Фотосинтез - проще простого

Страница 5

В чем же выход из создав­шегося положения? Ученые по­лагают, что в выведении но­вых сортов культурных расте­ний, отличающихся выгодным строением тела. В частности, они должны иметь компактную низкорослую крону, с верти­кально ориентированными листьями, обладать крупными запасающими (луковицы, клуб­ни, корни, корневища) и репро­дуктивными (семена, плоды) органами.

На повышение плодородия почвы и улучшение водоснаб­жения эти сорта будут реаги­ровать усилением интенсив­ности фотосинтеза, умеренным потреблением продуктов фо­тосинтеза (ассимилятов), на рост листьев и других вегета­тивных органов, а также активным использованием ас­симилятов на формирование репродуктивных и запасающих органов.

Вот какие жесткие требо­вания предъявляются теперь к науке, занимающейся выведе­нием новых сортов культурных растений, — селекции. Из ска­занного ясно, что без тесного сотрудничества селекционеров с физиологами растений созда­ние перспективных сортов ста­новится практически невоз­можным.

Селекционеры вывели сор­та, отвечающие современным требованиям. Среди них — низкорослый рис, созданный в Международном институте ри­са в Маниле, хлопчатник Дуплекс, с вертикально ориен­тированными листьями, не за­теняющими друг друга, карли­ковая пшеница мексиканской селекции. Эти сорта на фонах высокого плодородия дают в полтора раза более высокие урожаи, чем их предшествен­ники. Однако это лишь один из путей увеличения фотосин­тетической продуктивности растений. Дальнейшие усилия должны быть направлены на повышение активности самого фотосинтетического аппарата

Как известно, процесс фото­синтеза осуществляется в осо­бых органоидах — хлоропластах. Здесь происходит мно­жество реакций, прежде чем из углекислого газа и воды образуются молекулы органи­ческих веществ. Управлять этими процессами, безусловно, непросто, но возможно. Об этом свидетельствует тот факт, что интенсивность фотосинтеза у разных растений неодинако­ва. У одних листовая поверх­ность площадью в 1 квадрат­ный дециметр усваивает за час от четырех до семи миллиграм­мов СО2, а у других — 60— 80 и даже 100, то есть в 20 раз больше! Растения неодинаково реагируют на его низкую кон­центрацию в воздухе, интен­сивность освещения и т. д.

Изучение особенностей фо­тосинтеза у разных растений, безусловно, будет способство­вать расширению возможнос­тей человека в управлении их фотосинтетической деятель­ностью, продуктивностью и урожаем.

8. «Чародейкою зимою околдован, лес стоит .»

Совершенно безжизненным ка­жется нам зимний лес. В это время года у растений резко заторможен обмен веществ, интенсивность дыхания в 200— 400 раз меньше, чем летом, прекращается видимый рост. Однако процессы жизнеде­ятельности идут: крахмал пре­вращается в сахара и жиры, сахара расходуются в процес­се дыхания.

Ну а как насчет фотосинте­за? Разумеется, речь идет не о березе или лещине, которые сбросили свои листья еще осенью, а о хвойных деревьях и кустарниках, сохранивших свой фотосинтетический аппа­рат. В последние годы по этому вопросу получены очень инте­ресные данные. Ученые уста­новили, что озимые злаки, хвойные и некоторые листвен­ные вечнозеленые растения усваивают углекислый газ да­же при температурах — 1 . -5°С.

Использование метода мече­ных атомов позволило более детально прояснить этот воп­рос. При понижении темпера­туры до —12 °С скорость фотосинтеза у разных растений снижалась в 3—17 раз. Наибо­лее устойчивыми оказались ель обыкновенная, сосна обыкно­венная, линнея северная — низкорослый лесной кустарни­чек из семейства жимолост­ных, лишайник леканора тем­ная. Некоторые мхи продол­жали усваивать углекислый газ даже при температуре —14°С, причем этот процесс шел успешно под сравнитель­но толстым снежным покровом, достигающим 26 сантиметров. Хотя интенсивность света, про­ходящего через такой слой сне­га, ослабевала приблизительно в 20 раз, скорость фотосин­теза у не покрытых и покрытых снегом растений почти оди­наковая. Этот удивительный факт можно объяснить следую­щим образом: под снегом растения оказались в более благоприятных температурных условиях, которые и позволили компенсировать падение фо­тосинтеза, вызванное пониже­нием освещенности.

Эти опыты убедительно по­казывают, что в условиях многомесячной зимы фотосин­тез не только возможен, но и необходим для нормального энергообеспечения зимнезеленых растений.

9. Леса — легкие планеты!

Стало расхожим утверждение, что зеленые растения накапли­вают в атмосфере кислород. Нередко в научно-популярной литературе приходится встре­чать утверждения, будто гек­тар кукурузных посевов выде­ляет за год 15 тонн кислорода, что достаточно для дыхания 30 человек, а дерево средней величины обеспечивает трех человек и т. д. Леса называют легкими планеты .

На первый взгляд эти ут­верждения представляются убедительными, ведь в соответ­ствии с уравнением фотосинте­за в ходе образования ор­ганических веществ зелеными растениями и в самом деле выделяется кислород, причем чем больше органического ве­щества образуется в процессе фотосинтеза, тем интенсивнее выделяется кислород.

Авторы подобных утвержде­ний забывают, однако, что ор­ганические вещества кукурузы превратятся в углекислый газ в результате гниения и дыха­ния животных организмов. При поедании кукурузы живот­ными или человеком некоторое количество органических ве­ществ растения трансформи­руется в новые органические вещества животного организ­ма, которые в конечном счете превращаются в углекислый газ при дыхании. Дыхание — процесс обратный фотосин­тезу:

С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + бН2О.

Если при образовании 1 тон­ны органического вещества в ходе фотосинтеза выделилось п килограммов кислорода, то точно такое же его количество потребуется для последующего окисления этого вещества.

То же самое происходит и с деревом. Разница лишь в том, что, превратившись в какую-нибудь поделку (стол, шкаф, оконную раму и т.п.), оно может разрушаться в течение длительного времени. Но ведь и растет дерево сотни лет! А вот сгореть может в мгнове­ние ока. При этом израсхо­дуется почти столько кислоро­да, сколько дерево выделило за всю свою долгую жизнь. Так накапливают ли кислород со­временные растения?

В атмосфере и гидросфере Земли содержится 1,5-1015 тонн кислорода. Считается, что он — результат деятельности древних анаэробных автотрофных организмов, осуществляв­шейся на протяжении длитель­ного периода истории Земли. Накопление кислорода на на­шей планете стало мощным стимулом для появления прин­ципиально новых организ­мов — аэробных, способных извлекать энергию из органи­ческих веществ в результате окислительных процессов с участием атмосферного кис­лорода.

Кислород, образуемый со­временной растительностью в ходе фотосинтеза, расходуется на дыхание самих растений (около 1/3), а также животных и человека, на аэробное разло­жение органических веществ микроорганизмами и на про­цессы горения различных ве­ществ, то есть почти весь его объем, выделяемый наземной растительностью, расходуется и накопления в атмосфере фактически не происходит. К тому же суммарное количе­ство кислорода, выделяемого за год лесами, по подсчетам специалистов, ничтожно мало по отношению к общему запасу его в атмосфере Земли, а имен­но около 1/22 000. Таким обра­зом, вклад наземных экосистем в баланс кислорода на нашей планете весьма незначителен. Возмещение кислорода, расхо­дуемого на процессы горения, происходит главным образом за счет фитопланктона. Дело в том, что в достаточно глу­боких водоемах отмершие ор­ганизмы опускаются на такую глубину, где их разложение осуществляется анаэробным путем, то есть без поглощения кислорода.

Гидросфера оказывает влия­ние на баланс газов в атмос­фере еще и потому, что в ней иное соотношение между азо­том и кислородом. Если в ат­мосфере оно равно четырем, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза выше. Правда, интенсив­ное загрязнение морей и оке­анов создает угрозу возникно­вения в них анаэробных усло­вий.

Так, например, по срав­нению с 1900 годом в некото­рых впадинах Балтийского мо­ря содержание кислорода резко сократилось, а местами он практически отсутствует.