Что влияет на скорость фотосинтеза

Что влияет на скорость фотосинтеза

Скорость фотосинтеза зависит от факторов, среди которых выделяют свет, концентрацию углекислого газа, воду, температуру. Почему эти факторы являются лимитирующими для реакций фотосинтеза?

1) Свет — источник энергии для световых реакций фотосинтеза; при его недостатке интенсивность фотосинтеза снижается;

2) СО₂ — основной компонент реакций синтеза глюкозы (углеводов); при его недостатке интенсивность фотосинтеза снижается. Вода является донором электронов для ЭТЦ тилакоидов в световой фазе фотосинтеза. При недостатке воды закрываются устьица, поэтому снижается поступление углекислого газа, поэтому снижается интенсивность фотосинтеза.

3) все реакции фотосинтеза осуществляются при участии ферментов, активность которых зависит от температуры.

Лимитрующие факторы — факторы, которые при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов.

Скорость фотосинтеза возрастает линейно, или прямо пропорционально, увеличению интенсивности света. В области лимитирования светом скорость фотосинтеза не изменяется при уменьшении концентрации СО₂.

Вода доставляет минеральные вещества от корня; обеспечивает испарение и растворение веществ; понижение или повышение температуры ведет к денатурации ферментов, замедляет процесс фотосинтеза.

Вода не является компонентом реакций синтеза глюкозы. Таким компонентом является только углекислый газ. Цикл Кальвина, в котором происходит синтез сахарофосфатов (из которых потом и образуется глюкоза, дисахара, полисахариды, ЖК, амк), фиксирует только CO2 и восстанавливает его с помощью НАДФН. Вода же используется только как донор электронов для ЭТЦ тилакоидов в световой фазе фотосинтеза. Но, так как вода самое распространенное вещество в любой клетке, считать ее лимитирующим фактором нельзя. Воды всегда хватает для фотосинтеза, даже в условиях засухи, так как в этом случае растение закрывает устьица на весь дневной период для экономии влаги, что приводит к быстрому расходованию углекислого газа. Поэтому в даже в условиях засухи лимитировать фотосинтез будет не вода, а СО2.

Рекомендую убрать воду из списка лимитирующих факторов в тексте задания и пояснении к нему.

При недостатке воды растение будет закрывать устьица, сбрасывать листья, увядать. Эти процессы препятствуют фотосинтезу.

В Вашем мнении смешано три факта, которые не доказывают, что вода это лимитирующий фактор.

Вы отвечаете: «При недостатке воды растение будет закрывать устьица» — да, такая реакция у растения возможна, но закрытые устьица в условиях светового дня гораздо быстрее приводят к расходованию углекислого газа в процессе фотосинтеза, а не воды, так как СО2 в несколько порядков меньше, чем воды в растении. Здесь лимитирует скорость фотосинтеза снова CO2, но не вода.

Вы пишите: «При недостатке воды растение будет. сбрасывать листья, увядать. Эти процессы препятствуют фотосинтезу.» Именно «препятствуют». А точнее сказать, листовой опад в принципе отменяет фотосинтез в растении. Поэтому считать воду (из-за снижения давления которой произошел листовой опад) фактором, снижающим скорость фотосинтеза, это все равно, что считать деньги лимитирующим фактором в реакции получения водорода, потому что из-за их отсутствия мы не смогли приобрести аппарат Киппа, в котором должна идти реакция получения водорода.

На ЕГЭ по биологии в 2013 году задание было предложено именно в такой формулировке, менять ее мы не будем. Если вы сможете убедить нас в том, что составители ЕГЭ ошиблись, задавая такой вопрос, так и напишем. Пока находим ваше мнение слишком категоричным. Опрошенные нами специалисты с вами не согласны.

