معلومة

8.5: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء


أهداف التعلم

  • وصف وظيفة ومواقع أصباغ التمثيل الضوئي في حقيقيات النوى وبدائيات النوى
  • وصف المنتجات الرئيسية للتفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء
  • صف التفاعلات التي تنتج الجلوكوز في خلية التمثيل الضوئي
  • قارن وعكس الفسفرة الضوئية الدورية وغير الحلقية

الكائنات غيرية التغذية تتراوح من بكتريا قولونية يعتمد البشر على الطاقة الكيميائية الموجودة أساسًا في جزيئات الكربوهيدرات. يتم إنتاج العديد من هذه الكربوهيدرات عن طريق التمثيل الضوئي ، وهي عملية كيميائية حيوية تقوم من خلالها الكائنات الضوئية بتحويل الطاقة الشمسية (ضوء الشمس) إلى طاقة كيميائية. على الرغم من أن التمثيل الضوئي يرتبط بشكل شائع بالنباتات ، إلا أن التمثيل الضوئي الميكروبي هو أيضًا مورد مهم للطاقة الكيميائية ، مما يغذي العديد من النظم البيئية المتنوعة. في هذا القسم ، سوف نركز على التمثيل الضوئي الميكروبي.

يحدث التمثيل الضوئي في مرحلتين متتاليتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء (الشكل ( PageIndex {1} )). في رد الفعل المعتمد على الضوءس، يتم امتصاص الطاقة من ضوء الشمس بواسطة جزيئات الصباغ في أغشية التمثيل الضوئي وتحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة. في رد الفعل المستقل للضوءس، تُستخدم مادة الطاقة الكيميائية الناتجة عن التفاعلات المعتمدة على الضوء لدفع تجميع جزيئات السكر باستخدام ثاني أكسيد الكربون2؛ ومع ذلك ، لا تزال هذه التفاعلات تعتمد على الضوء لأن نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء اللازمة لقيادتها قصيرة العمر. تنتج التفاعلات المعتمدة على الضوء ATP وإما NADPH أو NADH لتخزين الطاقة مؤقتًا. تُستخدم ناقلات الطاقة هذه في التفاعلات المستقلة للضوء لدفع العملية غير المواتية للطاقة المتمثلة في "تثبيت" ثاني أكسيد الكربون غير العضوي2 في شكل عضوي ، سكر.

الهياكل الضوئية في حقيقيات النوى وبدائيات النوى

في جميع حقيقيات النوى الضوئية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل البلاستيدات الخضراء ، وهي عضية نشأت في حقيقيات النوى عن طريق التعايش الداخلي لبكتيريا التمثيل الضوئي (انظر الخصائص الفريدة للخلايا حقيقية النواة). هذه البلاستيدات الخضراء محاطة بغشاء مزدوج مع طبقات داخلية وخارجية. يوجد داخل البلاستيدات الخضراء غشاء ثالث يشكل هياكل ضوئية مكدسة على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات (الشكل ( PageIndex {2} )). يطلق على كومة من الثايلاكويدات اسم جرانوم ، وتسمى المساحة المحيطة بالحجر داخل البلاستيدات الخضراء السدى.

على النقيض من ذلك ، فإن أغشية التمثيل الضوئي في بدائيات النوى ليست منظمة في عضيات مميزة محاطة بغشاء ؛ بدلا من ذلك ، فهي مناطق منغمسة في غشاء البلازما. في البكتيريا الزرقاء ، على سبيل المثال ، يشار أيضًا إلى هذه المناطق المغطاة بالثيلاكويدات. في كلتا الحالتين ، المدمجة داخل أغشية الثايلاكويد أو غيرها من الأغشية البكتيرية الضوئية عبارة عن جزيئات صبغة ضوئية منظمة في نظام ضوئي واحد أو أكثر ، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية فعليًا إلى طاقة كيميائية.

يتم تنظيم أصباغ التمثيل الضوئي داخل أغشية التمثيل الضوئي في نظام ضوئيس، كل منها يتكون من مجمع حصاد الضوء (الهوائيات) ومركز تفاعل. يتكون معقد حصاد الضوء من عدة بروتينات وأصباغ مرتبطة بها قد يمتص كل منها الطاقة الضوئية ، وبالتالي يصبح متحمسًا. يتم نقل هذه الطاقة من جزيء صبغ إلى آخر حتى يتم تسليمها في النهاية (بعد حوالي جزء من المليون من الثانية) إلى مركز التفاعل. حتى هذه النقطة ، تم نقل الطاقة فقط - وليس الإلكترونات - بين الجزيئات. يحتوي مركز التفاعل على جزيء صبغ يمكن أن يخضع للأكسدة عند الإثارة ، مما يؤدي في الواقع إلى التخلي عن الإلكترون. في هذه الخطوة من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى إلكترون متحمس.

تمتص أنواع مختلفة من أصباغ حصد الضوء أنماطًا فريدة من الأطوال الموجية (ألوان) للضوء المرئي. تعكس الأصباغ أو تنقل الأطوال الموجية التي لا تستطيع امتصاصها ، مما يجعلها تظهر باللون المقابل. أمثلة على أصباغ التمثيل الضوئي (الجزيئات المستخدمة لامتصاص الطاقة الشمسية) هي جرثومة الكلوروفيل (الأخضر أو ​​الأرجواني أو الأحمر) ، والكاروتينات (البرتقالية أو الحمراء أو الصفراء) ، والكلوروفيل (الأخضر) ، والفيكوسيانين (الأزرق) ، والفيكويريثرين (الأحمر). من خلال وجود خليط من الأصباغ ، يمكن للكائن الحي أن يمتص الطاقة من المزيد من الأطوال الموجية. نظرًا لأن بكتيريا التمثيل الضوئي تنمو بشكل شائع في المنافسة على ضوء الشمس ، فإن كل نوع من أنواع بكتيريا التمثيل الضوئي يتم تحسينه لحصد الأطوال الموجية للضوء التي تتعرض لها بشكل شائع ، مما يؤدي إلى التقسيم الطبقي للمجتمعات الميكروبية في النظم البيئية المائية والتربة بجودة الضوء والاختراق.

بمجرد أن ينقل مجمع حصاد الضوء الطاقة إلى مركز التفاعل ، يسلم مركز التفاعل إلكتروناته عالية الطاقة ، واحدة تلو الأخرى ، إلى حامل الإلكترون في نظام نقل الإلكترون ، ويبدأ نقل الإلكترون من خلال ETS. تشبه ETS تلك المستخدمة في التنفس الخلوي وهي جزء لا يتجزأ من غشاء التمثيل الضوئي. في النهاية ، يتم استخدام الإلكترون لإنتاج NADH أو NADPH. يُستخدم التدرج الكهروكيميائي الذي يتشكل عبر الغشاء الضوئي لتوليد ATP عن طريق التناضح الكيميائي من خلال عملية الفسفرة الضوئية ، وهو مثال آخر على الفسفرة المؤكسدة (الشكل ( فهرس الصفحة {3} )).

تمرين ( PageIndex {1} )

في حقيقيات النوى الضوئية ، أين يحدث التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي المؤكسد وغير المؤكسد

لاستمرار عملية التمثيل الضوئي ، يجب استبدال الإلكترون المفقود من صبغة مركز التفاعل. مصدر هذا الإلكترون (H2أ) يميز التمثيل الضوئي الأكسجين للنباتات والبكتيريا الزرقاء عن التمثيل الضوئي غير المؤكسد الذي تقوم به أنواع أخرى من الصور الضوئية البكتيرية (الشكل ( فهرس الصفحة {4} )). في التمثيل الضوئي الأكسجين ، H2ينقسم O ويزود الإلكترون بمركز التفاعل. نظرًا لأن الأكسجين ينتج كمنتج ثانوي ويتم إطلاقه ، يشار إلى هذا النوع من التمثيل الضوئي باسم التمثيل الضوئي الأكسجين. ومع ذلك ، عندما تعمل مركبات مخفضة أخرى كمتبرع للإلكترون ، لا يتولد الأكسجين ؛ تسمى هذه الأنواع من التمثيل الضوئي التمثيل الضوئي غير المؤكسد. كبريتيد الهيدروجين (H2يمكن أن تكون S) أو ثيوسلفات (S2O2−3) (S2O32−) بمثابة مانح للإلكترون ، مما ينتج عنه أيونات الكبريت والكبريتات (SO2−4) (SO42−) ، على التوالي ، نتيجة لذلك.

تم تصنيف أنظمة الصور إلى نوعين: نظام الصور الأول (PSI) ونظام الصور الثاني (PSII) (الشكل ( PageIndex {5} )). تحتوي البكتيريا الزرقاء والبلاستيدات الخضراء على نظامي ضوئي ، بينما تستخدم بكتيريا التمثيل الضوئي غير المؤكسدة نظام ضوئي واحد فقط. كلا نظامي الصور متحمسان بالطاقة الضوئية في نفس الوقت. إذا كانت الخلية تتطلب كلا من ATP و NADPH من أجل التخليق الحيوي ، فسوف تقوم بإجراء عملية فسفرة ضوئية غير دورية. عند تمرير إلكترون مركز تفاعل PSII إلى ETS الذي يربط PSII و PSI ، يتم استبدال الإلكترون المفقود من مركز تفاعل PSII بتقسيم الماء. يتم استخدام إلكترون مركز تفاعل PSI المثير لتقليل NADP+ إلى NADPH ويتم استبداله بالإلكترون الخارج من ETS. يسمى تدفق الإلكترونات بهذه الطريقة بالمخطط Z.

إذا كانت حاجة الخلية إلى ATP أكبر بكثير من حاجتها إلى NADPH ، فقد تتجاوز إنتاج الطاقة المختزلة من خلال الفسفرة الضوئية الحلقية. يتم استخدام PSI فقط أثناء عملية الفسفرة الضوئية الدورية ؛ يتم تمرير الإلكترون عالي الطاقة لمركز تفاعل PSI إلى ناقل ETS ثم يعود في النهاية إلى صبغة مركز تفاعل PSI المؤكسد ، وبالتالي تقليله.

تمرين ( PageIndex {2} )

لماذا يكون لبكتيريا التمثيل الضوئي أصباغ مختلفة؟

ردود الفعل الخفيفة المستقلة

بعد تحويل الطاقة المنبعثة من الشمس إلى طاقة كيميائية وتخزينها مؤقتًا في جزيئات ATP و NADPH (لها عمر يصل إلى أجزاء من المليون من الثانية) ، تمتلك الضوئية الوقود اللازم لبناء جزيئات كربوهيدرات متعددة الكربوهيدرات ، والتي يمكنها البقاء على قيد الحياة لمئات الملايين من السنين ، لتخزين الطاقة على المدى الطويل. يأتي الكربون من ثاني أكسيد الكربون2، وهو الغاز الناتج عن نفايات التنفس الخلوي.

دورة كالفين بنسون (سميت على اسم ملفين كالفن [1911-1997] وأندرو بنسون [1917-2015]) ، المسار الكيميائي الحيوي المستخدم لتثبيت ثاني أكسيد الكربون2، يقع داخل سيتوبلازم بكتيريا التمثيل الضوئي وفي سدى البلاستيدات الخضراء حقيقية النواة. يمكن تنظيم التفاعلات المستقلة للضوء لدورة كالفن في ثلاث مراحل أساسية: التثبيت ، والاختزال ، والتجديد (انظر الملحق ج للحصول على توضيح مفصل لدورة كالفن).

  • تثبيت: إنزيم كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBisCO) يحفز إضافة ثاني أكسيد الكربون2 لريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBP). ينتج عن هذا إنتاج 3-فوسفوجليسيرات (3-PGA).
  • تخفيض: ستة جزيئات من كل من ATP و NADPH (من التفاعلات المعتمدة على الضوء) تستخدم لتحويل 3-PGA إلى glyceraldehyde 3-phosphate (G3P). ثم يتم استخدام بعض G3P لبناء الجلوكوز.
  • تجديد: يستخدم G3P المتبقي غير المستخدم لتخليق الجلوكوز في تجديد RuBP ، مما يمكّن النظام من مواصلة CO2 تثبيت. يتم استخدام ثلاثة جزيئات أخرى من ATP في تفاعلات التجديد هذه.

تُستخدم دورة كالفين على نطاق واسع بواسطة النباتات والبكتيريا ذات التغذية الضوئية ، ويقال إن إنزيم RuBisCO هو أكثر الإنزيم وفرة على وجه الأرض ، حيث يتكون من 30٪ إلى 50٪ من إجمالي البروتين القابل للذوبان في البلاستيدات الخضراء النباتية.1 ومع ذلك ، إلى جانب استخدامها السائد في التغذية الضوئية ، تُستخدم دورة كالفين أيضًا من قبل العديد من المركبات الكيميائية غير التركيبية غير الضوئية لإصلاح ثاني أكسيد الكربون.2. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم البكتيريا والعتائق الأخرى أنظمة بديلة لثاني أكسيد الكربون2 تثبيت. على الرغم من أن معظم البكتيريا التي تستخدم بدائل دورة كالفين هي كيميائية ذاتية التغذية ، فقد ثبت أيضًا أن بعض البكتيريا ذات التغذية الضوئية للكبريت الأخضر تستخدم ثاني أكسيد الكربون البديل.2 مسار التثبيت.

تمرين ( PageIndex {3} )

صف المراحل الثلاث لدورة كالفين.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • تعتمد الكائنات غيرية التغذية على الكربوهيدرات التي تنتجها ذاتية التغذية ، وكثير منها عبارة عن عملية التمثيل الضوئي ، وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية.
  • تستخدم كائنات التمثيل الضوئي المختلفة مخاليط مختلفة من أصباغ التمثيل الضوئي، مما يزيد من نطاق الأطوال الموجية للضوء التي يمكن أن يمتصها الكائن الحي.
  • أنظمة الصور (PSI و PSII) يحتوي كل منهما على ملف مجمع حصاد الضوء، يتكون من بروتينات متعددة وأصباغ مرتبطة بها تمتص الطاقة الضوئية. ال ردود الفعل التي تعتمد على الضوء من عملية التمثيل الضوئي تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية ، وإنتاج ATP و NADPH أو NADH لتخزين هذه الطاقة مؤقتًا.
  • في التمثيل الضوئي الأكسجين، ح2يعمل O كمانح للإلكترون ليحل محل إلكترون مركز التفاعل ، ويتشكل الأكسجين كمنتج ثانوي. في التمثيل الضوئي غير المؤكسد، جزيئات أخرى مختزلة مثل H2يمكن استخدام S أو ثيوسلفات كمانح للإلكترون ؛ على هذا النحو ، لا يتشكل الأكسجين كمنتج ثانوي.
  • الفسفرة الضوئية غير الحلقية يستخدم في التمثيل الضوئي للأكسجين عندما تكون هناك حاجة لإنتاج كل من ATP و NADPH. إذا كانت احتياجات الخلية من ATP تفوق احتياجاتها لـ NADPH ، فقد تقوم بتنفيذها الفسفرة الضوئية الدورية بدلاً من ذلك ، ينتج فقط ATP.
  • ال تفاعلات الضوء المستقلة في عملية التمثيل الضوئي ، استخدم ATP و NADPH من التفاعلات المعتمدة على الضوء لإصلاح ثاني أكسيد الكربون2 في جزيئات السكر العضوية.

متعدد الخيارات

أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء ، أي جزيء يفقد إلكترونًا؟

A. جزيء الصباغ حصاد الضوء
ب- جزيء صبغة مركز التفاعل
جيم نادف
د 3-فوسفوجليسيرات

ب

في بدائيات النوى ، في أي اتجاه يتم ضخ أيونات الهيدروجين بواسطة نظام نقل الإلكترون لأغشية التمثيل الضوئي؟

ألف إلى الخارج من غشاء البلازما
B. إلى الداخل (السيتوبلازم) من الخلية
جيم إلى السدى
D. إلى الفضاء بين الغشاء للبلاستيدات الخضراء

أ

أي مما يلي لا يحدث أثناء الفسفرة الضوئية الحلقية في البكتيريا الزرقاء؟

أ. نقل الإلكترون من خلال خدمات الاختبارات التربوية
ب. نظام ضوئي أستخدمه
جيم التوليف ATP
تشكيل NADPH

د

وهما منتجان للتفاعلات المعتمدة على الضوء ________.

A. الجلوكوز و NADPH
ب. NADPH و ATP
جيم جليسيرالدهيد 3-فوسفات وثاني أكسيد الكربون2
د- الجلوكوز والأكسجين

ب

خطأ صحيح

ينتج عن التمثيل الضوئي دائمًا تكوين الأكسجين.

