Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc propria hrană, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.

Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în. Această energie chimică stocată rezultă din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.

Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.

Nota: Ființe vii care depind de alte alimente se numesc . Erbivorele, cum ar fi vacile, precum și plantele care mănâncă insecte, sunt exemple de heterotrofe. Se numesc viețuitoare care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.

În acest articol veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.

Definiţia photosynthesis

Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele alge, produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.

Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.

De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?

La fel ca oamenii și alte viețuitoare, plantele au nevoie de hrană pentru a supraviețui. Importanța glucozei pentru plante este următoarea:

• Glucoza produsă prin fotosinteză este folosită în timpul respirației pentru a elibera energia de care planta are nevoie pentru alte procese vitale.
• Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece înmagazinează energie chimică.
• Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante, necesare pentru a susține creșterea și alte procese importante.

Fazele fotosintezei

Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.

Faza ușoară a fotosintezei

După cum sugerează și numele, fazele de lumină necesită lumină solară. În reacțiile dependente de lumină, energia din lumina soarelui este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) și a moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.

Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin

În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru a forma carbohidrați din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin datorită naturii ciclice a procesului.

Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și, ca rezultat, pot apărea în timpul zilei sau nopții), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. Odată ce energia este transferată, moleculele purtătoare de energie revin la fazele de lumină pentru a produce electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.

Diagrama fazelor fotosintezei

Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.

Structura frunzelor plantelor

Nu putem studia pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzei. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.

Structura externă a frunzelor

• Pătrat

Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor lor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.

• Vena centrală și pețiol

Nea centrală și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza astfel încât să primească cât mai multă lumină.

• Lama frunzelor

Frunzele simple au un singur limb, în ​​timp ce frunzele complexe au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.

• Venele

O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzelor susțin și țin lama frunzei plată pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.

• Baza frunzei

Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.

• Marginea frunzei

În funcție de tipul de plantă, marginea frunzei poate avea diferite forme, printre care: întreg, zimțat, zimțat, crestat, crenat etc.

• Vârful frunzei

La fel ca marginea frunzei, vârful are diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotunjit, obtuz, alungit, întins etc.

Structura internă a frunzelor

Mai jos este o diagramă apropiată a structurii interne a țesuturilor frunzelor:

• Cuticulă

Cuticula acționează ca principal strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai groasă pe partea superioară a frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.

• Epidermă

Epiderma este un strat de celule care este țesutul de acoperire al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.

• Mezofila

Mezofila este țesutul principal al unei plante. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.

• Cuști de apărare

Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci când apa este disponibilă în mod liber, în caz contrar celulele protectoare devin lente.

• Stoma

Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesutul mezofil. Oxigenul (O2), produs ca produs secundar al fotosintezei, părăsește planta prin stomate. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie înlocuită prin fluxul de transpirație cu apă absorbită de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.

Condiții necesare pentru fotosinteză

Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:

• dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor, care se găsește în aer și poartă denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
• Apă. O substanță chimică limpede, lichidă, inodoră și fără gust (în condiții normale).
• Aprinde. Deși lumina artificială este bună și pentru plante, lumina naturală a soarelui oferă în general condiții mai bune pentru fotosinteză, deoarece conține lumină ultravioletă naturală, care are un efect pozitiv asupra plantelor.
• Clorofilă. Este un pigment verde găsit în frunzele plantelor.
• Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.

Ce se produce ca rezultat al fotosintezei?

• Glucoză;
• Oxigen.

(Energia luminoasă este afișată în paranteze pentru că nu este materie)

Nota: Plantele obțin CO2 din aer prin frunze și apă din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.

Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, planta poate fi afectată negativ. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele plantei, iar lipsa apei o încetinește.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.

Structura unei celule vegetale

Funcțiile părților celulelor vegetale

• : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de, fixează și determină forma celulelor, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
• : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
• : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
• : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminii prin procesul de fotosinteză.
• : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
• : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitățile celulei.

Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în primul rând lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.

Dioxid de carbon în timpul fotosintezei

Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se scurge printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.

Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule din frunze. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.

Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.

Lumină în timpul fotosintezei

Frunza are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde se lovește lumina. Acest strat mezofil se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.

În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fotofaze, trebuie menționat că cantitățile excesive pot deteriora clorofila și pot reduce procesul de fotosinteză.

Fazele de lumină nu depind foarte mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.

Apa în timpul fotosintezei

Plantele obțin prin rădăcini apa de care au nevoie pentru fotosinteză. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, permițând apei să treacă ușor prin ele.

Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsă (dreapta).

Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.

Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se ofilește. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.

Care este importanța apei pentru plante?

• Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
• Este un mijloc de transport;
• Menține stabilitatea și verticalitatea;
• Se răcește și se saturează cu umiditate;
• Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.

Importanța fotosintezei în natură

Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este metoda prin care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu vor putea să crească sau să se reproducă.

• Producătorii

Datorită capacității lor de fotosinteză, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept bază pentru aproape fiecare lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantelor din). Toate alimentele pe care le mâncăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.

• Baza lanțului trofic

În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de nutriție pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediile acvatice, viața nu ar fi posibilă.

• Eliminarea dioxidului de carbon

Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și este apoi eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, unde nivelurile de dioxid de carbon cresc cu ritmuri alarmante, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important din punct de vedere al mediului.

• Ciclul nutrienților

Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesutul vegetal și devine disponibil pentru crearea de proteine. Micronutrienții găsiți în sol pot fi, de asemenea, încorporați în țesutul plantei și devin disponibili pentru ierbivorele mai în sus în lanțul trofic.

• Dependența fotosintetică

Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este un factor limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza are loc mai rar în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi, rezultând un ecosistem mai steril.

Conținutul articolului

CICLU CARBON, ciclul carbonului - mișcarea ciclică a carbonului între lumea ființelor vii și lumea anorganică a atmosferei, mărilor, apelor dulci, solului și rocilor. Acesta este unul dintre cele mai importante cicluri biogeochimice, implicând multe reacții complexe în timpul cărora carbonul se deplasează din aer și mediul acvatic în țesuturile plantelor și animalelor, apoi revine în atmosferă, apă și sol, devenind din nou disponibil pentru utilizare de către organisme. . Deoarece carbonul este necesar pentru a susține orice formă de viață, orice interferență cu ciclul acestui element afectează numărul și diversitatea organismelor vii care pot exista pe Pământ.

Surse și rezerve de carbon.

Principala sursă de carbon pentru organismele vii este atmosfera Pământului, unde acest element este prezent sub formă de dioxid de carbon (dioxid de carbon, CO 2). Timp de multe milioane de ani, concentrația de CO 2 din atmosferă aparent nu s-a schimbat semnificativ, ridicându-se la cca. 0,03% din greutatea aerului uscat la nivelul mării. Deși proporția de CO 2 este mică, cantitatea sa absolută este cu adevărat uriașă - cca. 750 de miliarde de tone În atmosferă, CO 2 este transportat de vânturi atât în ​​direcția verticală, cât și în cea orizontală.

Dioxidul de carbon este prezent în apă, unde se dizolvă ușor, formând acid carbonic slab H 2 CO 3. Acest acid reacționează cu calciul și alte elemente pentru a forma minerale numite carbonați. Rocile carbonate, cum ar fi calcarul, sunt în echilibru cu dioxidul de carbon, care este conținut în apa care intră în contact cu ele. La fel, cantitatea de CO 2 dizolvată în oceane și în apele dulci este determinată de concentrația acestuia în atmosferă. Cantitatea totală de materie carbonică dizolvată și sedimentară este estimată la aproximativ 1,8 trilioane. T.

Carbonul, combinat cu hidrogenul și alte elemente, este una dintre componentele principale ale celulelor vegetale și animale. De exemplu, în corpul uman este de cca. 18% greutate corporală. Numărul mare și distribuția foarte largă a organismelor vii nu permit o evaluare satisfăcătoare a conținutului total de carbon din acestea. Cu toate acestea, este posibil să se estimeze aproximativ cantitatea totală de carbon fixată de plante, precum și eliberată în timpul respirației plantelor, animalelor și microorganismelor. S-a stabilit că plantele verzi absorb cca. 220 de miliarde de tone de CO 2 . Aproape aceeași cantitate din această substanță este eliberată în mediul anorganic în timpul respirației tuturor organismelor vii, precum și ca urmare a descompunerii și arderii substanțelor organice.

