Na čem závisí fotosyntéza?

Fotosyntéza je proces, při kterém rostlina přeměňuje světelnou energii na chemickou energii, kterou využívá k životu a růstu. Ve škole se většina z nás naučila, že tento proces vyžaduje sluneční světlo. Díky technologickému pokroku za posledních několik desetiletí se však lidé naučili spouštět fotosyntézu pomocí umělého světla

Aby rostlina mohla provádět fotosyntézu, potřebuje tři klíčové „ingredience“ – vodu, oxid uhličitý a světlo.

K získání první složky, vody, kořeny rostliny odebírají vodu a minerály ze země, obvykle půdy. Některé rostliny, jako jsou kaktusy a denivky, využívají k získávání vody jiné metody, ale nejběžnější jsou kořeny. Druhou složku, oxid uhličitý, rostlina přijímá prostřednictvím svých listů, které absorbují oxid uhličitý ze vzduchu a nakonec uvolňují kyslík, produkt fotosyntézy. Specializované buňky v listech rostliny zvané chloroplasty absorbují světlo pomocí pigmentu zvaného chlorofyl. Při přirozené fotosyntéze světlo pochází ze slunce.

Progresivní pěstitelé mohou tento proces napodobit pomocí umělého osvětlení. Jakmile rostlina obdrží tři klíčové složky: vodu, oxid uhličitý a světlo, začíná proces fotosyntézy. Světelná energie způsobuje chemickou reakci mezi molekulami vody (H₂O) a oxidu uhličitého (CO₂), přičemž je rozkládá a přeměňuje na kyslík (O₂) a formu cukru zvanou glukóza (C₆H₁₂O₆). Kyslík se uvolňuje zpět do atmosféry a glukóza se ukládá v rostlině jako forma chemické energie. Jak vidíte, proces fotosyntézy je přenos energie ze zdroje světla (obvykle slunce) do rostliny. Rostlina může tuto energii využít k růstu, nesení ovoce nebo květu; nebo může ukládat energii pro pozdější využití.

Intenzita
Abyste pochopili, jak nejlépe využít umělé osvětlení k pěstování rostlin, uvádíme několik dalších klíčových pojmů souvisejících s fotosyntézou. První termín, o kterém budeme diskutovat, je intenzita světla. Když rostlina absorbuje světelnou energii pro fotosyntézu, absorbuje ji ve formě fotonů, což jsou elektromagnetické paprsky energie. Chloroplasty v buňkách listů obsahují specializovaný nazelenalý pigment, chlorofyl, který pomáhá absorbovat fotony. Počet fotonů, které rostlina absorbuje svými chloroplasty, přímo ovlivňuje rychlost fotosyntézy v rostlině.

Jak se zvyšuje intenzita světla, známá také jako hustota toku fotonů (PPFD), rychlost fotosyntézy se zvyšuje až do určitého bodu tzv. bod nasycení. Různé druhy rostlin mají různé body nasycení, při kterých rychlost fotosyntézy klesá.

Intenzita světla nad bodem nasycení nezvyšuje rychlost fotosyntézy. Dolní hranice intenzity světla se nazývá kompenzační bod Sveta. Tento bod označuje minimální intenzitu světla, kterou rostlina potřebuje k udržení vitální činnosti a zachování života. Pokud rostlina přijme světlo pod bodem kompenzace světla, může zastavit fotosyntézu a nakonec zemřít. Rostliny, které preferují stín, mají nižší bod kompenzace světla než ty, které preferují přímé sluneční světlo, což znamená, že mohou přežít při nižších intenzitách světla, zatímco jiné rostliny nikoli.

Zajištění správné intenzity světla pro vaše rostliny je zásadní pro jejich růst a prosperitu. Nedostatečná intenzita světla může způsobit smrt rostlin, zatímco příliš velká intenzita světla je plýtvání energií a může způsobit přehřátí rostlin nebo poškození chlorofylu. Osvětlovací systémy můžete používat dvěma způsoby. Pokud máte skleník, který se spoléhá především na přirozené světlo, můžete použít umělé osvětlení ke zvýšení intenzity světla v obdobích slabého přirozeného světla (například na podzim a v zimě nebo v zatažených dnech). Pokud pěstujete rostliny uvnitř bez přístupu přirozeného světla, můžete jako jediný zdroj světla pro fotosyntézu použít pěstební světla.

Bez ohledu na metodu je důležité pochopit, jakou úroveň intenzity světla vaše rostliny potřebují, a podle toho upravit své světelné podmínky.

Tento proces je rozhodující pro přežití rostlin a slouží jako zdroj kyslíku, který dýcháme. V tomto článku si rozebereme, co je fotosyntéza, jak funguje a funguje, na jaké fáze se dělí a co s tím má společného podzimní opad listí.

Od dětství nás učí milovat přírodu a starat se o ni. A samozřejmě se zmiňují o důležitosti flóry při zásobování Země kyslíkem, který dýcháme. Stromy a tráva absorbují oxid uhličitý a dávají lidstvu možnost dýchat! To připomíná magii, vynález zručného vypravěče.

To si pravděpodobně myslel belgický vědec Jan Van Helmont již v roce 1600, když provedl experiment. Vrbovou větev, jejíž váhu předtím změřil, umístil do pytle s 80 kg zeminy a pět let ji zaléval dešťovou vodou. Na konci experimentu se hmotnost vrby zvýšila o 65 kg a hmotnost půdy se snížila pouze o 50 g. Van Helmondovo pozorování poskytlo více otázek než odpovědí, ale bylo stále významné, protože naznačovalo, že vrba nezíská hmotu z půdy, ve které roste. Je to opravdu jako kouzlo.

Mnohem nápadnější však je, že v tom není žádný zázrak – ale pouze jeden pozoruhodný biochemický proces, který se odehrává doslova před námi. Fotosyntéza.

Definice a vzorec fotosyntézy

Fotosyntéza je proces, který umožňuje rostlině přeměnit vodu a oxid uhličitý na kyslík a glukózu absorbováním světelné energie přijaté ze slunce. Překvapivě lze takto složitý a vícestupňový jev zredukovat na jeden malý diagram. 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2. Tento vzorec ukazuje chemickou reakci, ke které dochází během procesu, kdy šest molekul oxidu uhličitého a šest molekul vody tvoří jednu molekulu glukózy a šest molekul kyslíku. Celá akce je odhalena v těchto významech.

Při procesu fotosyntézy vzniká glukóza, kterou pak rostliny využívají jako zdroj potřebné energie a do atmosféry se dostává kyslík, který slouží jako zdroj pro dýchání mnoha tvorů. Právě díky této půvabné reakci se život na Zemi mohl vyvinout a vyvinout k nám známým druhům a formám.

Hlavním aktérem fotosyntézy, bez kterého je tento proces nemožný, je chlorofyl. Chlorofyl je zelené barvivo, které se nachází v chloroplastech rostlinných buněk. Působí jako hlavní pigment zodpovědný za absorpci fotonů ve fotosyntetických organelách rostliny.

Význam chlorofylu spočívá také ve zpracování světelné energie na chemickou energii, která je zase nezbytná pro syntézu organických látek. Má schopnost absorbovat světlo v určitých rozsazích vlnových délek, především v červené a modré oblasti spektra, a odráží zelené světlo, které dává rostlinám zelenou barvu.

Chlorofyl má v tomto okruhu dvě hlavní funkce: absorpci energie a přenos energie. Většina – 90 % – látky v chloroplastech je koncentrována v komplexech sbírajících světlo (LHC). Tyto komplexy slouží jako anténa, která přenáší energii do reakčních center, kde probíhají fotosyntetické reakce. Karotenoidy a fykobiliny jsou pigmenty, které pomáhají chlorofylu rozšířit spektrum světelných vln, které absorbuje, aby získal maximum energie. Někdy chlorofyl v tomto procesu zcela ustoupí do pozadí a nemá svůj obvyklý význam. Například na dně oceánu, kde je zelená hmota bezmocná, řídí proces pohlcování světla fykobilin, který nejlépe funguje s modrým světlem, a proto má mnoho hlubinných řas charakteristický načervenalý nádech.

Zajímavý fakt! Na podzim, kdy se zkracuje délka dne, dostává rostlina méně světelné energie pro fotosyntézu. To vede ke snížení aktivity chlorofylu a snížení jeho koncentrace v listech. Snížení teploty vzduchu navíc zpomaluje výměnu plynů v rostlině. Při nízkých teplotách dochází k zúžení cév odpovědných za transport vody a živin v listech. To vede ke snížení dodávky vody a živin do listů, což způsobuje, že fotosyntéza probíhá stále méně aktivně. Proto na podzim můžeme pozorovat žloutnutí olistění.

Fázová fotosyntéza

Samotný proces fotosyntézy se dělí na dvě fáze: světlo a tmu. Během světelné fáze je sluneční světlo pohlcováno chloroplasty v listech rostliny, které obsahují molekuly výše zmíněného chlorofylu, zodpovědné za pohlcování slunečního záření. Světelná energie se používá k štěpení molekul vody a uvolňování kyslíku za vzniku protonů a elektronů.

Elektrony se používají k redukci NADP+ (nikotinamid adenindinukleotid fosfát – koenzym, který přijímá elektrony a vodík pro následný přenos do jiných látek) na NADPH – chemickou látku, která bude následně využita v další, temné fázi, během níž uvolněná energie podporuje přeměna vody a oxidu uhličitého na glukózu a kyslík.

Světelná fáze fotosyntézy

Světelná fáze fotosyntézy je první fází procesu, který se „rozvine“ v chloroplastu.

Chlorofyl absorbuje světlo, vzrušuje se a uvolňuje elektron. Tento elektron prochází mezi speciálními proteinovými komplexy fotosystémy, které si půjčují energii získanou pohybem tohoto elektronu k redukci NADP na NADPH.

Při přenosu elektronů se uvolňuje energie, která aktivuje práci speciálního enzymu ATP syntázy, která přispívá k syntéze ATP (adenosintrifosfátu), nejdůležitějšího zdroje energie pro buňku. ATP se používá pro různé buněčné procesy, včetně syntézy organických molekul.

