Intensitatea fotosintezei depinde de o serie de factori. În primul rând, pe lungimea de undă a luminii. Procesul se desfășoară cel mai eficient sub acțiunea undelor părților albastru-violet și roșu ale spectrului. În plus, rata fotosintezei este afectată de gradul de iluminare, iar până la un anumit punct rata procesului crește proporțional cu cantitatea de lumină, apoi nota nu mai este dependentă de aceasta.

Un alt factor este concentrația de dioxid de carbon. Cu cât este mai mare, cu atât procesul de fotosinteză este mai intens. În condiții normale, lipsa dioxidului de carbon este principalul factor limitator, deoarece conține un procent mic în aerul atmosferic. Cu toate acestea, în condiții de seră, această deficiență poate fi eliminată, ceea ce va afecta favorabil rata fotosintezei și rata de creștere a plantelor.

Un factor important în intensitatea fotosintezei este temperatura. Toate reacțiile de fotosinteză sunt catalizate de enzime, pentru care intervalul optim de temperatură este de 25-30 ° C. La mai mult temperaturi scăzute rata de acțiune a enzimelor este redusă brusc.

Apa este un factor important care influențează fotosinteza. Cu toate acestea, este imposibil de cuantificat acest factor, deoarece apa este implicată în multe alte procese metabolice care au loc în celula vegetală.

Importanța fotosintezei. Fotosinteza este un proces fundamental în natura vie. Datorită lui, din substanțe anorganice - dioxid de carbon și apă - cu participarea energiei luminii solare, plantele verzi sintetizează substanțe organice necesare vieții întregii vieți de pe Pământ. Sinteza primară a acestor substanțe asigură implementarea proceselor de asimilare și disimilare în toate organismele.

Produsele fotosintezei - substanțe organice - sunt utilizate de organisme:

• pentru a construi celule;
• ca sursă de energie pentru procesele vieții.

Omul folosește substanțe create de plante:

• ca hrană (fructe, semințe etc.);
• ca sursă de energie (cărbune, turbă, lemn);
• ca material de construcție.

Omenirea își datorează existența fotosintezei. Toți combustibilii de pe Pământ sunt produse ale fotosintezei. Folosind combustibili fosili, obținem energia stocată ca rezultat al fotosintezei de către plante antice care au existat în epocile geologice trecute.

Concomitent cu sinteza substanțelor organice, un produs secundar al fotosintezei, oxigenul, este eliberat în atmosfera Pământului, care este necesar pentru respirația organismelor. Fără oxigen, viața pe planeta noastră este imposibilă. Rezervele sale sunt cheltuite în mod constant pe produse de ardere, oxidare, respirație care apar în natură. Potrivit oamenilor de știință, fără fotosinteză, întreaga cantitate de oxigen ar fi consumată în 3.000 de ani. Prin urmare, fotosinteza este de cea mai mare importanță pentru viața de pe Pământ.

De multe secole oameni de știință biologi a încercat să dezlege misterul frunzei verzi. Multă vreme s-a crezut că plantele creează nutrienți din apă și minerale. Această credință este legată de experimentul cercetătorului olandez Anna van Helmont, desfășurat în secolul al XVII-lea. A plantat o salcie într-o cadă, măsurând cu precizie masa plantei (2,3 kg) și sol uscat (90,8 kg). Timp de cinci ani, a udat doar planta, fără a adăuga nimic la sol. După cinci ani, masa arborelui a crescut cu 74 kg, în timp ce masa solului a scăzut cu doar 0,06 kg. Omul de știință a concluzionat că planta formează toate substanțele din apă. Astfel, s-a stabilit o substanță pe care planta o absoarbe în timpul fotosintezei.

Prima încercare de a determina științific funcția unei frunze verzi a fost făcută în 1667 de naturalistul italian Marcello Malpighi. El a observat că, dacă primele frunze germinale sunt rupte din răsadurile de dovleac, atunci planta încetează să se dezvolte. Studiind structura plantelor, el a făcut o presupunere: sub influența luminii solare, apar unele transformări în frunzele plantei și apa se evaporă. Cu toate acestea, aceste ipoteze au fost ignorate la momentul respectiv.

După 100 de ani, omul de știință elvețian Charles Bonnet a efectuat mai multe experimente prin plasarea unei frunze de plantă în apă și iluminarea ei cu lumina soarelui. Doar el a făcut o concluzie incorectă, crezând că planta nu participă la formarea bulelor.

Descoperirea rolului frunzei verzi îi aparține chimistului englez Joseph Priestley. În 1772, în timp ce studia importanța aerului pentru arderea substanțelor și respirație, a pus la cale un experiment și a aflat că plantele îmbunătățesc aerul și îl fac potrivit pentru respirație și ardere. După o serie de experimente, Priestley a observat că plantele îmbunătățesc aerul în lumină. El a fost primul care a sugerat rolul luminii în viața plantelor.

În 1800, omul de știință elvețian Jean Senebier a explicat științific esența acestui proces (la acea vreme Lavoisier descoperise deja oxigenul și studiase proprietățile acestuia): frunzele plantelor descompun dioxidul de carbon și eliberează oxigen doar sub acțiunea luminii solare.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, din frunzele plantelor verzi se obținea un extract de alcool. Această substanță se numește clorofilă.

Naturalistul german Robert Mayer a descoperit că plantele absorb lumina soarelui și o transformă în energie. legături chimice substanțe organice (cantitatea de carbon stocată în plantă sub formă de substanțe organice depinde direct de cantitatea de lumină care cade asupra plantei).

Kliment Arkadyevich Timiryazev, un om de știință rus, a studiat influența diferitelor părți ale spectrului luminii solare asupra procesului de fotosinteză. El a reușit să stabilească că tocmai în razele roșii se desfășoară cel mai eficient fotosinteza și să demonstreze că intensitatea acestui proces corespunde absorbției luminii de către clorofilă.

K.A. Timiryazev a subliniat că prin asimilarea carbonului, planta asimilează și lumina soarelui, transformându-și energia în energia substanțelor organice.

Mecanisme endogene de reglare a fotosintezei.

Implementarea funcției fotosintetice a plantei în ansamblu este determinată, pe de o parte, de autonomia semnificativă a cloroplastelor și, pe de altă parte, de un sistem complex de legături între fotosinteză și toate funcțiile plantei. În cursul ontogenezei, organismul vegetal conține întotdeauna zone de atragere(zone care atrag nutrienții). În centrele de atragere, fie apare neoplasmul și creșterea structurilor, fie are loc o sinteză unidirecțională intensivă a substanțelor de rezervă (tuberculi, fructe etc.). În ambele cazuri, starea de atragere a centrilor determină cantitatea de „cerere” pentru fotosinteză. Dacă condițiile externe nu limitează fotosinteza, atunci rolul principal revine centrilor de atragere. Cu cât sunt mai puternici centrii care atrag asimilații, cu atât fotosinteza este mai intensă.

