որ այս հատվածում ավելի շատ քլորոպլաստներ կան։ Ավելորդ լույսը կարող է նվազեցնել բույսի թթվածին և գլյուկոզա արտադրելու ունակությունը: Պայծառ արևի ազդեցության տակ քլորոֆիլը վնասվում է և դա դանդաղեցնում է ֆոտոսինթեզը։ Դանդաղեցում է առաջանում նաև աշնան գալուստով, երբ լույսը քիչ է լինում, և տերևները սկսում են դեղինանալ՝ դրանցում քլորոպլաստների ոչնչացման պատճառով։

Չի կարելի թերագնահատել ջրի դերը ֆոտոսինթեզի և բույսերի կյանքի պահպանման գործում։ Ջուրն անհրաժեշտ է՝

• բույսերին դրանում լուծված հանքանյութերով ապահովելը.
• տոնայնության պահպանում;
• սառեցում;
• քիմիական և ֆիզիկական ռեակցիաների հնարավորությունը.

Ծառերը, թփերը, ծաղիկներն իրենց արմատներով կլանում են հողից ջուրը, այնուհետև խոնավությունը բարձրանում է ցողունի երկայնքով, անցնում տերևների մեջ երակների երկայնքով, որոնք տեսանելի են նույնիսկ անզեն աչքով:

Ածխածնի երկօքսիդը ներթափանցում է տերևի ստորին մասում գտնվող փոքր անցքերով՝ ստոմատներով։ Տերևի ստորին մասում բջիջները դասավորված են այնպես, որ ածխաթթու գազը կարող է ավելի խորը ներթափանցել։ Այն նաև թույլ է տալիս ֆոտոսինթեզի արդյունքում արտադրվող թթվածին հեշտությամբ հեռանալ տերևից: Ինչպես բոլոր կենդանի օրգանիզմները, բույսերը նույնպես օժտված են շնչելու ունակությամբ։ Միաժամանակ, ի տարբերություն կենդանիների և մարդկանց, նրանք կլանում են ածխաթթու գազը և թթվածին են թողնում, և ոչ հակառակը։ Այնտեղ, որտեղ շատ բույսեր կան, օդը շատ մաքուր է ու թարմ։ Այդ իսկ պատճառով շատ կարևոր է հոգ տանել ծառերի, թփերի մասին, մեծ քաղաքներում հրապարակներ և այգիներ դնել։

Ֆոտոսինթեզի թեթև և մութ փուլերը

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բարդ է և բաղկացած է երկու փուլից՝ լուսավոր և մութ: Լույսի փուլը հնարավոր է միայն արևի լույսի առկայության դեպքում: Լույսի ազդեցության տակ քլորոֆիլի մոլեկուլները իոնացվում են, արդյունքում առաջանում է էներգիա, որը ծառայում է որպես քիմիական ռեակցիայի կատալիզատոր։ Այս փուլում տեղի ունեցող իրադարձությունների հաջորդականությունը հետևյալն է.

• լույսը մտնում է քլորոֆիլի մոլեկուլ, որը ներծծվում է կանաչ պիգմենտի կողմից և այն դնում է գրգռված վիճակի.
• տեղի է ունենում ջրի պառակտում;
• Սինթեզվում է ATP-ն, որը էներգիայի կուտակիչ է։

Ֆոտոսինթեզի մութ փուլն ընթանում է առանց լուսային էներգիայի մասնակցության։ Այս փուլում ձևավորվում են գլյուկոզա և թթվածին: Կարևոր է հասկանալ, որ գլյուկոզայի և թթվածնի ձևավորումը տեղի է ունենում շուրջօրյա, և ոչ միայն գիշերը: Մութ փուլը կոչվում է, քանի որ լույսի առկայությունն այլևս անհրաժեշտ չէ դրա շարունակման համար: Կատալիզատորը ATP-ն է, որը սինթեզվել է ավելի վաղ։

Ֆոտոսինթեզի նշանակությունը բնության մեջ

Ֆոտոսինթեզը ամենակարևոր բնական գործընթացներից մեկն է։ Դա անհրաժեշտ է ոչ միայն բույսերի կյանքի պահպանման համար, այլև մոլորակի ողջ կյանքի համար: Ֆոտոսինթեզն անհրաժեշտ է հետևյալի համար.

