Фотосинтез энергетическая эффективност

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]

Имеется несколько причин, в силу которых солнечная радиация-., используемая для фотосинтеза, редко составляет более 2—3% всей падающей радиации [78]. Во-первых, лишь около 40—45% суммарной радиации приходится на область с длинами волн 0,4—0,7 мк (см. табл. 4). Во-вторых, из рассмотрения энергетического обмена при фотосинтезе вытекает следующее. Для разложения одной молекулы Og при нормальной интенсивности света требуется около 10 квантов света. Десять молей квантов (10 Эйнштейн) в области средних длин волн (если они продуктивно поглощаются хлорофиллом) соответствуют приблизительно 520 ккал, но на каждый моль СОд, включающегося в растительный материал, запасается лишь около 105 ккал. Следовательно, максимальная эффективность фотосинтеза [c.45]

При поглощении квантов сине-фиолетовой области спектра происходит тепловая диссипация (рассеивание) значительной части энерпш, вследствие чего энергетическая эффективность фотосинтеза в этих лучах будет меньше, чем в красных. Энергетическая эффективность определяется числом молекул восстановленного СОг (или, более точно, долей запасенной энергии) в расчете на единицу поглощенной световой энергии. [c.143]

А. А. Ничипорович считает важными показателями, характеризующими работу растений в посевах, коэффициенты энергетической эффективности процесса фотосинтеза (Есоа) я энергетической эффективности формирования урожая (Еур). Первый представляет собой вели- [c.278]

Этот первый этап в отношении многих элементов уже пройден. Сейчас широким фронтом идут поиски фактов, которые могли бы объяснить специфическое действие микроэлементов. Изучаются в связи с их действием отдельные звенья процессов, нарушения в ходе и характере которых могут привести к расстройству процессов дыхания, фотосинтеза, их энергетической эффективности. [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]

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]

Существенные нарушения наступают в метаболизме ассимилируемого при фотосинтезе углерода. В частности, подавляется процесс регенерации рибулезодифосфата, являющегося акцептором СОг. В условиях недостатка воды отмечается также снижение энергетической эффективности процессов фотофосфорилирования. Существенные изменения наступают в характере распределения ассимилируемой СОг по отдельным группам соединений [c.195]

При интенсивной технологии возделывания сельскохозяйст венных культур, предусматривающей высокий КПД фотосинтеза и высокую урожайность, минимальные затраты технологической энергии, количественное -соотношение содержащейся в урожае и техно.догической энергии может служить важным показателем энергетической эффективности культуры, т. е. энергетических затрат на производство единицы сельскохозяйственной продукции. [c.232]

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]

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]

Согласно уравнению на стр. 428, для восстановления одной молекулы СОг необходимы 3 молекулы АТФ и 2 молекулы НАДФ-Н. Для образования двух молекул НАДФ-Н (см. рис. 29) фотосистема I должна поднять на более высокий энергетический уровень четыре электрона, столько же электронов должна дать фотосистема II. для получения одной молекулы Ог. Так как для отщепления одного электрона необходим один световой квант, то для образования двух молекул НАДФ-Н и одной молекулы Ог необходимы 8 квантов. Если считать, что на каждую пару электронов в течение всего процесса приходится одно фотофосфорилирование, то при переходе двух пар электронов от фотосистемы II к фотосистеме I должно образоваться две молекулы АТФ. Однако для восстановления СОг необходимы три молекулы АТФ. Если перенос пары электронов сопряжен с фотофосфорилированием в двух местах, как предполагают многие исследователи, то возникают четыре молекулы АТФ. Возможно, что при определенных условиях вступает в действие циклический поток электронов, который вырабатывает только АТФ. Эффективность фотосинтеза в природе намного ниже величин, вычисленных, исходя из молекулярных процессов. Например, сахарный тростник запасает в виде органических соединений до 8% поглощенной световой энергии. Кроме того, суммарная эффективность фотосинтеза понижается за счет процессов фотодыхания, протекающего в митохондриях фотосинтезирующих клеток. Фотодыхание рассматривают как короткозамкнутую цепь фотосинтеза, при котором восстановительная способность электронов расходуется не на восстановление СОг, а на восстановление молекулярного кислорода. Оно не сопровождается окислительным фосфорилированием АДФ. [c.429]

