Ефективність - фотосинтез
Ефективність фотосинтезу з точки зору виробництва біомаси можна оцінити через частку загальної сонячної радіації, що потрапляє на певну площу за певний час, яка запасається в органічних речовинах врожаю. [1]
Це удаване невідповідність ефективності фотосинтезу і спектрів поглинання агрегованих форм хлорофілу пояснюється тим, що спектроскопічна картина не відповідає фактичному розподілу енергії між поглинають частинками. Міграція енергії призводить до її перерозподілу. Існування енергетичної сходи в системі довгохвильових смуг поглинання хлорофілу, каротиноїдів, фикобилинов, особливо у агрегатів хлорофілу, створює стік енергії з короткохвильових форм на мізерно мало поглинають з широкими довгохвильовими смугами форми. Короткохвильові форми хлорофілу виконують функцію светосбора і передачі енергії, довгохвильові - акцепторну функцію, проміжні мають донорними і акцепторними властивостями. В цілому з урахуванням всіх пігментів на кінцеві довгохвильові форми хлорофілу мігрує до 80% енергії, що поглинається. [2]
Він знайшов докази особливо сильною ефективності фотосинтезу (високе значення відношення вихід / поглинання) на зеленому світлу для 10 видів червоних водоростей і уклав з цього, що червоний фікобіліновий пігмент має не меншу, якщо не більшу активність, ніж зелений хлорофіл. [3]
При яскравому денному світлі ефективність фотосинтезу у хлорели може досягати 8%, в зв'язку з чим її досліджують як можливе джерело їжі і кисню для далеких космічних польотів, про що писав І. [4]
Розглянемо, чому зручніше висловлювати ефективність фотосинтезу через квантовий вихід або квантовий витрата. Цей спосіб вираження грунтується на законі фотохімічних еквівалентів Ейнштейна: в фотохімічної реакції один фотон взаємодіє з однією молекулою. Цей закон, безсумнівно, можна застосувати для первинних перетворень в захоплюючих центрах. Однак не всі первинні електронні переходи ведуть до утворення кінцевих продуктів фотосинтезу, а ці останні, ймовірно, сильно відрізняються від первинних продуктів. [5]
В результаті окислювальних процесів і фотодихання в Сз-рослинах ефективність фотосинтезу зменшується на 15 - 50% в залежності від, виду рослин і умов навколишнього. Ці зміни обумовлені дією декількох факторів: 1) втратою субстрату карбоксилирования; 2) втратою вуглецю з ВПФ-циклу; 3) втратою СО2 рослиною; 4) зменшенням дифузійного градієнта, що сприяє дифузія в рослину. [6]
Людина з найдавніших часів намагається всіма можливими засобами збільшити ефективність фотосинтезу. [7]
З викладеного раніше випливає, що спектральний склад випромінювання джерел світла різний, внаслідок чого ефективність фотосинтезу в значній мірі залежить від спектру випромінювання. [8]
Якщо фотосинтез включає дві фотохімічні системи, з яких одна виробляє матеріал для іншої, то ефективність фотосинтезу залежить від дії обох систем. Це - просте тлумачення відкритого Емерсоном падіння фотосинтезу в червоному світлі, коли в зелених рослинах і водоростях дальній червоне світло (680 ммк) менш ефективний, ніж при більш коротких хвилях, хоча таке світло поглинається хлорофілом. [9]
Останній зазначив, що основний принцип фотохімії, відомий як закон Гершеля (тільки поглинений світло виробляє фотохімічні дію), вимагає, щоб спектральний максимум ефективності фотосинтезу збігався з максимумом поглинання сенсибилизирующего пігменту. Помилку Дреперу, Сакса і Пфеффера Тімірязєв пояснив тим, що вони застосовували спектрально не чистий світло. Сам Тімірязєв користувався світлом, ізольованим за допомогою монохроматора з вузькою щілиною, і, щоб компенсувати малу інтенсивність освітлення, застосовував мікроаналітичні методи. Енгельман вважав, що ця помилка могла бути результатом роботи з товстими листям або слоевище, практично повністю поглинають світло навіть в мінімумі між смугами поглинання хлорофілу. Він працював з мікроскопічними рослинними об'єктами, застосовуючи рухливі бактерії для виявлення і визначення кисню. [10]
Неоднакова первинна продукція рослин на планеті залежить головним чином від факторів (а) - (д) і відносно мало від генетично закладених міжвидових відмінностей в ефективності фотосинтезу. [11]
Масштаби фотосинтезу величезні - на Землі за рік зв'язується 40 млрд. Т вуглецю, приблизно порівну на воді і на суші; при цьому виділяється відповідна кількість кисню. Така ефективність фотосинтезу визначена з урахуванням витрат органічних сполук і кисню фотосинтезуючими організмами при диханні. [12]
Однак не тільки зниження інтенсивності дії будь-якого фактора, але і може перевищувати встановлені межі може надавати обмежуючого впливу на організми. Наприклад, ефективність фотосинтезу. як відомо, визначається кількістю світла, що падає на поверхню зеленого листа. Зайве затінення може привести до придушення життєдіяльності рослини і навіть до його загибелі. Це сприяє виникненню тіньовитривалих видів рослин. Однак якщо збільшити потік світла, наприклад для отримання більшого врожаю тіньовитривалих рослин, то ефективність фотосинтезу у них падає. Оптимальні межі величини світлового потоку мають практично всі рослини. [13]
У найбільш зволожених місцях біосфери типу тропічних дощових лісів повне випаровування цілком відбувається шляхом транспірації, на яку витрачається до 90% потужності сонячної радіації. Це призводить до ефективності фотосинтезу в цих областях, близькою до максимально спостерігається. [14]
У перспективі треба сподіватися, що штучно ефективність ця буде підвищена. Все ж і при 1% ефективність фотосинтезу зараз перевищує в сотні раз все вироблене людиною кількість енергії і є основою існування життя на Землі. [15]
Сторінки: 1 2 3