• կենդանիներին և մարդկանց սնունդով ապահովելը.
• ածխածնի երկօքսիդի հեռացում և օդը թթվածնով հագեցում;
• պահպանելով սննդանյութերի ցիկլը.

Բոլոր բույսերը կախված են ֆոտոսինթեզի արագությունից: Արեգակնային էներգիան կարող է դիտվել որպես աճը խթանող կամ արգելակող գործոն: Օրինակ, հարավային շրջաններում և շրջաններում շատ արև կա, և բույսերը կարող են բավականին բարձրանալ: Եթե ​​հաշվի առնենք, թե ինչպես է ընթանում գործընթացը ջրային էկոհամակարգերում, ապա ծովերի և օվկիանոսների մակերեսին արևի լույսի պակաս չի զգացվում, և այդ շերտերում նկատվում է ջրիմուռների առատ աճ։ Ջրի խորը շերտերում արևային էներգիայի պակաս կա, որն ազդում է ջրային ֆլորայի աճի տեմպերի վրա։

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը նպաստում է մթնոլորտում օզոնային շերտի առաջացմանը։ Սա շատ կարևոր է, քանի որ այն օգնում է պաշտպանել մոլորակի ողջ կյանքը ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների վնասակար ազդեցությունից:

Մոլորակի վրա ապրող յուրաքանչյուր արարած գոյատևելու համար սննդի կամ էներգիայի կարիք ունի: Որոշ օրգանիզմներ սնվում են այլ արարածներով, իսկ մյուսները կարող են արտադրել իրենց սննդանյութերը։ Նրանք պատրաստում են իրենց սնունդը՝ գլյուկոզա, ֆոտոսինթեզ կոչվող գործընթացում։

Ֆոտոսինթեզը և շնչառությունը փոխկապակցված են: Ֆոտոսինթեզի արդյունքը գլյուկոզան է, որը որպես քիմիական էներգիա կուտակվում է մարմնում։ Այս կուտակված քիմիական էներգիան առաջանում է անօրգանական ածխածնի (ածխածնի երկօքսիդ) օրգանական ածխածնի վերածումից: Շնչառության գործընթացն ազատում է կուտակված քիմիական էներգիան։

Բացի իրենց արտադրած արտադրանքից, բույսերը գոյատևելու համար նաև ածխածնի, ջրածնի և թթվածնի կարիք ունեն։ Հողից կլանված ջուրը ապահովում է ջրածին և թթվածին: Ֆոտոսինթեզի ընթացքում ածխածինը և ջուրն օգտագործվում են սննդի սինթեզման համար։ Բույսերին անհրաժեշտ են նաև նիտրատներ ամինաթթուներ պատրաստելու համար (ամինաթթուն սպիտակուցի ստեղծման բաղադրիչ է): Բացի սրանից, քլորոֆիլ արտադրելու համար նրանց մագնեզիում է անհրաժեշտ։

Նշում.Կենդանի էակները, որոնք կախված են այլ մթերքներից, կոչվում են. Բուսակերները, ինչպիսիք են կովերը, ինչպես նաև միջատակեր բույսերը, հետերոտրոֆների օրինակներ են։ Կենդանի էակները, որոնք արտադրում են իրենց սնունդը, կոչվում են. Կանաչ բույսերը և ջրիմուռները ավտոտրոֆների օրինակ են:

Այս հոդվածում դուք ավելին կիմանաք այն մասին, թե ինչպես է ֆոտոսինթեզը տեղի ունենում բույսերում և այս գործընթացի համար անհրաժեշտ պայմանները:

Ֆոտոսինթեզի սահմանում

Ֆոտոսինթեզը քիմիական գործընթաց է, որի միջոցով բույսերը, որոշները և ջրիմուռները արտադրում են գլյուկոզա և թթվածին ածխաթթու գազից և ջրից՝ օգտագործելով միայն լույսը որպես էներգիայի աղբյուր:

Այս գործընթացը չափազանց կարևոր է Երկրի վրա կյանքի համար, քանի որ այն արտազատում է թթվածին, որից կախված է ողջ կյանքը։

Ինչու՞ են բույսերին անհրաժեշտ գլյուկոզա (սնունդ):

Ինչպես մարդիկ և այլ կենդանի էակներ, բույսերը նույնպես սննդի կարիք ունեն կենդանի մնալու համար: Բույսերի համար գլյուկոզայի արժեքը հետևյալն է.