خاطئة

املاء الفراغ

الإنزيم المسؤول عن ثاني أكسيد الكربون2 التثبيت خلال دورة كالفين يسمى ________.

كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (RuBisCO)

أنواع جزيئات الصباغ الموجودة في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء هي ________ و ________.

الكلوروفيل والكاروتينات

اجابة قصيرة

لماذا يقوم الكائن الحي بإجراء الفسفرة الحلقية بدلاً من الفسفرة غير الحلقية؟

ما هي وظيفة أصباغ التمثيل الضوئي في مجمع حصاد الضوء؟

التفكير النقدي

هل الحياة تعتمد على تثبيت الكربون الذي يحدث أثناء تفاعلات الضوء المستقلة لعملية التمثيل الضوئي؟ يشرح.

الحواشي

  1. 1 ألف دينغرا وآخرون. "ترجمة محسنة لبلاست كلوروبلاست Rbcيستعيد الجين S مستويات الوحدات الفرعية الصغيرة والتمثيل الضوئي في الطاقة النووية RbcS Antisense Plants. " وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 101 لا. 16 (2004): 6315-6320.

تأثير لون الضوء على معدل التمثيل الضوئي: شرح المختبر

التمثيل الضوئي هو العملية التي تمر بها النباتات لإنتاج الطاقة في شكل جلوكوز مطلوب للبقاء على قيد الحياة. إنه تفاعل كيميائي يتضمن استخدام ثاني أكسيد الكربون والماء والضوء. تحدث عملية التمثيل الضوئي هذه في البلاستيدات الخضراء الموجودة في أوراق النبات.

البلاستيدات الخضراء هي هياكل صغيرة تحتوي على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل. وفق BBCbitesize.com، تتضمن العملية دخول ثاني أكسيد الكربون إلى الورقة من خلال الثغور الموجودة على جانبها السفلي. تمتص خلايا جذر النبات الماء وتنقله إلى باقي أجزاء النبات من خلال استخدام أوعية نسيج الخشب.

بالإضافة إلى هذين المكونين ، يحتاج النبات إلى ضوء الشمس للخضوع لعملية التمثيل الضوئي. مع هذه المكونات الثلاثة ، يحدث التمثيل الضوئي ، حيث يتم إطلاق الأكسجين كمنتج نفايات وخلق الجلوكوز الذي يحتاجه النبات لتغذية نفسه.

سنجري تجربة لتحديد مدى تأثير تغيير وتيرة الضوء الذي يستخدمه النبات على معدل التمثيل الضوئي من خلال وضع أقراص النبات في محلول صابون البيكربونات تحت أضواء ذات ترددات مختلفة وتسجيل عدد الأقراص التي تطفو على السطح. بعد فترة زمنية معينة.

سوف تطفو أقراص الأوراق بسبب الأكسجين المنبعث منها كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي ، وهذا سيساعدنا على استنتاج معدل التمثيل الضوئي بناءً على كمية الأكسجين التي تطلقها الأقراص ومقدار الوقت الذي تستغرقه لتطفو على السطح. السطحية.

سؤال البحث:

كيف يؤثر ضبط مصدر ضوء 100 واط على ترددات مختلفة (430-480 تيراهيرتز ، 510-540 تيراهيرتز ، 540-580 هرتز ، 610-670 تيراهيرتز ، ضوء صاف) على عدد أقراص الأوراق التي تطفو من أصل 12 في محلول بيكربونات الصوديوم متى يتم الاحتفاظ بمدة 10 دقائق كما هي؟

فرضيتي هي أنه إذا تم تغيير مصدر الضوء بمقدار 100 واط فوق أقراص النبات إلى الترددات المختلفة للضوء الأحمر (430-480 تيراهيرتز) ، الضوء الأزرق (610-670 تيراهيرتز) ، الضوء الأصفر (510-540 تيراهيرتز) ، أخضر خفيف (540-580 هرتز) ، و Clear Light ، سيختلف عدد الأقراص الورقية من أصل 12 عائمة في محلول البيكربونات بمرور الوقت.

أتوقع أنه منذ ذلك الحين ، وفقًا لإدريان كونينج على موقع sciencing.com ، فإن الصبغات الموجودة في النبات [1] & # 8211 الكلوروفيل أالكلوروفيل ب، و β-carotene & # 8211 تمتص جميع الأطوال الموجية للون الأزرق والأحمر أكثر من غيرها ، سيزداد معدل البناء الضوئي في أقراص النبات تحت الأضواء الحمراء والزرقاء ، مما يتسبب في تطفو المزيد منها بعد فترة زمنية تبلغ 10 دقائق مقارنة بـ ألوان أخرى من الضوء. أفترض أنه نعم ، سيؤثر ضبط مصدر الضوء على تردد ضوئي مختلف على عدد الأقراص التي تطفو بعد فترة من الزمن.

المتغير المستقل (IV):

المتغير المستقل في هذه التجربة هو تردد الضوء الذي سيتم استخدامه على أقراص النبات. سنصل إلى ترددات مختلفة (هرتز) من الضوء باستخدام مرشحات ضوئية مختلفة على مصدر ضوء 100 وات فوق المصنع. سنستخدم الضوء الأحمر (430-480 تيراهيرتز) ، الضوء الأزرق (610-670 تيراهيرتز) ، الضوء الأخضر (540-580 هيرتز) ، الضوء الأصفر (510-540 تيرا هرتز) ، والضوء الواضح. سنقوم بإنشاء هذه الترددات عن طريق وضع مرشحات السيلوفان لكل لون مقابل مصدر الضوء.

المتغير التابع (DV):

بتغيير المتغير المستقل ، في هذه الحالة ، يكون تردد الضوء الأحمر (430-480 تيراهيرتز) ، الضوء الأزرق (610-670 تيراهيرتز) ، الضوء الأخضر (540-580 هرتز) ، الضوء الأصفر (510-540 تيراهيرتز) ، و Clear Light ، سيتغير عدد الأقراص التي تطفو على 12 قرصًا خلال فترة زمنية مدتها 10 دقائق. سيتم قياس ذلك عن طريق حساب عدد الأقراص العائمة تحت أضواء ملونة مختلفة بعد فترة زمنية معينة والتي سيتم قياسها من خلال استخدام جهاز توقيت. سنجري تجربتين لمراقبة تطفو أقراص النبات لكل مرشح من مرشحات السيلوفان الملونة ، وسنقوم بحساب متوسط ​​البيانات المسجلة للوقت الذي استغرقته أقراص النبات لتطفو على السطح.


تجربة لإثبات الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي (بالصور)

لإظهار تجريبيا أن الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي.

الأجهزة والمواد المطلوبة:

نبات صحي محفوظ بوعاء ، طبق بتري ، دورق يحتوي على ماء ، ملقط ، حمام مائي ، قطعة من الشاش السلكي ، حامل ثلاثي القوائم ، موقد ، علبة أعواد ثقاب ، كحول ، شريط من الورق الأسود ، محلول اليود ومشابك.

نظرية:

التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية حيوية تقوم من خلالها النباتات الخضراء بتجميع السكر البسيط في وجود ضوء الشمس باستخدام ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي والمياه من التربة. يتم تحويل هذا السكر البسيط (الجلوكوز) لاحقًا إلى نشا.

أهم عامل في عملية التمثيل الضوئي هو الضوء. يعتمد معدل التمثيل الضوئي على كمية وجودة الضوء. يمتص جزيء الكلوروفيل الموجود في الأوراق الخضراء الضوء ويتحمس ويصدر إلكترونات. تُستخدم الإلكترونات المنبعثة في إنتاج ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). أخيرًا يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية وتخزينها في الجلوكوز المنتج.

معدل التمثيل الضوئي هو الحد الأقصى في وجود الأضواء الحمراء والزرقاء ، بينما في الضوء الأخضر يكون المعدل ضئيلاً لأن الضوء الأخضر ينعكس بواسطة جزيئات الكلوروفيل.

إجراء:

1. خذ النبات المحفوظ بوعاء واحتفظ به في مكان مظلم لمدة 2-3 أيام حتى تتفكك الأوراق.

2. غطي جزءًا من إحدى أوراقها بشريط من الورق الأسود. تأكد من تغطية جانبي الورقة.

3. الآن ضع هذا النبات في ضوء الشمس لمدة 3-4 ساعات.

4. نتف الورقة المغطاة المحددة وقم بإزالة الورق الأسود الذي يغطيها.

5.ضع هذه الورقة في الدورق الذي يحتوي على الماء واغليها لمدة 10 دقائق.

6. أخرجي الورقة واغليها الآن في الكحول ، باستخدام الحمام المائي ، لمدة 10 دقائق. هذا يزيل الكلوروفيل.

7. أخرج الورقة واغسلها تحت الماء الجاري.

8. ضع هذه الورقة في طبق بتري وضع عليها بضع قطرات من محلول اليود. الآن لاحظ التغيير في اللون.

ملاحظات:

يتحول لون الورقة إلى اللون الأزرق والأسود باستثناء المنطقة المغطاة. نظرًا لأن هذه المنطقة المغطاة لم تستقبل الضوء ، لم يحدث التمثيل الضوئي. ومن ثم لم يتشكل هناك نشا. تلقت المنطقة المكشوفة الضوء وتشكل النشا هناك بسبب التمثيل الضوئي.

نتيجة:

الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي.

احتياطات:

1. قبل البدء في التجربة ، يجب تشتيت الورقة.

2. يجب تغطية المصراع بورق أسود بشكل صحيح لمنع دخول الضوء.


لماذا يحتاج الضوء لعملية التمثيل الضوئي؟

يعد الضوء ضروريًا لعملية التمثيل الضوئي لأن النباتات تحتاج إليه للطاقة لإنتاج الجلوكوز الذي يخزنه لاستخدامه لاحقًا كمصدر للطاقة للخلايا. تستخدم النباتات والعديد من كائنات التمثيل الضوئي الأخرى الطاقة الضوئية لتغيير الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن إلى أكسجين ومركبات عضوية مليئة بالطاقة.

يلعب الضوء دورًا رئيسيًا في المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي ، حيث يمتص النبات الطاقة الضوئية ويطلق عمليات نقل الإلكترون. يحدث هذا في غشاء الثايلاكويد للنبات ، حيث تتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. يتجمع الكلوروفيل والبيتا كاروتين والأصباغ الأخرى معًا في الغشاء وتمتص ألوانًا مختلفة من الضوء. يرسلون الطاقة الضوئية إلى جزيء الكلوروفيل الأساسي الذي يسمى حلقة البورفيرين.

يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء في أوراق النباتات ويستخدم الصباغ الأخضر الذي يسمى الكلوروفيل. تمتص النباتات الغازات وتطردها من خلال الثغور ، وهي فتحات في الطبقة السفلية من البشرة. يمتص الكلوروفيل الضوء الأحمر والأزرق بشكل أساسي ، مما يمنحه اللون الأخضر.

تُعرف عملية سحب الإلكترونات من الجزيء بالأكسدة ، بينما تسمى عملية الحصول على الإلكترونات من الجزيء بالاختزال. تستخدم النباتات الطاقة الضوئية لدفع أكسدة الماء عن طريق توليد غاز الأكسجين وأيونات الهيدروجين والإلكترونات.


البناء الضوئي

وسط ضوئي لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.

تفسير:

التمثيل الضوئي مطلوب لتحويل الطاقة الضوئية من خلال تفاعل الضوء أو تفاعل التل متبوعًا برد فعل مظلم. يوفر التمثيل الضوئي العوامل اللازمة لتكوين وحدة الطاقة ، أي الجلوكوز أو السكريات الأخرى. كما ذكرت الإجابة السابقة ، فإن البلاستيدات الخضراء هي التي تخزن الطعام لاستخدامه لاحقًا.

يتم نقل هذا الطعام المخزن أيضًا إلى النبات باستخدام اللحاء. (نقل اللحاء)

الجميع مرحب به لتصحيح لي
تشيرو!

لأنه الجزء الذي ينتج الجلوكوز. يقوم الجزء المعتمد على الضوء بوظيفة تثبيت الطاقة الضوئية من الشمس على شكل جزيء ATP ، حيث سيتم استخدام ATP في الجزء المستقل للضوء لتكوين روابط عالية الطاقة في جزيء الجلوكوز.

يوفر الضوء الطاقة لتخليق الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون والماء أثناء عملية التمثيل الضوئي.

التمثيل الضوئي هو تفاعل ضوئي كيميائي يتضمن خطوتين رئيسيتين ، أي تفاعل ضوئي أو تفاعل هيل وتفاعل مظلم أو تفاعل بلاكمان.

يحدث تفاعل الضوء في وجود الضوء. يمكن أن يحدث التفاعل المظلم في غياب الضوء ولكنه يعتمد على المنتج النهائي لتفاعل الضوء. وبالتالي يجب أن يسبق رد الفعل الخفيف التفاعل المظلم.

أثناء تفاعل الضوء ، يحبس الكلوروفيل الضوء وتتحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية على شكل جزيئات ATP. يمكن أن يحدث هذا بسبب استخدام الطاقة الضوئية لتقسيم الماء. نواتج هذا التفاعل هي الأكسجين (نعم بالنسبة لنا كائنات غيرية التغذية!) وأيونات الهيدروجين. يتم استخدام أيونات الهيدروجين لجعل ATP المذكورة سابقًا.

هنا مقطع فيديو يوضح تكوين الأكسجين في تفاعل الضوء.

فيديو من: نويل بولر

توفر جزيئات ATP الطاقة للتفاعلات التركيبية أثناء التفاعل المظلم لعملية التمثيل الضوئي ويتم تحويلها إلى جزيئات ADP.

وبالتالي ، يتم إعادة تحويل جزيئات ADP التي تشكلت أثناء التفاعل المظلم إلى جزيئات ATP أثناء تفاعل الضوء.

وبالتالي ، فإن الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي لتوفير الطاقة للتفاعلات التركيبية.

يُطلق على تخليق جزيئات ATP في وجود الضوء الفسفرة الضوئية.



8.5: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء

مدرسة ملاحظات علم الأحياء: PHOTOSYNTHESIS - الأهمية والعوامل التي تؤثر على المعدل

أهميتها والعوامل المحددة والمتفاعلة التي تتحكم في معدل التمثيل الضوئي للنبات

يتم تطبيق الأفكار على عمليات البستنة على سبيل المثال دفيئة

ملاحظات مراجعة البيولوجيا المدرسية لـ Doc Brown: بيولوجيا GCSE ، بيولوجيا IGCSE ، بيولوجيا المستوى O ،

دورات علوم مدرسية بالصفوف 8 و 9 و 10 بالولايات المتحدة أو ما يعادلها

14-16 سنة من طلاب علم الأحياء

فهرس فرعي لهذه الصفحة

أخضر ص النباتات والطحالب منتجة على أساس كيمياء التمثيل الضوئي وبداية معظم السلاسل الغذائية وقاعدة الشبكات الغذائية اللاحقة.

نحن نعتمد بشكل كبير على المحاصيل سواء كنا نأكل بشكل مباشر ، أو الأطعمة المصنعة أو الأعلاف الحيوانية - لذلك ، قد لا نكون "خضرة" ، لكننا في النهاية نعتمد على الكثير من طعامنا على عملية التمثيل الضوئي!

وهي ليست مجرد حياة على الأرض ، بل كل أشكال الحياة المائية على سبيل المثال. تعتمد الأسماك أيضًا ، في البداية ، على التمثيل الضوئي في العوالق أو الطحالب.

السلسلة الغذائية هي وسيلة لنقل الطاقة من عملية التمثيل الضوئي في الكتلة الحيوية لدعم العديد من أشكال الحياة ، بما في ذلك نحن!

حتى اللحوم التي نأكلها ، والتي تحتوي على نسبة عالية من البروتين والدهون ، اعتمدت في مرحلة ما على التمثيل الضوئي ، لذلك لا مفر من عملية التمثيل الضوئي!

أعلى الصفحة للمؤشر الفرعي

ما هي عملية التخسيس الضوئي؟ نسخة مبسطة من الكيمياء الحيوية لعملية التمثيل الضوئي

تمتص النباتات ماء من خلال جذورهم و نشبع من خلال أوراقها وتحويلها إلى جزيئات كربوهيدرات ، في البداية على شكل الجلوكوز، منتج النفايات الأكسجين! مفيد لنا!

ينتشر ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء إلى أوراق من خلال الثغور، يأتي الماء من الجذور عبر أنابيب نسيج الخشب، ينتشر الأكسجين ويتم نقل السكريات حول النبات بواسطة أنابيب اللحاء.

لمعرفة المزيد عن هيكل ووظيفة المصنع بما في ذلك تبادل الغازات وتكييف الأوراق انظر أدناه و أيضا .

مثال على ذلك ، ثاني أكسيد الكربون في الأوراق والأكسجين من الأوراق نظام تبادل الغازات على المسام السطحية (الثغور) للأوراق.

تحدث عملية التمثيل الضوئي البيوكيميائية في البلاستيدات الخضراء من الخلايا النباتية في الأوراق الخضراء وينبع بمساعدة جزيئات خضراء تسمى الكلوروفيل.

إنه الصباغ الأخضر الكلوروفيل الذي يمتص الطاقة الضوئية لتشغيل التمثيل الضوئي.

يتم تلخيص التمثيل الضوئي بواسطة معادلة:

ثاني أكسيد الكربون + الماء == ضوء + كلوروفيل == & GT الجلوكوز + الأكسجين

هذا هو بشكل عام تفاعل كيميائي ماص للحرارة, يتم أخذ الطاقة، أي ضوء الشمس يتم امتصاص الطاقة في عملية التمثيل الضوئي.

التمثيل الضوئي هو العملية التي تصنعها النباتات الغذاء ، في البداية على شكل جلوكوز، لأنفسهم ، ولأغلب الحيوانات ، بما في ذلك نحن أيضًا عبر سلاسل الغذاء!

المصنع سوف استخدم بعض الجلوكوز على الفور لتزويد كل ما يلزم عمليات الحفاظ على الحياة.

ال يحول النبات بعض الجلوكوز إلى نشا - مخزن غذاء كيميائي للطاقة الكامنة للنباتات والحيوانات مثلنا أيضًا!

يستخدم التمثيل الضوئي طاقة ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز (أساس الغذاء) وأكسجين.

يعتبر معظم الأكسجين ناتجًا ثانويًا للنباتات، لكنها حيوية للتنفس بالنسبة لنا وللحيوانات الأخرى!

ال الكلوروفيل الصباغ الأخضر موجود في الهياكل الخلوية التي تسمى البلاستيدات الخضراء، أين يحدث التمثيل الضوئي في خلايا النباتات الخضراء.

يتم تسهيل كل كيمياء التمثيل الضوئي بواسطة الانزيمات (محفزات بيولوجية).

إن كيمياء التمثيل الضوئي معقدة للغاية ولكنها تحدث على مرحلتين رئيسيتين.

1. يمتص الكلوروفيل فوتونًا من الطاقة الضوئية. هذه الطاقة من ضوء الشمس (الضوء المرئي الفوتونات) يقسم الماء (ح2ا) في أيونات الهيدروجين (ح + ) والأكسجين (ا2).

من وجهة نظر النباتات ، يتم إعطاء غاز الأكسجين كمواد نفايات.

2. تتحد أيونات الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون (كو2) لتشكيل جزيئات الجلوكوز (ج6ح12ا6).

ينتشر ثاني أكسيد الكربون من خلال ثغور الخلايا الحامية - وهي مسام فعالة يمكن أن تفتح وتغلق أي ثاني أكسيد الكربون2 في والأكسجين O2 في النهار و O2 في الليل.

في ضوء النهار ، سيتجاوز معدل التمثيل الضوئي معدل التنفس.

في الليل ، سيتجاوز معدل التنفس معدل التمثيل الضوئي.

كلتا العمليتين بحاجة إلى الحفاظ على النبات على قيد الحياة.

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتم امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة الكلوروفيل الأخضر، والتي توجد في البلاستيدات الخضراء في بعض الخلايا النباتية والطحالب.

يبدو الكلوروفيل أخضر لأنه يمتص في المناطق البنفسجي والأزرق والبرتقالي والأحمر من الضوء المرئي ، لذلك يمكن للنباتات أن تمتص استخدام الطاقة من الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي.

هيكل النبات والتمثيل الضوئي - تكيفات هيكل الأوراق التي تساعد!

التمثيل الضوئي في سياق أعضاء النبات بما في ذلك السيقان والجذور والأوراق.

يتم امتصاص الماء والمعادن من التربة من خلال الجذور وانتقل عبر النبات عن طريق النتح.

أينما كان النبات لون أخضر، يحدث التمثيل الضوئي ، على الأقل في وضح النهار!

واحد أساسي جزيء أخضر لعملية التمثيل الضوئي الكلوروفيل.

ال أوراق خضراء واسعة من النباتات يوفر التعرض للضوء مساحة كبيرة لمواقع امتصاص الضوء لعملية التمثيل الضوئي - أكثر من الجذع الرقيق.

الأوراق رقيقة لذا فإن ثاني أكسيد الكربون الممتص لديه مسافة قصيرة فقط لينتشر إلى خلايا التمثيل الضوئي.

تحتوي الأوراق على عروق (حزم وعائية) تدعم الأوراق وتنقل المياه والمعادن إلى الورقة والجلوكوز بعيدًا عن الورقة.

أنسجة البشرة هي الطبقات الخارجية التي تغطي النبات بالكامل.

ال ميسوفيل، بين طبقتين من البشرة ، حيث يحدث معظم التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء - كل شيء يبدو أخضر بسبب جزيئات الكلوروفيل الخضراء اللازمة لعملية التمثيل الضوئي (فهي لا تمتص الضوء الأخضر).

تحتوي خلايا Palisade في الميزوفيل على الكثير من البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على الكلوروفيل - لذلك تتكيف خلايا الحاجز جيدًا لعملية التمثيل الضوئي.

توجد خلايا الحاجز بالقرب من أعلى الورقة وتتعرض لأكبر قدر من الضوء.

"ملاحظة فيزيائية": النباتات تبدو خضراء لأن الكلوروفيل يمتص الأطوال الموجية الزرقاء والحمراء للضوء المرئي ، ولكن ليس الأخضر. ينعكس الضوء الأخضر أو ​​ينتقل بحيث تبدو الأنسجة النباتية خضراء في أي زاوية تراها.

الجانب العلوي من الورقة أكثر سلاسة وأكثر اخضرارًا - أكثر ثراءً في البلاستيدات الخضراء لالتقاط ضوء الشمس الجانب السفلي من الورقة أكثر خشونة - أكثر "مسامية" لتبادل الغازات بكفاءة وتكون الأوردة أكثر بروزًا

شبكات من الخلايا الخشنة واللحاء ، تنقل المواد حول النبات على سبيل المثال السكريات مثل السكروز والجلوكوز من عملية التمثيل الضوئي ، ومن خلال معادن الجذور (مثل المغنيسيوم) والماء من أجل التمثيل الضوئي.

يتم تكييف أنسجة الأوراق لتبادل الغازات.

تحتوي البشرة السفلية على الكثير من الثغور (جمع الثغرة ، المسام) التي تسمح ينتشر ثاني أكسيد الكربون مباشرة في الورقة لعملية التمثيل الضوئي و لتنتشر الأكسجين من الأوراق - نظام تبادل الغازات.

تحتوي الأنسجة المتوسطة الإسفنجية أيضًا على مساحات هوائية تساعد على زيادة معدل انتشار الغازات داخل الأوراق وخارجها.

في الطبقة الخارجية للبشرة ، يتم تكييف الخلايا الواقية لفتح وإغلاق مسام الثغور (مسام الفم) التي تسمح بتبادل الغازات وتبخر الماء ، على سبيل المثال من أجل التمثيل الضوئي لثاني أكسيد الكربون في الداخل وإخراج الأكسجين.

هذا يساعد على تنظيم النتح والتنفس وكل ذلك مرتبط بعملية التمثيل الضوئي. شاهد النقل في النباتات

أنسجة البشرة مغطاة ب بشرة شمعية مما يساعد على تقليل فقدان الماء عن طريق التبخر.

يجب أن تكون جميع الهياكل المذكورة أعلاه "متصلة" حتى يعمل النظام في نبات صحي.

تجدر الإشارة إلى أن نسبة كبيرة من عملية التمثيل الضوئي للأرض تحدث في المحيطات في العوالق النباتية.

لمعرفة المزيد عن هيكل ووظيفة المصنع بما في ذلك تبادل الغازات وتكييفات الأوراق انظر أيضًا.

بنية الأوراق وانتشارها والتمثيل الضوئي

ينتشر ثاني أكسيد الكربون في الأوراق من خلال الثغور ويتم استنفاده من خلال عملية التمثيل الضوئي.

لذلك مع استمرار عملية التمثيل الضوئي ، يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون الداخلي في الورقة أقل بكثير من تركيزه في الهواء المحيط ، لذلك سينتشر ثاني أكسيد الكربون في الورقة أسفل تدرج التركيز هذا.

يتم زيادة معدل انتشار ثاني أكسيد الكربون (وأي غاز آخر) من خلال:

زيادة مساحة سطح الورقة - دائمًا الجزء الأوسع من أي نبات.

كلما كانت المسافة التي يجب أن تقطعها الجزيئات أصغر أثناء انتشارها - أوراق رقيقة بطبقة متوسطة الحجم أرق.

ماذا يفعل النبات بالجلوكوز الناتج عن التمثيل الضوئي باستخدام طاقة ضوء الشمس؟

الجلوكوز يوفر الطاقة ويمكن تحويلها إلى مجموعة واسعة من الجزيئات في كيمياء الخلايا النباتية (الكيمياء الحيوية النباتية) وتساعد على تكوينها. هذا يعني أن النباتات تصنع طعامها!

ال يمكن تحويل الجلوكوز المنتج في عملية التمثيل الضوئي إلى نشا غير قابل للذوبان لتخزينه في الأوراق والجذور والسيقان.

إن الطبيعة غير القابلة للذوبان للنشا تجعله مخزنًا كيميائيًا مركّزًا مفيدًا جدًا للطاقة - إذا كان قابلًا للذوبان ، فسوف يذوب وينتشر في كل مكان.

النشا عبارة عن بوليمر طبيعي مصنوع من ربط العديد من جزيئات الجلوكوز معًا وهو مخزن الطاقة الكيميائية الرئيسي في النبات.

لا يمكن للنبات أن يقوم بالتمثيل الضوئي في الليل ، لذلك فهو يحتاج إلى طاقة من مكان ما ليبقى على قيد الحياة ليلاً!

عند الحاجة ، يتحلل النشا (يتحلل) إلى سكر الجلوكوز المفيد ، وبالتالي تنعكس عملية تكوين النشا.

سكر الجلوكوز هو قابل للذوبان ويمكن نقلها بسهولة حول النبات والوقود التنفس في الميتوكوندريا في الخلايا النباتية - والتي بدورها توفر الطاقة لجميع العمليات الخلوية التي يحتاجها النبات.

إذا حاول النبات تخزين الجلوكوز القابل للذوبان ، فإن الخلايا تمتص الماء عن طريق التناضح ، وتنتفخ وتنفجر!

تحتاج النباتات إلى الطاقة من السكريات (من عملية التمثيل الضوئي) لتشغيل أنظمة دعم حياتها تمامًا كما نفعل نحن.

تستخدم الخلايا النباتية بعض الجلوكوز المنتج أثناء عملية التمثيل الضوئي بشكل فوري التنفس - إطلاق الطاقة لتشغيل وظائف الخلية وخاصة في الليل عندما لا يسطع ضوء على الأوراق.

إن تنفس النبات من حيث المبدأ هو عكس عملية التمثيل الضوئي.

الجلوكوز + الأكسجين == منتجات GT + الطاقة الكيميائية (لتشغيل كيمياء الخلايا النباتية)

تمكّن الطاقة المنبعثة النبات من تحويل الجلوكوز بالإضافة إلى العناصر / الأيونات الأخرى مثل النيتروجين / النترات إلى مواد كيميائية أخرى مفيدة - بعضها مدرج أدناه.

في الليل ، هناك خسارة صافية للجلوكوز / النشا في التنفس ، ولكن في ضوء النهار ، فإن معدل التمثيل الضوئي سوف يتجاوز معدل التنفس في النبات النامي ، لذلك يمكن تحويل الجلوكوز الزائد إلى نشا للتخزين.

. مشيرا إلى أن النشا والجلوكوز مخازن الطاقة الكيميائية.

يتم استهلاك الجلوكوز في تنفس النبات، على سبيل المثال في التنفس الهوائي ، تستخدم النباتات الأكسجين لأكسدة الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

الطاقة الكيميائية المنبعثة لتشغيل كل كيمياء الخلية بما في ذلك تحويل الجلوكوز إلى نشا وصنع البروتين.

لا تنسى ذلك النباتات تتنفس في كل وقت، مثلنا تماما!

يمكن تحويل الجلوكوز إلى نشاء يمكن تخزينها في الجذور (مثل البطاطس) والسيقان والأوراق ، مما يوفر الطاقة في الليل وفي الشتاء.

يتميز النشا بأنه غير قابل للذوبان في الماء ، لذلك لن يتحلل دون داعٍ من مناطق تخزين احتياطي الطاقة الحيوية.

يمكن استخدامه عندما يكون ضوء الشمس منخفضًا على سبيل المثال الشتاء وطبعًا في الليل عند توقف التمثيل الضوئي تمامًا.

أيضًا ، نظرًا لكونها غير قابلة للذوبان ، فإنها لن تؤثر على تركيز الماء في الخلايا عن طريق التناضح.

يمكن أن تنتفخ الخلية التي تحتوي على تركيز عالٍ من الجلوكوز نتيجة لامتصاص الماء مما يتداخل مع وظيفتها.

الطاقة الكيميائية من الجلوكوز ضرورية لبناء جزيئات أكبر وأكثر تعقيدًا.

من خلال نمو وتراكم هذه الجزيئات الكبيرة الكتلة الحيوية يتكون في النباتات والطحالب.

الكتلة الحيوية تعني كتلة المادة الحية.

تدخل الطاقة المتراكمة في الكتلة الحيوية للنبات أو الطحالب في السلسلة الغذائية بحيث يمكن للحيوانات الآن أن تتغذى عليها (العواشب) وتتغذى عليها الحيوانات الأخرى (آكلات اللحوم).

لهذا السبب تم التأكيد في بداية هذه الصفحة على ذلك تعد الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي هي المنتج الرئيسي للغذاء لمعظم أشكال الحياة على الأرض.

أمثلة على الجزيئات الأكبر في الكتلة الحيوية للنباتات والطحالب

يستخدم الجلوكوز في الإنتاج الدهون أو الزيوت (الدهون) للتخزين - توفر مصادر الطاقة عن طريق التنفس الهوائي ، وتحتوي البذور على مخازن طعام تعتمد على الزيوت والدهون (فكر في زيت الطهي من الزيتون أو زيت عباد الشمس للسمن) والشموع.

يستخدم الجلوكوز في صنعه السليلوز، والتي تشكل وتقوي جدران الخلايا ، على سبيل المثال من نسيج الخشب واللحاء ، وهي مطلوبة بشكل خاص بكميات أكبر في النباتات سريعة النمو.

يتم تصنيع الأحماض الأمينية أولاً من أيونات الجلوكوز والنترات (تمتص من التربة من خلال الجذور) والمعادن الأخرى قبل التحول إلى البروتينات لنمو خلايا الأنسجة وإصلاحها.

لاحظ أنه لإنتاج البروتينات ، تستخدم النباتات أيضًا أيونات النترات التي يتم امتصاصها من التربة.

دبليو تؤثر عوامل القبعة على معدل التمثيل الضوئي؟

عادة ما يكون معدل التمثيل الضوئي محدودًا بثلاثة ظروف بيئية رئيسية - عوامل :

(أنا) نقص الضوء (عادةً ما يؤدي نقص ضوء الشمس) إلى إبطاء عملية التمثيل الضوئي - نظرًا لأنه كلما زادت شدة الضوء ، زاد معدل التمثيل الضوئي.

(ثانيا) درجة حرارة منخفضة، يبطئ معدل التمثيل الضوئي - قاعدة عامة لجميع التفاعلات الكيميائية

سيؤدي الجمع بين (1) و (2) إلى معدلات مختلفة جدًا بين عملية التمثيل الضوئي في الشتاء (وقت أقل لضوء الشمس ، وضوء أقل كثافة ، وأبطأ) مقارنة بالصيف (مزيد من وقت ضوء الشمس ، وضوء أكثر كثافة ، وأسرع).

في الليل ، يكون الضوء هو العامل المحدد ، وفي الشتاء تكون درجة الحرارة عادةً في ضوء النهار.

