Общие реакции фотосинтеза. Показатели фотосинтеза
Фотосинтез — окислительно-восстановительный процесс, в результате которого происходит восстановление углекислоты. При этом углекислота является акцептором электронов и протонов, а вода — их донором.
Фотосинтез осуществляется путем последовательного чередования двух фаз:
1. Световая, протекает на свету. Заключается в превращении энергии.
12 Н2О → 12 [Н2] + 6 О2 + Е
Осуществляется с большой скоростью (l0-5с) и не зависит от температуры.
2. Темновая, названная так потому, что для происходящих в этой фазе реакций световая энергия не требуется. Заключается в превращении веществ.
6 СО2 + 12 [Н2] + Е → С6Н12О6 + 6 Н2О
В опытах с чередованием света и темноты американским ученым Эмерсоном в 1932 г. было установлено, что эта фаза протекает значительно медленнее первой (4 ·10-1 - 4· 10-2 с) и сильно зависит от температуры.
Т.о., суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:
6 СО2 + 12 Н2О → С6Н12О6 + 6 Н2О + 6 О2
Обе стадии протекают одновременно. В световой фазе молекулы пигментов поглощают фотоны, передают поглощенную энергию молекулам хлорофилла а, происходит трансформация энергии света в химическую энергию АТФ и восстановленного НАДФН2, выделяется кислород в результате фоторазложения воды. Все эти процессы происходят на мембранах тилакоидов гран хлоропластов. В темновой фазе фотосинтеза в строме хлоропластов при помощи АТФ и НАДФН2 световой стадии восстанавливается поглощенный СО2 с образованием углеводов и других органических соединений. АДФ и НАДФ снова поступают в световую стадию для восстановления.
|
|
|
Показатели фотосинтеза
Количественными характеристиками фотосинтеза являются следующие показатели.
Интенсивность: отношение массы выделенного О2, или погощенного СО2, или образовавшегося сухого вещества к площади листовой поверхности за единицу времени.
Фотосинтетический коэффициент: отношение объемов (химического количества) выделенного О2 к поглощенному СО2
Ассимиляционное число: масса СО2 в мг, усвоенная единицей содержания хлорофилла за единицу времени.
Квантовое число: количество квантов света, поглощаемого одной молекулой пигмента за единицу времени (для хлорофилла к.ч. =10 кв/моль с).
Квантовый выход: количество выделенного О2, или погощенного СО2 на один квант поглощенной энергии.
Биологический урожай, или чистой продукцией растений, называется количество органического вещества, накопленное на единицу площади растительного сообщества за определенный промежуток времени.
Значение и масштабы фотосинтеза
Уникальность и общебиологическое значение фотосинтеза определяются тем, что ему обязано своим существованием все живое на нашей планете. Этот процесс является основным источником образования первичного органического вещества, которое впоследствии перераспределяется между всеми гетеротрофными организмами, а также единственным источником кислорода. Можно сказать, что практически вся живая материя на Земле является результатом фотосинтетической деятельности.
|
|
|
Выделяют пять основных аспектов планетарной роли фотосинтезирующих организмов.
1. Накопление органической массы. В процессе фотосинтеза наземные растения образуют до 170 млрд. тонн, а растения мирового океана – до 70 млрд. тонн биомассы в год в пересчете на сухое вещество, используемой гетеротрофными организмами. Образующееся органическое вещество является основой биогенного круговорота веществ.
2. Обеспечение постоянства содержания СО2 в воздухе. Связывание СО2 в ходе фотосинтеза в значительной мере компенсирует его выделение в результате других процессов (дыхание, брожение, деятельность вулканов, производственная деятельность человечества) и поддерживает на уровне 0,03%. Однако за последние десятилетия из-за все более возрастающего сжигания человеком горючих ископаемых, а также из-за вырубки лесов и разложения гумуса содержание СО2 в атмосфере начало увеличиваться.
|
|
|
3. Препятствие развитию парникового эффекта. Часть солнечного света отражается от поверхности Земли в виде тепловых инфракрасных лучей. СО2 поглощает инфракрасное излучение и тем самым сохраняет тепло на Земле. Повышение содержания СО2 в атмосфере может способствовать увеличению температуры, то есть создавать парниковый эффект. Это может привести к поднятию уровня мирового океана в результате таяния ледников в горах и на полюсах. Однако, увеличение содержания СО2 в воздухе активирует фотосинтез и, следовательно, концентрация СО2 в воздухе может снижаться.
4. Накопление кислорода в атмосфере. Первоначально в атмосфере Земли кислорода было очень мало. Сейчас его содержание составляет 21 % по объему воздуха и этот кислород является продуктом фотосинтеза. Ежегодно растения и другие фотосинтезирующие организмы поставляют в атмосферу примерно 120 млрд. тонн кислорода.
5. Озоновый экран. Озон (О3) образуется в результате фотодиссоциации молекул кислорода под действием солнечной радиации на высоте около 25 км. Озон задерживает большую часть ультрафиолетовых лучей (240 — 290 нм), губительно действующих на все живое.
Т.о., значение фотосинтеза трудно переоценить, он является поистине планетарным, космическим процессом.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1360; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!