Развитие идей фотоэлектрохимии на поверхности раздела раствор — полупроводник связано с измельченными полупроводниковыми частицами. Порошки ТЮ2 в смеси с платиной, нанесенные на поверхность, оказались особенно эффективными. Каждая частица может рассматриваться как фотоэлектрохи-мический элемент с замкнутой цепью, соединяющей полупроводниковый и противоэлектроды. Обрисованные выше в общих чертах основные принципы остаются применимыми, несмотря на то, что внешняя электрическая цепь отсутствует. Хотя расстояние между анодом и катодом существенно меньше, чем в обычных электрохимических элементах, продукты реакций переноса заряда остаются разделенными, что невозможно в гомогенных процессах, когда оба противоположных продукта образуются в одной и той же клетке раствора. Описан ряд гетерогенных фотосинтетических и фотокаталитических процессов, использующих определенные полупроводники, для получения СНзОН из СО2, РН из КСООН и ЫНз из N2. В отдельных случаях в качестве фотокатализатора могут действовать чистые порошки полупроводника без примеси металла. Выходы продуктов обычно получаются относительно низкими из-за кинетических ограничений и необходимости применять полупроводниковые материалы с большой шириной запрещенной зоны, которые неэффективно используют солнечный спектр. Возможно, следует придерживаться стратегии природного фотосинтеза, делая энергетические потери полезными путем использования двух фотонов низкой энергии для переноса одного электрона. [c.281]

Энгельман [15] обратил внимание на то, что, кроме главного максимума в красной области спектра, фотосинтетический спектр действия зеленых растений имеет второй максимум в голубой или фиолетовой области, который он связал с наличием сильной полосы поглощения хлорофилла, расположенной здесь же. Этот вполне естественный вывод стал предметом одного из самых ожесточенных споров в истории фотосинтеза его оспаривали даже такие выдающиеся физиологи растений, как Рейнке [17] и Тимирязев [19]. Особенно резко выступал Принсгейм [20, 21], направлявший свою критику против метода и результатов Энгельмана. Последний [22, 23] отвечал на эти нападки в таких выражениях, которые редко встречались на страницах научных журналов даже в полном споров девятнадцатом столетии. В то же время Энгельман не менее резко упрекал Тимирязева за его попытку [19] отождествить главный максимум спектроскопической эффективности с энергетическим максимумом солнечного спектра. Тимирязев видел в совпадении этих максимумов замечательный пример адаптации организмов к преобладающим условиям и, следовательно, триумф теории Дарвина. Энгельман возражал на это, что существование подобного [c.581]

Это кажущееся несоответствие эффективности фотосинтеза и спектров поглощения агрегированных форм хлорофилла объясняется тем, что спектроскопическая картина не отвечает фактическому распределению энергии между поглощающими частицами. Миграция энергии приводит к ее перераспределению. Существование энергетической лестницы в системе длинноволновых полос поглощения хлорофилла, каротиноидов, фикобилинов, в особенности у агрегатов хлорофилла, создает сток энергии с коротковолновых форм на ничтожно мало поглощающие с широкими длинноволновыми полосами формы. Коротковолновые формы хлорофилла выполняют функцию светосбора и передачи энергии, длинноволновые — акцепторную функцию, промежуточные обладают донорными и акцепторными свойствами. Перекрывание электронно-колебательных уровней коротковолновых и длинноволновых форм хлорофилла способствует стоку энергии [22, 23]. В целом с учетом всех пигментов на конечные длинноволновые формы хлорофилла мигрирует до 80% поглощаемой энергии. Молекулы хлорофилла именно этих конечных длинноволновых форм — реакционных центров фотосинтеза — являются фотохимически активными, [c.19]

Следовательно, основным достоинством С4-фотосинтеза является повьппение эффективности фиксации диоксида углерода. Его можно рассматривать как дополнение, а не как альтернативу Сз-пути. Таким образом, С4-растения фотосинтетически более эффективны, поскольку скорость фиксации диоксида углерода обычно является лимитирующим фактором. Используя С4-путъ, С4-растения потребляют больше энергии, однако энергетический фактор обычно не является лимитирующим при фотосинтезе С4-растения растут в регионах с высокой интенсивностью света кроме того, у этих растений хлоропласты модифицированы так, чтобы максимально использовать доступную энергию (см. ниже). [c.277]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология