Жаңа сабақтар

Фотосинтез туралы ілімнің даму тарихы, ішкі және сыртқы жағдайлардың әсері

Қызылорда облысы, Жаңақорған аграрлы-техникалық колледжі

Биология пәнінің оқытушысы Исматова Айнакыз Маратовна

Фотосинтез процесі XVIII ғасырда ашылды. Бірақ фотосинтез деген термин ғылымға 1877 жылы ғана енді. Оны бірінші болып өсімдіктердің көмірқышқыл газының ассимиляциялануын баламалау үшін неміс профессоры Пфеффер қолданды. Оттегін, тұз қышқылын, күкірт, кобальт, аммиак және т.б элементтер мен қосындыларды ашқан ағылшын химигі Пристли 1771 жылы жарияланған еңбегінде өсімдіктер жану және тыныс алуды бұзылған ауаны «тазартады»деп көрсеткен болатын. Ол ормандағы емен ағашынан бастап, далада өсетін қылтанақ шөптерге дейін бүкіл тіршілікке қажет ауаны тазарта алатындығын дәлелдеді. Бірақ, бұл құбылыстың күн сәулесінің энергиясына байланысты екенін ол аңғара алмады. Осы бағытта зерттеулер жүргізген ағылшын ғалымы Ингенхауз өзінің еңбегінде төмендегіүш ұғымды атап көрсетті.

1.Өсімдіктің ауаны тазартуы тек күн сәулесінің әсеріне байланысты.

2.Көмірқышқыл газын тотықсыздандырып ауаны тазарту өсімдіктердің тек жасыл бөліктеріне ғана тән.

3.Өсімдіктің түссіз басқа органдары – тамыр, гүл, жемістер күндіз де, түнде де, ал жасыл бөліктері қараңғыда басқа хайуанаттар сияқты ауаны бұзады.

Сонымен Ингенхауз өсімдіктерде қатарынан қарама-қарсы екі процестің фотосинтез және тыныс алудың болатындығын дәлелдеді. Бірнеше жылдан соң Щвейцария ғалымдары Сенебье және Соссюр өсімдіктерде фотосинтез процесінде ауадан көміртегінің қос тотығы қабылданып, оттегінің бөлінетіндігін анықтады. Кейін XIX ғасырдың 40-жылдарында француз ғалымы Буссенго қабылдаған СО2- нің және бөлінетін О2-нің көлемдері бірдей болатындығын дәлелдеді.

Фотосинтез туралы рілімнің дамуында Юстус Либихтің зерттеулері де белгілі орын алады. Ол өзінің 1840жылы жарияланған «Химяны егіншілікке және физиологияға пайдалану» деген еңбегінде өсімдіктердің ауамен қоректенуі оргпаникалық заттарды өндірудің жалғыз қайнар көзі,и сондықтан оның ауылшаруашылықтағы маңызы оразан зор деп көрсетті.

Фотосинтезге әр түрлі сәулелердің әсе,рін зерттеген ағылшын ғалымы Добени (1836ж) АҚШ ғалымы Дрепер (1844ж) Германия ғалымдары Сакс пен Пфеффер (1864-1871жж) фотосинтез қарқындылығы жарықтың ашықтығына байланыстыдеген болжам жасады.

Фотосинтездің әр түрлі толқындағы сәулелердің әсерінен өзгеруін өте терң ғылыми тұрғыдан зерттеген ғалым К.А.Тимирязев болды. (1864-1904жж) Ол спектрлік талдау әдісін пайдаланып, фотосинтездің қарқындылығы сәулелердің энергиялық деңгейіне тікелей байланысты екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеді. К.А.Тимирязевтің шәкірті Ф.Н.Крашенниковтың зерттеулері фотосинтез нәтижесінде күн энергиясының химиялық энергиялық айналу жолдарына бағытталды.

Фотосинтездің физиологиясын зерттеулердің жан-жақты дамуы 1900-1940 жылдар арасынмда сәйкес келеді. Осы жұмыстар келешекте фотосинтез процесінің ішкі сырларын тетіктерін зерттеуге ықпал жасады.

Блэкманның (1905ж), А.Л.Рихтердің (1914), Варбургтың (1920-1923жж), Эмерсон мен Арнольдтың (1932-1941жж) В.Н.Любименконың (1913-1926-1930жж), Вильенттер мен Штольдың (1913ж) зерттеулерінің нәтижесінде фотосинтездің реакциялардың тек жарықта ғана емес, сонымен қатар, қараңғыда да жүретін екі тобы бар екендігін анықтадды.

