Реферат: Фотосинтез и урожай

СОДЕРЖАНИЕ

ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАЙ 2

ФОТОСИНТЕЗ, РОСТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ 6

ФОТОСИНТЕЗ ИУРОЖАЙ

Жизнь современного человека

немыслима без выращивания различныхкультурных растений. Органические вещества, образуемые ими в ходе фотосинтеза,служат основой питания человека, производства лекарств, они нужны для изготовлениябумаги, мебели, строительных материалови т. п.

Культурные растения способны быстроразмножаться, покрывать зеленым экраном своей листвы громадные площади,улавливать колоссальное количество солнечной энергии иобразовывать великое множество разнообразных органических веществ. В результатефотосинтеза создается 95 процентов сухого вещества растений. Поэтому мы сполным правом можем утверждать, что управление этим процессом —один из наиболее эффективных путейвоздействия на продуктивность растений,на их урожай. Физиологи растений совершенно правильно считают, что основнаязадача работ в области фотосинтеза —сохранение и поддержание на более высоком уровне фотосинтетическойдеятельности естественной растительности Земли, максимальное повышение фотосинтетической продуктив-.ности культурных растений.

Каковы же пути управления человеком фотосинтетическойдеятельностью растений?

Часто сдерживающим фактором фотосинтеза является недостатокуглекислого газа. Обычно в воздухе присутствует около 0,03 процента С02. Однако над интенсивно фото-синтезирующимполем его содержание уменьшается иногда в три-четыре раза по сравнению сприведенной цифрой. Вполне естественно, что из-за этого фотосинтез тормозится.Между тем для получения среднего урожая сахарной свеклы один гектар ее посевовдолжен усваивать за сутки около 300—400 килограммов углекислого газа. Такоеколичество содержится в колоссальном объеме воздуха.

Опыты известного отечественногофизиолога растений В. Н. Любименко показали, что увеличение количествауглекислого газа в атмосфере до 1,5 процента приводит к прямо пропорциональномувозрастанию интенсивности фотосинтеза.Таким образом, один из путей повышения продуктивности фотосинтеза — увеличениеконцентрации углекислого газа в воздухе.

Современный уровень технологии, в целом, позволяет решитьэту задачу в глобальных масштабах. Однако весьма сомнительно, чтобы человекрешился на практике осуществить этот проект. Дело в том, что более высокийуровень содержания углекислого газа в воздухе приведет к изменению тепловогобаланса планеты, к ее перегреву вследствие так называемого «парниковогоэффекта». «Парниковый эффект» обусловлен тем, что при наличии большогоколичества углекислого газа атмосфера начинает сильнее задерживать испускаемыеповерхностью Земли тепловые лучи.

Перегрев планеты может привести к таянию льдов в полярныхобластях и в высокогорьях, к поднятию уровня Мирового океана, к сокращениюплощади суши, в том числе занятой культурной растительностью. Если учесть, чтонаселение Земли увеличивается еженедельно на 1 миллион 400 тысяч человек, топонятна крайняя нежелательность таких изменений.

Человечество весьма обеспокоеноестественным ростом концентрации углекислого газа в атмосфере, наблюдаемым впоследние годы в результате интенсивного развития промышленности, автомобильного,железнодорожного и авиационного транспорта. Поэтому оно едва ли решитсякогда-либо сознательно стимулировать этот процесс в глобальных масштабах.

В теплицах и на поле увеличение содержания углекислого газаимеет важное значение для повышения урожайности культурных растений. С этойцелью в теплицах сжигают опилки, раскладывают сухой лед на стеллажах, выпускаютуглекислый газ из баллонов. Основной способ повышения концентрации СОа над полем — активизация жизнедеятельностипочвенных микроорганизмов путем внесения в почву органических и минеральныхудобрений. В процессе дыхания микробы выделяют большое количество углекислогогаза. В последние годы для обогащения почвы и припочвенноговоздуха СОз поля стали поливать водой,насыщенной углекислым газом.

Другой путь преодоления отрицательного влияния низкойконцентрации углекислого газа в атмосфере на урожай — распространение такихформ растений, которые очень интенсивно фотосинтезируютдаже при ничтожно малом его содержании. Это — С4 — растения. У них рекордныепоказатели интенсивности фотосинтеза.

Распространение таких растений,дальнейшее изучение особенностей их фотосинтеза представляется весьма нужным и перспективным.