Al doilea. Un mecanism important pentru reglarea fotosintezei este asociat cu fitohormonii și inhibitorii endogeni ai creșterii și metabolismului. Fitohormonii se formează în diferite părți ale plantei, inclusiv în cloroplaste, și acționează asupra proceselor de fotosinteză atât de la distanță, cât și direct la nivelul cloroplastelor. Influența de la distanță se realizează datorită influenței reglatoare a fitohormonilor asupra proceselor de creștere și dezvoltare, asupra depunerii de substanțe în rezervă, asupra transportului de asimilați etc., i.e. privind formarea şi activitatea centrelor de atragere. Pe de altă parte, fitohormonii au un efect direct asupra activității funcționale a cloroplastelor prin modificarea stării membranelor, a activității enzimatice și generarea unui potențial transmembranar. De asemenea, a fost dovedit rolul fitohormonilor, în special al citochininei, în biogeneza cloroplastelor, sinteza clorofilelor, enzime ale lui Calvin.

Intensitatea fotosintezei este influențată de factori de mediu precum: intensitatea și calitatea luminii, concentrația de dioxid de carbon, temperatura, regimul de apă al țesuturilor plantelor, nutriția minerală etc.

Intensitatea și compoziția spectrală a luminii .

Frunzele plantelor superioare absorb lumina în regiunile roșii și albastre ale spectrului - razele care sunt cele mai eficiente pentru fotosinteză .. Frunzele reflectă razele verzi. Cea mai mare parte (60%) a radiației solare care cade pe frunze nu poate participa la procesele fotochimice, deoarece are o lungime de undă care nu este absorbită de pigmenții frunzelor. O parte din lumină este reflectată de suprafața frunzei, disipată sub formă de căldură, cheltuită pe procese care nu sunt legate de fotosinteză și doar 1,5-5% este cheltuită pentru fotosinteză (radiație fotosintetic activă - PAR).

Dependența ratei fotosintezei de intensitatea luminii are forma unei curbe logaritmice. La iluminare scăzută, un punct poate fi distins pe curba luminii atunci când cantitatea de dioxid de carbon absorbită în timpul fotosintezei și eliberată în timpul respirației este egală. Acest punct se numește punct de compensare a luminii (fig.). O creștere a iluminării deasupra punctului de compensare a luminii determină o creștere treptată a intensității fotosintezei. Cu o creștere suplimentară a intensității, curba atinge un platou, ceea ce indică saturarea procesului de legare a dioxidului de carbon. În aceste condiții, procesul de fotosinteză este deja limitat doar de conținutul de dioxid de carbon. La speciile iubitoare de lumină, saturația are loc la iluminare mai mare (10-40 mii de lux) decât la speciile tolerante la umbră (1000 de lux).

Activitatea fotosintezei în regiunea intensității luminii saturante este limitată de concentrația de CO2 și depinde de puterea sistemului de absorbție și reducere a dioxidului de carbon. Cu cât este mai mare capacitatea plantei de a restabili CO 2, cu atât trece curba luminii a fotosintezei.

Orez. Modificarea intensității fotosintezei în quinoa Atriplex triangularis, crescut în diferite condiții de iluminare.

Prin urmare, la plantele C 3, saturația are loc la iluminare mai mică decât la plantele C 4, care leagă mai eficient dioxidul de carbon.

CO 2 este principalul substrat al fotosintezei. Dependența fotosintezei de concentrația de dioxid de carbon este descrisă printr-o curbă logaritmică (Fig.). La o concentrație de 0,036%, intensitatea fotosintezei este de doar 50% și atinge un maxim la 0,3%.

Orez. Dependenţa intensităţii fotosintezei de presiune parțială CO2

Mulți procese biologice, în care sunt implicate gazele (dioxid de carbon, oxigen), sunt determinate nu de concentrație, ci de presiunea parțială. De exemplu, dacă presiunea atmosferică este de 0,1 MPa, atunci presiunea parțială a dioxidului de carbon va fi de 36 Pa (se calculează prin înmulțirea conținutului molar de gaz cu presiunea atmosferică totală de 0,036x0,1 MPa).

La plantele C 3 la concentraţii scăzute de dioxid de carbon, cantitatea de CO 2 fixată în timpul fotosintezei este mai mică decât cantitatea de CO 2 eliberată în timpul respiraţiei. Cu o creștere a CO 2 , puteți fixa punctul în care absorbția totală a dioxidului de carbon în fotosinteză este 0. Această concentrație de CO 2 se numește punct de compensare a dioxidului de carbon. Acest parametru caracterizează raportul dintre procesele de fotosinteză și respirație, în funcție de conținutul de CO 2 din atmosferă.

Procesul de fotosinteză se desfășoară de obicei în condiții aerobe. La o concentrație de oxigen de 21%. O creștere a conținutului sau lipsa de oxigen pentru fotosinteză este nefavorabilă.

Concentrațiile mari de oxigen reduc intensitatea fotosintezei din următoarele motive: 1) o creștere a presiunii parțiale activează procesul de fotorespirație (carboxilaza RBF a lui Calvin funcționează ca o oxigenază); 20 oxigenul oxidează produsele primare reduse ale fotosintezei.

Temperatura

Dependența intensității fotosintezei de temperatură are forma unei parabole cu maxim 25 o -35 o C. Cu toate acestea, dacă concentrația de dioxid de carbon din aer este mai mare, atunci temperatura optimă se va deplasa la 35-38. o C. Acest lucru se explică prin faptul că la astfel de temperaturi activează reacțiile enzimatice (faza întunecată a fotosintezei) (Fig.).

Orez. Dependenţa intensităţii fotosintezei de temperatură: 1 - la un conţinut ridicat de dioxid de carbon; 2 - la 0,036%

Regimul apei

Apa este direct implicată în fotosinteză ca substrat pentru oxidare și sursă de oxigen. Pe de altă parte, cantitatea de apă din țesuturi determină gradul de deschidere a stomatelor și, în consecință, afluxul de CO2 în frunză. Când frunza este complet saturată cu apă, stomatele se închid, ceea ce reduce intensitatea fotosintezei. Prin urmare, un ușor deficit de apă este favorabil pentru fotosinteză. În condiții de secetă, stomatele se închid sub influența acidului abscisic, care se acumulează în frunze. Deficiența prelungită de apă duce la inhibarea transportului de electroni neciclici și ciclici și a fotofosforilării.

nutriție minerală

Pentru funcționarea normală a aparatului fotosintetic, planta trebuie să fie prevăzută cu întregul complex de macro și microelemente. Dependența fotosintezei de elementele de nutriție minerală este determinată de necesitatea acestora pentru formarea aparatului fotosintetic (pigmenți, componente ETC, proteine ​​structurale și de transport).

Magneziul face parte din clorofile, participă la activitatea proteinelor de conjugare în sinteza ATP, afectează activitatea reacțiilor de carboxilare și reducerea NADP+.

Fierul este necesar pentru funcționarea citocromilor, ferredoxină (componente ale ETC). Deficitul de fier perturbă funcționarea fotofosforilării ciclice și neciclice, sinteza pigmenților și perturbă structura cloroplastelor.

Manganul și clorul sunt esențiale pentru fotoliza apei.

Cuprul face parte din plastocianina.

Azotul face parte din clorofile, aminoacizi. Deficiența acestuia afectează activitatea fotosintezei în general.

Fosforul este esențial pentru reacțiile fotochimice și întunecate ale fotosintezei. Atât lipsa cât și excesul au un efect negativ (permeabilitatea membranei este perturbată)

Potasiul este necesar pentru formarea structurii fațetate a cloroplastelor, pentru funcționarea stomatelor și pentru absorbția apei de către celule. Cu o lipsă de potasiu, toate procesele de fotosinteză sunt perturbate.

Articolul a fost publicat cu sprijinul „Sampad Computer Courses”. Compania „Computer Courses Sampad” oferă să se înscrie la cursuri despre crearea unui magazin online în Novosibirsk. Profesori cu experiență ai companiei vor oferi instruire în programarea PHP în cel mai scurt timp posibil, ceea ce vă va permite să creați site-uri de orice complexitate. Puteți afla mai multe despre cursurile oferite, puteți citi recenziile clienților, puteți comanda un apel înapoi și puteți trimite o cerere online pentru instruire pe site-ul oficial al companiei Sampad Computer Courses, care se află la http://pc-nsk.ru/

Frunza verde este sursa vieții pe planeta noastră. Dacă nu ar fi plante verzi, nu ar exista nici animale, nici oameni pe Pământ. Într-un fel sau altul, plantele servesc ca sursă de hrană pentru întreaga lume animală.

O persoană folosește energia nu numai a razelor solare care cad acum pe pământ, ci și a celor care au căzut pe el cu zeci și sute de milioane de ani în urmă. La urma urmei, cărbunele, petrolul și turba sunt rămășițe modificate chimic ale plantelor și animalelor care au trăit în acele vremuri îndepărtate.

În ultimele decenii, atenția specialiștilor de frunte dintr-o serie de ramuri ale științelor naturii a fost concentrată asupra problemei fotosintezei, diversele sale aspecte fiind studiate cuprinzător și profund în multe laboratoare din întreaga lume. Interesul este determinat în primul rând de faptul că fotosinteza stă la baza schimbului de energie al întregii biosfere.

Intensitatea fotosintezei depinde de mulți factori. intensitatea luminii , necesare pentru cea mai mare eficienta a fotosintezei, in diverse plante diferit. La plantele tolerante la umbră, activitatea maximă a fotosintezei este atinsă la aproximativ jumătate din lumina completă a soarelui, iar la plantele fotofile - aproape în plin soare.

Multe plante tolerante la umbră nu dezvoltă parenchim palisat (columnar) în frunze și există doar spongios (crin, copită). În plus, aceste plante au frunze mai mari și cloroplaste mai mari.

De asemenea, afectează rata fotosintezei temperatura mediu inconjurator . Cea mai mare intensitate a fotosintezei se observă la o temperatură de 20–28 °C. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, intensitatea fotosintezei scade, iar intensitatea respirației crește. Când ratele fotosintezei și ale respirației coincid, se vorbește despre punct de compensare.

Punctul de compensare se modifică în funcție de intensitatea luminii, de creșterea și scăderea temperaturii. De exemplu, în algele brune rezistente la frig, aceasta corespunde unei temperaturi de aproximativ 10 ° C. Temperatura afectează, în primul rând, cloroplastele, în care structura se modifică în funcție de temperatură, ceea ce este clar vizibil la microscopul electronic.

Foarte mare importanță pentru fotosinteză continutul de dioxid de carbon în aerul din jurul plantei. Concentrația medie de dioxid de carbon din aer este de 0,03% (în volum). O scădere a conținutului de dioxid de carbon afectează negativ randamentul, iar creșterea acestuia, de exemplu, la 0,04%, poate crește randamentul de aproape 2 ori. O creștere mai semnificativă a concentrației este dăunătoare pentru multe plante: de exemplu, la un conținut de dioxid de carbon de aproximativ 0,1%, plantele de roșii se îmbolnăvesc, frunzele lor încep să se ondula. În sere și sere, puteți crește conținutul de dioxid de carbon prin eliberarea acestuia din cilindri speciali sau lăsând dioxidul de carbon uscat să se evapore.

Lumină de diferite lungimi de undă afectează, de asemenea, intensitatea fotosintezei în moduri diferite. Pentru prima dată, intensitatea fotosintezei în diferite raze ale spectrului a fost studiată de către fizicianul W. Daubeny, care a arătat în 1836 că rata fotosintezei într-o frunză verde depinde de natura razelor. Erorile metodice din timpul experimentului l-au condus la concluzii greșite. Omul de știință a plasat un segment dintr-un lăstar de elodea într-o eprubetă cu apă tăiată, a iluminat eprubeta trecând lumina soarelui prin pahare colorate sau soluții colorate și a ținut cont de intensitatea fotosintezei în funcție de numărul de bule de oxigen care ies de pe tăietură. suprafata pe unitatea de timp. Daubeny a ajuns la concluzia că intensitatea fotosintezei este proporțională cu luminozitatea luminii, iar cele mai strălucitoare raze la acea vreme erau considerate galbene. La același punct de vedere a aderat John Draper (1811-1882), care a studiat intensitatea fotosintezei în diverse fascicule ale spectrului emise de un spectroscop.

Rolul clorofilei în procesul de fotosinteză a fost dovedit de remarcabilul botanist și fiziolog de plante rus K.A. Timiryazev. După ce a petrecut în 1871-1875. o serie de experimente, el a descoperit că plantele verzi absorb cel mai intens razele părților roșii și albastre ale spectrului solar, și nu galbene, așa cum se credea înaintea lui. Absorbind partea roșie și albastră a spectrului, clorofila reflectă razele verzi, motiv pentru care apare verde.

Pe baza acestor date, fiziologul german Theodor Wilhelm Engelmann a dezvoltat în 1883 metoda bacteriana studiul asimilării dioxidului de carbon de către plante.

El a sugerat că, dacă plasați o celulă a unei plante verzi împreună cu bacterii aerobe într-o picătură de apă și le iluminați cu raze colorate diferit, atunci bacteriile ar trebui să se concentreze în acele părți ale celulei în care dioxidul de carbon este cel mai descompus și oxigenul este eliberată. Pentru a testa acest lucru, Engelman a îmbunătățit oarecum microscopul luminos prin montarea unei prisme deasupra oglinzii, care a descompus lumina soarelui în componente separate ale spectrului. Ca plantă verde, Engelman a folosit alga verde Spirogyra, ale cărei celule mari conțin cromatofori spiralați lungi.

După ce a pus o bucată de alge într-o picătură de apă pe o lamă de sticlă, Engelman a introdus acolo câteva bacterii aerobe, după care a examinat preparatul la microscop. S-a dovedit că, în absența unei prisme, preparatul preparat a fost iluminat cu lumină albă uniformă, iar bacteriile au fost distribuite uniform de-a lungul întregii zone a algelor. În prezența unei prisme, fasciculul de lumină reflectat de oglindă a fost refractat, luminând zona algelor sub microscop cu lumină de diferite lungimi de undă. După câteva minute, bacteriile s-au concentrat pe acele zone care au fost iluminate cu lumină roșie și albastră. Pe baza acestui fapt, Engelman a concluzionat că descompunerea dioxidului de carbon (și, prin urmare, eliberarea de oxigen) în plantele verzi este observată în plus față de razele de culoare principală (adică verde) - roșu și albastru.

Datele primite pe echipament modern, confirmă pe deplin rezultatele obținute de Engelman în urmă cu mai bine de 120 de ani.

Energia luminoasă absorbită de clorofilă participă la reacțiile primei și a doua etape ale fotosintezei; reacțiile din a treia etapă sunt întunecate; are loc fără participarea luminii. Măsurătorile au arătat că procesul de reducere a unei molecule de oxigen necesită un minim de opt quante de energie luminoasă. Astfel, randamentul cuantic maxim al fotosintezei, i.e. numărul de molecule de oxigen corespunzător unui cuantum de energie luminoasă absorbită de plantă este de 1/8 sau 12,5%.

R. Emerson și colegii săi au determinat randamentul cuantic al fotosintezei atunci când plantele sunt iluminate cu lumină monocromatică de diferite lungimi de undă. Sa constatat că randamentul rămâne constant la 12% în cea mai mare parte a spectrului vizibil, dar scade brusc în apropierea regiunii roșii îndepărtate. Această scădere a plantelor verzi începe la o lungime de undă de 680 nm. La lungimi mai mari de 660 nm, doar clorofila absoarbe lumina. A; clorofilă b are o absorbție maximă a luminii la 650 nm, iar la 680 nm practic nu absoarbe lumina. La o lungime de undă mai mare de 680 nm, randamentul cuantic al fotosintezei poate fi crescut la o valoare maximă de 12%, cu condiția ca planta să fie și iluminată cu lumină la o lungime de undă de 650 nm în același timp. Cu alte cuvinte, dacă lumina absorbită de clorofilă A completată de lumină absorbită de clorofilă b, atunci randamentul cuantic al fotosintezei atinge o valoare normală.

Creșterea intensității fotosintezei în timpul iluminării simultane a unei plante cu două fascicule de lumină monocromatică de lungimi de undă diferite în comparație cu intensitatea ei observată sub iluminare separată de aceleași fascicule se numește efectul Emerson. Experimentele cu diferite combinații de lumină roșie îndepărtată și lumină cu lungime de undă mai scurtă peste alge verzi, roșii, albastre-verzi și maro au arătat că cea mai mare creștere a fotosintezei se observă dacă al doilea fascicul cu o lungime de undă mai scurtă este absorbit de pigmenții auxiliari.

La plantele verzi, astfel de pigmenți auxiliari sunt carotenoizii și clorofila. b, în algele roșii - carotenoide și ficoeritrina, în algele albastre-verzi - carotenoide și ficocianina, în algele brune - carotenoide și fucoxantina.

Studiul suplimentar al procesului de fotosinteză a condus la concluzia că pigmenții auxiliari transferă de la 80 la 100% din energia luminoasă absorbită de ei la clorofilă. A. Astfel, clorofila A acumulează energia luminoasă absorbită de o celulă vegetală și apoi o folosește într-o fotografie reacții chimice fotosinteză.

Ulterior s-a descoperit că clorofila A este prezent într-o celulă vie sub formă de forme cu diferite spectre de absorbție și diferite funcții fotochimice. O formă de clorofilă A, al cărui maxim de absorbție corespunde unei lungimi de undă de 700 nm, aparține sistemului pigmentar, numit fotosistemul I, a doua formă de clorofilă A cu o absorbție maximă de 680 nm, aparține fotosistemului II.

Așadar, la plante a fost descoperit un sistem de pigment fotoactiv, care absoarbe lumina mai ales puternic în regiunea roșie a spectrului. Începe să acționeze chiar și în condiții de lumină slabă. În plus, este cunoscut un alt sistem de reglementare care absoarbe selectiv și folosește pentru fotosinteză Culoarea albastră. Acest sistem funcționează într-o lumină suficient de puternică.

De asemenea, s-a stabilit că aparatul fotosintetic al unor plante folosește în mare măsură lumină roșie pentru fotosinteză, în timp ce altele folosesc lumină albastră.

Pentru a determina intensitatea fotosintezei plantelor acvatice, puteți utiliza metoda de numărare a bulelor de oxigen. În lumină, procesul de fotosinteză are loc în frunze, al cărui produs este oxigenul, care se acumulează în spațiile intercelulare. La tăierea tulpinii, excesul de gaz începe să fie eliberat de pe suprafața tăiată sub forma unui flux continuu de bule, a cărui viteză de formare depinde de intensitatea fotosintezei. Aceasta metoda nu diferă în mare precizie, dar este simplu și oferă o reprezentare vizuală a dependenței procesului de fotosinteză de condițiile externe.

Experiența 1. Dependența productivității fotosintezei de intensitatea luminii

Materiale și echipamente: elodea; solutii apoase NaHC03, (NH4)2C03 sau apă minerală; apă de la robinet decontată; tijă de sticlă; fire; foarfece; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru.

1. Pentru experiment au fost selectați lăstari sănătoși de elodea de aproximativ 8 cm lungime, de culoare verde intens, cu vârful intact. Au fost tăiate sub apă, legate cu un fir de o tijă de sticlă și coborâte cu susul în jos într-un pahar cu apă la temperatura camerei (temperatura apei ar trebui să rămână constantă).

2. Pentru experiment, am luat apă de la robinet sedimentată îmbogățită cu CO 2 prin adăugarea de NaHCO 3 sau (NH 4) 2 CO 3 sau apă minerală, și a expus un pahar cu o plantă acvatică la o lumină puternică. Am observat apariția bulelor de aer din tăierea plantei.

3. Când fluxul de bule a devenit uniform, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 minut. Numărarea a fost efectuată de 3 ori cu o pauză de 1 min, datele au fost înregistrate într-un tabel și s-a determinat rezultatul mediu.

4. Sticla cu planta a fost îndepărtată de la sursa de lumină cu 50–60 cm și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a tras o concluzie despre intensitatea diferită a fotosintezei în lumină puternică și slabă.

Rezultatele experimentelor sunt prezentate în tabelul 1.

Concluzie: la intensitățile luminii utilizate, intensitatea fotosintezei crește odată cu creșterea intensității luminii, adică. cu cât mai multă lumină, cu atât mai bună este fotosinteza.

Tabelul 1. Dependența fotosintezei de intensitatea luminii

Experiența 2. Dependența productivității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii

Materiale și echipamente: elodea; un set de filtre de lumină (albastru, portocaliu, verde); șapte borcane înalte cu gură largă; apă de la robinet decantată; foarfece; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru; eprubete.

1. Eprubeta a fost umplută până la 2/3 din volum cu apă de la robinet sedimentată și a fost plasată o plantă acvatică în ea cu vârful în jos. Tulpina a fost tăiată sub apă.

2. Un filtru de lumină albastră (circular) a fost plasat într-un borcan înalt cu gură largă, o eprubetă cu o plantă a fost plasată sub filtru, iar borcanul a fost expus la lumină puternică, astfel încât să cadă pe plantă, trecând prin filtrul de lumină. . Am observat apariția bulelor de aer din tăierea tulpinii plantei.

3. Când fluxul de bule a devenit uniform, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 minut. Calculul a fost efectuat de 3 ori cu o pauză de 1 minut, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost introduse în tabel.

4. Filtrul de lumină albastră a fost înlocuit cu unul roșu și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3, având grijă ca distanța de la sursa de lumină și temperatura apei să rămână constante.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a ajuns la o concluzie despre dependența intensității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în tabelul 2.

Concluzie: procesul de fotosinteză în lumină portocalie este foarte intens, în albastru încetinește, iar în verde practic nu merge.

Tabelul 2. Dependența productivității fotosintezei de compoziția spectrală a luminii

numărul de experiență	filtru de lumină	Prima dimensiune	A doua dimensiune	a treia dimensiune	Rău
	Portocale

Experiența 3. Dependența intensității fotosintezei de temperatură

Materiale și echipamente: elodea; trei borcane înalte cu gură largă; apă de la robinet decantată; foarfece; eprubete; Lampa electrica 200 W; ceas; termometru.

1. O eprubetă de 2/3 a fost umplută cu apă de la robinet sedimentată și o plantă acvatică a fost plasată în ea cu vârful în jos. Tulpina a fost tăiată sub apă.

2. Apă de la robinet sedimentată la diferite temperaturi (de la 14 ° C la 45 ° C) a fost turnată în trei borcane cu gură largă, o eprubetă cu o plantă a fost plasată într-un borcan cu apă la temperatură medie (de exemplu, 25 ° C) și dispozitivul a fost expus la lumină puternică. Am observat apariția bulelor de aer din tăierea tulpinii plantei.

3. După 5 minute, a fost numărat numărul de bule eliberate în 1 min. Calculul a fost efectuat de 3 ori cu o pauză de 1 minut, rezultatul mediu a fost determinat, datele au fost introduse în tabel.

4. Eprubeta cu planta a fost transferată într-un borcan cu apă de altă temperatură și s-au repetat pașii indicați la paragraful 3, asigurându-se că distanța de la sursa de lumină și temperatura apei rămân constante.

5. Rezultatele experimentelor au fost comparate și s-a făcut o concluzie scrisă despre efectul temperaturii asupra intensității fotosintezei.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în tabelul 3.

Concluzie:în intervalul de temperatură studiat, intensitatea fotosintezei depinde de temperatură: cu cât este mai mare, cu atât fotosinteza are loc mai bine.

Tabelul 3. Dependența de temperatură a fotosintezei

În urma studiului nostru, am tras următoarele concluzii.

1. Sistemul de pigment fotoactiv absoarbe lumina mai ales puternic în regiunea roșie a spectrului. Razele albastre sunt destul de bine absorbite de clorofilă și foarte puțin verde, ceea ce explică culoarea verde a plantelor.

2. Experimentul nostru cu o ramură de elodea demonstrează în mod convingător că intensitatea maximă a fotosintezei se observă atunci când este iluminată cu lumină roșie.

3. Viteza de fotosinteză depinde de temperatură.

4. Fotosinteza depinde de intensitatea luminii. Cu cât mai multă lumină, cu atât fotosinteza este mai bună.

Rezultatele unei astfel de lucrări pot fi de importanță practică. În sere cu iluminare artificială, prin selectarea compoziției spectrale a luminii, puteți crește randamentul. La Institutul de Agrofizică din Leningrad la sfârșitul anilor 1980. în laboratorul B.S. Moshkov, folosind moduri speciale de iluminare, s-au obținut 6 culturi de tomate pe an (180 kg / m 2).

Plantele au nevoie de raze de lumină de toate culorile. Cum, când, în ce secvență și proporție să-l furnizeze energie radiantă este o întreagă știință. Perspectivele pentru cultura luminii sunt foarte mari: din experimente de laborator, se poate transforma într-o producție industrială pe tot parcursul anului de culturi legumicole, verzi, ornamentale și medicinale.

LITERATURĂ

1. Genkel P.A. Fiziologia plantelor: Proc. indemnizație pentru un curs opțional pentru clasa a IX-a. - M: Educaţie, 1985. - 175 p., ill.
2. Kretovici V.L. Biochimia plantelor: manual pentru biol. facultăți ale universităților. - M .: Şcoala superioară, 1980. - 445 p., ill.
3. Raven P., Evert R., Eichhorn S. Botanica modernă: În 2 volume: Per. din engleza. - M.: Mir, 1990. - 344 p., ill.
4. Salamatova T.S. Fiziologia celulelor vegetale: Tutorial. - L .: Editura Universității din Leningrad, 1983. - 232 p.
5. Taylor D., Green N., Stout W. Biologie: În 3 volume: Per. din engleză / Ed. R. Sopera - M .: Mir, 2006. - 454 p., ill.
6. http://sc.nios.ru (desene și diagrame)

Fotosinteză- Formarea substanţelor organice complexe de către plantele superioare din compuşi simpli - dioxid de carbon şi apă - datorită energiei luminoase absorbite de clorofilă. Substanțele organice create în procesul de fotosinteză sunt necesare plantelor pentru a-și construi organele și pentru a menține viața.

Substanțele inițiale pentru fotosinteză - dioxidul de carbon care intră în frunze din aer și apa - sunt produse ale oxidării complete a carbonului (CO 2 ) și hidrogenului (H 2 O). În substanțele organice formate în timpul fotosintezei, carbonul este în stare redusă. În timpul fotosintezei, sistemul CO 2 - H 2 O, care constă din substanțe oxidate și se află la un nivel energetic scăzut, este redus la un sistem CH 2 O - O 2 mai puțin stabil, care se află la un nivel energetic mai ridicat.

Din ecuație se poate observa că pentru a obține un gram - o moleculă de glucoză (C 6 HO 6), se consumă energie luminoasă în cantitate de 2872,14 kJ, care este stocată sub formă de energie chimică. Aceasta eliberează oxigen liber în atmosferă.

Ecuația de mai sus oferă o idee concretă a substanțelor inițiale și finale implicate în fotosinteză, dar nu dezvăluie esența unui proces biochimic foarte complex.

Istoria doctrinei nutriției cu carbon a plantelor are mai mult de 200 de ani. În tratatul „Cuvântul despre fenomenele aeriene” M.V. Lomonosov în 1753 a scris că o plantă își construiește corpul din aerul din jurul ei, absorbit cu ajutorul frunzelor. Totuși, descoperirea fotosintezei este asociată cu numele chimistului englez J. Priestley, care în 1771 a descoperit că în plantele de culoare verde deschis „corectează” aerul „stricat” de ardere.