• Ֆոտոսինթեզից ստացված գլյուկոզան օգտագործվում է շնչառության ժամանակ՝ էներգիան ազատելու համար, որն անհրաժեշտ է բույսերին կենսական այլ գործընթացների համար։
• Բուսական բջիջները նաև գլյուկոզայի մի մասը վերածում են օսլայի, որն օգտագործվում է ըստ անհրաժեշտության։ Այդ պատճառով մահացած բույսերը օգտագործվում են որպես կենսազանգված, քանի որ դրանք կուտակում են քիմիական էներգիա:
• Գլյուկոզան անհրաժեշտ է նաև այլ քիմիական նյութեր արտադրելու համար, ինչպիսիք են սպիտակուցները, ճարպերը և բուսական շաքարները, որոնք անհրաժեշտ են աճի և այլ կարևոր գործընթացների համար:

Ֆոտոսինթեզի փուլերը

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բաժանված է երկու փուլի՝ բաց և մութ:

Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլ

Ինչպես անունն է հուշում, թեթև փուլերը արևի լույսի կարիք ունեն: Լույսից կախված ռեակցիաներում արևի լույսի էներգիան կլանում է քլորոֆիլը և վերածվում կուտակված քիմիական էներգիայի՝ էլեկտրոնային կրիչի NADPH մոլեկուլի (նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ ֆոսֆատ) և էներգիայի մոլեկուլի ATP (ադենոզին տրիֆոսֆատ) տեսքով: Լույսի փուլերը տեղի են ունենում քլորոպլաստում գտնվող թիլաոիդ թաղանթներում:

Ֆոտոսինթեզի մութ փուլ կամ Կալվինի ցիկլ

Մութ փուլում կամ Կալվինի ցիկլում լույսի փուլից գրգռված էլեկտրոնները էներգիա են ապահովում ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլներից ածխաջրերի ձևավորման համար: Լույսից անկախ փուլերը երբեմն կոչվում են Կալվինի ցիկլ՝ գործընթացի ցիկլային բնույթի պատճառով։

Չնայած մութ փուլերը չեն օգտագործում լույսը որպես ռեակտիվ (և արդյունքում կարող է առաջանալ ցերեկը կամ գիշերը), դրանք գործելու համար պահանջում են լույսից կախված ռեակցիաների արտադրանքներ: Լույսից անկախ մոլեկուլները կախված են ATP և NADPH էներգիա կրող մոլեկուլներից՝ ածխաջրերի նոր մոլեկուլներ ստեղծելու համար։ Մոլեկուլներին էներգիայի փոխանցումից հետո էներգիայի կրիչները վերադառնում են լուսային փուլեր՝ ավելի շատ էներգետիկ էլեկտրոններ ստանալու համար։ Բացի այդ, լույսի միջոցով ակտիվանում են մի քանի մութ փուլային ֆերմենտներ:

Ֆոտոսինթեզի փուլերի դիագրամ

Նշում.Սա նշանակում է, որ մութ փուլերը չեն շարունակվի, եթե բույսերը շատ երկար ժամանակ զրկվեն լույսից, քանի որ նրանք օգտագործում են լույսի փուլերի արտադրանքը:

Բույսերի տերևների կառուցվածքը

Մենք չենք կարող լիովին հասկանալ ֆոտոսինթեզը՝ առանց տերևի կառուցվածքի մասին ավելին իմանալու: Տերեւը հարմարեցված է կենսական դեր խաղալու ֆոտոսինթեզի գործընթացում:

Տերեւների արտաքին կառուցվածքը

• Քառակուսի

Բույսերի ամենակարևոր առանձնահատկություններից մեկը տերևների մեծ մակերեսն է: Կանաչ բույսերից շատերն ունեն լայն, հարթ և բաց տերևներ, որոնք ունակ են գրավել այնքան արևային էներգիա (արևի լույս), որքան անհրաժեշտ է ֆոտոսինթեզի համար:

• Կենտրոնական երակ և կոթուն

Միջին շերտը և կոթունը միանում են իրար և կազմում տերևի հիմքը։ Տերեւաթթունն այնպես է դիրքավորում, որ այն հնարավորինս շատ լույս ստանա։