Растительность земного шара довольно неэффективно используетсолнечную энергию. Коэффициент полезного действия у большинства дикорастущихрастений составляет всего 0,2 процента, у культурных он равен в среднем одномупроценту. При оптимальном снабжении культурных растений водой, минеральнымисолями коэффициент полезного использования света повышается до четырех — шестипроцентов. Теоретически же возможен КПД, равный восьми — десяти процентам. Сопоставление приведенных цифр говорит о больших возможностяхв увеличении фотосинтетической продуктивности растений. Однако практическая их реализация встречаетбольшие трудности.

Повысить эффективность использования солнечной энергии в ходе фотосинтеза можно,расположив растения на оптимальном расстоянии друг от друга. В изреженных посевах значительная часть света пропадетзря, а вот в загущенных растения затеняют друг друга, их стебли становятсядлинными и ломкими, легко полегающими от дождя и ветра. В том и другом случаепроисходит снижение урожая. Вот почему очень важно выбратьдля каждой культуры наиболее оптимальное расстояние. При этом следует учитывать,что оптимальная плотность посевов может быть различной в зависимости от обеспеченностирастений водой, элементами минерального питания и от их особенностей. Ксожалению, многие агрономы не принимают во внимание названные факторы, поэтомутак медленно растет продуктивность наших полей. Наиболее часто растения неэффективнофотосинтезируют из-за недостатка воды и элементовминерального питания. Если улучшить условия водоснабжения и питания, то размерылистовой поверхности увеличатся, а между ними и величиной урожая обычно существуетпрямая зависимость.

Однако существует некоторый пределроста эффективности фотосинтеза, когда дальнейшее улучшение водоснабжения и минерального питания не даетрезультатов. Дело в том, что при определенном размере листовой поверхности(обычно когда на 1 квадратный метр посевов приходится четыре-пять квадратныхметров листьев) растения поглощают практически всю энергию света. Если же наединицу площади поля приходится еще большая поверхность листьев, то врезультате затенения их друг другом растения вытянутся, интенсивностьфотосинтеза уменыпит-ся. Вот почемудальнейшее улучшение снабжения растений водой и элементами минеральногопитания неэффективно.

В чем же выход из создавшегося положения? Ученые полагают,что в выведении новых сортов культурных растений, отличающихся выгоднымстроением тела. В частности, они должны иметь компактную низкорослую крону, свертикально ориентированнымилистьями, обладать крупными запасающими (луковицы, клубни, корни, корневища) ирепродуктивными (семена, плоды) органами.

На повышение плодородия почвы и улучшение водоснабжения этисорта будут реагировать усилением интенсивности фотосинтеза, умереннымпотреблением продуктов фотосинтеза (ассимилятов);на рост листьев и других вегетативных органов, а также активным использованиемассимилятов на формирование репродуктивных и запасающих органов.

Вот какие жесткие требования предъявляются теперь к науке,занимающейся выведением новых сортов культурных растений, — селекции. Из сказанногоясно, что без тесного сотрудничества селекционеров с физиологами растений созданиеперспективных сортов становится практически невозможным.

Селекционеры вывели сорта, отвечающие современным требованиям. Срединих — низкорослый рис, созданный в Международном институте риса в Маниле,хлопчатник Дуплекс, с вертикально ориентированными листьями, не затеняющимидруг друга, карликовая пшеница мексиканской селекции. Эти сорта на фонахвысокого плодородия дают в полтора раза более высокие урожаи, чем ихпредшественники. Однако это лишь один из путей увеличения фотосинтетической продуктивности растений. Дальнейшие усилиядолжны быть направлены на повышение активности самого фотосинтетическогоаппарата.

Как известно, процесс фотосинтеза осуществляется в особыхорганоидах — хлороплас-тах. Здесь происходитмножество реакций, прежде чем из углекислого газа и воды образуются молекулыорганических веществ. Управлять этими процессами, безусловно, непросто, новозможно. Об этом свидетельствует тот факт, что интенсивность фотосинтеза уразных растений неодинакова. У одних листовая поверхность площадью в 1квадратный дециметр усваивает за час от четырех до семи миллиграммов СОг, а у других — 60— 80 и даже 100, то есть в 20раз больше! Растения неодинаково реагируют на его низкую концентрацию ввоздухе, интенсивность освещения и т. д.

