Ответы на вопросы к экзамену (Дроздов В.В.) / 7. Характер влияния различных экологических факторов и типа климата на процесс фотосинтеза

Интенсивность света – в процессе фотосинтеза используется лишь 1-3% поглощенной солнечной энергии. Повышение интенсивности света в диапазоне слабого освещения ведет к увеличению хлоропластов, но число их в клетке не меняется.
Концентрация СО2 и О2.
Наиболее однозначной реакцией растений на длительное выращивание при повышенной концентрации СО2 являются увеличение площади листьев, уменьшение листовой обеспеченности биомассы, возрастание чистой продуктивности фотосинтеза . Это сопровождается существенной структурной и функциональной перестройкой фотосинтетического аппарата: увеличением толщины листовых пластинок за счет возрастания размеров клеток столбчатой и губчатой паренхимы, снижением содержания хлорофилла, а также отношения хлорофилла а к хлорофиллу b. Однако длительное выращивание растений в атмосфере повышенной концентрации СО2 снижает фотосинтез растений.
Температура – влияние температуры на фотосинтез бывает обратимым и необратимым. В первом случае указанное влияние не выходит за пределы устойчивости отдельных звеньев фотосинтеза. Для большинства растений обратимое влияние на фотосинтез наблюдается в диапазоне температур от 5 до 35 градусов цельсия. При температурах за пределами устойчивости физиологических систем листа наблюдается необратимая потеря фотосинтетической активности. В этом случае скорость некоторых реакций, например синтеза АТФ И НАДФ*Н в мембранах хлоропластов снижается и становится лимитирующей. При низкой температуре виды, адаптируемые к холоду, наоборот, имеют более высокую скорость поглощения СО2, чем те же виды, адаптированные к теплу. Это объясняется тем, что виды, адаптированные к холоду, содержат больше растворимых ферментов и компонентов мембран, катализирующие важные реакции метаболизма углерода. Так температуры выше температурного максимума фотосинтеза влияют на организацию мембранных белков хлоропластов.
Вода – дефицит воды сильно влияет на фотосинтез. Закрывание устьиц в результате водного дефицита вызывает снижение транспирации и поглощения СО2 листьями. Скорости фотодыхания к скорости истинной ассимиляции СО2 увеличивается по мере снижения водного потенциала. Реакция фотосинтеза на дефицит влаги зависит от множества сопутствующих факторов: возраста листа, донорно-акценторных отношений, предыдущих условий и скорости наступления стресса. Устойчивость фотосинтеза к водному стрессу повышается с увеличением концентрации СО2 в воздухе и при повторном наступлении стресса.
Минеральное питание – элементы минерального питания могут влиять прямо или косвенно. Прямое действие на фотосинтез связано с тем, что минеральные вещества входят в состав ферментов и пигментов или непосредственно участвуют в процессе фотосинтеза в качестве активаторов. Недостаток минеральных веществ или нарушенное соотношение между поглощенными элементами может повлиять на содержание хлорофилла и на число, размеры и ультраструктуру хлоропластов. При недостатке железа возникают хлорозы, приводящие к тому, что поглощение СО2 например у сахарной свеклы снижается более чем в трое. Азот влияет на размеры и ультраструктуру хлоропластов, усиливая их гранальность, повышает содержание белков.
Активный метаболизм азота в листе – это признак успешной адаптации к быстрым изменениям освещенности и других факторов внешней среды. При недостатке фосфора сопротивление мезофилла поглощению СО2 листьями пшеницы увеличивалось задолго до появления устьичных эффектов. Важная роль калия – в функционировании замыкающих клеток устьиц.
В естественных условиях факторы внешней среды действуют совместно. Интенсивность фотосинтеза лимитируется тем фактором или процессом, который в данных условиях протекает с наименьшей скоростью, однако некоторое влияние оказывают и остальные факторы.