2.3. Проблемна лекція 2.2. по модулю 2 "Основи традиційної екології": - Теоретична екологія: Процес фотосинтезу.

Деякі дослідники вважають, що існує ціла наука про фотосинтез. І це не дивно, тому що продукція рослинності на планеті складає від 50 до 250 млрд.сухой маси. Це відповідає приблизно 70-365 млрд.т поглиненого вуглекислого газу і 50-270 млрд. т. виділеного кисню в процесі фотосинтезу рослин.

Термін "фотосинтез" належить Пфеффера і з'явився він лише в 1877 р., тобто потому 201 рік після того як почалися дослідження цього процесу. Позначає він "синтез на світлі" або "синтез за допомогою світла".

Фотосинтез в загальному розумінні - це засвоєння вуглекислого газу рослинами і відновлення вуглецю до органічних речовин за допомогою поглиненої енергії світла. Це надзвичайно складний процес. Різноманітність проміжних реакцій настільки велике, що вони до цих пір не розкриті до кінця. Ще не здійснено мрія французького фізика Ф.Жоліо-Кюрі, який стверджував, що справжній переворот в енергетиці відбудеться лише тоді, коли ми зможемо здійснити масовий синтез молекул хлорофілу і процесу фотосинтезу. Поряд з цим необхідно підкреслити, що при огромномним ролі фотосинтезу в освіті вільного кисню, переважна кількість останнього в земній атмосфері (близько 99%) утворюється не шляхом фотосинтезу. Головним джерелом його є розкладання парів води у верхніх шарах атмосфери під дією ультрафіолетових променів (фотодисоціація). Друге джерело утворення кисню - з азоту під дією космічного випромінювання. Третій, менш важливий шлях - попадання ядер кисню в атмосферу у вигляді компонентів космічних променів. Найближчим аналогом фотосинтезу є розкладання води під дією ультрафіолетових променів (в рослині видимого світла). Близьким за природою до фотосинтезу рослин в живій природі виступає хемосинтез, відкритий С.М.Віноградскім. Спільною особливістю хемосинтезу для всіх його видів є засвоєння вуглекислоти і побудова з неї органічних речовин за допомогою хімічних джерел енергії. Ці процеси на відміну від фотосинтезу не залежать від наявності сонячного світла.

Процес фотосинтезу ділиться на 3 фази: 1) фотофізичних - поглинання фотона світла і переклад його енергії в збуджений стан електронів, 2) фотохімічна - перехід енергії збудженого стану в енергію хімічних зв'язків; 3) біохімічна - т . е. процеси перетворення органічних речовин до утворення кінцевих продуктів фотосинтезу. Реакції біохімічної фази відбуваються за участю ферментів і стимулюються температурою, тому цю фазу назвали термохімічної. Найчастіше дві перші фази називають світловими, а біохімічну - темновой, тому що для неї світ вже необов'язковий. Більш детально з процесом фотосинтезу необхідно ознайомитися з літературних джерел. Найбільш докладно весь процес висвітлений у книзі О.I.Мережко, I.М.Велічко, "Таємниці зеленоі фабрики" К.Наукова думка, 1990. У ній детально розглядається природа й механізми фотосинтезу, шляхи його регулювання та інтенсифікації і т.д. Тут відзначимо, що спрощена формула фотосинтезу:

6 СО2 + 6Н2 О = С6 Н12 ПРО6 + 6 О2

Важливо знати про неощадливому витрачанні в процесі фотосинтезу енергії і води. Експериментально встановлено, що ККД фотосинтезуючої рослинності (тобто витрати енергії на синтез, біомаси до загальної кількості прийдешньої сонячної енергії) дуже невеликий і зазвичай не перевершує 0,1-1%.

Що стосується водних ресурсів, то продуктивність транспірації (відношення приросту ваги сухої біомаси рослин до витрат води на транспірацію за даний проміжок часу) зазвичай має величину від 1/200 до 1/1000 (найчастіше близько 1 / 300). Це означає, що така рясна транспірація не відповідає фізіологічним потребам рослини і є значною мірою марним витратою води (Максимов, 1926, 1944 та ін.) Це два фундаментальні факти, які вказують на те, що в природних умовах рослинний покрив освоює тільки незначну частину наявних енергетичних і водних ресурсів.

Які причини цього? тобто які причини, які настільки істотно обмежують використання природних ресурсів у синтезі біомаси?

Для цієї мети необхідно звернутися до аналізу механізму асиміляції вуглекислоти і транспірації (Будико, 1977р.).

Орган асиміляції фотосинтезуючого рослини - лист являє собою футляр із щільної катікулярной тканини, пронизаної безліччю малих отворів - устьиц, які можуть відкриватися і закриватися. У цьому футлярі укладена вельми велика поверхня хлоропластів, містять зерна хлорофілу. Поверхня хлоропластів повідомляється з атмосферним повітрям через межклеточніках і продихи.

