Ինչպես են բույսերը թթվածին արտադրում․ ֆոտոսինթեզ

Բույսերը թթվածին են արտադրում ֆոտոսինթեզի ընթացքում՝ բարդ ռեակցիաների հաջորդականության միջոցով, որի ժամանակ լույսի էներգիան օգտագործվում է օրգանական նյութեր ստեղծելու համար։ Դրա համար բույսին անհրաժեշտ են ջուր, ածխաթթու գազ, լույս և ֆոտոսինթետիկ գունանյութերի, առաջին հերթին՝ քլորոֆիլի աշխատանքը։

Թթվածինն առաջանում է ոչ թե ածխաթթու գազից, ինչպես երբեմն կարծում են, այլ լուսային ռեակցիաների ընթացքում ջրի մոլեկուլների քայքայման արդյունքում։ Միաժամանակ բույսը կուտակում է էներգիա, որն անհրաժեշտ է ածխածնի հետագա ֆիքսման և օրգանական միացությունների կառուցման համար։

Ի՞նչ է ֆոտոսինթեզը

Ֆոտոսինթեզը լույսի էներգիան օրգանական նյութերի քիմիական էներգիայի վերածելու գործընթացն է։ Բույսերի մոտ այն հիմնականում տեղի է ունենում քլորոպլաստներ պարունակող կանաչ հատվածներում։

Պարզեցված ձևով ֆոտոսինթեզի ընդհանուր հավասարումը գրվում է այսպես․

6CO₂ + 6H₂O + լույսի էներգիա → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Այս բանաձևը ցույց է տալիս գործընթացի ընդհանուր արդյունքը․

բույսը կլանում է ածխաթթու գազ,
արմատները ստանում են ջուր,
լույսը ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր,
առաջանում են օրգանական նյութեր,
թթվածին է արտազատվում շրջակա միջավայր։

Իրականում ֆոտոսինթեզը բաղկացած է բազմաթիվ առանձին ռեակցիաներից։ Գլյուկոզան մեկ փուլում չի առաջանում․ սկզբում ձևավորվում են ավելի պարզ ածխածնային միացություններ, որոնցից բույսը հետագայում սինթեզում է շաքարներ, օսլա, ցելյուլոզ և այլ նյութեր։

Բույսի ո՞ր հատվածներում է տեղի ունենում ֆոտոսինթեզը

Ֆոտոսինթեզի հիմնական վայրը տերևներն են։ Դրանց կառուցվածքն օգնում է կլանել լույսը, ստանալ ածխաթթու գազ և ջուրը հասցնել բջիջներին։

Բուսական բջջում գործընթացը կապված է քլորոպլաստների հետ։ Դրանք օրգանոիդներ են, որոնց ներսում գտնվում են՝

թիլակոիդներ՝ թաղանթային կառուցվածքներ, որտեղ տեղի են ունենում լուսային ռեակցիաները,
գրաններ՝ իրար վրա դասավորված թիլակոիդների խմբեր,
ստրոմա՝ քլորոպլաստի ներքին միջավայրը, որտեղ տեղի է ունենում Կալվինի ցիկլը,
քլորոֆիլ և լույս կլանող այլ գունանյութեր։

Ֆոտոսինթեզ կարող են իրականացնել նաև երիտասարդ կանաչ ցողունները և բույսի այլ հատվածները, եթե դրանց բջիջները պարունակում են գործող քլորոպլաստներ։

Ի՞նչ դեր է կատարում քլորոֆիլը

Քլորոֆիլը կանաչ գունանյութ է, որը մասնակցում է լույսի կլանմանը։ Այն հատկապես արդյունավետ է օգտագործում տեսանելի սպեկտրի կարմիր և կապույտ հատվածները, իսկ կանաչ լույսն ավելի շատ է անդրադարձվում, ինչի պատճառով տերևները կանաչ են թվում։

Քլորոֆիլն ինքնուրույն թթվածին չի ստեղծում։ Նրա գործառույթը լույսի էներգիան կլանելն ու այն թիլակոիդների թաղանթներում տեղի ունեցող ռեակցիաների համակարգին փոխանցելն է։

