Шпаргалка по "Биологии"

Ендогенні механізми регуляції  фотосинтезу

Ендогенні і екзогенні фактори – комплекс взаємозв'язаних і взаємозалежних факторів, що регулюють інтенсивність і продуктивність фотосинтезу.

Ендогенна регуляція фотосинтезу відбувається на всіх рівнях процесу:

• на стадії поглинання енергії,
• транспорту електронів,
• побудові багатих енергією сполук -АТФ, НАДФН , 
• на рівні вуглецевих циклів.

Серед ендогенних регуляторних систем виділяють

• генетичну,
• гормональну,
• метаболічну,

онтогенетичну.

У зеленій  рослинній клітині функціонують генетичні системи, локалізовані в ядрі, хлоропластах і мітохондріях.

Пластидна ДНК контролює синтез великої  субодиниці рибульозобіфосфаткарбоксилази, а ядро кодує синтез малої субодиниці цього ферменту.

Дистанційна дія гормонів та інгібіторів на фотосинтез може бути опосередкована їх впливом на процеси росту і розвитку, на активність донорно-акцепторної системи, тобто на транспорт метаболітів. Гормони й інгібітори частково продукуються в хлоропластах, частина надходить у хлоропласти ззовні

Фактором  регуляції метаболізму є світло. На світлі рН збільшується майже до 8 і надходженням іонів магнію позитивно  впливають на активність ферментів  циклу Кальвіна, збільшують швидкість  фіксації СО₂ і виділення О₂. Ці умови позитивно впливають на швидкість електронного потоку в ЕТЛ, формування трансмембранного градієнту іонів Н⁺ і активність фотофосфорилювання.

Світло діє  також на багато ферментів С₄-шляху, на світлі їх активність зростає в 10-15 разів.

Активність  багатьох ферментів залежить від  енергетичного стану системи, що визначається співвідношенням АТФ/АДФ. Ведуче значення має координована система донорно-акцепторних зв'язків. Основними донорними органами є листя, у них безупинно надходять "запити" від атрагуючих зон: апікальних меристем, квіток суцвіть, плодів, бульб.  В онтогенезі найбільш значною регуляторною функцією цілої рослини є безупинне коректування донорно-акцепторних відносин.

ТРАНСПОРТ     АСИМІЛЯТІВ

У рослинному організмі розрізняють два види транспорту: ближній і далекий.

Ближній – пересування води, іонів, метаболітів між клітинами і тканинами.

Далекий - це пересування речовин між органами в цілій рослині.

Завдяки ближньому і далекому транспорту забезпечується взаємозв'язок клітин, тканин, органів і  цілісність всього організму.

Транспорт води і мінеральних речовин (частково й органічних) від коренів до органів пагона здійснюється по спеціалізованому комплексу тканин - ксилемі. Це так звана висхідна течія.

Флоема  - це комплекс тканин, по яких рухаються асиміляти від листків у зони використання чи до місць, де вони відкладаються в запас. Рух по флоемі - це нисхідна течія, хоч вона може бути спрямована і догори.

ЕКОЛОГІЯ  ФОТОСИНТЕЗУ

У природних  умовах процес фотосинтезу залежить від безлічі мінливих факторів зовнішнього  середовища:

• Сонячна радіація (інтенсивність і якісний склад),
• концентрація СО₂, О₂ у повітрі і листі,
• температура,
• водний режим тканин листка,
• забезпеченість елементами мінерального живлення та інші фактори

визначають  швидкість фотосинтезу, ріст і розвиток рослини, а також кінцевий результат - формування урожаю.

інтенсивність та якість світла

Світло, промениста енергія - найважливіший з  факторів, що визначає інтенсивність фотосинтезу. У процесі фотосинтезу  використовується частина  сонячного випромінювання - промені з довжиною хвилі від 380 до 750 нм, так звана фотосинтетично -активна радіація (ФАР). Умови освітлення рослин включають як інтенсивність, так і спектральний склад сонячного світла.

Занадто висока інтенсивність  світла гнітить біосинтез  пігментів, ростові процеси. У С₃-рослин насичення світлом відбувається при нижчій його інтенсивності, ніж у С₄-рослин. У С₄-рослин висока швидкість фотосинтезу спостерігається в основному при високому рівні освітленості.

  Стосовно оптимуму освітленості рослини поділяють на

Світлолюбні у яких світлове насичення настає при освітленості 100 - 300 • 10³ ерг/см²/с,

тіньовитривалі  - при освітленості набагато нижчій.

Інтенсивність світла, при якій в міру зростання  фотосинтезу компенсується  темнове дихання, називають точкою світлової компенсації, розміщення якої має особливо важливе значення для продуктивності фотосинтезу.

ВПЛИВ ВМІСТУ СО₂ В ПОВІТРІ

Одним із обмежуючих факторів фотосинтезу є концентрація СО₂ в повітрі, забезпечення рослин якою в природі залежить від впливу багатьох факторів:

• структури листка,
• щільності рослинного покриву,
• швидкості вітру тощо.

На використання СО₂ впливає опір певних ділянок фотосинтетичного апарата на шляху дифузії із повітря до ділянок фіксації СО₂ (рис.2).

Рослини С₄-типу фотосинтезу (кукурудза, просо, сорго) володіють більш високою здатністю до засвоєння СО₂ завдяки високій активності ферменту ФЕП-карбоксилази. Процес фотосинтезу може здійснюватися при вмісті СО₂ для рослин

С₃-групи не менше 0,005%, тоді як для рослин

С₄-групи — 0, 0005%.