În anumite condiții, descompunerea și arderea substanțelor create de organismele vii nu are loc, ceea ce duce la acumularea de compuși care conțin carbon. De exemplu, lemnul copacilor vii poate fi protejat în mod fiabil de descompunerea microbiană și de foc timp de 3-4 milenii prin scoarță care poate rezista acțiunii microbilor și a focului. Lemnul care ajunge într-o turbăre durează și mai mult. În ambele cazuri, carbonul legat în el pare să fie prins și este îndepărtat din ciclu pentru o lungă perioadă de timp. Când materia organică este îngropată și izolată de expunerea la aer, se descompune doar parțial și carbonul pe care îl conține este reținut. Dacă aceste resturi organice sunt ulterior presate de sedimentele de deasupra și încălzite de căldura pământului timp de milioane de ani, o mare parte din ele sunt transformate în combustibili fosili precum cărbunele sau petrolul. Combustibilii fosili formează o rezervă naturală de carbon. În ciuda arderilor intense din anii 1700, aproximativ 4,5 trilioane rămân încă necheltuite. T.

Fotosinteză.

Principala cale prin care carbonul se deplasează din lumea anorganică în lumea vie este prin fotosinteza efectuată de plantele verzi. Acest proces este un lanț de reacții în timpul căruia plantele absorb dioxidul de carbon din atmosferă sau apă, legându-și moleculele cu moleculele unei substanțe speciale - un acceptor de CO 2 . În cursul altor reacții care apar cu consumul de energie solară (luminoasă), moleculele de apă sunt scindate, iar ionii de hidrogen eliberați și CO2 legat sunt utilizați în sinteza substanțelor organice bogate în carbon, inclusiv acceptorul de CO2.

Pentru fiecare moleculă de CO 2 pe care o plantă o absoarbe pentru a sintetiza materia organică, se eliberează o moleculă de oxigen, formată prin scindarea apei. Se presupune că așa s-a format tot oxigenul liber din atmosferă. Dacă procesul de fotosinteză de pe Pământ s-ar opri brusc și ciclul carbonului ar fi întrerupt, atunci, conform calculelor disponibile, tot oxigenul liber ar dispărea din atmosferă în aproximativ 2000 de ani.

Alte reactii.

O plantă verde folosește carbonul din materia organică pe care o produce într-o varietate de moduri. De exemplu, se poate acumula în amidon, depozitat în celule, sau celuloză, principalul material structural al plantelor și un nutrient pentru multe alte organisme. Atât amidonul, cât și celuloza sunt digerabile ca alimente numai după ce au fost descompuse în zaharurile lor constitutive cu 6 atomi de carbon (adică zaharuri care conțin șase atomi de carbon pe moleculă). Spre deosebire de amidon - un compus insolubil cu molecule înalte - zaharurile cu 6 atomi de carbon sunt ușor solubile și, mișcându-se în întreaga plantă, servesc ca sursă de energie și material pentru creșterea și reînnoirea celulelor, precum și pentru refacerea lor în caz de deteriorare. Germeni, de exemplu, descompun amidonul și grăsimile stocate în sămânță, obținând din ele substanțe organice mai simple, folosite în procesul de respirație celulară (pentru a-și elibera energia) și pentru creștere.

La animale, alimentele ingerate suferă un proces similar de digestie. Înainte ca componentele sale principale să poată fi absorbite, acestea trebuie transformate: carbohidrații în zaharuri cu 6 atomi de carbon, grăsimile în glicerol și acizi grași și proteinele în aminoacizi. Acești produse de digestie servesc ca surse de energie pentru animal, eliberate în timpul respirației, precum și blocuri de construcție necesare creșterii organismului și reînnoirii componentelor acestuia. La fel ca plantele, animalele sunt capabile să transforme nutrienții într-o formă potrivită pentru depozitare. Analogul animal al amidonului este glicogenul, format din excesul de zaharuri cu 6 atomi de carbon și stocat ca rezervă de energie în ficat și celulele musculare. Zahărul în exces poate fi transformat și în acizi grași și glicerol, care, împreună cu aceleași substanțe provenite din alimente, sunt folosite pentru sinteza grăsimilor acumulate în țesut. Astfel, procesele de sinteză asigură stocarea substanțelor bogate în carbon și energie legată, ceea ce permite organismului să supraviețuiască în perioadele de penurie alimentară.

După moartea lor, plantele și animalele devin hrană pentru așa-zișii. descompozitori - organisme care descompun materia organică. Majoritatea descomponenților sunt reprezentați de bacterii și ciuperci, ale căror celule secretă în mediul lor imediat cantități mici de lichid digestiv care descompune substratul și apoi consumă produsele acestei „digestii”. De regulă, descompozitorii au un set limitat de enzime și, în consecință, folosesc doar câteva tipuri de substanțe organice ca hrană și sursă de energie. Drojdia convențională, de exemplu, prelucrează doar zaharurile cu 6 și 12 atomi de carbon care se găsesc în celulele descompuse ale fructelor supracoapte sau în sucul gros (pulos) obținut prin zdrobirea lor. Cu toate acestea, dacă sunt expuse la o varietate de descompozitori pentru o durată suficientă, toate substanțele care conțin carbon ale plantelor sau animalelor sunt în cele din urmă descompuse în dioxid de carbon și apă, iar energia eliberată este utilizată de organismele care efectuează descompunerea. Mulți compuși organici sintetizați artificial sunt, de asemenea, supuși distrugerii biologice (biodegradare) - un proces în timpul căruia descompozitorii primesc energie și materialul de construcție necesar, iar carbonul este eliberat în atmosferă sub formă de dioxid de carbon.

Surse de carbon, azot și alte elemente pentru microorganisme. Catabolism (procese producătoare de energie) și biosinteză sau metabolism constructiv (procese consumatoare de energie). Semnificația și relația lor în diferite microorganisme

Procesul de creștere și dezvoltare a microorganismelor începe cu absorbția alimentelor. Microorganismele nu au organe speciale pentru alimentație; nutrienții pătrund în celulă prin întreaga suprafață. Compușii cu o greutate moleculară mare sunt scindați preliminar de exoenzime ale microorganismelor.

Microorganismele sunt extrem de diverse în ceea ce privește nevoile lor nutriționale. Ele pot exista datorită asimilării unei mari varietăți de substraturi. Același compus poate fi un produs alimentar bun pentru unele specii, dar nu doar indisponibil pentru altele, ci chiar otrăvitor. De exemplu, sunt cunoscute microorganisme care asimilează fenolul, parafina, naftalina, monoxidul de carbon etc. În funcție de concentrație, unele substanțe pot fi fie o sursă valoroasă de nutriție, fie o substanță inhibitoare pentru același microorganism. Astfel, zaharurile in concentratii mici sunt un produs usor de asimilat pentru multe microorganisme, in timp ce concentratiile mari de zahar inhiba cresterea acestora.

Sursele de energie trebuie să asigure microorganismelor toate elementele pentru sinteza diferitelor structuri celulare, precum și surse de energie necesare nu numai proceselor de biosinteză, ci și altor procese dependente de energie caracteristice unei celule microbiene, atât în ​​stadiul de activ. crestere si in stadiu de repaus. Microorganismele, ca și alte organisme, au nevoie de apă, carbon, azot, fosfor, sulf și alte elemente în macro și microdoze. Anumite microorganisme necesită anumiți compuși organici.

Alimentele trebuie să conțină substanțe care să satisfacă nevoia de microorganisme pentru elementele chimice care alcătuiesc corpul lor.

Microorganismele au o mare varietate de tipuri de nutriție. Unele, ca și plantele verzi, se hrănesc cu substanțe minerale, sintetizând din aceste substanțe simple toate componentele complexe ale celulei. Alte microorganisme, cum ar fi organismele animale, necesită compuși organici.

Cerințele diferitelor microorganisme pentru nutrienți, în special sursele de carbon și azot, sunt foarte diverse și specifice.

Nutriția cu carbon. Carbonul este unul dintre cei mai importanți organogeni și, așa cum este indicat, reprezintă aproximativ 50% din masa uscată a celulei. Pe baza sursei de nutriție cu carbon, microorganismele pot fi împărțite în două grupe: autotrofe și heterotrofe.

Microorganismele autotrofe (auto-hrănite) sunt capabile să folosească dioxidul de carbon și sărurile sale ca singura sursă de carbon pentru sinteza substanțelor organice din organism.

