Қазақша рефераттар

Фотосинтез нәтижесінде жер жүзіндегі өсімдіктер жыл сайын 100 млрд т - дан астам органикалық заттар түзеді (мұның жартысынан көбін теңіз, мұхит өсімдіктері түзеді) және бұлкезде олар 200 млрд - тай СО2 сіңіреді, оттегін бқледі

Фотосинтез туралы түсінік

Фотосинтез — жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктердің, балдырлардың және фотосинтездеуші организмдердің хлорофилл мен басқа да пигменттер арқылы күн сәулесінің энергиясын сіңіріп, қарапайым қосылыстардан (көмірқышқыл газы мен су) күрделі органикалық заттар түзу процесі. Бұл түзілген органикалық заттар өсімдіктің өзіне де, басқа организмдердің тіршілігіне де қажет.

Негізгі нәтиже

  • Күн энергиясы химиялық энергияға айналады.
  • СО2 сіңіріліп, О2 бөлінеді.
  • Органикалық заттардың (ең алдымен көмірсулардың) қоры қалыптасады.

Жаһандық өнімділік және атмосферадағы рөлі

Фотосинтез нәтижесінде Жердегі өсімдіктер жыл сайын 100 млрд тоннадан астам органикалық зат түзеді. Оның жартысынан көбі теңіздер мен мұхиттардағы өсімдіктердің үлесіне тиеді. Осы кезеңде шамамен 200 млрд тоннадай СО2 сіңіріліп, атмосфераға оттек бөлінеді.

Жыл сайын
100+ млрд т
органикалық зат түзіледі
Шамамен
200 млрд т
СО2 сіңіріледі
Нәтижесі
О2
атмосфераға бөлінеді

Зерттелу тарихы: негізгі кезеңдер

Алғашқы зерттеушілер

Фотосинтезді алғаш зерттеген ғалымдардың қатарында швейцариялық Ж. Сенебье мен Н. Соссюр, сондай-ақ неміс химигі Ю. Майер бар.

XIX ғасырдың екінші жартысы

К. А. Тимирязев күн сәулесінің энергиясы фотосинтез барысында хлорофилл арқылы сіңірілетінін дәлелдеді.

XX ғасыр: физиология, экология және жаңа әдістер

XX ғасырдың басында фотосинтездің физиологиясы мен экологиясы бойынша маңызды еңбектер жасалды (В. В. Сапожников, С. П. Костычев, В. Н. Любименко, А. А. Ничипорович және т.б.). Ғасырдың ортасынан бастап газ талдауы, радиоизотоптық әдістер, спектроскопия, электрондық микроскопия сияқты жаңа тәсілдер кеңінен қолданылды.

Кімдер фотосинтез жасайды және қандай заттар қатысады?

Жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктер мен балдырлар (көпжасушалы жасыл, қоңыр, қызыл балдырлар, сондай-ақ біржасушалы эвглена, динофлагелляттар, диатомды балдырлар) фотосинтезінде сутек доноры әрі бөлінетін оттектің көзі — су. Сутек атомдарының негізгі акцепторы және көміртек көзі — көмірқышқыл газы.

Тек СО2 мен Н2О пайдаланылса

Негізінен көмірсулар түзіледі. Алайда фотосинтез өсімдікте тек көмірсу түзумен шектелмейді: ол азот пен күкіртті қамтитын аминқышқылдары мен ақуыздардың, сондай-ақ құрамында азот бар хлорофилл молекуласының түзілуіне де негіз болады.

Мұндай жағдайда көмірқышқыл газымен қатар сутек атомдарының акцепторы және азот пен күкірттің көзі ретінде нитраттар мен сульфаттар қатысады.

Фотосинтездеуші бактериялардағы айырмашылық

Фотосинтездеуші бактериялар молекулалық оттекті пайдаланбайды және оны бөлмейді (көпшілігі анаэробтар). Олар су орнына электрон доноры ретінде бейорганикалық қосылыстарды (күкіртті сутек, тиосульфат, газ тәрізді сутек) немесе органикалық заттарды (мысалы, сүт қышқылы, изопропил спирті) қолдана алады.

Фотосинтез аппараты: қайда жүреді?

Фотосинтез аппаратының негізгі бөлігі — жасуша ішіндегі органеллалар. Жоғары сатыдағы өсімдіктерде ол хлоропластармен байланысты (бір жапырақ жасушасында әдетте 20–100 хлоропласт болуы мүмкін). Балдырлардың көпшілігінде фотосинтездік аппарат арнайы органелла — хроматофорларда орналасады, ал фотосинтездеуші бактериялар мен көк-жасыл балдырларда негізгі құрылымдық элемент ретінде тилакоидтер қызмет атқарады.

Неге жарықты СО2 мен су емес, хлорофилл сіңіреді?

Көмірқышқыл газы да, су да жарықты тікелей сіңірмейді. Олардың квантпен «байланысын» хлоропласт немесе хроматофор құрылымындағы хлорофилл a қамтамасыз етеді.

Энергетикасы және жалпы теңдеуі

Өсімдіктердегі фотосинтездің негізінде тотығу-тотықсыздану реакциялары жатыр: квант энергиясының әсерінен электрондар мен протондар «су дәрежесінен» (судың тотығуы) «көмірсу дәрежесіне» (СО2-ның тотықсыздануы) өтеді.

Көмірсулардың түзілуі (жалпылама)

СО2 + Н2О → С(Н2О) + О2 + 120 ккал/моль

Яғни СО2-ның бір молекуласының көмірсу деңгейіне дейін тотықсыздануына шамамен 120 ккал/моль бос энергия сәйкес келеді. Теориялық тұрғыдан ең кемі 3 квант энергиясы қажет (қызыл аймақ кванттарының энергиясы шамамен 40 ккал/моль). Алайда әртүрлі тәжірибелер СО2-ның бір молекуласын тотықсыздандыру үшін іс жүзінде 8–10 квант қажет болатынын көрсеткен.

Биосферадағы маңызы

Фотосинтез биосферадағы зат айналымының өзегінде тұр. Ол көміртек, сутек, оттек айналымына тікелей қатыса отырып, сондай-ақ азот (N), күкірт (S), фосфор (P), магний (Mg), кальций (Ca) сияқты элементтердің биогеохимиялық айналымына ықпал етеді. Жер қалыптасқаннан бері фотосинтездің арқасында маңызды элементтер мен қосылыстар бірнеше мың рет толық циклдік айналымнан өткен.

Өсімдік өнімін арттыру: фотосинтезді күшейту жолдары

Өсімдік өнімін арттырудың тиімді бағыттарының бірі — фотосинтездің қарқындылығын күшейту. Бұл үшін өсімдіктің жапырақ аппараты мен өсу жағдайларын оңтайландыру қажет.

Агротехникалық тәсілдер

  • Жапырақ бетінің ауданын ұлғайту.
  • Жапырақтың тіршілік ету ұзақтығын арттыру.
  • Егістіктегі өсімдік жиілігін (қалыңдығын) дұрыс реттеу.
  • СО2, ауа, су және топырақтағы қоректік элементтердің жеткілікті болуын қамтамасыз ету.

Биологиялық факторлар және селекция

Фотосинтез аппаратының белсенділігі жапырақтың анатомиялық құрылысына, ферменттік жүйелердің белсенділігіне және көміртек метаболизмінің типіне тәуелді. Сондықтан өсімдік селекциясының да маңызы зор: СО2 ассимиляциясы жылдам жүретін, өнімділігі жоғары сорттарды шығару — практикалық тұрғыдан ең нәтижелі бағыттардың бірі.