Энергетическая ценность зеленой массы различных культур
Энергия химической связи является основным связующим звеном структурных элементов биологических объектов. Переходя от одного организма к другому, она претерпевает ряд превращений и неминуемо теряется в виде экскрементов и тепла. Поэтому одной из основных задач науки кормления сельскохозяйственных животных является снижение издержек при трансформации корма в тело животного и продукцию, что во многом зависит от насыщенности доступной для обмена энергией сухого вещества растений. Исходя из этого, более ценной в кормовом отношении считается культура, обладающая большей концентрацией обменной энергии. Сравнительная оценка кукурузы и сорговых растений по этому показателю являлась одной из основных задач наших опытов.
Как свидетельствовали результаты исследований, зеленая масса испытуемых культур по содержанию валовой энергии отличалась незначительно.
В частности, сухое вещество кукурузы в фазе цветения содержало ее 18,7 МДж/кг, что на 0,3-0,4 МДж/кг выше, чем в сорго. В фазу молочно-восковой, восковой спелости у кукурузы величина этого показателя составила 18,7-18,8 МДж/кг против 18,0-18,4 МДж/кг СВ у зернового и сахарного сорго.
Общим для всех культур было небольшое падение содержания валовой энергии в сухом веществе растений при переходе их от фазы цветения в фазу молочной спелости зерна, но затем её динамика была различной и содержание валовой энергии в кукурузе возросло, а в сорговых, же осталось неизменным или продолжало снижаться. Таким образом, в поздние фазы вегетации уровень валовой энергии в растениях кукурузы был выше, чем в сорго.
Совершенно по иному изменялась доступность валовой энергии растений для обмена. Сухое вещество сорго по мере развития растений постепенно становилось все более питательным, в растениях же кукурузы этот процесс проходил скачкообразно.
В частности, концентрация обменной энергии (КОЭ) в сухом веществе зернового сорго периода цветения составляла 9,6 МДж/кг, молочной спелости 10,1, молочно-восковой 10,6 и восковой спелости 10,7 МДж/кг, в растениях сахарного сорго она равнялась соответственно 8,6; 9,4; 9,8 и 9,6 МДж/кг СВ.
Для кукурузы отмечено снижение содержания обменной энергии в сухом веществе с 10,0 МДж/кг в период цветения до 9,8-9,7 в фазы молочной и молочно-восковой спелости с последующим резким скачком ее значений до 10,9 МДж/кг при восковой спелости зерна.
Причем если в зеленой массе кукурузы молочно-восковой спелости растений значения КОЭ было несколько меньше, чем в обоих видах сорго, то в фазу восковой спелости она превзошла их по данному показателю.
Динамика КОЭ в целых растениях находилась в определенной зависимости от содержания обменной энергии в различных вегетативных частях. Так, скачкообразность этого показателя для кукурузы была вызвана неравномерностью развития ее початков. В частности, сухое вещество початков периода молочной спелости зерна содержало 10,5 МДж/кг обменной энергии, а периода молочно-восковой только 9,4 МДж/кг, но затем, к фазе восковой спелости зерна, их энергетическая ценность резко возросла до 12,0 МДж/кг СВ. Напротив, плавное накопление энергии в метелках зернового и сахарного сорго привело к постепенному росту КОЭ в целых растениях. Так, ее содержание в метелках сорго зернового изменялось от 8,9 МДж/кг СВ периода цветения до 10,7-11,7 в молочную и молочно-восковую фазу с последующим увеличением до 12,2 МДж/кг при восковой спелости зерна.
Вместе с тем, течение данных процессов для всех испытуемых культур было различным. Так, если у зернового и сахарного сорго перераспределение обменной энергии из вегетативных частей в генеративные шло постепенно, то для кукурузы характерно скачкообразное развитие этого процесса за сравнительно короткий период от фазы молочно-восковой до восковой спелости. В то же время накопление обменной энергии в сухом веществе зернового сорго, так же как у кукурузы продолжается до фазы восковой спелости, а в сахарном лишь до молочно-восковой спелости зерна.
Последнее обстоятельство указывает на более высокий кормовой потенциал у зернового сорго и кукурузы в сравнении с сахарным сорго, так как при достижении растениями фазы восковой спелости зерна их уборка на корм может производиться с различной высотой среза и питательность корма, полученного от этого приема, будет варьировать в значительных пределах.
В то же время, длительность вегетационного периода у кукурузы и сорго, и их теплолюбивость заставляет рассматривать для нашей зоны варианты использования этих культур и в более ранние фазы вегетации. Исходя из этого, зерновое сорго, в силу своей плавной динамики накопления обменной энергии, представляется наиболее выгодной в кормовом отношении культурой, хотя урожайность зеленой массы зернового сорго за несколько лет возделывания в нашей зоне была на 30-33% меньше, чем сахарного и кукурузы. Это обусловило более низкий выход обменной энергии с одного гектара его посевов по сравнению с двумя другими культурами. Так, в 1995 году в фазе восковой спелости с 1 га посевов зернового сорго было собрано 77,58 ГДж, что по сравнению с сахарным и кукурузой соответственно на 1,27 и 58,53 ГДж меньше.