Současně s přenosem elektronů dochází ve fázi světla k procesu fotolýzy. Částice vody se rozkládají na vodíkové protony a kyslík. Ukazuje se, že toho druhého je hodně a následně „odchází“ do atmosféry, kde již slouží jako zdroj našeho dechu. Protony vodíku se hromadí, aby se účastnily další fáze fotosyntézy.

Temná fáze fotosyntézy

Tmavá fáze, také známá jako Calvinův cyklus nebo fixace uhlíku, se vyskytuje ve stromatu, vnitřní buňce chloroplastu. Navzdory svému názvu se tato fáze může vyskytovat jak ve tmě, tak ve světle. Atmosférický oxid uhličitý, který se dostal do rostliny spolu s dalšími anorganickými látkami přijatými rostlinou z vody z kořenového systému, prochází mezibuněčným prostorem a končí v buňkách, kde je fixován.

Dále dochází k reakci, při které se protony a elektrony používají k přeměně oxidu uhličitého na glukózu. Energie získaná ve světelné fázi z molekul ATP se spolu s NADP+ a protony vody využívá ke zpracování oxidu uhličitého na glukózu. Někdy se ukáže, že je to ještě víc, než je nutné, a pak rostlina část „odloží“ a syntetizuje ji na jinou organickou hmotu, například bílkoviny nebo polysacharidy. Celý tento řetězec reakcí se nazývá fixace uhlíku, protože oxid uhličitý absorbovaný rostlinou ze vzduchu se přeměňuje na organické sloučeniny.

Fáze světla a tmy jsou vzájemně propojeny a jsou na sobě úzce závislé. Světlá fáze produkuje energii potřebnou k provedení temné fáze a tmavá fáze ji využívá k syntéze organických molekul. Obě fáze fotosyntézy jsou ekvivalentní, protože obě působí přímo na podporu života rostliny a nepřímo na život na planetě, protože rostliny jsou zdrojem potravy pro mnoho organismů a „produkují“ kyslík nezbytný pro jejich dýchání.

Význam fotosyntézy

Význam a význam fotosyntézy nejvýstižněji popsal akademik K.A. Timiryazev. Když mluvil o roli tohoto procesu v přírodě, přirovnal zrno chlorofylu k laboratoři, ve které se spouštějí všechny organické procesy. Byly to rostliny se schopností přeměňovat anorganickou hmotu na organickou hmotu, která umožnila rozvoj nám známých forem života.

Kromě toho zvláštní význam fotosyntézy pochází také z její role při skládání potravního řetězce Rostliny produkují glukózu, která se pak potravním řetězcem přenáší do jiných organismů. Zvířata a lidé konzumují rostlinnou potravu, aby získali energii a živiny potřebné k udržení života.

Bez fotosyntézy by Země neměla dostatek kyslíku pro život. Navíc by neexistovala potrava pro zvířata a lidi. Fotosyntéza hraje klíčovou roli v biodiverzitě a ekosystémech, poskytuje energii a výživu všem živým organismům.

Fotosyntéza má však také „příbuznou“ – chemosyntézu. Tento proces provádějí některé organismy, jako jsou archaea a některé druhy bakterií, a stejně jako fotosyntéza jim dává schopnost produkovat organické látky z anorganických pomocí chemických reakcí. Na rozdíl od fotosyntézy, ke které dochází za použití světla jako zdroje energie, je však chemosyntéza založena na oxidaci anorganických sloučenin.

Chemosyntéza má velký význam pro ekosystémy, zejména v těch místech nebo podmínkách, kde je málo nebo žádná světelná energie. Organismy schopné chemosyntézy jsou hlavními producenty takových ekosystémů a poskytují organické látky pro jiné organismy, které si je samy syntetizovat nemohou. Kromě toho je studium chemosyntézy zvláště důležité pro budoucí vědu. Studiem tohoto procesu mohou vědci potenciálně významně rozšířit naše znalosti o možnosti života v extrémních podmínkách a hledat analogie s jinými planetami nebo způsoby života ve Vesmíru.

Závěr

Fotosyntéza je neuvěřitelně důležitá pro veškerý život na Zemi, poskytuje nám kyslík, který potřebujeme k dýchání, a pomáhá udržovat uhlíkový cyklus. Na příkladu tohoto procesu můžeme vidět, jak příroda funguje hladce, jak jsou v jednom řetězci zapojeny zcela odlišné prvky a stvoření. Slunce, rostliny, kyslík, zvířata, glukóza, voda, lidé – všichni jsme součástí jednoho řetězce. Odstraněním nebo oslabením jedné proměnné v této rovnici můžete doslova zničit veškerý život na naší planetě. To je důvod, proč jsme od dětství vedeni k šetrnému přístupu k rostlinám. A proto je tak důležité si tyto lekce vždy pamatovat a řídit se jimi.

Biologie může být zajímavá! A příprava na zkoušky je vzrušující a zábavná. Přihlaste se na bezplatnou úvodní lekci , a my vám prozradíme, jak se připravit na biologii s požadovanými body se Sotkou.

Bylo to užitečné
podíl

Doporučujeme také přečíst: