अब प्रकाश संश्लेषण के बारे में ही - सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरण। इसमें क्लोरोप्लास्ट थायलाकोइड्स में प्रकाश प्रक्रिया (ऊर्जा रूपांतरण) और क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में छाया प्रक्रिया (पदार्थ परिवर्तन - कार्बन आत्मसात) शामिल हैं:

प्रकाश प्रक्रिया	12H2O → 12 [H2] + 6O2 + ATP ऊर्जा
डार्क प्रक्रिया	6CO2 + 12 [H2] + ATP ऊर्जा → C6H12O6 + 6H2O
सारांश समीकरण	6СО2+ 12Н2О → С6Н12О6 + 6Н2О + 6О2

प्रकाश की ऊर्जा के कारण, H2O का प्रकाश संश्लेषण होता है, जिसमें फोटोऑक्सीडेशन के परिणामस्वरूप, प्रोटॉन और O2 बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं। प्रोटॉन एक कोएंजाइम से बंधते हैं - पोर्टेबल एनएडीपी (निकोटिनामाइड-डेनाइन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट) कम एनएडीपीएच + एच + के गठन के साथ।

जब इलेक्ट्रॉन अपनी परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं, तो एटीपी संश्लेषित होता है। इसके बाद, एनएडीपीएच और एटीपी को डार्क प्रोसेस में भेजा जाता है, जहां सीओ 2 से कार्बोहाइड्रेट को संश्लेषित किया जाता है, और फिर एडीपी और एनएडीपी + को फिर से प्रकाश प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण पर फोटोकैमिकल कार्य प्रकाश द्वारा विशेष वर्णक - क्लोरोफिल ए और कलेक्टर पिगमेंट के उत्तेजना के कारण किया जाता है।

विभिन्न शारीरिक स्थितियों के अनुकूलन के आधार पर, पौधों ने तीन अलग-अलग प्रकार के प्रकाश संश्लेषण विकसित किए हैं। प्रकाश संश्लेषक कार्बन आत्मसात करने का C3 मार्ग सबसे प्राचीन माना जाता है (जो लगभग 3.3 बिलियन वर्ष पहले उत्पन्न हुआ था), जो सबसे सरल नीले-हरे शैवाल (सियानोस) से परिपूर्ण स्थलीय फूलों के पौधों तक होता है। इस मार्ग को केल्विन चक्र भी कहा जाता है, जिसमें प्राथमिक कार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रिया से तीन-कार्बन मध्यवर्ती उत्पाद - फॉस्फोग्लिसरिक एसिड का निर्माण होता है। इस समूह में जई, राई, गेहूं, चावल, जौ, चुकंदर, तंबाकू, सभी खेती की गई फलियां और अन्य पौधे शामिल हो सकते हैं।

एक अन्य प्रकार, C4 (हैच-स्लैक पथ), क्रमिक रूप से छोटा है और शुष्क परिस्थितियों (उच्च प्रकाश तीव्रता और उच्च तापमान, नमी की कमी, आदि) के अनुकूलन के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुआ है। यह प्रतिस्थापित नहीं करता है, लेकिन केवल केल्विन चक्र को पूरा करता है और अधिकांश उष्णकटिबंधीय घासों में पाया जाता है, कुछ प्रकार के डाइकोटाइलडॉन में: ऐमारैंथस, धुंध, कोचिया, साल्टवॉर्ट, पर्सलेन, और मोनोकॉट्स से - बाजरा, मक्का, गन्ना, शर्बत, आदि में। इन पौधों के लिए एक अजीबोगरीब पत्ती शरीर रचना है, जिसमें संवाहक बंडलों के अस्तर की कोशिकाएं (वे केल्विन चक्र को अंजाम देती हैं) मेसोफिल कोशिकाओं से घिरी होती हैं, जहां आत्मसात एक अलग तरीके से होता है: CO2 आत्मसात के पहले उत्पाद 4 कार्बन परमाणु हैं। C4 पौधों में, मेसोफिल में CO2 को फॉस्फोएनोलपाइरूवेट में जोड़ा जाता है जिससे C4 डाइकारबॉक्सिलिक एसिड, ऑक्सालोएसेटिक एसिड बनता है। यह एसिड, एनएडीपीएच की मदद से, मैलिक एसिड में कम हो जाता है, जो संवहनी बंडल के अस्तर की कोशिकाओं में प्रवेश करता है और केल्विन चक्र के लिए ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन के परिणामस्वरूप CO2 और NADP बनाता है। परिणामी पाइरूवेट मेसोफिल कोशिकाओं में वापस आ जाता है, फॉस्फोराइलेट को फॉस्फोएनोलपाइरूवेट में बदल दिया जाता है, और सी 4 मार्ग बंद हो जाता है।

और अंत में, कार्बन डाइऑक्साइड को ठीक करने का एक और तरीका क्रसुलासी (सीएएम - क्रसुलासी एसिड चयापचय) का एसिड चयापचय है। यह मोटे रसीले पत्तों या तनों (कैक्टी, क्रसुला और अन्य रसीले) वाले पौधों के लिए विशिष्ट है, जो पारिस्थितिक और शारीरिक विशेषताओं के कारण, पर्यावरण में नमी की कमी (इनमें से रंध्र) की स्थिति में लंबे समय तक रहने में सक्षम हैं। पौधे दिन में बंद रहते हैं और रात में ही खुलते हैं)। इन पौधों का चयापचय इस मायने में उल्लेखनीय है कि रात में मैलिक और साइट्रिक एसिड अधिक मात्रा में संश्लेषित होते हैं, जो दिन के दौरान रात में संग्रहीत CO2 को इस तरह से छोड़ते हैं, जिसे बाद में केल्विन चक्र में कार्बनिक यौगिकों में शामिल किया जाता है। सीएएम-प्रकार के पौधों में, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कई मामलों में सी 4-प्रकार के समान होती है। कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण की शुरुआत और अंत अंतरिक्ष में नहीं, बल्कि समय में अलग होते हैं।

एक सीओ 2 अणु (अणुओं में) को ठीक करने के लिए ऊर्जा आवश्यकताओं की तुलना में, सीएएम मार्ग को सबसे अधिक ऊर्जा गहन के रूप में देखा जा सकता है:

C3 पौधे - 3ATP + 2NADPH + H+

C4 पौधे - 5ATP + 2NADPH + H+

सीएएम संयंत्र - 5.5 एटीपी + 2 एनएडीपीएच + एच +

C4 प्रकार के साथ, C3 प्रकार की तुलना में अधिक ATP की खपत होती है, लेकिन इससे प्रकाश संश्लेषण को अधिक तीव्रता से करना संभव हो जाता है। इस प्रकार, C3 संयंत्रों में बायोमास में ऊर्जा बंधन की अधिकतम दक्षता लगभग 1-2% है, और C4 संयंत्रों में यह 2-3% है।

खनिज पोषण।

जल व्यवस्था।

हवा की गैस संरचना।

हवा में CO2 की न्यूनतम सामग्री - C3 के लिए - 0.005%, C4 के लिए - 0.0005%

CO2 में 0.03% से 0.3% की वृद्धि से प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता में वृद्धि होती है। सीओ 2 से 1% में और वृद्धि प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित नहीं करती है,

पानी की बड़ी कमी के साथ, रंध्रों के बंद होने के कारण प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता कम हो जाती है, जिससे पत्तियों को CO2 की आपूर्ति कम हो जाती है, वाष्पोत्सर्जन कम हो जाता है और पत्ती के तापमान में वृद्धि होती है। इसके अलावा, निर्जलीकरण संरचना को बदल देता है और इसलिए एंजाइम की गतिविधि।

प्रकाश संश्लेषण की अधिकतम तीव्रता 5-10% की पानी की कमी पर, 20% पर - तेजी से गिरती है और 50% प्रकाश संश्लेषण बंद हो जाती है

किसी भी ईएमएफ का बहिष्करण प्रकाश संश्लेषण पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है। पोटेशियम फॉस्फोराइलेशन की प्रक्रियाओं को सक्रिय करता है और रंध्र के उद्घाटन में शामिल होता है। मैग्नीशियम क्लोरोफिल का हिस्सा है, कार्बोक्सिलेशन और एनएडीपी की कमी की प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करता है। आयरन क्लोरोफिल के संश्लेषण के लिए आवश्यक है। मैंगनीज और क्लोरीन पानी के प्रकाश अपघटन में शामिल होते हैं। कॉपर प्लास्टोसायनिन का हिस्सा है। नाइट्रोजन क्लोरोप्लास्ट के निर्माण और पिगमेंट के निर्माण के लिए आवश्यक है। सल्फर ईटीसी प्रोटीन का हिस्सा है

