Пигменты хлоропластов и их свойства
РАЗДЕЛ II ФОТОСИНТЕЗ
Общая характеристика фотосинтеза как процесса первичного образования органического вещества. Значение фотосинтеза в формировании урожая
Фотосинтез – процесс трансформации поглощенной организмами энергии света в химическую энергию органических соединений. Энергию химических связей используют все организмы, населяющие Землю.
Фотосинтез осуществляется высшими растениями, водорослями и некоторыми бактериями. Он играет большую роль в энергетике биосферы (делает энергию и углерод доступным для живых организмов), обеспечивает постоянство концентрации кислорода в атмосфере, что необходимо для всех аэробных форм жизни.
В процессе фотосинтеза накапливается большое количество органического вещества. Так приблизительно 95% сухого вещества растений составляет органика и только 5% - минеральные вещества. Каждый год на Земле образуется более 172 млрд.т. биомассы. Главный фактор, обеспечивающий урожай с/х культур это фотосинтез. Теоретически можно намного повысить урожайность культур путем обеспечения необходимых условий для прохождения фотосинтеза (например, сделать, так чтобы растения использовало более 1% солнечной энергии).
Урожайность зависит не только от фотосинтеза, но и от процесса дыхания. С этой точки зрения урожайность рассматривается как разность между произведенным количеством органического вещества и потребленными при дыхании. Сюда могут вмешиваться и продолжительность дня и изменение температуры, период онтогенеза и сортовые особенности растения и т.д.
|
|
|
Показатели, характеризующие фотосинтез: интенсивность фотосинтеза, продуктивность фотосинтеза, КПД ФАР
Процесс фотосинтеза можно выразить следующим уравнением:
6СО2+6Н2О==> С6Н12О6+6О2
Из него следует, что интенсивность этого процесса можно выразить в количестве СО2.которое поглощается определенной площадью фотосинтезирующей поверхности за определенное врем: ИФ=
Этот показатель определяет скорость усвоения СО2 и чтобы охарактеризовать весь процесс фотосинтеза его не хватает. Для характеристики результативности фотосинтеза используют показатель продуктивности. Он показывает суточный прирост массы органического вещества в расчете на 1 кв.м листьев. Значит ПФ конкретного агрофитоценоза необходимо при сравнении сортов, эффективности различных приемов агротехники и т.д. Для с.х. растений очень важно знать не только общий прирост биомассы всего растения, а но и суточный прирост органического вещества урожайных органов. Поэтому определяют чистую продуктивность и хозяйственную продуктивность фотосинтеза.
|
|
|
В формулах обычно используют показатели сухого вещества т.к. оно на 95 % состоит из органических (минеральными в этом случае пренебрегают). ЧПФ – более условный показатель т.к. полевых условиях практически невозможно учитывать прирост органического вещества корней, поэтому ЧПФ определяют только в отношении надземной части растения.
Из всего солнечного излучения наибольшую роль для фотосинтеза играет видимая его часть с длиной волны 308-710 нм – эта часть излучения называется ФАР – она составляет 60 % всего света. В связи с этим, косвенным показателем, характеризующим фотосинтез может быть КПД ФАР, показывающий какая часть поступившей энергии за вегетацию накопилась в урожае:
КПД ФАР (%)=В*100/А
А- энергия, поступившая за вегетационный период;
В – энергия, накопившаяся в урожае4
Теоретически КПД ФАР может достигать 4-6%, но в среднем этот показатель равен 0,5-1%.
Органоиды фотосинтеза – хлоропласты: структура, свойства, образование
Снаружи хлоропласт покрыт двойной мембраной. Внутреннее вещество называется стромой. В строме расположены плоские мешочки – тилакоиды. Часто тилакоиды уложены стопкой – граны. Отдельные граны соединены друг с другом длинными одиночными тилакоидами - ламеллами. В мембранах тилакоидов содержится хлорофилл, другие пигменты, ферменты и переносчики электронов, на них протекают световые реакции фотосинтеза.
|
|
|
В строме содержатся сахара, органические кислоты, ферменты (в том числе ф. цикла Кальвина) и другие вещества. Здесь происходит темновая реакция фотосинтеза. Избыток углеводов может преобразовываться в крахмальные зерна. Имеются также липидные капли. Благодаря наличию ДНК хлоропласты способны делиться внутри клетки независимо от нее (перетяжкой или почкованием). Наличие рибосом указывает на собственный процесс биосинтеза белка.
В растущих листьях хлоропласты образуются делением. При дифференциации клеток меристем хлоропласты образуются из пропластид.
Пигменты хлоропластов и их свойства
Фотосинтетические пигменты делятся на 2 группы:
Хлорофиллы и каротиноиды
1).Хлорофиллы – (хлоро-зеленый, фил-лист) – представляют из себя органическое соединение состоящее из порфиринового ядра к которому эфирными связями присоединены остатки 2-х спиртов – фитола и метилового. Порфириновое ядро, в свою очередь, состоит из 4х пирольных колец, каждое из которых содержит по одному атому азота. В центре ядра находится атом магния. Длинный хвост гидрофобен, т.е. растворим в липидах, и таким образом удерживает молекулу мембране тилакоида. Ядро гидрофильно и имеет на внешней поверхности мембраны, обращенной к строме. Плоскость головки расположена параллельно плоскости мембраны для лучшего поглощения света. Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый цвет.
|
|
|
В порфириновом ядре вокруг атома Мg располагается система коньюгированных связей (когда чередуются одинарная и двойная связь). Именно это придает молекуле хлорофилла фотохимическую активность. Здесь поглощенный квант света трансформируется в энергию возбужденного электрона вызывая его эмиссию (выпуск). Электрон с запасом энергии легко передается с хлорофилла на вещества – акцепторы. При этом хлорофилл окисляется, а акцептор восстанавливается. Если энергия не передается, то электрон возвращается в исходное состояние, при этом часть энергии теряется (сдвиг Стокса), а часть испускается в виде флуоресценции. Сейчас известно 4 типа хлорофиллов а, в, с, d, которые встречаются у высших и низших растений.
Фотосинтетические пигменты делятся на главные и вспомогательные. Существует 2 главных пигмента – это формы хлорофилла, а их обозначают Р690и Р700
Р – пигмент 690-700 – максимальная длина волны света который он может поглотить.
К вспомогательным пигментам относятся другие формы хлорофилла и каротиноиды.
2). Каротиноиды – желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты. Как и хлорофилл имеют систему сопряженных одинарных и двойных связей и могут избирательно поглощать свет в сине-фиолетовой области. Каротиноиды в большинстве случаев обладают четко выраженным гидрофобными свойствами и также находятся на мембранах тилакоидов. Каротиноиды предохраняют молекулы хлорофилла от разрушения на ярком свету, также могут передавать на молекулу хлорофилла энергию поглощенных квантов (особенно в пасмурную погоду, когда увеличивается доля снижения лучей). Среди каратиноидов хорошо известен В-каротин (оранжевый пигмент) имеющийся у всех растений и ксантофиллы – разнообразные пигменты желтого цвета.
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 123; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!