Повышение эффективности фотосинтеза

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА [c.242]

Совершенно очевидно, что один из наиболее перспективных методов крупномасштабного преобразования солнечной энергии основан на использовании биосистем. Широкое применение биосистем для получения энергии способно обеспечить свыше 15 % производства энергии для экономически развитых стран. В последние 10—15 лет намечены новые пути биотрансформации солнечной энергии при фотосинтезе. Установлено, что некоторые микробиологические системы характеризуются высокой эффективностью фотосинтеза. Так, фоторазложение воды, осуществляемое суспензией хлореллы с образованием кислорода, в оптимальных условиях культивирования дает 130—140 л газа с 1 м освещаемой поверхности в сутки. Известно, что одна из особенностей процесса фотосинтеза — уменьшение эффективности преобразования солнечной энергии при высоких значениях интенсивности света. Новые технологии позволяют повысить эффективность фотосинтеза при высокой интенсивности света. Разрабатываются системы, эффективно поглощающие световой поток и обогащенные реакционными центрами по отношению к пигменту. Световые кривые фотосинтеза улучшаются также с увеличением скорости лимитирующей стадии электронного транспорта. Например, проведение процесса при повышенных температурах в системах термофильных микроорганизмов увеличивает эффективность преобразования солнечной энергии при высокой интенсивности света. [c.26]

Повышение эффективности процесса фотосинтеза [c.150]

Повышение эффективности использования света наблюдалось при высокой интенсивности света, высокой концентрации СО2 и температуре 25° С. Когда же свет пропускали через светофильтр, снижающий его интенсивность в 20 раз, прерывистое освещение оказывалось не более эффективным, чем непрерывное, и скорость фотосинтеза была пропорциональна произведению интенсивности света на продолжительность освещения, т. е. пропорциональна общему количеству света. [c.232]

Фотосистемы I и И [39]. Еще в 1943 г. Эмерсон и Люис обнаружили, что квантовый выход фотосинтеза зеленых растений при освещении в области 695—700 нм значительно ниже, чем в области -<670—680 нм [40]. Эффективность этого длинноволнового излучения сильно повышается при добавлении коротковолнового света, при этом квантовый выход фотосинтеза при освещении обоими участками спектра выше, чем при простом суммировании, Такое неаддитивное повышение интенсивности фотосинтеза в длинноволновой части спектра называют эффектом Эмерсона. Эффект Эмерсона отвечает по спектру действия хроматическим переходам. Они заключаются в изменении скорости выделения кислорода при быстрой смене длины волны действующего света коротковолновое излучение вызывает кратковременное повышение скорости выделения кислорода, а длинноволновое —снижение этой скорости. [c.25]

Человек с древнейших времен пытается всеми возможными средствами увеличить эффективность фотосинтеза. Интуиция и накопленный опыт, знания и теоретические представления помогли решить некоторые проблемы повышения продуктивности фотосинтетической деятельности высших растений. Для повышения активности фотосинтетического аппарата зеленых растений необходимо [c.39]

Большинство биологов, соглашаясь с мнением о важности искусственного фотосинтеза, считают, что его осуществление в промышленных масштабах является делом далекого будущего и что следствием расшифровки механизма фотосинтеза будет, в первую очередь, управляемое значительное повышение эффективности использования солнечной энергии сельскохозяйственными растениями. [c.11]

Интенсивность фотосинтеза является важнейшим фактором, влияющим на урожайность сельскохозяйственных растений. Поэтому изучение различных воздействий, влияющих на фотосинтез, по всей вероятности, должно привести к повышению эффективности сельского хозяйства. [c.272]

Сорта с повышенной продуктивностью фотосинтеза способны более эффективно использовать солнечную энергию, элементы питания, воду и формировать высокий урожай при относительно небольшой площади листьев, что снижает опасность полегания посевов. Показано, что у современных сортов зерновых культур с уменьшением высоты стебля и фотосинтезирующей поверхности листьев усиливается перемещение продуктов фотосинтеза в генеративные органы. Это способствует лучшему пи- [c.368]