Изучение особенностей фотосинтезау разных растений, безусловно, будет способствоватьрасширению возможностей человека в управлении их фотосинтетической деятельностью, продуктивностью и урожаем.

ФОТОСИНТЕЗ, РОСТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ

Взаимоотношения роста растений иинтенсивности фотосинтеза отражают непрерывную перестройку фотосинтетическогоаппарата в ходе онтогенеза и динамику формирования и активности растущих (аттрагирующих) органов, потребляющих ассимиляты. Начальный этап развития листа осуществляетсяза счет деления и роста клеток, а затем — лишь путем растяжения. За это времяделятся и развиваются хлоропласты, числокоторых увеличивается, пока растет объем клетки. В клетках губчатой тканипластид образуется в 1,5-2,0 раза меньше (у картофеля около 70), чем в пали-садной (200—300 органоидов). Новообразование хлоропластов завершается довольно рано, но ростклеток опережает увеличение числа хлоропластов, в результате чего в онтогенезелиста их количество в 1 см2убывает вдвое. Однако содержание хлорофилла в хлоропласте продолжаетувеличиваться и после достижения хлоропластом наибольшей величины. Максимальнаяинтенсивность фотосинтеза наблюдается во время роста клеток листа растяжением иначинает несколько снижаться, когда площадь листа составляет 0,4—0,8 отконечной. Затем процесс фотосинтеза может уменьшаться с возрастом листа или неменяется длительное время (особенно у вечнозеленых растений).

На ранних этапах роста (доразвертывания 30—45% площади) лист сам потребляет ассимиляты из более зрелыхлистьев или из запасающих тканей. По мере роста листа усиливается транспорт ассимилятов из него в другие листья и органы ипостепенно лист становится донором ассимилятов. Эта функция устанавливается придостижении 60—90% конечной площади листа.Взрослые листья отдают свои ассимиляты в аттрагирующие зоны растения, оставляя насобственные нужды 10—40% ассимйлятов и почти не обмениваясь между собойпродуктами фотосинтеза. Последнее явление, названное А. Л. Курсановым (1961) «суровым законом», способствуетлучшему распределению ассимйлятов в целомрастении. Стареющие листья со слабой фотосинтетической активностью отдаютдругим органам не только ассимиляты, но и продукты распада структурцитоплазмы.

Такого рода смена функций листа вонтогенезе важна при формировании урожая. Потребление ассимйлятов молодым листом приводит к построениюдобавочного фотосинтетического аппарата, чем обеспечивается увеличениефотосинтетической активности в геометрической прогрессии. Следует отметитьтакже, что в онтогенезе изменяется соотношение путей фотосинтетическогометаболизма. В условиях, когда внешние факторы не лимитируют скоростьфотосинтеза, этот процесс целиком детерминируется ростовой функцией (А. Т. Мок-роносов, 1981).

Современные знания о процессефотосинтеза как на уровне растения, так и фитоценоза, позволяют видеть основныенаправления оптимизации фотосинтеза и увеличения продуктивности растений.Наиболее полно вопросы фотосинтетической деятельности растений в посевах,связанной с образованием хозяйственного урожая (используемогочеловеком), его доли в биологическом урожае (т. е.суммарной массе всех органов растения), освещены в работах А. А. Ничипоровича. <_Наивысшие урожаи могут быть обеспечены созданием следующих оптимальныхусловий: 1) увеличением листовой поверхности в посевах; 2) удлинением времениактивной работы фотосинтетического аппарата в течение каждых суток и вегетационногопериода (поддержка агротехникой и минеральными удобрениями); 3) высокойинтенсивностью и продуктивностью фотосинтеза, максимальными суточнымиприростами сухого вещества; 4) максимальным притоком продуктов фотосинтеза извсех фотосинтезирующих органов вхозяйственно важные органы и высоким уровнем использования ассимйлятов в ходе биосинтетических процессов.

Для получения высоких урожаевсельскохозяйственных культур необходима селекционно-генетическая работа,направленная на повышение интенсивности фотосинтеза, скорости оттока ассимйлятов, на увеличение чистой продуктивности фотосинтеза.

еще рефераты

Еще работы по биологии

Растения: Гигантская секвойя, Лимонное дерево

9 Июня 2015

Реферат по биологии

Первичная клеточная оболочка и ее структурные особенности

29 Августа 2013