إذا أصبحت درجة الحرارة عالية جدًا ، فسوف يتباطأ التمثيل الضوئي بسبب تلف الإنزيم.

(ثالثا) أ نقص ثاني أكسيد الكربون سيؤدي أيضًا إلى إبطاء معدل التمثيل الضوئي ولكن يمكنك زيادته بشكل مصطنع عن طريق ضخ ثاني أكسيد الكربون2 في هيكل الدفيئة.

إذا كان هناك ضوء كافٍ ودرجة الحرارة ليست منخفضة جدًا ، يصبح تركيز ثاني أكسيد الكربون المحيط هو العامل المحدد.

وبالتالي، ثلاثة عوامل تؤثر على معدل التمثيل الضوئي يمكن فحصها في المختبر - انظر 7 رسوم بيانية لاحقًا!

تناقش الرسوم البيانية أسفل الصفحة ، بشكل منفصل ، عاملاً محددًا واحدًا ، مثل (1) إلى (3) المذكور أعلاه.

(4) ومع ذلك ، في ظل بعض الظروف الصباغ الأخضر الأساسي قد يكون الكلوروفيل هو العامل المحدد أيضًا.

نقص الكلوروفيل / البلاستيدات الخضراء في الخلايا النباتية يقلل من قدرة النبات على التمثيل الضوئي.

قد تتحول النباتات المجهدة أو التالفة إلى اللون الأصفر الباهت أو تظهر بقع من الفطريات أو البكتيريا أو الفيروسات.

قد تتأثر النباتات بالأمراض مثل لفحة الهالة وفيروس موزاييك التبغ وسوء التغذية - نقص المعادن الحيوية.

أيضا (5) نقص في الماء يغير طبيعة الخلايا والنباتات تتدلى ، مما يقلل من التمثيل الضوئي ، وتموت في النهاية.

يمكن أن يتسبب أي من هذه العوامل في تلف البلاستيدات الخضراء أو لا تستطيع الخلية إنتاج ما يكفي من الكلوروفيل.

لذلك تقل قدرة الخلايا النباتية على امتصاص ضوء الشمس مما يضعف نمو النباتات وتطورها.

(ت) بالمعنى الدقيق للكلمة ، نقص في المياه عامل آخر ، لكن هذا يؤثر على النبات بأكمله.

تتفاعل شدة الضوء ودرجة الحرارة وتوافر ثاني أكسيد الكربون وعمليًا قد يكون أي واحد منهم هو العامل الذي يحد من سرعة (معدل) التمثيل الضوئي.

يمكنك ربط مبدأ العوامل المقيدة باقتصاديات تحسين الظروف التالية في البيوت البلاستيكية.

يمكنك إجراء تجارب معملية لقياس معدل التمثيل الضوئي في ظل ظروف مختلفة ، على سبيل المثال. تغيير أي من العوامل الثلاثة والحفاظ على العوامل الأخرى ثابتة.

تتم مناقشة هذه التجارب وتحليل البيانات الرسومية بالتفصيل في أسفل الصفحة.

العوامل التي تتحكم في معدل التمثيل الضوئي - مناقشة مفصلة لرسومات البيانات النموذجية

العامل المحدد هو الذي يتحكم في أقصى معدل ممكن لتفاعلات التمثيل الضوئي لمجموعة معينة من الشروط.

الرسم البياني 1. حد شدة الضوء

الطاقة الضوئية ضرورية لعملية التمثيل الضوئي ، لذلك مع زيادة شدة الضوء ، يزداد معدل التفاعلات الكيميائية في عملية التمثيل الضوئي بشكل خطي - الجزء الأول من الرسم البياني هو "الحد من الضوء".

مزيد من الضوء ، "تنشيط" المزيد من الجزيئات لتتفاعل.

لكن، عند النقطة التي يصبح فيها الرسم البياني أفقيًا ، لم يعد الضوء هو العامل المحدد.

ومع ذلك ، فإن المعدل في نهاية المطاف مستويات قبالة لتصبح ثابتة بسبب تحديد من تركيز ثاني أكسيد الكربون (منخفض جدًا) أو درجة الحرارة (منخفضة جدًا) وأي زيادة في شدة الضوء ليس لها تأثير إضافي على معدل التمثيل الضوئي لنمو النبات.

نقطتان يجب مراعاتهما عند دراسة أي من الرسوم البيانية التي تتناول التمثيل الضوئي.

منذ أصبح خط الرسم البياني عرضي (مستوي ، معدل ثابت) ، هذا يعني أيضًا أن شدة الضوء لم تعد العامل المحدد - يجب عليك زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون أو درجة الحرارة لزيادة معدل التمثيل الضوئي - بمعنى آخر تحتاجه زيادة بعض العوامل الأخرى.

تذكر: عندما يصبح خط الرسم البياني على الرسم البياني لعملية التمثيل الضوئي أفقيًا ، عامل مقيد يلعب دوره.

شدة الضوء تنخفض إلى

صفر في الليل ويكون هناك ضوء أقل بكثير في الشتاء ، لذا فإن هذا يضع قيودًا على التمثيل الضوئي.

تكيفت النباتات لتعيش في المناطق المظللة من خلال وجود أوراق أكبر وأرق لزيادة عدد جزيئات الكلوروفيل لامتصاص الضوء (انظر الرسم البياني 8).

تصميم / تشغيل الدفيئة وكثافة الضوء.

الكثير من ألواح النوافذ الزجاجية للسماح بدخول الضوء.

موقع الدفيئة في منطقة غير مظللة.

يمكن توفير الإضاءة الاصطناعية في الليل.

ومع ذلك ، فإن مستوى الضوء له حدوده (إما ضوء الشمس أو الضوء الاصطناعي في الليل) ، لذلك لتحقيق أقصى تأثير ، قد لا تزال بحاجة إلى درجة حرارة دافئة وإمدادات جديدة من ثاني أكسيد الكربون.

الرسم البياني 2. تحديد درجة الحرارة

لا يمكن أن تحدث التفاعلات الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي بدون مساعدة الإنزيمات.

يؤدي رفع درجة الحرارة إلى منح الجزيئات مزيدًا من الطاقة الحركية بحيث يتفاعل المزيد منها عند الاصطدام ، وفي البداية ، تحصل على الزيادة المتوقعة (الأسية) في سرعة تفاعل التمثيل الضوئي - في البداية يكون منحنى متسارع إلى أعلى (غير خطي) مع زيادة درجة الحرارة زيادة نمو النبات ..

ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة المرتفعة جدًا تكون سيئة تمامًا مثل درجة الحرارة المنخفضة جدًا (والتي ستكون بطيئة جدًا).

عند درجات حرارة تزيد عن 40 درجة مئوية ، يتم تدمير الإنزيمات المشاركة في العملية بشكل متزايد ، لذلك يتباطأ التمثيل الضوئي ويتوقف في النهاية بسبب تدمير إنزيمات التمثيل الضوئي.

يؤثر تغيير طبيعة بنية البروتين الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة على المواقع النشطة على الإنزيمات (مفتاح المرجع x وآلية القفل) ولم يعد بإمكانهم تحفيز تفاعلات التمثيل الضوئي.

رسم بياني لمعدل التمثيل الضوئي مقابل ارتفاع درجة الحرارة في البداية (المعدل المعتاد لعامل التفاعل الكيميائي) ، يمر عبر الحد الأقصى (درجة الحرارة المثلى) ثم ينخفض ​​حيث أن الإنزيمات تتحول بشكل متزايد إلى طبيعتها وتتوقف عن العمل في النهاية.

يرجع الشكل النهائي للرسم البياني إلى الجمع بين اتجاهي الرسم البياني من زيادة معدل التفاعل مقابل زيادة تغيير الطبيعة ، وكلاهما يتزامن مع زيادة درجة الحرارة.

تصميم / تشغيل الدفيئة ودرجة الحرارة

من الناحية المثالية في البيوت الزجاجية ، قد ترغب في الحصول على درجة الحرارة المثلى ، وإمدادات كافية وثابتة من ثاني أكسيد الكربون والكثير من الضوء - ومن ثم استخدام الزجاج الشفاف!

ترتفع درجة حرارة الدفيئة عن طريق حبس الإشعاع الحراري من الشمس - "تأثير الاحتباس الحراري".

لكن احرص على عدم ارتفاع درجة حرارة البيت الزجاجي بشدة ، على سبيل المثال عن طريق فتح أنظمة التهوية أو وضع المظلات.

في الطقس البارد ، يمكن استخدام السخانات في الدفيئة لأن درجة الحرارة قد تكون منخفضة للغاية بالنسبة لعملية التمثيل الضوئي الفعالة لنمو النبات - لكن السخانات تزيد من تكلفة الإنتاج.

إذا لم تكن السخانات كهربائية وتحرق وقودًا مثل البارافين ، فسيتم إنتاج الكثير من ثاني أكسيد الكربون - وهو أمر مفيد جدًا ، حيث يتم توفير عاملين في نفس الوقت!

3. تركيز ثاني أكسيد الكربون

الرسم البياني 3. حدود ثاني أكسيد الكربون

هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي ، فكلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون ، يزداد معدل التفاعلات الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي باطراد بطريقة خطية - في البداية يكون معدل تفاعل التمثيل الضوئي متناسبًا بشكل مباشر مع ثاني أكسيد الكربون2 التركيز (يمكن أن يكون في الهواء أو الماء) ..

ومع ذلك ، تتوقف مستويات المعدل في النهاية بسبب الحد من شدة الضوء (منخفضة جدًا) أو درجة الحرارة (يمكن أن تكون منخفضة جدًا أو مرتفعة جدًا) بغض النظر عن الزيادة في ثاني أكسيد الكربون2 تركيز.

نظرًا لأن خط الرسم البياني أصبح أفقيًا (مسطحًا) ، فهذا يعني أيضًا أن تركيز ثاني أكسيد الكربون لم يعد العامل المحدد - يجب زيادة شدة الضوء أو درجة الحرارة لزيادة معدل التمثيل الضوئي.

يجب ملاحظة أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء يكون فقط

0.04٪ ، وغالبًا ما يكون العامل المحدد ، خاصة في الأيام المشمسة الحارة ..

ولكن ، يمكن أن تكون أيام الشتاء الباهتة القصيرة (شدة الإضاءة المنخفضة) ودرجة الحرارة المنخفضة (التفاعلات الكيميائية البطيئة) من العوامل المحددة.

تصميم / تشغيل الدفيئة وتركيز ثاني أكسيد الكربون

إذا كانت درجة الحرارة المحيطة دافئة والنباتات / الدفيئة في ضوء الشمس الساطع ، فقد يكون العامل المحدد هو تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

أنت بحاجة إلى بعض التهوية أو سينخفض ​​مستوى غاز ثاني أكسيد الكربون إذا لم يتم تجديد الهواء حيث يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون بواسطة النباتات.

ولكن ، لتحقيق أقصى قدر من التأثير ، تحتاج إلى درجة حرارة دافئة ووفرة من الضوء وثاني أكسيد الكربون الإضافي2 إذا كنت تستطيع توفيره!

لمعرفة المزيد عن الرسوم البيانية لعملية التمثيل الضوئي ، انظر:

كيف تعمل بنجاح تجاري البيت الأخضر!

لذلك يمكن التلاعب بثلاثة عوامل لزيادة معدل التمثيل الضوئي وبالتالي زيادة نمو النبات.

ملخص حتى الآن للمساعدة في زيادة غلة المحاصيل

تصميم / تشغيل الدفيئة وعامل شدة ضوء التمثيل الضوئي

الكثير من ألواح النوافذ الزجاجية للسماح بدخول الضوء.

موقع الدفيئة في منطقة غير مظللة.

يمكن توفير الإضاءة الاصطناعية في الليل.

ومع ذلك ، فإن مستوى الضوء له حدوده (إما ضوء الشمس أو الضوء الاصطناعي في الليل) ، لذلك لتحقيق أقصى تأثير ، قد لا تزال بحاجة إلى درجة حرارة دافئة وإمدادات جديدة من ثاني أكسيد الكربون.

تصميم / تشغيل الدفيئة وعامل درجة حرارة البناء الضوئي

من الناحية المثالية في البيوت الزجاجية ، قد ترغب في الحصول على درجة الحرارة المثلى ، وإمدادات كافية وثابتة من ثاني أكسيد الكربون والكثير من الضوء - ومن ثم استخدام الزجاج الشفاف!

ترتفع درجة حرارة الدفيئة عن طريق حبس الإشعاع الحراري من الشمس - "تأثير الاحتباس الحراري".

لكن احرص على عدم ارتفاع درجة حرارة البيت الزجاجي بشدة ، على سبيل المثال عن طريق فتح أنظمة التهوية أو وضع المظلات.

في الطقس البارد ، يمكن استخدام السخانات في الدفيئة لأن درجة الحرارة قد تكون منخفضة للغاية بالنسبة لعملية التمثيل الضوئي الفعالة لنمو النبات - لكن السخانات تزيد من تكلفة الإنتاج.

إذا لم تكن السخانات كهربائية وتحرق وقودًا مثل البارافين ، فسيتم إنتاج الكثير من ثاني أكسيد الكربون - وهو أمر مفيد جدًا ، حيث يتم توفير عاملين في نفس الوقت!

تصميم / تشغيل الدفيئة وعامل مستوى ثاني أكسيد الكربون في التمثيل الضوئي

إذا كانت درجة الحرارة المحيطة دافئة والنباتات / الدفيئة في ضوء الشمس الساطع ، فقد يكون العامل المحدد هو تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

أنت بحاجة إلى بعض التهوية أو سينخفض ​​مستوى غاز ثاني أكسيد الكربون إذا لم يتم تجديد الهواء حيث يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون بواسطة النباتات.

ولكن ، لتحقيق أقصى قدر من التأثير ، تحتاج إلى درجة حرارة دافئة ووفرة من الضوء وثاني أكسيد الكربون الإضافي2 إذا كنت تستطيع توفيره!

نظرة عامة على تشغيل دفيئة ناجحة - مزارع تجاري أو هواة!

الدفيئة المستخدمة لإنشاء مصطنع أفضل بيئة لزراعة النباتات وزيادة كفاءة التمثيل الضوئي.

تنفس - تحتاج إلى الحفاظ على الهواء نقيًا والتأكد من أن مستوى ثاني أكسيد الكربون لا يقل عن مستوى الهواء الخارجي.

ألواح زجاجية (أو بلاستيكية شفافة) - يسمح بنقل الضوء المرئي لعملية التمثيل الضوئي وامتصاص الأشعة تحت الحمراء ورفع درجة الحرارة.

إمدادات ثاني أكسيد الكربون - يمكن أن تزيد بشكل مصطنع من ثاني أكسيد الكربون2 متاحة للنباتات لزيادة معدل التمثيل الضوئي.

إمدادات المياه - تحتاج النباتات إلى إمداد مستمر بالمياه ، وقد تجف التربة أو السماد العضوي لتحقيق النمو الأمثل للنبات ، كما أن درجات الحرارة المرتفعة في الدفيئة تزيد من معدل النتح.

سخان - كهربائي لرفع درجة الحرارة في الأيام الباردة ، ويفضل أن يكون من مصدر متجدد ، إذا كان البارافين ، ينتج عن الاحتراق ثاني أكسيد الكربون2 مما يساعد على زيادة معدل التمثيل الضوئي.

إضاءة اصطناعية - يُمكِّن عملية التمثيل الضوئي من أن تكون مستمرة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ومستقلة عن الطقس ، ولكنك تحتاج إلى فترات من الظلام (استخدم مؤقتًا) للسماح للنبات بنقل الجلوكوز وتخزينه كنشا.

المرطب - إذا أصبح الجو جافًا جدًا ، يزداد معدل النتح وقد تتدلى النباتات بسبب نقص المياه

الستائر - يمكن استخدامها للتحكم في الضوء إذا لزم الأمر.

منظم الحرارة - لست متأكدًا مما إذا كان يستخدم في البيوت البلاستيكية؟

يمكن أن تؤدي زراعة المحاصيل في البيوت البلاستيكية إلى زيادة إنتاجية المحاصيل في منطقة معينة بشكل كبير.

البستنة الدفيئة (زراعة الزهور والفواكه والخضروات الزراعية) هو الزراعة المكثفة باستخدام التطورات التكنولوجية المختلفة - وهذا ينطبق بشكل خاص على الزراعة المائية (الموضحة في صفحة إنتاج الغذاء الخاصة بي).

من الناحية المثالية ، يريد المزارعون البستانيون محاصيل مثلى من المحاصيل دون الإفراط في إنتاج الأوراق أو الجذور.

دفيئة تحبس طاقة ضوء الشمس رفع درجة الحرارة الداخلية لجعلها أقل تقييدًا ولكن قد تكون هناك حاجة للتدفئة في الشتاء.

ومع ذلك ، فإن تكاليف إضافية التدفئة أو الإضاءة الصناعية أو إضافة ثاني أكسيد الكربون2 في الهواء ، يجب أن يتم تعويضه عن طريق بيع منتج ذي جودة مقبولة بسعر سوق مستدام يكون المستهلك على استعداد لدفعه!

يمكنك زيادة درجة الحرارة ومستويات ثاني أكسيد الكربون في نفس الوقت باستخدام سخان البارافين - أحد أفضل استخدامات الوقود الأحفوري عند حرقه لتكوين ثاني أكسيد الكربون!

في الصيف قد تحصل حار جدا لذلك قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من الظل والتهوية لتهيئة ظروف أكثر برودة.

يؤدي استخدام الضوء الاصطناعي إلى إطالة فترة النمو إلى ما بعد ساعات النهار العادية - ولكن بتكلفة إضافية.

يجب أن تلاحظ أيضًا أن النباتات الموجودة في الدفيئة موجودة أقل عرضة للآفات والأمراض.

اسمدة يمكن أن يضاف إلى التربة لتوفير المعادن التي يحتاجها النبات ويمتصه نظام الجذر من التربة.

استخدام الصوبات الزراعية يمكّن البستانيين في السوق من القيام بذلك إنتاج المزيد من المحاصيل الجيدة كل عام وإذا كان بإمكانك التحكم في الظروف وإنتاج محصول ذو جودة معقولة بكفاءة - فيمكن أن يكون عملك ناجحًا تجاريًا.

مجمعات دفيئة واسعة النطاق أثبتوا نجاحهم في استخدام ظروف النمو الاصطناعية واستخدام عناصر التحكم في الضوء والحرارة.

رسوم بيانية أكثر تعقيدًا توضح أكثر من عامل محدد يتحكم في معدل التمثيل الضوئي

تذكير: العامل المحدد هو الذي يتحكم في أقصى معدل ممكن لتفاعلات التمثيل الضوئي لمجموعة معينة من الشروط.

لهذه التجارب مناسبة درجة الحرارة يجب أن يتم اختياره والاحتفاظ به ثابت! (على سبيل المثال ، درجة حرارة المعمل

الرسم البياني 8 الكلوروفيل كعامل مقيد

الرسم البياني 8 يوضح معدل التمثيل الضوئي للنباتين A و B.

لقد نظرنا في الطريقة التي يمكن أن يكون فيها الضوء أو درجة الحرارة أو ثاني أكسيد الكربون عاملاً مقيدًا.

أ نقص الكلوروفيل يمكن أن يكون أيضًا العامل المحدد الرابع.

افترض الرسم البياني لـ مصنع أ هو نموذجي لمعظم النباتات التي لا تتكيف للعيش في المناطق المظللة وتتلقى عينة من ضوء الشمس ، أي لا تعيش في منطقة مظللة للغاية.

في هذه الحالة ، يكون معدل التمثيل الضوئي محدودًا بدرجة الحرارة أو تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

بعض النباتات مثل مصنع ب، تعيش في ظل مستمر أي مستوى منخفض من شدة الضوء.

هذه النباتات لها تكيف لهذه الظروف من خلال التطور لتنمو نسبة أعلى من الأوراق إلى الجذور مقارنة بالنباتات الأخرى.

الأوراق أكبر وأرق مع مساحة سطح أكبر لذلك المزيد من الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء لامتصاص الضوء ، وبالتالي زيادة كفاءة البناء الضوئي للنبات.

يُظهر الرسم البياني لـ B معدلًا أوليًا أسرع لعملية التمثيل الضوئي بسبب التركيز العالي للكلوروفيل ، لكن معدل التمثيل الضوئي متوقف قبل معدل النبات A كعامل مقيد.

قد يكون العامل المحدد درجة حرارة منخفضة في منطقة مظللة ،

أو مستوى ثاني أكسيد الكربون في حالة عدم وجود حركة هوائية.

العمل العملي المحتمل الذي قد تكون واجهته - طرق قياس معدل التمثيل الضوئي

يمكنك التحقق من الحاجة إلى الكلوروفيل لعملية التمثيل الضوئي بأوراق متنوعة

أخذ شرائح رقيقة من البطاطس والتفاح وإضافة اليود لمراقبتها تحت المجهر - اختبار النشا.

دراسة تأثير الضوء ودرجة الحرارة ومستويات ثاني أكسيد الكربون (باستخدام البركة الكندية ، الكابومبا ، كرات الطحالب أو أقراص الأوراق من البراسيكا) على معدل التمثيل الضوئي.

يمكنك استخدام المحاكاة الحاسوبية لنمذجة معدل التمثيل الضوئي في ظروف مختلفة

يمكنك استخدام المستشعرات للتحقق من تأثير ثاني أكسيد الكربون ومستويات الضوء على معدل التمثيل الضوئي وإطلاق الأكسجين.

ربما تكون قد أجريت / شاهدت تجارب حول معدل التمثيل الضوئي الذي يتم فيه قياس حجم الأكسجين المتكون بواسطة محقنة غاز متصلة بقارورة من محلول كربونات هيدروجين الصوديوم (لتزويد ثاني أكسيد الكربون) وأعشاب بركانية كندية مغمورة فيه.

تعتمد جميع الطرق التجريبية على قياس معدل إنتاج الأكسجين كمقياس لمعدل التمثيل الضوئي.

كلما زادت سرعة إنتاج الأكسجين ، زادت سرعة عملية التمثيل الضوئي.

من المفترض أن معدل إنتاج الأكسجين يتناسب مع معدل التمثيل الضوئي.

وبالتالي، كيف يمكننا قياس معدل التمثيل الضوئي؟

بعد ذلك ، طرق قياس معدل التمثيل الضوئي

قياس r أكلت عملية التمثيل الضوئي - الطريقة التجريبية 1 لقياس حجم الأكسجين الناتج باستخدام حقنة غاز

يمكنك استخدام نظام حقنة الغاز هذا لقياس آثار تغير درجة الحرارة وشدة الضوء ومستوى ثاني أكسيد الكربون (عبر محلول هيدروجين كربونات الصوديوم).

الطريقة 1. نظام حقنة الغاز

لا يظهر مصباح وحمام مائي ثرموستاتي في هذا المخطط ، لكنهما موجودان في مخطط الجهاز للطريقة 2.

هناك العديد من النباتات المائية التي يمكنك استخدامها ، وأكثرها شيوعًا هو نبات البركة الكندية (elodea canadensis) ، ولكن هذا يعتبر من الأنواع الغازية ، لذلك ربما ينبغي استخدام بعض النباتات المائية المؤكسجة الأخرى!

في هذا "الإعداد" تقيس معدل التمثيل الضوئي من خلال قياس معدل إنتاج الأكسجين حيث يتم جمع الغاز في حقنة الغاز.

من الرسم البياني لحجم الأكسجين مقابل الوقت ، يمكنك قياس التدرج الأولي لحساب معدل إنتاج الأكسجين كمقياس لمعدل التمثيل الضوئي.

يجب أن يكون الرسم البياني خطيًا بشكل معقول في البداية ، على سبيل المثال معدل التمثيل الضوئي في سم 3 / دقيقة .

يمكنك استخدام هيدروجين كربونات الصوديوم (ناهكو3) كمصدر لثاني أكسيد الكربون وتنويع مصادره تركيز لتغيير تركيز ثاني أكسيد الكربون. يمكنك استخدام من 0.1٪ إلى 5٪ من NaHCO3 أي 0.1 جم إلى 5 جم لكل 100 سم 3 من الماء.

مع زيادة التركيز ، يجب أن ترى زيادة في معدل فقاعات الأكسجين (على سبيل المثال سم 3 / دقيقة) ، ولكن يجب أن تحافظ على درجة الحرارة ثابتة مثل المختبر. مؤقت. 20-25 درجة مئوية ، وثابت شدة الضوء بالحفاظ على المصباح (غير موضح في الرسم البياني) على نفس المسافة من القارورة.

سوف يساهم الضوء من المختبر نفسه ، لكن الضوء الكلي يجب أن يكون ثابتًا.

تحتاج إلى استخدام ملف نفس الكمية والدفعة من عشب البرك (أو نباتات مائية مؤكسجة أخرى).

أنت تستخدم نفس الشيء حجم الماء / محلول هيدروجين كربونات الصوديوم.

باستخدام الإعداد الموضح في الرسم البياني ، عند درجة حرارة ثابتة ، وشدة ضوء ثابتة - باستخدام نفس المصباح على نفس المسافة من القارورة ، يمكنك التحقق من تأثير تركيز الكربونات / ثاني أكسيد الكربون على معدل التمثيل الضوئي.

تختلف درجة الحرارة تحتاج إلى غمر القارورة المخروطية في أ حمام الماء (غير موضح) لدرجات حرارة مختلفة ، ولكن يتم التحكم فيها بعناية.

يجب أن تكون قادرًا على إظهار الحد الأقصى

35-40 درجة مئوية أي يجب أن يكون المعدل أقل بكثير عند

تركيز NaHCO3 ويجب أن تظل شدة الضوء ثابتة.

تتنوع ال شدة الضوء صعب للغاية ، تحتاج إلى وضع مصباح على مسافات قياس مختلفة بعيدًا عن القارورة ، ولكن للحصول على نتائج دقيقة ، يجب أن تأخذ قراءة عداد ضوئي من القارورة في اتجاه المصباح - ولكن لا يزال بإمكانك استخدام الإعداد الأساسي من الجهاز الموصوف في الطريقة 1. أعلاه.

يظهر المصباح في موضعه في الطريقة 2. وانظر المناقشة حول قانون التربيع العكسي في أسفل الصفحة.

يمكن لهذه التجربة البسيطة أن تُظهر بسهولة من حيث المبدأ تأثير تغيير عوامل التحكم الثلاثة في معدل التمثيل الضوئي.

مشاكل وأخطاء مع الطريقة

من الناحية المثالية ، يجب إجراء التجارب في الظلام ، حيث يكون المصباح هو المصدر الوحيد للضوء ، وليس مناسبًا جدًا في حالة الفصل الدراسي ، ولكنه مهم بشكل خاص عند تغيير شدة الضوء - لا أرى كيف يمكنك الحصول على نتائج دقيقة للضوء على الرغم من أن استخدام مقياس الضوء قد يكون جيدًا؟

هل تحوم القارورة حتى NaHCO3 يبقى التركيز ثابتًا بشكل معقول؟ ولكن هل ستتعرض نفس مساحة الورقة للضوء في اتجاه المصباح؟

عند تغيير درجة الحرارة ، ليس من السهل الحفاظ على درجة حرارة ثابتة - إذا انخفضت قليلاً ، يمكنك استخدام متوسط ​​درجة الحرارة ، ليس بالدقة نفسها ، ولكن أفضل من لا شيء! سيكون الحمام المائي الحراري مثاليًا.

الجهاز أعلاه هو نموذجي لتلك المستخدمة في تجارب معدل التفاعل في الكيمياء.

يمكنك استخدام تصميمات التجارب الأخرى لتبدو أكثر ملاءمة ، ونأمل أن تكون أكثر دقة في العوامل الثلاثة التي تؤثر على معدل التمثيل الضوئي.

قياس r أكلت التمثيل الضوئي - الطريقة التجريبية 2 - توقيت حركة فقاعات الغاز

يمكنك استخدام نظام حقنة الغاز هذا لقياس آثار تغير درجة الحرارة وشدة الضوء ومستوى ثاني أكسيد الكربون (عبر محلول هيدروجين كربونات الصوديوم).

في نهاية الطريقة 2 يتم شرح المربع العكسي المنخفض لشدة الضوء.

الطريقة 2.

الطريقة الثانية: متابعة تطور الغاز من فقاعة غاز في أنبوب شعري

لقد رأيت هذا النوع من الإعداد في الكتب المدرسية وعلى الإنترنت ويبدو أنه جيد من حيث المبدأ ، لكن لدي شكوك حول استخدامه في الممارسة؟

في هذا ، يتم وضع عشب البرك الكندي (Elodea) في أنبوب الغليان ووضعه في كوب كبير من الماء يعمل بمثابة حمام ترموستات بسيط للحفاظ على درجة الحرارة ثابتة. مرة أخرى ، سيكون الحمام المائي الحراري مثاليًا.

يتم وضع المصباح على مسافات مناسبة باستخدام المسطرة.

يتم توجيه فقاعات الأكسجين إلى أنبوب شعري.

من معدل حركة الفقاعات تحصل على تقدير لمعدل إنتاج الأكسجين كمقياس لمعدل التمثيل الضوئي.

قد يكون من الجيد فقط قياس سرعة الفقاعة أسفل الأنبوب الشعري ، ولكن ماذا يحدث إذا امتلأت بغاز الأكسجين - فلن ترى أي حركة.

تم وصف النقاط العامة حول التحقيق في المتغيرات الثلاثة في الطريقة 1. لا ينبغي أن تكون هناك حاجة لتكرارها.

كيف تقيس المعدل؟

يمكنك قياس سرعة فقاعة الهواء بالمقياس ،

إذا استخدمت حقنة غاز هنا ، فستحصل على خليط من الغاز والسائل في المحقنة - وهذا ليس مرضيًا للغاية ، فالسائل الموجود في المحقنة قد يجعله صلبًا جدًا في الحركة ويصعب قياس الحجم الدقيق لغاز الأكسجين المتكون.

مزيد من الأفكار على الطرق التجريبية الموضحة في الطريقتين 1 و 2 أعلاه لتحديد معدل التمثيل الضوئي في تجربة الأعشاب البركانية الكندية.

وانشاء' ربما يكون أفضل نظام يمكنني ابتكاره جالسًا في المنزل أمام شاشة الكمبيوتر!

في الطريقة الثانية ، يمكن وضع أنبوب البركة في دورق كبير من الماء يعمل كحمام ترموستاتي بسيط للحفاظ على درجة الحرارة ثابتة - حمام مائي ثرموستاتي مثالي.

أنبوب البركة مغمور في NaHCO3 يتعرض المحلول لمصباح ينبعث منه ضوء أبيض ساطع على مسافة محددة من أنبوب البركة.

يمكنك استخدام هيدروجين كربونات الصوديوم مرة أخرى (ناهكو3) كمصدر لثاني أكسيد الكربون وتنويع مصادره تركيز لتغيير تركيز ثاني أكسيد الكربون.

يمكنك استخدام من 0.1٪ إلى 5٪ من NaHCO3 أي 0.1 جم إلى 5 جم لكل 100 سم 3 من الماء.

(ط) لا تزال فقاعات الأكسجين موجهة إلى أنبوب شعري ولكن الغازات والسوائل يسمح لها بالخروج بحرية من الأنبوب الشعري - لا توجد مشكلة مع السائل الموجود في المحقنة والذي قد يكون قاسيًا على أي حال ويصعب قياس حجم دقيق.

(2) يسمح تقاطع T في الأنبوب "بحقن" الماء في تيار الغاز لجعل فقاعات الغاز مرئية.

تحتاج إلى استخدام ملف نفس الكمية والدفعة من عشب البرك (أو نباتات مائية مؤكسجة أخرى).

أنت تستخدم نفس الشيء حجم الماء / محلول هيدروجين كربونات الصوديوم.

ما الذي يمكنك قياسه وتنويعه؟

يعد قياس معدل التمثيل الضوئي عن طريق قياس معدل إنتاج غاز الأكسجين في حقنة الغاز أكثر دقة ولكنه يتطلب مزيدًا من الوقت للحصول على مجموعة من القراءات لرسم رسم بياني.

من السهل جدًا قياس سرعة الحركة الأفقية لفقاعات الغاز عبر المقياس الخطي الدقيق وساعة الإيقاف.

يمكنك استخدام أنبوب شعري طويل منتظم لزيادة الحساسية وبالتالي دقة التجربة.

لكل مجموعة من الظروف التجريبية ، احصل على ما لا يقل عن ثلاث قراءات متسقة بشكل معقول واحسب متوسطًا للحصول على أفضل دقة.

تمنحك سرعة الفقاعات بالسنتيمتر / الثانية مقياسًا نسبيًا لمعدل التفاعل الكلي لعملية التمثيل الضوئي لإنتاج الأكسجين.