Детальное изучение этой зависимости привело Блэкмана к выводу, что действие любого внешнего фактора ограничивается фактором, находящимся в данных условиях в минимуме. Данный вывод нашел свое выражение в так называемом законе ограничивающих факторов, согласно которому недостаток в каком-либо факторе (свет, СОг, температура) полностью исключает возможность повышения интенсивности фотосинтеза путем регулирования других факторов. Последующие работы показали, однако, что такого рода утверждение является неправильным, поскольку действие каждого фактора не изолировано, а взаимосвязано с действием других. Было установлено, что фактор, находящийся в минимуме, лишь снижает относительную эффективность действия других факторов, но отнюдь не исключает это действие полностью. [c.197]

Изучение физической и коллоидной химии дает возможность получить более глубокие знания об окружающем мире и, в частности, позволяет на более высоком уровне решать проблемы, связанные с развитием научных основ ведения сельского хозяйства. Физико-химический подход позволяет понимать процессы, идущие в такой сложной системе, как почва, улучшать производство новых удобрений, внедрять более эффективные методы разработки и вводить химические средства борьбы с вредителями и болезнями растений. Исследования фотохимических реакций, столь блестяще начатые К- А. Тимирязевым, позволяют глубже понять сущность сложных процессов фотосинтеза. Исследование почвенных коллоидов — необходимое условие повышения плодородия. [c.7]

Повышение цен на традиционные источники энергии (природный газ, нефть, уголь) и угроза их исчерпания побудили ученых обратиться к альтернативным путям получения энергии. Роль биотехнологии в создании экономичных возобновляемых энергетических источников (спиртов, биогенных углеводородов, водорода) чрезвычайно велика. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Перспективно продолжение исследований по усовершенствованию и внедрению процессов производства метана, этанола, созданию на основе микроорганизмов (и ферментов) элементов, эффективно производящих электричество, а также по организации искусственного фотосинтеза, в частности биофотолиза воды, при котором можно получать богатые энергией водород и кислород. [c.204]

Чтобы получить уверенность в том, что изучение дневных и сезонных изменений фотосинтеза растений всегда производится в состоянии насыщения углекислотой, в описанном выше приборе было применено повышение копцентрации СО2 в искусственно приготовленной газовой смеси (в пределах от 1 до 0.3%). Для проверки эффективности этого приема были поставлены опыты по влиянию концентрации СО2 на интенсивность фотосинтеза при скорости тока газовой смеси 40 л/час. Результаты этих опытов, приведенные в табл. 1, показывают, что при изменении концентрации СО2 в пределах от 1 до 0.3% интенсивности фотосинтеза у того или иного вида растений остаются практически неизменяющимися, так как расхождения между отдельными определениями лежат в пределах ошибки. [c.20]

По такой программе рассчитали показатели энергетической эффективности производства зерна яровой пшеницы (сорт Московская-35) для почвенных и метеорологических условий Московской области (данные Метеорологической обсерватории МГУ, средние значения за период 1971—1978). При урожае 40 ц/га, полученном Полевой опытной станцией Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР, накопленная в зерне эксергия равна 5,6 МДж/м , затрат эксергии техногенной энергии — 1,56 МДж/м . Природная эксергия — эксергия плодородия земли составила 162,4 МДж/м . При этом показатель полезного действия эксергетический по затратам техногенной энергии составил 3,6, а коэффициент полезного действия по использованию эксергии плодородия земли равен 3,4 %, что свидетельствует о больших возможностях повышения урожая. [c.326]

Чесноков объясняет высокую эффективность подкормки углекислотой в условиях закрытого грунта тем, что у тепличных растений ослаблена (вдвое) способность их листьев к фотосинтезу. Эту особенность выращенные под стеклом растения сохраняют и при перенесении их в условия открытого грунта. Автор считает, что тепличные условия понижают способность листьев к первичному связыванию СОг, что может быть компенсировано повышением парциального давления последней в атмосфере. [c.204]