• տերեւի բերան

Պարզ տերևներն ունեն մեկ տերևի շեղբ, մինչդեռ բարդ տերևները՝ մի քանի: Տերևի շեղբը տերևի կարևորագույն բաղադրիչներից է, որն անմիջականորեն մասնակցում է ֆոտոսինթեզի գործընթացին։

• երակներ

Տերեւների մեջ երակների ցանցը ջուրը ցողունից տեղափոխում է տերևներ: Ազատ արձակված գլյուկոզան երակների միջոցով տերևներից ուղարկվում է նաև բույսի այլ մասեր։ Բացի այդ, տերևի այս հատվածները աջակցում և հարթ են պահում տերևի ափսեը՝ արևի լույսն ավելի մեծ գրավելու համար: Երակների դասավորությունը (venation) կախված է բույսի տեսակից։

• տերևի հիմքը

Տերևի հիմքը նրա ամենացածր մասն է, որը հոդակապված է ցողունով։ Հաճախ, տերևի հիմքում կան զույգ գավազաններ։

• տերևի ծայրը

Կախված բույսի տեսակից՝ տերևի ծայրը կարող է ունենալ տարբեր ձևեր, այդ թվում՝ ամբողջական, ատամնավոր, ատամնավոր, խազոտ, ցցված և այլն։

• Տերևի ծայրը

Ինչպես տերևի եզրը, գագաթն ունի տարբեր ձևեր, այդ թվում՝ սուր, կլոր, բութ, երկարաձգված, հետ քաշված և այլն:

Տերևների ներքին կառուցվածքը

Ստորև բերված է տերևի հյուսվածքների ներքին կառուցվածքի մոտավոր դիագրամ.

• Կուտիկուլ

Կուտիկուլը հանդես է գալիս որպես բույսի մակերեսի հիմնական, պաշտպանիչ շերտ։ Որպես կանոն, թերթի վերին մասում այն ​​ավելի հաստ է: Կուտիկուլը ծածկված է մոմի նման նյութով, որը պաշտպանում է բույսը ջրից։

• Էպիդերմիս

Էպիդերմիսը բջիջների շերտ է, որը հանդիսանում է տերևի ամբողջական հյուսվածքը: Նրա հիմնական գործառույթն է պաշտպանել տերևի ներքին հյուսվածքները ջրազրկումից, մեխանիկական վնասվածքներից և վարակներից։ Այն նաև կարգավորում է գազի փոխանակման և ներթափանցման գործընթացը։

• Մեզոֆիլ

Մեզոֆիլը բույսի հիմնական հյուսվածքն է։ Հենց այստեղ է տեղի ունենում ֆոտոսինթեզի գործընթացը։ Բույսերի մեծ մասում մեզոֆիլը բաժանված է երկու շերտի.

• Պաշտպանիչ բջիջներ

Պահակ բջիջները տերևի էպիդերմիսի մասնագիտացված բջիջներն են, որոնք օգտագործվում են գազի փոխանակումը վերահսկելու համար: Նրանք կատարում են պաշտպանիչ ֆունկցիա ստոմատների համար։ Ստոմատի ծակոտիները մեծանում են, երբ ջուրն ազատորեն հասանելի է, հակառակ դեպքում պաշտպանիչ բջիջները դառնում են անտարբեր:

• Ստոմա

Ֆոտոսինթեզը կախված է օդից ածխաթթու գազի (CO2) ներթափանցումից ստոմատների միջով մեզոֆիլի հյուսվածքներ։ Թթվածինը (O2), որը ստացվում է որպես ֆոտոսինթեզի կողմնակի արտադրանք, բույսից դուրս է գալիս ստամոքսի միջոցով։ Երբ ստոմատները բաց են, ջուրը կորչում է գոլորշիացման միջոցով և պետք է համալրվի ներթափանցման հոսքի միջոցով՝ արմատներով կլանված ջրով: Բույսերը ստիպված են հավասարակշռել օդից ներծծվող CO2-ի քանակությունը և ջրի կորուստը ստամոքսի ծակոտիներով:

Ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ պայմաններ

Ֆոտոսինթեզի գործընթացն իրականացնելու համար բույսերին անհրաժեշտ են հետևյալ պայմանները.