Sinteza substanțelor organice din compuși minerali necesită energie. Printre microorganismele autotrofe, există specii care asimilează dioxidul de carbon, precum plantele verzi, folosind energia solară - sunt numite fotosintetice. Alte microorganisme autotrofe în procesul de sinteză a compușilor organici folosesc energia reacțiilor chimice de oxidare a anumitor minerale. Astfel de microorganisme sunt numite chimiosintetice.

Microorganismele fotosintetice includ algele, care au clorofilă, și unele bacterii pigmentare, cum ar fi bacteriile cu sulf verde și violet. Celulele bacteriilor violete conțin un pigment verde, bacterioclorofilă, asemănător cu clorofila plantelor superioare. Celulele bacteriilor verzi conțin și cantități mici de bacterioclorofilă, dar există și un alt pigment fotosintetic (clorobiu - clorofilă), a cărui natură chimică nu a fost încă stabilită.

Fotosinteza bacteriană nu este însoțită de eliberarea de oxigen, ca la plantele verzi, iar rolul apei (ca sursă de hidrogen pentru reducerea CO 2 ) în majoritatea este jucat de H 2 S; În același timp, sulful se acumulează în celule. Toate bacteriile fotosintetice conțin și carotenoizi (de la galben la roșu). Rolul pigmenților este asemănător clorofilei vegetale - absorbția energiei luminoase.

Microorganismele chemosintetice includ bacterii care oxidează hidrogenul pentru a forma apă (bacteriile cu hidrogen), amoniacul în acid azotic (bacteriile nitrificante), hidrogenul sulfurat în acid sulfuric (bacteriile incolore cu sulf) și fierul feros în oxid (bacteriile de fier). Procesul de chimiosinteză în microorganisme a fost descoperit de S.N. Vinogradsky.

Microorganismele heterotrofe (se hrănesc cu altele) folosesc compuși organici ca sursă de carbon și îi transformă în substanțele celulelor lor. Aceste organisme includ numeroase bacterii, ciuperci și drojdii.

Majoritatea microorganismelor heterotrofe trăiesc folosind substanțe organice de diferite substraturi de origine animală și vegetală. Astfel de organisme sunt numite saprofite. Acestea includ toate acele microorganisme care descompun diverse substanțe organice din natură (în sol, apă), provoacă alterarea produselor alimentare sau sunt folosite la prelucrarea materiilor prime vegetale și animale.

Cu toate acestea, o linie ascuțită între aceste subgrupuri de heterotrofi nu poate fi întotdeauna stabilită. Anumite tipuri de microbi patogeni pot exista în mediul extern ca saprofite și, dimpotrivă, unele saprofite în anumite condiții provoacă boli la oameni, animale și plante.

Mulți saprofiti sunt „omnivori”, adică sunt capabili să folosească diferiți compuși organici ca sursă de carbon - carbohidrați, alcooli, acizi organici, proteine ​​etc. Unii prezintă specificitate (selectivitate) pronunțată în ceea ce privește sursa de carbon și folosesc doar anumite substanțe. sau chiar unul dintre ei. Astfel de microorganisme sunt numite „specifice substratului”. Exemplele includ bacteriile celulozice, pentru care fibra este singura sursă de carbon, și bacteriile cu hidrocarburi, care folosesc hidrocarburi. Se observă o selectivitate similară la drojdia pentru zaharuri.

Un exemplu de specificitate poate fi, de asemenea, diferitele atitudini ale microorganismelor față de compușii izomeri. Astfel, ciuperca Oidium latcis asimilează alcoolul izobutilic și nu asimilează alcoolul butilic normal. Acesta din urmă este o sursă bună de carbon pentru ciuperca Aspergillis piger, iar această ciupercă nu consumă alcool izobutilic. După cum puteți vedea, chiar și structura moleculei contează. Substanțele care sunt o sursă bună de carbon pentru unii pot fi nepotrivite și chiar toxice pentru alții.

Heterotrofei, împreună cu compușii organici, folosesc și CO2, implicându-l în metabolism. Dioxidul de carbon servește ca o sursă suplimentară de carbon pentru biosinteza substanțelor din organism.

Specificul relației dintre microorganisme și sursa de hrană carbonică determină ciclul carbonului în natură. Această caracteristică a heterotrofilor se manifestă și în timpul deteriorării multor produse alimentare, când dezvoltarea unei forme se schimbă în alta.

Nutriția cu azot. Sursele de azot - un element necesar sintezei proteinelor, acizilor nucleici și a altor substanțe care conțin azot ale celulei - în microorganisme pot fi, de asemenea, foarte diverse.

Există saprofite cunoscute (acid lactic și unele bacterii putrefactive) care, de asemenea, nu își pot sintetiza proteinele din organism din compuși simpli care conțin azot. Dezvoltarea lor este posibilă numai în prezența în mediu a unor forme organice complexe de azot (peptone, peptide) sau a unui set complet de aminoacizi care alcătuiesc proteinele celulelor lor.

Alte saprofite se pot dezvolta în substraturi care conțin doar unii aminoacizi, sau chiar unul sau doi dintre ei, și să sintetizeze toate celelalte. Ei dezaminează aminoacizii luați, iar amoniacul rezultat este utilizat în reacțiile de aminare a hidroxiacizilor sau mai des a acizilor ceto, de exemplu:

NH3 + CH2OHNONCOOH CH2OHCHNNH2COON + H20;

acid gliceric

NH3 + H2 + NOOCCH2COCOON NOOCCH2CHNNH2COON + H2O.

Acid oxalic acetic

Sinteza de noi aminoacizi poate avea loc fără dezaminarea aminoacizilor prelevați din substrat (fără formarea intermediară de amoniac) prin rearanjarea acestora (transaminare) - transferul unei grupări amino de la un aminoacid la un cetoacid cu participarea enzimelor aminotransferaze. :

R1CHNH2COOH + R2COCOON R1COCOOH + R2CHNNH2COOH.

Acid aspartic

Multe saprofite (bacterii, ciuperci, drojdii) nu au nevoie de aminoacizi gata preparate, fiind mulțumite cu compuși minerali de azot, dintre care cei mai buni sunt compușii de amoniu.

Multe microorganisme (în principal ciuperci, actinomicete și mai rar bacterii) folosesc nitrați și, mai rar, nitriți ca sursă de azot. Aceste forme oxidate de azot sunt mai întâi reduse pentru a forma amoniac.

Există bacterii și ciuperci (din clasa basidiomicetelor) care sunt capabile să utilizeze azotul atmosferic liber. Ei îl transferă într-o stare legată, reducându-l la amoniac, care este folosit pentru sinteza aminoacizilor. Aceste microorganisme sunt numite fixatori de azot sau colectoare de azot. Exemplele includ bacteriile nodulare care trăiesc în rădăcinile leguminoaselor și bacteriile fixatoare de azot care trăiesc liber în sol. Amoniacul este astfel un produs intermediar al asimilării diferitelor surse de azot.

Asimilarea elementelor de cenușă. Pentru sinteza substanțelor celulare sunt necesare diverse elemente de cenușă: sulf, fosfor, potasiu, calciu, magneziu, fier. Deși nevoia lor este nesemnificativă, dacă există o lipsă chiar și a unuia dintre aceste elemente în mediul nutritiv, microorganismele nu se vor dezvolta și pot muri.

Majoritatea microorganismelor sunt capabile să absoarbă elementele de cenușă din sărurile minerale.

Microelementele necesare pentru creșterea microorganismelor pot fi folosite și sub formă de săruri minerale.

Sursa de oxigen și hidrogen este apa și diverse alte substanțe.

Odată ajuns în celula unui microorganism, nutrientul participă la multe reacții chimice diferite. Aceste reacții, precum și toate celelalte manifestări chimice ale activității vitale a microorganismelor, se numesc colectiv metabolism (metabolism). Metabolismul include două grupe de procese vitale - catabolismul și biosinteza.

Catabolismul (metabolismul energetic) este procesul de descompunere a nutrienților - carbohidrați, grăsimi și proteine, care apar în principal din cauza reacțiilor de oxidare, având ca rezultat eliberarea de energie. În microorganisme, există două forme principale de catabolism - respirația aerobă și fermentația. În timpul respirației aerobe, distrugerea completă a substanțelor organice are loc cu eliberarea unei cantități mari de energie și formarea de produse finale sărace în energie (CO2 și H2O). În timpul fermentației, are loc descompunerea incompletă a substanțelor organice cu eliberarea unei cantități mici de energie și acumularea de produse finale bogate în energie (alcool etilic, lactic, butiric și alți acizi). Energia liberă eliberată în timpul catabolismului substanțelor organice se acumulează sub formă de energie din legăturile fosfatice ale adenozin trifosfat (ATP).

