Материал: физиология ответы

17. Методы изучения фотосинтеза.

Интенсивность фотосинтеза (ИФ) – количество СО₂, усваиваемое единицей листовой поверхности за единицу времени. ИФ измеряется преимущественно в мг СО₂/(дм² *ч). Реже для характеристики активности фотосинтеза используют количество О₂, выделяемое единицей листовой поверхности за единицу времени.

1. Газометрический метод определения ИФ

Наиболее распространенный метод как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Данный метод применим в любое время, не приводит к уничтожению растения и позволяет оценить прибавку сухой массы за короткий интервал времени (за минуты, часы или дни). Кроме того, этот метод дает возможность изучать каждый лист в отдельности и соответственно оценить вклад каждого яруса в фотосинтетическую деятельность растения.

Это самый производительный и точный метод учета поглощения СО₂, основанный на инфракрасном анализе содержания углекислого газа в воздухе.

• В большинстве исследований газообмена СО₂ используется метод, основанный на помещении листа, растения или группы растений в прозрачную камеру. ИФ таких объектов определяют с помощью инфракрасных газоанализаторов по изменению концентрации СО₂ в потоке воздуха, протекающем через камеру.

• Обмен СО₂ больших участков, например, поля, можно измерить с помощью микрометеорологического метода. При этом ИФ посевов определяют с помощью параллельных измерений концентрации СО₂ и движения воздуха над посевом.

2. Радиометрический метод определения ИФ

Преимущество – может использоваться для полевого измерения. Лист или целое растение помещают в газовую среду, содержащую СО₂ с радиоактивным изотопом углерода ¹⁴С. Лист или растение выдерживают в этой среде короткое точно измеренное время (обычно 60 сек.), а затем фиксируют лист или растение в жидком азоте и определяют содержание в нем ¹⁴С: чем больше интенсивность фотосинтеза листа (растения), тем больше он поглощает СО₂ и, следовательно, тем больше в нем накапливается ¹⁴С.

Недостатки – приводит к гибели растения и имеет не очень высокую точность, может систематически завышать ИФ.

В последние годы появились портативные инфракрасные газоанализаторы, поэтому радиометрический метод сейчас применяется редко.

3. Полярографический метод определения ИФ

Преимущество – наиболее дешевый альтернативный метод определения ИФ

Количество кислорода, выделяемое растением при фотосинтезе, определяют поляриметрическим методом – прикладывают к листовой высечке специальный электрод и по величине полученного тока судят об интенсивности фотосинтеза

Электрод для листовой высечки можно использовать для измерения максимальных скоростей фотосинтеза в условиях насыщения СО₂.

Этим же методом удобно проводить измерение скорости фотосинтеза в зависимости от освещенности.

18. Физиологические основы выращивания растений при искусственном освещении.

Светокультура растений изучает теоретические основы и методы выращивания растений с помощью искусственного облучения.

В этом случае растения не создают новых запасов энергии на земле, как в природе, а лишь трансформируют лучистую энергию ламп в химическую энергию растений.

Искусственное облучение широко применяется в тепличных хозяйствах, особенно в северных регионах страны, для выращивания овощей, а также для ускорения выведения новых сортов, теоретических исследований по биологическим наукам и других целей. Источники облучения в светокультуре – электрические лампы различных типов. Они должны удовлетворять требованиям:

1. Спектральный состав излучения ламп должен в наибольшей степени способствовать осуществлению основных физиологических процессов. Для этого необходимо, чтобы в спектре были все участки видимого излучения с преобладанием красных, синих, фиолетовых лучей. Излучение с длиной волны менее 290нм не должно попадать на растения.

2. Лампы не должны излучать большое количество теплоты, так как это нарушает нормальный обмен веществ в растениях, приводит к преждевременному цветению, плодоношению и, как правило, снижению урожая.

3. Лампы не должны быть экономичными, т.е. создавать достаточную фотосинтетическую облученность при возможно меньшем потреблении электроэнергии и выдерживать продолжительную эксплуатацию.

В настоящее время наиболее широкое применение нашли газоразрядные лампы и в меньшей степени – лампы накаливания.

Источник лучистой энергии в газоразрядных лампах – излучение газов или паров металлов, возникающее при газовом разряде

• Ксеноновые лампы из газоразрядных источников искусственного света по спектральной характеристике в области ФАР наиболее близки к солнечному спектру. Растения разных видов, выращенные с применением этих типов ламп, имели при коротком вегетационном периоде продуктивность значительно выше, чем в поле. Однако низкий КПД этих источников (12-13%) и сложность эксплуатации препятствуют их широкому применению в светокультуре растений.

• Металлогалогенные лампы выпускаются с добавками йодидов металлов, более перспективны в сравнении с ксеноновыми лампами, так как обладают высоким КПД (25-30%) и относительно полным спектром.

В лампах накаливания, отличающихся невысокой стоимостью, простотой в обращении и высокой мощностью лучистого потока, источником излучения служит раскаленная вольфрамовая нить.

Глава 4 дыхание

Вопрос 1.Общие представления о дыхании и связанном с ним обмене веществ

Первые исследования дыхания растений были проведены в конце 18 в. (А. Лавуазье и др.). В раскрытии химизма дыхания ведущая роль принадлежит русским ученым А.Н. Баху, В.И. Палладину, С.П. Костычеву, немецкому ученому О. Варбургу, американцу Д. Кейнлину.

Дыхание – одно из наиболее характерных свойств живой материи; дыхание – универсальный процесс, оно присуще любому органу, любой ткани, каждой клетке.

Дыхание – это физиологический процесс постепенного окисления органических веществ, синтезированных в процессе фотосинтеза, с выделением энергии, которая запасается в молекулах АТФ, являющихся, в свою очередь, донорами энергии для выполнения любой работы в клетке. Дыхание протекает с потреблением кислорода и выделением углекислого газа и воды.

При дыхании органические вещества окисляются в результате дегидрирования (потери водорода), а углекислый газ образуется при декарбоксилировании органических кислот. Углекислый газ выделяется, а водород восстанавливает коферменты.

Кислород воздуха нужен для окисления восстановленных коферментов, а не для самого дыхательного субстрата, он нужен как акцептор электронов, транспортируемых от восстановленных коферментов. Углерод дыхательного субстрата не соединяется с кислородом воздуха

Дыхательный субстрат – органические вещества, разрушающиеся во время дыхания. Главный дыхательный субстрат – углеводы. В растительной клетке существует такая закономерность: чем больше она содержит сахаров, тем интенсивнее дышит. В семенах и других органах, запасающих вещества, для дыхания могут расходоваться белки, жиры и органические вещества

Значение дыхания:

*Поставщик энергии в виде АТФ и восстановленных коферментов для работы клетки

*Рассеивание энергии в виде тепла

*Образование химически активных метаболитов, необходимых для жизнедеятельности клеток

*Источник промежуточных веществ, которые могут использоваться для синтеза других веществ.

*Удаление токсических для клеток соединений и избытка

*Дыхание – центральных процесс обмена веществ, объединяющий обмен углеводов, жиров, белков.

Общее уравнение дыхания:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 2875кДж

Парциальные реакции:

1. Первый этап

С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О = 6СО₂ + 12Н₂

2. Второй этап

12Н₂ + 6О₂ = 12Н₂О

Вопрос 2. Роль дыхания в жизни растения

**Поставщик энергии, необходимой для работы клетки, в виде АТФ и восстановленных коферментов, которые могут быть донорами водорода для восстановительных реакций

**Для корней, клубней, незеленых частей стеблей дыхание – главный источник энергии

**Поставляя в клетку АТФ, дыхание является регулятором процессов, идущих с затратой энергии, таких как поглощение и транспорт органических веществ: чем быстрее происходят превращения веществ в цикле, тем больше может синтезироваться АТФ, тем быстрее пойдут указанные процессы.

**Рассеивание энергии в виде тепла

**Образование химически активных метаболитов, необходимых для жизнедеятельности клеток

**Источник промежуточных веществ, которые могут использоваться для синтеза других веществ; промежуточные продукты цикла Кребса – кетоглутарат, фумарат, оксалоацетат – могут в процессе восстановительного аминирования превращаться соответственно в глутамат, аланин или аспартат.

**Удаление токсических для клеток соединений

**Дыхание – центральных процесс обмена веществ, объединяющий обмен углеводов, жиров, белков.