Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
человеком, Ван Гельмонт приписал последнее экспериментальной ошибке и сделал вывод, что ива росла целиком за счет потребления воды. Теперь мы можем уточнить эту интерпретацию. Большую часть сырой массы растения составляет вода, поглощенная из почвы. Его сухую массу составляют преимущественно углерод и кислород, происходящие из атмосферного СОг (табл. 1.2). Очень небольшая часть, обычно около 1%, приходится на долю минеральных солей. Это, несомненно, необходи-
Рис. 1.2. Ван Гельмонт за поливкой дерева.
мые элементы, но они дают лишь малый вклад в массу растения.
Все живые организмы — продукты фотосинтеза. Почти все, что окружает человека, также или является продуктом фотосинтеза, или создано с использованием ископаемого топлива. Это относится к натуральным и искусственным волокнам, пластикам, стали, керамике и т. д. В настоящее время считают, что мировых запасов нефти хватит на 50 лет, а угля — на 200— 300 лет. Очевидно, за это время человечество неизбежно должно превратиться в общество, которое использует углерод, создаваемый в ходе современного, а не протекавшего в прошлом
Таблица 1.2. Химический состав листьев (% от сухой массы)
С
О
н
N
45%
45%
5%
Часто 1—3%
Р, S, К, Na, Са, Mg Обычно 1—5%
и микроэлементы (вместе с N)
фотосинтеза, оставившего нам углерод в виде запасов ископаемого топлива. Для достижения этой цели едва ли будет достаточно сельского хозяйства в его современной форме, поскольку оно тесно связано с использованием ископаемого топлива и, как правило, расходует больше энергии для получения урожая, чем то количество энергии, которое содержится в этом урожае в виде химической энергии.
1.7. Некоторые аналогии и заключение
Основные особенности фотосинтеза можно проиллюстрировать с помощью аналогий. Почти каждый, кто изучал элементарную физику, наблюдал опыт по электролизу, в ходе которого вода расщепляется на водород и кислород. В основе этого процесса лежит слабая диссоциация воды на ион водорода Н+ и гидроксильный ион ОН-. При диссоциации образуются и более сложные ионы, но 'принципиальный ход реакции может быть представлен уравнением (1.11). Реакция продолжается до тех 'ПО|р, пока не образуется один ион Н+ и один ион ОН- на каждые 554 млн. молекул Н20, [На этом основано понятие pH как меры кислотности среды. Знак «р» обозначает отрицательный логарифм данной величины, и поскольку на 1 л воды приходится 10~7 молей Н+, то отрицательный логарифм концентрации ионов водорода равен 7. В кислом растворе находится больше ионов водорода и pH меньше 7.]
Н,0 ч=*Н+ + ОН“. (1.11)
Если продукты реакции удаляются, диссоциация воды в соответствии с уравнением (1.11) может продолжаться и дальше. На Практике для этого в сосуд с. водой помещают два платиновых электрода (рис. 1.3), которые соединяют с помощью проводников с химическим элементом или батареей. Окислительно-восстановительная реакция приводит к переносу электронов в этой ячейке. По проводникам электроны перемещаются от анода (оставляя положительно заряженные дырки) к катоду, который становится отрицательно заряженным. (Соответствующие изменения происходят и в самой батарее.) Поскольку противоположные заряды притягиваются, водородный и гидроксильный ионы перемещаются соответственно к катоду и аноду. На катоде протоны Н+ присоединяют электроны и выделяется На:
2Н+ + 2е- ---> На. (1.12
На аноде гидроксильные ионы отдают электроны положительно заряженным дыркам и образуется Ог;
201-Г —>• Н20 -f 02 + 2е-
(1.13)
Таким образом, за счет электрической энергии образуется «сток» для Ы+ и ОН-, и в результате неблагоприятное для разрыва связей Н—О равновесие смещается в нужную сторону.
Рис. 1.3. Фотолиз воды в небиологической системе. При электролизе место фотоэлектрического элемента занимает химический элемент или батарея. Можно видеть, что фотоэлектрический элемент (солнечная батарея) играет такую же роль, что и хлоропласт при фотосинтезе.
Если через смесь газов 02 и Нг пропустить искру, энергия, которая очень долго, в течение, быть может, нескольких часов, накапливалась в системе, мгновенно в виде взрыва выделится в ходе реакции образования связей между кислородом и водородом:
Космические исследования, получившие широкое развитие в последние годы, способствовали созданию солнечных (фотоэлектрических) батарей, в которых электроны освобождаются в достаточном количестве и с достаточно высоким потенциалом, чтобы можно было осуществлять электролиз воды (рис. 1.3). Основной принцип работы остается тем же, что и раньше,.
о*—2е Фотоэлектрический
элемент
Н2 -f- ”2" 02 ----->¦ Н20 + Энергия
(1.14)
но «пусковой» реакцией является возбуждение с помощью света. Это заставляет электроны перетекать из ячейки солнечной батареи к вакантным дыркам, образовавшимся при возбуждении. Полная последовательность событий включает превраще-
Восстановление связи между водородом и кислородом.