В данном случае достаточно высокая урожайность кукурузы обеспечила превосходство последней над сорго по выходу обменной энергии с одного гектара практически во всех фазах развития сравниваемых растений. Причем такая закономерность обнаруживается при анализе этого показателя за ряд последних лет. Хотя технологические качества зернового сорго делают его достаточно эффективным даже при уборке в молочную и молочно-восковую фазы вегетации.
Источник
Энергетика живой клетки
У системы первичных процессов фотосинтеза есть одно важное свойство, которое позволило проникнуть в ее тайны чрезвычайно глубоко и с высокой точностью. Система «включается» светом, а это значит, что ее можно тестировать как радиотехническое устройство с помощью коротких импульсов света (например, лазерных вспышек). Кроме того, эффективно используются современные спектральные методы: дифференциальная и импульсная спектрофотометрия в полосах поглощения отдельных молекул – участников первичных реакций; флуорометрия; методы электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса. Принципиально важным оказалось изучение препаратов фотосинтетических мембран при низких температурах, а также использование методов математического моделирования и компьютерной имитации. Удивительно интересные выводы были сделаны биофизиками при анализе механизмов транспорта электрона, которые обеспечивают его эффективный и направленный перенос в макромолекулярных комплексах реакционного центра. Исследование кинетики первичных процессов фотосинтеза при низких температурах (-196 о С) показало, что перемещение электрона при температуре жидкого азота происходит со скоростями, в общем близкими к тем, что наблюдаются при комнатной температуре. В основе данного процесса лежит квантово-механическое явление — так называемый туннельный эффект. Для переноса электрона в фотосинтетической цепи характерно еще одно принципиальное свойство. Как только электрон «добирается» до молекулы акцептора, он утрачивает часть энергии, и обратное движение на этом участке становится невозможным. Потеря электронной энергии происходит в колебаниях легких атомных групп белка-акцептора. Характерное время колебаний составляет несколько пикосекунд. Смещения расстояний, которые при этом происходят у колеблющихся ядер, незначительны – меньше 0,01 Å. Если в ходе таких опытов заменить в белке водород на дейтерий, то, поскольку он обладает большей массой, колебания замедляются, соответственно скорость переноса электрона падает и может быть зарегистрирована экспериментально. Начиная с последних десятилетий XX в. все большую роль в развитии представлений о структурных изменениях фотосинтетического аппарата играет математическая биофизика – быстро развивающаяся область на стыке прикладной математики, физики, экспериментальной и теоретической биологии. Накопление знаний о структуре, строении и деталях организации фотосинтетического аппарата вместе с ростом возможностей вычислительной техники делают математическое моделирование первичных процессов фотосинтеза все более действенным инструментом, с помощью которого данные спектральных измерений переводятся на язык кинетических параметров и далее, с помощью компьютерной визуализации, на язык структурных изменений фотосинтетического аппарата. З.Г. Фетисова — сотрудник Института имени А.Н. Белозерского в МГУ им. М.В. Ломоносова — исследовала с помощью математического моделирования процесс миграции энергии электронного возбуждения в модельных фотосинтетических единицах и сопоставила теоретические выводы с данными прямых биофизических измерений свойств природных антенн. В результате ею был теоретически предсказан, а затем экспериментально выявлен ключевой принцип оптимизации функционирования светособирающих структур: олигомеризация пигментов светособирающей антенны. Возможно, это один из самых ранних примеров способности живых структур к кооперативному решению задач жизнеобеспечения.
vlkhait 27.06.2009 17:38 Ответить
Статья касается отличия живой и неживой природы. Эту разницу автор усматривает в процессах переноса энергии внутри живой клетки. Я не подвергаю сомнению содержание высказанных автором идей с точки зрения ее стремления к истине. Я внимательно изучаю представленный автором материал, чтобы самому добраться до понимания энергетических преобразований в живом организме, несмотря на то, что у меня инженерное образование и я не имею глубоких знаний в биологии. Тем не менее, тема меня очень интересует, в следствие интереса к созданию искусственного интеллекта и искусственной жизни.
Если говорить о разнице между живой и неживой природой, то мне кажется, рассматривать в качестве ключевого момента перенос энергии в живой клетке излишне, поскольку достаточно того, что живые организмы имеют клеточное строение а неживые нет. С другой стороны подход к пониманию отличия живой и неживой природы с точки зрения внутреннего строения, мне кажется, не плодотворным и является трудным для понимания большинства людей, в том числе, и профессионалов в других областях знания. Более плодотворный подход это инженерный подход т.е. с позиции черного ящика и зависит от внешнего проявления живых и неживых объектов. Их может наблюдать любой человек и отличать между собой живые и неживые объекты. Мыслящий человек непременно обнаружит разницу, найдет и объяснит эту разницу.
Источник