В течениие тысячелетий люди считали что питается растение исключительно благодаря корням поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы

Fotosintez va fotokatalitik jarayon


Reja

1. Fotosintez tarixi.

2. Varaqda sodir bo'ladigan jarayonlar.
3. Fotosintez haqidagi zamonaviy fikrlar.
4. Fotosintezning tabiatdagi roli.


Adabiyotlar ro'yxati


Fotosintez tarixi.
Ming yillar davomida odamlar o'simlik faqat ildizlar bilan oziqlanadi, ularning yordami bilan tuproqdan barcha kerakli moddalarni o'zlashtiradi, deb ishonishgan. Gollandiyalik tabiatshunos Yan Van Helmont XIX asrning boshlarida bu nuqtai nazarni sinab ko'rishni o'z zimmasiga oldi. U yerni qozonda o‘lchab, o‘sha yerga tol niholini ekdi. Besh yil davomida u daraxtni sug'ordi, keyin yerni quritib, uni va o'simlikni tortdi. Tolning vazni etmish besh kilogramm edi, yerning vazni esa bir necha yuz grammga o'zgargan edi. Olimning xulosasi quyidagicha edi - o'simliklar ozuqa moddalarini birinchi navbatda tuproqdan emas, balki suvdan oladi.
Ikki asr davomida fanda suv bilan oziqlanish nazariyasi o'rnatildi
o'simliklar. Barglar, bu nazariyaga ko'ra, faqat o'simlikning ortiqcha namlikni bug'lanishiga yordam berdi.
Olimlar o'simliklarning havo bilan oziqlanishi haqidagi eng kutilmagan, ammo to'g'ri taxminga faqat XIX asrning boshlarida kelishdi. Bu jarayonni tushunishda 1771 yilda ingliz kimyogari Jozef Pristli kashfiyoti muhim rol o'ynadi. U tajriba o'tkazdi, natijada u shunday xulosaga keldi: o'simliklar havoni tozalaydi va uni nafas oladi. Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, o'simlik havoni tozalashi uchun yorug'lik kerak.
O'n yil o'tgach, olimlar o'simlik nafaqat karbonat angidridni kislorodga aylantirganini tushunishdi. Karbonat angidrid o'simliklarning yashashi uchun zarur, u ular uchun haqiqiy oziq-ovqat bo'lib xizmat qiladi (suv va mineral tuzlar bilan birga).
O'simliklarning havo bilan oziqlanishi fotosintez deb ataladi. Kislorod fotosintez jarayonida noodatiy mahsulot sifatida chiqariladi.
Milliardlab yillar oldin er yuzida erkin kislorod yo'q edi. Sayyoramizning deyarli barcha tirik mavjudotlari nafas oladigan barcha kislorod fotosintez jarayonida o'simliklar tomonidan chiqariladi. Fotosintez sayyoramizning butun qiyofasini o'zgartirishga muvaffaq bo'ldi!
O'tgan asrning 70-yillaridan boshlab Rossiyada fotosintez sohasida katta muvaffaqiyatlarga erishildi. Rus olimlari Purievich, Ivanovskiy, Rikter, Ivanov, Kostychevlarning asarlarida bu jarayonning ko'p jihatlari o'rganildi.
Fotosintezning ahamiyati nisbatan yaqin vaqtgacha tushunilmagan. Aristotel va Gretsiyaning boshqa olimlari hayvonlarning hayotiy jarayonlari oziq-ovqat iste'moliga bog'liqligini ko'rib,
O'simliklar "oziq-ovqat" ni tuproqdan oladi, deb ishonilgan.
