Превращения энергии и эффективность фотосинтеза

Превращение энергии на Земле осуществляется главным образом зелеными растениями и водорослями, выделяющими кислород. Главным функциональным пигментом служит хлорофилл а, который поглощает свет с длиной волны короче 700 ммк. По различным причинам в естественных условиях поглощенный свет используется с очень небольшой эффективностью, хотя в оптимальных условиях фотосинтеза до 30% поглощенной световой энергии может превращаться в потенциальную химическую энергию. В среднем лишь около 1 % солнечной энергии используется растениями для поддержания жизни на Земле остальная часть солнечной энергии теряется в виде тепла. Однако, даже несмотря на столь низкий выход, общее количество превращенной при фотосинтезе энергии на много порядков превышает общую величину энергии, создаваемой всеми промышленными установками на земном шаре. [c.552]

Растения используют свет с длиной волны от 400 до 700 нм, т. е. на долю ФАР приходится 50% всего солнечного света. Это соответствует интенсивности на поверхности Земли 800— 1000 Вт/м за обычный солнечный день (в среднем). Усредненная максимальная эффективность превращения энергии при фотосинтезе на практике составляет 5—6%. Эти оценки получены на основе изучения процесса связывания СО2, а также сопутствующих физиологических и физических потерь. Одному молю связанного СО2 в форме углевода соответствует энергия Ю,47 МДж, а энергия моля квантов красного света с длиной волны 680 нм (наиболее бедный энергией свет, используемый в фотосинтезе) составляет 0,176 МДж. Таким образом, минималь-число молей квантов красного света, необходимое для свя- [c.47]

Зная величину квантового выхода первичной фотореакции, нетрудно определить эффективность запасания энергии света галобактериями. Если принять, что энергия квантов света, поглощаемых бактериородопсином, равна примерно 2,2 эВ, а перенос одного протона связан с запасанием 0,3 эВ, то энергетический выход процесса оказывается равным 0,04, что значительно ниже величины 0,43 — к. п. д. превращения свет— -промежуточные продукты при фотосинтезе у зеленых растений (гл. IV). [c.117]

Превращения энергии и эффективность фотосинтеза [c.14]

Эта энергия активации эквивалентна излучению с длиной волны 230 нм или менее Такого коротковолнового излучения в солнечном свете, который достигает земной поверхности, не существует. Однако хлорофилл действует как фотосенсибилизатор, поглощая видимый свет и делая его пригодным для фотосинтеза в растениях. Но в этой реакции имеется нечто специфичное. Красный свет вызовет реакцию, но красному свету соответствует только 40 ккал/моль, а для того, чтобы вызвать реакцию, требуется более 112 ккал/моль. По-видимому, реакция протекает по стадиям. Лабораторные эксперименты с альгой (водоросль) показали, что обычно требуется около восьми фотонов на каждую использованную молекулу двуокиси углерода и каждую молекулу кислорода, вовлеченную при благоприятных условиях в фотосинтез с низкой интенсивностью света., Упражнение 18.1. Показать, что, если при фотосинтезе восемь фотонов поглощенного света с длиной волны 600 нм дают одну молекулу продукта реакции, который имеет теплоту сгорания 112 ккал/моль, эффективность превращения поглощенного света в аккумулированную химическую энергию составляет 30%. [c.557]

Эйнштейн которых соответствует примерно 40 ккал. Если бы фотосинтез происходил с эффективностью 100%, то для реакции (10) необходимо было бы 114/40 = 3Av, но теоретически расход должен быть не менее 4, т. е. 1 hv на эквивалент. Более вероятная энергетическая потребность — 180 ккал/Oz, а это означает минимальный расход 4,4—5 hvIO . Хотя свет является эффективной формой энергии, ее превращение через многочисленные и притом сложные стадии в химический потенциал не может происходить без значительных потерь, так что уже а priori нельзя ожидать термодинамически минимального расхода при фотосинтезе. [c.585]

Упражнение . Показать, что если при фотосинтезе восемь фотонов света, поглощенного при длине волны 6000 А, дают одну молекулу продукта реакции, теплота горения которого 112 ккал.моль 1, то эффективность превращения поглощенного света в накопленную химическую энергию составляет 30%. [c.701]

