التمثيل الضوئي للنبات. التمثيل الضوئي كأساس لتغذية النبات

إن تاريخ اكتشاف ظاهرة مدهشة وحيوية مثل التمثيل الضوئي متجذر في أعماق الماضي. منذ أكثر من أربعة قرون ، في عام 1600 ، أجرى العالم البلجيكي جان فان هيلمونت تجربة بسيطة. وضع غصنًا من الصفصاف في كيس يحتوي على 80 كجم من التراب. سجل العالم الوزن الأولي للصفصاف ، ثم سقي النبات بمياه الأمطار لمدة خمس سنوات فقط. ماذا كانت مفاجأة جان فان - هيلمونت عندما أعاد وزن الصفصاف. زاد وزن النبات بمقدار 65 كجم ، وانخفضت كتلة الأرض بمقدار 50 جرامًا فقط! من أين حصل النبات على 64 كجم ، وظل 950 جرامًا من العناصر الغذائية للعالم لغزا!

كانت التجربة المهمة التالية على طريق اكتشاف التمثيل الضوئي تخص الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي. وضع العالم فأراً تحت الغطاء ، وبعد خمس ساعات مات القارض. عندما وضع بريستلي غصنًا من النعناع بالفأر وغطى القارض أيضًا بغطاء ، ظل الفأر على قيد الحياة. قادت هذه التجربة العالم إلى فكرة أن هناك عملية معاكسة للتنفس. أثبت Jan Ingenhaus في عام 1779 حقيقة أن الأجزاء الخضراء فقط من النباتات قادرة على إطلاق الأكسجين. بعد ثلاث سنوات ، أثبت العالم السويسري جان سنيبير أن ثاني أكسيد الكربون ، تحت تأثير أشعة الشمس ، يتحلل في العضيات الخضراء للنباتات. بعد خمس سنوات فقط ، اكتشف العالم الفرنسي جاك بوسينغول ، الذي أجرى أبحاثًا معملية ، حقيقة أن امتصاص النباتات للماء يحدث أيضًا أثناء تخليق المواد العضوية. اكتشف عالم النبات الألماني يوليوس ساكس اكتشافًا تاريخيًا في عام 1864. لقد تمكن من إثبات أن حجم ثاني أكسيد الكربون المستهلك والأكسجين المنطلق يحدث بنسبة 1: 1.

يعتبر التمثيل الضوئي من أهم العمليات البيولوجية

من الناحية العلمية ، فإن التمثيل الضوئي (من اليونانية القديمة φῶς - الضوء و σύνθεσις - اتصال ، ربط) هو عملية تتشكل فيها المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء في الضوء. الدور الرئيسي في هذه العملية ينتمي إلى شرائح التمثيل الضوئي.

بالحديث المجازي ، يمكن مقارنة ورقة النبات بالمختبر ، حيث تواجه نوافذها الجانب المشمس. في ذلك يحدث تكوين المواد العضوية. هذه العملية هي أساس وجود كل أشكال الحياة على الأرض.

سيطرح الكثيرون السؤال المعقول: ما الذي يتنفسه الأشخاص الذين يعيشون في المدينة ، حيث لا يقتصر الأمر على الأشجار ، ولا يمكنك العثور على أوراق العشب أثناء النهار بالنار. الجواب بسيط جدا. الحقيقة هي أن النباتات البرية تمثل 20٪ فقط من الأكسجين الذي تطلقه النباتات. تلعب الطحالب دورًا رئيسيًا في إنتاج الأكسجين في الغلاف الجوي. إنها تمثل 80٪ من الأكسجين المنتج. بلغة الأرقام ، تطلق كل من النباتات والطحالب 145 مليار طن (!) من الأكسجين في الغلاف الجوي كل عام! لا عجب أن تسمى محيطات العالم "رئتي الكوكب".

الصيغة العامة لعملية التمثيل الضوئي هي كما يلي:

ماء + ثاني أكسيد الكربون + ضوء ← كربوهيدرات + أكسجين

لماذا تحتاج النباتات لعملية التمثيل الضوئي؟

كما فهمنا ، يعتبر التمثيل الضوئي شرطًا ضروريًا لوجود الإنسان على الأرض. ومع ذلك ، ليس هذا هو السبب الوحيد الذي يجعل كائنات التمثيل الضوئي تنتج الأكسجين في الغلاف الجوي. الحقيقة هي أن كلاً من الطحالب والنباتات تشكل سنويًا أكثر من 100 مليار مادة عضوية (!) ، والتي تشكل أساس نشاط حياتهم. بتذكر تجربة جان فان هيلمونت ، نفهم أن التمثيل الضوئي هو أساس تغذية النبات. لقد ثبت علميًا أن 95٪ من المحصول يتم تحديده من خلال المواد العضوية التي حصل عليها النبات في عملية التمثيل الضوئي ، و 5٪ - تلك الأسمدة المعدنية التي يدخلها البستاني في التربة.

يركز سكان الصيف الحديثون على تغذية التربة للنباتات ، متجاهلين تغذية الهواء. لا يُعرف نوع الحصاد الذي يمكن أن يحصل عليه البستانيون إذا كانوا منتبهين لعملية التمثيل الضوئي.

ومع ذلك ، لا يمكن للنباتات ولا الطحالب إنتاج الأكسجين والكربوهيدرات بنشاط كبير إذا لم يكن لديهم صبغة خضراء مذهلة - الكلوروفيل.

سر الصباغ الأخضر

الفرق الرئيسي بين الخلايا النباتية وخلايا الكائنات الحية الأخرى هو وجود الكلوروفيل. بالمناسبة ، هو المذنب في حقيقة أن أوراق النباتات ملونة بدقة باللون الأخضر. يحتوي هذا المركب العضوي المعقد على خاصية مدهشة: يمكنه امتصاص ضوء الشمس! بفضل الكلوروفيل ، تصبح عملية التمثيل الضوئي ممكنة.

مرحلتان من التمثيل الضوئي

بعبارات بسيطة ، فإن عملية التمثيل الضوئي هي عملية يتم فيها امتصاص الماء وثاني أكسيد الكربون بواسطة النبات في الضوء بمساعدة الكلوروفيل لتكوين السكر والأكسجين. وهكذا ، تتحول المواد غير العضوية بأعجوبة إلى مواد عضوية. السكر الناتج هو مصدر الطاقة للنباتات.

يتكون التمثيل الضوئي من مرحلتين: الضوء والظلام.

المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي

يحدث على أغشية الثايلاكويد.

الثايلاكويد هي هياكل يحدها غشاء. تقع في سدى البلاستيدات الخضراء.

ترتيب أحداث مرحلة الضوء من التمثيل الضوئي:

1. يضرب الضوء جزيء الكلوروفيل ، الذي يمتصه الصباغ الأخضر بعد ذلك ويجعله في حالة من الإثارة. ينتقل الإلكترون الموجود في الجزيء إلى مستوى أعلى ، ويشارك في عملية التوليف.
2. هناك انقسام في الماء ، حيث تتحول البروتونات تحت تأثير الإلكترونات إلى ذرات هيدروجين. بعد ذلك ، يتم إنفاقهم على تخليق الكربوهيدرات.
3. في المرحلة النهائية من مرحلة الضوء ، يتم تصنيع ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). هذه مادة عضوية تلعب دور مجمع الطاقة العالمي في الأنظمة البيولوجية.

المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي

موقع المرحلة المظلمة هو سدى البلاستيدات الخضراء. خلال المرحلة المظلمة يتم إطلاق الأكسجين وتصنيع الجلوكوز. يعتقد الكثيرون أن هذه المرحلة حصلت على مثل هذا الاسم لأن العمليات التي تجري في هذه المرحلة تتم حصريًا في الليل. في الواقع ، هذا ليس صحيحًا تمامًا. يحدث تخليق الجلوكوز على مدار الساعة. الحقيقة هي أنه في هذه المرحلة لم تعد الطاقة الضوئية مستهلكة ، مما يعني أنها ببساطة ليست ضرورية.

أهمية التمثيل الضوئي للنباتات

لقد حددنا بالفعل حقيقة أن النباتات تحتاج إلى عملية التمثيل الضوئي بما لا يقل عن حاجتنا. من السهل جدًا التحدث عن مقياس التمثيل الضوئي في لغة الأرقام. لقد قدر العلماء أن النباتات الأرضية فقط تخزن قدرًا كبيرًا من الطاقة الشمسية يمكن أن تستهلكه 100 مدينة ضخمة في غضون 100 عام!

تنفس النبات هو عملية معاكسة لعملية التمثيل الضوئي. معنى تنفس النبات هو إطلاق الطاقة في عملية التمثيل الضوئي وتوجيهها لاحتياجات النباتات. بعبارات بسيطة ، الحصاد هو الفرق بين التمثيل الضوئي والتنفس. كلما زاد التمثيل الضوئي وانخفاض التنفس ، زاد الحصاد ، والعكس صحيح!

التمثيل الضوئي هو عملية مذهلة تجعل الحياة ممكنة على الأرض!