Տերևներում կան նաև այլ գունանյութեր, այդ թվում՝ կարոտինոիդներ։ Դրանք ընդլայնում են օգտագործվող լույսի տիրույթը և օգնում պաշտպանել ֆոտոսինթետիկ համակարգը չափազանց ուժեղ լուսավորությունից։

Ֆոտոսինթեզի երկու հիմնական փուլերը

Ֆոտոսինթեզը պայմանականորեն բաժանվում է լուսային ռեակցիաների և Կալվինի ցիկլի։ Այս փուլերը կապված են միմյանց հետ․ լուսային փուլում առաջացած նյութերն օգտագործվում են ածխաթթու գազի ածխածինը կապելու համար։

Լուսային ռեակցիաներ

Լուսային ռեակցիաները տեղի են ունենում թիլակոիդների թաղանթներում և պահանջում են լույսի էներգիա։ Այս փուլում՝

քլորոֆիլն ու մյուս գունանյութերը կլանում են լույսը,
ջուրը մասնակցում է քայքայման ռեակցիային,
առաջանում են էլեկտրոններ և պրոտոններ,
արտազատվում է մոլեկուլային թթվածին,
ձևավորվում են ATP և NADPH՝ էներգիայի և վերականգնող ուժի փոխանցիչներ։

Ջրի քայքայման պարզեցված հավասարումը՝

2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂

Հենց այս ռեակցիան է բույսերի արտազատած թթվածնի անմիջական աղբյուրը։

Կալվինի ցիկլ

Կալվինի ցիկլը տեղի է ունենում քլորոպլաստի ստրոմայում։ Այս փուլում ածխաթթու գազը ներառվում է օրգանական միացությունների մեջ՝ լուսային ռեակցիաներում ստացված ATP-ի և NADPH-ի օգտագործմամբ։

Կալվինի ցիկլը հաճախ անվանում են «մութ փուլ», սակայն այդ անվանումը կարող է շփոթեցնել։ Այս ռեակցիաների մոլեկուլներին անմիջական լույս անհրաժեշտ չէ, բայց դրանք կախված են լուսային փուլի նյութերից և սովորաբար ակտիվորեն ընթանում են լուսավորված բույսում։

Ցիկլի անմիջական վերջնական արդյունքը պատրաստի գլյուկոզայի մոլեկուլ չէ, այլ ավելի պարզ ածխածնային միացություններ։ Դրանցից բույսը հետագայում սինթեզում է շաքարներ և այլ օրգանական նյութեր։

Որտեղի՞ց է առաջանում ֆոտոսինթեզի ընթացքում արտազատվող թթվածինը

Ֆոտոսինթեզի ընթացքում բույսի արտազատած թթվածինն առաջանում է ջրից։ Արմատները ջուրը կլանում են հողից, որից հետո այն հաղորդիչ հյուսվածքներով տեղափոխվում է դեպի տերևները։

Քլորոպլաստներում ջուրը մասնակցում է լուսային ռեակցիաներին։ Դրա քայքայման ժամանակ ազատվում են էլեկտրոններ, պրոտոններ և թթվածին։ Թթվածնի մոլեկուլներն այնուհետև տերևից հիմնականում դուրս են գալիս հերձանցքների միջոցով։

Ածխաթթու գազն այս ընթացքում ծառայում է որպես ածխածնի աղբյուր օրգանական նյութերի համար։ Այդ պատճառով ճիշտ չէ ասել, որ բույսը պարզապես «ածխաթթու գազը վերածում է թթվածնի»․ ջուրն ու ածխաթթու գազը գործընթացում տարբեր դերեր են կատարում։

Ինչպես է ածխաթթու գազը ներթափանցում տերև

Ածխաթթու գազը տերև է ներթափանցում հերձանցքների միջոցով։ Դրանք տերևի ծածկող հյուսվածքում գտնվող փոքր, կարգավորվող բացվածքներ են։ Դրանց միջոցով միաժամանակ տեղի են ունենում գազափոխանակություն և ջրի գոլորշացում։

