БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

7. АВТОТРОФНОЕ ПИТАНИЕ

7.8. Факторы, влияющие на фотосинтез

Интенсивность фотосинтеза является важнейшим фактором, влияющим на урожайность сельскохозяйственных растений. Поэтому изучение различных воздействий, влияющих на фотосинтез, по всей вероятности, должно привести к повышению эффективности сельского хозяйства.

7.8. На основе уравнения фотосинтеза сделайте вывод, какие факторы будут воздействовать на интенсивность этого процесса?

7.8.1. Лимитирующие факторы

Теоретически интенсивность любого биохимического процесса, который (как, например, фотосинтез) включает серию реакций, будет ограничиваться наиболее медленной реакцией этой серии. Приведем пример: для темновых реакций требуются восстановленные НАДФ и АТФ, следовательно, они зависят от световых реакций, в ходе которых образуются эти соединения. При слабом освещении скорость их образования очень мала для обеспечения максимальной скорости протекания темновых реакций, поэтому можно говорить, что свет в данном случае является лимитирующим фактором. Сформулируем принцип лимитирующих факторов:

если на химический процесс воздействует более одного фактора, то скорость этого процесса ограничивается тем фактором, значение которого наиболее близко к минимальному: изменение именно этого фактора прямо влияет на данный процесс.

Впервые этот принцип был сформулирован Блэкменом (Blackman) в 1905 г. С тех пор было показано, что другие факторы, такие как концентрация диоксида углерода и интенсивность освещения, взаимодействуют друг с другом и одновременно являются лимитирующими факторами, хотя один из них обычно имеет более важное значение. Проанализируйте воздействие одного из факторов, например интенсивности освещения, изучив рис. 7.19, и попытайтесь ответить на следующие вопросы:

Рис. 7.19. Влияние освещенности на интенсивность фотосинтеза.

7.9. а) Что является лимитирующим фактором на участке А?

б) Что отражено на участках В и С данной кривой?

в) Что представляет собой точка D? т) Что представляет собой точка Е?

На рис. 7.20 представлены результаты четырех экспериментов, в которых один и тот же эксперимент проводился при разных температурах и разных концентрациях диоксида углерода.

Рис. 7.20. Влияние различных факторов на интенсивность фотосинтеза.

7.10. Что представляют собой точки X, Y и Z на трех кривых рис. 7.20?

Из результатов экспериментов (1-4 на рис. 7.20) видно, что, когда интенсивность освещения перестает быть лимитирующим фактором, ими становятся температура и концентрация диоксида углерода. Реакции, контролируемые ферментами, такие как темновые реакции фотосинтеза, чувствительны к изменениям температуры; так, увеличение температуры с 15 до 25 °С приводит к возрастанию интенсивности фотосинтеза (сравните результаты экспериментов 2 и 1 или 4 и 3) в том случае, если свет не является лимитирующим фактором. Концентрация диоксида углерода также может быть лимитирующим фактором темновых реакций (сравните результаты экспериментов 2 и 4 или 1 и 3). Например, в эксперименте 2 лимитирующими факторами являются и температура и концентрация диоксида углерода, поэтому увеличение любого из них приводит к росту интенсивности фотосинтеза.