Өсімдіктердің көміртегімен қоректенуі. Фотосинтез

Фотосинтез дегенімізхлорофил арқылы игерілген жарық энергиясы жәрдемімен анорганикалық заттардан органикалық заттар синтезделетін тотығу – тотықсыздану реакциясы.

Жарық (hv)

6CO2 + 6H2OC6H12O6+6O

хлорофилл глюкоза

Фотосинтез коэффициенті – коэффициент фотосинтеза. Фотосинтез процесінде бөлінген оттегінің, сіңген көмір қышқыл газының көлеміне қатынасы (O2:CO2). Қалыпты жагдайда фотосинтез коэффициенті бірге тең болады. Органикалық қышқылдар тотықсызданған жағдайда коэффициенті бірден жоғары, ал егер сіңірілген көмір қышқыл газ, негізінен, кетоқышқылдарды карбоксилдендіруге жұмсалып, фотосинтез баяу жүретін болса, коэффициент бірден төмен болады.

Фотосинтездік бірлік-фотосинтетическая единица. Ферменттік орталығы бар, жарық сәулесін сіңіретін хлорофилл молекулаларының жиынтығы. Онда фотосинтез кезінде электрондық қозу энергиясы химиялық күйге айналады. Хлорофилді фотосинтездік мембраналардың тилакоидтары болады.

Фотосинтездік фосфорлану– фотосинтетическая фосфорилирование. Хлоропластардағы жарық энергиясының АТФ қүрамындағы макроэргтік байланыс күйіне өтуі.

Фотосинтездің нәтижелік (тиімділік) коэффициенті – коэффициент эффективности фотосинтеза. Фотосинтез процесінде игерілген көмір қышқыл газының өсімдікте органикалық зат құралуға нәтижелі жұмсалуы. Басқаша айтқанда, сіңген көмір қышқыл газының түзілген органикалық заттың мөлшеріне қатынасы. Бұл көсеткіш өсімдіктердің өсіп-өну кезеңдеріне байланысты өзгеріп отырады, жас өсімдіктерде 0,36-0,39, ал вегетациялық кезеңнің соңына қарай 1,01-1,02 дейін көрсетіледі.

Жер бетінде – құрлықта, мұхиттармен теңіздерде тіршілік ететін өсімдіктерде күн энергиясын пайдаланып, көмірқышқыл газын тотықсыздандыруы, яғни фотосинтез нәтижесінде жылына 175 млрд. т СО2 байланысқан күйге немесе органикалық заттарға айналады. Профессор А.А.Ничипорович қазіргі кездегі атмосферадағы оттегінің бәрі фотосинтез нәтижесі. Тіршілік ушін қажетті белок, май, липид, витамин, фермент, хлорофил және т.б. органикалық заттардың құрамына азот, фосфор, күкірт, темір, мыс, мырыш, қола және т.б. элементтер енеді. Бұл элементтерге өсімдіктерге топырақтан енеді.Әртүрлі элементтердің тотыққан иондары өсімдік бойына енгенде тікелей, немесе жанама жолмен, күн сәулесінің энергиясын пайдалану арқылы тотықсызданады.

Өсімдіктердің эленттік құрамында 1-2% азот, 0,20- 0,25% фосфор, 0,25- 0,50% күкірт және 45% көміртегі болады.Фотосинтезтез процесінде 1000 кг көміртегі игерілгенде өсімдіктер азоттың 30- 40 кг, фосфор мен күкірттің 5 кг-ын қоса игереді. Осыған байланысты азоттың жыл сайынғы айналымы 6 *109 т, күкірт пен фосфордікі – 8,5*108 т болады екен. Яғни фотосинтез процесінің арқасында топырақтағы минералдық элементтердің табиғи айналымы да жүзеге асады деген сөз. Фотосинтез эндотермиялық процес болғандықтан тек сырттағы энергияны пайдалану арқылы ғана жүзеге асады. Егер өсімдіктер жыл сайын 175 млрд. т көміртегін игеретін болса, онда 1,7*1018 ккал, немесе шамамен 2*1015 квт сағат энергияны байланыстыру керек.

Фотосинтез процесі XVIII ғасырда ашылды. Бірақ фотосинтез деген термин ғылымға тек 1877 жылы ғана енді.Оны бірінші болып неміс профессоры Пфеффер қолданды.

Оттегін,тұз қышқылын, күкірт, кобальт, аммиак және т.б. элементтер мен қосындыларды Пристли 1771 жылы ашқан ағылшын химигі.

Ингенхауз өсімдіктерде қатарынан қарама- қарсы екі процестің – фотосинтез және тыныс алудың болатындығын дәлелдеді.Бірнеше жылдан соң Швейцария ғалымдары Сенебье және Соссюр өсімдіктерде фотосинтез процесінде ауадан көміртегіні қабылдап оттегіні бөледі.

Фотосинтезге әр түрлі сәулелердің әсерін зерттеген ағылшын ғалымы Добени, АҚШ ғалымы Дрепер ғалымдары Сакс пен Пфеффер болған.

Сонымен органикалық заттардың автотрофты синтезделу жолдарына – фотосинтез, бактериялық фотосинтез және хемосинтез процестері жатады. Автотрофтықтың ең алғашқы сатысы бактериялық фотосинтез.

Хемосинтездеуші бактериялар пигментсіз автотрофты организмдерге жатады, күн энергиясын пайдаланбай қарңғылықта тіршілік ете алады. Олар көмірқышқылын тотықсыздандыру үшін тотығу процестерінен бөлінген энергияны пайдаланады.

Өсімдіктегі фотосинтез процесі жүзеге асатын негізгі мүше жапырақ болып есептеледі. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің жапырақ тақтасы анатомиялық құрылысы жағынан үшке бөлінеді:

  • оның үстіңгі және астыңғы бетін жамылғы ұлпа – эпидермис қаптап жатады.
  • негізгі ассимиляциялық ұлпа – мезофилл.
  • түтік – талшық шоқтары

Жапырақтың үстіңгі бетіндегі эпидермис клеткалары ірі және түзу төрт бұрышты, сыртқы қабықтары қалыңдау болады. Жапырқы алақанының астыңғы жағындағы эпидермис клеткалары ұсақтау және устьицалары көбірек болады. Жапырақтың негізгі жұмсақ бөлігі – мезофил астыңғы және үстіңгі эпидермис қабаттарының ортасында орналасқан. Ол бағаналы және борпылдақ деген екі түрлі ұлпадан тұрады.

Бағаналы (палисадтық) ұлпа үстіңгі эпидермис клеткаларына беттесе жатады. Оның клеткалары ұзын, жұмырлау пішінді, бір-бірімен тығыз, жапырақ бетіне перпендикуляр орналасады. Борпылдақ (кеуекті) ұлпа клеткаларының орналасуы, араларындағы қуыстардың пайда болуы судың тасымалдануына және газ алмасу процесін жеңілдетуге ыңғайлылығын көрсетеді.