Երբ բույսը ջրի ուժեղ պակաս է զգում, հերձանցքները կարող են մասամբ փակվել։ Սա նվազեցնում է ջրի կորուստը, բայց միաժամանակ սահմանափակում է ածխաթթու գազի մուտքը և դանդաղեցնում ֆոտոսինթեզը։

Հետևաբար երկարատև չորացումը ազդում է ոչ միայն տերևների ամրության վրա։ Այն նաև սահմանափակում է գազափոխանակությունն ու օրգանական նյութերի ձևավորումը։

Ի՞նչ է տեղի ունենում ջրի հետ արմատներով կլանվելուց հետո

Արմատները հողից ջուր են ստանում, որից հետո այն քսիլեմով շարժվում է դեպի վեր։ Ջրի զգալի մասը գոլորշանում է տերևների միջոցով՝ ապահովելով տրանսպիրացիոն հոսքը և բույսի սառեցումը։

Թթվածնի անմիջական ձևավորման համար օգտագործվում է կլանված ջրի միայն մի մասը։ Շատ ավելի մեծ քանակությամբ ջուր մասնակցում է տրանսպիրացիային, բջիջների ճնշման պահպանմանը, հանքային նյութերի տեղափոխմանը և ջերմաստիճանի կարգավորմանը։

Սակայն դրանից չի հետևում, որ հաճախակի ջրումը արագացնում է ֆոտոսինթեզը։ Գերխոնավացումը հողից դուրս է մղում օդը, վատացնում է արմատների աշխատանքը և արդյունքում կարող է դանդաղեցնել աճը։

Ո՞ր օրգանիզմներն են թթվածին արտադրում

Թթվածին առաջացնող ֆոտոսինթեզ իրականացնում են ոչ միայն ցամաքային բույսերը։ Դրան մասնակցում են՝

ծառերն ու թփերը,
խոտաբույսերը,
մամուռները և այլ կանաչ ցամաքային օրգանիզմներ,
ջրիմուռները,
ֆիտոպլանկտոնը,
ցիանոբակտերիաները։

Ցամաքային բուսականությունն ու ջրային միջավայրերի ֆոտոսինթեզող օրգանիզմները միասին մասնակցում են թթվածնի և ածխածնի համաշխարհային շրջանառությանը։

Բույսերը նաև ստեղծում են օրգանական նյութ, որը գտնվում է սննդային շղթաների մեծ մասի հիմքում։ Այս կապն ավելի մանրամասն ներկայացված է մարդկանց և կենդանիների համար բույսերի՝ որպես սննդի աղբյուրի մասին հոդվածում։

Ի՞նչն է ազդում ֆոտոսինթեզի արագության վրա

Ֆոտոսինթեզը մշտապես նույն արագությամբ չի ընթանում։ Այն կախված է արտաքին պայմաններից, բույսի վիճակից և կոնկրետ տեսակի առանձնահատկություններից։

Լուսավորություն

Լույսի պակասի դեպքում ֆոտոսինթեզի արագությունը նվազում է։ Բույսը կարող է շարունակել ապրել, սակայն նոր տերևների աճը դանդաղում է, հանգույցների միջև տարածությունը մեծանում է, իսկ խայտաբղետ գունավորումը հաճախ դառնում է պակաս արտահայտիչ։

Լույսի ավելցուկը նույնպես կարող է վնասել ֆոտոսինթետիկ համակարգը։ Սա հատկապես հնարավոր է, երբ բույսը ստվերից կտրուկ տեղափոխվում է ուժեղ ուղիղ արևի տակ։

Ածխաթթու գազ

Ածխաթթու գազն անհրաժեշտ է օրգանական նյութերի ձևավորման համար։ Սակայն սովորական բնակարանում սենյակային բույսերի համար դրա խտությունը արհեստականորեն բարձրացնելու կարիք չկա։ Կանոնավոր օդափոխությունն ու նորմալ օդափոխանակությունը սովորաբար բավարար են։

