Влияние света на процесс фотосинтеза

Один из самых важных на Земле пигментов - хлорофилл. Без этого прекрасного изумрудного пигмента невозможна жизнь на Земле. Зеленый цвет

Влияние света на процесс фотосинтеза

Курсовой проект

Биология

Другие курсовые по предмету

Биология

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по физиологии растений

Влияние на свету инфильтрованных дисков из листьев

Введение

 

Бесконечна сложна и разнообразна жизнь. Австралийские эвкалипты поднимаются ввысь на 150 м, а ряска, покрывающая пруды, достигают всего лишь 1 мм. Американская секвойя имеет в обхвате 46 м, а поперечник одноклеточной водоросли не превышает и десятой доли миллиметра. Однако как бы сложна и многообразна ни была жизнь, она представляет собой единый процесс беспрерывного превращения энергии, вещества и формы. Источником энергии является Солнце. Порывы урагана и тихий шепот листвы, грациозный бег антилопы и нежная улыбка ребенка, летящий самолет и мысль ученого - все это процессы, идущие за счет энергии, посылаемой на Землю Солнцем. Понадобились усилия многих пытливых исследователей, чтобы установить, что именно зеленое растение является посредником, связывающим лучистую энергию Солнца с жизнью на Земле. Выдающемуся ученому, автору работы «Солнце, жизнь и хлорофилл», К.А. Тимирязеву наука и человечество всегда будут обязаны своими знаниями о космической роли растения, о его незаметной, но незаменимой роли на Земле. Но и много раньше, еще в древности, зависимость жизни от растений и Солнца уже была подмечена. До нас дошли сказания об умирающих осенью и воскресающих весной божествах - Адонисе у финикиян, Озирисе у египтян, Митре у древних персов, олицетворяющих бога Солнца и растительности. Растение явилось истинным Прометеем, передавшим силу, свет и тепло солнечных лучей людям; оно явилось и до сих пор является тем живым Атлантом, на котором покоится по существу весь многообразный мир живых существ.

Свет - один из наиболее важных для жизни растений абиотических факторов. Его роль определяется, прежде всего, особой позицией растений в биосфере как автотрофов, образующих органическое вещество из простых неорганических соединений с использованием для синтеза энергии солнечного излучения (недаром этот процесс назван фотосинтез). Подчеркивая, что жизнь зеленых растений невозможна без света, К.А. Тимирязев образно назвал их «детьми Солнца». Свет оказывает на растения и значительное формообразующее действие, как форма роста, внутренняя структура тканей листа, величина хлоропластов и их расположение в клетках и т.д. С некоторыми особенностями светового режима тесно связано географическое распространение растений.

1. Свет и его экологическое значение в жизни растений

 

.1 Спектральный состав лучистой энергии солнца

 

Важнейшей особенностью процесса фотосинтеза является то, что он протекает с использованием энергии солнечного света.

Лучистая энергия - это энергия электромагнитных колебаний, которая характеризуется определенной длиной волны, частотой колебания и скоростью распространения.

 

Таблица 1 Характеристика отдельных участков спектра

ЦветДлина волны в нмЧастота, в ГцЭнергия, в кДж на 1 моль квантовУльтрафиолетовый Фиолетовый Синий Зеленый Желтый Оранжевый Красный Инфракрасный400 400-424 424-491 491-550 550-585 585-647 647-740 74011,8·1014 7,81·1014 6,52·1014 5.77·1014 5,17·1014 4,84·1014 4,41·1014 2,14·1014471,4 292,0 260,6 230,5 206,6 193,6 176,4 85,5

Согласно первому закону фотохимии, только поглощенные лучи могут быть использованы в химических реакциях. В том случае, если реагирующие молекулы бесцветны и не поглощают свет, фотохимические реакции могут идти только в присутствии специальных веществ - сенсибилизаторов. Сенсибилизаторы - вещества, поглощающие энергию света и передающие ее на ту или иную бесцветную молекулу