Сол кезеңде С.П.Костычев (1930ж), Л.А.Иванов (1946ж), В.А. Бриллиант (1949ж) Е.В.Гюббент (1951ж) және т.б зерттеулерінің нәтижесінде ішкі және сыртқы жағдайларға тәуелділігінің негізпгі физиологиялық заңдылықтары қалыптасты. Жер жүзіндегі тіршіліктің барлық түрлері фотосинтез процесіне байланысты. Атақты ғалым-физик Жолио Кюри, атом энергиясын қоғам игілігінің барлық түрлеріне пайдаланғандағы жетістік өсімдіктердегі фотосинтез процесін толық игергендігі жетістіктерге теңесе алмайтындығын атап көрсетті.

Жалпы фотосинтез процесінің маңызын төмендегідей көрсеткіштермен маңызын төмендегідей көрсеткіштермен сипаттауға болады. Жер бетінде-құрлықта, мұхиттар мен теңіздерде тіршілік ететін өсімдіктерде күн энергиясын пайдаланып, көмірқышқыл газын тотықсыздандыруы, яғни фотосинтез нәтижесінде жылына 175 млрд.т СО2нің байланысқан күйге немесе органикалық заттарға айналады.

Фотосинтез процесінің қалыптасуынан бастап миллиондаған жылдар бойы жерде есепсіз еөп органикалық заттардың қоры жиналды. Қазіргі замандағы адам қоғамы өз игілігіне пайдаланып жатқан қазба байлықтар – тас көмір, мұнай, газ, және т.б ұзақ геологиялық дәуірлердегі фотосинтездің нәтижесі.

Фотосинтез процесінде 1т СО2 игерілгенде 2,7 т оттегі бөлініп шығады. Құрлықтағы және судағы барлық өсімдіктер жыл сайын 175 млрд.т көміртегін игеріп атмосфераға 460 млрд.тоннадан астам оттегін бөліп шығарады екен. Арнайы есептеулердің нәтижесінде атмосферадағы оттегі 3000 жылда толық жаңаратындығы анықталды.

Атмосферадағы оттегінің жалпы мөлшері – 1,5×1015т Көмірқышқыл газын тотықсыздандыруға жұмсалатын сутегінің және бөлініп шығатын оттегінің негізгі көзі – су. Олай болса өсімдіктер жыл сайын 2,25×1011т суды пайдаланып, ыдыратуы керек.

Профессор А.А. Ничиорович қазіргі кездегі атмосферадағы оттегінің бәрі фотосинтез нәтижесі, сондықтан осы замандағы тіршілік түрлерінің бәріне мүмкіншілік туғызатын осы процесс деп тұжырым жасады. Тіршілік үшін қазетті белок, май, липид, витамин, фермент, хлорофилл және т.б.органикалық заттардың құрамына азот, фосфор, күкірт, темір, мыс, мырыш қола және т.б элементтер енеді. Әр түрлі элементтердің тоттықққан иондары өсімдік бойына енгенде тікелей немесе жанама жолмен, күн сәулесінің энергиясын пайдалану арқылы тотықсызданады.

Фотосинтезге қабілетсіз гетеротрофты бактериялар және саңырауқұлақтар, азот және күкірттің тотыққан иондарын фотосинтез нәтижесінде пайда болған органикалық заттардың химиялық энергиясын пайдалану арқылы тотықсыздандырады.

Өсімдіктердің элементтік құрамында 1-2% азот, 0.20-0,25 % фосфор, 0,25-0,50% күкірт, және 45% көміртегі болады.Фотосинтез процесінде 1000 кг көміртегі игерілгенде өсімдіктер азоттың 30-40 кг, фосфор мен күкірттің 5 кг-ын қоса игереді. Осыған байланысты азоттың жыл сайынғы айналымы 6×109 т күкір пен фосфордікі 8,5×108 т болады. Бұл элементтер органикалық заттардың құрамына еніп,олардың минералдану нәтижесінде қайтадан өсімдіктердің келесі қоректену циклдеріне пайдаланады. Яғни фотосинтез прогцесінің арқасында топырақтағы минералдық элементтердің табиғи айналымы жүзеге асады.

Фотосинтез эндотермиялық процесс болғандықтан тек сырттағы энергияны пайдалану арқылы ғана жүзеге асады. Егер өсімдіктер жыл сайын 175 млрд т көміртегін игеретін болса, онда 1,7× 1018 ккал, немесе шамамен 2×1015 квт сағат энергияны байланыстыру керек.

Жасыл өсімдіктердегі күрделі фотосинтездік аппарат миллиондаған жылдарға созылған эволюциялық процестің нәтижесінде қалыптасты. Фотосинтез – фотохимиялық күрделі физиологиялық процесс ретінде өсімдіктің жалпы күйіне, оның әр түрлі ұлпаларының, жеке клеткаларының және органоидтарының, соның ішінде хлоропластардың күйлеріне де тығыз байланысты.