Uch yuz yildan sal muqaddam, birinchi murakkab biologik tajribalardan birida gollandiyalik shifokor Yan Van Helmont o'simlikni bir nechta tuproq bilan oziqlantirayotganini isbotladi. Van Xelmont sopol idishda kichik tol daraxtini o'stirib, unga faqat suv qo'shgan.
Besh yil o'tgach, igna massasi 74,4 kg ga oshdi, tuproq massasi esa atigi 57 g ga kamaydi.
18-asrning oxirida ingliz olimi Jozef Pristli "tasodifan sham yoqish natijasida buzilgan havoni tuzatish usulini topdi" deb xabar berdi. 1771 yil 17 avgustda Pristli "... yalpizning tirik novdasini mum sham yonayotgan yopiq idishga joylashtirdi" va o'sha oyning 21-kunida "... yana bir sham yana yonishi mumkinligini aniqladi. xuddi shu kema." "Tabiat bu maqsadlar uchun foydalanadigan tuzatish printsipi," Pristlining fikriga ko'ra, "o'simlik". U o'z kuzatishlarini kengaytirdi va tez orada o'simlik tomonidan "tuzatilgan" havo "sichqoncha uchun unchalik yaroqsiz" emasligini ko'rsatdi.
Pristlining tajribalari birinchi marta Yerdagi havo nima uchun "toza" bo'lib qolishi va son-sanoqsiz yong'inlar yonishi va ko'plab tirik organizmlarning nafas olishiga qaramay, hayotni qo'llab-quvvatlashi mumkinligini tushuntirishga imkon berdi. U shunday dedi: “Biz bu kashfiyotlar tufayli o‘simliklar bejiz o‘smasligiga, balki atmosferamizni tozalab, obod etishiga aminmiz”.
Keyinchalik, gollandiyalik shifokor Yan Ingenhaus (1730-1799) Priestleyning ishini tasdiqladi va havo faqat quyosh nuri va faqat o'simlikning yashil qismlari bilan "tuzatishini" ko'rsatdi. 1796 yilda Ingenxaus karbonat angidridning fotosintez jarayonida C va O2 ga parchalanishini va O2 gaz holida ajralib chiqishini taklif qildi. Keyinchalik, qand va kraxmal tarkibidagi uglerod, vodorod va kislorod atomlarining nisbati shunday ekanligi aniqlandiki, bitta uglerod atomi suvning bir molekulasiga to'g'ri keladi, bu "uglevodlar" so'zi bilan ko'rsatilgan. Uglevodlar C va H2O dan hosil bo'ladi, O2 esa karbonat angidriddan ajralib chiqadi, deb umumiy qabul qilingan. Bu juda asosli gipoteza keng qabul qilindi, ammo keyinchalik ma'lum bo'lishicha, bu mutlaqo noto'g'ri edi.
Ushbu umume'tirof etilgan nazariyani rad etgan tadqiqotchi Stamford universitetidan Kornelius van Niel edi, u hali aspirant bo'lganida turli xil fotosintetik bakteriyalarning metabolizmini o'rgangan. Bunday bakteriyalarning bir guruhi binafsha oltingugurt bakteriyalari C ni uglevodlarga kamaytiradi, lekin O2 ni chiqarmaydi. Binafsha oltingugurt bakteriyalari fotosintez uchun vodorod sulfidiga muhtoj. Fotosintez natijasida oltingugurt zarralari bakteriya hujayralari ichida to'planadi. Van Niel ushbu bakteriyalar uchun fotosintez tenglamasini quyidagicha yozish mumkinligini aniqladi:
yorug'lik
C O2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S

Van Niel dadil bayonot berib, quyidagi umumiy fotosintez tenglamasini taklif qilmaguncha, bu fakt tadqiqotchilarning e'tiborini tortmadi:

_yorug'lik
C O2 + 2H2A (CH2O) + H2O + 2A

Ushbu tenglamada H2A suv yoki vodorod sulfidi yoki erkin H2 kabi boshqa oksidlanadigan moddadir. Yashil o'simliklar va suv o'tlarida H2A = H2O. Ya'ni, van Niel fotosintez jarayonida karbonat angidrid emas, balki H2O parchalanishini taklif qildi. O'ttizinchi yillarda ilgari surilgan bu ajoyib g'oya keyinchalik tadqiqotchilar O2 (18O2) og'ir izotopidan foydalanib, kislorodning suvdan gazsimon holatga o'tish yo'lini aniqlaganlarida, eksperimental tarzda isbotlandi:

_yorug'lik
S O2 + 2N218O2 (CH2O) + N2O + 18O2

Shunday qilib, suv elektron donor bo'lib xizmat qiladigan suv o'tlari yoki yashil o'simliklar uchun umumiy fotosintez tenglamasi quyidagicha yoziladi:

_yorug'lik
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Fotosintez (foto... va sintez) — yuksak oʻsimliklar, suvoʻtlar va ayrim fotosintezlovchi bakteriyalarda xlorofill va boshqa fotosintetik pigmentlar oʻzlashtiradigan yorugʻlik energiyasi hisobiga oddiy birikmalardan murakkab moddalar hosil boʻlishi. F. tabiatda sodir boʻladigan eng, muhim biologik jarayonlardan biri. F.da quyosh energiyasi organik birikmalardagi kimyoviy energiyaga aylanadi. F.da hosil boʻlgan organik birikmalar barcha tirik organizmlar uchun asosiy hayot manbai hisoblanadi. F.da barcha tirik organizmlarning nafas olishi uchun zarur boʻlgan kislorod atmosferaga ajralib chikadi. F. haqidagi dastlabki maʼlumotlar ingliz botanigi va kimyogari S. Geyls (1727), rus olimi M.V.Lomonosov (1753) ishlarida keltiriladi. Ammo F.ni tajribalar orqali oʻrganish ingliz kimyogari J.Pristli (1771), golland tabiatshunosi J.Senebye (1782), shveysariyalik olim T. Sossyur (1804) va boshqalarning ishlari bilan boshlandi. Nemis fiziologi Yu.Saks (1863) barglardagi xloroplastlarda kraxmal sintezlanishini koʻrsatadi. F.da kislorod hosil boʻlishi jarayonini nemis fiziologi T.V.Engelman (1881) oʻrgangan. F.da yorugʻlik nurining ahamiyati 19-asrning oʻrtalaridan oʻrganila boshlandi. Rus olimi K.A.Timiryazev (1875) yorugʻlik energiyasining oʻsimlikdagi xlorofill orqali fotosintetik oʻzgarishlar jarayonida ishtirok etishini koʻrsatdi. 19-asrning oʻrtalaridan boshlab F.ni oʻrganishda yangi metodlar (gaz analizi, izotop metodi, spektroskopiya, elektron mikroskopiya usullari va boshqalar) qoʻllanila boshlangandan soʻng F.da xlorofillning qatnashish mexanizmlari ishlab chiqildi.
Rus biokimyogari A.N.Bax (1893) F. da SO2 assimilyatsiyasi suv vodorodi va gidroksil guruhi ishtirokidagi oksidlanishqaytarilish jarayonidan iborat ekanligi haqida fikr bildirdi.
Gollandiyalik mikrobiolog K. B. Van Nil bakteriyalar va oʻsimliklar F.ini solishtirib, birlamchi F.ning fotokimyoviy jarayoni suvning dissotsialanishidan iboratligini aniqladi. Fotosintezlovchi bakteriyalar (sianobakteriyalardan tashqari) H2S, N2, SN3 va boshqa qaytaruvchilarga muhtoj boʻlgani uchun kislorod ajratmaydi. F.ning bu xili fotoreduksiya deyiladi. Yashil yoki purpur oltingugurt bakteriyalari uchun F.ning umumiy formulasi quyidagicha boʻladi.
F.ning dastlabki jarayonlari xloroplastlar tilakoidlarida roʻy beradi; uglevodlar esa stromada sintezlanadi. Keyinchalik AQSH olimi D.I.Arnon xloroplastlar membranasini ajratib olib, uning stromasida NADFN va ADF ishtirokida SO2 assimilyatsiyasi roʻy berishini kuzatadi: SO2 +ADF + " [ S]uglevod qorongʻulikFotosintezlovchi bakteriyalar molekulyar kislorod ajratmaydi va kabul qilmaydi; ularning koʻpchiligi anaerob oziklanadi. Turli xil organizmlardagi F. jarayonining umumiy sxemasi quyidagicha:Bunda DN2 — donor, A — akseptor, AN2 — fotosintez mahsuloti.
Fotosintez sistemasi xlorplastlarda joylashgan (qarang Xloroplastlar). F. apparatining eng muhim komponenti xlorofill xlorofillin va ikki karbon kislotasi murakkab efiridan iborat. Uning yashil rangi tarkibidagi magniy ionlariga bogʻliq. F.da karotinoidlar ham qatnashadi. Karotinoidlar koʻkbinafsha va koʻk (480— 530 nm) nurlarni yutib, ular energiyasini xlorofill ("ya")ga uzatadi. 400 dan ortiq karotinoidlar aniqlangan. Koʻkyashil suvoʻtlar (sianobakteriyalar), qizil suvoʻtlar va ayrim dengiz kriptomonadalarida xlorofill "a" va karotinoidlar bilan birga fikobilin pigmentlari ham bor. Ular xlorofill yutishi mumkin boʻlgan nurlar maksimumi oraligʻidagi nurlarni yutadi. Oʻsimliklarda F.da fikobilinlardan fitoxrom pigmenti ham qatnashadi. Fitoxrom, asosan, qizil va infraqizil nurlarni yutib, xlorofillga uzatadi. F.ning yorugʻlik bosqichida xlorofill molekulasi tomonidan boshqa pigmentlar (xlorofill "", karotinoidlar, fikobilinlar) ishtirokida yorugʻlik energiyasi yutilib, bu energiya ADF va NADF birikmalarining kimyoviy yoruglik energiyasiga aylanadi. Xlorofill yorugʻlik energiyasini kvantlar yoki fotonlar holida yutadi. Yutilgan energiya taʼsirida xlorofilldagi elektronlar qoʻzgʻalgan holatga oʻtadi. Bunda elektron asosiy (S0) pogʻonadan birinchi singlet (S1) pogʻonaga oʻtadi. Bu jarayon juda kiska vaqt (10"9 sek) davom etadi. Shu qisqa vaqt davomida elektron oʻz energiyasini sarflab, kvant yutadigan holat (S1—>S°) ga qaytadi. Agar elektron toʻlqin uzunligi ultrabinafsha nurlardan bir kvant yutsa, yanada yuqoriroq singlet (S2) pogona (S°"S2)ra oʻtadi. Shundan soʻng qisqa vaqt ichida (10 13 sek) elektronlar ikkinchi singlet birinchi pogʻonaga (S2—>S’) tushadi. Kvant energiyasining bir qismi esa issiqlikka aylanadi. Fotokimyoviy jarayonlarda, asosan, birinchi singlet (S1) holatdagi elektronlar, ayrim xrllarda triplet (T1) holatdagi elektronlar ishtirok etadi. Shunday qilib, xlorofill molekulasi yutgan kvant energiya, asosan, F. reaksiyalari uchun sarf boʻladi va molekuladan yorugʻlik yoki issiklik energiyasi holida ajraladi. F. reaksiyalarida yorugʻlik energiyasining samaradorligi yutilgan kvant hisobiga ajralib chiqqan O2 yoki oʻzlashtirilgan SO2 miqdori bilan belgilanadi. F.da bir molekula SO2 toʻla oʻzlashtirilishi uchun 502 kJ energiya sarflanadi. Agar har bir kvant nur 171 kJ energiyaga ega boʻlishi hisobga olinadigan boʻlsa, u holda SO2+N2O—> [SN2O] + O2 jarayonining toʻla amalga oshishi uchun 700 nm uzunlikdagi 3 kvant nur zarur. Pekin yutilgan kizil nurlarning foydali ish koeffitsiyenta 40% boʻlganidan bir molekula SO2 oʻzlashtirilishi uchun 8 kvant nur zarur. R. Emerson (1957) xlorella suv oʻtida oʻtkazgan tajribalarida nurlarning aralash spektrlarida F.ning samaradorligini aniqladi. Mac, 710 nm qizil nurdan 1000 kvant yutilganda 20 mol. O2, 650 nm nurlar uchun esa bu koʻrsatkich 100 molekula O2ga teng boʻladi. 710 va 650 nm nurlar bir vaqtning oʻzida taʼsir etganda 160 mol O2 ajralib chiqqan. Bu hodisa Emerson effekti deyiladi.
F. oʻsimliklar mahsuldorligini belgilovchi jarayon. F. mahsuldorligi 1 m2 barg yuzasi hisobiga 1 soat davomida oʻzlashtirilgan SO2 yoki hosil boʻlgan organik modda miqdori bilan belgilanadi. F.ning sof mahsuldorligi esa oʻsimlik quruq massasining uning barglari yuzasi hisobiga bir kechakunduz davomidagi miqdoriy ortishi tushuniladi. Koʻpchilik hollarda ushbu koʻrsatkich 5—12 g/m2 ga yaqin. Yorugʻlik — F.ni asosiy harakatga keltiruvchi kuch. Yorugʻlik nurlarining fotosintetik faol (400—700 nm) qismini 80— 85% koʻzga koʻrinadigan nurlar va 25% ini infraqizil nurlar tashkil etadi; jami Quyosh nurining 55% ini barglar yutadi. Ammo fakat ularning 1,5—2% F. jarayoniga sarflanadi va issiklik holida tarqaladi. F. jarayoni har xil oʻsimliklarda bir xil tezlikda bormaydi. Mas, yorugʻsevar oʻsimliklar uchun ushbu koʻrsatkich 10000— 40000 lyuks boʻlsa, soyaga chidamli oʻsimliklar uchun 10 baravar kam — 1000 lyuksdir. Yorugʻlik miqdorining biror oʻsimlik uchun haddan tashqari koʻp boʻlishi xlorofill va xloroplastlarning yemirilishi hamda mahsuldorlikning pasayishiga olib keladi. F.da sarf boʻlgan SO2 miqdorining nafas olishda ajralib chiqqan SO2 miqdoriga teng boʻlgan yorugʻlik darajasi yoruglikning kompensatsion nuqtasi deyiladi. Oʻsimliklarning oʻsishi va rivojlanishi uchun yorugʻlik miqdori kompensatsion nuqtadagiga nisbatan birmuncha yuqori boʻlishi lozim. F.da nurlarning spektral tarkibi ham katta ahamiyatga ega. Katta energiyaga ega boʻlgan kizil nurlar taʼsirida F. juda tezlashadi. Koʻk nurlar energiyaga boy boʻladi, lekin oʻsimlik bu nurlardan fotokimyoviy reaksiyalarda foydalangunicha energiyaning bir qismi issiklik energiyasiga aylanib tarqalib ketadi. Shuning uchun koʻk nurlarning samaradorligi past boʻladi. Agar oʻsimlikka qizil va koʻk nurlar 1:4 nisbatda taʼsir ettirilsa, F. jadallashib, uning samaradorligi oshadi. F. uchun zarur boʻlgan SO2 gazining atmosfera havosidagi miqdori nisbatan kam (0,03%). Atmosferada SO2 miqdori 0,008% boʻlganda F. boshlanadi. Bu gaz miqdori oshib borishi bilan F. ham jadallashib 0,3% koʻrsatkichda eng yuqori darajaga yetadi. Shuning uchun issiqxona oʻsimliklarini SO, bilan qoʻshimcha oziqlantirish hisobiga hosildorlikni oshirish mumkin.
Suv — F.da ishtirok etuvchi moddalardan biri, O2 va N2 ning manbai hisoblanadi. Oʻsimlikning suv bilan doimiy taʼminlanishi barg ogʻizchalarining faoliyatini belgilaydi. Barcha biokimyoviy va fiziologik jarayonlarning jadalligi hujayralarning suv bilan taʼminlanishiga bevosita bogʻliq. Suv yetishmasligi F.da elektronlarning halqali va halqasiz tashilishiga hamda fosforlanishga salbiy taʼsir etadi.
Ildiz tuprokdan turli xil oziq elementlarini oʻzlashtiradi. Bu elementlar hujayra va uning tuzilmalari tarkibiga kiradi. Oʻsimlikning havodan va ildizdan oziqlanishi oʻzaro uzviy bogʻliq. Mac, azot va fosfor xloroplastlarning shakllanishida hamda ularda kechadigan jarayonlarda faol ishtirok etadi. Bu elementlar yetishmasa xloroplastlar tuzilishida va funksiyasida chuqur oʻzgarishlar sodir boʻladi. F. aerob sharoitda oʻtishi tufayli ushbu jarayonda kislorod muxim ahamiyatga ega. Bu esa oʻsimlikning kislorod bilan muqobil taʼminlanishini talab qiladi. Ammo havoda kislorodning koʻpayib ketishi F.ga salbiy taʼsir koʻrsatishi mumkin. Hosildorlikni koʻpaytirish uchun oʻsimlikning quyosh nuridan foydalanish koeffitsiyentini oshirish zarur. Bunda har bir oʻsimlik uchun SO2 suv va tuproqdagi oziq moddalar yetarli miqdorda boʻlishi zarur.
F.ning jadalligi bargning anatomik tuzilishi, ferment sistemasining faolligi va boshqa omillarga bogʻliq. F. jadalligini oshirishda oʻsimliklar seleksiyasining ham ahamiyati katta. Chunki SO2 ni tez oʻzlashtira oladigan va hosil boʻlgan organik moddalardan samarali foydalanadigan yangi navlarni yaratish mumkin.
F. tabiatda eng muxim biologik jarayonlardan biri. F. tufayli har yili quruqlikda 100—172 mlrd. t, dengiz va okeanlarda 60—70 mlrd. t (quruq ogʻirlikka nisbatan) organik modda hosil boʻladi. F. tufayli atmosferadagi SO2 miqdori doimiy (0,03%) saqlanib turadi. F. natijasida bir yil davomida atmosferaga tirik organizmlar nafas olishi uchun zarur boʻlgan 70— 120 mlrd. t. ga yakin erkin kislorod ajraladi. Bu jarayonda oʻrmonlar, ayniqsa katta ahamiyatga ega. Mas, 1 ga oʻrmon daraxtlari bahor va yoz oylarida 1 kishi nafas olishi uchun yetarli miqdorda kislorod ajratadi. Kislorod atmosferaning yuqori (25 km) qatlamida ozon (O3) halqani hosil qilib, tirik organizmlarni ultrabinafsha nurlardan himoya qiladi (qarang Ozon). F. energetikasi hamda mexanizmini oʻrganish kelajakda kishilik jamiyatini energiya va oziq-ovqat, ishlab chiqarishni xom ashyo bilan taʼminlash masalasini hal etishda juda katta ahamiyatga ega.

varaqdagi jarayonlar.

Barg uchta muhim jarayonni bajaradi - fotosintez, suvning bug'lanishi va gaz almashinuvi. Barglardagi fotosintez jarayonida quyosh nuri ta'sirida suv va karbonat angidriddan organik moddalar sintezlanadi. Kun davomida, fotosintez va nafas olish natijasida o'simlik kislorod va karbonat angidridni, kechasi esa nafas olish jarayonida hosil bo'lgan faqat karbonat angidridni chiqaradi.
Aksariyat o'simliklar xlorofillni kam yorug'likda sintez qila oladi. To'g'ridan-to'g'ri quyosh nurida xlorofill tezroq sintezlanadi.
Fotosintez uchun zarur bo'lgan yorug'lik energiyasi ma'lum chegaralarda qanchalik ko'p so'rilsa, barg shunchalik kamroq qorayadi. Shuning uchun, evolyutsiya jarayonida o'simliklar barg plastinkasini yorug'lik tomon burish qobiliyatini rivojlantirdi, shunda unga ko'proq quyosh nuri tushadi. O'simlikdagi barglar bir-biriga zulm qilmaslik uchun joylashtirilgan.
Timiryazev fotosintez uchun energiya manbai asosan spektrning qizil nurlari ekanligini isbotladi. Bu xlorofillning yutilish spektri bilan ko'rsatiladi, bu erda eng qizg'in so'rilish zonasi qizil rangda, kamroq intensiv - ko'k-binafsha qismida kuzatiladi.
Xloroplastlarda xlorofill bilan birga karotin va ksantofil pigmentlari mavjud. Bu pigmentlarning ikkalasi ham ko'k va qisman yashil nurlarni o'zlashtiradi va qizil va sariq rangni uzatadi. Ba'zi olimlar xlorofillni ko'k nurlarning zararli ta'siridan himoya qiluvchi ekranlar rolini karotin va ksantofillga bog'lashadi.
Fotosintez jarayoni bir qator ketma-ket reaktsiyalardan iborat bo'lib, ularning ba'zilari yorug'lik energiyasini singdirish bilan, ba'zilari esa qorong'ida. Fotosintezning barqaror yakuniy mahsulotlari uglevodlar (qand, keyin kraxmal), organik kislotalar, aminokislotalar va oqsillardir.
Turli sharoitlarda fotosintez turli intensivlikda davom etadi.
Fotosintezning intensivligi o'simlikning rivojlanish bosqichiga ham bog'liq. Fotosintezning maksimal intensivligi gullash bosqichida kuzatiladi.
Havodagi karbonat angidridning odatdagi miqdori hajmi bo'yicha 0,03% ni tashkil qiladi. Havodagi karbonat angidrid miqdorini kamaytirish fotosintezning intensivligini pasaytiradi. Karbonat angidrid miqdorini 0,5% ga oshirish fotosintezning intensivligini deyarli proportsional ravishda oshiradi. Biroq, karbonat angidrid miqdorining yanada oshishi bilan fotosintezning intensivligi oshmaydi va 1% da o'simlik azoblanadi.
O'simliklar bug'lanadi yoki juda katta miqdorda suv o'tkazadi. Suvning bug'lanishi yuqori oqimning sabablaridan biridir. O'simlik tomonidan suvning bug'lanishi tufayli unda mineral moddalar to'planadi va quyosh isitish vaqtida o'simlik uchun foydali haroratning pasayishi sodir bo'ladi. Ba'zan transperatsiya o'simlikning haroratini 6o ga pasaytiradi.
O'simlik stomatalarning ishi orqali suvning bug'lanish jarayonini tartibga soladi. Epidermisda kesikula yoki mum qoplamasining cho'kishi, uning tuklarining shakllanishi va boshqa moslashuvlar tartibga solinmagan transperatsiyani kamaytirishga qaratilgan.
Fotosintez jarayoni va bargning tirik hujayralarining doimiy davom etadigan nafas olishi bargning ichki to'qimalari va atmosfera o'rtasida gaz almashinuvini talab qiladi. Fotosintez jarayonida assimilyatsiya qilingan karbonat angidrid atmosferadan so'riladi va kislorod bilan atmosferaga qaytariladi.
Tahlilning izotopik usulini qo'llash atmosferaga qaytgan kislorod (16O) havoning karbonat angidridiga emas, balki suvga tegishli ekanligini ko'rsatdi, bunda uning boshqa izotopi 15O ustunlik qiladi. Tirik hujayralar nafas olish jarayonida (hujayra ichidagi organik moddalarning erkin kislorod bilan karbonat angidrid va suvga oksidlanishi) atmosferadan kislorod bilan ta'minlanishi va karbonat angidrid qaytarilishi kerak. Bu gaz almashinuvi ham asosan stomatal apparat orqali amalga oshiriladi.


