Фотосинтез и продуктивность растений

Процесс фотосинтеза, присущий зеленым растениям и иг­рающий исключительную роль в их жизни, возник как продукт эволюционного развития. Параллельно с ним возникли, исторически развивались и сохранились до наших дней другие процессы формирования органических соединений — хемосин­тез и фоторедукция у современных бактерий.

При изучении этой темы необходимо уяснить, что фотосинтез является основой биоэнергетики на земном шаре, определить природу основных реакций фотосинтеза, его физи­ко-химическую сущность, составляющие энергетического баланса, распределение поглощенного света по пигментам зеле­ной клетки, этапы развития представлений о процессе фотосинтеза. Составить представление о роли воды как основном доноре водорода в реакциях восстановления СО₂.

Следует также изучить первичные процессы фотосинтеза у Сз-, С₄- и САМ-растений, пути миграции энергии, структуру и функции электроннотранспортной цепи фотосинтеза, квантовый расход и квантовый выход, циклическое и нециклическое фотофосфорилирование, основные закономерности функ­ционирования электроннотранспортной цепи в связи с реак­циями энергообмена.

Необходимо выявить роль хлоропласта как транспортирующей органеллы, путь углерода и кислорода в фотосинтезе, ме­таболические особенности Сз- и С₄-растений, их использование для оценки продуктивности посевов. Проследите разнообразие продуктов фотосинтеза. Рассмотрите гипотезы о физиоло­гической сущности фотодыхания и его энергетической роли.

Следует обратить внимание на системы регуляции фотосинтеза, лист как орган фотосинтеза, транспорт ассимилятов в листовой пластинке, плазмодесмы и симпластический транспорт ассимилятов, регулирование транспорта ассимилятов, фотосинтез и обмен веществ в растительной клетке, биосинтез аминокислот, белков, липидов, фитогормонов, полисахаридов, отложение веществ в запасающих тканях, функционирование тонопласта и молекулярные аспекты сахаронакопления, крах-малистость, сахаристость, масличность и белковость сельско­хозяйственных растений.

Необходимо изучить интенсивность фотосинтеза, методы ее определения, зависимость этого показателя от освещенности и спектрального состава света, влияние внешних и внутренних факторов на интенсивность фотосинтеза, компенсационные точки, взаимодействие факторов и регуляторную роль фото­синтеза. Отметить возможные пути повышения фотосинтети­ческой активности сельскохозяйственных культур. Фотосинтез — основа продуктивности агрофитоценозов. В связи с этим требуется изучить соотношение между скоростью ассимиляции углекислоты и активностью отдельных звеньев фотосинтеза, регуляцию фотосинтеза на уровне органа и целого растения.

Важно знать физиологические основы светокультуры растений, выращивание растений без естественного облучения, оп­тимальный световой режим в защищенном грунте, приемы искусственного облучения растений, принципы использования лазерной технологии выращивания сельскохозяйственных культур и перспективы ее развития, что такое фитотроны и фитотроника, каковы пути ускорения селекционного процесса.

Следует хорошо уяснить количественную теорию фотосинтеза, КПД посевов и ценозов, теоретический КПД фотосинтеза и методику его определения, выяснить фазовый и биологический КПД фотосинтетически активной радиации (ФАР) и их использование при программировании урожаев. Посевы и насаждения следует рассматривать как фотосинтезирующие системы с различным КПД ФАР, густотой стояния растений и их структурой, определить основные пути формирования посевов высокой продуктивности, дать характеристику фитометрическим параметрам агрофитоценозов с запрограммирован­ной урожайностью (площадью листьев, чистой продуктивнос­тью фотосинтеза, фотосинтетическим потенциалом).

Необходимо знать о международной биологической про­грамме «Фотосинтез и продуктивность растений» и ее роли в обеспечении населения земного шара продуктами питания.

Вопросы для самопроверки

1. Современные представления о сущности световой фазы фотосинтеза.

2. Последовательность восстановления СО₂ в процессе фо­тосинтеза, первичные продукты фотосинтеза.

3. Биоэнергетика фотосинтеза. Теоретический коэффициент фотосинтеза, его определение.

4. Фитометрические параметры посевов высокой продук­тивности.

5. Теоретические основы и практические приемы создания посевов высокой продуктивности.

6. Фотосинтез и обмен веществ в растительной клетке. Ме­ханизм регуляции целенаправленного обмена веществ в рас­тениях.

7. Выращивание растений в искусственном климате. Све­токультура растений.

8. Влияние лазерной обработки на продуктивность сель­скохозяйственных культур.

9. КПД ФАР: фазовый и биологический, их определение.

10. Задачи международной биологической программы «Фо­тосинтез и продуктивность растений».