Biosinteza (metabolismul constructiv) combină procesele de sinteză a macromoleculelor celulare (acizi nucleici, proteine, polizaharide etc.) din compuși mai simpli prezenți în mediu. Procesele de biosinteză presupun consumul de energie liberă, care este produsă prin respirație aerobă sau fermentație (fie fotosinteză, fie chimiosinteză) și furnizată sub formă de ATP. Catabolismul și biosinteza au loc simultan multe reacții și produse intermediare.

Organismele care trăiesc dintr-o sursă de carbon anorganică (dioxid de carbon) sunt numite autotrof (autotrofe)(autovehicule grecești - el însuși), și organisme care folosesc o sursă de carbon organic - heterotrof (heterotrof)(greacă heteros - diferit). Spre deosebire de heterotrofe, autotrofele își satisfac toate nevoile de substanțe organice, sintetizându-le din compuși anorganici simpli.

În tabel Figura 9.1 prezintă ambele clasificări – după sursa de energie și după sursa de carbon. Relația lor este clar vizibilă. În plus, se dezvăluie un alt principiu foarte important și anume că organismele chimiotrofe sunt în întregime dependente de organismele fototrofe, care le furnizează energie, iar organismele heterotrofe sunt complet dependente de autotrofe, care le furnizează compuși de carbon.

Tabelul 9.1. Clasificarea organismelor vii în funcție de sursa principală de carbon și energie *

* (Majoritatea organismelor sunt fotoautotrofe sau chemoheterotrofe.)

Cele mai importante grupuri sunt fotoautotrofele (care includ toate plantele verzi) și chemoheterotrofele (toate animalele și ciupercile). Dacă ignorăm unele bacterii pentru moment, situația devine și mai simplă și putem spune că organismele heterotrofe depind în cele din urmă de plantele verzi pentru a le furniza energie și carbon. Uneori se numesc organisme fotoautotrofe holofitic(Holos grecesc - întreg, complet, phyton - plantă).

9.1. Definiți ce sunt nutriția fotoautotrofă și nutriția chimioheterotrofă.

Ignorând deocamdată cele două grupuri mai mici (vezi Tabelul 9.1), trebuie totuși să remarcăm imediat că activitatea vitală a organismelor chemosintetice este, de asemenea, foarte importantă - vom vedea acest lucru în secțiune. 9.10 și 9.11.

Mai multe organisme nu pot fi clasificate în întregime în niciuna dintre cele patru grupuri. De exemplu, Euglena se comportă de obicei ca un autotrof, dar unele specii pot trăi ca heterotrofe în întuneric dacă este disponibilă o sursă de carbon organic. Relația dintre cele două categorii principale este ilustrată în continuare în Fig. 9,1; De asemenea, arată cum energia și fluxurile de carbon sunt incluse în ciclul general dintre organismele vii și mediu. Aceste probleme au implicații ecologice importante (Capitolul 12).

Carbonul este eliberat în timpul respirației sub formă de CO 2 , iar CO 2 este apoi transformat înapoi în compuși organici prin fotosinteză. Ciclul carbonului este prezentat mai detaliat în Fig. 9.2, care arată rolul jucat de organismele chemosintetice în acest proces.

Orez. 9.2. Ciclul carbonului. Săgețile aldine arată calea predominantă (dintre două posibile). Conform unor estimări aproximative, cantitatea reală de carbon este: În ocean: (în principal în fitoplancton): 40·10 12 kg de carbon pe an se fixează în procesul de fotosinteză sub formă de CO 2. Cea mai mare parte este apoi eliberată prin respirație. Pe uscat: 35·10 12 kg de carbon pe an se fixează în timpul fotosintezei sub formă de CO 2; 10·10 12 kg de carbon pe an se eliberează în timpul respirației plantelor și animalelor; 25·10 12 kg de carbon pe an se eliberează în timpul respirației descompozitorilor; 5·10 12 kg de carbon pe an sunt eliberate prin arderea combustibililor fosili; această cantitate este suficientă pentru a crește treptat concentrația de dioxid de carbon din atmosferă și oceane

9.2. Uită-te la Fig. 9.2. Ce tipuri de alimente sunt prezentate aici a) pe fond gri și b) pe fond alb?

Luând în considerare compoziția chimică a plantelor, sa observat că carbonul reprezintă aproape jumătate din substanța uscată a acestora. Atomii de carbon formează scheletul tuturor compușilor organici, iar capacitatea lor de a reacționa cu alte elemente determină numărul imens al acestor compuși.

Experimentele cu culturi acvatice au arătat cu mare certitudine că plantele nu obțin marea majoritate a carbonului din sol. Pe de altă parte, dacă planta este plasată într-o atmosferă purificată de dioxid de carbon, de exemplu, sub un clopot de sticlă, în care aerul intră doar printr-un strat de soda de var, atunci va începe să dea semne de foame. Acest lucru indică faptul că marea majoritate a nevoilor de carbon ale plantelor sunt satisfăcute de dioxidul de carbon atmosferic, care reprezintă 0,03% din volumul total de aer.

Plantele extrag din dioxid de carbon aerul de care au nevoie
construirea carbonului corpului tău este una dintre cele mai importante

procesele din viața plantelor și a întregii lumi organice. Animale și oameni
pleoapele nu pot absorbi carbon direct din dioxidul de carbon și
Pentru nutriție folosesc compuși organici deja produși de plantă.
unitate.

Organismele care folosesc dioxidul de carbon din aer pentru nutriție sunt numite autotrofe. Organismele care nu pot absorbi dioxidul de carbon din aer și se hrănesc cu substanțe organice produse de alte ființe vii sunt numite heterotrofe. Pe lângă animale, acestea includ plante non-verzi - ciuperci, bacterii, unele plante superioare etc.

Pentru ca o plantă să folosească dioxidul de carbon din aer, sunt necesare condiții foarte specifice: lumină și prezența clorofilei. Procesul de formare a substanțelor organice din substanțe anorganice - dioxid de carbon și apă, care are loc în plantele verzi la lumină, se numește fotosinteză sau asimilare. Poate fi exprimat prin următoarea ecuație schematică:

Fotosinteza este un proces redox: hidrogenul este îndepărtat dintr-o moleculă de apă (oxidare), ceea ce reduce o moleculă de CO 2 . Studiile oamenilor de știință sovietici (A. N. Vinogradov, R. V. Teis) și americani (S. Ruben, M. Kamen etc.) au arătat că oxigenul liber este eliberat dintr-o moleculă de apă și nu dintr-o moleculă de dioxid de carbon, așa cum se credea mai devreme. Unicitatea fotosintezei constă în faptul că, spre deosebire de marea majoritate a altor procese, aceasta are loc cu o creștere a energiei libere a sistemului. Energia solară absorbită de pigmenți nu este irosită, ci se acumulează în produșii de reacție sub formă de energie chimică potențială.

FRUNZĂ CA ORGAN DE FOTOSINTEZĂ.

CLOROPLASTE

Dioxidul de carbon este absorbit în plastidele verzi ale celulei - cloroplaste. Prin urmare, pentru a servi ca material pentru sinteza carbohidraților, dioxidul de carbon trebuie să fie absorbit de celulele care conțin cloroplaste. Astfel de celule alcătuiesc cea mai mare parte a frunzei - mezofila. Vârful frunzei este acoperit cu epidermă și cuticulă, care este ușor permeabilă la gaze. Principala cale prin care dioxidul de carbon pătrunde în frunză este prin stomate. Deși zona deschiderilor stomatice, chiar și atunci când sunt complet deschise, constituie o parte nesemnificativă a întregii suprafețe a frunzei (nu mai mult de 1%), difuzia gazului prin acestea, în conformitate cu legile fizicii (Stefan). legea), se desfășoară cu viteză mare, iar epiderma nu prezintă aproape niciun obstacol pentru pătrunderea dioxidului de carbon în frunză. Mezofila frunzelor constă de obicei din palisadă (columnară) și parenchim spongios. Parenchimul palisat este situat pe partea superioară a frunzei și este format din celule strâns adiacente între ele, alungite perpendicular pe suprafața frunzei și bogate în cloroplaste. Această țesătură poate fi considerată asimilare prin excelență. Forma celulelor palisadei favorizează scurgerea produselor de asimilare. Capetele inferioare ale celulelor sunt adiacente celulelor colectoare speciale, care la rândul lor comunică cu fasciculele vasculare. Datorită acestui fapt, se stabilește un flux constant de asimilate din frunze către alte organe ale plantei. Parenchimul spongios este situat mai aproape de epiderma inferioară. Celulele sale sunt aranjate vag și conțin semnificativ mai puține cloroplaste. Se crede că această țesătură facilitează ventilația foii. După ce a ajuns la suprafața celulelor purtătoare de clorofilă, dioxidul de carbon se dizolvă în apă, care le saturează întotdeauna pereții. Apoi, sub formă de H2CO3, difuzează prin perete, pătrunde în citoplasmă și ajunge la plastidele verzi, care sunt absorbite.