مع زيادة تركيز (من NaHCO3) يجب أن تلاحظ زيادة في معدل فقاعات الأكسجين ، لكن يجب أن تحافظ على ثبات درجة الحرارة مثل المختبر. مؤقت. 20-25 درجة مئوية ، وشدة الضوء ثابتة بإبقاء المصباح على مسافة ثابتة من القارورة. سيساهم الضوء الصادر من المختبر نفسه ، ولكن يجب أن يكون الضوء الكلي ثابتًا ويمكنك استخدام مقياس الضوء لضمان نفس شدة الضوء.

حاول استخدام مجموعة من التركيزات على سبيل المثال حلول 1٪ إلى 5٪ (1g - 5g NaHCO3 لكل 100 سم 3 ماء).

تختلف درجة الحرارة تحتاج إلى غمر أنبوب الغليان في حمامات مائية ذات درجات حرارة مختلفة يتم التحكم فيها بعناية وثابتة - من الناحية المثالية باستخدام حمام مائي منظم.

يجب أن تكون قادرًا على الحصول على نتائج كافية على سبيل المثال 5 درجات بزيادات من 15 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية لإظهار الحد الأقصى لمعدل التمثيل الضوئي المتوقع أن يكون حوالي 35-40 درجة مئوية.

تركيز NaHCO3 ويجب أن تظل شدة الضوء ثابتة.

تتنوع ال شدة الضوء صعب للغاية ، تحتاج إلى وضع مصباح على مسافات قياس مختلفة بعيدًا عن أنبوب البركة.

يمكنك حساب الكثافة النسبية باستخدام قانون التربيع العكسي ، انظر قسم شدة الضوء في هذه الصفحة.

ولكن ، للحصول على نتائج دقيقة ، يجب أن تأخذ قراءة عداد ضوئي من القارورة في اتجاه المصباح (انظر المناقشة حول قانون التربيع العكسي أسفل الصفحة).

يجب أن تختار وتحافظ على ثبات درجة الحرارة وتركيز هيدروجين كربونات الصوديوم بقيم مناسبة ، على سبيل المثال محلول 2٪ من NaHCO3 و 25 درجة مئوية.

على الرغم من أنني أعتقد أن هذا يعد تحسينًا للطريقة الثانية ، إلا أنه لا يزال من الصعب جدًا الحصول على نتائج دقيقة.

أعتقد أن مقياس الضوء ضروري للحصول على نتائج دقيقة - تغيير مسافة المصباح مهم لتغيير شدة الضوء ، ولكن الشدة ليست وظيفة بسيطة للمسافة.

تحتاج إلى استخدام نفس العينة من عشب البرك ، ولكن هل هي دائمًا نفس مساحة الورقة تجاه الضوء؟

يجب ألا تستغرق عمليات التشغيل التجريبية وقتًا طويلاً مثل NaHCO3/ كو2 التركيز ينخفض ​​في كل وقت.

الرسوم البيانية للبيانات التجريبية وتفسيرها

تم بالفعل وصف سبعة رسوم بيانية بالكامل في هذه الصفحة.

تخضع الكثافة النسبية للضوء من قوة ثابتة لقانون التربيع العكسي.

عند التحقيق في تأثير شدة الضوء على معدل التمثيل الضوئي ، يجب أن تقدر قانون التربيع العكسي المطبق على شدة الضوء لطاقة المصباح الثابت وانبعاث الضوء.

كلما تحركت المصباح بعيدًا ، تنخفض شدة الضوء ، وكذلك معدل التمثيل الضوئي.

لكن شدة الضوء تتناسب عكسيا مع مسافه: بعد بين مصدر الضوء وأنبوب التجربة تربيع.

من مصدر ضوء محدد.

شدة الضوء النسبية = 1 / د 2

. ال شدة الضوء بوحدات عشوائية, د = مسافة المصباح من التجربة.

يمكن توضيح تأثير القانون من خلال بعض الحسابات البسيطة.

. التعامل مع هذه الفكرة على أنها تنبؤات ونتائج نظرية مثالية!

يعني قانون التربيع العكسي لكثافة الضوء النسبية أن السطوع النسبي الذي يختبره النبات ينخفض ​​بشكل كبير حيث يتحرك المصباح أكثر فأكثر من أنبوب التجربة.

الرسوم البيانية لمعدل التمثيل الضوئي مقابل مسافة المصباح من التجارب مثل الطريقة 3.

هذه الرسوم البيانية عبارة عن مخططات للبيانات النظرية المستخدمة في الجدول أعلاه بافتراض مصدر ضوء ثابت (مصباح!).

الرسم البياني (أ) يوضح مدى سرعة تناقص شدة الضوء أثناء تحريك أنبوب / قارورة التجربة بعيدًا عن مصدر الضوء ، كما يتضح من الانخفاض السريع في معدل التمثيل الضوئي. هذا نتيجة لقانون التربيع العكسي لشدة الضوء. يمكنك أن تبين بالتجربة أن معدل التمثيل الضوئي يتناسب مع شدة الضوء حيث يكون العامل المحدد. يوضح الرسم البياني أيضًا أن العلاقة بين معدل التمثيل الضوئي ومسافة المصباح ليست خطية.

الرسم البياني (ب) يوضح أن معدل التمثيل الضوئي لا يتناسب مع مقلوب مسافة المصباح ، ولكنه رسم بياني خطي أكثر من (أ).

الرسم البياني (ج) يوضح (للحصول على نتائج مثالية) أن معدل التمثيل الضوئي يتناسب مع مقلوب مسافة المصباح المربعة (وشدة ضوء المصباح تتناسب مع 1 / d 2). لذلك في الرسم البياني (ج) ، يمكن أيضًا تسمية المحور الأفقي شدة الضوء النسبية ، وهي علاقة خطية متناسبة مع معدل التمثيل الضوئي.

بعض التجارب البسيطة للتحقيق في جوانب التمثيل الضوئي

بعض المظاهرات التي تنطوي على التمثيل الضوئي

إثبات وجود النشا في أوراق النبات

تجارب بسيطة على إنتاج النشا في النباتات

التجربة 1. لاختبار وجود النشا في الأوراق

تُغمر ورقة ممسوكة بملقط / ملاقط في الماء المغلي - لإيقاف جميع تفاعلاتها الكيميائية.

توضع الورقة في أنبوب مغلي من الكحول وتُسخن برفق في حمام مائي كهربائي - يؤدي ذلك إلى إذابة الكلوروفيل الأخضر ويحول لون الورقة إلى لون شاحب جدًا - ولم يعد أخضر!

كن حذرًا ، الإيثانول قابل للاشتعال بشدة - لا ينصح باستخدام مواقد بنسن!

يتم شطف الورقة البيضاء تقريبًا بالماء البارد وتوضع على ورق ترشيح.

باستخدام ماصة الحلمة ، ضع بضع قطرات من اليود حل على الورقة.

في حالة وجود النشا ، أ اللون الأزرق والأسود سيظهر - اختبار الغذاء القياسي البسيط لجزيئات النشا.

تحضير النباتات وتجهيزها للتجارب 2. و 3.

يمكنك إجراء تجارب بسيطة على نباتات صغيرة في أواني النباتات ، إذا لزم الأمر ، احتفظ بها في وعاء الجرس.

عليك إزالة النشا من النباتات عن طريق تركها في الظلام لمدة 48 ساعة على الأقل.

سيستهلك النبات مخزونه من الطاقة النشوية ليبقى على قيد الحياة!

يمكنك استخدام هذا الإعداد للقيام ببعض التجارب البسيطة ، وأخيراً باستخدام اختبار النشا الموصوف أعلاه ، لإظهار ما هو مطلوب لعملية التمثيل الضوئي ، أو في الواقع ، إذا كان التمثيل الضوئي قيد التنفيذ.

التجربة الثانية: لإظهار أن الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي

من مخزونك من النباتات "منزوعة النشا" ، يمكنك الاحتفاظ بواحد في الظلام والآخر في ضوء الشمس الساطع أو الضوء الاصطناعي.

بعد 24 ساعة تقوم باختبار ورقة عينة من كل نبتة للتحقق من وجود النشا.

يجب أن تكون الورقة من النبات في الظلام ليس إعطاء اللون الأزرق الداكن بمحلول اليود - لم يحدث التمثيل الضوئي.

يجب أن تكون الورقة من النبات في الضوء قد أنتجت نشا من عملية التمثيل الضوئي ، وبعد الاختبار يجب أن تعطي لونًا أزرق-أسود مع محلول اليود الذي يظهر وجود النشا.

هذا يدل على الحاجة إلى الضوء لعملية التمثيل الضوئي.

يجب على النباتات ليس أن تكون محصورة في جرة الجرس ، بحيث يمكن لكل نبات الوصول إلى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

من الناحية المثالية ، يجب أن تكون النباتات متطابقة وأن تبقى في نفس درجة الحرارة لإجراء اختبار عادل.

التجربة 3. لإثبات أن هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون

من مخزونك من النباتات "منزوعة النشا" ، يتم ترك نباتين خارجين في ضوء النهار أو الضوء الاصطناعي.

لكن، يتم وضع أحد النباتات في جرة الجرس مع طبق بتري صغير من صودا ليمون.

(أ) يؤدي هذا إلى عزل أحد النباتات عن الغلاف الجوي "العادي" المحيط.

(ب) يمتص الجير الصودا ويتفاعل كيميائيًا مع ثاني أكسيد الكربون لإعطاء منتج صلب - وبالتالي إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي حول النبات.

ثم تُترك النباتات لمدة 24 ساعة.

بعد 24 ساعة تقوم باختبار ورقة عينة من كل نبتة للتحقق من وجود النشا.

يجب أن تكون الورقة من النبات المتروكة في المختبر (وليس في جرة الجرس) مع الوصول إلى الغلاف الجوي قد أنتجت نشا من عملية التمثيل الضوئي - بعد الاختبار يجب أن تعطي اللون الأزرق والأسود مع محلول اليود الذي يظهر وجود النشا.

ومع ذلك ، يجب أن تكون الورقة من النبات في جرة الجرس ليس إعطاء اللون الأزرق والأسود بمحلول اليود - إظهار أن التمثيل الضوئي لتكوين النشا لم يحدث على الرغم من الوصول إلى الضوء.

هذا يدل على أن ثاني أكسيد الكربون ضروري لعملية التمثيل الضوئي.

من الناحية المثالية ، يجب أن تكون النباتات متطابقة وأن تبقى في نفس درجة الحرارة لإجراء اختبار عادل.

التجربة 4. لإثبات أن ثاني أكسيد الكربون متورط في تبادل الغازات لعملية التمثيل الضوئي

هذه تجربة بسيطة لتبادل الغازات في عملية التمثيل الضوئي باستخدام مؤشر الهيدروجين كربونات وأوراق النبات.

تم إعداد ثلاثة أنابيب اختبار كما هو موضح في الرسم التخطيطي والموضح أدناه.

تتعرض أنابيب الاختبار الثلاثة لنفس شدة الضوء الساطع - ضوء الشمس أو المصباح.

تم إعداد أنبوب اختبار يحتوي فقط على بضعة سنتيمترات 3 من مؤشر الهيدروجين كربونات البرتقالي.

يعمل هذا كعنصر تحكم ويجب ألا يتغير عن الأصل اللون البرتقالينظرًا لعدم وجود أوراق نباتية فيه ومحكم الإغلاق في الغلاف الجوي ، يجب أن يكون هناك مستوى خلفي طبيعي لثاني أكسيد الكربون أعلى المؤشر.

إذا أصبح حل المؤشر أكثر حمضية، ستصبح أصفر.

إذا أصبح حل المؤشر أقل حمضية، ستصبح أحمر.

تذكر الآن ، غاز ثاني أكسيد الكربون حامضي عندما يذوب في الماء.

الملاحظات والتفسير

2. الأوراق معرضة للضوء الساطع

عندما تتعرض الأوراق للضوء يمكن البناء الضوئي وامتصاص ثاني أكسيد الكربون.

6 ح2O + 6CO2 ==== & ج6ح12ا6 + 6O2

لذلك سيتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من قبل النبات والحد من ثاني أكسيد الكربون يعني الظروف أقل حمضية.

لذلك يتغير مؤشر الهيدروجين كربونات إلى أحمر - محلول أقل حمضية.

في الضوء الساطع يكون معدل التمثيل الضوئي أكبر من معدل التنفس.

(سيحل الأكسجين محل ثاني أكسيد الكربون ، ولكن لم يتم اكتشاف ذلك في هذه التجربة ، ولكن يمكنك إعداد نظام لتجميعه واختبار الغاز بجبيرة متوهجة - والتي يجب إعادة إشعالها).

3. أوراق مظللة من الضوء

إذا كان القليل من الضوء يمكن أن يصل إلى سطح الأوراق ، فلا يمكن أن تتم عملية التمثيل الضوئي بكفاءة.

من أجل بقاء الأوراق (النبات) ، يجب أن تكون تحولًا من التمثيل الضوئي الأقل إلى مزيد من التنفس.

ج6ح12ا6 + 6O2 ==== & GT 6H2O + 6CO2

أوراق النبات المتنفسة تفرز ثاني أكسيد الكربون مما يجعل الحالة أكثر حمضية.

لذلك يتحول مؤشر الهيدروجين كربونات أصفر - محلول أكثر حمضية.

سيكون معدل التمثيل الضوئي في الظل أقل من معدل التنفس.

التجربة 5. عرض بسيط لتأثير الضوء على معدل التمثيل الضوئي

يمكنك استخدام هذه التجربة الاستقصائية البسيطة لمساعدتك في تصميم تجارب كمية أكثر تطوراً ودقة موصوفة في الطريقة 1. نظام حقنة الغاز والطريقة 2. نظام فقاعات الغاز المتحرك.

تقوم بإعداد دورق مملوء بالماء أو محلول كربونات هيدروجين الصوديوم.

في الدورق ، تضع نباتًا مؤكسجًا مثل عشب البركة داخل قمع مرشح مقلوب.

تقوم بملء أنبوب اختبار بالماء وقلبه ، ولا يزال مملوءًا بالماء ، ووضعه فوق مخرج قمع المرشح.

عندما تسطع ضوءًا ساطعًا (ضوء الشمس أو المصباح) على النظام ، يجب أن ترى فقاعات من غاز الأكسجين يتصاعد ويتجمع في أنبوب الاختبار المقلوب.

6 ح2O + 6 كو2 == ضوء == & جي تي سي6ح12ا6 + 6 ا2

إذا جمعت كمية كافية من الغاز ، فيجب أن تشعل جبيرة متوهجة - اختبار كيميائي بسيط للأكسجين.

يمكنك التلاعب بمسافة المصباح لزيادة أو تقليل شدة الضوء وملاحظة أي اختلاف في معدل تكون الفقاعات.

يجب أن تجد أن إضافة هيدروجين كربونات الصوديوم تسرع عملية التمثيل الضوئي لأنها توفر المزيد من ثاني أكسيد الكربون - لا يوجد سوى كمية صغيرة مذابة في ماء الصنبور / منزوع الأيونات.

مرة أخرى ، يمكنك مقارنة الماء بمحلول هيدروجين كربونات الصوديوم بنفس شدة الضوء.

ولكن ، هذا الإعداد ليس جيدًا للنظر في درجة الحرارة.

في الواقع ، التجربة بأكملها ليست دقيقة على الإطلاق.

تميل الفقاعات إلى التكون بشكل عشوائي ، ولا توجد طريقة لقياس حجم الغاز بدقة أو معدل تطور الغاز ، ولا يوجد حمام منظم للتحكم في درجة الحرارة وتغييرها.

ومن هنا جاءت الحاجة إلى الطريقة 1. نظام حقنة الغاز وطريقة 2. تحريك نظام فقاعة الغاز.

حفيدة نيامه البالغة من العمر ثلاث سنوات تقوم ببعض علوم الحدائق!

ملاحظات عامة حول مراجعة بيولوجيا النبات

وقسم عن الخلايا الجذعية والاستخدامات - الخلايا الإنشائية في النباتات (في نهاية الصفحة!)

قسم النباتات حول الاستنساخ - ملاحظات مراجعة علم الأحياء في زراعة الأنسجة للنباتات

التمثيل الضوئي لعلم الأحياء AQA AS ، التمثيل الضوئي لعلم الأحياء Edexcel A level AS ، التمثيل الضوئي للمستوى A OCR AS biology A ، التمثيل الضوئي لـ OCR Salters AS biology B ، التمثيل الضوئي لـ AQA المستوى البيولوجي ، التمثيل الضوئي للمستوى A Edexcel A المستوى البيولوجي ، التمثيل الضوئي لـ OCR مستوى بيولوجيا A ، التمثيل الضوئي للمستوى A OCR Salters A المستوى البيولوجي التمثيل الضوئي للصف الحادي عشر في الولايات المتحدة ، الصف 12 ، التمثيل الضوئي لدورات علم الأحياء قبل الجامعة ما قبل الجامعة A ملاحظات مراجعة المستوى لعملية التمثيل الضوئي A ملاحظات دليل المستوى حول التمثيل الضوئي للمدارس الكليات الأكاديميات العلوم مدرسو الدورة التدريبية صور رسوم تخطيطية لعملية التمثيل الضوئي A ملاحظات مراجعة مستوى البيولوجيا على التمثيل الضوئي لمراجعة ملاحظات موضوعات الوحدة للمساعدة في فهم دورات جامعية في التمثيل الضوئي في وظائف العلوم في وظائف العلوم في الصناعة التدريب المهني المساعد في مختبر الصناعة الولايات المتحدة الأمريكية الصف 11 الصف 11 AQA المستوى ملاحظات علم الأحياء على التمثيل الضوئي Edexcel A level biology ملاحظات حول التمثيل الضوئي لـ OCR A ملاحظات البيولوجيا المستوى WJEC ملاحظات بيولوجيا المستوى A حول التمثيل الضوئي CCEA / CEA ملاحظات بيولوجيا المستوى حول التمثيل الضوئي لامتحانات القبول بالجامعة ، علم الأحياء GCSE للمدارس ، الكليات ، الأكاديميات ، مدرسو دورة العلوم ، صور ، رسوم بيانية لعلم البناء الضوئي ، ملاحظات مراجعة البيولوجيا على التركيب الضوئي لمراجعة ملاحظات موضوعات وحدة البيولوجيا للمساعدة في فهم دورات جامعية في التركيب الضوئي في وظائف العلوم في وظائف العلوم في الصناعة معمل التلمذة الصناعية ، التدريب المهني ، الولايات المتحدة الأمريكية ، الصف الثامن ملاحظات علوم الأحياء في الصف التاسع الصف العاشر AQA علم الأحياء ملاحظات GCSE حول التمثيل الضوئي ملاحظات علم الأحياء في Edexcel حول التمثيل الضوئي لـ OCR في القرن الحادي والعشرين ملاحظات علمية في علم الأحياء حول التمثيل الضوئي OCR GCSE ملاحظات علم الأحياء حول التمثيل الضوئي WJEC gcse ملاحظات علم الأحياء على التمثيل الضوئي CCEA / CE ملاحظات بيولوجيا gcse ملاحظات علم الأحياء على مستوى O من أجل التمثيل الضوئي ملاحظات مراجعة بيولوجيا IGCSE على التمثيل الضوئي O ملاحظات بيولوجيا المستوى O مراجعة علم الأحياء gcse ملاحظات تفصيلية مجانية حول التركيب الضوئي للمساعدة في مراجعة ملاحظات مراجعة igcse لبيولوجيا igcse حول التمثيل الضوئي O مراجعة علم الأحياء ملاحظات تفصيلية مجانية حول التمثيل الضوئي إلى ساعد في مراجعة ملاحظات تفصيلية مجانية في علم الأحياء من gcse حول عملية التمثيل الضوئي للمساعدة في مراجعة موقع الويب المجاني لبيولوجيا المستوى O للمساعدة في مراجعة موقع الويب المجاني على الإنترنت لعملية التمثيل الضوئي لبيولوجيا gcse للمساعدة في مراجعة موقع الويب المجاني لعملية التمثيل الضوئي لبيولوجيا igcse للمساعدة في مراجعة علم أحياء التمثيل الضوئي بمستوى O كيف تنجح في الأسئلة حول التركيب الضوئي لبيولوجيا gcse ، كيف تنجح في علم الأحياء igcse ، كيف تنجح في علم الأحياء على مستوى O ، موقع ويب جيد للأسئلة المجانية حول التمثيل الضوئي للمساعدة في تمرير أسئلة بيولوجيا gcse على التمثيل الضوئي ، موقع ويب جيد للحصول على مساعدة مجانية لتمرير بيولوجيا igcse مع ملاحظات المراجعة على البناء الضوئي موقع جيد للحصول على مساعدة مجانية لتمريره مستوى مبتدأعلم الأحياء ما هي أهمية التمثيل الضوئي؟ كيف يتم تكييف الورقة لعملية التمثيل الضوئي؟ ما هي العوامل التي تؤثر على معدل التمثيل الضوئي؟ كيف تؤثر شدة الضوء على معدل التمثيل الضوئي؟ كيف تؤثر درجة الحرارة على معدل التمثيل الضوئي؟ كيف يؤثر تركيز ثاني أكسيد الكربون على معدل التمثيل الضوئي؟ كيف ترسم الرسوم البيانية لنتائج التمثيل الضوئي؟ ما الجهاز الذي يمكنك استخدامه لقياس سرعة التمثيل الضوئي؟ ما هو التصميم التجريبي لقياس معدل التمثيل الضوئي؟ كيف تصمم تجربة لمراقبة معدل التمثيل الضوئي؟ كيف أرسم مخططات جهاز لمتابعة سرعة التمثيل الضوئي؟ دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة كامبريدج دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة أكسفورد دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة دورهام دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة يورك دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية إدنبرة الجامعة دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة سانت أندروز البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة إمبريال كوليدج لندن دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة وارويك البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ساسكس دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة باث دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة نوتنغهام دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة سوري علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة بريستول دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة كارديف دراسة علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة برمنغهام دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة مانشستر دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية كلية لندن الجامعية دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ستراثكلايد دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة لوبورو دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب الطب العلوم جامعة ساوثهامبتون دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة شيفيلد علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة غلاسكو البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ليفربول دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ليدز دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة كوينز بلفاست البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب الطب علوم كينجز كوليدج ، جامعة لندن دراسة علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة هيريوت وات دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة لانكستر البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية إيست أنجليا (UEA) دراسة جامعية الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة نيوكاسل دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة كيلي دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية دراسة جامعة ليستر علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة بانجور دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة نوتنغهام ترنت دراسة جامعية الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة كينت دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة أبردين دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة كوفنتري دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة شيفيلد هالام دراسة جامعية علم الاحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة أستون دراسة الاحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية هال جامعة دراسة علم الاحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة برادفورد دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة هيدرسفيلد دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية كوين ماري ، جامعة لندن دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية القراءة دراسة جامعية الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة غليندور دراسة الأحياء البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية برايتون دراسة جامعية علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة مانشستر ميتروبوليتن دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة دي مونتفورت دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة نورثمبريا دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ساوث ويلز دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ليفربول جون موريس دراسة جامعة بيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة سنترال لانكشاير دراسة علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية Kingston uni العلوم الطبية علم الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة غرب اسكتلندا دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة لينكولن دراسة البيولوجيا الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة بليموث دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة غرينتش دراسة الأحياء الكيمياء الحيوية الطب العلوم الطبية جامعة ليفربول متروبوليتان

تحقيقات التمثيل الضوئي لبيولوجيا GCSE في العوامل التي تتحكم في معدل ملاحظات مراجعة IGCSE. المساعدة في فهم الدورات الجامعية في التركيب الضوئي في وظائف العلوم البيولوجية في وظائف علم الأحياء في صناعة المستحضرات الصيدلانية مساعد التلمذة الصناعية للمختبرات البيولوجية التدريب الفني في علم الأحياء الولايات المتحدة الأمريكية الصف الثامن الصف التاسع الصف 10 AQA GCSE 9-1 مذكرات علم الأحياء حول التمثيل الضوئي ملاحظات GCSE على التمثيل الضوئي Edexcel GCSE 9-1 مذكرات علم الأحياء حول التركيب الضوئي لـ OCR GCSE 9-1 مذكرات علم الأحياء في القرن الحادي والعشرين حول التمثيل الضوئي OCR GCSE 9-1 ملاحظات علم الأحياء في البوابة على التمثيل الضوئي WJEC gcse science CCEA / CEA gcse science


أين تتم عملية التمثيل الضوئي؟

يحدث التمثيل الضوئي في النباتات عادة في الأوراق. يجب أن تدرك أن الورقة النموذجية بها عدة طبقات من الخلايا. لذلك ، تحدث عملية التمثيل الضوئي في طبقة وسطى تعرف باسم الطبقة المتوسطة.

الأوراق لها فتحات منظمة تعرف بالثغور على جانبها السفلي. تسمح هذه الفتحات بدخول وخروج ثاني أكسيد الكربون والأكسجين على التوالي. تنظم الثغور أيضًا توازن الماء في الورقة. في الواقع ، تقع تحت المصراع لتقليل فقد الماء بشكل أساسي.

تتميز كل فغرة بخلايا حراسة ، والتي تنتفخ أو تتقلص كرد فعل للتغير التناضحي ، مما يؤدي إلى فتح وإغلاق الثغور.

داخل كل خلية متوسطة ، توجد عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء. تحدث تفاعلات كيميائية مختلفة في أجزاء مختلفة من البلاستيدات الخضراء. التمثيل الضوئي هو أحد ردود الفعل هذه.

تتمتع البلاستيدات الخضراء بميزات خاصة تمكنها من إنجاز تفاعلات التمثيل الضوئي. تحتوي كل بلاستيدات خضراء على هياكل شبيهة بالقرص تسمى ثايلاكويدات. هذه الثايلاكويدات مكدسة مثل الفطائر في أكوام تُعرف مجتمعة باسم جرانا.

تمتلئ المساحة المحيطة بالجرانا بالسوائل وتُعرف باسم السدى بينما تسمى المسافة بين أحد الثايلاكويد والآخر مساحة الثايلاكويد.

يوجد في غشاء كل ثايلاكويد صبغة خضراء اللون تسمى الكلوروفيل. يعطي الكلوروفيل النباتات لونها الأخضر ويساعد على التقاط ضوء الشمس اللازم لعملية التمثيل الضوئي.

الآن أنت تعرف مكان حدوث عملية التمثيل الضوئي. دعونا نستكشف مرحلتين من هذه العملية.


يؤدي التفاعل بين نقل الإلكترون الضوئي وأحواض البلاستيدات الخضراء إلى حماية وإشارات مهمة لإنتاجية النبات

توفر تفاعلات الضوء الضوئي الطاقة التي يتم استهلاكها وتخزينها في أحواض الإلكترون ، وهي نتاج عملية التمثيل الضوئي. التوازن بين تفاعلات الضوء واستهلاك الإلكترون في البلاستيدات الخضراء أمر حيوي للنباتات ، ومحمي بواسطة العديد من آليات التنظيم الضوئي. يكون نظام الصور الأول (PSI) عرضة بشكل خاص للتثبيط الضوئي عندما تصبح هذه العوامل غير متوازنة ، والتي يمكن أن تحدث في درجات الحرارة المنخفضة أو في الإضاءة العالية. في هذه الدراسة استخدمنا pgr5 نبات الأرابيدوبسيس متحولة تفتقر إلى التنظيم المعتمد على ΔpH لنقل الإلكترون الضوئي كنموذج لدراسة عواقب تثبيط PSI الضوئي تحت الضوء العالي. لقد وجدنا أن تلف PSI يثبط بشدة تثبيت الكربون وتراكم النشا ، ويخفف من تخليق الأوكسيليبين الأنزيمي وتنظيم البلاستيدات الخضراء للتعبير الجيني النووي بعد إجهاد الضوء العالي. يوضح هذا العمل أن التعديلات على تنظيم تفاعلات الضوء الضوئي ، والتي قد تكون مصممة لتحسين المحصول في نباتات المحاصيل ، يمكن أن تؤثر سلبًا على عملية التمثيل الغذائي والتأشير ، وبالتالي تهدد نمو النبات وتحمل الإجهاد. في نباتات المحاصيل: أهداف للتحسين ".

الكلمات الدالة: تثبيت ثاني أكسيد الكربون PSI ضوئي PSI يشير إلى تنظيم التمثيل الضوئي للأوكسيليبينات.

بيان تضارب المصالح

نعلن أنه ليس لدينا مصالح متنافسة.

الأرقام

محتوى PSI وظيفي في Col-0 ، ...

محتوى PSI الوظيفي في Col-0 ، GL1 , pgr5 و npq4 نباتات تمت معالجتها مسبقًا ...

تحليل وظيفة PSI و PSII في ظل زيادة شدة الضوء بواسطة الكلوروفيل أ…

( أ ) منحنيات الضوء لثاني أكسيد الكربون 2 التثبيت في Col-0 ، pgr5 و…

تراكم النشا بالوزن و ...

تراكم النشا في WT و pgr5 النباتات المعالجة بضوء النمو (GL) أو ...

خريطة حرارية مجمعة ذات استجابة عالية للضوء ...

خريطة حرارية مجمعة للجينات عالية الاستجابة للضوء في Col-0 ، npq4 , GL1 ، و…

وفرة OPDA في العمود 0 ، ...

وفرة OPDA في Col-0 ، npq4 ، gl1 و pgr5 يترك قبل (GL) و ...

إنتاج الأكسجين في Singlet gl1 ...

إنتاج الأكسجين في Singlet GL1 و pgr5 الثايلاكويدات المعالجة بضوء النمو (GL) ...

عواقب عالية متميزة ...

عواقب الاستجابات المتميزة للضوء العالي (HL) في WT ، pgr5 و npq4 ...


8.5: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء

ملخص المقال:

التمثيل الضوئي البكتيري

التمثيل الضوئي هو تخليق الكربوهيدرات (الطعام) من ثاني أكسيد الكربون في وجود الضوء. ثم يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون "المحول" أو الكربوهيدرات المتكونة لعملية التمثيل الغذائي. باختصار ، إنها عملية إنتاج طاقة تعتمد على الضوء. تعد البكتيريا التي تستخدم الطاقة الضوئية في التغذية ضوئية وبالتالي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. يشبه التمثيل الضوئي في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء عملية التمثيل الضوئي البكتيري في طلب كمية كبيرة من الطاقة في شكل ATP (Adenosine Tri-phosphate) ولكنه يختلف فيما يتعلق بشكل الاختزال الكيميائي والمنتجات النهائية الناتجة عن التمثيل الضوئي. الماء هو اختزال كيميائي للنباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء. تعتبر المركبات غير العضوية مثل H2 أو H2S والمركبات العضوية اللاكتات أو السكسينات أو المالات من عوامل الاختزال في التمثيل الضوئي البكتيري. تُعرف البكتيريا ذات التغذية الضوئية التي تستخدم مخفضات كيميائية عضوية وغير عضوية باسم الحبيبات الضوئية والتغذية العضوية الضوئية على التوالي. التمثيل الضوئي البكتيري غير مؤكسد يعني أن المنتج النهائي أو منتج الأكسدة ليس أكسجين مثل ذلك الموجود في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء.

بكتيريا التمثيل الضوئي: المجموعات الرئيسية للبكتيريا الضوئية هي: بكتيريا الكبريت الأرجواني (Chromatium sp.) ، والبكتيريا الأرجواني غير الكبريتية (Rhodospirillum rubrum) والبكتيريا الخضراء (Chlorobium sp.). يشبه التمثيل الضوئي في الطحالب الخضراء المزرقة بدائية النواة أو البكتيريا الزرقاء النباتات والطحالب العليا فيما يتعلق بالنظام الضوئي والأصباغ والمختزلات والمنتجات النهائية.

أصباغ التمثيل الضوئي البكتيرية: Bacteriochlorophyll هو الصباغ الأساسي لحصاد الضوء للبكتيريا الضوئية. وهي موجودة كأنواع أ ، ب ، ج ، د أو هـ. إنه يختلف عن نبات الكلوروفيل في التركيب وخصائص امتصاص الضوء. تمتص البكتيريا الجرثومية الكلوروفيل الضوء في منطقة الأشعة تحت الحمراء (الطول الموجي 725-1035 نانومتر). لا يتم احتوائها في البلاستيدات الخضراء بدلاً من ذلك مبعثرة في نظام السيتوبلازم والغشاء الخلوي. تحتوي البكتيريا أيضًا على الكاروتينات والأصباغ الملحقة الأخرى التي تمتص الضوء ذي الطول الموجي الأقصر وتنقل الطاقة إلى البكتيريا الكلورية.

