Функции фотосинтеза¶
Фотосинтез — это процесс преобразования энергии света в химическую энергию органических веществ, осуществляемый зелёными растениями, водорослями и рядом прокариот. В биологии под функциями фотосинтеза понимают совокупность биохимических и физиологических процессов, которые он выполняет в организме растения и в экосистеме в целом. Ключевые функции — синтез органических веществ, выделение кислорода, преобразование и накопление энергии, участие в круговороте веществ.
¶Основные функции
Функции фотосинтеза принято разделять на две группы: физиологические (внутри растения) и экологические (в экосистеме).
¶Физиологические функции
- Синтез органических веществ. Из неорганических соединений — углекислого газа и воды — образуются органические вещества, прежде всего глюкоза и другие сахара. Общий уравнение процесса: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Продукты фотосинтеза используются растением для построения белков, жиров, целлюлозы и других соединений.
- Выделение кислорода. В ходе световой стадии фотосинтеза вода распадается с выделением молекулярного кислорода, который поступает в атмосферу через устьица листа. Этот кислород необходим для дыхания всех аэробных организмов.
- Накопление энергии. Световая энергия преобразуется в энергию химических связей органических молекул. Растения запасают её в виде крахмала, сахара и липидов, которые затем расходуются на рост, развитие и размножение.
- Обеспечение дыхания. Продукты фотосинтеза служат субстратом для клеточного дыхания, при котором энергия высвобождается и используется растением в тёмное время суток и в тканях, не участвующих в фотосинтезе (корни, плоды).
¶Экологические функции
- Кислородная функция. Фотосинтезирующие организмы — основной источник кислорода в атмосфере Земли. Около 99 % кислорода атмосферы образуется в результате этого процесса.
- Углеродная функция. Растения поглощают углекислый газ из атмосферы, участвуя в круговороте углерода и снижая концентрацию парниковых газов.
- Продуцентная функция. Растения — первичные продуценты в пищевых цепях и сетях. Органические вещества, созданные ими, становятся источником питания для консументов всех трофических уровней.
- Водоохранная функция. Корневая система растений участвует в круговороте воды, предотвращая эрозию почвы и влияя на влажность воздуха.
¶Стадии фотосинтеза
Фотосинтез состоит из двух последовательных стадий.
¶Световая стадия
Происходит в тилакоидах хлоропластов. Хлорофилл поглощает свет, энергия которого используется для расщепления воды (фотолиз), синтеза АТФ и восстановления НАДФ⁺. Выделяется кислород. Световая стадия не зависит от температуры, но требует наличия света.
¶Темновая стадия (цикл Кальвина)
Происходит в строме хлоропласта. Используются АТФ и НАДФ·H, синтезированные на световой стадии, для восстановления углекислого газа до углеводов. Темновая стадия зависит от температуры и концентрации CO₂.
¶Факторы, влияющие на фотосинтез
Скорость фотосинтеза определяется рядом факторов:
| Фактор | Влияние |
|---|---|
| Освещённость | При низкой освещённости фотосинтез ограничен светом; при высокой — наступает световое насыщение |
| Температура | Оптимум для большинства растений 20–30 °C; выше 40 °C ферменты денатурируют |
| Концентрация CO₂ | Повышение концентрации увеличивает скорость до определённого предела |
| Водоснабжение | Засуха вызывает закрытие устьиц и снижение фотосинтеза |
¶Значение для человека
Фотосинтез лежит в основе сельского хозяйства: урожайность культурных растений напрямую зависит от интенсивности этого процесса. Используемые человеком ископаемые виды топлива (уголь, нефть, газ) — это в конечном счёте запасённая в прошлом энергия фотосинтеза. Современные исследования направлены на изучение механизмов фотосинтеза с целью повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и создания искусственных систем, имитирующих этот процесс.
¶История изучения
Роль света в образовании органических веществ впервые обосновал в 1771 году Джозеф Пристли. В 1779 году Ян Ингенхауз показал, что процесс идёт только на свету и с участием зелёных частей растения. В 1804 году Никола де Соссюр доказал, что растения используют воду для синтеза органических веществ. В 1937 году Роберт Хилл экспериментально показал, что выделение кислорода не требует углекислого газа, разделив тем самым световую и темновую стадии.
¶Источники
- Таубер В., Таубер-Ковач М. Ботаника. — М.: Мир, 1981.
- Мамонтов С. Г., Захаров В. Б., Сонин Н. К. Биология. Общие закономерности. — М.: Дрофа, 2004.
- Хлопов В. М. Ботаника. — М.: Колос, 2006.