Досить істотно, що для розвитку фотосинтезу поверхню хлоропластів повинна підтримуватися в зволоженому стані, оскільки вуглекислота може асимілювати тільки у вигляді розчину. Тому відносна вологість повітря в межклеточніках велика і зазвичай значно перевищує відносну вологість в атмосферному повітрі.

Таким чином, дифузія вуглекислоти в лист з відкритими устьицами неминуче супроводжується дифузією у зворотному напрямку водяної пари, тобто транспірацією рослини. Ось звідси і такий величезний витрата води і всього іншого.

Крім цього необхідна колосальна енергія на підтримку різниці температури листа і повітря в літніх умовах. Зазвичай вважають, що ця різниця повинна бути рівною 5 град. Так от при цій різниці температура., А також при відносній вологості повітря 50% і t повітря = 20 град. отримаємо витрати (за формулами) енергії на ассіміляцію.В середніх умовах клімату помірних широт витрати можуть досягати 8% радіаційного балансу.

Встановлено, що рослини зазвичай використовують тільки невелику частину можливого дифузійного припливу вуглекислоти (близько 10%). У чому причина? В.Н.Любіменко (1935) вважає, що причина "не стільки в малому вмісті СО2 в атмосфері, скільки в недостатньо швидкому темпі роботи ензиматичного апарату, який управляє відтоком ассимилятов та їх засвоєнням" (ензими - каталізатори білкової природи, які утворюються в живих організмах. Те ж, що і ферменти).

Таким чином цей фізичний механізм асиміляції і транспірації дозволяє пояснити, чому рослини так не економно витрачають енергію і воду, тобто фотосинтезуючу продуктивність рослинності і продуктивність транспірації.

Загальний висновок за механізмом фотосинтезу согласнор М.И. Будико (1977р.) Зводиться до наступного: "Рослинність зазвичай використовує дуже невелику частину енергетичних і водних ресурсів. Ця частина мала навіть у порівнянні з тим невеликим" КПД ", який міг би бути досягнутий при найбільшій можливій дифузії вуглекислоти з повітря.

Встановлено, що в кожному шарі рослинності по вертикалі основні параметри (осредненние) на відміну від приземного шару повітря: 1) так само потоки короткохвильової і довгохвильової радіації; 2) тепло; 3) водяний пар; 4) кількості руху повітря різні і суттєво змінюються з висотой.Прі цьому короткохвильова радіація убуває з наближеному до земної поверхні. Радіаційний баланс також убуває в цьому ж напрямку через екрануючого впливу рослин.

Потік водяної пари в шарі рослинного покриву зростає з висотою через транспірації, а (потік кількості руху зменшується вниз від верхньої межі рослинного покриву внаслідок гальмуючого дії рослинності на рух повітря (тобто йде ослаблення турбулентного руху в порівнянні з більш високими шарами повітря).

ФАР (фотосинтетично активна радіація) - є частиною загального потоку короткохвильової радіації, обмеженою довжинами хвиль, в межах яких радіація може використовуватися у фотосинтезі. Її величина приблизно вдвічі менше значень короткохвильової радіації.

ДИХАННЯ РОСЛИН: У сумарному вираженні дихання - це процес зворотний фотосинтезу:

С6 Н12 ПРО6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2 О + 674 ккал ,

тобто глюкоза розкладається до вуглекислого газу і води з виділенням енергії (1 моль глюкози тобто 180 р. її виділяє 674 ккал. енергії). Дихання займає важливе місце в життєдіяльності рослин . У його процесі утворюються різноманітні органічні речовини, які використовуються для синтезу білків та інших важливих сполук, а енергія - для різноманітних обмінних реакцій, полімеризації найпростіших сполук в довгі ланцюги та ін

Дихання здійснюється переважно в мітохондріях (від грец. "мітос" - нитки, "хондріон" - зерно). Це протоплазмова включення, органели, що мають розміри 0,2-7,0 мкм. У мітохондріях синтезується білок, але найважливішою їх функцією в клітці, є все таки дихання . Дихальні реакції діляться на 2 щаблі. Перший ступінь - безкисневих, яка здійснюється ще поза метахондрій, другий - переважно в кристах, тобто всередині мітахондріі. В результаті дихання утворюється етиловий спирт та інші сполуки, наприклад оцтовий альдегід, оцтова кислота, молочна кислота. Це процес характерний для анаеробного дихання.

В цілому, білки одночасно розкладаються до органічних кислот в процесі дихання і знову синтезуються, що сприяє їх Фенотиповий (відповідно до зміни умов життя) перебудові та генетичної (відповідно до мутацій, що виникли), якщо вони насичують популяцію рослин даного виду.

Інформація, релевантна "2.3. Проблемна лекція 2.2. по модулю 2" Основи традиційної екології ": - Теоретична екологія: Процес фотосинтезу."