Преимущество использования солнечной энергии, заключенной в биомассе, в том, что она запасается в форме органических веществ и поэтому ее можно хранить и перемещать во времени и пространстве (табл. 2.1). К недостаткам относятся малая эффективность (обычно менее 1%> и редко более 2%) использования солнечной энергии при фотосинтезе, при образовании продукции растениеводства, диффузный, а часто и сезонный характер продукции и высокое весовое содержание влаги. По этим причинам для получения высококачественного, богатого энергией сырья необходимо осуществить его сбор, перевозку, удаление воды, концентрирование или же химическую или биологическую переработку и упаковку. Если же задачей является превращение биомассы в ценные виды топлива, то думать приходится не только об удалении воды и увеличении удельного содержания энергии, но и о том, как получить продукт, совместимый с технологией, для которой он предназначен. [c.37]

Сколько энергии несет видимый солнечный свет Сколько энергии солнечного света доходит до поверхности Земли Какова эффективность растений в превращении энергии света в химическую энергию Ответы на эти вопросы вносят определенную ясность в проблему фотосинтеза. [c.86]

С точки зрения энергетики, экологая изучает связь между светом, как первичной энергией и экосистемами и способами превращения энергии внутри системы состояние экосистемы - численность и соотношения организмов - по существу управляется и определяется потоком энергии. В процессе фотосинтеза экосистема самопроизвольно кинетическую энергию солнечного света превращает в более концентрированную потенциальную энергию - энергию химической связи пищи. В соответствии со вторым законом термодинамики эффективность такого превращения всегда ниже 100 %, Существенная часть световой энергии при этом теряется в виде недоступ- [c.38]

Однако известно, что кривые светового насыщения фотосинтеза выпуклы (см. гл. XXVIII, первый раздел) кривизна их иногда становится заметной даже при низкой интенсивности света. Это значит, что чем меньше интенсивность света, тем выше эффективность превращения энергии и квантовый выход. Варбург и Негелейн [2] описали способ определения максимального квантового выхода путем его измерения при очень низкой интенсивности света. Их работа явилась началом нового этапа в количественном исследовании фотосинтеза. [c.517]

Энергия восьми молей квантов фотонов красного света при 680 нм равна 8-42 = 336 ккал, При сжатии в калориметре одной грамм-молекулы СЯгО выделяется 672/6=112 ккал. Следовательно, превращение энергии света в тепловую энергию осуществляется с эффективностью 112/336, или 337о- Это максималь-гю возможная эффективность фотосинтеза иа молекулярном уровне. Наибольшее количество энергии теряется при прев раще-нии световой энергии в ассимиляционную силу (АТР-ЬНАОРНг). Можно считать, что при возбуждении хлорофилла энергия света не теряется или почти не теряется (разд. 4.16), и, как было показано выше (разд. 2.12), полагать, что на генерацию ассимиляционной силы расходуется 125 ккал. Реальная эффективность фотосинтеза иа молекуля рном уровне значительно ниже, чем приведенная максимальная величина. Квантовый расход может быть равен восьми, однако скорее всего он равеи все-таки 10. Кроме того, квантовый расход примерно одинаков для разных участков спектра, что связано с малым временем жизни хлорофилла в возбужденном состоянии при освещении его синим светом (разд. 4.16). Соответственно фотосинтез при синем свете с большой энергией квантов значительно менее эффективен. Даже если принять среднее значение энергии фотона в видимой области спектра равным 3,5-10 2 эрг-фотон ( = 50 ккал) (ср., разд. 3.5) и квантовый расход равным 10, то эффективность уменьшается от 33 до 22%. Если считать, что на долю ФАР приходится 50% всего солнечного света (видимый свет- -Уф- -ИК ИТ. д.), то эта величина составит лишь 11%. [c.44]

Бактериородопсиновый фотосинтез макроэргов у га-лофильных бактерий принципиально отличается от фотосинтеза у других растительных и микробных организмов по месту локализации аппарата и его устройству (плазматические мембраны вместо мембран хлоропластов), природе светопоглои ающих хромофоров (бактериородопсин вместо хлорофилла), первичной фотохимической реакции (изомеризация ретиналя вместо окислительновосстановительных превращений пигмента), темновой утилизации световой энергии (транспорт протона вместо транспорта электронов) и эффективности трансформации световой энергии в химическую. [c.119]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология