वनस्पती प्रकाशसंश्लेषण. वनस्पतींच्या पोषणाचा आधार म्हणून प्रकाशसंश्लेषण

प्रकाशसंश्लेषणासारख्या आश्चर्यकारक आणि अत्यंत महत्त्वाच्या घटनेच्या शोधाचा इतिहास भूतकाळात खोलवर रुजलेला आहे. चार शतकांपूर्वी, 1600 मध्ये, बेल्जियन शास्त्रज्ञ जॅन व्हॅन हेल्मोंट यांनी एक साधा प्रयोग केला. त्याने 80 किलो माती असलेल्या पिशवीत विलोची डहाळी ठेवली. शास्त्रज्ञाने विलोचे प्रारंभिक वजन रेकॉर्ड केले आणि नंतर केवळ पाच वर्षे पावसाच्या पाण्याने झाडाला पाणी दिले. जॅन व्हॅन हेल्मोंटने विलोचे पुन्हा वजन केले तेव्हा त्याच्या आश्चर्याची कल्पना करा. वनस्पतीचे वजन 65 किलोने वाढले आणि पृथ्वीचे वस्तुमान केवळ 50 ग्रॅमने कमी झाले! वनस्पतीला 64 किलो 950 ग्रॅम पोषकद्रव्ये कोठून मिळाली, हे शास्त्रज्ञांसाठी रहस्यच!

प्रकाशसंश्लेषणाच्या शोधाच्या मार्गावरील पुढील महत्त्वपूर्ण प्रयोग इंग्रजी रसायनशास्त्रज्ञ जोसेफ प्रिस्टलीचा होता. शास्त्रज्ञाने एक उंदीर हुडखाली ठेवला आणि पाच तासांनंतर उंदीर मरण पावला. जेव्हा प्रिस्टलीने पुदीनाचा एक कोंब उंदरावर ठेवला आणि उंदीराला टोपीने झाकले तेव्हा उंदीर जिवंत राहिला. या प्रयोगामुळे शास्त्रज्ञांना अशी कल्पना आली की श्वासोच्छवासाच्या विरुद्ध प्रक्रिया आहे. 1779 मध्ये जॅन इंजेनहाऊसने हे तथ्य स्थापित केले की वनस्पतींचे फक्त हिरवे भाग ऑक्सिजन सोडण्यास सक्षम आहेत. तीन वर्षांनंतर, स्विस शास्त्रज्ञ जीन सेनेबियर यांनी सिद्ध केले की कार्बन डायऑक्साइड, सूर्यप्रकाशाच्या प्रभावाखाली, हिरव्या वनस्पतींच्या ऑर्गेनेल्समध्ये विघटित होते. फक्त पाच वर्षांनंतर, फ्रेंच शास्त्रज्ञ जॅक बौसिंगॉल्ट यांनी प्रयोगशाळेत संशोधन करून हे तथ्य शोधून काढले की वनस्पतींद्वारे पाण्याचे शोषण देखील सेंद्रिय पदार्थांच्या संश्लेषणादरम्यान होते. जर्मन वनस्पतिशास्त्रज्ञ ज्युलियस सॅक्स यांनी 1864 मध्ये युगाचा शोध लावला होता. कार्बन डाय ऑक्साईडचे सेवन आणि ऑक्सिजन सोडण्याचे प्रमाण 1:1 च्या प्रमाणात होते हे सिद्ध करण्यात तो सक्षम होता.

प्रकाशसंश्लेषण ही सर्वात लक्षणीय जैविक प्रक्रियांपैकी एक आहे

वैज्ञानिक दृष्टीने, प्रकाशसंश्लेषण (प्राचीन ग्रीक φῶς - प्रकाश आणि σύνθεσις - कनेक्शन, बंधन) ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये प्रकाशातील कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यापासून सेंद्रिय पदार्थ तयार होतात. या प्रक्रियेतील मुख्य भूमिका प्रकाशसंश्लेषण विभागांची आहे.

लाक्षणिकरित्या बोलल्यास, वनस्पतीच्या पानांची तुलना प्रयोगशाळेशी केली जाऊ शकते, ज्याच्या खिडक्या सनी बाजूस तोंड देतात. त्यातच सेंद्रिय पदार्थांची निर्मिती होते. ही प्रक्रिया पृथ्वीवरील सर्व जीवनाच्या अस्तित्वाचा आधार आहे.