Suprafața totală a cloroplastelor este enormă. Astfel, într-o frunză de fag este de aproximativ 200 de ori mai mare decât suprafața ei, iar într-un copac de o sută de ani ajunge la 2 hectare. Acest lucru le face mult mai ușor pentru plante să extragă dioxidul de carbon din aer. Cloroplastele constau din stromă proteino-lipidică și pigmenți care sunt ușor extrași de solvenți organici. Cel mai important pigment este clorofila. Pe lângă clorofilă, cloroplastele conțin pigmenți galbeni - carotenoizi (caroten și xantofilă). Clorofila îndeplinește funcția de a absorbi energia luminoasă și de a o transfera la reducerea dioxidului de carbon și este, de asemenea, implicată chimic în acest proces. Cu toate acestea, funcționează numai în combinație cu stroma. Stroma este purtătorul de enzime implicate în reacții fotosintetice complexe. În stromă, amidonul (primar sau de asimilare) este produs din produsul fotosintezei - zahăr. Dacă umbriți anumite zone ale foii, obțineți figuri întunecate pe un fundal deschis (testul Sachs).

Rns. . Detectarea amidonului primar folosind testul Sachs. Foaie A, parțial umbrită; B - foaie după tratament cu alcool și iod

Prin natura chimică, clorofila este un ester al acidului dicarboxilic - clorofilina și doi alcooli - metil și fitol r. Clorofila conține patru resturi de pirol interconectate, care formează un inel de porfirină, al cărui atom central este Mg. În structură, clorofila este foarte aproape de substanța colorantă din sânge - hem. Conține și un inel de porfirină, dar atomul de Fe este situat în centru. Această asemănare a fost demonstrată de C. V. Nenetsky și de omul de știință polonez L. Marchlewsky. K. A. Timiryazev a considerat stabilirea acestei asemănări ca fiind poate cea mai mare descoperire în domeniul studiului chimic al clorofilei.

Un studiu al multor sute dintre cele mai diverse specii de plante superioare a arătat că clorofila lor este exact aceeași. Cantitatea totală de clorofilă din plante este de aproximativ 1% din greutatea uscată. Clorofila din cloroplaste nu este în formă liberă, ci este legată de proteine, formând cloroglobină.

Pentru formarea clorofilei în plante sunt necesare mai multe condiții foarte specifice: prezența proplastidelor capabile să înverzească, săruri de lumină și fier.

Plantele care cresc în întuneric sunt galbene. Se numesc etiolate. Dacă le expuneți la lumină, devin rapid verzi. Se crede că acestea conțin o substanță specială numită protoclorofilă, care se formează în întuneric și, sub influența luminii, se transformă ușor în clorofilă.

Dacă plantele sunt cultivate în absența completă a sărurilor de fier, ele vor avea, de asemenea, o culoare galben pal și vor muri rapid de epuizare. Acest fenomen se numește cloroză. Deoarece fierul nu face parte din clorofilă, se crede că servește ca un catalizator specific, fără de care nu pot avea loc unele etape pregătitoare de ecologizare. Cloroza este adesea observată în natură, în special la plantele care cresc în soluri bogate în var.

În plus, plantele experimentează uneori fenomenul de albinism - incapacitatea de a forma clorofilă chiar și în cele mai favorabile condiții.

PARTICIPAREA PIGMENTILOR LA ABSORBIREA LUMINII. LUCRĂRILE lui K. A. TIMIRYAZEV

Clorofila are absorbție selectivă a energiei luminoase. Cea mai intensă absorbție are loc în razele roșii ale spectrului (lungime de undă de la 650 la 680 mmk) și albastru-violet (lungime de undă aproximativ 470 mmk). Razele verzi și unele roșii nu sunt absorbite și dau clorofilei culoarea verde smarald. Pigmenții galbeni - carotenul și xantofila - absorb lumina în părțile verzi și albastre ale spectrului.

Partea energetică a procesului de fotosinteză a fost profund dezvăluită și explicată în lucrările lui K. A. Timiryazev. El a arătat că fotosinteza are loc numai în razele spectrului absorbite de clorofilă. Cercetările ulterioare au confirmat complet această poziție. Procesul de fotosinteză are loc diferit în diferite părți ale spectrului. K. A. Timiryazev a arătat că asimilarea maximă are loc în razele roșii, care transportă energia maximă și sunt cel mai complet absorbite de clorofilă. În razele albastru-violete, asimilarea este mai slabă, deoarece transportă mai puțină energie. K. A. Timiryazev a acordat o mare importanță fundamentală întrebării despre semnificația părților individuale ale spectrului în fotosinteză. În fața lui, opinia predominantă era că lumina servește doar ca iritant. Acest punct de vedere a fost împărtășit și de contemporanii lui K. A. Timiryazev, oamenii de știință germani J. Sachs și W. Pfeffer. K.A. Timiryazev a arătat că lumina este o sursă de energie și este necesară pentru fotosinteză.

Este necesar un cuantic pentru a excita o moleculă de clorofilă, prin urmare, în razele roșii care poartă un număr mare de cuante mici, un număr mai mare de molecule ale sale vor intra într-o stare excitată.

Pe lângă absorbția selectivă a energiei luminoase, clorofila are proprietatea fluorescenței: în lumina reflectată apare roșu sânge, deoarece reflectă razele absorbite cu o modificare a lungimii de undă. Aceasta indică o activitate fotochimică semnificativă a clorofilei. Coeficientul de energie radiantă absorbită în fotosinteză este extrem de scăzut - 1% - 5%, rareori până la 10%. Cea mai mare parte se transformă în energie termică, sau crește temperatura și este disipată în spațiul înconjurător.

CHIMIA FOTOSINTEZEI

În ciuda simplității ecuației generale de fotosinteză, acest proces este extrem de complex. Acest lucru se datorează complexității moleculei de carbohidrați, care nu poate apărea imediat din substanțe atât de simple precum CO 2 și H 2 O; dificultatea de oxidare și reducere a acestor compuși puternici; participarea la reacțiile de energie luminoasă. Cercetările au arătat că fotosinteza implică nu numai câteva reacții fotochimice, ci și o serie de reacții enzimatice, așa-numitele reacții întunecate.

Utilizarea metodelor de atomi marcați (izotopi C, P, O, N), cromatografie de separare pe hârtie, electroforeză, schimb ionic

Orez. 134. Ciclul transformărilor fotosintetice ale carbonului după Calvin

purificarea și separarea și unele altele au făcut posibilă dezvăluirea chimiei fotosintezei.

O serie de studii au stabilit că prima etapă de asimilare a dioxidului de carbon
este adăugarea de CO 2 la un acceptor (substanță care percepe
luând, adăugând altă substanță), carboxilat

RH + CO2_→ R COOH.

Astfel, nu carbonul dioxidului de carbon suferă reducerea fotosintetică, ci carbonul grupării carboxil. Cercetări ample pentru elucidarea naturii acceptorilor primari și a căilor pentru transformarea fotosintetică a carbonului au fost efectuate de omul de știință american Calvin și colegii săi. Schema transformărilor fotosintetice ale carbonului, conform lui Calvin, este prezentată în Fig. 134. El consideră că procesul de fotosinteză este ciclic și ramificat în natură: o ramură a acestui ciclu duce la formarea de produși stabili direct ai fotosintezei - carbohidrați, cealaltă este de natură ciclică și duce la formarea unui acceptor de CO 2 - ribuloza difosfat, care implica din ce in ce mai multe molecule noi si noi de CO 2.