Ջուր

Ջրի պակասի դեպքում հերձանցքները փակվում են, իսկ երկարատև գերխոնավացման դեպքում վնասվում են արմատները։ Երկու իրավիճակներում էլ ֆոտոսինթեզն ու աճը կարող են դանդաղել։

Ջերմաստիճան

Ֆոտոսինթեզը ներառում է ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն ֆերմենտային ռեակցիաներ։ Չափազանց ցուրտ կամ շատ շոգ պայմանները խանգարում են դրանց բնական աշխատանքին։

Օպտիմալ ջերմաստիճանը կախված է տեսակի ծագումից։ Արևադարձային սենյակային բույսն ու այգու փշատերև ծառը նույն ջերմաստիճանին տարբեր կերպ են արձագանքում։

Հանքային սնուցում

Քլորոֆիլի, սպիտակուցների, ֆերմենտների և նոր հյուսվածքների ձևավորման համար բույսին անհրաժեշտ են հանքային տարրեր։ Սակայն պարարտանյութի քանակի ավելացումը չի կարող անսահման արագացնել ֆոտոսինթեզը։

Աղերի ավելցուկը վնասում է արմատները և խանգարում ջրի կլանմանը։ Պարարտացումը օգնում է միայն այն դեպքում, երբ բույսը բավարար լույս է ստանում և աճում է համապատասխան հողախառնուրդում։

Տերևների վիճակ

Վնասատուների պատճառած վնասումները, փոշու հաստ շերտը, այրվածքները, քլորոզն ու հիվանդությունները նվազեցնում են նորմալ աշխատող հյուսվածքի մակերեսը։ Այդ պատճառով տերևների վիճակն անմիջականորեն ազդում է բույսի ընդհանուր արդյունավետության վրա։

Ֆոտոսինթեզը և բույսերի շնչառությունը

Բույսերը ոչ միայն ֆոտոսինթեզ են իրականացնում, այլև մշտապես շնչում են։ Բջջային շնչառության ընթացքում օրգանական նյութերն օգտագործվում են էներգիա ստանալու համար, որի ժամանակ կլանվում է թթվածին և արտազատվում ածխաթթու գազ։

Ֆոտոսինթեզը պահանջում է լույս և ստեղծում է օրգանական նյութեր։
Շնչառությունը տեղի է ունենում և՛ ցերեկը, և՛ գիշերը՝ բջիջներին հասանելի էներգիա ապահովելով։

Ցերեկը բավարար լուսավորության դեպքում ֆոտոսինթեզը սովորաբար գերազանցում է շնչառությանը, ուստի բույսն ընդհանուր առմամբ կլանում է ածխաթթու գազ և արտազատում թթվածին։ Մթության մեջ ֆոտոսինթեզը դադարում է, սակայն շնչառությունը շարունակվում է։

Արդյո՞ք բույսերը գիշերը թթվածին են արտադրում

Սովորական բույսը առանց լույսի թթվածին չի արտադրում, քանի որ ջրի քայքայման համար անհրաժեշտ է լուսային փուլի էներգիան։ Գիշերը բույսը շարունակում է շնչել և օգտագործում է փոքր քանակությամբ թթվածին։

Որոշ բույսեր, այդ թվում՝ սանսևիերիաները և բազմաթիվ սուկուլենտներ, օգտագործում են CAM-ֆոտոսինթեզ։ Դրանք հերձանցքները հիմնականում բացում են գիշերը և կուտակում ածխաթթու գազ, ինչը օգնում է խնայել ջուրը։

Սակայն սա չի նշանակում, որ սանսևիերիան ամբողջ գիշեր ակտիվորեն թթվածին է արտադրում։ Ածխաթթու գազի գիշերային կլանումը և լուսային փուլում թթվածնի արտադրությունը տարբեր գործընթացներ են։ Թթվածին ձևավորելու համար բույսին միևնույն է լույս է անհրաժեշտ։