बरेच लोक यथोचित प्रश्न विचारतील: शहरात राहणारे लोक काय श्वास घेतात, जिथे तुम्हाला दिवसा आगीमध्ये झाड किंवा गवताचे ब्लेड देखील सापडत नाही? उत्तर अगदी सोपे आहे. वस्तुस्थिती अशी आहे की वनस्पतींद्वारे सोडल्या जाणार्‍या ऑक्सिजनपैकी केवळ 20% पृथ्वीवरील वनस्पती आहेत. वातावरणातील ऑक्सिजनच्या निर्मितीमध्ये समुद्री शैवाल प्रमुख भूमिका बजावते. ते 80% ऑक्सिजन तयार करतात. संख्यांच्या भाषेत बोलायचे झाले तर, दोन्ही वनस्पती आणि एकपेशीय वनस्पती दरवर्षी 145 अब्ज टन (!) ऑक्सिजन वातावरणात सोडतात! जगाच्या महासागरांना "ग्रहाचे फुफ्फुस" म्हटले जाते असे नाही.

प्रकाशसंश्लेषणाचे सामान्य सूत्र खालीलप्रमाणे आहे.

पाणी + कार्बन डायऑक्साइड + प्रकाश → कार्बोहायड्रेट + ऑक्सिजन

वनस्पतींना प्रकाशसंश्लेषणाची गरज का असते?

जसे आपण शिकलो आहोत, प्रकाशसंश्लेषण ही पृथ्वीवरील मानवी अस्तित्वासाठी आवश्यक अट आहे. तथापि, प्रकाशसंश्लेषक जीव सक्रियपणे वातावरणात ऑक्सिजन निर्माण करण्याचे एकमेव कारण नाही. वस्तुस्थिती अशी आहे की एकपेशीय वनस्पती आणि वनस्पती दोन्ही दरवर्षी 100 अब्ज पेक्षा जास्त सेंद्रिय पदार्थ (!) तयार करतात, जे त्यांच्या जीवन क्रियाकलापांचा आधार बनतात. जॅन व्हॅन हेल्मोंटचा प्रयोग लक्षात ठेवून, आम्ही समजतो की प्रकाशसंश्लेषण हा वनस्पतींच्या पोषणाचा आधार आहे. हे वैज्ञानिकदृष्ट्या सिद्ध झाले आहे की 95% कापणी प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेदरम्यान वनस्पतीला मिळणाऱ्या सेंद्रिय पदार्थांद्वारे आणि 5% माळी मातीला लागू केलेल्या खनिज खतांद्वारे निर्धारित केली जाते.

आधुनिक उन्हाळ्यातील रहिवासी वनस्पतींच्या मातीच्या पोषणाकडे मुख्य लक्ष देतात, त्यांच्या हवेच्या पोषणाबद्दल विसरून जातात. प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रक्रियेची काळजी घेतल्यास बागायतदारांना कोणत्या प्रकारचे कापणी मिळू शकते हे अज्ञात आहे.

तथापि, वनस्पती किंवा एकपेशीय वनस्पती ऑक्सिजन आणि कार्बोहायड्रेट्स इतके सक्रियपणे तयार करू शकत नाहीत जर त्यांच्याकडे आश्चर्यकारक हिरवे रंगद्रव्य - क्लोरोफिल नसेल.

हिरव्या रंगद्रव्याचे रहस्य

वनस्पती पेशी आणि इतर सजीवांच्या पेशींमधील मुख्य फरक म्हणजे क्लोरोफिलची उपस्थिती. तसे, वनस्पतीची पाने हिरव्या रंगाची आहेत या वस्तुस्थितीसाठी तोच जबाबदार आहे. या जटिल सेंद्रिय कंपाऊंडमध्ये एक आश्चर्यकारक गुणधर्म आहे: ते सूर्यप्रकाश शोषू शकते! क्लोरोफिलबद्दल धन्यवाद, प्रकाशसंश्लेषणाची प्रक्रिया देखील शक्य होते.

प्रकाशसंश्लेषणाचे दोन टप्पे

सोप्या भाषेत, प्रकाशसंश्लेषण ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये क्लोरोफिलच्या मदतीने प्रकाशात वनस्पतीद्वारे पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइड शोषून साखर आणि ऑक्सिजन तयार करतात. अशा प्रकारे, अजैविक पदार्थ आश्चर्यकारकपणे सेंद्रिय पदार्थांमध्ये रूपांतरित होतात. रूपांतरणाच्या परिणामी मिळणारी साखर ही वनस्पतींसाठी ऊर्जेचा स्रोत आहे.

प्रकाशसंश्लेषणाचे दोन टप्पे असतात: प्रकाश आणि गडद.

प्रकाशसंश्लेषणाचा प्रकाश टप्पा

हे थायलकोइड झिल्लीवर चालते.

थायलाकोइड्स झिल्ली-बद्ध संरचना आहेत. ते क्लोरोप्लास्टच्या स्ट्रोमामध्ये स्थित आहेत.

प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रकाश अवस्थेतील घटनांचा क्रम असा आहे:

1. प्रकाश क्लोरोफिल रेणूला मारतो, जो नंतर हिरव्या रंगद्रव्याद्वारे शोषला जातो आणि तो उत्तेजित होतो. रेणूमध्ये समाविष्ट असलेला इलेक्ट्रॉन उच्च पातळीवर जातो आणि संश्लेषण प्रक्रियेत भाग घेतो.
2. पाण्याचे विभाजन होते, ज्या दरम्यान इलेक्ट्रॉनच्या प्रभावाखाली प्रोटॉनचे हायड्रोजन अणूंमध्ये रूपांतर होते. त्यानंतर, ते कार्बोहायड्रेट्सच्या संश्लेषणावर खर्च केले जातात.
3. प्रकाश टप्प्याच्या अंतिम टप्प्यावर, एटीपी (एडेनोसिन ट्रायफॉस्फेट) संश्लेषित केले जाते. हा एक सेंद्रिय पदार्थ आहे जो जैविक प्रणालींमध्ये सार्वत्रिक ऊर्जा संचयकाची भूमिका बजावतो.

प्रकाशसंश्लेषणाचा गडद टप्पा

ज्या ठिकाणी गडद टप्पा येतो तो क्लोरोप्लास्टचा स्ट्रोमा असतो. गडद अवस्थेत ऑक्सिजन सोडला जातो आणि ग्लुकोजचे संश्लेषण केले जाते. अनेकांना असे वाटेल की या टप्प्याला हे नाव मिळाले आहे कारण या टप्प्यात होणारी प्रक्रिया केवळ रात्रीच होते. खरं तर, हे पूर्णपणे सत्य नाही. ग्लुकोजचे संश्लेषण चोवीस तास होते. वस्तुस्थिती अशी आहे की या टप्प्यावर प्रकाश उर्जा वापरली जात नाही, याचा अर्थ असा आहे की त्याची आवश्यकता नाही.

वनस्पतींसाठी प्रकाशसंश्लेषणाचे महत्त्व

आम्ही आधीच ठरवले आहे की वनस्पतींना प्रकाशसंश्लेषणाची गरज आहे आपल्यापेक्षा कमी नाही. संख्यांच्या बाबतीत प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रमाणाबद्दल बोलणे खूप सोपे आहे. शास्त्रज्ञांनी असे मोजले आहे की 100 वर्षांच्या आत 100 मेगासिटींद्वारे वापरल्या जाणार्‍या सौर ऊर्जा केवळ जमिनीवरील वनस्पती साठवतात!

वनस्पती श्वसन ही प्रकाशसंश्लेषणाची उलट प्रक्रिया आहे. वनस्पतींच्या श्वासोच्छवासाचा अर्थ प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेदरम्यान ऊर्जा सोडणे आणि वनस्पतींच्या गरजेनुसार निर्देशित करणे होय. सोप्या भाषेत, उत्पादन म्हणजे प्रकाशसंश्लेषण आणि श्वासोच्छवासातील फरक. जितके जास्त प्रकाशसंश्लेषण आणि श्वासोच्छ्वास कमी तितकी कापणी जास्त आणि उलट!

प्रकाशसंश्लेषण ही एक आश्चर्यकारक प्रक्रिया आहे ज्यामुळे पृथ्वीवरील जीवन शक्य होते!