Alături de aceste transformări complexe ale carbonului, compușii organici ai fosforului bogat în energie, c. în special adenozin trifosfat (ATP). Acest proces se numește fosforilare fotosintetică:

Acid adenozin trifosforic (ATP)

Energia legăturilor macroergice (bogate în energie, ~) fosfat ale ATP merge către procesele de reducere. În timpul hidrolizei legăturilor de înaltă energie, se eliberează 7000-16.000 de cal pe gram de moleculă de fosfat scindat.

Reacțiile luminoase ale fotosintezei includ:

1) descompunerea apei (clorofilă activată + 2H 2 O clorofilă inactivată + + 4H + 2O),

2) fosforilarea fotosintetică,

3) sinteza aminoacizilor si proteinelor.

Reacțiile de viteză ale fotosintezei includ:

1) fixarea acceptorului de CO2,

2) transferul de hidrogen activ la compusul în care este fixată molecula de CO2,

3) reducerea acceptorului de CO2,

4) formarea zaharurilor.

Descrierea de mai sus a transformării fotosintetice a carbonului nu epuizează complexitatea acestui proces. În special, se crede că nu numai ribuloză difosfat, ci și alți compuși pot acționa ca acceptor de CO2.

NUTRIȚIA MINERALĂ A PLANTELOR

SUBSTANȚE OBȚINUTE DIN SOL DE PLANTE

Nu există un singur element care să nu se găsească în plante. Un element poate fi o impuritate aleatorie și se acumulează în plante în cantități mari, sau poate fi prezent într-o cantitate neglijabilă, dar este cu siguranță necesar. S-a stabilit că o plantă se poate dezvolta cu succes dacă în soluția nutritivă sunt prezente doar șapte elemente: K, Ca, Mg, S, Fe, N și P. Această opinie a fost susținută în știință de mai bine de 50 de ani, dar a fost a constatat că multe alte elemente joacă un rol important în viața plantelor. S-a constatat că pentru creșterea și dezvoltarea normală a plantelor sunt necesare în cantități neglijabile Mg, Zn, Cu, Al, I, Md etc.

Substantele obtinute de plante din sol pot fi impartite in doua grupe in functie de natura lor chimica: metaloizi si metale.

Metaloizii pătrund în plante sub formă de anioni ai sărurilor corespunzătoare. Sunt necesare pentru formarea substanțelor organice. Metalele pătrund în plante sub formă de cationi. Ele se găsesc în celule în stare liberă sau slab legate și servesc ca regulatori ai proceselor de viață. De exemplu, magneziul face parte din clorofila, fierul și enzimele de cupru etc.

METALOIZII

Azot. Intră în plantă sub formă de anioni NO3 și NO2 și sub formă de cation NH4. Importanța sa în viața plantelor este foarte mare.

Fosforul este perceput de plante sub formă de anioni ai sărurilor de acid fosforic PO4 intră în moleculele proteice în aceeași formă oxidată. Esterii acidului fosforic și fosfatidele se formează în plante, care sunt o componentă necesară a citoplasmei, precum proteinele. Fosforul se află în centrul întregului metabolism energetic al celulei. Vitaminele și unele enzime își manifestă efectul numai în combinație cu acid fosforic.

Când reziduurile de plante se descompun, acidul fosforic este eliberat sub formă de săruri anorganice și poate fi folosit din nou de către plante.

Sulful este absorbit numai sub formă de anionul acid sulfuric SO4, sursa sa este sărurile solubile. Este folosit pentru sinteza proteinelor datorită produselor fotosintezei - carbohidrați, face parte din uleiurile de muștar și usturoi și este implicat în respirație și creștere.

Când reziduurile de plante putrezesc, sulful este desprins din molecula de proteină sub formă de hidrogen sulfurat, care nu este absorbit de plante și este foarte toxic pentru rădăcini. Este transformat într-o formă adecvată de bacteriile sulfuroase care oxidează hidrogenul sulfurat și acidul sulfuric.

Potasiul se găsește în celulele meristeme și în organele tinere. Există mult potasiu în legumele rădăcinoase, tuberculi și semințele amidonoase. Potasiul are o mare mobilitate. Din organele vechi, pe moarte, se mută în părțile vitale mai tinere ale plantei (reutilizare). Îngrășămintele cu potasiu au aproape întotdeauna un efect benefic asupra randamentului culturilor.

Sodiul este adesea prezent în cenușa plantelor în cantități mari, dar nu este deosebit de important pentru viață și poate fi exclus din soluția nutritivă. Doar holofitele, plante caracteristice solurilor saline, cresc mai bine în prezența sărurilor de sodiu. Plantele cultivate de acest tip includ sfecla de zahăr, al cărei strămoș sălbatic crește pe solurile sărate ale Mării Mediterane.

Magneziul se găsește în principal în organele și semințe tinere (până la 10-15% cenușă). Efectul său fiziologic este apropiat de cel al potasiului. Magneziul face parte din unii compuși organometalici, în special clorofilei, și poate activa acțiunea anumitor enzime. Efectul magneziului depinde de compoziția solului. Plantele care cresc pe soluri ușor nisipoase și lut nisipoase răspund brusc la aplicarea îngrășămintelor cu magneziu.

Calciul este necesar pentru creșterea țesuturilor tinere. Face parte din structurile și nucleele citoplasmatice. Compușii de calciu cu substanțe pectinice formează baza plăcilor mijlocii care lipesc pereții celulelor unul de celălalt. Multe enzime sunt active numai în prezența ionilor de calciu. Crește vâscozitatea citoplasmei și afectează fluxul de substanțe în celulă. Una dintre funcțiile importante ale calciului este neutralizarea acidului oxalic, care se formează ca produs secundar metabolic. În absența calciului, există o suprimare puternică a sistemului radicular. Există mai ales mult calciu în organele vechi.

MICROELEMENTE

Microelementele sunt necesare plantelor în cantități neglijabile și devin toxice în doze mari.

Fierul este implicat în formarea clorofilei ca catalizator. Face parte din enzimele oxidate și joacă un rol extrem de important în procesul de respirație. Poate că fierul este implicat în procesul de fotosinteză și procesele redox din celulă ca purtător de electroni.

Zincul este inclus în unele enzime. În absența zincului, se observă inhibarea creșterii puieților tineri și bolile citricelor și fructelor de tung.

Manganul activează activitatea multor enzime, joacă un rol major în reducerea nitraților din plantă și afectează procesele redox de conversie a fierului. Pentru o creștere normală, plantele au nevoie de o cantitate neglijabilă de mangan, așa că aplicarea îngrășămintelor cu mangan nu dă întotdeauna un rezultat pozitiv. Sfecla de zahăr, bumbacul, tutunul și alte culturi răspund la astfel de îngrășăminte.

Când borul este deficitar, punctele de creștere ale plantelor mor, aranjamentul elementelor xilem și floem este perturbat, iar conductivitatea lor se pierde complet. Borul are un efect benefic asupra înfloririi și fructificării. Îngrășămintele cu bor sunt necesare pe solurile calcaroase. Sfecla de zahăr și leguminoasele sunt foarte sensibile la aceste îngrășăminte. La concentrații ridicate are un efect inhibitor asupra plantelor.

Cuprul afectează sistemul redox și face parte dintr-un număr de sisteme enzimatice.

Atunci când există o deficiență a unuia sau altui element, plantele prezintă anumite simptome de deteriorare, prin care se poate determina care element lipsește. Astfel, cloroza frunzelor indică o lipsă de fier, moartea rădăcinilor indică o lipsă de calciu, iar moartea punctelor de creștere indică o lipsă de bor. Cu toate acestea, o astfel de diagnosticare detectează o formă avansată de foame, care nu poate fi corectată prin aplicarea de îngrășăminte.

MIȘCAREA SUBSTANȚELOR ÎN PLANTE.

REGIMUL DE APĂ AL PLANTELOR. EFECT ASUPRA PLANTELOR CU TEMPERATURĂ ÎNALTĂ ȘI JOZĂ

DOI CURENȚI AI SUBSTANTELOR DIN PLANTĂ

Existența organismului vegetal ca întreg unic, relația fiziologică a organelor individuale situate în medii fizice diferite și care îndeplinesc funcții diferite, sunt posibile numai dacă substanțele minerale și organice se mișcă.

Faptul mișcării substanțelor într-o plantă în două direcții a fost stabilit încă din 1679 de către Malpighi prin inelare. Dacă îndepărtați o secțiune de coajă sub formă de inel de pe tulpină, frunzele de pe ea rămân în viață și nu prezintă semne de ofilire, iar fructele sunt chiar mai mari decât pe ramurile fără inele. Aceasta arată că mișcarea apei și a mineralelor din sol are loc prin lemn (xilem). Acest flux de substanțe a fost numit ascendent. La marginea superioară a decupajului inelar, stagnarea nutrienților și creșterea țesutului de scoarță are loc sub forma unui influx. Dacă afluxul nu restabilește partea îndepărtată a scoarței, atunci rădăcinile mor de epuizare și întreaga plantă moare. Aceasta înseamnă că substanțele plastice se deplasează de la frunze la rădăcini de-a lungul scoarței (în principal de-a lungul floemului). Acest flux de substanțe a fost numit descendent.

Multă vreme, știința a susținut părerea că numai substanțele organice se deplasează prin floem și doar apa și mineralele se deplasează prin xilem. Cu toate acestea, studii recente care utilizează metoda atomului marcat au arătat că nu numai substanțele organice, ci și minerale se pot deplasa prin floem. Acesta este în principal potasiu, fosfor și parțial calciu. Mai mult, această migrare poate avea loc în orice direcție. După ce s-a dovedit că substanțele organice sunt sintetizate și în rădăcină, a devenit clar că nu numai mineralele, ci și substanțele organice se deplasează în sus de-a lungul xilemului. În plus, s-a stabilit că substanțele minerale și organice din rădăcină pot ridica floem.

Legile care guvernează mișcarea substanțelor organice sunt încă prost înțelese. Studiile au arătat că viteza de mișcare a substanțelor organice este de multe ori mai mare decât viteza de difuzie, că fasciculele vasculare se disting printr-o respirație foarte intensă și că celulele floemului sunt capabile nu numai să conducă substanțele organice, ci și să le supună diferitelor transformări. Acest lucru ne-a permis să presupunem că compușii organici se mișcă prin floem nu ca urmare a curgerii pasive a soluțiilor sau difuziei, ci ca urmare a unor reacții de schimb care au loc continuu în tuburile de sită între citoplasmă și moleculele în mișcare.

MIȘCAREA APEI ÎN INSTALĂ

Calea pe care o parcurge apa în plantă este împărțită în două părți: 1) de-a lungul celulelor vii de la părul rădăcinii la vasele cilindrului central al rădăcinii și de la vasele frunzei la celulele mezofile care evaporă apa în intercelular. spatii; 2) prin celulele moarte ale sistemului conducător - vase și traheide.

Calea apei prin celulele vii se măsoară în milimetri, dar prezintă mari dificultăți, deoarece la trecerea de la o celulă la alta, apa întâmpină o rezistență semnificativă, astfel încât apa nu poate fi transmisă pe distanțe mari în acest mod. În cea mai mare parte, apa trece prin celule moarte, goale, alungite - traheide, sau prin tuburi goale - vase.

Absorbția apei și mișcarea ei în sus se realizează ca urmare a acțiunii combinate a următorilor factori: presiunea rădăcinii (motor de capăt inferior), transpirație (motor de capăt superior), forțele de aderență ale moleculelor de apă.

Lichidul care curge atunci când plantele plâng se numește seva. Compoziția sa chimică nu este constantă. Primavara, cand are loc hidroliza carbohidratilor de rezerva, este bogat in zaharuri, acizi organici si contine putine minerale. Eliberarea de picături de apă lichidă poate avea loc și prin frunze, prin stomatele speciale de apă - hidatode Acest fenomen se numește gutație. Gutația are loc într-o atmosferă moderat caldă și umedă saturată cu vapori de apă, când apare o disproporție între alimentarea cu apă și evaporarea acesteia. Este cel mai frecvent la plantele din zonele tropicale și subtropicale și uneori apare cu o asemenea forță încât dă impresia de ploaie. Printre plantele din zona temperată, salcia, cartofii, hrișca etc. suferă în mod activ gutarea plânsul și guttarea plantelor nu sunt doar procese osmotice, deoarece se opresc atunci când rădăcinile sunt expuse la substanțe care inhibă respirația. Înainte de a intra în vasul rădăcinii, apa absorbită de părul rădăcinii trebuie să călătorească prin celulele vii ale parenchimului scoarței. Potrivit lui D. A. Sabinin, un astfel de flux unidirecțional de apă este posibil numai dacă există o diferență de metabolism în diferite părți ale celulei, în care se formează mai multe substanțe turgorogene la un pol al celulei decât la celălalt și, în consecință, , apare o presiune osmotică mai mare și o forță de aspirație mai mare. Curgerea apei din celule în vase are loc datorită faptului că soluția din vase are o forță de aspirație mai mare decât celulele din apropiere. Vasele sunt celule moarte fără citoplasmă și forța lor de aspirație este egală cu întreaga valoare a presiunii osmotice a soluției (S = P), în timp ce în celulele vii există și presiunea de turgescență și S = P-T. Apa din vase si traheide are forma unor fire subtiri, ale caror capete inferioare se sprijina pe celulele parenchimului radacinii, iar cu capetele lor superioare par a fi suspendate de celulele evaporate ale frunzei. Pentru ca apa să se deplaseze în sus, este necesar ca celulele de evaporare să aibă suficientă forță de aspirație, care este mai mare, cu cât evaporarea este mai puternică. În celulele frunzelor plantelor lemnoase ajunge la 10-15 atm.

Cu toate acestea, după cum a arătat omul de știință rus E.F. Votchal, ridicarea apei la o înălțime mare prin vase este posibilă numai dacă există fire continue de apă, ceea ce este asigurat de forțele de aderență a moleculelor de apă între ele și pe pereții vaselor. Forța de aderență ajunge la 300-350 atm.

TRANSPIRAȚIA

Evaporarea apei de către o plantă nu este doar un proces pur fizic, ci și fiziologic, deoarece este foarte influențată de caracteristicile anatomice și fiziologice ale plantei. Acest proces se numește trinspirație.

Evaporarea apei dintr-o frunză are loc de la suprafața celulelor mezofile Conform calculelor lui Terrell, această suprafață la plantele din habitatele moderat umede este de 12-19 ori mai mare decât suprafața exterioară a frunzelor, iar la plantele din habitatele aride - 17-30. ori. Apa vaporoasă pătrunde în spațiile intercelulare și difuzează prin fantele stomatice. Acest tip de transpirație se numește stomatică. Aria fisurilor stomatice este de aproximativ 1% din suprafața totală a frunzei. Cu toate acestea, așa cum sa menționat deja în ceea ce privește difuzia gazelor în timpul fotosintezei, difuzia vaporilor prin stomată are loc în aceeași viteză ca și în absența epidermei. Una dintre cele mai importante caracteristici ale aparatului stomatic este capacitatea de a deschide și închide deschiderile stomatice. Peretele celulelor de gardă are o grosime inegală: partea de perete adiacentă golului este îngroșată semnificativ, în timp ce restul peretelui rămâne subțire. Acest lucru duce la faptul că atunci când apa este aspirată, partea exterioară subțire a peretelui se întinde mult mai mult decât cea groasă, curbura celulelor crește și golul se deschide. Pe măsură ce volumul celulei de gardă scade, peretele subțire se îndreaptă și golul se închide. Baza procesului care determină schimbarea turgenței în celulele de gardă este conversia amidonului în zahăr și invers, care este cauzată de o modificare a cursului reacțiilor enzimatice. Influență mare asupra deschiderii stomatice

Orez. 143. Modificarea transpirației în funcție de modificările indicatorilor meteorologici de bază în timpul zilei:

/ - radiatia solara totala, 2 - deficit de saturatie, 3 - temperatura, 4 - intensitate

transpirație

oferă lumină. La lumină, stomatele se închid doar cu mare dificultate. Această deschidere fotoactivă a stomatelor este de natură adaptativă: dioxidul de carbon pătrunde în frunză prin stomată, iar pentru procesul de fotosinteză este necesar ca stomatele să fie deschise în timpul zilei. Folosind diferite metode, puteți monitoriza progresul mișcărilor stomatice de-a lungul zilei. Pe vreme senină, nu foarte caldă și uscată, fisurile stomatice ale majorității plantelor se deschid în zori, sunt cel mai larg deschise dimineața, până la amiază încep să se îngusteze și să se închidă ceva mai devreme decât apusul soarelui. Pe vreme uscată și caldă, fisurile stomatice se închid complet până la amiază și se deschid din nou seara. Stomatele se comportă diferit la diferite plante. Astfel, la cartofi, varză și alte plante, stomatele sunt de obicei deschise non-stop la cereale, stomatele sunt închise noaptea; Majoritatea plantelor ocupă o poziție intermediară în acest sens. Mișcarea aparatului stomatic în funcție de condițiile externe este foarte complexă și nu poate fi întotdeauna luată în considerare.

