Scoala Postliceala "HYPOCRATE" Specializarea Asistent Medical Farmacie
REFERAT ELEMENTE BOTANICA
FOTOSINTEZA
Profesor:
Sundri Felicia
Student: Moldoveanu Gradea
Raluca
Anul
I, Grupa i
Constanta 2012
1
Fotosinteza
Transformarea energiei este o parte importanta a ecosistemelor, iar fotosinteza reprezinta tocmai acest lucru: un proces de transformare a energiei. In cadrul acestui proces, plantele utilizeaza energia luminii solare spre a converti doua molecule anorganice extrem de stabile si de joasa energie-bioxidul de carbon si apa- in substante organice instabile, dar bogate in energie, eliberandu-se totodata oxigenul molecular.
Pe langa plante, sunt capabile de fotosinteza si unele bacterii si alge unicelulare. Cea mai binecunoscuta forma a fotosintezei este dusa la indeplinire de plantele superioare si de alge, precum si de cianobacteriile si bacteriile inrudite cu acestea, care sunt responsabile de o mare parte a fotosintezei in oceane. Cele mai multe dintre moleculele organice create prin fotosinteza sunt carbohidrati(glucide, zaharuri) pe care plantele le pot polimeriza spre a forma polizaharide precum amidonul si celuluoza. Mecanismul fotosintezei
Realizarea fotosintezei este posibila deoarece energia solara este captata de clorofila din organitele celulare specializate- cloroplasteaflate In partile verzi ale plantei, indeosebi in frunze. Originalitatea Terrei e determinata de existenta cloroplastelor care sunt cele mai raspandite plastide; dau culoarea verde plantelor fiind specializate pentru desfasurarea procesului de fotosinteza, pantele indeplinindu-si astfel functia de producatori primari. Procesul de fotosinteza are loc la nivelul frunzelor, motiv pentru care, in aceasta zona a plantei, trebuie transportate substantele necesare initierii ciclului atat de necesar mentinerii vietii. Fotosinteza poate fi indeplinita nu numai de limbul foliar ci si de alte parti ale plantei ce contin clorofila (verzi): tulpini tinere, nesuberificate, parti ale invelisurilor florale, fructe necoapte, stipelele, teaca si petiolul frunzei. Dioxidul de carbon este captat prin intermediul unor pori de dimensiuni extrem de mici, care poarta denumirea de stomate. Oxigenul este eliberat, la incheierea procesului, tot prin aceste orificii. Apa este absorbita prin intermediul radacinilor si transportata catre frunze prin sistemul tisular vascular al plantei. Razele de lumina solara sunt absorbite prin clorofile – pigmenti de culoare verde, localizati la nivelul cloroplastelor , acestea fiind sediul
2
fotosintezei la plante. . Numarul cloroplastelor in celula variaza de la cateva zeci la cateva sute, fiind mai numeroase in tesutul palisadic ce e expus la lumina mai intensa comparativ cu tesutul lacunos iluminat mai difuz.
Cloroplastele contin o serie de structuri cu rol extrem de important si cu functii specifice, si anume: ●membranele externe si interne –au rol protectiv, pastrand structura cloroplastului compacta; ●stroma – un fluid foarte dens, sediul conversiei dioxidului de carbon in zahar; ●grana – mai multe straturi dense, locul conversiei energiei luminoase in energie chimica; ●clorofilele – pigmentul de culoare verde capabil sa absoarba energia solara, avand rol esential in reactiile fotochimice ale fotosintezei. Pigmentii carotenoizi : caroten(portocaliu) si xantofila(galben), sunt prezenti in toate celulele fotosintetizante fiind vizibili numai toamna cand clorofila se dezintegreaza.Ficobilinele sunt pigmentii caracteristici algelor rosii, de asemenea si ficoelitrina, iar algele albastre au pigmentul ficocianina. Fotosinteza e un proces complex, in cadrul careia se disting doua tipuri de reactii: reactiile luminoase si reactiile de intuneric. Faza de lumina are loc la nivelul granei, unde energia solara este transformata in energie chimica, sub forma de ATP (energie libera care contine si molecule) si NADPH (molecule cu o cantitate foarte mare de energie transportoare de electroni – Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate). Clorofilele sunt cele care absorb energia luminoasa si declanseaza lantul de reactii care duc la formarea de ATP, NADPH si oxigen (prin splitarea apei). Oxigenul este mai apoi eliberat in atmosfera, prin intermediul stomatei. Atat ATP-ul cat si NADPH-ul sunt folosite in faza de intuneric pentru producerea de glucoza.
3
Faza de intuneric din cadrul procesului de fotosinteza se desfasoara la
nivelul stromei. Dioxidul de carbon este convertit in glucoza, folosind ATP si NADPH, proces care mai poarta si denumirea de fixare a carbonului sau ciclul Calvin .
Factori interni ce influenteaza procesul de fotosinteza ●Specia frunzei (intensitatea fotosintezei variaza in limite mari), varsta frunzelor - ca valoare maxima fotosinteza se inregistreaza inainte de terminarea lor; cresterea frunzei - cand aceasta a atins 37-90% din
suprafata maxima, deci frunzele incipiente si cele ajunse la maturitate au valoarea fotosintezei scazuta. ●Pozitia frunzelor – cu cat frunzele au o pozitie mai aproape de orizont cu atat mai mult receptioneaza o cantitate mai mare de radiatii fotosintetic active. ●Suprafata foliara- aceasta e in legatura directa cu volumul fotosintezei si cresterea suprafetei foliare determina cresterea valorii fotosintezei. ●Cantitatea de clorofila- intensitatea fotosintezei creste direct proportional cu cresterea cantitatii de clorofila pana cand aceasta ajunge la cca 400mg/m² suprafata foliara, dupa care fotosinteza scade ●Continutul in apa al frunzelor – atat suprasaturarea celulelor cu apa cat si deficitul hidric determina inchiderea stomatelor, fapt ce impiedica patrunderea CO2 in celula si implicit diminuarea fotosintezei. ●Cerintele pentru fotosintetizante- cand frunzele se afla in apropierea fructelor in formare care necesita o mare cantitate de substante 4
fotosintetizante procesul de fotosinteza in aceste frunze e foarte intens.
Factori externi ce influenteaza procesul de fotosinteza ● Lumina – influenteaza procesul de fotosinteza prin activarea
enzimelor (catalizatori biologici)si prin modificarea PH-ului.Lumina influenteaza fotosinteza si prin intensitatea ei, astfel ca plantele prin modificari morfologice si fiziologice s-au adaptat la diferite intensitati luminoase. ●Boxidul de carbon
Cresterea concentratiei de bioxid de carbon pana la o anumita limita in functie de specie determina intensificarea procesului de fotosinteza dupa care fotosinteza scade brusc. ●Temperatura
Limitele de temperatura variaza cu specia intre - 18ºC(la lichenii din zonele arctice) pana la + 70 ºC( la algele albastre). In general, temperatura optima pentru desfasurarea procesului de fotosinteza la plantele cultivate e cuprinsa intre 25ºC si 37ºC. ●Umiditatea relativa a aerului
Intensitatea fotosintezei scade in proportie de 35%-40% in conditiile de umiditate relativa scazuta a aerului, fenomen ce se produce vara la amiaza. ● Substante minerale- sunt absolute necesare pentru desfasurarea procesului de fotosinteza. 5
●Prezenta substantelor toxice
Poluarea atmosferei diminueaza sau chiar opreste fotosinteza. ● O2 molecular
Limitele optime ale concentratiei de O2 molecular pentru desfasurarea procesului de fotosinteza sunt cuprinse intre 2‰ -21‰. Mersul fotosintezei pe perioada de vegetatie este variabil in functie de complexul factorilor naturali ce caracterizeaza diferitele anotimpuri si de modificarile factorilor interni in cursul perioadei anuale. In regiunea cu clima temperata, la plantele anuale fotosinteza incepe primavara, odata cu aparitia primelor frunze si creste in intensitate pe masura ce frunzele se formeaza si suprafata accestora creste, inregistrand valori maxime inainte de faza de inflorire sau in timpul acesteia. Dupa aceasta, fotosinteza se mentine la un nivel ridicat pana spre sfarsitul perioadei de vegetatie cand scade in intensitate din cauza imbatranirii frunzelor si caderii lor treptate, incetinindu-si activitatea. Fotosinteza se opreste odata cu incheierea ciclului de viata anual al plantelor. La plantele perene cu frunze cazatoare, fotosinteza incepe primavara devreme si ajunge la valori ridicate in timp scurt datorita formarii rapide a unei mari suprafete foliare. Cresterea intensitatii procesului are loc pana in momentul infloririi sau al formarii frunzelor dupa care se reduce catre toamna datorita micsorarii treptate a suprafetei foliare si inceteaza odata cu caderea toatala a frunzelor. La plantele perene cu frunze sempervirente (gen conifere) fotosinteza se desfasoara in tot cursul anului inregistrand valori maxime in lunile de vara si valori minime in timpul iernii cand temperatura devine factor limitant al procesului. La plantele bienale cu frunze persistente in timpul iernii (cereale) fotosinteza se desfasoara cu intensitate scazuta in timpul iernii ca si la plantele lemnoase sempervirente si creste in intensitate incepand de primavara pana la faza de inflorire. Importanta fundamentala a fotosintezei Fotosinteza, respiraţia plantelor şi acumularea de biomasă
La plante, o importanţă deosebită prezintă raportul dintre oxigenul şi dioxidul de carbon [O/CO 2] care este degajat în atmosferă. Valoarea acestui raport, numit şi cât respirator, dă indicaţii despre cantitatea de substanţă organică acumulată de către organismul vegetal. Se cunoaşte faptul că respiraţia plantelor este corelată cu degradările de substanţe organice, iar fotosinteza este legată de generarea de materie organică .
6
Dacă în timpul fotosintezei, plantele elimină oxigen, atunci din contră, în urma respiraţiei, prin iniţierea catabolismului (fenomen caracterizat prin degradarea substanţelor în vederea obţ inerii de energie), proces ce are loc preponderent noaptea, plantele degajă dioxid de carbon şi consumă oxygen. Prin respiraţie, plantele utilizează oxigenul liber din aer, apă sau sol, în procesele de oxidare a substanţelor organice. Astfel, prin oxidarea unei molecule de glucoză, se eliberează 675 kcal, după reacţia: C6H12O6 + 6O2
→
6CO2 + 6H2O + 675 kcal.
O/CO2 exprimă aşadar, o sinteză a raportului dintre fotosinteză şi respiraţie. Cu cât valoarea acestui raport va fi mai mare, cu atât planta va produce mai multă biomasa. Astfel, sub influenţa energiei luminoase naturale, graţie procesului de fotosinteza, plantele reuşesc să producă materie organică (producţie primară brută), pe care în parte o consumă în scopuri proprii, în timp ce cealaltă parte (producţia primară netă) o acumulează sub formă de biomasă. Producţia primară netă (biomasa primară), joacă un rol foarte important în ecosistem, deoarece ea asigură existenţa verigilor superioare, aceea a organismelor fitofage.
7
Ca produs esential al fotosintezei, apare oxigenul de origine biogena care intra in compozitia atmosferei pamantului 21% sau e dizolvat in apa.
Fără fotosinteză, troposfera ar conţine atât de puţin oxigen, încât animalele şi omul nu ar putea supravieţui. De asemenea, fotosinteza, este deosebit de importantă în contracararea poluării şi a efectului de seră. Se cunoaşte faptul că dioxidul de carbon este un poluant important, produs în cantităţi mari de către industrie, automobile, sursele de încălzire, etc. CO 2 este şi principalul gaz cu efect de seră, deoarece absoarbe şi reţine spectrul luminos cald (razele infraroşii) . În cazul sintezei de glucoză, consumul dioxidului de carbon în raport cu eliminarea de oxigen, se desfăşoară cu randament de 100 % (moleculă la moleculă) la nivelul cloroplastelor plantelor verzi, graţie procesului de fotosinteză. Alte substanţe organice, se sintetizează cu un randament chiar mai bun, ceea ce însemnă că determină un consum mai mare de dioxid de carbon, la aceiaşi cantitate de oxigen eliberat. Acesta însemnă, că dacă Terra ar dispune de destulă masă verde, mai ales păduri, efectele globale ale poluării aerului ar fi minime. Dar, din păcate, se acţionează în sens contrar, despăduririle luând amploare. Reducerea noxelor şi a surselor generatoare de dioxid de carbon, fără luarea unor măsuri de creştere a masei foliare, lucru posibil de realizat doar prin reîmpădurirea unor suprafeţe importante, se constituie în jumătăţi de măsură, a căror eficacitate este limitat ă. Uzina naturală verde a Terrei produce şi converteşte cantit ăţ i imense de substan ţă, astfel, fotosinteza este cel mai important proces biochimic de pe Pamant, deoarece gratie acestuia se asigura atat 8
oxigenul, cat si hrana, in mod direct sau indirect, tuturor animalelor si implicit, omului.
Bibliografie:
http://www.bioterapi.ro/aprofundat/index_aprofundat_index_encicloped ic_ecologicBiomasa.html http://dli.ro/ce-este-fotosinteza.html Curs 2012 “ Elemente botanica” profesor Sundri Felicia Sc. Postliceala “Hypocrate”
9