Полагаем, что лимитирующий фактор не обязательно должен влиять на фотосинтез прямо. Это влияние может быть и опосредованным. На фотосинтез, в первую очередь, влияют концентрация углекислого газа и освещенность, но влияют также температура окружающей среды, обеспеченность растения водой и минеральными элементами. При недостатке воды закрываются устьица, поэтому снижается поступление углекислого газа, из-за чего снижается интенсивность фотосинтеза. Но первопричина — недостаток воды. Если вы не разделяете эту позицию, приведите, пожалуйста, ссылки на авторитетные источники, подтверждающие вашу точку зрения.

Спасибо за внесенные исправления в п.2 пояснений. Прежде всего, я ратовал именно за исключение воды как «основного компонента реакций синтеза глюкозы». Считать или не считать воду фактором, лимитирующим скорость фотосинтеза, оставим на личное усмотрение каждого. Прямо недостаток воды не влияет на скорость фотосинтеза, лишь опосредованно.

Источник

Как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза

Чтобы ответить на вопрос, как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза, необходимо знать, что к числу внешних факторов, относятся: свет, температура, концентрация углекислого газа в воздухе и водоснабжение растения. Влияние внешних факторов на процесс фотосинтеза в растениях.

Интенсивность света оказывает большое влияние на процесс фотосинтеза. С повышением интенсивности света ускоряется и фотосинтез, но прямой пропорциональной зависимости между интенсивностью света и фотосинтезом не наблюдается. Зависимость фотосинтеза от количества света будет у разных растений неодинакова. Зависимость фотосинтеза от интенсивности света у светолюбивых и теневыносливых растений. По отношению к интенсивности света растения разделяют на 2 группы: светолюбивые и теневыносливые.

Первые хорошо растут на открытых местах, при ярком свете, вторые — в тени. Эти растения отличаются и по интенсивности фотосинтеза: у светолюбивых растений фотосинтез возрастает при увеличении освещения, у теневыносливых остается на одном уровне.

У теневыносливых растений максимальный фотосинтез протекает при меньшей освещенности по сравнению со светолюбивыми. Светолюбивые и теневыносливые растения различаются как по анатомическому строению, так и по физиологическим признакам.

Листья светолюбивых растений имеют более толстую листовую пластинку, хорошо развитый мезофилл, несколько слоев столбчатой паренхимы, более толстый слой кутикулы, больше устьиц и большее количество проводящих пучков, подробнее: (Процесс фотосинтеза в листьях растений). Клетки у них мелкие, хлоропласты тоже. Кроме того, они содержат меньше хлорофилла, чем теневыносливые растения.

У теневыносливых растений листовая пластинка тонкая, один слой столбчатой паренхимы, сеть жилок слабо развита, устьиц немного. Клетки этих растений крупные, хлоропласты тоже. Данные по количеству хлорофилла у светолюбивых и теневыносливых растений приведены в таблице.

Содержание хлорофилла (в г /кг сырого веса) в зависимости от условий освещения

Из данных таблицы видно, что у ели — теневыносливого растения— на свету содержание хлорофилла в 2 раза выше, чем у светолюбивой лиственницы. При недостатке света разница в содержании хлорофилла у ели и лиственницы возрастает в 21 раз.

Все особенности в строении листьев у светолюбивых растении имеют приспособительный характер. Так, большое количество устьиц, хорошая проводящая система и повышенная транспирация не позволяют листьям перегреваться на ярком свету и способствуют быстрой подаче к ним воды.

Особенности строения листьев у теневыносливых растений вполне обеспечивают их нормальный рост при относительно слабом освещении. Большое количество хлорофилла дает возможность теневыносливым растениям осуществлять процесс фотосинтеза при малой интенсивности света.

Если же теневыносливые растения перенести на яркий свет, то они быстро погибают, так как высокое содержание хлорофилла приводит к большому поглощению света, в результате чего резко возрастает транспирация, однако из-за слабо развитой проводящей системы вода в листья поступает медленно.

Светолюбивые и теневыносливые растения отличаются и по положению компенсационной точки, т. е. той интенсивности света, при которой образование органического вещества при фотосинтезе равно его трате на дыхание.