Fotosintez haqidagi zamonaviy tushunchalar.
Hozirgi vaqtda fotosintez ikki bosqichdan o'tishi ma'lum, ammo ulardan faqat bittasi yorug'likda sodir bo'ladi. Ikki bosqichli jarayonning dalillarini birinchi marta 1905 yilda ingliz o'simlik fiziologi F.F. Bleklin, yorug'lik va haroratning fotosintez miqdoriga ta'sirini o'rgangan.
Tajribalar asosida Bleklin quyidagi xulosalarga keldi.
1. Haroratga bog'liq bo'lmagan yorug'likka bog'liq reaktsiyalarning bir guruhi mavjud. Kam yorug'lik oralig'ida bu reaktsiyalarning hajmi yorug'likning oshishi bilan ortishi mumkin, lekin harorat oshishi bilan emas.
2. Yorug'likka emas, balki haroratga bog'liq bo'lgan reaktsiyalarning ikkinchi guruhi mavjud. Ma'lum bo'lishicha, har ikkala reaksiya guruhi ham fotosintezni amalga oshirish uchun zarurdir. Faqat bir guruh reaktsiyalar hajmini oshirish butun jarayon hajmini oshiradi, lekin faqat ikkinchi guruh reaktsiyalari birinchisini ushlab turmaguncha. Shundan so'ng, birinchisi cheklovlarsiz davom etishi uchun ikkinchi guruh reaktsiyalarini tezlashtirish kerak.
Shunday qilib, ikkala bosqich ham yorug'likka bog'liqligi ko'rsatildi: "yorug'lik va qorong'i". Shuni esda tutish kerakki, qorong'u reaktsiyalar yorug'likda an'anaviy tarzda davom etadi va yorug'lik bosqichining mahsulotlarini talab qiladi. "Qorong'u reaktsiyalar" iborasi shunchaki yorug'likning ularda ishtirok etmasligini anglatadi.
Qorong'i reaktsiyalar hajmi harorat oshishi bilan ortadi, lekin faqat 30 ° gacha, keyin esa pasayishni boshlaydi. Ushbu faktga asoslanib, qorong'u reaktsiyalar fermentlar tomonidan katalizlanadi, deb taklif qilindi, chunki fermentativ reaktsiyalarning almashinuvi haroratga bog'liq. Keyinchalik bu xulosa noto'g'ri ekanligi ma'lum bo'ldi.
Fotosintezning birinchi bosqichida (yorug'lik reaktsiyalari) yorug'lik energiyasi ATP (adenozin trifosfat molekulasi) va yuqori energiyali elektron tashuvchilarni hosil qilish uchun sarflanadi. Fotosintezning ikkinchi bosqichida (qorong'u reaktsiyalar) yorug'lik reaktsiyalarida hosil bo'lgan energiya mahsulotlari CO2 ni oddiy shakarga (glyukoza) kamaytirish uchun ishlatiladi.
Fotosintez jarayoni olimlarning e'tiborini tobora ko'proq jalb qilmoqda. Fan eng muhim masala – yorug‘lik energiyasidan foydalangan holda keng tarqalgan noorganik moddalardan sun’iy yo‘l bilan qimmatli organik moddalarni yaratish yechimiga yaqin turibdi. Fotosintez muammosi botaniklar, kimyogarlar, fiziklar va boshqa mutaxassislar tomonidan intensiv ravishda ishlab chiqilmoqda.
So'nggi paytlarda karbonat kislotasining suvli eritmalaridan formaldegid va shakarli moddalar sintezini sun'iy ravishda olish allaqachon mumkin edi; bunda yorug'lik energiyasini yutish rolini xlorofill o'rniga kobalt va nikel karbonatlari o'ynagan. Xlorofill molekulasi yaqinda sintez qilindi.
Organik moddalar sintezi sohasidagi ilm-fan yutuqlari noorganik moddalardan organik moddalar hosil bo'lishi uchun maxsus "hayot kuchi" zarurligini va odam kompleks sintez qila olmasligini isbotlagan idealistik ta'limot - vitalizmga qattiq zarba beradi. organik moddalar.
O'simliklardagi fotosintez xloroplastlarda sodir bo'ladi. U energiyaning o'zgarishini (yorug'lik jarayoni), materiyaning o'zgarishini (qorong'i jarayon) o'z ichiga oladi. Yorug'lik jarayoni gilakoidlarda, qorong'u jarayon esa xloroplastlarning stromasida sodir bo'ladi. Fotosintezning umumiy aylanishi quyidagicha:


