Czynniki wpływające na intensywność fotosyntezy

Czynniki wpływające na intensywność fotosyntezy można podzielić na dwie główne kategorie: czynniki zewnętrzne i wewnętrzne. Zrozumienie tych czynników jest kluczowe dla optymalizacji procesu fotosyntezy w uprawach roślin.

Czynniki zewnętrzne wpływające na intensywność fotosyntezy:

1. Natężenie światła: Większe natężenie światła zazwyczaj prowadzi do zwiększenia intensywności fotosyntezy, aż do osiągnięcia punktu nasycenia.

2. Stężenie CO₂: Wyższe stężenie dwutlenku węgla w powietrzu zwiększa intensywność fotosyntezy, co jest istotne w kontekście zmian klimatycznych.

3. Temperatura: Fotosynteza jest procesem enzymatycznym, więc temperatura ma znaczący wpływ na jej przebieg. Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura może ograniczać fotosyntezę.

4. Dostępność wody: Niedobór wody prowadzi do zamykania się aparatów szparkowych, co ogranicza wymianę gazową i fotosyntezę. Z drugiej strony, nadmiar wody może prowadzić do niedotlenienia korzeni.

5. Ilość soli mineralnych: Niedobór kluczowych pierwiastków, takich jak azot, fosfor czy magnez, może ograniczać fotosyntezę.

Example: W uprawach szklarniowych często stosuje się doświetlanie roślin i wzbogacanie powietrza w CO₂, aby zwiększyć intensywność fotosyntezy i plonowanie.

Czynniki wewnętrzne wpływające na intensywność fotosyntezy:

1. Stosunek powierzchni liścia do jego objętości: Większa powierzchnia w stosunku do objętości sprzyja wymianie gazowej i absorpcji światła.

2. Liczba i rozmieszczenie aparatów szparkowych: Wpływa na efektywność wymiany gazowej.

3. Grubość kutykuli na powierzchni liścia: Cieńsza kutykula ułatwia wymianę gazową, ale zwiększa ryzyko utraty wody.

4. Wielkość przestrzeni międzykomórkowej w miękiszu asymilacyjnym: Wpływa na efektywność transportu gazów wewnątrz liścia.

5. Rozmieszczenie chloroplastów w komórkach miękiszu: Optymalne rozmieszczenie chloroplastów zwiększa efektywność absorpcji światła.

6. Zawartość chlorofilu w chloroplastach: Większa ilość chlorofilu zwiększa zdolność absorpcji światła.

Highlight: Czynniki wewnętrzne fotosyntezy są często wynikiem adaptacji roślin do warunków środowiskowych i mogą być modyfikowane poprzez hodowlę i inżynierię genetyczną.

Znaczenie fotosyntezy dla życia na Ziemi jest nie do przecenienia. Proces ten nie tylko dostarcza energii i materii organicznej dla ekosystemów, ale także reguluje poziom CO₂ w atmosferze i produkuje tlen niezbędny dla większości form życia.

Faza ciemna fotosyntezy (cykl Calvina)

Przebieg fazy ciemnej fotosyntezy, znany również jako cykl Calvina, to kluczowy etap procesu fotosyntezy, w którym dochodzi do asymilacji dwutlenku węgla i produkcji cukrów prostych.

Gdzie zachodzi faza ciemna fotosyntezy? Faza ta odbywa się w stromie chloroplastów i, w przeciwieństwie do fazy jasnej, nie wymaga bezpośredniego udziału światła.

Definition: Cykl Calvina to seria reakcji biochemicznych, w których CO₂ jest przekształcany w glukozę przy użyciu energii i reduktorów (ATP i NADPH) wytworzonych w fazie jasnej fotosyntezy.

Przebieg fazy ciemnej fotosyntezy można podzielić na trzy główne etapy:

1. Karboksylacja:

   • CO₂ jest przyłączany do pięciowęglowego akceptora - rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP).
   • Reakcję tę katalizuje enzym karboksylaza RuBP (Rubisco).
   • Powstaje niestabilny związek sześciowęglowy, który rozpada się na dwie cząsteczki kwasu 3-fosfoglicerynowego (PGA).

2. Redukcja:

   • PGA jest redukowany do aldehydu 3-fosfoglicerynowego (PGAL) przy użyciu NADPH i ATP.
   • PGAL jest pierwszym stabilnym produktem fotosyntezy i może być wykorzystany do syntezy glukozy lub innych związków organicznych.

3. Regeneracja:

   • Część cząsteczek PGAL jest wykorzystywana do odtworzenia RuBP, co zamyka cykl.
   • Proces ten wymaga nakładu energii w postaci ATP.

Highlight: Do wytworzenia jednej cząsteczki glukozy w cyklu Calvina potrzeba sześciu obrotów cyklu, co wymaga zużycia 18 ATP i 12 NADPH.

Przebieg fotosyntezy schemat dla cyklu Calvina obejmuje:

• Wejście CO₂
• Reakcję z RuBP katalizowaną przez Rubisco
• Powstanie PGA
• Redukcję PGA do PGAL
• Regenerację RuBP

Vocabulary: Rubisco (karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu) to kluczowy enzym cyklu Calvina, odpowiedzialny za wiązanie CO₂.

Fotosynteza opisana powyżej jest nazywana fotosyntezą typu C3, ponieważ pierwszym trwałym produktem po przyłączeniu CO₂ jest związek trójwęglowy (PGA).

Na czym polega fotosynteza typu C3? Jest to najbardziej rozpowszechniony typ fotosyntezy wśród roślin, szczególnie w klimacie umiarkowanym. Rośliny C3 przeprowadzają cykl Calvina bezpośrednio w komórkach mezofilu, co czyni je mniej efektywnymi w warunkach wysokich temperatur i niskiej dostępności wody w porównaniu do roślin C4 lub CAM.

Example: Przykłady roślin C3 to pszenica, ryż, ziemniaki i większość drzew liściastych.