Теневыносливые растения характеризуются низкой интенсивностью дыхания и повышенной интенсивностью фотосинтеза при слабой освещенности, поэтому точка компенсации у них расположена ниже.

Накопление органического вещества у этих растений идет при низкой интенсивности света, при которой у светолюбивых растений вследствие интенсивного дыхания еще не наступила точка компенсации.

Светолюбие и тенелюбие растений изменяется в зависимости от места произрастания растений. Изменение светолюбия растений в связи с географической широтой зависит не только от света, но и от температуры и водоснабжения.

Листья растения хорошо приспосабливаются к условиям освещения. Так, в кроне дерева всегда есть листья светового типа, расположенные на периферии, и листья теневого типа, находящиеся на ее затененной стороне.

Растения можно выращивать при искусственном освещении, используя электрический свет. Однако в этом случае они приобретают признаки этиоляции: электрический свет имеет недостаточное количество сине-фиолетовых лучей, влияющих на формообразовательные процессы. Искусственное освещение. В последнее время предложены различные лампы, которые дают свет, содержащий необходимое количество синих и фиолетовых лучей. Для нормального роста светолюбивых растений достаточно освещенности в 10— 15 тыс. люксов, которой можно достигнуть и при искусственном освещении.

Температура

Температура оказывает большое влияние на процесс фотосинтеза. При повышении температуры на 10° интенсивность фотосинтеза примерно удваивается. Усиление фотосинтеза, однако, происходит только до температуры 30—35°, дальнейшее повышение ее приводит к уменьшению фотосинтеза, и при 40—45° он прекращается. Зависимость фотосинтеза от температуры.

У многих растений наиболее интенсивный фотосинтез наблюдается при 20—25° (рис. 31).

По представлению Ф. Блэкмана, форма кривой изменения интенсивности фотосинтеза с повышением температуры обусловлена тем, что наряду с прогрессивным ускорением химических реакций при повышении температуры возникают процессы, угнетающие фотосинтез (инактивация хлоропластов). К числу внешних факторов, влияющих на интенсивность фотосинтеза, относится и содержание углекислого газа в атмосфере.

В среднем в атмосфере содержится 0,03% углекислого газа по объему, и содержание его в атмосфере почти не изменяется: дефицит быстро выравнивается поступлением СО₂ из почвы в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

При увеличении количества углекислого газа в атмосфере фотосинтез возрастает, но прямой пропорциональности между содержанием углекислого газа и фотосинтезом не наблюдается. Фотосинтез устойчиво увеличивается при повышении содержания углекислого газа до 0,06%, а при значительной интенсивности света и при 1,5—2,0%.

В производственных условиях в теплицах и оранжереях в утренние часы, когда фотосинтез идет интенсивно, содержание углекислого газа быстро падает ниже нормы (0,03%) и растения голодают. Поэтому в условиях закрытого грунта уже вошло в практику повышать содержание углекислоты до 1—2%.

Однако повышение концентрации углекислого газа неэффективно при слабой интенсивности света, так как углекислый газ не успевает перерабатываться в листьях в органические соединения и действует токсически. При повышении интенсивности света с одновременным увеличением количества углекислого газа возрастает и интенсивность фотосинтеза.

Содержание воды в растении

Громадное значение для протекания и интенсивности фотосинтеза имеет содержание воды в растении и условия его водоснабжения, поскольку из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества и коллоиды цитоплазмы должны быть насыщены водой.

При недостатке воды закрываются устьица, в результате замедляется процесс проникновения углекислого газа в лист, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению фотосинтеза. Значение воды для фотосинтеза. При недостаточном водоснабжении подсыхают оболочки клеток мезофилла, граничащие с межклеточниками, что задерживает передвижение углекислого газа к хлоропластам.

Вода необходима также и для нормальной работы ферментов, участвующих в процессе фотосинтеза, а в дальнейшем для переработки его продуктов. Временное подвядание растений неблагоприятно влияет на интенсивность фотосинтеза; при этом оно сказывается тем дольше и сильнее, чем длительнее было обезвоживание.