عملية التمثيل الضوئي البكتيري: يعتمد التمثيل الضوئي البكتيري على آلية الفسفرة الضوئية الحلقية ويشارك فقط نظام صبغ واحد (PS-I). خلال هذه العملية ، تمتص البكتيريا الكلوروفيل الضوء وترفع هذه الطاقة الضوئية جزيء الكلوروفيل إلى حالة الإثارة. ينتج عن البكتريا الكلوروفيل المتحمس إلكترونًا ويصبح موجب الشحنة. إنه بمثابة عامل مؤكسد قوي ومتقبل للإلكترون. يتم نقل بعض الطاقة الضوئية على التوالي إلى نظام نقل الإلكترون عبر الإلكترون. أول مستقبل للطاقة هو الفيروكسين يليه يوبيكوينون ، السيتوكروم ب ثم السيتوكروم و ثم يعود أخيرًا إلى البكتريا الكلوروفيل المتحمس. وهكذا يكمل الإلكترون دورة نقل الطاقة بدءًا من الكلوروفيل الجرثومي والعودة إليه ، ومن ثم يُطلق عليه اسم الفسفرة الضوئية الحلقية. يتم توليد الطاقة في شكل ATP من ADP (Adenosine Di-phosphate) والفوسفات غير العضوي ، في الخطوة بين السيتوكروم ب والسيتوكروم و. في البكتيريا الضوئية ، يتم الحصول على طاقة التخفيض الضوئي لتوليد ATP من المركبات العضوية وغير العضوية كما هو مذكور سابقًا وليس عن طريق التحلل الضوئي للماء أو تقليل NADP + (اختزال نيكوتيناميد أدينين ثنائي الفوسفات).

أهمية التمثيل الضوئي البكتيري: إن أهم فائدة للبكتيريا الضوئية هي في تحليل تطور أنظمة التمثيل الضوئي. نظرًا لأن جميع بكتيريا التمثيل الضوئي لا تزال تمتلك الترتيب والبنية القديمة لجهاز التمثيل الضوئي الخاص بها. كما أنه يعطي دليلًا تطوريًا على أصل البلاستيدات الخضراء. يعد استخدام المخفضات الكيميائية بخلاف الماء بواسطة بكتيريا التمثيل الضوئي دليلًا جيولوجيًا قويًا لدعم نظرية تقليل الغلاف الجوي القديم على الأرض. تعد الأساليب الجينية التي تتضمن التحليل الطفري والطفرات الموجهة مفيدة جدًا لدراسة مراكز التفاعل الضوئي وآليات نقل الإلكترون وترتيبات الجينات لأن هذه المعرفة حول التمثيل الضوئي للنبات لا تزال في مهدها. يمكن أن تحتوي البكتيريا الضوئية على العديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية مثل الإنتاج (أيضًا الإفراط في الإنتاج إذا لزم الأمر) من الإنزيمات والمستحضرات الصيدلانية لأبسط سبب وهو عدم الحاجة إلى إضافة أي مصدر للكربون في وسط نموها. تجد بكتيريا التمثيل الضوئي تطبيقات محتملة في المعالجة الحيوية للبيئات المائية الملوثة لأنها يمكن أن تنمو وتستخدم مواد سامة مثل H2S أو H2S2O3. البحث الجاري هو استخدام هذه البكتيريا لإنتاج وقود نظيف باستخدام الطاقة الضوئية في عملية التمثيل الضوئي.

حول المؤلف / معلومات إضافية:

إخلاء مسؤولية هام: جميع المقالات الموجودة على هذا الموقع هي معلومات عامة فقط وليست نصيحة احترافية أو خبراء. لا نتحمل أي مسؤولية عن صحة أو صحة المعلومات الواردة في هذه المقالة ، أو أي خسارة أو إصابة ناتجة عن ذلك. نحن لا نصادق على هذه المقالات ، ولسنا تابعين لمؤلفي هذه المقالات ولسنا مسؤولين عن محتواها. يرجى الاطلاع على قسم إخلاء المسؤولية للحصول على الشروط الكاملة.


قوة التمثيل الضوئي

النباتات في كل مكان حولنا. من السهل التعود على وجودهم. لكن تخيل عالماً خالياً من الأعشاب والأشجار الخضراء - كوكب مغطى بالصحراء. هل يمكننا البقاء على قيد الحياة؟ النباتات جزء لا يتجزأ من بيئتنا ، وتوفر الغذاء والأكسجين والألياف التي نعتمد عليها للبقاء على قيد الحياة. وقدرتها على التمثيل الضوئي هي واحدة من أكثر الظواهر الطبيعية المدهشة والأساسية.

هذا شيء تعرفه أليسيا بارا جاليو ، أستاذة أبحاث مساعدة في نورثويسترن وفي حديقة شيكاغو النباتية ، جيدًا. هي أكملت درجة الماجستير في العلوم البيولوجية من جامعة بافيا بإيطاليا وحصلت على درجة الدكتوراه. شهادة في علم النبات الفسيولوجي من جامعة أوبسالا ، السويد ، مع أطروحة حول تطوير النبات. تيارها تشمل الاهتمامات البحثية الساعة اليومية والتغذية المعدنية في النباتات.

تحدث موقع Science in Society مع Para Gallio عن أهمية التمثيل الضوئي والدور الذي يلعبه في بحثها.

على المستوى الأساسي ، ما هو التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي هو العملية التي يتم من خلالها امتصاص الطاقة الضوئية من الشمس وتحويلها إلى مركبات عضوية. المركبات العضوية هي في الأساس أشكال مختلفة من السكر. يتم استقلابها ثم يتم استخلاص الطاقة منها. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه الأشكال من الطاقة بواسطة الأنظمة البيولوجية مثلنا ، على سبيل المثال ، والحيوانات بشكل عام.

ماذا يحدث عندما تمتص الأصباغ ضوء الشمس؟

الصبغات هي جزيئات خاصة تشارك في جمع الضوء من الشمس. عندما تسلط الضوء على صبغة ، فإن امتصاص الفوتونات يمكن أن ينشط الإلكترونات ويجعلها تنتقل من حالة طاقة منخفضة إلى حالة طاقة أعلى. للعودة إلى حالة الطاقة المنخفضة ، يتم إطلاق الطاقة بسرعة على شكل حرارة أو ضوء أو فسفورة أو ، في رعاية أصباغ التمثيل الضوئي ، يمكن نقلها إلى جزيء صبغة آخر مثل الكلوروفيل.

ما هو الدور الذي يلعبه الكلوروفيل؟

من المحتمل أن يكون الكلوروفيل هو الصباغ الأكثر أهمية في امتصاص الضوء ، ليس فقط في النباتات ، ولكن أيضًا في الطحالب والبكتيريا. عندما يتحمس الكلوروفيل ، فإنه يطلق إلكترونًا إلى متقبل الإلكترون ، ويبدأ سلسلة نقل الإلكترون. هذا يعني أن الإلكترونات تنتقل من المتبرع (المختزل) إلى المستقبِل (المؤكسد) ، والذي يتمتع بمستوى طاقة أقل قليلاً.

أثناء نقل الإلكترون ، يتم ضخ البروتونات (أي أيونات الهيدروجين) عبر غشاء البلاستيدات الخضراء ، وهي العضيات المتخصصة حيث يحدث التمثيل الضوئي. لذلك ، تعمل البلاستيدات الخضراء كبطاريات صغيرة ، مع إمكانات مختلفة على كل جانب ، ويستخدم هذا الاختلاف لتوليد الطاقة.

لماذا البناء الضوئي مهم؟ ماذا سيحدث إذا لم يكن لدينا؟

النباتات والطحالب والبكتيريا هي الكائنات الحية الوحيدة التي يمكنها حصاد ضوء الشمس واستخدام الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) إلى مادة عضوية. ثاني أكسيد الكربون هو أحد ملوثات الهواء الرئيسية ، لذلك تحافظ الكائنات الحية الضوئية على الهواء نظيفًا. في هذه العملية ، تنتج الأكسجين ، والذي يشكل جزءًا كبيرًا من الهواء الذي نتنفسه ، لذا فإن قلة النباتات تعني إعادة تدوير أقل لثاني أكسيد الكربون وإنتاج أقل للأكسجين. توفر لنا النباتات أيضًا الطعام والألياف لصنع الملابس وبدون التمثيل الضوئي ، لن نكون قادرين على الحفاظ على الحياة التي نعيشها.

[swf file = "photosynthesis.swf" action = "swftools_swf_display_direct"]

ما الدور الذي تلعبه عملية التمثيل الضوئي في بحثك؟

أنا مهتم بموضوعين رئيسيين. أحدهما هو التغذية المعدنية للنبات بشكل عام والنيتروجين بشكل خاص. يرتبط استقلاب النيتروجين ارتباطًا وثيقًا بعملية التمثيل الضوئي لأن أحد منتجات امتصاص النيتروجين ، الجلوتامات ، هو مصدر الكلوروفيل. والسكريات التي تنتجها عملية التمثيل الضوئي تستخدم في صنع الغلوتامات والأحماض الأمينية الأخرى.

واحدة من أولى علامات نقص النيتروجين هي الإصابة بالكلور ، وهي حالة تتحول فيها الأوراق إلى اللون الأصفر بسبب عدم وجود ما يكفي من النيتروجين لإنتاج الجلوتامات. وبالتالي ، لا يوجد ما يكفي من الكلوروفيل.

الموضوع الآخر الذي أهتم به كثيرًا هو الساعات اليومية للنباتات ، والطريقة التي تنظم بها الساعة البيولوجية العديد من الجوانب المختلفة لتطور النبات والتمثيل الغذائي.

وأحد العمليات التي تخضع لرقابة صارمة للغاية على مدار الساعة البيولوجية هي عملية التمثيل الضوئي. ما تفعله الساعة اليومية هو إعداد الكائن الحي لكل ما هو قادم. لذلك ، قبل الفجر ، يتم تشغيل جميع الجينات المطلوبة لعملية التمثيل الضوئي بمجرد أن يكون هناك ضوء (شروق الشمس) تكون العملية جاهزة للبدء. لذلك ، لا يوجد فارق زمني بين شروق الشمس ووقت استعداد النباتات لاستخدام الضوء المنبعث منها.

وبالمثل ، قبل أن نستيقظ ، نحتاج إلى ارتفاع مستوى الأدرينالين ، وتغيير مستويات بعض الهرمونات ، والسكريات لتدخل في الدورة الدموية. لذلك عندما يرن المنبه نحن مستعدون للذهاب. وتشير بعض الدراسات إلى أنه بدون الساعة اليومية كنا سنصاب بنوبة قلبية في كل مرة نستيقظ فيها لأننا لن نكون مستعدين لها.

هذه هي ميزة وجود ساعة يومية. أنت مستعد لكل ما هو قادم ، إذا كان كل ما هو قادم يحدث كل يوم.

إذن ، النباتات والبشر لديهم ساعة بيولوجية مماثلة؟

نعم ، تختلف البنية الجزيئية ولكن الوظيفة واحدة ، وهي التكيف مع الحياة على كوكب له فترة دوران مدتها 24 ساعة ، ودورات الضوء والظلام بالتناوب.

كيف يؤثر الطقس على التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي حساس للغاية لشدة الضوء. لذلك ، بشكل عام ، يتم إيقاف تشغيل النظام في الظهيرة ، أو في ذروة ساعات اليوم الأكثر سخونة ، لأن الكثير من الطاقة من الشمس يمكن أن تلحق الضرر بالبنية البيولوجية. لذلك ، سوف يتسبب ذلك في دوران الكثير من الإلكترونات ومن ثم تصبح شديدة السمية للتركيبات البيولوجية. لذلك يريدون التأكد من أنهم يستخدمون شدة ضوء مناسبة. وعندما يكون الأمر أكثر من اللازم ، يتم إيقاف تشغيل النظام.

في الشتاء ، عندما لا توجد أوراق على الأشجار ، ماذا يحدث لإمدادنا بالأكسجين؟

لا أعتقد أننا نتنفس فقط الأكسجين الذي يتم إنتاجه في المكان الذي نعيش فيه. على سبيل المثال ، ينتج الأمازون الكثير من الأكسجين وفي النهاية يصل إلينا أيضًا. لذلك ، نحن لا نعتمد فقط على النباتات الموجودة حولنا. نحن نعتمد على كمية النباتات الموجودة على الكوكب ، على الأرض.

هل توصل العلماء إلى طريقة لتكرار عملية التمثيل الضوئي؟

لقد كان تحديًا لسنوات عديدة ، وقد واجهت العديد من المعامل هذا التحدي. ولكن في الآونة الأخيرة ، كانت هناك مجموعة في المعهد الملكي للتكنولوجيا في ستوكهولم تمكنت من إنتاج محفز قادر على استخدام ضوء الشمس لتقسيم الماء إلى أكسجين كما تفعل عملية التمثيل الضوئي.

لا تتعلق أهمية هذا الاكتشاف بالأكسجين فقط. عندما تقوم بتقسيم الماء ، هناك أيضًا إنتاج الهيدروجين ، وهذا مهم حقًا للإلحاح الذي يتعين علينا إيجاد مصادر بديلة للطاقة المتجددة.

لذا ، إذا جعلوا هذا يعمل بشكل صحيح ، يمكنهم استخدامه لإنتاج طاقة متجددة؟

نعم فعلا. الشيء الأكثر أهمية هو أن المصدر الأولي لهذه الأيونات الهيدروجينية هو الشمس ، وهو لانهائي.

التمثيل الضوئي هو أحد الاختراعات العظيمة للطبيعة التي نحاول أولاً فهمها ، ثم بطريقة ما لتكرارها. لكن ، في معظم الأوقات ، ننجح في فهمها ، لكن تكرارها صعب نوعًا ما.


قد يعجبك ايضا

لذا فإن ضوء الشمس + الكلوروفيل + ثاني أكسيد الكربون + H20 = الجلوكوز والأكسجين.

يمكن تخمير الجلوكوز عن طريق الخميرة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والكحول ، ويمكن للكحول أن يغذي إنتاج الطاقة ، ويمزج ثاني أكسيد الكربون مع الماء والكلوروفيل لإنتاج المزيد من الجلوكوز والأكسجين. النتيجة: الكلوروفيل والخميرة والمركبات العضوية الشائعة. ينتج وقود الكحول عن طريق أكسجين المنتج. هل فاتني شيء؟ Ana 1234 17 مارس 2013

أتذكر والدي علمني عن الكلوروفيل والتمثيل الضوئي عندما كنت طفلاً ، وهو ما ساعدني حقًا عندما وصلت إلى المدرسة الثانوية وبدأت أتعلم عنها رسميًا ، لأنني كنت أعرف الكلمات وما تعنيه أساسًا.

إنها في الواقع عملية رائعة حقًا وبدونها ، لن نكون هنا الآن ، لأن النباتات هي السبب في قدرتنا على جمع الطاقة من الشمس بأنفسنا. indigomoth 16 مارس 2013

pastanaga - هذا لا يفسر ذلك حقًا ، نظرًا لأن الطحالب الخضراء كانت لا تزال تتنافس مع بعضها البعض وإذا كان كونك أسودًا سيكون ميزة لكانوا قد استغلوها.

لكن من الصعب معرفة ذلك. ربما لم تكن ميزة بطريقة أخرى. ربما يكون من الصعب للغاية على الجينات التعبير عن نفسها بهذه الطريقة بالصدفة ، لأي سبب من الأسباب.

التطور ليس عملية دقيقة لأنه يقوم بكل شيء عن طريق التجربة والخطأ. pastanaga 16 مارس 2013

يبدو أن هناك القليل من الجدل في المجتمع العلمي حول سبب عدم استخدام الكلوروفيل وبالتالي النباتات للطاقة من الضوء الأخضر.

يبدو من المنطقي أنهم سيستخدمون جميع أنواع الضوء ويظهرون باللون الأسود بسببه. ستكون هذه هي الطريقة الأكثر فاعلية لاستخدام ضوء الشمس.

أفضل نظرية في الوقت الحالي هي أنه عندما كانت الطحالب تطور الكلوروفيل لأول مرة ، كانوا يتنافسون ضد الطحالب الحمراء التي ما زلنا نمتلكها حتى اليوم وأن الأخضر كان أكثر كفاءة ، لأنه يمتص كميات أفضل من الطاقة. لقد كانت فعالة للغاية لدرجة أنها تجاوزت تمامًا الشكل الأحمر وانتشرت في كل مكان وبعد ذلك لم تكن هناك حاجة لتطوير نمط ظاهري أسود.


شاهد الفيديو: البناء الضوئي تفاعلات الضوء و تفاعلات الظلام (شهر نوفمبر 2021).