1. Некос В. Е.. Основи загальної екології та неоекології: навчальний посібник. Програмні та проблемні лекції для студентів спеціальності 7.0708 Екологія Частина I, - Харків., 1998
   
   
2. 2.8. Програмна лекція 2.4. по модулю 2 "Основи традиційної екології ": - Різноманітність і основні типи взаємодії живих організмів
   проблемні лекції, Рукопис, Харків 1998р. 2.Бігон М.Харпер Дж, Таунсенд К. Екологія. Особини, популяції і суспільства. Т.1 . М.Мір, 1989, стор.281-660. 3.Реймерс Н.Ф. "Природокористування" М., Думка, 1990. 4.Ситнік К.М. Брайон А.В., Гордецький А.В., Брайон А.П. Словник-довідник з екології. К.Наукова думка,
   
3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Ибатуллин У.Г.. Екологія Башкортостану: Підручник для середніх профе- нальних навчальних закладів. Изд. 2-е, додатк. - Уфа., 2005
   
   
4. 2.1. Програмна лекція 2.1. по модулю 2 "Основи традиційної екології": Теоретична екологія. Круговороти
   модуля 2 - вивчення теоретичних основ екології з акцентуванням уваги на центральному понятті теоретичної екології-екологічної ніші, ролі екологічних факторів і ретельному вивченні фундаментальних питань класичної екології, заснованої на екосистемному і популяційному підходах. У зв'язку з цим необхідно формування наступних знань: 2.1. По розділу
   
5. Модуль 5 "Основи неоекології" - Основні закони, закономірності, правила і принципи в екології та неоекології.
   екології "- Основні закони, закономірності, правила і принципи в екології та
   
6. ЛІТЕРАТУРА
   проблемної лекції з даного
   
7. Лекція № 4 Екологія популяції
   екологія
   
8. С.І. Бризгалова. Проблемне навчання в початковій школі: Учеб. посібник. Вид. 2-е, испр. і доп. / Калінінгр. ун-т. - Калінінград. - 91 с., 1998
   проблемного навчання: проблема, навчальна проблема, проблемна ситуація, проблемна задача, проблемне питання, методи проблемного навчання (проблемний виклад, евристична бесіда, дослідницький), а також специфіка, функції і місце проблемного навчання в початковій школі. Призначається для студентів педагогічного факультету, вчителів та фахівців, що займаються теорією і практикою
   
9. 1.2. Програмна лекція 1.1 за модулем 1 "Вступ"
   проблемних лекцій і консультативних занять. Роль і значення тестового контролю за модулями програми. 1.4. Знання, вміння і навички, які формуються в процесі вивчення курсу. 1.5. Актуалізація визначення поняття "екологія" по Е. Геккеля, В.Д.Федорову і Т . Г.Гільманову, Г.В.Стадніцкому і А.Н.Родіонову, Н. Ф. Реймерс та ін Автор і рік першого визначення поняття екологія.
   
10. 2.4. Програмна лекція 2.2. по модулю 2 "Основи традиційної екології": - Теоретична екологія: екологічні умови, чинники, ресурси, екологічна ніша
    лекція 2.3 за модулем 2 "Основи традиційної екології": - Теоретична екологія: Екологічні умови, чинники, ресурси , екологічна ніша Основна проблема полягає в тому, що як в російськомовній літературі, так і в зарубіжній, відсутня суворе термінологічне розмежування природних умов і ресурсів. У якості більш загального поняття, що відображає всю
    
11. Основними ЛІТЕРАТУРА
      проблемні лекіі, Рукопис, 1997р. 21. Боков В.А. и др. геоекологія. Науково-методична книга з екології, Сімферополь, Таврія, 1996, 384 с. ДОДАТКОВА ЛІТЕРАТУРА 1. Основи еколого-географічної експертизи (Под.ред.К.Н.Дьяконова, Т.В.Звонковой, М. Изд-во МГУ, 1992 р., 240 с. 2. Гумільов Л.М. Ентогенез і біосфера Землі. 2 - е ізд.ісп. та доп. - Л., Вид-во Ленінградського
    
12. СУЧАСНИЙ СТАН ЕКОЛОГІЇ ЯК комплекной СОЦІАЛЬНО-ПРИРОДНОГО НАУКИ Про ВЗВАМООТНОШЕНІЯХ ОРГАНІЗМІВ. ЗМІСТ, ПРЕДМЕТ, ОБ'ЄКТ І ЗАВДАННЯ ЕКОЛОГІЇ.
      теоретичну і прикладну. З наведених вище напрямків випливає, що завдання екології різноманітні. У загальнотеоретичному плані це: * Розробка загальної теорії стійкості екологічних систем; * Вивчення екологічних механізмів адаптації до середовища; * Дослідження регуляції чисельності популяцій; * Вивчення біологічного різноманіття та