При недостатке воды задерживается отток образовавшихся продуктов из листа в стебель и корень растения, что тоже тормозит процесс фотосинтеза, от температуры. Избыточное увлажнение, в результате которого могут закрываться устьица, также отрицательно сказывается на интенсивности фотосинтеза: углекислый газ не может проникнуть внутрь листа.

Агротехнические приемы

Для усиления процесса фотосинтеза, а следовательно, получения высоких урожаев разработаны агротехнические приемы. Большое значение имеют густота стояния растений и направление рядков. При сильно загущенных посевах снижается освещенность отдельных растений, что может привести к уменьшению фотосинтеза.

Для светолюбивых растений необходимо применять широкорядные посевы, обеспечивающие хорошую освещенность растений. В этом случае усиление процесса фотосинтеза связано не только с лучшей освещенностью растений, но и с большей площадью их питания. Ряды посевов.

В целях лучшего использования света растениями важное значение имеет и направление рядков. В условиях северо-западной зоны лучше располагать рядки с севера на юг, а на юге — с запада на восток.

Для получения высоких урожаев растения нужно обеспечить и углекислым газом. Внесением в почву навоза, торфа и других органических веществ обогащают надземный слой воздуха углекислым газом, который выделяется из почвы при разложении микроорганизмами органических веществ.

Почвы, богатые перегноем, ежедневно выделяют до 100—250 кг СО₂ на 1 га. Кроме того, внесение органических удобрений улучшает структуру почвы. В районах с развитой промышленностью углекислый газ, являющийся отходом производства, может быть также использован для обогащения воздуха над посевами.

В этом случае его подают на близлежащие поля по трубам. Дополнительное питание растений углекислым газом особенно необходимо при выращивании растений в условиях закрытого грунта — в теплицах и оранжереях, где часто в полуденные часы СО₂ почти отсутствует. При выращивание в теплицах и оранжереях необходимо дополнительное питание растений углекислым газом. В этом случае обогащение воздуха СО₂ увеличивает урожай в 2—2,5 раза.

При выращивании растений в условиях закрытого грунта приходится прибегать к дополнительному освещению, особенно в пасмурные дни и в зимнее время. Свет мощных ламп накаливания может вызвать перегрев растений, поэтому между источником света и растениями ставят водные экраны для поглощения избытка тепловых — инфракрасных — лучей.

Поэтому для выращивания растений стали применять люминесцентные лампы — лампы холодного света.

При полном отсутствии солнечного света интенсивность освещения должна быть 50—100 тыс. эрг на 1 кв. см в 1 секунду. Для досвечивания достаточно 50 эрг на 1 кв. см в 1 секунду. Выращивание растений на искусственном освещении называется светокультурой.

Для нормального роста растений в условиях светокультуры необходимо, кроме света, обеспечить их углекислым газом, минеральным питанием и правильно снабжать водой. Светокультуры имеют большое значение для ранней выгонки зеленных культур, выращивания рассады, томатов, огурцов, редиса, а также для быстрого получения сеянцев древесных пород декоративного садоводства.

Используя светокультуры можно снабжать население свежими овощами в течение круглого года.

Источник

Влияние на скорость фотосинтеза различных факторов.

Интенсивность фотосинтеза зависит от целого ряда факторов. Во-первых, от длины световой волны. Наиболее эффективно процесс протекает под действием волн сине-фиолетовой и красной части спектра. Кроме того, на скорость фотосинтеза влияет степень освещенности, и до определенного момента скорость процесса возрастает пропорционально количеству света, нот далее уже не зависит от него.

Другим фактором является концентрация углекислого газа. Чем она выше, тем интенсивнее идет процесс фотосинтеза. В обычных условиях недостаток углекислого газа – главный ограничивающий фактор, так как в атмосферном воздухе его содержится небольшой процент. Однако в тепличных условиях можно устранить этот дефицит, что благоприятно скажется на скорости фотосинтеза и темпе роста растений.