Lucrările ulterioare ale omului de știință olandez J. Ingenhaus (1779, 1798), ale elvețianului J. Senebier (1782, 1783) și

N. Saussure (1804) a descoperit că în verde deschis plantele absorb dioxidul de carbon din atmosfera înconjurătoare și eliberează oxigen.

Un rol important în studiul fotosintezei l-a jucat lucrările lui K. A. Timiryazev, care a arătat că lumina este o sursă de energie pentru sinteza substanțelor organice din dioxid de carbon și apă și a stabilit maximul de absorbție al clorofilei în roșu și albastru. regiunile violete ale spectrului. Cercetările ulterioare ale multor oameni de știință care folosesc metode moderne au făcut posibilă dezvăluirea multor verigă din lanțul complex de transformări ale substanțelor din corpul plantei.

S-a constatat că fotosinteza se desfășoară în două faze. Primul dintre ele este lumina, al doilea este întuneric. Prima fază se desfășoară numai în lumină, în timp ce a doua - cu succes egal atât în ​​întuneric, cât și în lumină. Faza ușoară are loc în fracția verde a cloroplastului - grana, iar toate transformările fazei întunecate au loc în fracțiunea sa incoloră - matricea citoplasmatică. Faza de lumină este caracteristică doar celulelor fotosintetice, în timp ce majoritatea reacțiilor care compun procesul de fixare a dioxidului de carbon în faza întunecată sunt caracteristice nu numai celulelor fotosintetice.

Faza de lumină a fotosintezei începe cu absorbția luminii de către pigmenți. În reacțiile chimice ale fazei luminoase sunt implicate doar moleculele de clorofilă a, care se află în stare activată (datorită absorbției energiei luminoase). Pigmenții rămași - clorofila b și carotenoizii - captează lumina folosind sisteme speciale, transferă energia primită către moleculele de clorofilă a.

Rolul cel mai important al fazei de lumină este de a construi molecula de ATP (adenozin trifosfat), în care este stocată energia. Procesul de formare a ATP în cloroplaste cu cheltuirea energiei solare se numește fosforilare ciclică. Descompunerea ATP în ADP (adenozin difosfat) eliberează aproximativ 40 kJ de energie.

Pentru a restabili molecula NADP (nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat), sunt necesari doi atomi de hidrogen, care se obține din apă folosind lumină. Clorofila, activată de lumină, își cheltuiește energia în descompunerea apei, se transformă într-o formă inactivată și sunt eliberați patru atomi de hidrogen, care sunt utilizați în reducerea reacțiilorși doi atomi de oxigen care intră în atmosferă.

Astfel, primii produși chimici stabili ai reacției luminii în plante sunt NADP - H 2 și ATP.

În timpul fazei întunecate, în citoplasmă se formează aminoacizi și proteine.

Faza întunecată a fotosintezei este o continuare a fazei luminoase. În faza întunecată, cu participarea ATP și NADP - H 2, diferite substanțe organice sunt construite din dioxid de carbon. În acest caz, NADP - H 2 îndeplinește rolul de agent reducător în faza întunecată, iar ATP servește ca sursă de energie. Agentul de reducere este oxidat la NADP și un rest de acid fosforic (H3PO4) este scindat din ATP și se obține ADP. NADP și ADP se întorc din nou din matrice în grana, unde în faza de lumină sunt din nou transformate în NADP - H 2 și ATP și totul începe de la capăt.

Secvența reacțiilor pe calea transformării CO 2 în zahăr a fost clarificată datorită utilizării carbonului radioactiv 14C. S-a constatat că în procesul de fotosinteză se formează un număr mare de compuși în câteva minute. Cu toate acestea, când timpul alocat pentru fotosinteză a fost redus la 0,5 s, a fost găsit doar un compus fosforilat cu trei atomi de carbon, acidul trifosfogliceric (PGA). Prin urmare, FHA este primul produs stabil format din CO 2 în timpul fotosintezei. S-a dovedit că prima substanță care se combină cu CO 2 (acceptorul de CO 2) este un compus fosforilat cu cinci atomi de carbon - ribuloză difosfat (RDP), care se descompune după adăugarea CO 2 în două molecule FHA. Enzima care catalizează această reacție, RDF - carboxilază, ocupă primul loc din punct de vedere cantitativ între proteinele conținute în țesutul proteic.

Acidul fosfogliceric este redus la nivelul de aldehidă datorită potențialului de reducere al NADP - H 2 și energiei ATP.

Fosfogliceraldehida, care este un compus de zahăr fosforilat, conține doar trei atomi de carbon, în timp ce cele mai simple zaharuri conțin șase atomi de carbon. Pentru a forma hexoza (cel mai simplu zahăr), două molecule de fosfogliceraldehidă trebuie să se combine, iar produsul rezultat - hexoză difosfat - trebuie să sufere defosforilare.

Hexoza rezultată poate fi direcționată fie spre sinteza zaharozei și polizaharidelor, fie către construcția oricăror alți compuși organici ai celulei. Astfel, zahărul format în procesul de fotosinteză din CO 2 este principalul materie organică, care în celulele plantelor superioare servește atât ca sursă de energie, cât și ca sursă de proteine ​​​​de construcție necesare celulei.

factori care afectează fotosinteza

Dioxid de carbon. Viteza fotosintezei depinde de cantitatea de dioxid de carbon din aer. De obicei, aerul atmosferic conține 0,03% CO2. O creștere a conținutului său contribuie la creșterea randamentului, care este utilizat la cultivarea plantelor în sere, sere, sere. Hotărât că cele mai bune conditii pentru fotosinteză sunt create la un conținut de CO 2 de aproximativ 1,0%. O creștere a conținutului de CO 2 la 5,0% contribuie la creșterea intensității fotosintezei, dar în acest caz este necesară creșterea iluminării.

Cantitatea de CO 2 absorbită pe unitatea de timp pe unitatea de masă de clorofilă se numește număr de asimilare. Numărul de miligrame de CO 2 absorbite în 1 oră la 1 dm 2 de suprafață a frunzei se numește intensitatea fotosintezei. Rata fotosintezei în diferite feluri plantele nu este la fel, se schimbă și odată cu vârsta plantelor.

Ușoară. Plantele absorb 85 - 90% din energia luminoasă care cade asupra lor, dar doar 1 - 5% din energia luminoasă absorbită merge la fotosinteză. Restul energiei este folosită pentru a încălzi planta și a transpirației.

Toate plantele în relația lor cu intensitatea iluminării pot fi împărțite în două grupuri - iubitoare de lumină și iubitoare de umbră. Cei iubitori de lumină necesită mai multă iluminare, toleranți la umbră - mai puțin.

Apă. Asigurarea cu apă a plantelor este importantă. Saturația insuficientă a celulelor cu apă determină închiderea stomatelor și, în consecință, reduce furnizarea de dioxid de carbon către plante. Deshidratarea celulelor perturbă activitatea enzimelor.

Regimul de temperatură. Cel mai bun regim de temperatură pentru majoritatea plantelor, la care fotosinteza este cea mai intensă, 20 - 30 ° C. Pe măsură ce temperatura crește sau scade, fotosinteza încetinește. Clorofila în celulele plantelor se formează la o temperatură de 2 până la 40 °C.

Cu o combinație favorabilă a tuturor factorilor necesari pentru fotosinteză, plantele acumulează cel mai activ materia organică și eliberează oxigen. Produsele fotosintezei formate în exces - zaharuri - sunt transformate imediat într-un compus cu rezervă înaltă de polimeri - amidonul, care se depune sub formă de boabe de amidon în cloroplaste și leucoplaste. În același timp, o parte din zaharuri este îndepărtată din plastide și mutată în alte părți ale plantei. Amidonul poate fi descompus din nou în zaharuri, care, oxidate în timpul respirației, furnizează celulei energie.

Astfel, prin reglarea artificială a compoziției gazoase a atmosferei, oferind plantelor lumină, apă și căldură, este posibilă creșterea intensității fotosintezei și, în consecință, creșterea productivității plantelor. Tocmai asta vizează practicile agrotehnice la cultivarea culturilor: îmbogățirea solului cu substanțe organice, lucrarea solului, irigarea, mulcirea, reglarea densității culturilor etc.
citeste si

Dintre toți factorii care afectează simultan procesul de fotosinteză limitare va fi cel care se apropie mai mult de nivelul minim. S-a instalat Blackman în 1905. Factori diverși poate fi limitat, dar unul dintre ele este cel principal.

1. În lumină slabă, viteza fotosintezei este direct proporțională cu intensitatea luminii. Ușoară este factorul limitator în condiții de lumină scăzută. La intensitate ridicată a luminii, clorofila se decolorează și fotosinteza încetinește. În astfel de condiții în natură, plantele sunt de obicei protejate (cuticulă groasă, frunze pubescente, solzi).

1. Reacțiile întunecate ale fotosintezei necesită dioxid de carbon, care este inclusă în materia organică, este un factor limitativ în domeniu. Concentrația de CO 2 în atmosferă variază de la 0,03-0,04%, dar dacă o crești, poți crește rata de fotosinteză. Unele culturi de seră sunt acum cultivate cu un conținut crescut de CO 2 .
2. factor de temperatură. Reacțiile întunecate și unele luminoase ale fotosintezei sunt controlate de enzime, iar acțiunea lor depinde de temperatură. Temperatura optimă pentru plantele din zona temperată este de 25 °C. Cu fiecare creștere a temperaturii cu 10 °C (până la 35 °C), viteza de reacție se dublează, dar datorită influenței unui număr de alți factori, plantele cresc mai bine la 25 °C.
3. Apă- material sursă pentru fotosinteză. Lipsa apei afectează multe procese din celule. Dar chiar și ofilirea temporară duce la pierderi grave ale recoltei. Motive: atunci când se ofilesc, stomatele plantelor se închid, iar acest lucru interferează cu accesul liber al CO 2 pentru fotosinteză; cu lipsa apei in frunzele unor plante se acumuleaza acid abscisic. Este un hormon vegetal - un inhibitor de creștere. În condiții de laborator, este utilizat pentru a studia inhibarea procesului de creștere.
4. Concentrația de clorofilă. Cantitatea de clorofilă poate scădea odată cu bolile făinarea, rugina, boli virale, lipsa de minerale si varsta (cu imbatranire normala). Când frunzele devin galbene, fenomene clorotice sau cloroză. Motivul poate fi lipsa de minerale. Pentru sinteza clorofilei este nevoie de Fe, Mg, N și K.
5. Oxigen. O concentrație mare de oxigen în atmosferă (21%) inhibă fotosinteza. Oxigenul concurează cu dioxidul de carbon pentru locul activ al enzimei implicate în fixarea CO2, ceea ce reduce viteza fotosintezei.
6. Inhibitori specifici. Cel mai bun mod a ucide o plantă înseamnă a suprima fotosinteza. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au dezvoltat inhibitori - erbicide- dioxine. De exemplu: DHMM - diclorofenildimetiluree- inhiba reactiile luminoase ale fotosintezei. Folosit cu succes pentru a studia reacțiile luminoase ale fotosintezei.
7. Poluarea mediului. Gazele de origine industrială, ozonul și dioxidul de sulf, chiar și în concentrații mici, dăunează grav frunzelor unui număr de plante. Lichenii sunt foarte sensibili la dioxidul de sulf. Prin urmare, există o metodă indicaţii de lichen– determinarea poluării mediului cu licheni. Funinginea înfunda stomatele și reduce transparența epidermei frunzelor, ceea ce reduce rata fotosintezei.

6. Factori de viață a plantelor, căldură, lumină, aer, apă- Plantele de-a lungul vieții sunt în mod constant în interacțiune cu mediul extern. Cerințele plantelor pentru factorii de viață sunt determinate de ereditatea plantelor și sunt diferite nu numai pentru fiecare specie, ci și pentru fiecare varietate a unei anumite culturi. De aceea, cunoașterea profundă a acestor cerințe face posibilă stabilirea corectă a structurii suprafețelor însămânțate, a rotației culturilor, a amplasării rotațiile culturilor.
Pentru viața normală, plantele au nevoie de lumină, căldură, apă, nutrienți, inclusiv dioxid de carbon și aer.
Principala sursă de lumină pentru plante este radiația solară. Deși această sursă este dincolo de influența umană, gradul de utilizare a energiei luminoase a soarelui pentru fotosinteză depinde de nivelul tehnologiei agricole: metode de semănat (rânduri direcționate de la nord la sud sau de la est la vest), rate diferențiate de însămânțare, prelucrare a solului etc. .
Rărirea în timp util a plantelor și distrugerea buruienilor îmbunătățesc iluminarea plantelor.
Căldura în viața plantelor, alături de lumină, reprezintă principalul factor al vieții plantelor și o condiție necesară pentru procesele biologice, chimice și fizice din sol. Fiecare plantă în diferite faze și stadii de dezvoltare are cerințe certe, dar inegale de căldură, al cărei studiu este una dintre sarcinile fiziologiei plantelor și ale agriculturii științifice. căldura din viața plantelor afectează rata de dezvoltare în fiecare etapă de creștere. Sarcina agriculturii include și studiul regim termic solul şi metodele de reglare a acestuia.
Apa în viața plantelor iar nutrienții, cu excepția dioxidului de carbon provenind atât din sol, cât și din atmosferă, sunt factorii solului ai vieții plantelor. Prin urmare, apa și nutrienții sunt numite elemente ale fertilității solului.
Aerul în viața plantelor(atmosferică și a solului) este necesară ca sursă de oxigen pentru respirația plantelor și a microorganismelor din sol, precum și o sursă de carbon pe care planta îl absoarbe în timpul fotosintezei. În plus, aerul din viața plantelor este necesar pentru procesele microbiologice din sol, în urma cărora materia organică a solului este descompusă de microorganisme aerobe cu formarea de compuși minerali solubili de azot, fosfor, potasiu și alte plante. nutrienți.

