Фотосинтез и продуктивность растений

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лесохозяйственный факультет

Кафедра дендрологии

 

 

ФОТОСИНТЕЗ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ

Реферативная работа по физиологии растений

 

 

 

 

 

 

Руководитель:

____________________________Лисотова  Е.В.

                                                      ________________

                                                      Выполнила:

             студентка группы 32-6

                                                      Юферева Л.Г

        ________________

 

 

                               Красноярск 2013

          Содержание

 

1 Фотосинтез и его значение для жизни на планете                                           4

2 Влияние на фотосинтез совокупности внешних факторов                             6

3 Зависимость фотосинтеза от освещенности                                                     8

4 Рост и развитие растений                                                                                  10

5 Пути повышения интенсивности и  продуктивности фотосинтеза              12

6 Характерные черты светолюбивых и тенелюбивых сообществ растений   15

6.1 Размеры листьев световых и теневых растений                                          16

6.2 Особенности расположения листьев у световых и теневых растений      17

6.3 Особенности организации пластидного аппарата световых и теневых листьев.                                                                                                                  19

6.4    Особенности организации пластидного аппарата световых и теневых листьев.                                                                                                                  19

Заключение                                                                                                            21

Библиографический список                                                                                 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Введение

       Физиология растений- это наука, изучающая процессы жизнедеятельности растений на молекулярном, клеточном, организменном уровнях. В круг интересов физиологии растений входят изучение процессов фотосинтеза, дыхания, минерального питания, преобразования и транспорта веществ, роста и развития, водообмена, адаптации, а также выяснение роли каждого из них в общем ходе онтогенеза целого растения. Кроме того физиология растений изучает и надорганизменный уровень организации живого: биоценозы, посевы, насаждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          1 Фотосинтез и его значение для жизни на планете

          Датой открытия фотосинтеза считают 1771-1772гг., когда английский ученый Д.Пристли обнаружил, что зеленое растение исправляет воздух, «испорченный» горением свечей и дыханием.

          Фотосинтез - это синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света:

6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.

          1972 г. По решению ЮНЕСКО был объявлен «годом фотосинтеза». В этот год ученые хотели показать всем людям Земли, что без фотосинтеза жизнь на нашей планете невозможна. Почему? Зеленые растений превращают энергию Солнца в химическую энергию и используют ее для образования органических веществ из неорганических. Энергия, накопленная в процессе фотосинтеза за год, примерно в 100 раз больше энергии, получаемой от сгорания всего каменного угля, добываемого в мире за это же время. Синтезированные органические вещества листьев, стеблей, корней, цветков, плодов является пищей для человека, животных, бактерий и незеленых растений. Некоторые из этих органических веществ окисляются в процессе дыхания растения, животного и человека. В результате химическая энергия превращается в энергию АТФ, используемую для работы клеток. Таким образом, наши клетки работают за счет энергии Солнца, поглощенной зеленым листом.

          Образование органического вещества из неорганического, происходящего во время фотосинтеза,- самый грандиозный биологический процесс на Земле. Органические вещества, которыми питаются люди, животные, создаются в зеленом листе. Поскольку человек питается самими зелеными растениями или продуктами животного происхождения, а пищей животным служат те же растения, численность населения  Земли в конечном итоге зависит от количества накопленных  продуктов фотосинтеза. 95-98% сухого вещества тела растения создается в процессе фотосинтеза, поэтому управление фотосинтезом- один из наиболее эффективных путей повышения урожая. Эти вещества являются строительным материалом для изготовления домов, мебели; они нужны для производства лекарств и т.д.

          Почти весь кислород атмосферы Земли ( 90-93%) образовался в результате фотосинтеза древних анаэробных  автотрофных организмов. Следовательно, процессы горения и дыхания стали возможными  после того, как возникли на Земле процессе эволюции фотосинтезирующие организмы. Современные зеленые растения выделяют днем в 20-30 раз больше кислорода ,чем тратят на дыхание в течение суток. Кислород, образуемый в ходе фотосинтеза, расходуется на дыхание не только самих зеленых растений, но также животных и человека, на аэробное разложение органических веществ микроорганизмами и на процессы горения.

          С помощью поглощаемой энергии света в природе совершается круговорот углерода. Он начинается с поглощения листьями углекислого газа, который в хлоропластах используется для синтеза органических веществ. Органические вещества служат для построения клеточных структур, откладываются в запас или вновь расщепляются в процессе дыхания до воды и углекислого газа. Последний опять выделяется из клетки в атмосферу. После смерти растения органические вещества превращаются в неорганические, в том числе СО2 , который возвращается в атмосферу. Что узнали люди о фотосинтезе за XX век? Как представляется этот процесс сегодня? Еще в 1905г. английский физиолог растений Ф.Блэкман установил, что фотосинтез можно разделить на две фазы: световую, для которой нужен свет, и темновую, для которой сам свет не нужен, но нужны вещества, образовавшиеся во время световой фазы. Эти вещества не запасаются в клетке, поэтому темновая фаза, несмотря на свое название, идет только днем.[Кузнецов, В.В.]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          2 Влияние на фотосинтез совокупности внешних факторов

          Культурные растения способны быстро размножаться, покрывать зеленым экраном своей листвы громадные площади, улавливать колоссальное количество солнечной энергии и образовывать великое множество разнообразных органических веществ.

          В результате фотосинтеза создается 95 процентов сухого вещества растений. Поэтому мы с полным правом можем утверждать, что управление этим процессом - один из наиболее эффективных путей воздействия на продуктивность растений, на их урожай.

          Физиологи растений совершенно правильно считают, что основная задача работ в области фотосинтеза - сохранение и поддержание на более высоком уровне фотосинтетической деятельности естественной растительности Земли, максимальное повышение фотосинтетической продуктивности культурных растений. Каковы же пути управления человеком фотосинтетической деятельностью растений? Часто сдерживающим фактором фотосинтеза является недостаток углекислого газа. Обычно в воздухе присутствует около 0,03 процента СО2. Однако над интенсивно фотосинтезирующим полем его содержание уменьшается иногда в три-четыре раза по сравнению с приведенной цифрой. Вполне естественно, что из-за этого фотосинтез тормозится. Между тем для получения среднего урожая сахарной свеклы один гектар ее посевов должен усваивать за сутки около 300-400 килограммов углекислого газа. Такое количество содержится в колоссальном объеме воздуха.

          Опыты известного отечественного физиолога растений В. Н. Любименко показали, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере до 1,5 процента приводит к прямо пропорциональному возрастанию интенсивности фотосинтеза. Таким образом, один из путей повышения продуктивности фотосинтеза - увеличение концентрации углекислого газа в воздухе. Современный уровень технологии в целом позволяет решить эту задачу в глобальных масштабах. Однако весьма сомнительно, чтобы человек решился на практике осуществить этот проект.

Дело в том, что более высокий уровень содержания углекислого газа в воздухе приведет к изменению теплового баланса планеты, к ее перегреву вследствие так называемого "парникового эффекта".

Человечество весьма обеспокоено естественным ростом концентрации углекислого газа в атмосфере, наблюдаемым в последние годы в результате интенсивного развития промышленности, автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта. Поэтому оно едва ли решится когда-либо сознательно стимулировать этот процесс в глобальных масштабах.

          В теплицах и на поле увеличение содержания углекислого газа имеет важное значение для повышения урожайности культурных растений. С этой целью в теплицах сжигают опилки, раскладывают сухой лед на стеллажах, выпускают углекислый газ из баллонов. Основной способ повышения концентрации СО2 над полем - активизация жизнедеятельности почвенных микроорганизмов путем внесения в почву органических и минеральных удобрений. В процессе дыхания микробы выделяют большое количество углекислого газа. Наиболее часто растения неэффективно фотосинтезируют из-за недостатка воды и элементов минерального питания. Если улучшить условия водоснабжения и питания, то размеры листовой поверхности увеличатся, а между ними и величиной урожая обычно существует прямая зависимость.

          Растения неодинаково реагируют на его низкую концентрацию в воздухе, интенсивность освещения и т. д. Изучение особенностей фотосинтеза у разных растений, безусловно, будет способствовать расширению возможностей человека в управлении их фотосинтетической деятельностью, продуктивностью и урожаем. [Леопольд,А. 1968]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          3 Зависимость фотосинтеза от освещенности

         Среди многих факторов окружающей среды, так или иначе влияющих на скорость фотосинтеза, главным фактором является интенсивность света.

          Обычно листья поглощают 80-85% падающего света. Большая часть непоглощенной лучистой энергии отражается. На отражающую способность листа влияет строение эпидермиса, опушение  или солевые железы. Матовые листья поглощают только 30% падающего света, что соответствует 40% света, поглощаемого блестящими листьями.

          При оценке действия света на тот или иной процесс важно различать влияние его интенсивности, качества (спектрального состава) и времени экспозиции на свету. При низкой освещенности скорость фотосинтеза пропорциональна интенсивности света. Постепенно лимитирующими становятся другие факторы, и увеличение скорости замедляется. В ясный летний день освещенность составляет примерно 100 000 лк, а для светового насыщения фотосинтеза хватает 10 000 лк. Поэтому свет обычно может быть важным лимитирующим фактором в условиях затенения. При очень большой интенсивности света иногда начинается обесцвечивание хлорофилла, и это замедляет фотосинтез; однако в природе, растения находящиеся в таких условиях, обычно тем или иным образом защищены от этого (толстая кутикула, опущенные листья и т. п.). Зависимость интенсивности фотосинтеза от освещенности описывается кривой, которая получила название световой кривой фотосинтеза (рис.1) [Тарчевский, И.А. 1977]

Рисунок 1- Зависимость интенсивности фотосинтеза от освещенности (световая кривая фотосинтеза):

1 – скорость выделения СО2 в темноте (скорость дыхания); 2 – компенсационная точка фотосинтеза; 3 – положение светового насыщения

 

 

        4 Рост и развитие растений

         Научно доказано, что растения в своих свойствах и процессах отражают особенности  среды, формировавшей их. Означает ли это что растения произрастающие в естественных условиях, являются своего рода эталоном по продуктивности, скорости развития и т.д.?

          Растения в природной обстановке, как правило, растут при меньшей длине дня, чем это возможно в светокультуре. При одной и той же дозе круглосуточной  освещенности растение дает почти в два раза большую биомассу, чем короткий день, хотя и с высокой облученностью.

         Рост и развитие — неотъемлемые свойства всякого живого организма. Это интегральные процессы. Растительный организм поглощает воду и питательные вещества, аккумулирует энергию, в нем происходят бесчисленные реакции обмена веществ, в результате чего он растет и развивается. Процессы роста и развития тесно взаимосвязаны, так как обычно организм и растет, и развивается. Рост — это необратимое увеличение объема, массы растений, сопровождаемое новообразованием элементов структуры организма. Под элементами структуры понимают органы, ткани, клетки, а также отдельные клеточные органеллы. В отличие от животных организмов растения в течение всей жизни растут и образуют новые клетки.

           В основе роста многоклеточных организмов лежит увеличение числа и размеров клеток, сопровождаемое их дифференциацией, т. е. возникновением и накоплением различий между клетками, образовавшимися в результате деления.