Немаловажным фактором интенсивности фотосинтеза является температура. Все реакции фотосинтеза катализируются ферментами, для которых оптимальной температурой является интервал 25-30 О С. При более низких температурах скорость действия ферментов резко снижается.

Значение фотосинтеза. Фотосинтез является основополагающим процессом в живой природе. Благодаря ему из неорганических веществ – углекислого газа и воды – при участии энергии солнечного света зеленые растения синтезируют органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всего живого на Земле. Первичный синтез этих веществ обеспечивает осуществление процессов ассимиляции и диссимиляции у всех организмов.

Продукты фотосинтеза – органические вещества – используются организмами:

Человек использует созданные растениями вещества:

Человечество своим существованием обязано фотосинтезу. Все запасы горючего на Земле – это продукция фотосинтеза. Используя ископаемое топливо, мы получаем энергию, запасенную в результате фотосинтеза древними растениями, существовавшими в прошлые геологические эпохи.

Одновременно с синтезом органических веществ в атмосферу Земли выделяется побочный продукт фотосинтеза – кислород, который необходим для дыхания организмов. Без кислорода жизнь на нашей планете невозможна. Его запасы постоянно расходуются на продукты горения, окисления, дыхания, происходящие в природе. По подсчетам ученых, без фотосинтеза весь запас кислорода был бы израсходован в течение 3000 лет. Следовательно, фотосинтез имеет величайшее значение для жизни на Земле.

В течение многих веков ученые биологи пытались разгадать тайну зеленого листа. Долгое время считалось, что растения создают питательные вещества из воды и минеральных веществ. Это убеждение связано с экспериментом голландского исследователя Анна ванн Гельмонта, проведенным еще в 17 веке. Он посадил деревце ивы в кадку, точно измерив массу растения (2,3 кг) и сухой почвы (90,8 кг). В течении пяти лет он только поливал растение, ничего не внося в почву. Через пять лет масса дерева увеличилась на 74 кг, тогда как масса почвы уменьшилась лишь на 0,06 кг. Ученый сделал вывод, что растение образует все вещества из воды. Таким образом, было установлено одно вещество, которое усваивает растение при фотосинтезе.

Первую попытку научного определения функции зеленого листа предпринял в 1667 итальянский натуралист Марчелло Мальпиги. Он заметил, что если у проростков тыквы оторвать первые зародышевые листочки, то растение перестает развиваться. Изучая строения растений, он сделал предположение: под действием солнечных лучей в листьях растения происходит какие-то преобразования и испаряется вода. Однако на эти предположения в то время не обратили внимания.

Через 100 лет швейцарский ученый Шарль Бонне провел несколько экспериментов с помещением листа растения в воду и освещением его солнечным светом. Только вывод он сделал неверный, считая, что растение не участвует в образовании пузырьков.

Открытие роли зеленого листа принадлежит химику, англичанину Джозефу Пристли. В 1772 году, изучая значение воздуха для горения веществ и дыхания, он поставил опыт и выяснил, что растения улучшают воздух и делают его пригодным для дыхания и горения. После серии опытов Пристли обратил внимание, что растения улучшают воздух на свету. Он первым высказал предположение о роли света в жизнедеятельности растений.

В 1800 году швейцарский ученый Жан Сенебье научно разъяснил сущность этого процесса (к тому времени Лавуазье уже открыл кислород и изучил его свойства): листья растений разлагают углекислый газ и выделяют кислород только под действием солнечного света.

Во второй половине 19 века была получена спиртовая вытяжка из листьев растений зеленого цвета. Это вещество назвали хлорофиллом.

Немецкий естествоиспытатель Роберт Майер открыл поглощение растением солнечного света и превращение ее в энергию химических связей органических веществ (количество запасающегося в растении углерода в виде органических веществ напрямую зависит от количества падающего на растение света).

Климент Аркадьевич Тимирязев, русский ученый исследовал влияние различных участков спектра солнечного света на процесс фотосинтеза. Ему удалось установить, что именно в красных лучах фотосинтез протекает наиболее эффективно, и доказать, что интенсивность этого процесса соответствует поглощению света хлорофиллом.

К.А. Тимирязев подчеркнул, что, усваивая углерод, растение усваивает и солнечный свет, переводя его энергию в энергию органических веществ

Источник

Что влияет на скорость фотосинтеза

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 23 – учебник для 7 класса; § 54 – учебник для 8 класса.

Факторы, влияющие на фотосинтез. Как вы помните, на физиологические процессы в живых организмах оказывают влияние различные факторы, как внешние, так и внутренние. К внутренним факторам, влияющим на фотосинтез, будут относиться особенности строения хлоропластов, тип хлорофилла, особенности других пигментов и биохимическая конструкция всех ферментов и молекул-переносчиков, задействованных в этом процессе. К внешним факторам будут относиться условия окружающей среды, которые необходимы для фотосинтеза, либо те, что могут отрицательно повлиять на растение, даже не участвуя в фотосинтезе непосредственно.
Лимитирующие факторы фотосинтеза – это те условия, при увеличении (улучшении) которых скорость и эффективность процесса фотосинтеза будут возрастать. Какие же внешние факторы необходимы для осуществления процесса фотосинтеза? Прежде всего, это свет, вода и углекислый газ. Так как почти все биохимические процессы в живой клетке контролируются ферментами, следовательно, для фотосинтеза будет иметь значение и температура окружающей среды. Главным лимитирующим фактором является тот, который в данный момент времени более всего затрудняет фотосинтез. Так, если света совсем мало, лимитирующим фактором становится свет. При улучшении освещения до нормальных значений свет уже перестает ограничивать фотосинтез, и лимитирующим фактором становится какой-то иной. Например, количество углекислого газа в воздухе, увеличение его концентрации вызовет повышение уровня фотосинтеза. Впервые ввел понятие и описал роль лимитирующих факторов английский биохимик Фредерик Блэкман (1866–1947) в 1905 г.

Во времена Блэкмана ученые не знали того, что знаете вы сейчас. Не были еще изучены биохимические механизмы цикла Кальвина и взаимодействие света с хлорофиллом, не было понятия о процессе фотолиза воды. Было известно только то, что углекислый газ, свет и вода исчезают в листе. Вместо них образуются кислород, глюкоза или крахмал (молекулы которого получаются из молекул глюкозы путем полимеризации – однотипного последовательного соединения). Суть работы Блэкмана заключалась в том, что он изменял два условия в жизни растения – количество света и углекислого газа в воздухе. Именно после этих опытов он предположил, что фотосинтез состоит из двух фаз: быстрой – световой и медленной – темновой.

Рис. 9. Факторы окружающей среды (внешние), влияющие на скорость и интенсивность процесса фотосинтеза

Лимитирующими факторами могут быть загрязняющие или ядовитые агенты, находящиеся в окружающей среде. Так пыль, оседающая на листья, препятствует проникновению солнечного света, осаждаясь на поверхности листа. Забивая устьица, препятствует газообмену с воздухом. Нарушают функционирование листьев и подавляют фотосинтез различные промышленные загрязнители, такие как диоксид серы, сажа, соединения меди и других металлов. Действие некоторых гербицидов, направленное против сорняков, тоже основано на веществах, подавляющих фотосинтез.

Практическое значение изучения лимитирующих факторов велико, так как эффективность фотосинтеза у культурных растений непосредственно влияет на их урожайность. Чтобы добиться максимальной урожайности, важно знать оптимальные условия фотосинтеза. Ученые совершенствуют методы повышения эффективности синтеза органических веществ, отдельные для каждого сорта культурных растений. Одним из ученых, уделявших большое внимание изучению роли света и хлорофилла в процессе фотосинтеза, был Климент Аркадьевич Тимирязев.

Источник