Положение о том, что в процессе фотосинтеза могут быть использованы только поглощенные лучи солнечного света, впервые получило экспериментальное подтверждение в опытах К. А. Тимирязева. Он показал, что процесс усвоения СО2 на свету представляет собой фотохимический процесс и подчиняется законам фотохимии. В процессе фотосинтеза на место связей, обладающих малым запасом энергии, таких, как О-Н, С-О, создаются связи С-С, благодаря этому свободная энергия системы повышается. Эта энергия представляет собой трансформированную солнечную энергию. Опыты К. А. Тимирязева ясно показали, что процесс фотосинтеза проходит именно в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом. Хлорофилл является оптическим сенсибилизатором, поглощающим энергию света и передающим ее на молекулы Н2О и СО2. Определяя интенсивность процесса фотосинтеза в различных лучах солнечного спектра, К. А. Тимирязев показал, что наиболее интенсивное усвоение углекислоты наблюдается в красных лучах. Затем по направлению к зеленой части спектра процесс фотосинтеза постепенно ослабевает. В зеленых лучах фотосинтез минимальный. Зеленые лучи хлорофиллом почти не поглощаются. В сине-фиолетовой части спектра наблюдается второй подъем интенсивности фотосинтеза. Таким образом, если представить себе интенсивность фотосинтеза в виде кривой, то она будет иметь два максимума соответственно двум максимумам поглощения хлорофилла. Ряд пиков энергии фотосинтеза соответственно отдельным линиям поглощения хлорофилла не наблюдается, так как хлорофилл в хлоропластах находится в такой концентрации, при которой, линии поглощения частично сливаются и образуются два основных максимума. Интенсивность процесса фотосинтеза в различных участках спектра получила название спектра действия. Можно сделать вывод, что спектр поглощения хлорофилла и спектр действия совпадают. Важное значение имеют исследования К. А. Тимирязева по эффективности использования энергии в красном и сине-фиолетовом участках спектра. Он провел сравнение интенсивности и эффективности поглощения энергии в разных лучах солнечного спектра и получил следующие данные (в относительных единицах).

Поглощенная энергия в красном участке спектра используется более полно. Из этого наблюдения К. А. Тимирязев сделал вывод, что поглощенная энергия лучей разного качества, разной длины волны используется в фотохимических реакциях с разной эффективностью. Из теории фотоэффекта следует, что интенсивность любой фотохимической реакции определяется не количеством поглощенной энергии, а числом поглощенных квантов. Между тем величина квантов в разных лучах солнечного спектра различна. В красных лучах кванты характеризуются меньшей энергией. По мере того как уменьшается длина волны, растет энергия квантов. В связи с этим на одно и то же количество поглощенной энергии в красных лучах по сравнению с сине-фиолетовыми приходится большее число квантов и соответственно большее количество прореагировавших молекул в фотохимических реакциях, в том числе и при фотосинтезе. Могут быть кванты, несущие так мало энергии, что ее не хватает на то, чтобы вызвать химический эффект. Для фотохимических реакций существует нижний предел энергии, т. е. верхний предел длины волны, после которого они неосуществимы.

Фотохимические реакции возможны в пределах величины квантов от 147 до 587 кДж/моль. Таким образом, в квантах красного света (176 кДж/моль hv) заключено достаточное количество энергии для осуществления фотохимической реакции. Вместе с тем при поглощении квантов синего света (261 кДж/моль hv) реагирующие молекулы будут получать избыток энергии, который выделяется в виде тепла или света.

Молекулы будут вступать в реакцию под влиянием разного количества энергии. Использование энергии зависит от качества света. Это было подтверждено исследованиями О. Варбурга. В этих исследованиях впервые была установлена величина фотосинтетической работы, производимой за счет 1 Дж поглощенной лучистой энергии. Эта величина возрастает по мере увеличения длины волны.

Таким образом, количество прореагировавших молекул СО2 и Н2О в процессе фотосинтеза пропорционально числу поглощенных квантов. Однако число квантов, необходимое для протекания различных фотохимических реакций, неодинаково. Редкая фотохимическая реакция имеет квантовый расход, равный единице. Он может быть значительно больше единицы, так как не все возбужденные молекулы вступают в реакцию; может быть и меньше единицы, если благодаря цепным взаимодействиям в реакцию вступают не только возбужденные молекулы.

Квантовый расход процесса фотосинтеза, т. е. количество квантов, необходимое для того, чтобы одна молекула СО2 восстановилась до углеводов, окончательно не установлен. Все же большинство исследований показывает, что для восстановления одной молекулы СО2 до углеводов нужно 8-9 квантов света. Анализ квантового расхода, наблюдаемого в различных участках солнечного спектра, позволил также доказать роль каротиноидов в процессе фотосинтеза. Исследования А. А. Рихтера, а затем Р. Эмерсона показали, что в той части спектра, где лежит максимум поглощения каротиноидов, т. е. между синими и зелеными лучами, на их долю приходится 70% от всего поглощения и лишь 30% энергии поглощается хлорофиллом. Кванты света, поглощенные каротиноидами, используются, менее эффективно по сравнению с квантами, поглощенными непосредственно хлорофиллом.

Световой луч, представляя собой единое целое, не однороден. Белый свет Солнца содержит совокупность лучей разного цвета. При помощи хорошо известного опыта с трехгранной призмой свет можно разложить на ряд элементов - гамму цветов, которые создают непрерывный спектр. Цвета постепенно переходят один в другой. Четкой границы между ними нет. Такой цветовой спектра впервые получил во второй половине XVII в. английский физик И.Ньютон.

Рисунок 1. Различные виды электромагнитных излучений и положение среди них видимых, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей.

 

1.2 Фотосинтетически активная радиация (ФАР)

 

В экологии и физиологии растений качественный состав света пр

Похожие работы

1 2 3 4 > >>