Влияние температуры и обводнённости тканей растений на фотосинтез

Содержание

Введение
Глава 1. Влияние внешних условий на интенсивность процесса фотосинтеза
1.1 Зависимость интенсивности фотосинтеза от интенсивности света
1.2 Зависимость интенсивности фотосинтеза от содержания воды
Глава 2. Дневной ход изменений фотосинтеза
2.1 Влияние температуры на процесс фотосинтеза
2.2 Влияние температуры в зависимости от интенсивности освещения

Введение
Фотосинтез - это процесс, при котором световая энергия поглощается, и используется на синтез восстановленных углеродсодержащих соединений из двуокиси углерода и воды. Этот процесс происходит только в освещенной зеленой ткани, потому что хлорофилл играет существенную роль в превращении световой энергии в химическую.
Это единственный процесс в биосфере, ведущий к запасанию энергии за счет ее внешнего источника. У растений и водорослей фотосинтез сопровождается выделением кислорода; фотосинтез, осуществляемый бактериями, делится на 2 типа: не сопровождающийся выделением молекулярного кислорода (бескислородный фотосинтез) и сопровождающийся выделением О2 (кислородный фотосинтез).
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества (первичная продукция) и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода. Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для существования на Земле современных форм жизни. Помимо "подпитки" атмосферы кислородом, фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого парникового эффекта.
Фотосинтез - главнейшее звено биогеохимических циклов на Земле и основа всех цепей питания. Запасенная в продуктах энергия - основной источник энергии для человечества.
Термин фотосинтез был предложен Чарльзом Рейдом Бансом из Чикагского университета в начале этого столетия.
1.Влияние внешних условий на интенсивность процесса фотосинтеза
1.1 Зависимость интенсивности фотосинтеза от интенсивности света
На интенсивность фотосинтеза решающее влияние оказывают: свет, температура, влажность почвы, содержание в воздухе углекислоты, уровень снабжения элементами минерального питания и некоторые другие внешние факторы. Одни из указанных факторов, например освещенность и снабжение СО2, действуют на фотосинтез прямо, другие - содержание воды и минеральных элементов в почве - нередко опосредованно, через воздействие на другие физиологические процессы, на темновое дыхание и фотодыхание.
Для большинства растений прямая зависимость интенсивности фотосинтеза от интенсивности света проявляется лишь при сравнительно небольшой величине последнего. В дальнейшем при повышении освещенности прирост фотосинтеза становится все меньше и меньше, и, наконец, кривая фотосинтеза переходит на плато. Это состояние, называемое световым насыщением (СН), свидетельствует о том, что интенсивность фотосинтеза в данный момент больше всего зависит от других, нежели освещенность факторов.
Все растения по отношению к свету делятся на две большие группы: светолюбивые и теневыносливые. Под светолюбием обычно понимается способность растений расти, и развиваться только при хорошем освещении. Светолюбивые травянистые растения не выносят затенения, и растут на открытых местах. К ним относятся все сельскохозяйственные культуры, растения лугов, степей, пустынь, солончаков. Среди древесных пород светолюбивыми являются лиственница, сосна, ясень, осина, береза, дуб и др. Они растут на открытых местах или в первом верхнем ярусе леса. Светолюбивые деревья отличаются ажурной кроной, быстрым очищением ствола от сучьев, ранним изреживанием древостоя. Естественное возобновление в таких лесах, как правило, отсутствует или представлено слабо.
Теневыносливые древесные растения, такие как ель, пихта, клен, вяз, липа, лесная яблоня, рябина и др., хорошо переносят затенение, и встречаются как в верхнем ярусе, так и во втором. Высокой теневыносливостью отличаются многие кустарники (лещина, крушина, бересклет, бузина и др.), а также лесные травы (сныть, копытень, ясменник, папоротники, медуница и др.) и мхи. Некоторые их этих трав настолько приспособились жить под пологом леса, что не выносят прямого света и после рубки леса погибают (кислица, недотрога и др.), так как они являются гигрофитами. Эту небольшую группу растений иногда называют тенелюбами. При выставлении таких растений на свет у них резко нарушаются водный режим, фотосинтез и другие жизненно важные процессы.
Теневыносливые древесные растения отличаются от светолюбивых растений густой и плотной кроной, их листья могут развиваться не только по периферии, но и в глубине кроны. Кроме того, крона их имеет обычно большую протяженность по высоте ствола, так как деревья этой группы медленнее очищаются от сучьев. Насаждения из теневыносливых древесных пород характеризуются более медленным самоизреживанием.
