Фотосинтез, с учетом последних научных исследований
Растения - уникальные организмы. Только они способны превращать солнечный свет в энергию химических связей, таким образом создавая органические вещества из углекислого газа, воды и фотона света. Процесс фотосинтеза, самый большой потребитель света. Главные участники фотосинтеза: хлорофиллы и каротиноиды.
В хлорофиллах происходит процессы поглощения света и превращения его в энергию.
Изначально ученые хлорофиллы исследовали так: отрезали лист, экстрагировали хлорофилл в растворитель и изучали спектр поглощения этого раствора. Таким образом выявили 2 типа хлорофилла А и Б. Отчего был сделан вывод, что для «счастья» растения, нужно светить на него синим (400-450 нм) и красным (640- 700 нм).
Позже ученые выяснили, что исследовать хлорофилл в пробирке и в растении это не одно и то же. На самом деле, в зависимости от интенсивности падающего света и диапазона, растение вырабатывает разные хлорофиллы, стараясь максимально приспособиться к условиям.
Внутри растения целая «семья» хлорофиллов, которые существуют только в связке с окружающими соединениями, а при попытке выделить их отдельно от листа, большинство распадается и остаются только хлорофиллы А и Б. Этим и была вызвана ошибка первоначальных исследований.
Помимо этого, оказалось, что зеленая область спектра также участвует в фотосинтезе. Только 10-50% зеленого спектра отражается хлоропластами, остальная энергия усваивается в процессе фотосинтеза и передается дальше — на нижние ярусы растения, которые обычно затенены.
Вторые по важности в процессе фотосинтеза - каротиноиды. Их тоже целое семейство. Каротиноиды поглощают свет и передают хлорофиллу для дальнейших процессов. Кроме этого, выполняют светозащную роль, предотвращая фотоокислительное повреждение, и придают растениям желтые и красные цвета.
Кроме них фотосинтетический аппарат при избыточном освещении защищают антоцианы, они также обладают антиоксидантным действием и окрашивают части растений от розового до черно-фиолетового цвета.
Миф о темновой фазе фотосинтеза
Как же часто блогеры сообщают, что ночь нужна растению для темновой фазы фотонситеза. Это абсолютное заблуждение! На самом деле, реакции темновой фазы так назвали, потому что они не зависят от света. Темновая фаза идет на свету и без него до тех пор, пока не кончатся продукты световой фазы, а без света это происходит быстро. Поэтому обе фазы фотосинтеза происходят днем! После выключения света лишь несколько минут продолжается темновая фаза.
Неудачное название признают современные ученые, в иностранной литературе сейчас эти фазы называют «циклы углерода при фотосинтезе».
Как растения оценивают свет с помощью "датчиков"
Помимо фотосинтеза, свет нужен растениям для регуляции своего развития. У растения есть специализированные датчики, которые реагируют на определенные участки спектра и таким образом растение получает информацию о составе и интенсивности света. Подробнее как они работают на примерах.
Роль фототропинов
Фототропины оценивают количество света. Исходя из этой информации, растение меняет положение хлоропластов внутри клетки.
- При слабом освещении, хлоропласты перемещаются на стенки клетки, обращенные к свету, и поворачиваются к нему своей большой поверхностью.
- Если света много, хлоропласты поворачиваются ребром к ярким лучам солнца и выстраиваются вдоль стенок, параллельных свету. При таком расположении, достаточно много света проникает на нижние ярусы листьев.
Растение может адаптироваться не только положением хлоропластов, но и количеством клеток. Лист, выросший на свету имеет слой светособирающих клеток больше, чем в тени.
Роль фитохромов
Фитохромы отслеживают соотношение красного / дальнего красного света.
При фотосинтезе не используется дальний красный свет (более 700 нм), поэтому он свободно проникает через листву. И если фитохромы видят, что дальнего красного много, а красного мало, значит сверху есть сосед, который «отбирает» свет.
Так растение понимает, что над ним есть другое растение и действует согласно заложенной программе. Например, луковичные остановятся в росте и будут ждать, пока над ними все умрут. Большинство других растений примут противоположное решение – нужно максимально вырасти и обогнать всех.
Прорастание семян большинства растений не зависит от наличия или отсутствия света.
Но некоторые растения прорастают только при наличии света. Это характерно для сорняков (или кто в прошлом был сорняком): колокольчик, молодило, горчица, салат-латук, кресс-салат. Такой механизм развился как противодействие мерам борьбы человека. Чтобы избавиться от сорняков, земля перед посевом культур вспахивалась, чтобы поглубже закопать начинающие всходить семена сорняков, которые, оказавшись под большим слоем земли, погибнут. Фитохромы семян этих растений отслеживают дальний красный, который может проникать в почву на 5-7 мм, и начинают прорастать только после того, как в течении нескольких дней понимают, что находятся близко к поверхности, что увеличивает шансы на выживание после прорастания.
Существуют растения, которые прорастают только в полной темноте, например, цикламен. Но таких растений крайне мало.
Роль криптохромов
Криптохромы чувствительны к синему свету. Они отвечают за крайне важный процесс - управляют открытием устьиц. От ширины устьиц зависит транспирация (испарение), то есть, скорость потока питательных веществ сквозь растение, а значит скорость роста растения.
Фототропины и криптохромы позволяют оценить направление светового потока и ориентировать органы растения в сторону источника к свету.
Гормон Ауксин скапливается на затененной стороне, что вызывает растяжение клеток и их ускоренное деление, за счет чего растение поворачивается.
Есть растения, фотосенсоры (фитохромы, криптохромы, белки группы ZTL) которых отслеживают продолжительность ночи и зацветают при увеличении или уменьшении светового дня.
Растения "короткого дня" зацветут, когда световой день сократится и станет меньше 10 часов. Такие растения: бегонии, хризантемы, шлюмбергеры, каланхоэ, цикламены, пуансетии, камелии.
Растения "длинного дня", наоборот, нуждаются в 12 часах яркого света каждый день. Например, бугенвиллия, колокольчик, пеларгония, глоксиния, стефанотис, сенполия.
Надеюсь, я приоткрыла тайну жизни растений. Показала, что свет не только для фотосинтеза. Его роль гораздо шире, растение постоянно отслеживает интенсивность и спектр, из чего делает вывод о своем дальнейшем развитии. Куда расти, когда цвести. Если мы хотим, чтобы наши комнатные растения выглядели здоровыми и цветущими, главное - обеспечить достаточное количество света.
