Количество солнечной энергии используемой зелеными растениями

Световой режим

Световой режим — совокупность процессов поглощения и превращения растениями световой энергии.

Относится к космическим факторам жизни растений.

Навигация

Роль света в жизни растений

Зеленые растения — единственные живые организмы на Земле, способные превращать световую энергию солнечного света в химическую энергию органических соединений. Этот процесс происходит благодаря хлорофиллу, содержащемуся в листьях (и других зеленых частях) растений и называется фотосинтезом.

К.А. Тимирязев установил: фотосинтез — это преимущественно процесс связывания и сохранения солнечной энергии. Согласно расчетным данным, в 1 кг сухого органического вещества должно аккумулироваться 16752 кДж энергии. Учитывая объем земной биомассы растений, количество связанной и запасенной энергии в виде органического вещества огромно.

Процесс фотосинтеза представляет из себя взаимодействие углекислого газа и воды под действием молекулы хлорофилла и квантов света с образованием молекул глюкозы и кислорода. Химическое уравнение реакции можно представить следующим образом:

Участвуя в других биохимических реакциях, глюкоза трансформируется в более сложные сахара (крахмал, целлюлозу, лигнин и др.) и органические соединения. Скорость процесса равна образованию 1 грамма органического вещества на суммарной поверхности листьев 1 м 2 за 1 ч. При этом количество воздуха, содержащего углекислый газ и пропущенного через устьица листьев, должно составить 2 м 2 . Для оценки: на 1 м 2 посевов озимой пшеницы площадь листовой поверхности составляет 17-20 м 2 , кукурузы, свеклы, картофеля — 3-8; клевера и люцерны — 24-37 м 2 .

Свет оказывает значительное влияние на качество продукции. В сене и зерне при недостатке света уменьшается количество белка, у сахарной свеклы снижается сахаристость, у картофеля — крахмалистость, у подсолнечника — содержание масла.

Недостаток света приводит к появлению бледной окраски листьев и их слабому развитию, утоньшению и вытягиванию стеблей, цветение и плодоношение задерживаются или не происходят. У зерновых культур уменьшается кустистость, листья становятся узкими, узел кущения закладывается возле самой поверхности, вытягиваются стебли, ослабевают междоузлия, зерно не вызревает или получается низкого качества, возможно полегание растений.

Фотопериодизм — свойство растений реагировать на продолжительность освещения в течение дня. Фотопериодические реакция определяют наступление фаз роста и развития. В зависимости от продолжительности освещения растения подразделяются на длинного дня с периодом освещения не менее 12ч, короткого — менее 12 ч, и нейтрального дня.

К растениям короткого дня относятся растения, происходящие из субтропиков и тропиков: кукуруза, рис, просо, соя, фасоль, хлопчатник и др. При удлинении светового дня происходит удлинение вегетационного периода.

К растениям длинного дня относятся преимущественно растения, происходящие из умеренных широт: пшеница, рожь, овес, ячмень, лен-долгунец, горох, вика, горчица. Для нормальной вегетации им необходим 16-18-часовой световой день.

Солнечная энергия оказывает влияние на плодородие почвы. Экспериментально установлено: на облучаемой солнечным светом почве урожайность ячменя выше, чем находившейся в темноте, что связано с большим количеством элементов питания в верхних слоях.

Под действием солнечного света изменяется активность микробиологических, биологических, ферментных, нитрифицирующих процессов, усиливается окисление гумуса. Солнечный свет является факторов плодородия почвы, однако научных данных в этом направлении недостаточно.

Источник

Почему растения зеленые

Почему растения зеленые? Такой вопрос долгое время ни у кого даже не возникал. Многим он показался бы даже праздным. В те времена, когда еще господствовали ненаучные представления, зеленый цвет растений часто объяснялся тем, что такой цвет приятен для человеческого глаза!

Зеленая окраска растений

Еще в недалеком прошлом даже некоторые ученые считали зеленую окраску растений случайным явлением. Один натуралист, современник Дарвина, утверждал, например, что зеленый цвет растения — такой же простой факт, как цвет минералов и, очевидно, никакого биологического значения не имеет.

Зеленый цвет — важное физиологическое явление

Совершенно по-иному смотрел на это еще молодой тогда русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Он пришел к выводу, что зеленый цвет — самое важное физиологическое явление, и вопрос о причине зеленой окраски растений сделал одной из главных тем своих научных исследований.

В зеленом цвете, в этом самом широко распространенном свойстве растения лежит ключ к пониманию, главной космической роли растения в природе.

К. А. Тимирязев Тимирязев считал, что процесс жизни зеленого растения должен быть неизбежно подчинен общему закону природы — закону сохранения энергии, открытому М. В. Ломоносовым.

Фотосинтез

Блестящие по замыслу и точные по технике выполнения опыты Тимирязева по физиологии зеленого растения полностью подтвердили правильность его взглядов. Он доказал, что образование органического вещества из неорганического при участии света и хлорофилла есть действительно материальный процесс преобразования одного вида энергии (свет солнца) в другой вид (органическое вещество).

Этот процесс получил название фотосинтеза, что значит создание светом. Тимирязев выяснил также сложную природу хлорофилла и доказал прямую зависимость между составными цветами солнечного спектра (красным, оранжевым, желтым, зеленым, голубым, синим и фиолетовым) и активностью их участия в образовании органического вещества.

Хлорофилл растительной клетки

Он установил, что в фотосинтезе наиболее энергично участвует красная часть спектра, несущая наибольшее количество энергии солнечного луча. Значит, органические вещества — это по преимуществу преобразованная энергия красной части солнечного спектра — консервы Солнца, как образно назвал их Тимирязев.

Зеленая же часть спектра, совершенно не участвующая в образовании органического вещества, полностью отражается хлорофиллом клетки и, попадая в человеческий глаз, дает ощущение зеленого цвета. Именно поэтому растения и имеют зеленую окраску.

В преобразующем действии фотосинтеза на всю нашу планету заключается великая космическая роль зеленых растений: ведь только органическое вещество, возникающее в зеленом растении, представляет действенную форму связи между Землей и Солнцем. Академик В. Л. Комаров, исследовавший растительный мир Земли, писал об этой связи:

Поскольку солнечный луч встречает на Земле воздух, воду и камень, он мимолетный гость земной поверхности. Его сохранить нельзя, и процесс лучеиспускания, охлаждения, заметный особенно в ночное время, быстро уносит его в мировое пространство. Лишь поскольку луч Солнца встречает на своем пути зеленое растение, постольку путь его на Земле становится продолжительным, с постоянным переходом из деятельного, динамического состояния в покоящееся, и обратно.

Замечательное описание приключений солнечного луча, энергия которого, перейдя в органическое вещество, совершает поразительные изменения на нашей земле и осуществляет свою животворную космическую роль в сложных проявлениях жизни, дал К. А. Тимирязев.

Крахмал, превращаясь в растворенный сахар,- после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала или клейковины (белка). В этой или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в нашем организме вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч Солнца, таившийся в нем в виде химического напряжения, вновь принимает форму явной силы. Этот луч Солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу.

Роль зеленых растений в аккумуляции солнечной энергии

Меньше 1 процента энергии, поступающей от Солнца к растению, запасается им впрок. Лишь некоторые растения, имеющие очень большую поверхность листьев, могут аккумулировать до 3- 4 процентов солнечной энергии. Но как грандиозна эта работа зеленых друзей! Крупнейший ученый-геолог академик В. И. Вернадский называл организмы живыми горными породами.

В своей книге «Очерки геохимии» он нарисовал грандиозную картину движения химических элементов на нашей планете, рассказал о законах образования различных горных пород и круговороте веществ в природе. В этом круговороте колоссальную роль играют самые разнообразные организмы, но первое место среди них, бесспорно, принадлежит зеленым растениям.

Ведь только они поглощают энергию Солнца и тем самым создают условия для жизни на Земле!

Зеленые растения поглощают энергию солнца

Вернадский подсчитал, что вес биосферы нашей планеты, то-есть всех живых существ, населяющих поверхность суши, почвенные и подпочвенные слои земли, воды ее океанов, морей и других водоемов, составляет миллион миллиардов тонн! Чтобы представить себе, насколько велика эта масса, достаточно сказать, что по своему весу она в 2,5 раза больше всех имеющихся в земной коре запасов никеля, хрома, цинка, свинца, серебра и золота, вместе взятых.

Консервы Солнца

Грандиозные изменения произошли на нашей планете благодаря развитию органического мира. Постепенно в недрах Земли создались огромные запасы каменного угля, сланцев, нефти, торфа, известняков и т. п. Но ведь каменный уголь, торф, сланцы — это те же консервы Солнца, созданные зелеными растениями, превратившиеся со временем в вещества, состоящие главным образом из углерода.

Используя эти вещества, мы используем энергию Солнца, запасенную растениями в отдаленные эпохи жизни на Земле. Жидкое золото — нефть — это также созданный организмами продукт: остатки мельчайших животных и растений, когда-то существовавших в древних морях, (подробнее: Как зарождалась жизнь в древние эры Земли). Из остатков организмов, живших в древних морях, сложены громады известковых скал.

На протяжении многих и многих тысячелетий опускались на дно морское останки микроскопических организмов. Органическое вещество их разрушалось, а минеральное образовывало мощные толщи, поднятые нередко внутренними силами Земли на большую высоту в виде горных складок — гор. Каменный уголь, нефть, торф, сланцы, известняки содержат прежде всего углерод, собранный когда-то растениями при помощи солнечной энергии.

Это еще раз свидетельствует об огромном космическом значении зеленых растений. Ежегодно только зелеными растениями ассимилируется около 170 миллионов тонн углерода. Примерно столько же углерода в виде углекислого газа выделяется живыми организмами. Подсчитано, что в течение 700-800 лет весь углекислый газ атмосферы и воды проходит через тело зеленых растений!

Такова великая сила наших зеленых друзей, проявляющаяся в их малых клеточках, содержащих хлорофилл.

Тимирязев раскрыл тайну почему растения зеленые

Полтора столетия прошло с тех пор, как Тимирязев раскрыл тайну почему растения зеленые, и описал материальные процессы, происходящие в микроскопических хлоропластах клеток. Великий ученый ставил перед собой благородную цель — найти средства увеличить производительность зеленого мира в интересах человечества.

Дело, начатое Тимирязевым, получило дальнейшее развитие в работах ученых ботаников, всесторонне изучающих сложные явления фотосинтеза и обмена веществ у растений. Совсем недавно им удалось определить химический состав хлорофилла, в котором, как оказалось, кроме углерода, водорода, кислорода и азота, содержится еще и магний.

Основное свойство этого сложного соединения заключается в поглощении почти всех лучей солнечного спектра, кроме зеленых и незначительной доли красных. Установлено, что хлорофилл действует в зеленом растении лишь при наличии белков, с которыми он находится в непрочном соединении и на основе которых он, несомненно, и возник в процессе развития обмена веществ у древних первичных организмов.

Процесс возникновения органического вещества

Установлено также, что процесс возникновения органического вещества в клетках зеленых растений начинается с распада воды на водород и кислород. На эту работу и тратится энергия света. Кислород выделяется из растения, а водород получает тепловую энергию, которая расходуется им на соединение с углекислотой, в результате чего образуются углеводы — сахар, крахмал, (подробнее: Состав растительных клеток).

Деятельность зеленых растений

Создание качественно нового органического вещества из веществ неорганических является творческим моментом в деятельности зеленого растения. Процесс этот идет очень быстро, почти моментально: растение, освещенное солнцем, тут же выделяет кислород и образует органическое вещество.

Источник