Фотосинтез и продуктивность растений

        Еще со времени Ю. Сакса рост клеток принято делить на три фазы: эмбриональную, растяжения, дифференцировки (рис. 2). Такое разделение носит условный характер. За последнее время внесены изменения в само понимание основных особенностей, характеризующих эти фазы роста. Если прежде считалось, что процесс деления клетки происходит лишь в эмбриональную фазу роста, то сейчас показано, что клетки могут иногда делиться и в фазу растяжения.

Рисунок 2- Диаграммы, иллюстрирующие рост растительной клетки:

1 — деление клетки; 2 —  растяжение клетки; 3 — дифференциация  клетки.

           Важно, что дифференцировка клетки отнюдь не является особенностью только третьей, последней фазы роста. Дифференцировка клеток, в смысле появления и накопления внутренних физиологических различий между ними, проходит на протяжении всех трех фаз и является важной особенностью роста клеток. В третьей фазе эти внутренние физиологические различия лишь получают внешнее морфологическое выражение.[ Гупало, П. И]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          5 Пути повышения интенсивности и  продуктивности фотосинтеза

          Растения на нашей планете проявляют поразительную способность приспосабливаться к окружающей среде, и это прекрасно иллюстрируют пути фотосинтетической фиксации СО2 и их регуляции. Поскольку  фотосинтез служит основой роста, и продуктивности растений, не удивительно, что именно он избран в качестве объекта исследований целью которых является увеличение продуктивности растений.

          На продуктивность растений влияет большое число факторов: распределение продуктов фотосинтеза и их перемещение, развитие семян и корневой сисемы, структура и форма растения, устойчивость к болезням, эффективность использования воды и поглощения миниральных веществ и т. д. ; этот список далеко не полн. Многие из перечисленных факторов влияют на фиксацию CO2

          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".

"Парниковый эффект" обусловлен тем, что при наличии  большого количества углекислого  газа атмосфера начинает сильнее  задерживать испускаемые поверхностью  Земли тепловые лучи. Перегрев  планеты может привести к таянию  льдов в полярных областях  и в высокогорьях, к поднятию  уровня Мирового океана, к сокращению  площади суши, в том числе занятой  культурной растительностью.

          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.

          Путь преодоления отрицательного влияния низкой концентрации углекислого газа в атмосфере на урожай - распространение таких форм растений, которые очень интенсивно фотосинтезируют даже при ничтожно малом его содержании.

          У них рекордные показатели интенсивности фотосинтеза. Распространение таких растений, дальнейшее изучение особенностей их фотосинтеза представляется весьма нужным и перспективным.

Повысить эффективность использования солнечной энергии в ходе фотосинтеза можно, расположив растения на оптимальном расстоянии друг от друга. В изреженных посевах значительная часть света пропадет зря, а вот в загущенных растения затеняют друг друга, их стебли становятся длинными и ломкими, легко полегающими от дождя и ветра.

          В том и другом случае происходит снижение урожая. Вот почему очень важно выбрать для каждой культуры наиболее оптимальное расстояние.

При этом следует учитывать, что оптимальная плотность посевов может быть различной в зависимости от обеспеченности растений водой, элементами минерального питания и от их особенностей. К сожалению, многие агрономы не принимают во внимание названные факторы, поэтому так медленно растет продуктивность наших полей.

          Как известно, процесс фотосинтеза осуществляется в особых органоидах - хлоропластах. Здесь происходит множество реакций, прежде чем из углекислого газа и воды образуются молекулы органических веществ. Управлять этими процессами, безусловно, непросто, но возможно.

Об этом свидетельствует тот факт, что интенсивность фотосинтеза у разных растений неодинакова. У одних листовая поверхность площадью в 1 квадратный дециметр усваивает за час от четырех до семи миллиграммов СО2, а у других - 60-80 и даже 100, то есть в 20 раз больше!

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. [Шульгин И. А.и др., 1973]

 

 

 

 

          6 Характерные черты светолюбивых и тенелюбивых сообществ растений

            В.Н. Любименко предложил выделять три группы растений по отношению к свету: гелиофиты (от греч. гелиос – солнце) или светолюбивые, сциофиты (от греч. скиа – тень) или тенелюбивые и теневыносливые. Они отличаются прежде всего положением светового оптимума или кардинальных точек светового довольствия. Они отличаются прежде всего положением светового оптимума и кардинальных точек светового довольствия.(рис.3)

      

Рисунок 3- Экологические оптимумы растений по отношению к свету.         (1- тенелюбивый вид; 2- светолюбивый вид; 3- теневыносливый вид.)

          У гелиофитов световое довольствие находится в области почти полного освещения, и сильное затененение их угнетает. Световое довольствие этих растений близко 100%, они растут на открытых местообитаниях. К этой группе относят виды жарких пустынь , тундр, высокогорий, скал и каменистых осыпей, дорог и т.д. Гелиофитами являются в частности сосна обыкновенная, береза повислая, мать- и – мачеха и др.

          Теневыносливые растения имеют  широкую экологическую амплитуду  по отношению к свету, и их  точнее называть свето- и теневыносливыми. Их максимальное световое довольствие 100% , а минимально разнообразно и характеризует способность углубления в тень. Как правило они лучше растут при большой освещенности, но хорошо адаптируются к слабому свету. К этой группе относят многие лесные травы.

          К тенелюбивым видам принадлежат  растения сильно затененных мест  обитания ( пещеры, расщелины скал, водяные глубины и слои почвы, где живут водоросли) сравнительно редки. Среди сциофитов много лесных видов нижных ярусов ( мхи, папоротники, ряд трав и др.) Оказавшись на вырубке, эти растения желтеют из- за разрушения хлорофилла, и вскоре погибают. К таким растениям относят многие комнатные растения, являющиеся выходцами из травяного покрова эпифитов тропических лесов.

 

            6.1 Размеры листьев световых и теневых растений

            Размер листьев – экологически очень важный параметр. Действительно, одно из наиболее наглядных различий внешнего облика растений в разных световых условиях- это неодинаковая величина их листовых пластинок. От него в большой степени зависит количество радиации, получаемое растением. Уже простые модели, основанные на оптимизации использования воды листом (количество граммов СО2, ассимилированного на 1г израсходованной воды), являющейся мерой производительности растения, предсказывают существование нескольких размерных листьев. Например, крупных урастений затененных валажных теплых мест и мелких- у растений холодных или более теплых и одновременно солнечных местообитаний ( рис. 4)

 

Рисунок 4- Схема распределения размеров листьев в зависимости от условий обитания растений. Заштрихованный участок соответствует преобладающим в природе условиям

          При одинаковом вообеспечении у светолюбивых растений листья обычно мельче, чем у тенелюбивых. Это хорошо видно при сравнении родственных видов, живущих при разном освещении. Мелколистные колокольчики, например поникший и круглолистный растут на лугу, а колокольчики с широкими листьями, такие, как крапиволистный и широколистный, обитают в лесу. Фиалка полевая, растущая на полях, лугах и опушках, имеет более мелкие листья, чем лесные фиалки удивительная и волосистая.

          

6.2 Особенности расположения листьев у световых и теневых растений

 

          Морфологической адаптацией является и разное расположение листовых пластинок в пространстве в условиях избытка или недостатка света.У гелиофитов листья обычно ориентированы так, чтобы избежать избыточного полуденного света. Их листовые пластинки расположены вертикально или под большим углом к горизонту, поэтому днем листья получают лишь скользящие лучи. Среди древесных пород такое расположение листьев характерно для эвкалиптов, поэтому в эвкалиптовых лесах так светло. Пластинки листочков сложных листьев мимоз и акаций тоже демонстрируют такое расположение. У лебеды листья меняют положение, сворачиваясь и складываясь при этом. (рис. 5)

Рисунок 5- Реагирование листьев лебеды. А- сворачивание листьев на брюшную сторону; Б- компасность.

          Другая адаптация, связанная с  необходимостью ослабления получаемой  радиации, встречается у компасных  растений. У них листовые пластинки  расположены в одной плоскости, которая ориентирована с севера  на юг, поэтому в полдень приход  солнца к листьям минимален. Типичным компасным растениям является дикий латук, растущий в степях, на опушках и других открытых местах обитания. У теневыносливых растений, растущих при ослабленном освещении, напротив, листья направлены так, чтобы максимизировать поглощение света.

      

6.3 Особенности организации пластидного аппарата световых и теневых листьев.

 

Известным приспособлением, уменьшающим затенение, является листовая мозаика, получающаяся при расположении листьев в одной плоскости. (рис. 6)

Рисунок 6- Листовая мозаика у плюща.

          На уровне хлоропластов световые и теневые листья тоже имеют различия. Листья гелиофитов мелкоклеточные и потому содержат хлоропластов относительно немного. В условиях сильной освещенности число хлоропластов, приходящееся на единицу площади листовой пластинки, оказывается в несколько раз больше, чем у растений в затенении. Сами хлоропласты у гелиофитов более мелкие и светлые ( с меньшим содержанием хлорофилла), а у сциофитов- крупные и темные( рис.7)

Рисунок 7- Различие величины хлоропластов у разных по отношению к свету растений. А- теневыносливые виды; Б- светолюбивые виды. Древесные породы: 1- тисс, 2-лиственница. Травянистые растения дубового леса: 3- копытень, 4- чистяк весенний.

        Поскольку интенсивность фотосинтеза генетически определена рядом признаков ( числом хлоропластов, активностью еденичного хлоропласта) эффективное жизниобеспечение у разных типов растений достигается за счет изменения их количества соотношений. [Афанасьева, Н.Б.]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Заключение

         В процессе написания реферативной работы проработан материал по теме фотосинтез. Выявлены светолюбивые и тенелюбивые растения, их приспособления к факторам, оказывающих на них влияние, особенности размеров листьев, дано определение «фотосинтез»

        Источником энергии для всех процессов на нашей планете, служит Солнце, а процесс фотосинтеза необходим для поддержания всех форм жизни на Земле.

        Фотосинтез - это синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света. Свет оказывает огромное влияние на протекание фотосинтеза, от этого зависит продуктивность растений, а так же  процесс образования органических веществ из неорганических.

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Библиографический список

1. Афанасьева, Н.Б, Березина Н.А./ Введение в экологию растений :  учебное пособие для студентов высших учебных заведений/ Н.Б. Афанасьева [и др] - Москва : Изд-во Московского университета, 2011. - 799 с
2. Гупало, П. И., Скрипчинский, В. В/ Физиология индивидуального развития растении/ П.Н.Гупало [и др]. – Колос, -1971 М.
3. Кузнецов, В.В. Г.А. Дмитриева /Физиология растений / В.В. Кузнецов,. – М.: Высшая школа, 2005. - 736 с.
4. Леопольд, А. /Рост и развитие растений./ А,Леопольд / -М.: Мир, 1968.-494с.
5. Тарчевский, И.А./ Основы фотосинтеза / И.А.Тарчевский. – М.: Высш.шк., 1977. – 253 с.
6. Шульгин И. А./ Растение и солнце./ И. А, Шульгин .- Л.: Гидрометеоиздат. 1973г. -252 с