Оптимальное обеспечение растений водой при ирригации должно быть основано на данных об интенсивности транспирации и уровне водного дефицита, приводящего к подавлению роста. Эффективное использование солнечного света, поглощаемого листовым покровом, зависит от точного знания углов между листьями и стеблем, взаимного затенения листьев и интенсивности света, лимитирующего фотосинтез. Индекс листовой поверхности, т. е. отношение площади листьев к покрываемой ими площади почвы, варьирует в зависимости от культуры регулирование его величины позволяет получать хорошие урожаи. Повышение концентрации СОг в окружающем воздухе способствует росту растений при выращивании их в закрытых помещениях или в теплицах. Однако применение такого метода в больших масштабах в полевых условиях вряд ли возможно. [c.448]

В этом случае общее сопротивление поглощению СОг одинаково у обоих растений, а ото значит, что и скорости фотосинтеза у иих должны быть одинаковы. Но сопротивление для потери воды у С4-растения в два раза больше, чем у Сз-растеиия поэтому эффективность использования воды у первого должна быть в 2 раза выше, чем у второго, если все другие условия одинаковы [т. е. при одной и той же величине градиента концентрации водяных паров Й а)]. Из этого примера видно, что С4-растение в состоянии создавать повышенное сопротивление устьиц (например, при различного рода водном дефиците) и даже поддерживать такую скорость фотосинтеза, которая наблюдается у Сз-растения в отсутствие каких бы то ни было стрессовых воздействий. [c.480]

Калий способствует конверсии солнечной энергии в АТФ, участвует в переносе энергии в клетке и синтезе высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов), что способствует повышению эффективности фотосинтеза. Ускорение потока энергии происходит благодаря активации калием ферментативных реакций, которые катализируют перенос богатых эиергнеи фосфорных связей. Он непосредственно влияет па синтез, обмен аминокислот и полимеризацию более высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кнслот и нуклеотидов). Относительно высокая внутриклеточная концентрация ионов калия необходима по крайней мере для двух процессов, имеющих жи н-ненно важное значение для клетки для синтеза белка рибосомами и для гликолиза, при котором иоиы калия служат активаторами пируваткнназы (А, Ленинджер). [c.291]

Несмотря на такое сравнительно небольшое содержание СО, в воздухе, роль этого газа в биологических процессах очень велика. Так, СО2 — одно из важнейших исходных веществ фотосинтеза в растениях — процесса, имеющего исключительно большое значение для всей жизни на Земле. Даже небольшое повышение содержания СОп в воздухе повышает эффективность фотосинтеза и способствует увеличению урожайности сельскохозяйственных культур. В технике используют СО2, получающийся при обжиге известняка (СаСОз = = СаО + СО2). [c.418]

Вполне вероятно, что повышение Ухоз. может быть достигнуто в результате агротехнических мероприятий, проводимых на последних фазах развития и направленных на повышение интенсивности фотосинтеза колосьев (а не только верхних листьев) и эффективности использования образующихся в них ассимилятов в процессах налива зерна. [c.289]

Следует отметить, что положительное действие прерывистого света и повышение эффективности его при относительном удлинении темновых про .,ежутков времени было выявлено еще в 1914 г. в работах академика А.А.Рихтера, проведенных с прерывистым освещением для выяснения совершенко других вопросов фотосинтеза. Некоторые данные из этой работы Рихтера (р14а), рассчитанные на единицу не общего времени, как в оригинале, а только светлого периода, приведены в монографии А.А.Сабинина (1955). [c.19]

Изучение процесса фотосинтеза представляет исключительно большой интерес. Подсчитано, что растениями используется около 1 % солнечной энергии, достигающей поверхности нашей планеты. Остальная масса (99%) солнечной энергии, достигающей поверхности земли, остается неиспользованной. Годовая продукция органических соединений, возникающих в результате фотосинтеза, оценивается примерно в 2-10 т, и она обеспечивает потребность людей и животных в пище. Легко понять, что повышение эффективности нслользования световой энергии солнца должно привести к колоссальному повышению синтеза органических веществ в растениях, к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. [c.234]

