光合作用

罗伯特·伯格曼

罗伯特·伯格曼

光合作用

每个大麻种植者都必须对光合作用的过程有一个很好的了解,因为这是所有生长的基础。如果光合作用出了问题,则植物内的其他过程也将无法发挥最佳作用。这是因为植物通过光合作用创造了自己的食物,而人类和动物却无法做到这一点。

在本指南中,您将学习

植物能够以简单分子的形式捕获太阳的辐射能,从而产生复杂的分子。因此,植物能够从无机(非生命)物质生产自己的有机物质。他们只用水, CO2 和太阳能来制造它们制成的物质。只有某些细菌和藻类才能做同样的事情。地球上所有其他生物都无法做到这一点,因此取决于植物的生产。

其中的过程 二氧化碳 水在光的作用下转化为糖和氧气,称为光合作用或同化作用。在光合作用中,仅产生糖,许多其他过程将这些糖转化为植物能够生长所需的纤维素,脂肪,蛋白质和许多其他有机物质。

光合作用如何工作

光合作用到底如何工作
在光合作用过程中,植物利用叶子捕获光能

大麻植物 实际上是一种小型的化学工厂,因为光合作用是化学过程的复杂结构。通常,可以区分两个步骤:

1.工厂将太阳能存储在临时存储物质中。
2.空气中的二氧化碳与水的结合。此过程发生在叶绿素中,植物为此使用了较早存储的能量。最终会有简单的糖和氧气。

太阳吸收的能量被用来制造糖。太阳的能量保留在糖的键合中,并可以在以后的时间通过呼吸释放。糖具有很高的能量含量,可以由植物储存,用作建筑材料或用于 呼吸。当植物将糖作为储备食品存储时,它们会转化为淀粉。

淀粉不过是一系列糖分子而已。淀粉的优点是它不吸水(低渗透压),因此易于储存。一部分糖会立即进入植物内的其他位置。它们被用于各种过程中,主要用作其他物质的构成基块,并作为呼吸过程中的能源。

光反应

光合作用
大麻被阳光照射

植物将太阳的辐射能转换为化学能。化学能是分子中捕获的能量。原子之间的每个键具有一定的能量值。分子越大,键合的原子越多,其中存储的能量越多。

植物通过叶绿素中发生的两个“光系统”进行光合作用。两种光系统是光反应和暗反应。

光反应

什么时候 碰到叶绿素,有足够的水, CO2 目前,光反应可以发生。叶绿素包含类囊体,一堆扁平膜,它们之间有空间。它看起来有点像一堆硬币。类囊体在膜上具有大蛋白。这些蛋白质可以捕获太阳能,从而使电子处于更高的能量状态。因此,该电子中的能量比平时多,但是由于不稳定,因此该能量很快传递给其他系统。电子是非常小的带负电的粒子,通常是原子的一部分。

电缆从负极到正极的流动也由电子形成。在光合作用的情况下,电子从水分子中释放出来。这也释放出两个氢原子,并产生氧气作为废物。处于激发能态的电子通过传输链释放其能量,该能量用于将氢原子从膜的一侧传输到另一侧。

因此,类囊体膜的一侧比另一侧具有更多的氢原子。这种差异使另一个分子,即所谓的ATP合酶,能够在膜中产生能量。原子总是希望从高浓度区域流向低浓度区域,直到达到平衡为止。

氢原子从高浓度区域到低浓度区域的流动起瀑布的作用,其中膜中的ATP合酶分子是由于水流而开始旋转的轮子。产品是ATP,一种富含能量的小分子。

另一个反应发生在类囊体中的另一个大分子内部。电子再次被太阳能带入激发能态,并被称为NADPH的分子捕获。最终,光反应的结果是两个能量丰富的分子ATP和NADPH。

黑暗的反应

一旦将太阳能化学存储在ATP和NADPH中,就可以进行光合作用的第二部分。这是空气中的二氧化碳与糖的键合。不需要光,因此它可以在黑暗和黑暗中进行。该反应发生在类囊体外部,叶绿素本身。的 CO2 在叶绿素中首先附着在rubisco酶上。然后,由捕获的二氧化碳和水形成糖。这发生在一系列称为加尔文循环的过程中。在黑暗反应过程中会使用ATP和NADPH中存储的能量。

酶rubisco

有关酶Rubisco的更多信息
酶Rubisco结构

如果对这个星球上最关键的酶获得奖项,那么Rubisco肯定是一个提名人。 CO2 在rubisco的影响下转化为糖。由于其在光合作用中的核心作用,地球上大部分的生物质都通过了这一酶。奇怪的是,rubisco远非完美,甚至存在重大设计缺陷,导致某些类型的植物创建了完全不同的使用rubisco的方式。即使有缺点,rubisco也是使光合作用顺利进行的最佳人选。

rubisco的最大设计缺陷是它无法区分O2(氧气)和CO2(二氧化碳)。必须捕获二氧化碳才能进行光合作用,并且必须将二氧化碳与水一起转化为糖。如果有足够的CO2和很少的氧气,这将是理想的选择。但是,如果存在大量氧气而没有足够的CO2,则Rubisco会简单地开始逆反应,并利用氧气和糖类产生CO2和 再浇水.

