Вопрос 31: Температура как фактор фотосинтеза

Фотосинтез (от греч. - свет и - синтез, совмещение, помещение вместе) - процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндоэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества. Общее уравнение фотосинтеза: 6СО2 + 12Н2О → С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза. Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу (ранний палеозой, 400млн.лет тому назад).

Первичные фотохимические реакции фотосинтеза сильно зависят от температуры. Ферментативные процессы также находятся в существенной температурной зависимости, которую можно описать реакцией по правилу Вант-Гоффа:скорость реакции V увеличивается почти вдвое при повышении температуры на 10 гр.по С.

Q10=Vt+10/Vt=2

Отсюда следует, что при низкой интенсивности освещения (лимитирующий фактор-свет) фотосинтез зависит от температуры меньше, чем при высокой интенсивности (лимитирующий фактор- СО2). При повышающей температуре растущая фотосинтетическая активность отражает прежде всего высокую скорость ферментативных реакций. С другой стороны, идущая на убыль активность фотосинтеза при температуре выше оптимума имеет сложную природу: хотя вместе с температурой повышается активность определяющего скорость реакции ферментаRubisCO, его сродство с СО2 снижается; одновременно при высокой температуре СО2 растворяется в воде хуже относительно О2, т.е фотодыхание с повышением температуры активируется. Таким образом, продуктивность нетто-фотосинтеза уменьшается. При высоких температурах фотосинтетический аппарат разрушается вследствие инактивации ферментов и повреждения мембран. Для растений различных местообитаний температурные границы и температурный оптимум распологаются соответственно в характерных диапозонах.