Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
3.4. Кванты
Частицы света называют квантами или фотонами. В соответствии с концепцией о волновой природе света их энергию связывают с длиной волны: чем ближе максимумы волн друг к другу, тем больше энергия. Следовательно, синий свет с длиной волны 450 им обладает большей энергией, чем красный свет с длиной волны 650 им.
3.5. Энергия света
Энергию одного фотона света можно определить, умножив его частоту v на так называемую постоянную Планка;
и именно поэтому энергию кванта часто представляют в виде произведения hv, а энергию /г квантов — как nhy [см., например, уравнение (1.1)]. Так как v равно скорости света с, деленной на длину волны X, это уравнение можно записать также в виде
Хотя хлорофилл поглощает как «синие», так и «красные» фотоны, обычно для вычисления максимального количества энергии, доступной для фотосинтеза, выбирают длину волны, близкую к максимуму поглощения хлорофилла в красной области (например, 680 им). Это связано с тем, что избыточная энергия фотона синего света не может эффективно использоваться (разд. 4-.16). Так как скорость света в вакууме равна З-Ю10 см-с-1 (или З-Ю17 им-с-1), а постоянная Планка = 6,6-10~27 эрг-с.для красного света с А,=680 нм имеем
E = hv,
(3.2)
(3.3)
? = = 6,6-10 27 эрг-с-
Л,
3’1017 им
с
Как показано в разд. 2.6, 107 эрг=1 Дж, а 4,2 Дж = 1 кал. Следовательно, Е, выраженная в калориях, равна
, Е д |’^'°~12,ЭРГ, =6,9-10-20 кал. (3.5}
4,2-107 эрг-кал 1 ’ 4 '
Это очень малая величина. Масса одной молекулы кислорода, выраженная в граммах, также очень мала и для удобства ее можно умножить на число Авогадро (число ..атомов в грамм-молекуле). Масса одной грамм-молекулы, или одного моля, Ог равна 3.2 г. Следовательно, энергия фотонов, число которых равно числу Авогадро (6-1023), для красного света составляет
6,9-10~20 кал-6- 10м ~ 42 ккал. (3.6)
/[Число фотонов N, равное числу Авогадро (моль фотонов), иногда обозначают как «Эйнштейн», ио, так как последнюю
Таблица 3.1. Различные характеристики солнечного света
Осисщсшюсть
Фотосмитйти.чсски активная радиация
па 1 м2 в 1 с
Люкс Фут-свечи Вт-м-2 Эрг Дж Кал Фотоны 1 мкмоль
квантов
100000 10000 500 5-10» 500 120 1,3-1021 2200
Фотометрические из- Радиометрические изме- Число квантов (400—
мерения________________рения (400—700 нм)___________700 нм)___________________
В таблице сопоставляется полный солнечный свет (слева) и фотосинтетте-ски активная радиация при средней длине волны 575",нм (справа). Внизу указан способ измерения.
N. В. Все приведенные выше данные характеризуют плотность светового потока. Поток — это скорость поступления вещества, выраженная в единицах количество/время. Плотность светового потока, или поток на единицу поверхности, — это величина, выраженная в единицах количество-время-1-площадь-1. Мерой потока является ватт (1 Дж-с-1), а мерой его плотности (облученности) Вт-м-2, или Дж-с-'-м-8. Таким образом, фотосинтетически активная радиация (ФАР)—это про-'сто радиация в области 400—700 нм, а фотосинтатическая облученность (ФО) = ФАР-(единица времени)(единица площади)-1. [Хотя в опытах на растениях эти единицы применяются весьма широко, их нельзя считать корректной характеристикой интенсивности света, падающего иа единицу поверхности, Интенсивность — свойство источника света. Например, стандартная свеча испускает световой поток силой в 1 свечу, или 4я люмена (лм). Соответствующая мера плотности потока света, падающего (разд. 3.6) на поверхность сферы радиусом 1 фут от стандартной свечи, находящейся в ее центре, составляет’
1 лм-фут-3, или 1 фут-свечу; рис. 3.4. 1 лк=.1 лм-м-2; 1 фут-свеча = = 1 лм-фут-2; 1 фот=1 лм-см-2; следовательно, 1 лк=1-10-4, фот= = 0,1 миллифот=0,0929 фут-свечи. 1 фут-свеча = 1 лм-фут-2 = = 1,0764 миллифот= 10,764 лм/м2=10,764 лк.]
единицу нередко используют применительно к энергии моля фотонов, мы будем говорить просто о числе фотонов (квантов) в расчете на моль. Например, в табл. 3.1 использованы микромоли квантов, а не микроэйнштейны, чтобы избежать путаницы.] В некоторых случаях целесообразно перевести эрги в элект-фонвольты, разделив первые на 1,6-10~12:
9 С). Iп—12 о о
—1 8 эВ (3 7)
1,6-ю-1а 1,6 \°-ч
Отсюда видно, что энергия фотона с длиной волны 680 нм соответствует энергии, которую приобретает электрон под действием разности потенциалов 1,8 В.