• Ածխաթթու գազ.Անգույն, առանց հոտի բնական գազ, որը հայտնաբերված է օդում և ունի CO2 գիտական ​​անվանումը: Այն առաջանում է ածխածնի և օրգանական միացությունների այրման ժամանակ, առաջանում է նաև շնչառության ժամանակ։
• Ջուր. Թափանցիկ հեղուկ քիմիական, անհոտ և անհամ (նորմալ պայմաններում):
• Լույս.Թեև արհեստական ​​լույսը նույնպես հարմար է բույսերի համար, բնական արևի լույսն ընդհանուր առմամբ լավագույն պայմաններն է ստեղծում ֆոտոսինթեզի համար, քանի որ այն պարունակում է բնական ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում, որը դրականորեն է ազդում բույսերի վրա:
• Քլորոֆիլ.Այն կանաչ պիգմենտ է, որը հայտնաբերված է բույսերի տերևներում:
• Սնուցիչներ և հանքանյութեր.Քիմիական և օրգանական միացություններ, որոնք բույսերի արմատները կլանում են հողից:

Ի՞նչ է առաջանում ֆոտոսինթեզի արդյունքում:

• Գլյուկոզա;
• Թթվածին.

(Լույսի էներգիան ցուցադրվում է փակագծերում, քանի որ այն նյութ չէ)

Նշում.Բույսերը տերևների միջոցով օդից CO2 են ընդունում, իսկ արմատներով՝ հողից ջուր։ Լույսի էներգիան գալիս է Արեգակից: Ստացված թթվածինը տերևներից դուրս է գալիս օդ։ Ստացված գլյուկոզան կարող է փոխակերպվել այլ նյութերի, օրինակ՝ օսլայի, որն օգտագործվում է որպես էներգիայի պահեստ։

Եթե ​​ֆոտոսինթեզին նպաստող գործոնները բացակայում են կամ առկա են անբավարար քանակությամբ, դա կարող է բացասաբար ազդել բույսի վրա: Օրինակ՝ քիչ լույսը բարենպաստ պայմաններ է ստեղծում բույսի տերևներն ուտող միջատների համար, մինչդեռ ջրի պակասը դանդաղեցնում է այն։

Որտեղ է տեղի ունենում ֆոտոսինթեզը:

Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում բույսերի բջիջների ներսում՝ փոքր պլաստիդներում, որոնք կոչվում են քլորոպլաստներ։ Քլորոպլաստները (հիմնականում հայտնաբերված են մեզոֆիլային շերտում) պարունակում են կանաչ նյութ, որը կոչվում է քլորոֆիլ: Ստորև բերված են բջջի այլ մասեր, որոնք աշխատում են քլորոպլաստի հետ՝ ֆոտոսինթեզ իրականացնելու համար:

Բուսական բջջի կառուցվածքը

Բույսերի բջիջների մասերի գործառույթները

• : ապահովում է կառուցվածքային և մեխանիկական աջակցություն, պաշտպանում է բջիջները բակտերիաներից, ամրացնում և սահմանում է բջջի ձևը, վերահսկում է աճի արագությունն ու ուղղությունը և ձևավորում բույսերին:
• : ապահովում է հարթակ ֆերմենտների կողմից վերահսկվող քիմիական գործընթացների մեծ մասի համար:
• : հանդես է գալիս որպես արգելք՝ վերահսկելով նյութերի շարժը դեպի բջիջ և դուրս:
• : ինչպես նկարագրված է վերևում, դրանք պարունակում են քլորոֆիլ՝ կանաչ նյութ, որը ֆոտոսինթեզի ընթացքում կլանում է լույսի էներգիան:
• : խոռոչ բջիջների ցիտոպլազմայի ներսում, որը կուտակում է ջուրը:
• : պարունակում է գենետիկ նշան (ԴՆԹ), որը վերահսկում է բջջի գործունեությունը:

Քլորոֆիլը կլանում է լուսային էներգիան, որն անհրաժեշտ է ֆոտոսինթեզի համար: Կարևոր է նշել, որ լույսի ոչ բոլոր գունավոր ալիքների երկարություններն են ներծծվում: Բույսերը հիմնականում կլանում են կարմիր և կապույտ ալիքների երկարությունները՝ կանաչ տիրույթում լույսը չեն կլանում:

Ածխածնի երկօքսիդը ֆոտոսինթեզի ժամանակ

Բույսերն իրենց տերևների միջոցով օդից ածխաթթու գազ են ընդունում: Ածխածնի երկօքսիդը ներթափանցում է տերևի ներքևի մասում գտնվող փոքրիկ անցքից՝ ստոմատից:

