Физиологический процесс – фотосинтез

Фотосинтез является самым важным физиологическим процессом, который протекает в растениях. Благодаря фотосинтезу в листьях об­разуются питательные вещества. Первичным продуктом является сахар, из которого синтезируются все другие питательные вещества, необхо­димые как для растений, так и для животных.

Сахар используется, ко­нечно, и в чистом виде. Фотосинтез интересен еще и тем, что он пред­ставляет собой механизм превращения солнечной энергии в химическую и характеризуется высоким коэффициентом полезного, действия.

Зеленые пластиды, используя световую энергию, расщепляют моле­кулы воды и высвобождают кислород. Водород воды соединяется с уг­лекислым газом, образуя углеводы.

Однако на самом деле процесс значительно сложнее. Он протекает в тонком слое хлоропластов цитоплазмы зеленых растений. Хлоропласта содержат, помимо хлорофилла, каротиноиды и минеральные вещества, среди которых большую роль играют фосфор и железо, а иногда и медь. Хлоропласт, а также каждая из его многочисленных слоистых гранул окружены протеино-липоидными мембранами с внешним липоидным по­крытием.

Почти все физиологи растений считают, что при фотосинтезе кисло­род освобождается из воды. Эту первую стадию процесса можно осуществить с изолированными хлоропластами. Во второй стадии углекислый газ соединяется с двумя атомами водорода воды, образуя продукты фотосинтеза. Роль хлорофилла на этой стадии еще окончательно не выяснена. Важная его функция — поглощение света — вполне очевидна, поскольку ни вода, ни углекислый газ не по­глощают видимых лучей спектра.

Сахара прежде считались первым продуктом фотосинтеза. Теперь благодаря усовершенствованию экспериментальной техники, в частно­сти при помощи радиоактивных изотопов, установлено, что первым со­единением является фосфоглицериновая кислота — трехуглеродистая кислота, одна из тех, которые образуются при окислении сахара при ды­хании, только, конечно, в обратном порядке. Вслед за этим продуктом почти сразу же появляются сахара, липиды и другие вещества с круп­ными молекулами.

Вода, используемая в фотосинтезе, поглощается корнями виноград­ного куста из почвы. Затем она поступает в мезофилл листьев через ксилемные сосуды корней ствола, рукавов, через побеги и черешки. Уг­лекислый газ растение берет непосредственно из воздуха.

Он проходит через устьица листьев путем простой газовой диффузии. Концентрация углекислого газа в атмосфере выше, чем в промежутках между клетка­ми листа. Соприкасаясь со стенками клеток мезофилла, углекислый газ растворяется, затем переходит внутрь клеток и достигает хлоропластов, где он используется.

Наряду с основным питательным веществом — сахаром, растение вырабатывает и другие углеводы, а также белки и жиры. Образующий­ся в зеленых клетках сахар претерпевает множество изменений. Часть сахара расходует самое растение в качестве питательного вещества в процессе дыхания.

Энергия, заключенная в сахаре, высвобождается и дает возможность растению выполнять работу. Сахар, не используемый сразу, превращается в другие углеводы, например во фруктозу — сахар спелого винограда, крахмал — основное запасное питательное вещество виноградного куста, гемицеллюлозу и целлюлозу — материал, из кото­рого состоят клетки различных частей растения.

Так как гемицеллюлоза не представляет собой запасное питательное вещество, ее уровень не уменьшается при остром сокращении количества углеводов в результате дефолиации.

Сахар, не использованный как продукт питания и не превращенный в другие углеводы, путем синтеза может быть превращен в белки, жиры или другие соединения. Как и при образовании сложных углеводов, для этих превращений не нужен свет, необходимую энергию растению дает сахар.

Для синтеза белков требуются не только углекислый газ и вода, но и вещества, содержащиеся в почве, например азот, фосфор, сера, ино­гда железо, и, возможно, другие элементы. Эти элементы поступают в корни и далее во все части растения в виде нитратов, фосфатов и других соединений.

Отдельные минеральные вещества необходимы для фотосинтеза, некоторые из них используются как компоненты ря­да питательных веществ или же требуются для роста и развития растения.

Белки нужны для жизни и роста. Они находятся в растении в про­топлазме в виде запасных белков и нуклеопротеинов. Белки образуются из более простых соединений — аминокислот, которые под действием ферментов соединяются в крупные молекулы. Аминокислоты состоят из сахара и азота.

Часть аминокислот содержит также серу. Свыше 20 ами­нокислот найдено в виноградном растении и его плодах. Любое сочета­ние этих аминокислот может представлять собой белок. Не удивительно поэтому, что в растениях встречается так много разных белков. Некото­рые белки содержат также вещества, не являющиеся аминокислотами.

Синтез аминокислот может происходить в любой части растения. Образовавшиеся аминокислоты могут быть тотчас израсходованы на формирование белков или же переданы другим частям растения для от­ложения в виде запасов или для формирования белков в новом месте.

Жиры синтезируются из сахара. Они содержат те же элементы, что и сахар, но кислорода в них меньше, чем углерода. Жиры играют при­мерно ту же роль в растении, что и углеводы. Основная их функция — снабжать растение энергией. В виноградном растении жиры играют не­большую роль, если не принимать во внимание семена, в которых жиры служат питательным веществом. Семена содержат от 10 до 20% масла.