7 . Indicatori ai productivității fotosintetice a culturilor

O cultură este creată în procesul de fotosinteză, când materia organică se formează în plantele verzi din dioxid de carbon, apă și minerale. Energia razei solare este transformată în energia biomasei vegetale. Eficiența acestui proces și în cele din urmă randamentul depind de funcționarea culturii ca sistem fotosintetic. În condiții de câmp, semănatul (cenoza) ca un set de plante pe unitatea de suprafață este un sistem fotosintetic autoreglabil, dinamic, complex. Acest sistem include multe componente care pot fi considerate subsisteme; este dinamic, deoarece își schimbă constant parametrii în timp; autoreglabil, întrucât, în ciuda diferitelor influențe, semănatul își modifică într-un anumit fel parametrii, menținând homeostazia.

Indicatori ai activității fotosintetice a culturilor. Semănat este sistem optic, în care frunzele absorb PAR. În perioada inițială de dezvoltare a plantei, suprafața de asimilare este mică și o parte semnificativă din PAR trece pe lângă frunze și nu este captată de acestea. Odată cu creșterea suprafeței frunzelor, crește și absorbția energiei solare. Când indicele suprafeței frunzelor* este 4...5, adică aria frunzelor din cultură este de 40...50 mii m 2 /ha, absorbția PAR de către frunzele culturii atinge o valoare maximă - 75...80% din vizibil, 40% din radiația totală. Odată cu o creștere suplimentară a suprafeței frunzelor, absorbția PAR nu crește. La culturile în care cursul de formare al suprafeței frunzelor este optim, absorbția PAR poate fi în medie de 50...60% din radiația incidentă în perioada de vegetație. PAR absorbit de stratul vegetal este baza energetică pentru fotosinteză. Cu toate acestea, doar o parte din această energie este acumulată în cultură. Factorul de utilizare a PAR este de obicei determinat în raport cu incidentul PAR pe acoperirea vegetativă. Dacă în cultura de biomasă în banda de mijloc Rusia a acumulat 2...3% din semănat PAR, apoi greutatea uscată a tuturor organelor plantei va fi de 10...15 t/ha, iar randamentul posibil va fi de 4...6 t de boabe la 1 ha. În culturile rare, factorul de utilizare PAR este de numai 0,5...1,0%.

Considerând o cultură ca un sistem fotosintetic, randamentul de biomasă uscată generat în timpul unui sezon de vegetație, sau creșterea acesteia într-o anumită perioadă, depinde de suprafața medie a frunzelor, de durata perioadei și de productivitatea netă a fotosintezei pentru acea perioadă.

Y \u003d FP NPF,

unde Y este randamentul de biomasă uscată, t/ha;

FP - potenţial fotosintetic, mii m 2 - zile / ha;

NPP - productivitatea netă a fotosintezei, g/(m2 - zile).

Potențialul fotosintetic este calculat prin formula

unde Sc este suprafața medie a frunzei pentru perioada, mii m 2 /ha;

T este durata perioadei, zile.

Indicatorii principali pentru cenoză, precum și randamentul, sunt determinați pe unitate de suprafață - 1 m 2 sau 1 ha. Deci, suprafața frunzei se măsoară în mii m 2 / ha. În plus, folosesc un astfel de indicator precum indicele suprafeței frunzelor. Partea principală a suprafeței de asimilare este formată din frunze, în ele are loc fotosinteza. Fotosinteza poate apărea și în alte părți verzi ale plantelor - tulpini, tălpi, fructe verzi etc., dar contribuția acestor organe la fotosinteza totală este de obicei mică. Se obișnuiește să se compare culturile între ele, precum și diferitele stări ale unei culturi în dinamică în ceea ce privește suprafața frunzelor, identificându-l cu conceptul de „suprafață de asimilare”. Dinamica zonei frunzelor din cultură urmează o anumită regularitate. După germinare, suprafața frunzelor crește încet, apoi crește rata de creștere. În momentul în care încetează formarea lăstarilor laterali și creșterea plantelor în înălțime, suprafața frunzelor atinge valoarea maximă în timpul sezonului de vegetație, apoi începe să scadă treptat din cauza îngălbenirii și morții frunzelor inferioare. Până la sfârșitul sezonului de creștere în culturile multor culturi (cereale, leguminoase), frunzele verzi de pe plante sunt absente. Suprafața frunzelor diferitelor plante agricole poate varia foarte mult în timpul sezonului de creștere, în funcție de condițiile de alimentare cu apă, nutriție și practicile agricole. Suprafața maximă a frunzelor în condiții aride atinge doar 5...10 mii m 2 /ha, iar cu umiditate excesivă și nutriție cu azot poate depăși 70 mii m 2 /ha. Se crede că, cu un indice al suprafeței frunzelor de 4...5, semănatul ca sistem optic de fotosinteză funcționează în modul optim, absorbind cea mai mare cantitate de PAR. Cu o suprafață mai mică de frunze, o parte din PAR nu este capturată de frunze. Dacă suprafața frunzelor este mai mare de 50000 m2/ha, atunci frunzele superioare le umbră pe cele inferioare, iar ponderea lor în fotosinteză scade brusc. Mai mult decât atât, frunzele superioare le „hrănesc” pe cele inferioare, ceea ce este nefavorabil pentru formarea fructelor, semințelor, tuberculilor etc. Dinamica suprafeței frunzelor arată că, în diferite etape ale sezonului de vegetație, semănatul ca sistem fotosintetic funcționează diferit. (Fig. 3). În primele 20...30 de zile de vegetație, când suprafața medie a frunzelor este de 3...7 mii m 2 /ha, cea mai mare parte a PAR nu este captată de frunze și, prin urmare, factorul de utilizare a PAR nu poate fi mare. În plus, aria frunzelor începe să crească rapid, atingând un maxim. De regulă, acest lucru se întâmplă la ierburile albastre în faza de stare lăptoasă a boabelor, la leguminoasele cerealelor în faza de umplere completă a semințelor în stratul mijlociu și la ierburile perene în faza de înflorire. Apoi, suprafața frunzelor începe să scadă rapid. În acest moment, redistribuirea și ieșirea de substanțe din organe vegetativeîn cele generative. Durata acestor perioade și raportul lor este influențată de diverși factori, inclusiv de cei agrotehnici. Cu ajutorul lor, este posibil să se regleze procesul de creștere a suprafeței frunzelor și a duratei perioadelor. În condiții aride, densitatea plantelor și, prin urmare, suprafața frunzelor, este redusă în mod deliberat, deoarece cu o suprafață mare de frunze, transpirația crește, plantele suferă mai mult de lipsa de umiditate, iar recoltele scad.