В тканях растений содержится большое количество СО2. Межклетники болотных и водных растений накапливают до 20 %, а древесина древесных растений до 18 % углекислоты. Такие высокие концентрации этого газа не вызывают, очевидно, нарушений физиологических процессов. Внутритканевая углекислота - дополнительный источник углеродного питания растений. На процесс фотосинтеза может использоваться не только СО2 атмосферы, внутренняя СО2 и СО2 4-х углеродных органических кислот после их декарбоксилирования у растений с С4- и САМ типами фотосинтеза, но и СО2 почвы и почвенного раствора.
Известно, что доля СО2 в создании парникового эффекта на Земле составляет 43 %, метана 23 % и закиси азота 3 %. Следовательно, СО2 является главным парниковым газом. Повышение ее содержания может привести к изменению климата на планете. По прогнозам, средняя температура воздуха к 2025 г. возрастет на 1,8 - 2,5 °С, а уровень мирового океана только за счет теплового расширения воды поднимется на 65 см, что вместе с водой тающих вечных снегов и льдов приведет к затоплению и засолению огромной площади прибрежных территорий. Вместе с этим усилится аридность многих регионов мира, произойдут изменения в распределении растительности и составе фитоценозов. Повышенная температура почвы может отрицательно сказаться на процессах покоя семян древесных растений, их прорастании и формировании всходов и подроста, т.е. отрицательно скажется на процесс ах естественного возобновления леса.
1.2 Зависимость интенсивности фотосинтеза от содержания воды
Процесс фотосинтеза очень чувствителен к изменению водного режима почвы, и зависит от доступности почвенной воды корням растений. Наиболее благоприятной для абсолютного большинства растений является влажность почвы, составляющая 60-70 % от полной влагоемкости. Содержание воды выше и ниже указанного уровня снижает интенсивность фотосинтеза. Обезвоживание клеток листа приводит к закрыванию устьиц и увеличению сопротивления диффузии СО2 внутрь листа, а также к инактивированию ферментов (синтетаз).
В природных условиях недостаток воды в почве наиболее часто снижает интенсивность фотосинтеза. Особенно вредно отражается на фотосинтезе комплексное воздействие почвенной и атмосферной засухи. Различные древесные породы реагируют на это по-разному. Так, дуб черешчатый в меньшей степени снижает интенсивность фотосинтеза в период засухи, чем клен остролистный и ясень пушистый.
Достаточно чувствителен фотосинтез и к обеспечению растений элементами минерального питания. К настоящему времени доказано многообразное действие недостатка или избытка макро- и микроэлементов на активизацию или блокирование деятельности ферментных систем растений, ответственных за отдельные реакции фотосинтеза, их скорость и направленность, биосинтез зеленых пигментов и каротиноидов и формирование хлоропластов. Весьма сильно косвенное влияние минеральных элементов на фотосинтез через воздействие на процессы транспорта ассимилятов и отложение веществ в запас, дыхание, водный режим и состояние цитоплазмы клеток мезофилла листа, движение устьиц, размеры листовой пластинки и структуру фотосинтетического аппарата. Сильное отрицательное влияние на фотосинтез оказывает недостаток в листьях, прежде всего азота, затем фосфора и калия.
Свет необходим для образования хлорофилла, хотя сеянцы некоторых хвойных и небольшое число других видов растений образуют хлорофилл в темноте. Относительно низкая освещенность эффективна для инициации или ускорения образования хлорофилла
Глава 2. Дневной ход изменений фотосинтеза
2.1 Влияние температуры на процесс фотосинтеза
В течение дня у растений интенсивность фотосинтеза изменяется. Утром фотосинтез идет, как правило, с достаточно высокой скоростью из-за очень малого водного дефицита листьев. В умеренную погоду при достаточной влажности почвы и воздуха фотосинтез возрастает постепенно, достигая максимальных значений в полдень. Дневной ход фотосинтеза описывается одновершинной кривой, следуя за изменениями освещенности и температуры. Переменная погода ведет к полной зависимости этого хода от освещенности с образованием многовершинной кривой.
Ранним утром светлого безоблачного теплого дня фотосинтез идет слабо вследствие небольшой интенсивности света и низкой температуры, несмотря на высокую влажность листьев и высокую концентрацию двуокиси углерода в межклетниках листьев. При повышении интенсивности света, нагревании воздуха устьица открываются, нетто-фотосинтез начинает быстро увеличиваться и может достичь максимума до полудня. Часто вслед за максимумом наступает полуденное понижение, которое может быть небольшим или резким. Полуденная депрессия нередко сменяется новым повышением фотосинтеза в более поздние послеполуденные часы, а затем окончательно снижается. Наблюдается это, как правило, ранним вечером вслед за уменьшением интенсивности света и температуры. Вследствие изменений условий внешней среды в разные дни и в пределах одного дня дневной ход фотосинтеза часто значительно отклоняется от описанного выше. Большинство дневных изменений фотосинтеза, за исключением полуденного понижения, хорошо взаимодействуют с изменениями интенсивности света.