Пути миграции энергии возбуждения. Доставка энергии электронного возбуждения к РЦ фотосистем I и П высших растений и РЦ бактериального фотосинтеза осуществляется за счет миграции энергии в светособирающей антенне. Миграция энергии в фотосинтезе — наиболее изученный тип безизлучательного переноса энергии электронного возбуждения в биологических системах (см. 9-11, гл. ХП1). Ее функциональное биологическое значение состоит в повышении эффективности использования поглощенных световых квантов. Действительно, среднее время, необходимое для утилизации энергии кванта света (выделение молекулы О2), соста- [c.290]

Следовательно, элементы минерального питания в значительной степени влияют на продуктивность фотосинтеза сельскохо-.зяйствениых растений. Сбалансированное минеральное питание растеиий повышает поглощение и превращение лучистой энергии Солнца, в свою очередь, оптимальный световой режим 1в посевах способствует повышению эффективности действия минеральных. удобрений. [c.219]

Для очистки сточных вод служат также окислительные пруды. Это естественные или искусственные неглубокие водоемы, в которых осуществляется деструкция органических веществ аналогично процессам самоочищения в природных водах. Очистные пруды могут быть обычными и с искусственной аэрацией. В не-аэрируемых прудах окисление органических загрязнений микроорганизмами происходит за счет растворенного в воде кислорода. Их малая глубина способствует хорошему прогреванию и освещенности воды солнечными лучами, в результате чего интенсивно развиваются планктонные водоросли и донные высшие растения. Растительные организмы питаются неорганическими продуктами микробного метаболизма и, в свою очередь, снабжают микроорганизмы кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. В последние годы водорослям отводится важная роль в процессах самоочищения водоемов, а в ряде стран проводятся исследования по выращиванию на сточиых водах водорослей родов lorella и S enedesmus с целью получения кормового белка и биологически активных веществ [35]. Аэрируемые пруды в 5 — 10 раз эффективнее обычных. Повышение количества растворенного в воде кислорода достигается с помощью механических аэрирующих устройств. [c.116]

Пирсон [102, 106, 111] находит, что добавление калия к клеткам hlorella, выращенным в среде, лишенной калия, вызывает моментальное увеличение скорости фотосинтеза, причем это происходит и на слабом и на си.1ьном свету. Это действие кадия автор объясняет изменениями в коллоидном состоянии протоп.лазмы. Такой же эффект можно получить, заменяя калий рубидием и менее эффективно — цезием. При последующем вторичном действии калия на фотосинтез, связанном с возрастанием концентрации хлорофилла, калий нельзя заменять цезием, и даже рубидий дает слабый эффект. Уве.1ичение фотосинтеза с возрастанием притока калия продолжается только до определенной концентрации [93, 97, 101]. Этот предел выше прн обильном снабжении азотом когда снабжение растений азотом недостаточно, увеличение концентрации калия может вызвать и снижение скорости фотосинтеза вместо его повышения. Наоборот, слишком обильное снаб жение азотом может принести ущерб фотосинтезу, если снабжение калием невысоко [93, 94, 99, 100, 101]. [c.345]

Перед ученымй-физиологами стоят многообразные задачи изучение обмена веществ и энергии в растительном организме, фотосинтеза, хемосинтеза, биологической фиксации азота из атмосферы и корневого питания растений, разработка методов повышения использования растениями солнечной энергии и питательных веществ почвы, обогащения почвы азотом, создание новых, более эффективных форм удобрений и разработка методов их применения, исследование действия биологически активных веществ, разработка методов более продуктивного расходования воды растением. [c.16]

Действительно известно, что начальные перестройки в физиологии целого организма (соотношение процессов транспирации, фотосинтеза, водного обмена и др.) в экстремальных условиях проявляются по-разному в зависимости от конкретного воздействия. О том же говорят наблюдения на клеточном уровне (Семихатова, 1990). Анализ реакции дыхательного аппарата клетки на изменение экологической обстановки показывает, что общий уровень дыхания, цианид-резистентное поглощение 0 , энергетическая эффективность дыхания изменяится в неодинаковой степени при повышении и понижении тешературы, засолении и водном дес шщте. [c.112]