这称为光呼吸作用,对植物非常有害。该植物不仅分解了没有有用终产物的糖,而且还以热量的形式释放了大量能量。这会损害植物,这就是为什么植物的叶子具有足够的CO2非常重要,因此rubisco会与CO2而不是与氧气结合。种植者可以在rubisco的有效运营中发挥作用。

大麻成长圣经

获取我的自由成长圣经!

罗伯特(Robert)用他的《大麻种植圣经》帮助了超过一百万的种植者提升了他们的生长。
立即下载免费电子书

Rubisco在不同类型植物中的使用

有些植物受到rubisco设计缺陷的严重影响,因此发展了一种防止光呼吸的方法。从光合作用的角度来看,有三种植物:C3,C4和CAM植物。

干燥和温暖地区的植物有很大的机会通过rubisco进行光呼吸。由于干旱,该植物试图保留水分,但这阻止了植物吸收CO2并迫使rubisco停止使用 CO2 氧气。因此,许多在干燥和温暖的环境下生长的植物开发了不同的系统。他们首先创建一个分子作为存储物质,而不是立即让反应发生。首先将CO2储存在具有4个C原子的分子中,而无需使用rubisco。这就是为什么它们被称为C4植物的原因。

这与C3植物相反,后者在第一步中确实使用了rubisco,从而产生了一个具有3个C原子的分子作为最终产物。

C4键被更深地运输到叶片中,进入位于维管束周围的特殊细胞。在那里释放二氧化碳,并在rubisco的帮助下进行光合作用的常规过程。由于这些 细胞 位于叶片深处,几乎没有氧气存在,彼此之间的竞争要少得多 二氧化碳 与氧气形成与Rubisco酶的键。这些植物在高温下效率也更高 温度 和大量的光线照射。 C3植物在较低温度下具有优势,因为光合作用的额外步骤需要额外的能量。

大麻 是C3植物:在干旱和高温的情况下对光呼吸敏感,但在适当的情况下最有效。因此,种植者将植物暴露于的环境对于杂草植物的成功至关重要。您可以在有关气候的文章中阅读更多有关理想环境的信息。

荧光指示剂

荧光指示光合作用良好
光合作用良好的指标

当一片叶子发光时,发生的不仅仅是光合作用。您可以利用它来查看工厂内部发生的过程。太阳能使叶绿素中两个光系统中的电子进入更高的能量状态。此后可能发生三件事:

  • 在光合作用过程中对能量的利用。
  • 电子直接回落到原来的能级,而没有光合作用引起的所有化学反应。热量被释放,叶子变暖。
  • 电子回落到中间位置。能量以辐射的形式释放。可以将其测量为荧光。

大量的荧光表明事物运行不理想,因为作为种植者,您显然更喜欢尽可能多的光合作用。荧光可以用传感器测量。您可以通过这种方式间接测量光合作用的程度。荧光越多,光合作用越少。但是,这种设备非常昂贵,不适合小型家庭种植者。

如果……,光合作用会发生什么?

理论足够多,让我们直接从我们最喜欢的工厂开始实践。如果…,杂草植物的光合作用会发生什么?

光线不足

如果植物没有足够的光照,则意味着光合作用的发生将减少,因为它无法吸收太多的能量将CO2转化为糖。如果有更多的光照,它将产生更多的糖,因此它可以更快地生长。如果工厂的生长速度不及最大产能,那将是可耻的。它对植物的其余部分影响很小。

没有足够的水

如果植物没有得到足够的水,它将表现不佳。工厂试图保存 几乎没有水 通过关闭它仍然 气孔,因此二氧化碳不再会被树叶捕获。短时间后光合作用将停止。并且由于rubisco的设计缺陷,该植物甚至可以开始光呼吸,从而导致糖分流失,无生长和对植物的损害。此外,缺水还会导致植物变热,从而导致更多的缺水并损坏工厂。 细胞.

太热了

只要天气温暖,这不是灾难。 植物有足够的水。该植物将吸收并蒸发更多的水以使其自身冷却。光合作用将照常进行。但是,如果真的变暖,植物将无法在根部吸收足够的水分来弥补叶片中的水分。在这种情况下, 气孔 叶子上的叶子将被关闭以节省水,这与没有足够水的情况产生了同样的问题。

0评论

发表评论

请注意,评论必须经过批准才能发布