_yorug'lik
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Fotosintezning ikkita jarayoni alohida tenglamalar bilan ifodalanadi
_yorug'lik
12H2O 12H2 + 6O2 + ATP energiyasi
(engil jarayon)
yorug'lik
12H2 + 6O2 + ATP energiyasi S6N12O6 + N2O
(qorong'i jarayon)
Fotosintezning tabiatdagi ahamiyati.
Fotosintez biosferadagi yagona jarayon bo'lib, tashqi manba ta'sirida uning erkin energiyasini ko'paytirishga olib keladi. Fotosintez mahsulotlarida saqlanadigan energiya insoniyat uchun asosiy energiya manbai hisoblanadi.
Har yili Yerda fotosintez natijasida 150 milliard tonna organik moddalar hosil bo'ladi va 200 million tonnaga yaqin erkin kislorod ajralib chiqadi.
Fotosintezda ishtirok etadigan kislorod, uglerod va boshqa elementlarning aylanishi Yerdagi hayot uchun zarur bo'lgan atmosferaning zamonaviy tarkibini saqlab turadi. Fotosintez CO2 kontsentratsiyasining oshishiga to'sqinlik qiladi, "issiqxona effekti" deb ataladigan narsa tufayli Yerning haddan tashqari qizib ketishining oldini oladi.
Yashil o'simliklar boshqa barcha geterotrof organizmlar uchun bevosita yoki bilvosita oziq-ovqat bazasi bo'lganligi sababli, fotosintez sayyoramizdagi barcha tirik mavjudotlarning oziq-ovqatga bo'lgan ehtiyojini qondiradi. Bu qishloq va oʻrmon xoʻjaligining eng muhim asosidir. Unga ta'sir qilish imkoniyatlari hali katta bo'lmasa-da, ulardan ma'lum darajada foydalanilmoqda. Havodagi karbonat angidrid kontsentratsiyasining 0,1% gacha (tabiiy atmosferada 0,3% ga nisbatan) ortishi bilan, masalan, bodring va pomidorning hosildorligini uch baravar oshirish mumkin edi.
Barg yuzasining kvadrat metri bir soat ichida taxminan bir gramm shakar hosil qiladi; demak, barcha o'simliklar, taxminiy hisob-kitoblarga ko'ra, yiliga 100 dan 200 milliard tonnagacha atmosferadan chiqariladi. Ushbu miqdorning qariyb 60 foizini muz bilan qoplanmagan er yuzining 30 foizini egallagan o'rmonlar, 32 foizi ekin maydonlari, qolgan 8 foizini dasht va cho'l o'simliklari, shuningdek, shahar va qishloqlar o'simliklari egallaydi. .
Yashil o'simlik nafaqat karbonat angidriddan foydalanishi va shakar hosil qilishi, balki azot birikmalari va oltingugurt birikmalarini tanasini tashkil etuvchi moddalarga aylantirishi mumkin. Ildiz tizimi orqali o'simlik tuproq suvida erigan nitrat ionlarini oladi va ularni o'z hujayralarida aminokislotalarga - barcha oqsil birikmalarining asosiy tarkibiy qismlariga aylantiradi. Yog 'komponentlari metabolik va energiya jarayonlarida hosil bo'lgan birikmalardan ham paydo bo'ladi. Yog 'kislotalari va glitserindan yog'lar va yog'lar paydo bo'ladi, ular asosan o'simlik uchun zaxira moddalar bo'lib xizmat qiladi. Barcha o'simliklarning taxminan 80% urug'lari energiyaga boy zaxira modda sifatida yog'larni o'z ichiga oladi. Qishloq xoʻjaligi va oziq-ovqat sanoatida urugʻlik, yogʻ va moy olish muhim oʻrin tutadi.