Տերևի ներքևի մասում կան թույլ բջիջներ, որոնք թույլ են տալիս ածխածնի երկօքսիդին հասնել տերևի մյուս բջիջներին: Այն նաև թույլ է տալիս ֆոտոսինթեզի արդյունքում արտադրվող թթվածին հեշտությամբ հեռանալ տերևից:

Ածխածնի երկօքսիդը առկա է օդում, որը մենք շնչում ենք շատ ցածր կոնցենտրացիաներով և անհրաժեշտ գործոն է ֆոտոսինթեզի մութ փուլում:

Լույսը ֆոտոսինթեզի գործընթացում

Թերթը սովորաբար ունի մեծ մակերես, ուստի այն կարող է շատ լույս կլանել: Նրա վերին մակերեսը պաշտպանված է ջրի կորստից, հիվանդություններից և եղանակային պայմաններից մոմանման շերտով (կուտիկուլ): Թերթի վերին մասում լույսն ընկնում է: Մեզոֆիլի այս շերտը կոչվում է պալիսադ: Այն հարմարեցված է մեծ քանակությամբ լույս կլանելու համար, քանի որ պարունակում է բազմաթիվ քլորոպլաստներ։

Լույսի փուլերում ֆոտոսինթեզի պրոցեսն ավելանում է ավելի շատ լույսով: Ավելի շատ քլորոֆիլի մոլեկուլներ են իոնացվում, և ավելի շատ ATP և NADPH առաջանում են, եթե լույսի ֆոտոնները կենտրոնացած են կանաչ տերևի վրա: Թեև լույսը չափազանց կարևոր է լուսային փուլերում, հարկ է նշել, որ դրա չափազանց մեծ քանակությունը կարող է վնասել քլորոֆիլին և նվազեցնել ֆոտոսինթեզի գործընթացը:

Թեթև փուլերը շատ կախված չեն ջերմաստիճանից, ջրից կամ ածխաթթու գազից, չնայած դրանք բոլորն անհրաժեշտ են ֆոտոսինթեզի գործընթացն ավարտելու համար:

Ջուր ֆոտոսինթեզի ժամանակ

Ֆոտոսինթեզի համար անհրաժեշտ ջուրը բույսերը ստանում են արմատների միջոցով: Նրանք ունեն արմատային մազեր, որոնք աճում են հողում: Արմատները բնութագրվում են մեծ մակերեսով և բարակ պատերով, ինչը թույլ է տալիս ջուրը հեշտությամբ անցնել դրանց միջով։

Պատկերը ցույց է տալիս բույսերը և նրանց բջիջները բավարար քանակությամբ ջրով (ձախից) և դրա պակասով (աջ):

Նշում.Արմատային բջիջները չեն պարունակում քլորոպլաստներ, քանի որ դրանք սովորաբար մթության մեջ են և չեն կարողանում ֆոտոսինթեզ անել:

Եթե ​​բույսը բավարար քանակությամբ ջուր չի կլանում, այն կթառամեցվի։ Առանց ջրի բույսը չի կարողանա բավական արագ ֆոտոսինթեզ կատարել, և նույնիսկ կարող է մահանալ:

Ի՞նչ նշանակություն ունի ջուրը բույսերի համար:

• Ապահովում է լուծված հանքանյութեր, որոնք աջակցում են բույսերի առողջությանը.
• Փոխադրման միջոց է.
• Աջակցում է կայունությանը և ուղիղությանը;
• Սառչում և հագեցնում է խոնավությամբ;
• Այն հնարավորություն է տալիս բույսերի բջիջներում տարբեր քիմիական ռեակցիաներ իրականացնել։

Ֆոտոսինթեզի նշանակությունը բնության մեջ

Ֆոտոսինթեզի կենսաքիմիական գործընթացն օգտագործում է արևի լույսի էներգիան՝ ջուրն ու ածխաթթու գազը թթվածնի և գլյուկոզայի վերածելու համար։ Գլյուկոզան օգտագործվում է որպես շինանյութ բույսերում հյուսվածքների աճի համար: Այսպիսով, ֆոտոսինթեզն այն ձևն է, որով ձևավորվում են արմատները, ցողունները, տերևները, ծաղիկները և պտուղները: Առանց ֆոտոսինթեզի գործընթացի բույսերը չեն կարող աճել կամ բազմանալ։

• Արտադրողներ

Իրենց ֆոտոսինթետիկ ունակության պատճառով բույսերը հայտնի են որպես արտադրողներ և ծառայում են որպես երկրագնդի գրեթե բոլոր սննդային շղթայի ողնաշարը: (Ջրիմուռները բույսի համարժեքն են): Ամբողջ սնունդը, որը մենք ուտում ենք, գալիս է ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմներից: Մենք ուղղակիորեն ուտում ենք այս բույսերը կամ ուտում ենք կենդանիներ, ինչպիսիք են կովերը կամ խոզերը, որոնք օգտագործում են բուսական սնունդ:

• Սննդի շղթայի հիմքը

Ջրային համակարգերում բույսերը և ջրիմուռները նույնպես կազմում են սննդի շղթայի հիմքը: Ջրիմուռները ծառայում են որպես սնունդ, որոնք, իրենց հերթին, սննդի աղբյուր են ավելի մեծ օրգանիզմների համար: Առանց ջրային միջավայրում ֆոտոսինթեզի կյանքը անհնար կլիներ:

• Ածխածնի երկօքսիդի հեռացում

Ֆոտոսինթեզը ածխաթթու գազը վերածում է թթվածնի: Ֆոտոսինթեզի ընթացքում մթնոլորտից ածխաթթու գազը ներթափանցում է բույս ​​և այնուհետև արտազատվում որպես թթվածին: Ժամանակակից աշխարհում, որտեղ ածխաթթու գազի մակարդակը բարձրանում է տագնապալի արագությամբ, ցանկացած գործընթաց, որը հեռացնում է ածխաթթու գազը մթնոլորտից, էկոլոգիապես կարևոր է:

• Սննդանյութերի ցիկլավորում

Բույսերը և այլ ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմները կենսական դեր են խաղում սննդանյութերի ցիկլավորման մեջ: Օդի ազոտը ամրագրվում է բույսերի հյուսվածքներում և հասանելի է դառնում սպիտակուցներ պատրաստելու համար։ Հողի մեջ հայտնաբերված հետքի տարրերը կարող են նաև ներառվել բույսերի հյուսվածքի մեջ և հասանելի դարձնել բուսակերներին սննդի շղթայում ավելի բարձր:

• ֆոտոսինթետիկ կախվածություն

Ֆոտոսինթեզը կախված է լույսի ինտենսիվությունից և որակից։ Հասարակածում, որտեղ արևի լույսն առատ է ամբողջ տարին, և ջուրը սահմանափակող գործոն չէ, բույսերն ունեն աճի բարձր տեմպեր և կարող են բավականին մեծանալ: Ընդհակառակը, օվկիանոսի ավելի խորը հատվածներում ֆոտոսինթեզն ավելի քիչ է տեղի ունենում, քանի որ լույսը չի թափանցում այդ շերտերը, և արդյունքում այս էկոհամակարգն ավելի ամուլ է։

Ֆոտոսինթեզը բարդ գործընթաց է, որը ներառում է քիմիական ռեակցիաների մի ամբողջ համակարգ։ Այն երկարաձգվում է ժամանակի ընթացքում և բաղկացած է երկու փուլից. Առաջին փուլը տեղի է ունենում միայն լույսի ներքո և կոչվում է լույս: Երկրորդ՝ մութ, փուլը կախված չէ լույսի էներգիայից և տեղի է ունենում ինչպես լույսի, այնպես էլ մթության մեջ։

լույսի մեջ

Թեթև փուլը սկսվում է քլորոֆիլային մոլեկուլների վրա լույսի քվանտների հարվածից, որոնք գտնվում են թիլաոիդների ներսում՝ հարթ սկավառակաձև թաղանթային տանկերի վրա:

Բրինձ. 1. Քլորոպլաստի կառուցվածքը.