Характерно, що навіть десятикратне збільшення концентрації СО₂ в атмосфері спричинює наростання швидкості фотосинтезу. Насичення відбувається при концентрації 0,2-0,3% (рис. 1). При збільшенні вмісту вуглекислого газу до 15-20% процес фотосинтезу виходить на плато, а потім наступає депресія фотосинтезу. Високі концентрації С0₂ особливо несприятливі при високій освітленості.

Підвищена концентрація СО₂ зумовлює синтез вуглеводів, аланіну, тоді як знижена — спричинює переважно утворення серину, гліцину та гліцеринової кислоти. Слід враховувати, що в денні години вміст СО₂ в повітрі навколо рослин зменшується. Це відбувається не дивлячись на те, що запаси СО₂ поповнюються за рахунок переміщення шарів атмосферного повітря та виділення СО₂ рослинами під час дихання.

Фотосинтез  і концентрація кисню  в атмосфері

Фотосинтез  відбувається в аеробних умовах, при  концентрації кисню в атмосфері  близько 21 %. Зниження концентрації до 3 % не відбивається на інтенсивності фотосинтезу, а в ряді випадків у рослин з активним фотодиханням (боби та ін.) виявляється сприятливим.

Дуже  низька концентрація О₂ в середовищі пригнічує фотосинтез

!!!Його присутність необхідна для регулювання роботи електронотранспортного ланцюга.

Високі  концентрації О₂ (25-30 %) помітно знижують фотосинтез.

!!!Інгібуючий  вплив високих концентрацій кисню  на ключовий фермент фотосинтезу  - РуБФ-карбоксилазу-оксигеназу. При  зменшенні концентрації СО₂ і підвищеному парціальному тиску О₂ пригнічується карбоксилазна функція й активується оксигеназна функція РуБФ-карбоксилази, стимулюється фотодихання.

Фотосинтез  і температура  повітря

Залежність  фотосинтузу від  тем-ри виявляється  перш за все у темнових ферментативних реакціях, зв’язаних з відновленням СО₂, та в процесах фотосинтетичного фосфорилювання, а також електроннного транспорту.

Мінімум –  це температура, при якій фотосинтез починається - -15 до 0ºС.

Оптимум –  це температура, при якій фотосинтез з найстійкіший і має найвищу  швидкість – 20 - 45ºС.

Максимум  – це та тем-ра, після досягнення якої фотосинтез припиняється – 35 - 50ºС.

Фотосинтез  і водний режим

Кількість води - матеріального субстрату фотосинтезу  - складає незначну частку від загальної  її витрати рослинним організмом.

Вплив водного  режиму на фотосинтез обумовлений його впливом на весь комплекс життєдіяльності рослини.

Рослини С₃- і С₄- груп розрізняються за ефективністю використання транспірованої води на утворення сухої речовини.

С₄-рослини ощадливіше витрачають воду: на утворення 1 кг сухої речовини вони витрачають 250-350 л води, а С₃-рослини - 600-800 л.

Якщо нестача  води приводить до в'янення листя, а  потім рослина знову одержує  воду, то нормальний фотосинтез відновлюється  не раніше ніж через 2-7 днів. Щоб цього  уникнути, у місцевостях, що піддаються посухам, застосовують зрошення, дощування рослин.

Вплив мінерального живлення.

Елементи  мінерального живлення можуть впливати прямо чи опосередковано через конструктивний обмін і ріст.

Пряма дія на фотосинтез - мінеральні речовини входять до складу пігментів, ферментів і безпосередньо беруть участь у фотосинтезі як активатори. Наприклад,

N і Mg входять до складу хлорофілу,

Fe, Co,Сu - у ферментах,

Р – у  нуклеотидах,

Mn активує фотоліз води,

K бере участь до переносу енергії через мембрани тилакоїдів

Нестача мінеральних  речовин чи порушення співвідношення між елементами, що поглинаються, може вплинути на вміст хлорофілу, на ультраструктуру хлоропласта.

ФОТОСИНТЕЗ  ТА БІОПРОДУКТИВНІСТЬ

Завдяки фотосинтезу  відбувається перетворення світлової  енергії в хімічну, яка запасається  в біомасі.

Біомаса рослин — це суха маса в даний момент часу живих надземних та підземних частин рослин, що припадає на одиницю площі поверхні грунту.

Продукція - біомаса або маса органічної речовини, що асимільована певним рослинним угрупованням або окремим видом на одиницю площі за одиницю часу.

Первинну  продукцію, в свою чергу, поділяють на істинну первинну продукцію та чисту первинну продукцію.

Істинна первинна продукція  — це загальна кількість асимільованої органічної речовини, включаючи втрати на дихання, а чиста — та частина органічної речовини, яка доступна для використання людиною чи залишається у вигляді нагромадженої хімічної енергії.

Щоб забезпечити  високу продуктивність, фітоценози повинні мати оптимальні показники оптичної та дифузійної густини, пропускної здатності, певні розміри та кількість робочих одиниць фотосинтезуючих систем різних рівнів організації — від сумарної поверхні фотосинтезуючих організмів до хлоропластів,   РЦ та фотосистем.

Біологічний врожай — це сума всіх добових приростів за вегетаційний період:

                  У_біол =∑ (С1, 2, 3, 4 , n),

      де  У_біол. — урожай біологічний, С — добові прирости сухої маси (в кг/ га) за добу, a n — число діб.

  Загальне накопичення  сухої маси рослин залежить від інтенсивності фотосинтезу коефіцієнта ефективності,   розміру листкової поверхні та суми днів вегетаційного періоду

Господарський урожай становить лише певну частину біологічного, до того ж у різних культур коефіцієнт господарського використання досить різний. Тому господарсько-цінний урожай визначають з урахуванням коефіцієнта господарського використання (Кгосп.), тобто: