Uus

Valge taime fotosüntees: kuidas taimed, mis pole rohelised, fotosünteesivad

Valge taime fotosüntees: kuidas taimed, mis pole rohelised, fotosünteesivad


Kas olete kunagi mõelnud, kuidas taimed, mis pole rohelised, sünteesivad? Taimefotosüntees toimub siis, kui päikesevalgus tekitab taimede lehtedes ja vartes keemilise reaktsiooni. See reaktsioon muudab süsinikdioksiidi ja vee energiavormiks, mida elusolendid saavad kasutada. Klorofüll on lehtedes olev roheline pigment, mis haarab päikese energiat. Klorofüll näib silmade rohelisena, kuna see neelab nähtava spektri teisi värve ja peegeldab rohelist värvi.

Kuidas taimed, mis pole rohelised, fotosünteesivad

Kui taimed vajavad päikesevalgusest energia saamiseks klorofülli, on loogiline mõelda, kas klorofüllita fotosüntees võib toimuda. Teised fotopigmentid võivad ka fotosünteesi abil päikese energiat muundada.

Lillakaspunaste lehtedega taimed, näiteks Japanesemaples, kasutavad lehtedes leiduvaid fotopigmente taimede fotosünteesi töötlemiseks. Tegelikult on ka muudel rohelistel taimedel need muud pigmendid. Mõelge detsembrikuu peale, mis talvel lehed kaotavad.

Sügise saabudes peatavad lehtpuude lehed taimede fotosünteesi protsessi ja klorofüll laguneb. Pikemad lehed tunduvad rohelised. Nendest teistest pigmentidest pärinev värv muutub nähtavaks ja jätab sügislehtedesse kaunid toonid kollaseid, apelsine ja punaseid.

Siiski on väike erinevus selles, kuidas rohelised lehed päikeseenergiat haaravad ja kuidas ilma roheliste lehtedeta taimed klorofüllita fotosünteesivad. Rohelised lehed neelavad päikesevalgust nähtava valgusspektri mõlemast otsast. Need on violetsinised ja punakas-oranžtuled. Mitterohelistes lehtedes olevad pigmendid, nagu Jaapani vaher, neelavad erinevaid valguslaineid. Madalal valgustustasemel ei ole rohelised lehed päikese energia hõivamiseks vähem efektiivsed, kuid keskpäeval, kui päike on kõige eredam, pole vahet.

Kas lehtedeta taimed saavad fotosünteesida?

Vastus on jah. Taimedel, nagu ka kaktustel, pole lehti traditsioonilises mõttes. (Nende okkad on tegelikult modifitseeritud lehed.) Kuid kaktusetaime keha või “tüve” rakud sisaldavad siiski klorofülli. Seega suudavad sellised kaktused nagu taimed fotosünteesiprotsessi käigus päikesekiirgust omastada ja muundada.

Samamoodi fotosünteesivad ka sellised taimed nagu samblad ja maksarohud. Samblad ja maksarohud on sammallohud ehk ortaimed, millel puudub vaskulaarne süsteem. Nendel taimedel pole tõelisi varsi, lehti ega juuri, kuid rakud, mis moodustavad nende struktuuride modifitseeritud versioonid, sisaldavad siiski klorofülli.

Kas valged taimed saavad fotosünteesida?

Taimedel, nagu mõnel tüüpi hostadel, on kirjud lehed, millel on suur valge ja roheline ala. Teistel, nagu kaadiumil, on enamasti valged lehed, mis sisaldavad väga vähe rohelist värvi. Kas nende taimede lehtede valgeaine viib läbi fotosünteesi?

See sõltub. Mõnes liigis on nende lehtede valgetel aladel ebaoluline kogus klorofülli. Nendel taimedel on kohanemisstrateegiad, näiteks suured lehed, mis võimaldavad lehtede haljasaladel toota taime toetamiseks piisavas koguses energiat.

Teistel liikidel sisaldab lehtede valge ala tegelikult klorofülli. Need taimed on muutnud oma lehtede rakustruktuuri, nii et nad näivad olevat valged. Tegelikult sisaldavad nende taimede lehed klorofülli ja kasutavad energia tootmiseks fotosünteesi protsessi.

Mitte kõik valged taimed seda ei tee. Tonditaim (Monotropa uniflora) on näiteks rohttaim, mis ei sisalda klorofülli. Selle asemel, et toota oma energiat päikesest, varastab see energiat teistelt taimedelt umbes nii, nagu parasiit-uss röövib meie lemmikloomadelt toitaineid ja energiat.

Tagantjärele on taimede fotosüntees vajalik nii taimekasvuks kui ka meie poolt söödava toidu tootmiseks. Ilma selle olulise keemilise protsessita poleks meie elu maa peal olemas.


Kuidas toetab punaste lehtedega taim end ilma rohelise klorofüllita?

K. Minu puul on punased lehed aastaringselt. Kuidas toetab taim end ilma rohelise klorofüllita?

A. Mõnes parasiittaimes puudub klorofüll täielikult ja nad varastavad oma rohelistelt peremeestelt fotosünteesi saadused, ütles Susan K. Pell, Brooklyni botaanikaaia teadusdirektor. Teistel taimedel, nagu punaselehisel puul, on palju klorofülli, kuid molekuli varjab teine ​​pigment.

Klorofüll neelab punast ja sinist valgust, "peegeldades ja seega ka rohelisena", ütles dr Pell. Klorofüll kasutab seda elektromagnetilist energiat koos süsinikdioksiidi ja veega glükoosi ja hapniku tootmiseks.

Enamikul taimedel on ka teisi pigmente: karotenoidid, mis tunduvad tavaliselt kollast kuni oranži, ja antotsüaniinid, mis on punased kuni lillad. Tavaliselt domineerib üks pigment. Nii et punaste lehtedega taimel on antotsüaanide arv tõenäoliselt tavapärasest suurem, ütles dr Pell. Kuid klorofüll on endiselt olemas ja tööl.

"Me arvasime, et kogu langenud lehestiku värvimuutus tulenes juba olemasolevate karotenoidide ja antotsüaniinide paljastamisest, kui klorofüll lagunes puhkeseisundiks valmistumisel," ütles ta. Nüüd teame, et lehed toodavad vanaduspõlves tegelikult täiendavaid antotsüaniine, ütles ta.

Evolutsioonilisi eeliseid ei mõisteta täielikult, ütles dr Pell. Üks teooria on see, et täiendavad antotsüaniinid pakuvad varju, mille all kloroplastid (rakkudes olevad struktuurid) saavad lagundada nende klorofülli, aidates taimel uuesti imada oma ehitusplokke, eriti väärtuslikku lämmastikku. Teine teooria on see, et antotsüaniinid, mis on tugevad antioksüdandid, kaitsevad taimi talveks valmistumisel.


Fotosüntees lehes, mis pole roheline

Jaga seda:

K: Kuidas toimub fotosüntees taimedel, mis pole ilmselt rohelised, näiteks sügavate lillade lehtedega dekoratiivsed ploomipuud? [Paul, Santa Cruz]

V: Fotosüntees (mis tähendab sõna otseses mõttes „kokku pandud valgust”) on see väga elegantne keemiline protsess, mis alustas elu nii, nagu me seda umbes 4 miljardit aastat tagasi teame. Nii et teie küsimusele vastamiseks vajame lühikest keemiatundi. Põhimõtteliselt toodavad valgusenergia manulusel kuus vee (H2O) ja kuue süsinikdioksiidi (CO2) molekuli ühe molekuli glükoosisuhkrut (C6H12O6) ja eraldavad kõrvalproduktina kuus molekuli hapnikku (O2). See suhkrumolekul juhib elavat maailma. Loomad söövad taimi, hingavad seejärel sisse hapnikku, mida kasutatakse suhkru metaboliseerimiseks, vabastades glükoosis talletatud päikeseenergiat ja eraldades kõrvalproduktina süsinikdioksiidi. See on lühidalt öeldes elu.

Kõigil fotosünteesivatel taimedel on pigmentmolekul nimega klorofüll. See molekul neelab suurema osa energiast violetsesinisest ja punakasoranžist valgusspektri osast. See ei ima rohelist värvi, nii et see peegeldub tagasi meie silmadesse ja näeme lehte rohelisena. On ka lisapigmente, mida nimetatakse karotenoidideks, mis haaravad energiat, mida klorofüll ei ima. On teada vähemalt 600 karotenoide, mis on jagatud kollasteks ksantofülliteks ning punasteks ja oranžideks karoteenideks. Nad neelavad sinist valgust ja tunduvad meie silmadele kollase, punase või oranžina. Antotsüaniin on veel üks oluline pigment, mis ei ole otseselt seotud fotosünteesiga, kuid annab punastele vartele, lehtedele, õitele või isegi puuviljadele nende värvi.

Paljud taimed valitakse dekoratiivtaimedeks sest nende punastest lehtedest - purpurne suitsupõõsas ja Jaapani ploomid ning mõned Jaapani vahtrad, kui nimetada vaid mõnda. Ilmselt õnnestub neil ilma roheliste lehtedeta üsna hästi ellu jääda. Madalal valgustustasemel on fotosünteesil kõige tõhusamad rohelised lehed. Päikeselisel päeval pole aga punaste ja roheliste lehtede võimel päikese energiat kinni hoida. Olen märganud punase esinemist paljude Bay Area taimede uutes lehtedes ja arvukates troopilistes liikides. Punased antotsüaniinid hoiavad ultraviolettvalgust neelates ilmselt ära intensiivse valgusenergia lehtede kahjustamise. Samuti on tõendeid selle kohta, et koos antotsüaniinidega toodetakse sageli maitsetuid ühendeid, mis võib olla taime viis reklaamida mürgisust potentsiaalsetele taimtoidulistele. Nii saavad punalehetaimed ultraviolettkiirguse eest natuke kaitset ja saadavad lehesöövatele kahjuritele hoiatuse, kuid hämaramas valguses kaotavad nad natuke fotosünteesi efektiivsust.

Botaanikud on viimase 200 aasta jooksul imestanud punaste versus roheliste lehtede üle ja sellel areenil tuleb veel palju uurida. Nii et olete heas seltskonnas, Paul.


Mis siis, kui fotosüntees lakkaks toimumast?

See on mõiste, mida enamik lapsi loodusõpetuse tunnis õpib: fotosüntees muudab valgusenergia keemiliseks energiaks. Põhimõtteliselt on fotosüntees kütuseprotsess, mis võimaldab taimedel ja isegi vetikatel ellu jääda ja kasvada. Mis siis juhtuks, kui fotosüntees järsku lakkaks?

Kui fotosüntees saaks järsu lõpu, sureks enamik taimi lühikese aja jooksul. Ehkki nad võisid paar päeva - või mõnel juhul paar nädalat - vastu pidada, on see, kui kaua nad elasid, suuresti see, kui palju suhkrut nad oma rakkudesse olid salvestanud. Näiteks suured puud võivad oma energiavarude ja aeglase kasutamise tõttu mitu aastat - võib-olla isegi mõneks aastakümneks - sõdurit jätkata. Kuid enamik taimi jõuaks närtsiva lõpuni ja samamoodi ka loomad, kes toetuvad neile toiduks. Kui kõik taimtoidulised on surnud, järgnevad peatselt kõigesööjad ja kiskjad. Ehkki need lihasööjad võiksid toituda kõikidest rümpadest, ei kestaks see varu kauem kui paar päeva. Siis sureksid loomad, kes ajutiselt neile ülalpidamiseks tuginesid.

Seda seetõttu, et fotosünteesi lakkamiseks peaks Maa sukelduma pimedusse. Selleks peaks päike kaduma ja sukeldama Maa pinnatemperatuuri lõputu kargete külmade talve. Aasta jooksul jõuaks see põhja miinus 100 Fahrenheiti kraadini (miinus 73 kraadi Celsiuse järgi), mille tulemuseks oleks puhtalt külmunud tundra planeet [allikas: Otterbein].

Irooniline, et kui päike põleb liiga eredalt, võib see fotosünteesi peatada. Liiga palju valgusenergiat kahjustaks taimede bioloogilist struktuuri ja takistaks fotosünteesi toimumist. Seetõttu seiskub fotosünteesiprotsess päeva kõige kuumematel tundidel.