Например, на открытом пространстве максимум интенсивности фотосинтеза трех видов покрытосеменных наблюдался в полдень, и соответствовал максимуму интенсивности общей солнечной радиации. Под пологом леса интенсивность фотосинтеза значительно изменялась в течение дня. При этом наивысшая интенсивность наблюдалась в солнечных бликах. Без затенения в пасмурные или облачные дни типичная картина была такой: интенсивность нетто-фотосинтеза возрастала, достигая максимума около полудня, затем или уменьшалась, или оставалась более или менее постоянной в течение 1-2 ч и попом понижалась. В ясные солнечные дни фотосинтез обычно быстро возрастал, достигал максимума между 9 и 12 ч утра, затем, до поздних послеполуденных часов, понижался. Позднее, он вновь усиливался, и достигал второго максимума, но значительно более низкого.
2.2 Влияние температуры в зависимости от интенсивности освещения
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.
В большинстве же случаев по мере повышения освещенности и температуры интенсивность фотосинтеза достигает максимальных значений перед полуднем, затем наблюдается ее спад с последующим вторым максимумом, образуя двухвершинную кривую. При очень жаркой и сухой погоде кривая становится одновершинной с максимумом в ранние утренние часы. Наблюдающийся спад фотосинтеза получил название полуденной депрессии.. Среди условий, вызывающих эту депрессию, следует назвать водный дефицит листьев, закрывание устьиц, перегрев листьев, слабый отток ассимилятов из хлоропластов, фотоокисление хлорофилла и инактивацию ферментов, в том числе карбоксилаз, на сильном свету, резкое повышение дыхания, понижение содержания СО2 около листьев в связи с ее усиленным потреблением зелеными листьями.
Влияние температуры па фотосинтез находится в зависимости от интенсивности освещения. При низкой освещенности фотосинтез от температуры не зависит (Q10 = 1). Это связано с тем, что при низкой освещенности интенсивность фотосинтеза лимитируется скоростью световых фотохимических реакций. Напротив, при высокой освещенности скорость фотосинтеза определяется протеканием темновых реакций, и в этом случае влияние температуры проявляется очень отчетливо. Температурный коэффициент Q10 может быть около двух. Так, для подсолнечника повышение температуры в интервале от 9 до 19°С увеличивает интенсивность фотосинтеза в 2,5 раза. Температурные пределы, в которых возможно осуществление процессов фотосинтеза, различны для разных растений. Минимальная температура для фотосинтеза растений средней полосы около 0°С, для тропических растений 5—10°С. Имеются данные, что полярные растения могут осуществлять фотосинтез и при температуре ниже 0°С. Оптимальная температура фотосинтеза для большинства растений составляет примерно 30—33°С. При температуре выше 30—33°С интенсивность фотосинтеза резко падает. Это связано с тем, что зависимость процесса фотосинтеза от температуры представляет собой равнодействующую противоположных процессов. Так, повышение температуры увеличивает скорость темновых реакций фотосинтеза.
Заключение
Зеленый цвет не случайное свойство растения. Оно зелено потому, что от этого именно цвета зависит его важнейшее отправление. В зеленом цвете, этом самом широко распространенном свойстве растения, лежит ключ к пониманию главной космической роли растения в природеВсе органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались - в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист...вне листа...в природе не существует лаборатории, где бы выделывалось органическое вещество. Без усвоения растениями углерода на земле не было бы жизни в том виде, в каком она есть сейчас Таким образом, мы восходим до самого общего представления о жизни растения, до понятия о его значении, о его роли в органическом мире. Это - роль посредника между солнцем и живо
Список литературы:
1. Н.А.Блукет, Л.С.Родман, С.А.Пузанова «Ботаника с основами физиологии растений» Москва «КОЛОС»1975г
2. В.А.Корчагина «Ботаника» Москва «Просвещение» 1985г
3. Большой справочник «Биология для школьников и поступающих в вузы» Издательский дом «Дрофа»
4. Е.М.Васильева, Т.В.Горбунова, Л.И.Кашина «Эксперимент по физиологии растений в средней школе» Москва «Просвещение»1978г
5. Г.С.Нога «Опыты и наблюдения над растениями» Москва «Просвещение»1976г
6. В. Церлинг «Знай и умей» библиотечка пионера. Издательство «Детская литература» Москва 1967г
7. Статьи из Интернета