Այս դեպքում քլորոֆիլի մոլեկուլները անցնում են գրգռված վիճակի և կորցնում են էլեկտրոններ։ Կորած էլեկտրոնների փոխարեն նրանք ավելացնում են H2O մոլեկուլների կամ OH իոնների էլեկտրոններ։

Տեղի է ունենում քլորոֆիլով պայմանավորված ջրի տարրալուծում (ֆոտոլիզ) և գազային թթվածնի արտազատում։ Ջրի երկու մոլեկուլից առաջանում է մեկ թթվածնի մոլեկուլ։

2Н2О → 4Н⁺ + 4е¯ + О2

ԹՈՓ 4 հոդվածներովքեր կարդում են սրա հետ մեկտեղ

Ազատ էլեկտրոնները և ջրածինը անցնում են կրող նյութերի բարդ շղթայով և ամրագրվում NADPH2 մոլեկուլներում։

Բրինձ. 2. Ֆոտոսինթեզի լուսային փուլի սխեմա.

Գրգռված էլեկտրոնների էներգիայի շնորհիվ ATP մոլեկուլները նույնպես սինթեզվում են ADP-ից և ֆոսֆորական թթվից։

Եթե ​​թթվածինը համարվում է լույսի փուլի կողմնակի արտադրանք, ապա ATP-ն կարելի է համարել հիմնականը, քանի որ դրա էներգիան կծախսվի մութ փուլում CO2-ից օրգանական նյութերի ձևավորման վրա։

Այսպիսով, լույսի էներգիան դառնում է ATP-ի քիմիական կապերի էներգիա։

Լույսի և մթության մեջ

Մութ փուլի ռեակցիաները ընթանում են թիլաոիդներից դուրս՝ քլորոպլաստի ստրոմայում, որն իր հատկություններով բիոկոլոիդ է։

Այս փուլի գործընթացների էությունը մթնոլորտի ածխաթթու գազի փոխակերպումն է տարբեր օրգանական նյութերի։

C₃ և C4 բույսեր

Բույսերի տարբեր տեսակներին բնորոշ ֆոտոսինթեզի երկու եղանակ կա. Տեսակների մեծ մասը պատկանում է C₃ բույսերին։ Սա նշանակում է, որ նրանք ձևավորում են եռատոմային ածխաջրածիններ մութ փուլի առաջին փուլում.

CO2 + ribulose diphosphate (RDP) + H2O → 2 մոլեկուլ ֆոսֆոգլիցերինաթթու (PGA):

RDP՝ 5 C ատոմ FHA՝ 3 C ատոմ:

Օրգանական նյութերը ձևավորվում են ոչ թե CO2 մոլեկուլներ ավելացնելով, այլ արդեն գոյություն ունեցող ածխաջրերին CO2 ավելացնելով։

Այսպիսով, CO2-ը, կարծես, մասնակցում է բույսի ներբջջային նյութափոխանակությանը:

C4 - բույսերում տեղի է ունենում չորսատոմային թթուների ձևավորում.

• խնձոր;
• oxalacetic;
• ասպարտիկ.

C₄ - բույսերը արևադարձային ծագում ունեն և շատ ֆոտոֆիլ են: Դրանք են սորգո, կորեկ, եգիպտացորեն, շաքարեղեգ և այլն։

Առաջին փուլի արգասիքները անցնում են ռեակցիաների ցիկլով՝ առաջացնելով բջջի կողմից օգտագործվող մի շարք նյութեր։

Բոլոր բույսերում մութ փուլն ավարտվում է գլյուկոզայի, ֆրուկտոզայի և այլ վեցատոմանոց ածխաջրերի ձևավորմամբ։

Ապացուցված է, որ ֆոտոսինթեզը սինթեզում է նաև սպիտակուցներ և այլ ապրանքներ։

Բրինձ. 3. Ֆոտոսինթեզի մութ փուլի սխեման.

Ֆոտոսինթեզի փուլերի նշանները, ինչպես նաև երկու փուլերում տեղի ունեցող գործընթացների արդյունքները ներկայացված են աղյուսակում.

Ի՞նչ ենք մենք սովորել:

Կատարելով ֆոտոսինթեզի երկու փուլերի համեմատական ​​բնութագիրը՝ մենք որոշեցինք, որ լուսային փուլը նախապատրաստական ​​է։ Լույսի փուլում՝ արտադրվում է թթվածին, կուտակվում է էներգիա ATP-ի տեսքով, կուտակվում է ջրածին։ Մութ փուլն օգտագործում է լուսային փուլում ստացված ռեսուրսները և ավարտվում է մի շարք օրգանական միացությունների ձևավորմամբ։

Թեմայի վիկտորինան

Հաշվետվության գնահատում

Միջին գնահատականը: 4.6. Ստացված ընդհանուր գնահատականները՝ 195։