Фотосинтез в жизни растительного мира

Видео: Ранние этапы эволюции жизни - от протобиологических химических циклов до оксигенного фотосинтеза

Секреты фотосинтеза

При наличии ярусности листьев у растений, нижерасположенные частично фотосинтезируют и за счёт света, пропускаемого через себя верхними листьями, и отражения нижними. У самых нижних листьев отражение практически отсутствует. Поглощение света по мере возрастания освещённости увеличивается за счёт уменьшения его пропускания.

Лучи света, отраженные от листа или прошедшие сквозь него, сильно обеднены фотосинтетически активной радиацией. Эта часть спектра света усиленно поглощается листьями, а отражаются тепловые лучи, что предохраняет хлоропласты от перегрева.

Количество хлорофилла в листьях растений при нормальных условиях роста соответствует оптимальным величинам освещённости. При изменении этих величин в обе стороны от оптимума концентрация зелёного пигмента обычно снижается. При оптимуме содержания хлорофилла светолюбивые культуры создают больше сухих веществ, чем теневыносливые.

Видео: 08 Дыхание и питание растений

Фотосинтез сильно зависит от состояния и работы устьичных клеток листа. Имеется почти прямая зависимость между степенью открытия устьиц и величиной фотосинтеза. При излишней освещённости и связанных с этим нагревом тканей листа и нарушением его водоснабжения, устьица закрываются. А при широко открытых устьицах у листьев в тени фотосинтез ограничивается уровнем света.

Фотосинтез тесно связан с водным режимом растений. С прекращением транспирации сразу прекращается и фотосинтез. Оказывается также, что для оптимальной фотосинтетической деятельности листьев не нужно полное насыщение их тканей водой, а небольшой дефицит в размере 5-20% от полного насыщения влагой не вредит процессу. Прекращение фотосинтеза может происходить только при половинном влагонасыщении листьев.

В числе факторов, определяющих интенсивность фотосинтеза, находится минеральное питание растений. При прекращении по тем или иным причинам поглощения корнями питательных элементов, уже спустя полчаса фотосинтез существенно ослабляется.

Отдельные элементы так или иначе влияют на фотосинтетическую деятельность культур. В состав хлорофилла входят азот, магний, железо, сера- в образовании его участвуют молибден, цинк- марганец повышает интенсивность, снижает дневную депрессию фотосинтеза, усиливает отток образуемых органических веществ- кобальт уменьшает распад хлорофилла в темноте- медь предупреждает разрушение хлорофилла в неблагоприятных для растений условиях- количество хлорофилла возрастает от калия- процессу фотосинтеза помогает ванадий.

От условий питания растения сильно зависят при пониженной освещённости. Здесь главную роль играет наличие доступного азота в почве. Улучшение уровня питания азотом немедленно повышает интенсивность фотосинтеза.

От благоприятного фотосинтеза зависит, в свою очередь, преобразование соединений азота в растениях, например, первичный этап синтеза белка - восстановление нитратов.

В прямой зависимости от азота находится содержание хлорофилла в листьях и размеры их поверхностей. Недостаток азота в растениях подавляет фотосинтез сильнее, чем нехватка других питательных элементов.

Углеродное питание листа растения через поглощение из воздуха углекислого газа, сочетаясь с питанием азотным из почвы, является основным фактором, обеспечивающим гармоничный рост, высокий урожай и устойчивость к неблагоприятным условиям.

Видео: Фотосинтез

Фотосинтез возможен даже при таких температурах воздуха, когда останавливается рост растения. В этом случае образуемые органические вещества поступают в запас. Особо низкие ночные температуры сдерживают отток пластических веществ из листьев в другие органы растения, а в самом листе остаётся меньше места для новых продуктов фотосинтеза, что искусственно сдерживает его интенсивность. Работа фотосинтетического аппарата и отток ассимилянтов из листьев могут значительно нарушаться при падении температуры в корневой зоне до 15°C. В свою очередь нарушается снабжение корней продуктами фотосинтеза при нарушениях режимов почвы и воздуха.

При единстве процесса фотосинтеза у всех растений, он всё же имеет свои особенности по отдельным культурам. Так, при нарушениях в питании, поглощение световой энергии у огурцов снижается больше, чем у томатов. У томата интенсивность фотосинтеза возрастает при внекорневых подкормках, а также при равных количествах азота и фосфора и удвоенной против них дозе калия.

У многих современных гибридов огурцов фотосинтетический аппарат способен одинаково хорошо настраиваться на свет разной интенсивности с максимальным его использованием. В целом же гибриды овощных культур фотосинтезируют лучше сортов, так как в этом процессе объединяют лучшие черты (свойства) обоих родителей.

Исследования, проведенные на картофеле, показали, что фотосинтез протекает очень слабо при низкой концентрации углекислого газа и слабом свете. При нормальном содержании углекислоты фотосинтез почти не изменяется при изменении температуры, а при росте концентрации углекислого газа он усиливается с повышением температуры и освещённости.

Максимальная температура воздуха для высокого фотосинтеза повышается с усилением освещённости.

В фотосинтезе участвуют химические реакции, вызываемые светом- ферментативные темновые реакции расщепления отдельных сложных соединений для подготовки их оттока из листьев- процессы обмена углекислого газа и кислорода между хлоропластами и наружной атмосферой.

Внутренняя структура листьев растений служит эффективному решению задачи наилучшего использования потоков энергии солнечного света при его сродных интенсивностях, а также усвоения из воздуха углекислого газа с низкими его концентрациями.

Растения начинают фотосинтезировать с позеленения их проростков, т.е. с появлением в них хлорофилла- Они продолжительное время могут существовать за счет фотосинтеза первых листьев.

Фотосинтез идет не только в листьях овощных культур. Например, в зелёных плодах различных сортов томатов хлорофилла содержится около 0,25% от его содержания в листьях, но интенсивность фотосинтеза доходит до 4-5% от листовой. Это говорит об эффективном использовании хлорофилла оболочками растущих плодов. Даже чашелистики цветков после образования завязей некоторое время способны к фотосинтезированию. В целом же основная роль фотосинтезирования зелёных частей растений состоит в том, что через хлорофилл они удаляют из клеток избыток углекислоты и поглощают кислород.

Главные потребители продуктов фотосинтеза – активно растущие и запасающие органы растений. Они же оказывают ответное положительное действие на сам процесс.

Видео: Александр Марков: "Происхождение жизни"

В искусственных условиях выращивания интенсивность фотосинтеза культур можно регулировать при помощи красной и синей частей спектра излучения растениеводческих ламп.

В количественном отношении различают истинный (брутто) и видимый (нетто) фотосинтез. Под первым подразумевают количество органических веществ (ассимилянтов), выработанных растением в целом для построения всех своих органов и покрытия их расходов на дыхание. Второй – это разность между количеством углекислого газа, поглощенным листьями и выделенным ими в процессе дыхания.

Только в одном случае угнетение фотосинтеза полезно для растениеводства, это бывает тогда, когда сорняки лишают света. Чем сильнее затенение почвы каждой культурой открытого грунта и чем раньше оно наступает, тем труднее сорнякам доходить до цветения и осеменения.

Э. Феофилов, Заслуженный агроном России

(Садовод № 32, 14 августа 2008)