Sõltumata sellest, kas süüdlaseks oli liiga palju päikesevalgust või mitte, peataksid fotosünteesi peatumisel taimed süsinikdioksiidi - õhusaasteaine - muundamise orgaaniliseks materjaliks. Praegu toetume õhu ringlussevõtuks fotosünteetilistele taimedele, vetikatele ja isegi bakteritele. Ilma nendeta oleks hapniku tootmine väiksem [allikas: Hubbard].

Isegi kui kõik taimed Maal sureksid, jääksid inimesed leidlikuks - eriti kui nende elu sõltuks sellest. Teadlaste välja töötatud kunstlik fotosünteesiprotsess võib lihtsalt saada maailma suurimaks probleemide lahendajaks. Kunstliku "lehe" abil on teadlased edukalt ära kasutanud päikesevalgust ja taastanud fotosünteesi. Leht on tegelikult räni päikesepatarei, mis vette asetatuna ja valguse käes tekitades tekitab siis ühelt poolt hapnikumulle ja teiselt poolt vesinikumullid - sisuliselt lõhustab hapnikku ja vesinikku. Ehkki idee oli kavandatud võimaluseks puhta energia tootmiseks, on selle mõju ka fotosünteetilise atmosfääri taastamiseks [allikas: Chandler].


Fototropismi takistuste rada

Ilma valguseta ei saa taim toitu valmistada fotosünteesi abil.

Päikesevalgus on taime jaoks nii oluline, et see muudab kasvamise viisi nii, et ta osutaks valguse poole.

Seda nimetatakse fototropism, kreekakeelsetest sõnadest valgus ja pööre. Seda näete toataimega: lehed kasvavad akna poole. Kui te selle ümber pöörate, liigub see lõpuks uuesti akna poole.

Kui tugev on see päikesevalguse ligitõmme? Kas valguse leidmiseks võib taim tõkete ümber kasvada? Aeg teada saada!

Mida sa vajad:

  • Kaanega kingakarp
  • Paar tükki pappi
  • Matt must värv (pihustusvärv on kõige lihtsam)
  • Lindi
  • Väike lillepott või vahtpolüstüroolist tass
  • Potimuld
  • Oa seeme

Mida sa teed:

  • Lõika kaks papptükki, mis on karbi sügavused ja umbes 2/3 laiused.
  • Värvige karbi sisekülg, kaane sisemus ja kaks papitükki musta värviga. See aitab vähendada valguse peegeldumist.
  • Kui värv on kuivanud, kleepige üks papitükk karbi siseküljele nii, et see ulatuks kasti keskele. (Katse ajal seisab karp otsas - jätke oma lillepotile või tassile piisavalt pappi papitüki alla seisma.) Teipige teine ​​papitükk kasti vastasküljele paar tolli esimesest kõrgemale. .
  • Seisake karp selle otsas ja lõigake ülemisse otsa väike auk (umbes peenraha suurune).
  • Istutage lillepotti või vahtpolüstüroolist tassi mõnda niisket potimulda 3/4-tollise sügavusega üks või kaks oaseemet. Asetage see kasti põhja ja pange kaas peale. (Veenduge, et kaas sobiks piisavalt tihedalt, et valgust ei pääseks sisse, välja arvatud karbi ülaosas olev auk.)
  • Hoidke oma oataime kastetud ja kontrollige seda üks kord päevas, et näha, kuidas see kasvab. Joonista või pildista, kuidas see kasvab.

Mis juhtus:

Oataim kasvab ainsa valgusallika, kasti ülaosas oleva augu suunas, isegi kui see tähendab kasvamist kasti sisse pandud papptakistuste ümber!

Energia, mida see vajab tärkamiseks ja kasvama hakkamiseks, salvestati seemnesse, kuid lõpuks kulub see toit kõik ära ja taim peab fotosünteesi abil rohkem teenima. Taim kulutab seemnest saadavat energiat valguse leidmiseks, et see ellu jääda.

(See projekt on kohandatud alates Loodusamatöör autor Nick Baker.)


Vaata videot: Miks vajavad taimed valgust?