Фотосинтез,транспирация,дыхание растений

Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Петербургский  Государственный  университет путей  сообщения» (ПГУПС) 

Кафедра «Техносферная и экологическая безопасность» 
 
 
 

Реферат по курсу «Общая экология»

На тему: «Фотосинтез, транспирация, дыхание  растений» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

     2009 год

Содержание

Оглавление

1)Понятие о фотосинтезе

1.1.Значение процесса фотосинтеза

1.2.Лист как орган фотосинтеза

2)Хлоропласты

2.2.Химический состав  и строение хлоропластов

3)Пигменты фотосинтеза

    3.1.Хлорофиллы

3.2.Каротиноиды

  3.3.Фикобилины

4)Этапы фотосинтеза

4.1.Фотофизический  этап фотосинтеза

4.2.Фотохимический  этап

  4.3.Путь превращения  углерода – темновая фаза фотосинтеза

     4.3.1. C ₃ –путь фотосинтеза(цикл Кальвина)

     4.3.2. C ₄ –путь фотосинтеза(цикл Хетча – Слэка)

     4.3.3. CАМ - путь фотосинтеза

5)Значение фотосинтеза

6) Энергетический обмен

    6.1.Аэробное (кислородное) дыхание

6.2.Анаэробное дыхание

7)Понятие о транспирации

    7.1.Значение  транспирации

       7.2.Количественные характеристики  транспирации

  7.3.Кутикулярная  транспирация

            7.4.Устьичная транспирация

Список литературы 
 

     1)1.1.Фотосинтез-это тип питания углеродом зеленых растений, при котором построение органических соединений идет за счет простых неорганических веществ (CO₂ и H₂O) с использованием энергии солнечного света. Общее уравнение фотосинтеза:

6CO₂+12H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O

Фотосинтез –  это процесс, при котором энергия  солнечного света превращается в  химическую энергию. В самом общем виде можно представить следующим образом: квант света (hv) поглощается хлорофиллом, молекула которого переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более высокий энергетический уровень. В клетках зеленых растений в процессе эволюции выработался механизм, при котором энергия электрона, возвращающего на основной энергетический уровень, превращается в химическую энергию.

     1.2.Фотосинтез может протекать в различных органах растений (стебли, плоды, и др.), имеющих зеленую окраску, но основным органов фотосинтеза является лист. Анатомическое строение листа приспособлено к тому, чтобы обеспечить поступление CO₂ к клеткам, содержащим зеленые пластиды, и достигнуть максимального поглощения энергии света. Листья в большинстве случаев тонкие и обладают максимальной поверхностью на единицу массы. Наличие межклеточников облегчает доступ CO₂ ко всем клеткам. К эпидермису, расположенному на верхней стороне листа, примыкает палисадная паренхима, клетки которой вытянуты перпендикулярно поверхности листа. Палисадная паренхима – это основная ассимиляционная ткань листа, особенно богатая хлоропластами. Густая сеть жилок в листе не только облегчает снабжение клеток паренхимы водой, но и способствует быстрому оттоку из листа углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза.

     2)2.1.Весь процесс фотосинтеза протекает в зеленых пластидах – хлоропластах. Различают три вида пластид: лейкопласты – бесцветные, хромопласты – оранжевые, хлоропласты – зеленые. В лейкопластах синтезируется и отлагает в запас крахмал, в хромопластах накапливаются каротиноиды,  в хлоропластах сосредоточен зеленый пигмент хлорофилл и происходит фотосинтез.

Не зеленые организмы, например грибы, лишены пластид. Эти  растения не обладают способностью к фотосинтезу. В процессе эволюции дифференциация пластид произошла очень рано. Правда,  у фотосинтезирующих бактерий пластид еще нет, их роль выполняют внутрицитоплазматические мембраны (пурпурные бактерии) или особые структуры – хлоросомы, локализованные на мембранах (зеленые бактерии). Это наиболее примитивная организация фотосинтетического аппарата. Однако уже у водорослей имеются специальные образования (хроматофоры), в которых сосредоточены пигменты, они разнообразны по форме (спиральные, ленточные, в виде пластинок или звезд).

Высшие растения  характеризуются вполне сформировавшимся типом пластид в форме диска  или двояко выпуклой линзы. Приняв форму  диска, хлоропласты становятся универсальным  аппаратом фотосинтеза.

     2.2.Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм. Число хлоропластов обычно составляет от 20 до 100 на клетку. Химический состав хлоропластов достаточно сложен и может быть охарактеризован следующими средними данными(% на сухую массу): белок-35-55;  липиды-20-30;  углеводы-10; РНК-2-3;  ДНК- до 0,5; хлорофилл-9; каротиноиды-4,5.

Внутреннее строение хлоропластов, их ультраструктура были раскрыты с использованием микроскопа. Оказалось, что хлоропласты окружены двойной мембраной. Толщина каждой мембраны 7,5-10 нм, расстояние между ними 10-30нм. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено бесцветным содержимым –  стромой и пронизано мембранами (ламеллами). Ламеллы, соединенные друг с другом. Образуют как бы пузырьки – тилакоиды(греч. «тилакоидес» -мешковидный). В хлоропластах содержится тилакоиды двух типов. Короткие тилакоиды собраны в пачки и расположены друг над другом, напоминая стопку монет.  Эти стопки называются гранами, а составляющие их тилакоиды –тилакоидами гран. Между гранами параллельно друг к другу располагаются длинные тилакоиды. Составляющие их ламеллы получили название –тилакоиды. Между отдельными тилакоидами в стопка гран имеются узкие щели. Тилакоидные мембраны содержат большое количество белков, участвующих в фотосинтезе. В состав интегральных мембранных белков имеется много гидрофобных аминокислот. Это создает безводную среду и делает мембраны стабильнее. Многие белки тилакоидных мембран построены в виде векторов и граничат с одной стороны со стромой, а с другой контактируют с внутренним пространством тилакоида.

Относительно связи  между ламеллами гран и ламеллами стромы имеются разные точки зрения. Т. Вайер предложил гранулярно-решетчатую модель, согласно которой внутренние пространства всех тилакоидов соединены между собой. Таким образом, в хлоропластах имеется как бы два раздельных пространства – внутреннее (внутри тилакоидов) и внешнее (вне тилакоидов). У большинства водорослей гран нет, а ламеллы собраны в группы (пачки) по 2-8 штук. Не во всех случаях и у высших растений хлоропласты имеют гранальную структуру. Так, в листьях кукурузы имеются два вида хлоропластов. В клетках мезофилла содержатся мелкие хлоропласты гранального строения . В клетках обкладки, окружающих листовые сосудистые пучки, хлоропласты крупные и гран не содержат.

В строме хлоропластов  находится нити ДНК, рибосомы, крахмальные  зерна. Основной фермент, обеспечивающий усвоение углекислого газа,- рибузолобифосфаткарбоксилазаоксигеназа (сокращенно РБФ – карбоксилаза/ оксигеназа) также расположен в строме. Зеленый пигмент хлорофилл в виде комплекса с белками (пигмент-белковые комплексы) сосредоточен главным образом в тилакоидах гран и частично в тилакоидах стромы. В мембранах тилакоидов гран локализован фермент, катализирующий синтез АТФ. Этот фермент связан с белком, расположенным в самой мембране.

      3)Для того чтобы свет мог оказывать влияние на растительный организм т в частности, быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимо его поглощение фоторецепторами – пигментами. Пигменты – это окрашенные вещества. Пигменты поглощают свет определенной длины волны. Непоглощенные участки солнечного спектра отражаются, что и обуславливает окраску пигментов. Так, зеленый пигмент хлорофилл поглощает красные и синие лучи, тогда как зеленые лучи в основном отражаются. Видимая часть солнечного спектра включает длины волн от400 до 700 нм. Вещества, поглощающие весь видимый участок спектра, кажутся черными.

Состав ферментов  зависит от систематического положения  группы организмов. У фотосинтезирующих  бактерий и водорослей пигментный состав очень разнообразен (хлорофиллы, бактериохлорофиллы, бактериородопсин, каротиноиды, фикобилины). Их набор и соотношение специфичны для различных групп и во многом зависят от среды обитания организмов. Пигменты фотосинтеза у высших растений значительно менее разнообразны.  Пигменты, сконцентрированные в пластидах, можно разделить на три группы: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины.

      3.1.Хлорофилл – зеленый пигмент, обусловливающий окраску растений в зеленый цвет. Играет Важнейшую роль в процессе фотосинтеза. По химическому строению хлорофиллы — магниевые комплексы различных тетра пирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему. В природе хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах — высших растениях, водорослях, синезеленых водорослях(цианобактериях), фотоавтотрофных простейших (иное название — протисты; систематическая группа пересекается с водорослями) и фотоавтотрофных бактериях.

Свойства и функция  при фотосинтезе. Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в "зелёной" области 550 нм (где находится и максимум чувствительности глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий, частично — красный свет из солнечного спектра (чем и обуславливается зелёный цвет отражённого света).

Химическая структура. Хлорофиллы можно рассматривать как производные протопорфирина — порфирина с двумя карбоксильными заместителями (свободными или этерефицированными). Так, хлорофилл a имеет карбоксиметильную группу при С₁₀, фитоловый эфир пропионовой кислоты — при С₇. Удаление магния, легко достигаемое мягкой кислотной обработкой, дает продукт, известный как феофитин. Гидролиз фитоловой эфирной связи хлорофилла приводит к образованию хлорофиллида (хлорофиллид, лишенный атома металла, известен как феофорбид).

Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют, исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения, пригодные для качественного и количественного определения пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости этих соединений в HCl, в частности для определения наличия или отсутствия этерефицированных спиртов. Хлороводородное число определяется как концентрация HCl (%, масс./об.), при которой из равного объема эфирного раствора пигмента экстрагируется ²/₃ общего количества пигмента. «Фазовый тест» — окрашивание зоны раздела фаз — проводят, подслаивая под эфирный раствор хлорофилла равный объем 30%-ного раствора KOH в MeOH. В интерфазе должно образовываться окрашенное кольцо. С помощью тонкослойной хроматографии можно быстро определять хлорофиллы в сырых экстрактах.