Împreună cu stomatele, întreaga suprafață a frunzelor participă și la evaporarea apei, în ciuda faptului că este acoperită cu o cuticulă. Această formă de transpirație se numește cuticulară. La frunzele adulte, transpirația cuticulară este de 10-20 de ori mai slabă decât transpirația stomatică.

Transpirația are următorul sens: 1) creează un flux continuu de apă, 2) facilitează mișcarea mineralelor de la rădăcină la frunze, 3) protejează frunzele de supraîncălzire.

Cantitatea de apă prin care o trece planta este enormă. O plantă de floarea soarelui sau de porumb evaporă mai mult de 200 kg de apă în timpul sezonului de vegetație.

Transpirația depinde de condițiile meteorologice: temperatura aerului, lumină, vânt, deficiența saturației aerului cu vapori de apă, precum și de cantitatea de apă din plantă. Rezultă acele curbe complexe care caracterizează cursul zilnic al acestui proces în natură (Fig. 143). Experimentele au arătat că, pentru dezvoltarea normală, plantele nu au nevoie de cantitatea uriașă de apă pe care o pierd în condiții naturale și că transpirația poate fi foarte des redusă în beneficiul lor. Astfel, cea mai luxuriantă dezvoltare a plantelor se observă într-un climat tropical umed, unde umiditatea solului și a aerului sunt foarte mari. Plantele cresc mai bine în sere dacă umiditatea este menținută cât mai ridicată. Chiar și în culturile de câmp, irigarea prin stropire răcoritoare este utilizată pentru a crește umiditatea aerului și a reduce transpirația.

BILANT APA PLANTEI

Plantele care trăiesc pe uscat trebuie să mențină citoplasma celulelor lor într-o stare suficient de saturată cu apă. Prin urmare, au o serie de caracteristici în structura lor, care, pe de o parte, asigură o reducere a cantității de apă pierdută (cuticule care acoperă toate părțile supraterane, acoperirea cu ceară, firele de păr etc.), iar pe de altă parte , o alimentare rapidă cu apă de la sol la frunze (sistem radicular puternic, sistem conducător bine dezvoltat etc.). În același timp, pentru ca procesul de fotosinteză să se desfășoare cu succes, este necesar un contact strâns al celulelor purtătoare de clorofilă cu atmosfera înconjurătoare. Acest lucru duce la evaporarea continuă a apei de către celule, care este sporită de încălzirea frunzei datorită absorbției energiei solare de către clorofilă, care este, de asemenea, necesară pentru fotosinteză. K. A. Timiryazev a numit această contradicție internă profundă între nutriția cu carbon și regimul apei un „rău necesar”, deoarece în condiții de secetă poate duce la moartea plantei. Această contradicție lasă o amprentă profundă asupra structurii plantelor și asupra întregii lor activități de viață.

Una dintre cele mai importante condiții pentru funcționarea normală a plantelor terestre superioare este reducerea echilibrului apei, adică a relației dintre afluxul și scurgerea apei, fără deficit pe termen lung și profund. În zilele moderat umede și nu prea calde, această stare se menține. Dar în zilele senine de vară, până la prânz, transpirația crește atât de mult încât apare un deficit de apă, care, cu suficientă umiditate a solului, ajunge la 5-10%, iar cu o lipsă de umiditate în sol crește la 25% sau mai mult. Acest lucru este destul de normal. O creștere suplimentară a deficitului de apă este împiedicată de capacitatea plantelor, sub influența pierderilor de apă, de a-și regla transpirația în limite destul de largi.

Cu toate acestea, această reglementare are limitele sale, iar odată cu o creștere semnificativă a transpirației și uscarii solului, apare o perturbare accentuată a echilibrului apei, care se exprimă în exterior prin ofilire. În același timp, celulele își pierd turgul, frunzele, iar lăstarii tineri atârnă în jos. Ofilirea nu înseamnă că planta și-a pierdut activitatea vitală. Dacă planta este furnizată cu apă în timp util, turgorul este restabilit. Există două tipuri de ofilire a plantelor: temporară și pe termen lung. Primul se observă cu o creștere puternică a transpirației, când apa provenită din sol nu are timp să-și acopere deșeurile. În același timp, frunzele care consumă cea mai mare apă își pierd turgul și se ofilesc, în timp ce organele rămase ale plantei conțin încă o cantitate suficientă de apă. Când transpirația slăbește, de exemplu seara, deficitul de apă dispare și planta își revine fără umiditate suplimentară a solului. Ofilirea temporară nu dăunează mult plantelor, dar totuși reduce randamentul, deoarece oprește fotosinteza și creșterea. Ofilirea pe termen lung apare atunci când solul nu conține suficientă apă disponibilă pentru plante. În același timp, deficitul de apă nu dispare peste noapte și până dimineața: plantele nu sunt complet saturate cu apă și nu sunt capabile să funcționeze normal. În aceste condiții, turgul scade treptat în toate organele plantei, până la firele de păr de rădăcină, deoarece frunzele ofilite, având o mare putere de aspirație, atrag apă din ele. Firele de păr din rădăcină mor, așa că, chiar și cu udare abundentă, plantele își restabilesc rata anterioară de aprovizionare cu apă numai după câteva zile, când se formează noi fire de păr de rădăcină. Studiile lui N. A. Maksimov, N. M. Sisakyan și alții au arătat că ofilirea cauzează un efect profund asupra stării biocoloizilor celulari, ceea ce duce la tulburări metabolice. Procesele de hidroliză sunt intensificate, procesele de sinteză sunt întârziate. Acest lucru afectează toate funcțiile fiziologice ale plantei - fotosinteza, respirația, mișcarea substanțelor, creșterea etc. Recolta scade, boabele devin slabe. Ofilirea pe termen lung provoacă modificări ireversibile, iar celulele mor în cele din urmă chiar și atunci când alimentarea cu apă este restabilită. În același timp, ofilirea este o modalitate foarte eficientă de a întârzia transpirația în perioadele cele mai periculoase pentru plantă. În stare ofilită, pierderea de apă de către plantă este de 5-10 ori mai mică decât într-o perioadă favorabilă.

La diferite plante, ofilirea are loc atunci când se pierd cantități inegale de apă. Astfel, floarea soarelui și cartofii nu se ofilesc cu o pierdere de 25-30% de apă, dar alte plante, în special cele umbrite, se ofilesc cu o pierdere de 2-3% de apă. Relația dintre producția de apă și consumul de apă depinde de mulți factori. Aceasta determină o diversitate extraordinară de tipuri de plante terestre în raport cu regimul apei.

EFECTUL LIPSEI DE UMIDITATE ASUPRA PLANTELOR

ȘI TEMPERATURILE MARE.

REZISTENTA LA UCETA SI LA CALDURA

Seceta este o manifestare ascuțită a lipsei de umiditate, care duce la perturbarea regimului de apă al plantelor. Seceta poate fi atmosferică sau solului. Seceta atmosferică se caracterizează prin temperatură ridicată și umiditate relativă scăzută (10-20%). Aceasta duce la ofilirea plantelor. Temperatura ridicată a aerului care însoțește seceta atmosferică determină încălzirea intensă a plantelor. Vânturile uscate – vânturile fierbinți foarte uscate – provoacă daune mari plantelor. În același timp, o parte semnificativă a frunzelor se usucă și moare. În timpul secetei atmosferice, sistemul radicular rămâne intact. Pe o perioadă lungă de timp, seceta atmosferică provoacă uscarea solului - seceta solului. Este mai periculos pentru plantă, deoarece duce la ofilirea prelungită. S-a remarcat deja că ofilirea plantelor perturbă metabolismul și reduce semnificativ randamentul.

Diferite părți ale plantelor răspund diferit la secetă. Astfel, o scădere a conținutului de apă din frunze duce la o creștere a forței lor de suge, iar acestea încep să sugă apa din conurile de creștere ale tulpinii, mugurilor și fructelor puse. Acest lucru provoacă moartea florilor sau sterilitatea lor, formarea de boabe mici - captare. Frunzele superioare își păstrează activitatea vitală mai mult timp în timpul secetei decât frunzele inferioare, deoarece trag apă din ele. Această caracteristică a frunzelor superioare se explică prin faptul că se află în condiții de apă oarecum dificilă