Фотосинтезге түрлі жағдайлардың әсерін зерттеу көбінесе оның сыртқы көрсеткіштерін – қарқындылығы мен өнімділігін анықтауға негізделеді. Фотосинтездің қарқындылығы жапырақтың белгілі ауданына (дм2), белгілі уақыттың ішінде (1 сағ) сіңген көмірқышқыл газының мөлшерімен немесе бөлінген оттегінің мөлшерімен анықталады. Осы көрсеткіштерді анықтауға мынадай әдістер қолданылады.

1.Радиометрлік

2.Фотосинтездің «таза» өнімділігін анықтау әдісі

3.Манометрлік әдіс

4.Инфрақызыл спектрометрлік әдіс

5.Балдырлардың фотосинтезін суға бөлініп шыққан оттегінің мөлшерімен анықтау әдісі.

Фотосинтез процесінің қалыптағыдай жүзеге асуы үшін қажетті ішкі жағдайларға хлоропластар құрылысының қалыптасуын, пигменттердің синтезделіп, олардың ара-қатынастарының белгілі деңгейге жетуін, фотосинтездік жүйелердің жарық және қараңғы сатысындағы реакцияларға қатысатын электрон-протон тасымалдаушы тізбектердің ферменттік жүйелерінің қалыптасуын жатқызуға болады.

Фотосинтезге әсер ететін сыртқы жағдайлардың ішінде ең маңыздысы-жарық болып есептеледі. Жарық өте нашар, болар-болмас жағдайда да өсімдікте фотосинтез жүзеге аса береді. Мысалы күн батар кездегі күн сәулесінің өзі-ақ жеткілікті деуге болады.А.С.Фаминцын 1880 жылы фотосинтез қарқындылығын жарықтың әр түрлі деңгейінде анықтап, оның басталуы және жапырақта крахмалдың синтезделуі үшін жермай шамының жарығы да жеткілікті болатынын дәлелдеген. Жарық деңгейі тал түстегі күн сәулесінің 1/3 не жеткенше фотосинтез қарқындылығы шамалы жоғарылайды да сол қалпында тоқтап қалады. Осы кездегі жарық деңгейін фотосинтездің жарықтық қанығуы, немесе қарқындылық шегі деп қаралады.Жарықтың қанығу деңгейінен жоғарылуы фотосинтездік аппаратты зақымдауы мүмкін.

Органикалық заттардың автотрофты синтезделу жолдарына – фотосинтез, бактериялық фотосинтез, хемосинтез процестері жатады. Жоғары сатыдағы өсімдіктер фотосинтезі мен бактериялық фотосинтез арасындағы ұқсастық олардың екеуіне де күнсәулесінің энергиясын пайдаланатындығында, бірақ бактериялық фотосинтез анаэробтық жағдайда өтеді.

Фотосинтездеуші бактериялардың нағыз өкілдеріне қара-қошқыл және қызыл күкірт бактериялар жатады. Бұлардың пигменттерінің құрамында бактериохлорофилл және каратиноидтар болады.

Хемосинтездеуші бактериялар пигментсіз автотрофты организмдерге жатады, күн энергиясын пайдаланбай, қараңғылықта тіршілік ете алады. Олар көмірқышқылын тотықсыздандыру үшін тотығу процестерінен бөлінген энергияны пайдаланады.Фототрофтық процестер мынадай бірізділікпен дамыды деуге болады. Бактериялық фотосинтез – жасыл өсімдіктер фотосинтезі – хемосинтез.

Фотосинтез қарқындылығы күн сәулесінің деңгейіне және температураға байланысты тәулік мезгілдерінде біркелкі болмайды. Жарық деңгейі төмендеу болған жағдайда хлоропластар клетканың жарық жағындағы қабырғасын жанап, шоғырланады да, жоғарылаған жағдайда көлденең қабырғаны жанап жиналады. Түнде олар клеткада біркелкі таралып, жайғасады.

Көптеген зерттеулердің нәтижесінде бір жылдық өсімдіктерде фотосинтез қарқындылығы онтогенез барысында бір шыңды (максимумды) болып өзгереді. Жас өскіндерде жер бетіне шығысымен-ақ, бірнеше минут ішінде хлорофилл пайда болғанымен СО2нің ассимиляциялануы 4 сағаттан соң басталады. Демек, осы мезгілде фотосинтездің қараңғылықта іске асатын реакцияларына қажетті ферменттердің өзіндік құрылымдары қалыптасады.

Фотосинтез процесінің ең жоғары қарқындылығы өсімдіктердің көбею (гүлдеу, тозаңдану, ұрықтану) кезеңіне тура келеді. Қорыта айтқанда ерте көктемде фотосинтез қарқындылығ баяулау болады да, жаз айларында жоғарылап, күзге қарай тағы бәсеңдеп, тұрақты аяз мезгілі басталысымен тоқтап қалады.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.