Влияние света на процесс фотосинтеза
Курсовой проект - Биология
Другие курсовые по предмету Биология
?лючительный интерес к изучению хлорофилла связан с тем, что этот пигмент поглощает солнечную энергию и осуществляет фотосинтез - основной процесс, обеспечивающий образование органических соединений и освобождение молекулярного кислорода на планете. Зеленый цвет хлорофилла зависит от непоглощенных зеленых лучей. Молекула хлорофилла обуславливает окраску практически всей растительности, превращает энергию солнечных лучей в энергию химических связей органических соединений. Зеленый пигмент не является химически индивидуальным веществом, у большинства растений он состоит из двух соединений: сине-зеленого хлорофилла а и желто-зеленого b,отличающихся различной степенью окисления, окраской и другими свойствами. Под действием света молекулы хлорофиллов возбуждаются, а после прекращения его действия возвращаются в исходное состояние, и этот переход сопровождается потерей энергии в виде излучения света - флюоресценции. Хлорофилл характерен для всех листостебельных растений земного шара. Но листья имеют зеленый цвет не у всех растений. Есть растения с лиловыми, фиолетовыми, красными или иных оттенков незеленого цвета листьями. В таких растениях образуются не только зеленый хлорофилл, но и соединения, которые придают им иной необычный цвет. Окраска растений обуславливается четырьмя главными веществами: хлорофиллом а, хлорофиллом b, каротином и ксантофиллом. Каратиноиды - спутники хлорофилла. Это большая группа пигментов желтого, оранжевого и красного цвета. Каратиноиды широко распространены в природе: их обнаружено больше трехсот. Однако в фотосинтезе участвуют лишь некоторые из них. Каратиноиды играют роль вспомогательных пигментов передающих энергию поглощенных квантов хлорофиллу, что позволяет организмам более полно использовать ту часть видимого спектра, которая не поглощается хлорофиллом. Каратиноиды поглощают от 10 до 20% той энергии солнечного света, которая поглощается всеми пигментами листа. Кроме того, Каратиноиды играют и специфическую роль в деятельности фотосинтетического аппарата растений: хлоропласты перемещаются в клетке только под влиянием синих лучей, поглощаемых каратиноидами. Также являются переносчиками активного кислорода в растениях. Ксантофиллы, или каротинолы, желтые пигменты, - это кислородсодержащие производные каротинов. Является красящим веществом. Ксантофилл - пигмент осенних листьев.
1.4 Спектры поглощения
В спектре четко различают семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
В спектре поглощения хлорофиллов а и b - два ярко выраженных максимума: в красной области 660 и 640 нм, в сине-фиолетовой - 430 и 450 нм (рис.1). В живом зеленом листе спектр поглощения хлорофиллов более широкий и выровненный. Лучи в области 400 - 750 нм, т. е. в зоне поглощения хлорофилла, можно назвать фотосинтетически активными. У хлорофилла а поглощение в синих лучах примерно в 1,3 раза больше, чем в красных, а у хлорофилла b в 3 раза.
Величина квантов и их энергетический потенциал изменяются при этом слева направо: кванты синих лучей значительно богаче энергией, чем кванты красных. Когда свет падает на молекулы хлорофилла, часть энергии квантов рассеиваются в виде тепла, поэтому отраженные кванты несут меньший запас энергии, а длина волны света увеличивается, смещаясь в сторону длины волны красных лучей. Поэтому мы видим красное свечение при освещении хлорофилла белым светом, то есть явление флюоресценции.
Из рисунка 2 видно, что свет всех областей видимого спектра, включая ближние ультрафиолетовую и инфракрасную, поглощается тем или иным пигментом. Учитывая, что ширина полос поглощения этих пигментов составляет примерно 50 нм, можно сделать вывод, что все области спектра используются одной или несколькими формами фотосинтезирующих организмов. Коротковолновая граница используемого света находится около 300 нм и обусловлена началом поглощения озона. Наличие длинноволновой границы света связано с тем обстоятельством, что вода является эффективным экраном для солнечного света с длиной волны больше 1150 нм.
Рисунок 2. Спектр поглощения пигментов фотосинтеза
Высшие растения не содержат бактериохлорофилл, и листья в лесном массиве прозрачны для света с длиной волны выше 700 нм. Это позволяет им оставаться холодными, в то время как ближний инфракрасный свет и тепло достигают земли. При этом тепло рассеивается в виде излучения по всему лесному массиву.
1.5 Приспособления растений к более полному
использованию света Разнообразие световых условий, при которых живут растения на планете, чрезвычайно велико: от таких сильно освещенных местообитаний, как высокогорья, степи, пустыни, меловые обнажения, до сумеречного освещения в пещерах и водных глубинах. В разных местообитаниях различаются не только интенсивность радиации, но и ее спектральный состав, продолжительность освещения растений, пространственное и временное распределение света разной интенсивности и т.д. Соответственно разнообразны и приспособления растений к жизни при том или ином световом режиме. Одно из наиболее наглядных различий внешнего облика растений в разных световых условиях - неодинаковая величина листовых пластинок. Хотя этот признак и связан с наследственными морфологическими особенностями вида, но от него также в большей степени зависит количество радиации, получаемое растением. У светолюбивых растений листья обычно более мелкие, чем у тенелюбивых. Известно, нап