Կարո՞ղ են սենյակային բույսերը նկատելիորեն բարձրացնել թթվածնի մակարդակը

Սենյակային բույսերն իսկապես մասնակցում են գազափոխանակությանը, սակայն մի քանի ծաղկաման չեն կարող էականորեն փոխել ամբողջ սենյակի թթվածնի պարունակությունը։ Առանձին բույսի ֆոտոսինթեզի ծավալը չափազանց փոքր է օդի ընդհանուր ծավալի և սենյակի սովորական օդափոխանակության համեմատ։

Բնակարանում օդի որակի համար ավելի կարևոր են՝

կանոնավոր օդափոխությունը,
աշխատող օդափոխության համակարգը,
խոնավության վերահսկումը,
ծխի և աղտոտման այլ աղբյուրների բացակայությունը,
փոշու ժամանակին մաքրումը։

Սենյակային բույսերը պետք է ընտրել առաջին հերթին դրանց դեկորատիվ տեսքի և ինտերիերը ավելի կենդանի դարձնելու հնարավորության համար, ոչ թե որպես օդափոխության փոխարինող։

Համապատասխան տեսակները կարող եք դիտել Երևանում առաքմամբ սենյակային բույսերի բաժնում։

Ինչպես պահպանել սենյակային բույսի բնական ֆոտոսինթեզը

Տերևների արդյունավետ աշխատանքի համար հատուկ տնային միջոցներ անհրաժեշտ չեն։ Ավելի կարևոր է ապահովել խնամքի հիմնական պայմանները։

Բույսը տեղադրել նրա լուսային պահանջներին համապատասխան վայրում։
Չթույլատրել երկարատև գերխոնավացում կամ ամբողջական չորացում։
Օգտագործել օդաթափանց հողախառնուրդ և դրենաժային անցքերով ծաղկաման։
Խոշոր տերևները փոշուց մաքրել փափուկ խոնավ կտորով։
Չգերազանցել պարարտանյութի չափաբաժինը։
Բույսը պաշտպանել վնասատուներից։
Այն կտրուկ չտեղափոխել խորը ստվերից ուժեղ արևի տակ։
Հաշվի առնել ձմռանը լույսի սեզոնային նվազումը։

Լուսավորության, ջրման, հողախառնուրդի և պարարտացման մանրամասն խորհուրդները ներկայացված են սենյակային բույսերի խնամքի հիմունքների մասին հոդվածում։

Ինչպես հասկանալ, որ բույսին լույսը չի բավարարում

Լույսի պակասի մասին կարող են վկայել՝

դանդաղ աճը,
ձգված և թույլ ընձյուղները,
տերևների միջև մեծացած տարածությունները,
փոքր նոր տերևները,
խայտաբղետ վառ գունավորման կորուստը,
բույսի թեքվելը դեպի պատուհան,
նորմալ ընդհանուր վիճակի պայմաններում ծաղկման բացակայությունը,
հողախառնուրդի չափազանց դանդաղ չորացումը։

Այս նշանները պետք է գնահատել միասին։ Տերևների դեղնելն ինքնուրույն չի ապացուցում լույսի պակասը․ նույն ախտանշանը կարող է առաջանալ գերխոնավացման, արմատների վնասման, ցրտի և այլ խնդիրների դեպքում։

Ֆոտոսինթեզը ծաղկավոր և մերկասերմ բույսերի մոտ

Թթվածին առաջացնող ֆոտոսինթեզի հիմնական մեխանիզմը նույնն է ծաղկավոր և մերկասերմ բույսերի մոտ։ Ֆիկուսի լայն տերևներն ու սոճու փշերը պարունակում են ֆոտոսինթետիկ բջիջներ, որոնք կարող են օգտագործել լույսի էներգիան։

Տարբերությունները կապված են տերևների ձևի, սեզոնայնության, ծածկող հյուսվածքների կառուցվածքի և կլիմային հարմարվածության հետ։ Բազմաթիվ մերկասերմերի փշերը օգնում են նվազեցնել ջրի կորուստը, իսկ ծաղկավոր բույսերի լայն տերևները բավարար խոնավության պայմաններում հաճախ արդյունավետորեն կլանում են լույսը։

Ծածկասերմերի կառուցվածքի և բազմազանության մասին կարող եք կարդալ ծաղկավոր բույսերի մասին հոդվածում։ Բակի համար փշատերև և այլ տեսակներ ներկայացված են այգու բույսերի բաժնում։

Ֆոտոսինթեզի դերը էկոհամակարգերում

Ֆոտոսինթեզն ապահովում է օրգանական նյութերի ձևավորումը, որոնք հետագայում օգտագործվում են բույսերի, կենդանիների, սնկերի և միկրոօրգանիզմների կողմից։ Այս գործընթացի շնորհիվ արևային էներգիան ներառվում է սննդային շղթաների մեջ։

Միաժամանակ ֆոտոսինթեզը մասնակցում է ածխածնի շրջանառությանը։ Ածխաթթու գազի ածխածինը կապվում է բուսական հյուսվածքներում, իսկ հետո կարող է վերադառնալ շրջակա միջավայր շնչառության, քայքայման կամ այրման ժամանակ։

Կարևոր է տարբերել թթվածնի ընդհանուր արտադրությունն ու դրա մաքուր կուտակումը։ Արտադրված թթվածնի զգալի մասը կրկին օգտագործվում է օրգանիզմների շնչառության և օրգանական նյութերի քայքայման ժամանակ։ Այդ պատճառով անտառի կամ առանձին բույսի դերը չի կարելի գնահատել միայն լուսային փուլում առաջացած թթվածնի քանակով։

Ֆոտոսինթեզի մասին տարածված սխալ պատկերացումները

«Թթվածինն առաջանում է ածխաթթու գազից»։ Արտազատվող թթվածինը հիմնականում առաջանում է ջրից։
«Կալվինի ցիկլը տեղի է ունենում միայն մթության մեջ»։ Այն անմիջական լույս չի պահանջում, սակայն կախված է լուսային փուլի նյութերից։
«Բույսը գիշերը չի շնչում»։ Բջջային շնչառությունը շարունակվում է շուրջօրյա։
«Սանսևիերիան գիշերը մեծ քանակությամբ թթվածին է արտադրում»։ CAM-բույսերը գիշերը հիմնականում կլանում և կուտակում են ածխաթթու գազ, իսկ թթվածինն առաջանում է լույսի առկայության դեպքում։
«Որքան շատ ջրել, այնքան ակտիվ կլինի ֆոտոսինթեզը»։ Գերխոնավացումը վնասում է արմատները և կարող է դանդաղեցնել գործընթացը։
«Պարարտանյութը փոխհատուցում է լույսի պակասը»։ Առանց բավարար լուսավորության լրացուցիչ սնուցումը չի լուծում հիմնական խնդիրը։
«Մի քանի բույս ամբողջությամբ մաքրում և թթվածնով հագեցնում են սենյակը»։ Իրական օդափոխության համար անհրաժեշտ է աշխատող օդափոխություն։

Գլխավորը բույսերի կողմից թթվածնի արտադրության մասին

Թթվածինն առաջանում է ֆոտոսինթեզի լուսային ռեակցիաների ժամանակ՝ ջրի քայքայման արդյունքում։ Ածխաթթու գազը միաժամանակ օգտագործվում է որպես ածխածնի աղբյուր օրգանական նյութեր ստեղծելու համար։

Ֆոտոսինթեզի արագությունը կախված է լույսից, ջրից, ջերմաստիճանից, գազափոխանակությունից, հանքային սնուցումից և տերևների վիճակից։ Բույսը միաժամանակ ֆոտոսինթեզ է իրականացնում և շնչում, ուստի արտազատվող թթվածնի քանակը փոխվում է պայմաններից և օրվա ժամից կախված։

Սենյակային բույսի համար ամենակարևոր պայմաններն են համապատասխան լուսավորությունը, ճիշտ ջրումը և առողջ արմատային համակարգը։ Այդ պայմաններում տերևները կարող են նորմալ աշխատել, իսկ բույսը՝ ձևավորել նոր հյուսվածքներ և պահպանել բնական գազափոխանակությունը։

Ինչպես են բույսերը թթվածին արտադրում ֆոտոսինթեզի ընթացքում