प्रकाश संश्लेषण दक्षता- प्रकाश संश्लेषण उत्पादों में PAR ऊर्जा भंडारण के प्रतिशत की विशेषता है। जीवमंडल में पौधों की दक्षता कम है: लगभग 0.2%, गन्ने के लिए - 1.9%, k-la के लिए - 0.5-0.6%। औद्योगिक फसलों में दक्षता 0.5-1.5%। गणना से पता चलता है कि सैद्धांतिक रूप से फसलों में 12% तक की दक्षता प्राप्त करना संभव है। मक्के की फसलों में 7-8% की दक्षता पहले ही प्राप्त की जा चुकी है।

दक्षता बढ़ाने के उपाय:

1) पर्यावरणीय कारकों (प्रकाश, आर्द्रता, तापमान) का विनियमन

2) प्रकाश संश्लेषण के लिए इष्टतम मापदंडों वाली फसलों का निर्माण:

– पत्ती क्षेत्र. आईएलपी - कम से कम 4-5, यानी। प्रति 1 हेक्टेयर, पत्ती क्षेत्र 40-50 हजार मी 2 होना चाहिए।

– फसलों का प्रकाशिक घनत्वजो प्रकाश का बेहतर उपयोग करने की अनुमति देता है। यह बीजारोपण दर द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो गाढ़े (आलू के बीज भूखंडों पर), या अधिक विरल फसलों (अनाज की बीज फसलों) के गठन की अनुमति देता है।

- एक बड़ी भूमिका निभाता है एक पौधे पर पत्तियों की व्यवस्था. यह क्षैतिज और कड़ाई से लंबवत (धनुष) व्यवस्था दोनों के साथ खराब है। बेहतर - फ़नल के आकार का मकई और अनाज जैसा।

3) पौधों की सक्रिय वनस्पति की अवधि को लम्बा खींचना:

अंकुर लगाकर, अंकुरित कंद।

जल्दी बुवाई।

पौधों को सक्रिय शारीरिक अवस्था में बनाए रखना आवश्यक है। फसल के निर्माण में न केवल पत्तियाँ, बल्कि कान, तना और यहाँ तक कि उभार भी, जिनमें एफ.

4) मौलिक रूप से नई प्रकार की फसलों की शुरूआत, जिसमें उच्च प्रकाश संश्लेषक गतिविधि (पट्टी और अन्य फसलों) के कारण पौधों की उत्पादकता 1.5-2 गुना बढ़ जाती है।

यूडीसी 632.65

उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना लुक्यानोव वी.ए., गोलोवस्तिकोवा ए.वी.

सार: केंद्रीय चेर्नोज़म क्षेत्र की प्राकृतिक परिस्थितियों में प्राप्त उपज को ध्यान में रखते हुए, उच्च पौधों के प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना के लिए एक एल्गोरिदम विकसित किया गया है। गणना का एक उदाहरण कृषि फसल - वसंत जौ पर प्रदर्शित किया जाता है। इस एल्गोरिथ्म के लिए धन्यवाद, विभिन्न दिशाओं के प्रबंधन में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता को ध्यान में रखना संभव होगा।

मौलिक शोध।

मुख्य शब्द: उच्च पौधे, दक्षता, प्रकाश संश्लेषण, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण, बौगुएर-लैम्बर्ट-बीयर कानून।

प्रकाश संश्लेषण अनुसंधान के वर्तमान चरण की विशिष्ट विशेषताओं में से एक, साथ ही जीव विज्ञान की कई अन्य समस्याएं, नए प्रयोगात्मक डेटा का तेजी से संचय है, जहां प्रकाश संश्लेषण के तंत्र के बारे में दृढ़ता से स्थापित विचारों को अक्सर बदल दिया जाता है और उनका खंडन किया जाता है। हालाँकि, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रियाओं से संबंधित मुद्दों की सीमा लगातार बढ़ रही है, नए पहलू और समस्याएं सामने आ रही हैं। साथ ही, जिन मुद्दों पर पहले अपर्याप्त ध्यान दिया गया है, वे अक्सर विशेष महत्व प्राप्त करते हैं।

मानव व्यवहार में उसकी सबसे विविध जरूरतों को पूरा करने के लिए उच्च पौधों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, हालांकि, उत्पादन के लिए लेखांकन करते समय, उपज और आर्थिक दक्षता जैसे संकेतक मुख्य रूप से उपयोग किए जाते हैं। उसी समय, प्रकाश संश्लेषण की वास्तविक प्रक्रिया को किसी भी तरह से ध्यान में नहीं रखा जाता है - पौधों के विकास की मुख्य चल रही प्रक्रिया, न केवल जलवायु परिस्थितियों, प्राप्त उत्पादों की गुणवत्ता और उनसे जुड़ी विशेषताओं को दर्शाती है, बल्कि मॉडल भी कृषि फसलों की वृद्धि और विकास के संबंध में।

प्रौद्योगिकी के रूप में, वन्य जीवन में हम दक्षता के बारे में बात कर सकते हैं - प्रकाश संश्लेषण की दक्षता, इसकी दक्षता के बारे में। पृथ्वी पर पड़ने वाली सभी सौर ऊर्जा में से केवल एक निश्चित प्रतिशत (इसकी गणना की विधि नीचे प्रस्तुत की जाएगी), कहते हैं, लगभग तीन से आठ प्रतिशत तक, हरे पौधों द्वारा अवशोषित किया जाता है। तो, विकिरण के पूरे स्पेक्ट्रम और पौधों के जीवन से, सबसे महत्वपूर्ण भूमिका दृश्य विकिरण द्वारा 0.38-0.71 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ निभाई जाती है,

सारांश: सेंट्रल ब्लैक अर्थ ज़ोन की प्राकृतिक परिस्थितियों में प्राप्त उत्पादकता को देखते हुए अधिकतम पौधों की प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना का एल्गोरिदम विकसित किया गया है। गणना का उदाहरण कृषि फसल - ग्रीष्मकालीन जौ पर दिखाया गया है। दिए गए एल्गोरिथम के कारण बुनियादी शोधों की विभिन्न दिशाओं के संचालन में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता पर विचार करना संभव हो जाता है।

कीवर्ड: अधिकतम पौधे, दक्षता, प्रकाश संश्लेषण, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण।

विशेष रूप से, एक जलवायु क्षेत्र के लिए और दूसरे पर लागू नहीं। इसलिए, विशिष्ट क्षेत्र स्थितियों के लिए, किसी को शोध के दौरान प्राप्त आंकड़ों को ध्यान में रखते हुए संग्रहीत और अवशोषित ऊर्जा की गणना करनी चाहिए और केवल उन पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए।

प्रकाश संश्लेषण दक्षता की गणना में सतह के विकिरण की तीव्रता, उपज, उत्पादकता, विशिष्ट पौधों की वृद्धि दर, कैलोरी सामग्री, ऊंचाई और पौधों की पत्ती की सतह के क्षेत्र जैसे महत्वपूर्ण मूल्यों को प्रतिबिंबित करना चाहिए। कृषि उत्पादकों के लिए वर्षों से उपज के सहसंबंध पर आसानी से ध्यान केंद्रित करना और प्रकाश संश्लेषण की समग्र प्रक्रिया का मूल्यांकन करना संभव हो जाएगा, जहां कुछ पैरामीटर उपज, उत्पाद की गुणवत्ता में कमी या वृद्धि का संकेत देंगे, और जलवायु परिस्थितियों को भी चिह्नित करेंगे।

दक्षता की गणना करने के लिए, उत्पादकता जैसे संकेतक दर्ज करना आवश्यक है

कृषि फसलें और उनकी विशिष्ट विकास दर।

विशिष्ट विकास दर एक मूल्य है जो दर्शाता है कि प्रति इकाई समय में प्रत्येक पौधे की कितनी इकाइयाँ (मुख्य या द्वितीयक) प्रकाश संश्लेषण करती हैं। एक दिशा या किसी अन्य (अधिक या कम) में इसका विचलन प्रति दिन पौधों के द्रव्यमान में वृद्धि की दिशा को इंगित करता है, अर्थात। इस मूल्य में वृद्धि न केवल उपज पर, बल्कि बढ़ते मौसम पर भी निर्भर करेगी। बढ़ते मौसम को कम करना भी एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, क्योंकि किसी के पकने के समय में कमी के साथ

प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (PAR) कहा जाता है। सभी अवशोषित ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण में नहीं जाती है, जबकि यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विभिन्न प्रकार और पौधों के समूहों में अलग-अलग दक्षता होती है। प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण और सामान्य रोशनी के बीच मुख्य अंतर क्लोरोफिल अणु को उत्तेजित अवस्था में ले जाने की क्षमता में निहित है, जिसके परिणामस्वरूप यह अपने इलेक्ट्रॉन को छोड़ देता है, जो पलायन करते समय कम के गठन पर ऊर्जा खर्च करता है कार्बनिक यौगिकों के रूप।

कृषि साहित्य में, शायद ही कभी ऐसे काम होते हैं जो प्रकाश संश्लेषण की चल रही प्रक्रिया के सार को ध्यान में रखते हैं। प्रकाश संश्लेषण की दक्षता आज दक्षता के गुणांक की विशेषता है। इस तथ्य के अलावा कि यह गणना यह नहीं दिखाती है कि अवशोषित और संग्रहीत ऊर्जा किससे बनी है, गणना के परिणामस्वरूप काफी अधिक मूल्य प्राप्त होते हैं।

जो लागू हैं

मूल्य

संग्रहित

पौधों (एक्स) और इसकी कैलोरी सामग्री (आर) के वजन बढ़ने के उत्पाद द्वारा निर्धारित किया जाता है:

पूर्व \u003d मैं एक्स (2) एक्स \u003d सी और 8 (3)

आर - कैलोरी सामग्री, एमजे सी - विशिष्ट विकास दर, टी-दिन और - उपज, टी / हेक्टेयर पी - उत्पादकता, टी-दिन / हेक्टेयर 8- पत्ती सतह क्षेत्र, एम 2 / हेक्टेयर

मान लीजिए कि हमें 1 हेक्टेयर - 3 टन से उपज मिली वसंत जौ की वनस्पति अवधि औसतन 105 दिन है।

साहित्य के आंकड़ों के अनुसार, जौ का 1 टन बिल्कुल सूखा वजन 20,000 एमजे के बराबर है। यह मान बदल सकता है, इसलिए इसे एक प्रसिद्ध विधि (कैलोरीमेट्रिक बम में जलना) के अनुसार गणना करने की अनुशंसा की जाती है।

प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना में मुख्य संकेतक पौधों की पत्ती की सतह और उपज का क्षेत्र है। विशिष्ट वृद्धि दर प्रति दिन उपज में वृद्धि के अनुपात के बराबर होती है, जिसकी गणना केवल तब की जा सकती है जब अंकुर (पत्तियाँ) दिखाई दें। इसी समय, बुवाई से लेकर पहली पत्तियों के प्रकट होने तक के दिनों की संख्या को कुल बढ़ते मौसम से घटा दिया जाता है। चलो द्रव्यमान लेते हैं

कृषि फसलों, मिट्टी की तैयारी, इसके प्रसंस्करण और बाद में उपयोग के लिए अतिरिक्त समय है।

उत्पादकता एक मूल्य है जो प्रति इकाई क्षेत्र में बढ़ते मौसम के प्रति इकाई समय में प्राप्त उपज की मात्रा को दर्शाता है।

इस कार्य का उद्देश्य केंद्रीय चेर्नोज़म क्षेत्र की प्राकृतिक परिस्थितियों में उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना के लिए एक एल्गोरिदम विकसित करना है।

समस्या का निरूपण। समान रूप से वितरित वसंत जौ के पौधों के साथ एक 1 हेक्टेयर (10,000 एम 2) क्षेत्र है।

उत्पादकता के मूल्य को जानना,

उत्पादन की एक इकाई की कैलोरी सामग्री,

कार्य सतह पर विकिरण घटना की तीव्रता, पौधों की ऊंचाई और पौधों की पत्ती की सतह का क्षेत्रफल प्रति 1 हेक्टेयर, प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना करना संभव हो जाता है।

साहित्य के आंकड़ों के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण की दक्षता दो मात्राओं का अनुपात है: संग्रहित ऊर्जा (Ex) से अवशोषित (Ep) और 100% से गुणा:

दक्षता = पूर्व / एन ■ 100% (1)

आइए जौ की पत्ती की सतह का कुल क्षेत्रफल (1m2 से) लें - 0.7m2, फिर प्रति हेक्टेयर, क्रमशः - 7000 m2।

हम मानों को सूत्र (6) में प्रतिस्थापित करते हैं:

एक्स \u003d सी और ■ 8

एक्स = 0.087 7000 3 = 1827 दिन -1/हेक्टेयर

पूर्व \u003d मैं एक्स पूर्व \u003d 20,000 1827 \u003d 3654 0000 एमजे

अवशोषित प्रकाश ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करने के लिए, साहित्यिक डेटा का उपयोग किया जाता है, या इसकी गणना स्वतंत्र रूप से बौगुएर-लैम्बर्ट-बीयर कानून के अनुसार की जाती है, जिसे इस प्रकार प्रस्तुत किया जाता है:

1/1o \u003d 10-बी \u003d टी-वीडी \u003d बी (7)

10 - बीम की तीव्रता

सतह पर एकवर्णी प्रकाश आपतित, W/m2;

I - पत्ती की सतह से गुजरने वाले प्रकाश की तीव्रता, W/m2;

बी - ऑप्टिकल घनत्व, इकाइयाँ। ऑप्ट। सघन;

जौ के पौधे 3 टन / हेक्टेयर, और बढ़ने का मौसम 105 दिन है। विशिष्ट विकास दर होगी:

क्यू = 3 / 105 = 0.029 टी दिन। (4)

बढ़ते मौसम के लिए प्राप्त मूल्य मौसम की स्थिति, पौधों की प्रजातियों, शारीरिक स्थिति और कृषि-तकनीकी उपायों पर बहुत निर्भर है।

= 0.029 ■ 3 = 0.087 टन/हेक्टेयर-दिन। (5)

प्रबुद्ध सतह प्रति 1 हेक्टेयर में कुल पत्ती क्षेत्र है।

पत्ती सतह क्षेत्र

सूत्र द्वारा गणना:

8 = डीएसआर एसएसआर ■ 0.7 ■ पी (6)

8-शीट सतह क्षेत्र, एम

डी सीएफ - पत्तियों की औसत लंबाई, मी

डब्ल्यू सीएफ - पत्तियों की औसत लंबाई, मी

n मापी गई पत्तियों की संख्या है

एन \u003d ईओ ए ■ एस ■ जी (11)

साहित्य डेटा के अनुसार पत्ती की सतह का अवशोषण गुणांक 0.8 है । हमारे क्षेत्र के लिए औसत रोशनी -300 W/m2 है, और PAR क्षेत्र में सतह विकिरण की तीव्रता 3 W/m2 है। हम दिन को सेकंड्स में ट्रांसलेट करते हैं, जो 86400 सेकेंड होगा। हम मानों को सूत्र (11) में प्रतिस्थापित करते हैं:

एन = 3 7000 0.8 86400 = 145152 0000 एमजे

दोनों भागों को 10,000 से विभाजित करें।

Ex और En के मानों को (1) में प्रतिस्थापित करने पर हमें वांछित मान प्राप्त होता है।

दक्षता = पूर्व / एन ■ 100%

दक्षता = 3654 100/145152 = 2.52%

प्रकाश संश्लेषक सक्रिय विकिरण (PAR) की ऊर्जा पौधों के अस्तित्व और सामान्य जीवन के लिए एक आवश्यक शर्त है। इसलिए, प्रकाश संश्लेषण की दक्षता की गणना के लिए ऐसा मॉडल न केवल प्राप्त फसल उपज को ध्यान में रखना संभव बनाता है, बल्कि

टी - संचरण,%।

आने वाले और बाहर जाने वाले प्रकाश प्रवाह के बीच का अंतर किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य पर अवशोषित भाग होगा:

1p \u003d 1o - मैं (8)

समीकरण के दोनों हिस्सों को 10 से विभाजित करते हुए, हम इसी प्रकाश तरंग के लिए अवशोषण गुणांक a8p लिखते हैं:

एएसपी = आईओ-आई / आईओ = 1-टी

In = aSp Io (9) प्रकाश प्रवाह के विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए

आकार

पत्तियों की वर्णक्रमीय विशेषताओं (क्लोरोफिल वर्णक, कैरोटीनॉयड, आदि का अनुपात) पर निर्भर करता है। इसलिए, कुल मान ज्ञात करने के लिए, PAR क्षेत्र से प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए a8p के मानों का योग करना आवश्यक है:

a= |a8p(^) ■ ^ (10)

अवशोषित ऊर्जा ईपी, प्रबुद्ध सतह एस के क्षेत्र को ध्यान में रखते हुए, हम सतह विकिरण तीव्रता E0 को अवशोषण गुणांक से गुणा करके प्राप्त करते हैं:

पौधे का विकास। उनमें से प्रत्येक सीधे दक्षता के मूल्य को प्रभावित करेगा - फसलों की खेती में मुख्य संकेतक।

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और अन्य महत्वपूर्ण पैरामीटर जो सीधे विकास को प्रभावित करते हैं और

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प्रकाश संश्लेषण को प्रत्यक्ष रूप से नियंत्रित करना व्यावहारिक रूप से असंभव है, लेकिन परोक्ष रूप से यह संभव है।

पर्यावरणीय कारकों (प्रकाश, तापमान, सीओ 2, एच 2 ओ, खनिज पोषण, आदि) का विनियमन

प्रकाश संश्लेषण के लिए इष्टतम मापदंडों के साथ फसलों का निर्माण:

1. पत्ता क्षेत्र। आईएलपी कम से कम 4-5 होना चाहिए, यानी। प्रति 1 हेक्टेयर, पत्ती क्षेत्र 40-50 हजार मी 2 होना चाहिए।

   प्रकाश के बेहतर उपयोग की अनुमति देने वाले प्रकाशिकी बोने का घनत्व। यह बीजारोपण दर द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो या तो गाढ़ा (उदाहरण के लिए, आलू के बीज भूखंडों में) या अधिक विरल फसलों (उदाहरण के लिए, अनाज की बीज फसलें) के गठन की अनुमति देता है।

   पौधे पर पत्तियों के आकार द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। यह क्षैतिज और कड़ाई से लंबवत (धनुष) व्यवस्था दोनों के साथ खराब है। बेहतर - फ़नल के आकार का मकई, अनाज।

ध्वज के पत्ते द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है - अनाज का सबसे ऊपरी पत्ता। इसके कार्य के कारण, प्रकाश संश्लेषण के लगभग 50% उत्पाद फूल आने के बाद, अनाज भरने की अवधि के दौरान बनते हैं।

रोपाई, अंकुरित कंद, जल्दी बुवाई करके पौधों की सक्रिय वनस्पति की अवधि को लम्बा करना। पौधों को सक्रिय शारीरिक अवस्था में रखना आवश्यक है।

फसल के निर्माण में न केवल पत्तियाँ शामिल होती हैं, बल्कि कान, तना और यहाँ तक कि उभार भी शामिल होते हैं, जिसमें प्रकाश संश्लेषण होता है। उनका हिस्सा अलग है, लेकिन काफी ठोस है।

मौलिक रूप से नई प्रकार की फसलों की शुरूआत, जिसमें उच्च प्रकाश संश्लेषक गतिविधि के कारण पौधों की उत्पादकता 1.5-2 गुना बढ़ जाती है। ये नैरो-बैंड फसलें हैं: उच्च तने वाली फसलों (अनाज) और जुताई वाली फसलों (चुकंदर, आलू, आदि) की लगभग 1 मीटर चौड़ी पट्टियों का प्रत्यावर्तन। ऐसी फसलों में, प्रकाश के उपयोग में हल्के दुष्प्रभाव के कारण सुधार होता है, सीओ पंक्ति फसलों की एकाग्रता और कई अन्य लाभ।

सौर ऊर्जा का उपयोग करने के लिए प्रकाश संश्लेषण मुख्य अत्यधिक लाभदायक तरीका है।

पर्यावरणीय कारकों और पौधों की विशेषताओं पर प्रकाश संश्लेषण की निर्भरता

सीएल की सामग्री पर एफआई की निर्भरता को आत्मसात संख्या (एएन) या विलस्टेटर संख्या द्वारा समझाया गया है। एसीएच क्लोरोफिल की प्रति यूनिट 1 घंटे में पत्ती द्वारा आत्मसात की गई सीओ 2 की मात्रा है। क्लोरोफिल सामग्री जितनी अधिक होगी, एपी सामग्री उतनी ही कम होगी। हल्के हरे पत्तों वाले पौधों में, एएन का मान 60-80, गहरे हरे रंग में - 5-7 मिलीग्राम सीओ 2 / घंटा मिलीग्राम सीएल होता है।

क्लोरोफिल पूरे पौधे की दुनिया में समान है और इसकी सामग्री, बढ़ती परिस्थितियों के आधार पर, 0.7 से 9 मिलीग्राम / डीएम 2 तक होती है।

पौधा जितना अधिक प्रकाश को अवशोषित करता है, पत्तियों में सीएल की मात्रा उतनी ही कम होती है। समशीतोष्ण क्षेत्र में, उदाहरण के लिए, आरबी, पत्तियां गहरे हरे रंग की होती हैं, दक्षिणी क्षेत्रों में - हल्की हरी। पौधे आमतौर पर कुछ अधिक मात्रा में क्लोरोफिल का संश्लेषण करते हैं। प्राकृतिक आर्द्रता (0.05-0.32%) के लिए पौधों में इसकी सामग्री सौवें से दसवें प्रतिशत तक होती है।

ओटोजेनी में प्रकाश संश्लेषण में परिवर्तन।

इस निर्भरता का अध्ययन करने के लिए, आमतौर पर एटिओलेटेड पौध का उपयोग किया जाता है; अंधेरे में उगाया। इनमें क्लोरोफिल नहीं होता है। प्रदीप्त होने पर कुछ ही मिनटों में क्लोरोफिल बन जाता है और चार घंटे के बाद उनमें प्रकाश संश्लेषण शुरू हो जाता है। वार्षिक पौधों में, ओटोजेनी में IF में एक असमान परिवर्तन होता है। IF को हरियाली के दो दिन बाद एक निश्चित स्तर पर सेट किया जाता है। IF का अधिकतम मान वनस्पति से प्रजनन (फूल चरण) में संक्रमण के दौरान होता है। पुराने पत्तों में, IF कम हो जाता है।

2. प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता और पर्यावरणीय कारक.

2.1 FI प्रकाश की तीव्रता (फोटॉन फ्लक्स) और इसकी वर्णक्रमीय संरचना दोनों पर निर्भर करता है। RI (प्रकाश की तीव्रता) पर IF की निर्भरता का वर्णन किया गया है प्रकाश वक्र प्रकाश संश्लेषण, जिसमें दो चरणों से मिलकर एक परवलय का रूप होता है। पहला चरण आईई सह पर आईएफ की रैखिक निर्भरता है प्रकाश मुआवजा बिंदु (एसकेपी)। एसकेपी प्रकाश की तीव्रता है जिस पर आईएफ = आईडी। दूसरा चरण वक्र के ढलान में कमी है क्योंकि एआई बढ़ता है और यह एक पठार तक पहुंचता है। ये है प्रकाश संतृप्ति प्रकाश संश्लेषण।

सामान्यीकृत प्रकाश वक्र का निम्न रूप है।

सी 3-पौधों में प्रकाश संतृप्ति पीएसओ के 0.4-0.6 के बराबर आईओ मूल्यों पर होती है, और सी 4 में यह व्यावहारिक रूप से नहीं देखी जाती है।

प्रकाश वक्र के झुकने बिंदु के अनुरूप सौर विकिरण को कहा जाता है विकिरण स्थिरता(आरपी)। आरपी के दौरान प्रकाश संश्लेषण की दक्षता अधिकतम मूल्यों तक पहुंच जाती है। हालांकि, फसलों में आपसी छायांकन के कारण पौधे अपर्याप्त रोशनी की स्थिति में हैं।

प्रकाश के संबंध में, पौधों को प्रकाश-प्रेमी (SR) और छाया-सहिष्णु (TR) में विभाजित किया गया है। वे अपनी रूपात्मक, शारीरिक और शारीरिक विशेषताओं में भिन्न हैं। SR की पत्तियाँ छोटी, मोटी होती हैं, उनमें सघन शिराएँ होती हैं, उनका रंग हल्का हरा होता है और क्लोरोफिल की मात्रा कम होती है। टीआर में, विपरीत सच है: पत्ते बड़े, पतले, विरल स्थान, गहरे हरे रंग, अधिक क्लोरोफिल, विशेष रूप से Chlv हैं। एसआर अधिक उत्पादक हैं।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश वक्रों के दौरान TR और SR भिन्न होते हैं (चित्र 2)। कम IE पर, FI, SR की तुलना में TR में अधिक होता है, और IE में वृद्धि के साथ, FI TR और SR में अधिक होता है।

एआई के कम मूल्यों पर प्रकाश संश्लेषण करने के लिए अलग-अलग पौधों की प्रजातियों, संकरों, किस्मों की क्षमता को प्रजनन कार्य में उपयोग करने का प्रयास किया जाता है। सी 4-संस्कृतियों के बीच भी ऐसा चयन संभव है - प्रकाश प्रेमियों को बाध्य करना।

प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना. IF प्रकाश की गुणवत्ता पर अत्यधिक निर्भर है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, 1 J लाल किरणों (RC) में 1 J नीली-बैंगनी किरणों (SF) की तुलना में 1.5 गुना अधिक क्वांटा होता है। घटना क्वांटा के संबंध में एसएफ और सीएस को संरेखित करते समय, एसएफ और सफेद रोशनी (बीएस) की तुलना में सीएस पर एफआई अधिक हो जाता है। हालांकि, संतृप्त प्रकाश में, लाभ एसएफ को जाता है। एसएफ पर उगाए गए पौधों में, एफएस संतृप्ति उच्च रोशनी में होती है और वे सीएल पर एक पौधे की तुलना में शक्तिशाली रेडिएंट फ्लक्स का अधिक कुशलता से उपयोग करते हैं।

प्रकाश की गुणवत्ता उस पत्ते में क्लोरोप्लास्ट की संख्या और आकार को प्रभावित नहीं करती है जिसने विकास पूरा कर लिया है; इसलिए, IFs मुख्य रूप से एकल क्लोरोप्लास्ट की गतिविधि के कारण होते हैं, जो CC पर पौधों में अधिक होता है।

संश्लेषित पदार्थों की संरचना प्रकाश की गुणवत्ता पर निर्भर करती है। एसएफ अधिक प्रोटीन और लिपिड जमा करता है, जबकि सीएस अधिक घुलनशील कार्बोहाइड्रेट और स्टार्च जमा करता है। 20% SF और RC को जोड़ने का प्रभाव मोनोक्रोमैटिक नीली रोशनी के समान होता है। नोट: एसएफ नीली रोशनी को संदर्भित करता है। इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषक लैंप के निर्माण में किया जाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में सूर्य की दीप्तिमान ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया। सौर ऊर्जा को पकड़ने और इसे हमारे ग्रह पर जीवन के लिए उपयोग करने का यही एकमात्र तरीका है।

सौर ऊर्जा को कैप्चर और परिवर्तित करना विविध प्रकाश संश्लेषक जीवों (फोटोऑटोट्रॉफ़्स) द्वारा किया जाता है। इनमें बहुकोशिकीय जीव (उच्च हरे पौधे और उनके निचले रूप - हरे, भूरे और लाल शैवाल) और एककोशिकीय जीव (यूग्लीना, डाइनोफ्लैगलेट्स और डायटम) शामिल हैं। प्रकाश संश्लेषक जीवों का एक बड़ा समूह प्रोकैरियोट्स हैं - नीला-हरा शैवाल, हरा और बैंगनी बैक्टीरिया। पृथ्वी पर प्रकाश संश्लेषण का लगभग आधा कार्य उच्च हरे पौधों द्वारा किया जाता है, और शेष आधा मुख्य रूप से एककोशिकीय शैवाल द्वारा किया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में सबसे पहले विचार 17वीं शताब्दी में बने थे। भविष्य में, जैसे-जैसे नए आंकड़े सामने आए, ये विचार कई बार बदले। [प्रदर्शन] .

प्रकाश संश्लेषण के बारे में विचारों का विकास

प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन की शुरुआत 1630 में हुई, जब वैन हेलमोंट ने दिखाया कि पौधे स्वयं कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं, और उन्हें मिट्टी से प्राप्त नहीं करते हैं। मिट्टी के बर्तन को तौलते हुए जिसमें विलो उगता था और पेड़ ही, उसने दिखाया कि 5 साल के भीतर पेड़ का द्रव्यमान 74 किलो बढ़ गया, जबकि मिट्टी केवल 57 ग्राम खो गई। वैन हेलमोंट इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि पौधे को प्राप्त हुआ शेष भोजन उस जल से जो वृक्ष पर सींचा गया था। अब हम जानते हैं कि संश्लेषण के लिए मुख्य सामग्री कार्बन डाइऑक्साइड है, जिसे पौधे द्वारा हवा से निकाला जाता है।

1772 में, जोसेफ प्रीस्टले ने दिखाया कि टकसाल की गोली जलती हुई मोमबत्ती द्वारा "खराब" हवा को "सुधार" करती है। सात साल बाद, जान इंजेनहुइस ने पाया कि पौधे केवल खराब हवा को "सही" कर सकते हैं जब वे प्रकाश में होते हैं, और पौधों की हवा को "सही" करने की क्षमता दिन की स्पष्टता और पौधों के रहने की अवधि के अनुपात में होती है। धूप में। अंधेरे में, पौधे हवा का उत्सर्जन करते हैं जो "जानवरों के लिए हानिकारक" है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में ज्ञान के विकास में अगला महत्वपूर्ण कदम 1804 में किए गए सौसुरे के प्रयोग थे। प्रकाश संश्लेषण से पहले और बाद में हवा और पौधों का वजन करके, सौसुरे ने पाया कि एक पौधे के शुष्क द्रव्यमान में वृद्धि हवा से अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड के द्रव्यमान से अधिक है। सॉसर इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि द्रव्यमान में वृद्धि में शामिल अन्य पदार्थ पानी था। इस प्रकार 160 वर्ष पूर्व प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया की कल्पना इस प्रकार की गई थी:

एच 2 ओ + सीओ 2 + एचवी -> सी 6 एच 12 ओ 6 + ओ 2

जल + कार्बन डाइऑक्साइड + सौर ऊर्जा ----> कार्बनिक पदार्थ + ऑक्सीजन

इंजेनहस ने सुझाव दिया कि प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश की भूमिका कार्बन डाइऑक्साइड का टूटना है; इस मामले में, ऑक्सीजन जारी की जाती है, और जारी "कार्बन" का उपयोग पौधों के ऊतकों के निर्माण के लिए किया जाता है। इस आधार पर, जीवित जीवों को हरे पौधों में विभाजित किया गया था, जो कार्बन डाइऑक्साइड को "आत्मसात" करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, और अन्य जीव जिनमें क्लोरोफिल नहीं होता है, जो प्रकाश ऊर्जा का उपयोग नहीं कर सकते हैं और सीओ 2 को आत्मसात करने में सक्षम नहीं हैं।

जीवित दुनिया को विभाजित करने के इस सिद्धांत का उल्लंघन किया गया था जब 1887 में एस एन विनोग्रैडस्की ने रसायन विज्ञान बैक्टीरिया - क्लोरोफिल मुक्त जीवों की खोज की जो अंधेरे में कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात कर सकते हैं (यानी कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित हो सकते हैं)। इसका भी उल्लंघन किया गया था, जब 1883 में, एंगेलमैन ने बैंगनी बैक्टीरिया की खोज की जो एक प्रकार का प्रकाश संश्लेषण करते हैं जो ऑक्सीजन की रिहाई के साथ नहीं होता है। उस समय, इस तथ्य की ठीक से सराहना नहीं की गई थी; इस बीच, अंधेरे में कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने वाले केमोसिंथेटिक बैक्टीरिया की खोज से पता चलता है कि कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करना केवल प्रकाश संश्लेषण की एक विशिष्ट विशेषता नहीं माना जा सकता है।

1940 के बाद, लेबल किए गए कार्बन के उपयोग के लिए धन्यवाद, यह पाया गया कि सभी कोशिकाएं - पौधे, जीवाणु और पशु - कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने में सक्षम हैं, अर्थात इसे कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में शामिल करते हैं; केवल वे स्रोत, जिनसे वे इसके लिए आवश्यक ऊर्जा खींचते हैं, भिन्न हैं।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के अध्ययन में एक और बड़ा योगदान 1905 में ब्लैकमैन द्वारा किया गया था, जिन्होंने पाया कि प्रकाश संश्लेषण में दो क्रमिक प्रतिक्रियाएं होती हैं: एक तेज प्रकाश प्रतिक्रिया और धीमी, प्रकाश-स्वतंत्र चरणों की एक श्रृंखला, जिसे उन्होंने गति प्रतिक्रिया कहा। उच्च-तीव्रता वाले प्रकाश का उपयोग करते हुए, ब्लैकमैन ने दिखाया कि प्रकाश संश्लेषण एक ही दर से आंतरायिक रोशनी के तहत एक सेकंड के केवल एक अंश की चमक के साथ, और निरंतर रोशनी के तहत आगे बढ़ता है, इस तथ्य के बावजूद कि पहले मामले में प्रकाश संश्लेषक प्रणाली आधी ऊर्जा प्राप्त करती है। अंधेरे अवधि में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ ही प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता कम हो गई। आगे के अध्ययनों में यह पाया गया कि बढ़ते तापमान के साथ डार्क रिएक्शन की दर काफी बढ़ जाती है।

प्रकाश संश्लेषण के रासायनिक आधार के बारे में अगली परिकल्पना वैन नील ने सामने रखी, जिन्होंने 1931 में प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि बैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन की रिहाई के बिना अवायवीय परिस्थितियों में हो सकता है। वैन नील ने सुझाव दिया कि, सिद्धांत रूप में, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया बैक्टीरिया और हरे पौधों में समान होती है। उत्तरार्द्ध में, एक कम करने वाले एजेंट (एच) के गठन के साथ पानी (एच 2 0) के फोटोलिसिस के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, जो एक निश्चित तरीके से कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने में भाग लेता है, और एक ऑक्सीकरण एजेंट (ओएच), आणविक ऑक्सीजन का एक काल्पनिक अग्रदूत। बैक्टीरिया में, प्रकाश संश्लेषण सामान्य रूप से उसी तरह होता है, लेकिन एच 2 एस या आणविक हाइड्रोजन हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है, और इसलिए ऑक्सीजन जारी नहीं होता है।

प्रकाश संश्लेषण के बारे में आधुनिक विचार

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण का सार एटीपी और कम निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट (एनएडीपी) के रूप में सूर्य के प्रकाश की विकिरण ऊर्जा का रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरण है। · एन)।

वर्तमान में, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में दो चरण होते हैं, जिसमें प्रकाश संश्लेषक संरचनाएं सक्रिय भाग लेती हैं। [प्रदर्शन] और प्रकाश संवेदनशील कोशिका वर्णक।

प्रकाश संश्लेषक संरचनाएं

बैक्टीरिया मेंप्रकाश संश्लेषक संरचनाएं कोशिका झिल्ली के एक आक्रमण के रूप में प्रस्तुत की जाती हैं, जो मेसोसोम के लैमेलर ऑर्गेनेल बनाती हैं। जीवाणुओं के विनाश से प्राप्त पृथक मेसोसोम क्रोमैटोफोर्स कहलाते हैं, इनमें एक प्रकाश-संवेदी उपकरण होता है।

यूकेरियोट्स मेंप्रकाश संश्लेषक उपकरण विशेष इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल में स्थित है - क्लोरोप्लास्ट, जिसमें हरे रंग का वर्णक क्लोरोफिल होता है, जो पौधे को हरा रंग देता है और प्रकाश संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को कैप्चर करता है। माइटोकॉन्ड्रिया की तरह क्लोरोप्लास्ट में भी डीएनए, आरएनए और प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक उपकरण होता है, यानी उनमें खुद को पुन: उत्पन्न करने की क्षमता होती है। क्लोरोप्लास्ट माइटोकॉन्ड्रिया से कई गुना बड़े होते हैं। उच्च पौधों में क्लोरोप्लास्ट की संख्या शैवाल में एक से 40 प्रति कोशिका तक भिन्न होती है।

हरे पौधों की कोशिकाओं में, क्लोरोप्लास्ट के अलावा, माइटोकॉन्ड्रिया भी होते हैं, जिनका उपयोग रात में श्वसन के कारण ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जैसा कि हेटरोट्रॉफ़िक कोशिकाओं में होता है।

क्लोरोप्लास्ट गोलाकार या चपटे होते हैं। वे दो झिल्लियों से घिरे हुए हैं - बाहरी और भीतरी (चित्र 1)। भीतरी झिल्ली चपटी बुलबुले के आकार की डिस्क के ढेर के रूप में खड़ी होती है। इस ढेर को एक पहलू कहा जाता है।

प्रत्येक दाने में सिक्कों के स्तंभों की तरह व्यवस्थित अलग-अलग परतें होती हैं। प्रोटीन अणुओं की परतें क्लोरोफिल, कैरोटीन और अन्य वर्णक युक्त परतों के साथ-साथ लिपिड के विशेष रूपों (गैलेक्टोज या सल्फर युक्त, लेकिन केवल एक फैटी एसिड युक्त) के साथ वैकल्पिक होती हैं। ये सतह-सक्रिय लिपिड अणुओं की अलग-अलग परतों के बीच adsorbed प्रतीत होते हैं और संरचना को स्थिर करने के लिए काम करते हैं, जिसमें प्रोटीन और रंगद्रव्य की वैकल्पिक परतें होती हैं। इस तरह की एक स्तरित (लैमेलर) ग्रेना संरचना प्रकाश संश्लेषण के दौरान एक अणु से पास के एक अणु में ऊर्जा के हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करती है।

शैवाल में प्रत्येक क्लोरोप्लास्ट में एक से अधिक दाने नहीं होते हैं, और उच्च पौधों में - 50 अनाज तक, जो झिल्ली पुलों द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं। ग्रेना के बीच जलीय माध्यम क्लोरोप्लास्ट का स्ट्रोमा है, जिसमें एंजाइम होते हैं जो "अंधेरे प्रतिक्रियाओं" को अंजाम देते हैं।

दाने को बनाने वाली पुटिका जैसी संरचनाओं को थायलैक्टोइड्स कहा जाता है। एक दाने में 10 से 20 थायलैक्टॉइड होते हैं।

थायलैक्टिक झिल्लियों के प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई, जिसमें आवश्यक प्रकाश-फँसाने वाले रंगद्रव्य और ऊर्जा परिवर्तन तंत्र के घटक होते हैं, को क्वांटोसोम कहा जाता है, जिसमें लगभग 230 क्लोरोफिल अणु होते हैं। इस कण का द्रव्यमान लगभग 2 x 10 6 डाल्टन और आकार लगभग 17.5 एनएम है।

	प्रकाश संश्लेषण के चरण
	प्रकाश चरण (या ऊर्जा)	डार्क स्टेज (या मेटाबॉलिक)
प्रतिक्रिया का स्थान	थायलैक्टिक झिल्लियों के क्वांटोसोम में, यह प्रकाश में आगे बढ़ता है।	यह थायलैक्टोइड्स के बाहर, स्ट्रोमा के जलीय वातावरण में किया जाता है।
उत्पाद शुरू करना	प्रकाश ऊर्जा, जल (H2O), ADP, क्लोरोफिल	सीओ 2, राइबुलोज डिफॉस्फेट, एटीपी, एनएडीपीएच 2
प्रक्रिया का सार	पानी का फोटोलिसिस, फास्फारिलीकरण प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में, प्रकाश ऊर्जा एटीपी की रासायनिक ऊर्जा में बदल जाती है, और ऊर्जा-गरीब जल इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा-समृद्ध एनएडीपी इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित कर दिया जाता है। · एच 2। प्रकाश अवस्था के दौरान बनने वाला उपोत्पाद ऑक्सीजन है। प्रकाश चरण की प्रतिक्रियाओं को "प्रकाश प्रतिक्रिया" कहा जाता है।	कार्बोक्सिलेशन, हाइड्रोजनीकरण, डीफॉस्फोराइलेशन प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में, "अंधेरे प्रतिक्रियाएं" होती हैं जिसमें सीओ 2 से ग्लूकोज का रिडक्टिव संश्लेषण देखा जाता है। प्रकाश अवस्था की ऊर्जा के बिना अंधकारमय अवस्था असंभव है।
अंत उत्पादों	हे 2, एटीपी, एनएडीपीएच 2 प्रकाश प्रतिक्रिया के ऊर्जा-समृद्ध उत्पाद - एटीपी और एनएडीपी · एच 2 आगे प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण में प्रयोग किया जाता है।
प्रकाश और अंधेरे चरणों के बीच संबंध को योजना द्वारा व्यक्त किया जा सकता है प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया अंतर्जात है, अर्थात। मुक्त ऊर्जा में वृद्धि के साथ है, इसलिए, इसे बाहर से आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होती है। समग्र प्रकाश संश्लेषण समीकरण है: 6CO 2 + 12H 2 O ---> C 6 H 12 O 62 + 6H 2 O + 6O 2 + 2861 kJ / mol।

स्थलीय पौधे अपनी जड़ों के माध्यम से प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक पानी को अवशोषित करते हैं, जबकि जलीय पौधे इसे पर्यावरण से विसरण द्वारा प्राप्त करते हैं। प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक कार्बन डाइऑक्साइड पत्तियों की सतह पर छोटे छिद्रों के माध्यम से पौधे में फैलती है - रंध्र। चूंकि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड की खपत होती है, इसलिए कोशिका में इसकी सांद्रता आमतौर पर वातावरण की तुलना में कुछ कम होती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान जारी ऑक्सीजन कोशिका से बाहर फैलती है, और फिर रंध्र के माध्यम से पौधे से बाहर निकलती है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाली शर्करा भी पौधे के उन हिस्सों में फैल जाती है जहां उनकी सांद्रता कम होती है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए पौधों को बहुत अधिक हवा की आवश्यकता होती है, क्योंकि इसमें केवल 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड होता है। नतीजतन, हवा के 10,000 मीटर 3 से, 3 मीटर 3 कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त किया जा सकता है, जिससे प्रकाश संश्लेषण के दौरान लगभग 110 ग्राम ग्लूकोज बनता है। हवा में कार्बन डाइऑक्साइड के उच्च स्तर के साथ पौधे आमतौर पर बेहतर विकसित होते हैं। इसलिए, कुछ ग्रीनहाउस में, हवा में सीओ 2 की सामग्री 1-5% तक समायोजित की जाती है।

प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश (फोटोकेमिकल) चरण का तंत्र

सौर ऊर्जा और विभिन्न वर्णक प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश रासायनिक कार्य के कार्यान्वयन में भाग लेते हैं: हरा - क्लोरोफिल ए और बी, पीला - कैरोटेनॉयड्स और लाल या नीला - फाइकोबिलिन। वर्णकों के इस परिसर के बीच केवल क्लोरोफिल ए फोटोकैमिक रूप से सक्रिय है। शेष वर्णक एक सहायक भूमिका निभाते हैं, केवल प्रकाश क्वांटा (एक प्रकार का प्रकाश-संग्रहित लेंस) के संग्राहक और फोटोकैमिकल केंद्र में उनके कंडक्टर होते हैं।

एक निश्चित तरंग दैर्ध्य की सौर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से अवशोषित करने के लिए क्लोरोफिल की क्षमता के आधार पर, थायलैक्टिक झिल्ली (चित्र 3) में कार्यात्मक फोटोकैमिकल केंद्रों या फोटो सिस्टम की पहचान की गई थी:

• फोटोसिस्टम I (क्लोरोफिल) ए) - लगभग 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करने वाला वर्णक 700 (पी 700) होता है, प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों के निर्माण में एक प्रमुख भूमिका निभाता है: एटीपी और एनएडीपी · एच 2
• फोटोसिस्टम II (क्लोरोफिल) बी) - इसमें वर्णक 680 (पी 680) होता है, जो 680 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करता है, पानी के फोटोलिसिस के कारण फोटोसिस्टम I द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों की भरपाई करके एक सहायक भूमिका निभाता है।

फोटोसिस्टम I और II में प्रकाश-संचयन वर्णक के 300-400 अणुओं के लिए, प्रकाश-रासायनिक रूप से सक्रिय वर्णक का केवल एक अणु होता है - क्लोरोफिल ए।

एक पौधे द्वारा अवशोषित प्रकाश मात्रा

• पी 700 वर्णक को जमीनी अवस्था से उत्तेजित अवस्था में स्थानांतरित करता है - पी * 700, जिसमें यह योजना के अनुसार पी 700 + के रूप में एक सकारात्मक इलेक्ट्रॉन छेद के गठन के साथ आसानी से एक इलेक्ट्रॉन खो देता है:

  पी 700 ---> पी * 700 ---> पी + 700 + ई -

  उसके बाद, वर्णक अणु, जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है, एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करने में सक्षम) के रूप में काम कर सकता है और कम रूप में जा सकता है

• योजना के अनुसार फोटोसिस्टम II के फोटोकैमिकल सेंटर पी 680 में पानी के अपघटन (फोटोऑक्सीडेशन) का कारण बनता है

  एच 2 ओ ---> 2 एच + + 2 ई - + 1/2 ओ 2

  जल के प्रकाश-अपघटन को पहाड़ी अभिक्रिया कहते हैं। पानी के अपघटन द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉनों को शुरू में क्यू नामित पदार्थ द्वारा स्वीकार किया जाता है (कभी-कभी साइटोक्रोम सी 550 कहा जाता है क्योंकि यह अधिकतम अवशोषण के कारण होता है, हालांकि यह साइटोक्रोम नहीं है)। फिर, पदार्थ क्यू से, माइटोकॉन्ड्रियल की संरचना के समान वाहकों की एक श्रृंखला के माध्यम से, इलेक्ट्रॉनों को फोटोसिस्टम I को आपूर्ति की जाती है ताकि सिस्टम द्वारा प्रकाश क्वांटा के अवशोषण के परिणामस्वरूप गठित इलेक्ट्रॉन छेद को भर दिया जा सके और वर्णक पी + 700 को पुनर्स्थापित किया जा सके।

यदि ऐसा अणु बस उसी इलेक्ट्रॉन को वापस प्राप्त करता है, तो प्रकाश ऊर्जा गर्मी और प्रतिदीप्ति के रूप में जारी की जाएगी (यह शुद्ध क्लोरोफिल के प्रतिदीप्ति का कारण है)। हालांकि, ज्यादातर मामलों में, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन को विशेष लौह-सल्फर प्रोटीन (FeS-center) द्वारा स्वीकार किया जाता है, और फिर

1. या वाहक श्रृंखला में से एक के साथ वापस P + 700 में ले जाया जाता है, इलेक्ट्रॉन छेद भरता है
2. या एक स्थायी स्वीकर्ता के लिए फेरेडॉक्सिन और फ्लेवोप्रोटीन के माध्यम से वाहकों की एक अन्य श्रृंखला के साथ - एनएडीपी · एच 2

पहले मामले में, एक बंद चक्रीय इलेक्ट्रॉन परिवहन होता है, और दूसरे में - गैर-चक्रीय।

दोनों प्रक्रियाएं एक ही इलेक्ट्रॉन वाहक श्रृंखला द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। हालांकि, चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन में, इलेक्ट्रॉनों को क्लोरोफिल से वापस कर दिया जाता है एक्लोरोफिल को लौटें ए, जबकि एसाइक्लिक फोटोफॉस्फोराइलेशन में, इलेक्ट्रॉनों को क्लोरोफिल बी से क्लोरोफिल में स्थानांतरित किया जाता है ए.

चक्रीय (प्रकाश संश्लेषक) फास्फारिलीकरण	गैर-चक्रीय फास्फारिलीकरण
चक्रीय फास्फारिलीकरण के परिणामस्वरूप, एटीपी अणुओं का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया क्रमिक चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से पी 700 में उत्साहित इलेक्ट्रॉनों की वापसी से जुड़ी है। पी 700 में उत्साहित इलेक्ट्रॉनों की वापसी से ऊर्जा की रिहाई होती है (उच्च से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण के दौरान), जो फॉस्फोराइलेटिंग एंजाइम प्रणाली की भागीदारी के साथ एटीपी के फॉस्फेट बांड में जमा होती है, और नहीं प्रतिदीप्ति और ऊष्मा के रूप में विलुप्त हो जाना (चित्र 4.)। इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण कहा जाता है (जैसा कि माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा किए गए ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के विपरीत); प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण- प्रकाश संश्लेषण की प्राथमिक प्रतिक्रिया - सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके क्लोरोप्लास्ट के थाइलैक्टोइड्स की झिल्ली पर रासायनिक ऊर्जा (एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट से एटीपी का संश्लेषण) के निर्माण के लिए तंत्र। सीओ 2 आत्मसात की डार्क रिएक्शन के लिए आवश्यक	गैर-चक्रीय फास्फारिलीकरण के परिणामस्वरूप, NADP + NADP के गठन के साथ कम हो जाता है · N. यह प्रक्रिया एक इलेक्ट्रॉन के फेरेडॉक्सिन में स्थानांतरण, इसकी कमी और इसके NADP + में इसके आगे संक्रमण के साथ जुड़ी हुई है, इसके बाद NADP में इसकी कमी है · एच
दोनों प्रक्रियाएं थायलैक्टिक्स में होती हैं, हालांकि दूसरी अधिक जटिल है। यह फोटोसिस्टम II के कार्य से जुड़ा हुआ है।

इस प्रकार, फोटोसिस्टम II में प्रकाश की क्रिया के तहत विघटित पानी के इलेक्ट्रॉनों द्वारा खोए हुए P 700 इलेक्ट्रॉनों को फिर से भर दिया जाता है।

ए+ जमीनी अवस्था में, स्पष्ट रूप से क्लोरोफिल के उत्तेजना पर बनते हैं बी. ये उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन फेरेडॉक्सिन में जाते हैं और फिर फ्लेवोप्रोटीन और साइटोक्रोम के माध्यम से क्लोरोफिल में जाते हैं ए. अंतिम चरण में, ADP को ATP में फॉस्फोराइलेट किया जाता है (चित्र 5)।

क्लोरोफिल वापस करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों मेंइसकी जमीनी अवस्था की आपूर्ति संभवतः OH - आयनों द्वारा की जाती है जो पानी के पृथक्करण के दौरान बनते हैं। पानी के कुछ अणु H+ और OH- आयनों में वियोजित हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के परिणामस्वरूप, OH - आयन मूलक (OH) में परिवर्तित हो जाते हैं, जो बाद में पानी के अणु और गैसीय ऑक्सीजन देते हैं (चित्र 6)।

सिद्धांत के इस पहलू की पुष्टि पानी के साथ किए गए प्रयोगों के परिणामों और 18 0 . के साथ लेबल किए गए CO2 से होती है [प्रदर्शन] .

इन परिणामों के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली सभी गैसीय ऑक्सीजन पानी से आती है न कि CO2 से। जल विभाजन प्रतिक्रियाओं का अभी तक विस्तार से अध्ययन नहीं किया गया है। हालांकि, यह स्पष्ट है कि एक क्लोरोफिल अणु की उत्तेजना सहित गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन (चित्र 5) की सभी क्रमिक प्रतिक्रियाओं का कार्यान्वयन एऔर एक क्लोरोफिल अणु बी, एक एनएडीपी अणु के गठन के लिए नेतृत्व करना चाहिए · एच, एडीपी और एफ एन से दो या दो से अधिक एटीपी अणु और एक ऑक्सीजन परमाणु की रिहाई के लिए। इसके लिए कम से कम चार क्वांटा प्रकाश की आवश्यकता होती है - प्रत्येक क्लोरोफिल अणु के लिए दो।

एच 2 ओ से एनएडीपी तक गैर-चक्रीय इलेक्ट्रॉन प्रवाह · एच 2 जो दो फोटो सिस्टम और उन्हें जोड़ने वाली इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं की बातचीत के दौरान होता है, रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों के बावजूद मनाया जाता है: ई ° 1 / 2O 2 /H 2 O \u003d +0.81 V, और E ° के लिए एनएडीपी / एनएडीपी · एच \u003d -0.32 वी। प्रकाश की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को उलट देती है। यह आवश्यक है कि फोटोसिस्टम II से फोटोसिस्टम I में स्थानांतरण के दौरान, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का हिस्सा थायलैक्टॉइड झिल्ली पर एक प्रोटॉन क्षमता के रूप में जमा होता है, और फिर एटीपी की ऊर्जा में।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रोटॉन क्षमता के निर्माण और क्लोरोप्लास्ट में एटीपी के निर्माण के लिए इसका उपयोग माइटोकॉन्ड्रिया के समान है। हालांकि, फोटोफॉस्फोराइलेशन के तंत्र में कुछ ख़ासियतें हैं। थायलैक्टोइड्स माइटोकॉन्ड्रिया की तरह होते हैं जो अंदर से बाहर निकलते हैं, इसलिए झिल्ली के माध्यम से इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन स्थानांतरण की दिशा माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में इसकी दिशा के विपरीत होती है (चित्र 6)। इलेक्ट्रॉन बाहर की ओर चले जाते हैं, और प्रोटॉन थाइलैक्टिक मैट्रिक्स के अंदर केंद्रित होते हैं। मैट्रिक्स को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और थायलैक्टोइड की बाहरी झिल्ली नकारात्मक रूप से चार्ज होती है, अर्थात, प्रोटॉन ढाल की दिशा माइटोकॉन्ड्रिया में इसकी दिशा के विपरीत होती है।

एक अन्य विशेषता माइटोकॉन्ड्रिया की तुलना में प्रोटॉन क्षमता में पीएच का काफी बड़ा अनुपात है। थायलैक्टॉइड मैट्रिक्स अत्यधिक अम्लीय है, इसलिए पीएच 0.1-0.2 वी तक पहुंच सकता है, जबकि लगभग 0.1 वी है। Δ μ एच +> 0.25 वी का कुल मूल्य।

एच + -एटीपी सिंथेटेस, जिसे क्लोरोप्लास्ट में "СF 1 +F 0" कॉम्प्लेक्स के रूप में नामित किया गया है, भी विपरीत दिशा में उन्मुख है। इसका सिर (F1) बाहर की ओर, क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा की ओर दिखता है। प्रोटॉन को СF 0 +F 1 के माध्यम से मैट्रिक्स से बाहर धकेल दिया जाता है, और प्रोटॉन क्षमता की ऊर्जा के कारण एटीपी एफ 1 के सक्रिय केंद्र में बनता है।

माइटोकॉन्ड्रियल श्रृंखला के विपरीत, थायलैक्टॉइड श्रृंखला में स्पष्ट रूप से केवल दो संयुग्मन स्थल होते हैं; इसलिए, एक एटीपी अणु के संश्लेषण के लिए दो के बजाय तीन प्रोटॉन की आवश्यकता होती है, अर्थात अनुपात 3 एच + / 1 मोल एटीपी।

तो, प्रकाश संश्लेषण के पहले चरण में, प्रकाश प्रतिक्रियाओं के दौरान, क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में एटीपी और एनएडीपी बनते हैं। · एच - अंधेरे प्रतिक्रियाओं के कार्यान्वयन के लिए आवश्यक उत्पाद।

प्रकाश संश्लेषण की डार्क स्टेज की क्रियाविधि

प्रकाश संश्लेषण की डार्क रिएक्शन कार्बोहाइड्रेट के गठन के साथ कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक पदार्थों में शामिल करने की प्रक्रिया है (सीओ 2 से ग्लूकोज प्रकाश संश्लेषण)। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के उत्पादों की भागीदारी के साथ क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में प्रतिक्रियाएं होती हैं - एटीपी और एनएडीपी · एच2.

कार्बन डाइऑक्साइड (फोटोकेमिकल कार्बोक्सिलेशन) का आत्मसात एक चक्रीय प्रक्रिया है, जिसे पेंटोस फॉस्फेट प्रकाश संश्लेषक चक्र या केल्विन चक्र (चित्र 7) भी कहा जाता है। इसे तीन मुख्य चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

• कार्बोक्सिलेशन (राइबुलोज डाइफॉस्फेट के साथ CO2 का निर्धारण)
• कमी (3-फॉस्फोग्लिसरेट की कमी के दौरान ट्रायोज फॉस्फेट का निर्माण)
• राइबुलोज डाइफॉस्फेट का पुनर्जनन

रिबुलोज 5-फॉस्फेट (कार्बन 5 पर फॉस्फेट अवशेष के साथ 5-कार्बन चीनी) एटीपी द्वारा राइबुलोज डिफॉस्फेट बनाने के लिए फॉस्फोराइलेट किया जाता है। यह अंतिम पदार्थ सीओ 2 के अतिरिक्त कार्बोक्सिलेट किया जाता है, जाहिरा तौर पर एक मध्यवर्ती छह-कार्बन उत्पाद के लिए, जो, हालांकि, एक पानी के अणु के साथ तुरंत साफ हो जाता है, जिससे फॉस्फोग्लिसरिक एसिड के दो अणु बनते हैं। फॉस्फोग्लिसरिक एसिड तब एंजाइमी प्रतिक्रिया में कम हो जाता है जिसके लिए एटीपी और एनएडीपी की उपस्थिति की आवश्यकता होती है · एच फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड (तीन-कार्बन चीनी - ट्रायोज़) के गठन के साथ। ऐसे दो त्रिभुजों के संघनन के परिणामस्वरूप, एक हेक्सोज अणु बनता है, जिसे स्टार्च अणु में शामिल किया जा सकता है और इस प्रकार रिजर्व में जमा किया जा सकता है।

चक्र के इस चरण को पूरा करने के लिए, प्रकाश संश्लेषण 1 CO 2 अणु की खपत करता है और 3 ATP अणुओं और 4 H परमाणुओं (2 NAD अणुओं से जुड़ा) का उपयोग करता है। · एन)। हेक्सोज फॉस्फेट से, पेंटोस फॉस्फेट चक्र (चित्र 8) की कुछ प्रतिक्रियाओं द्वारा, राइबुलोज फॉस्फेट पुन: उत्पन्न होता है, जो फिर से एक और कार्बन डाइऑक्साइड अणु को अपने साथ जोड़ सकता है।

वर्णित प्रतिक्रियाओं में से कोई भी - कार्बोक्सिलेशन, कमी या पुनर्जनन - केवल प्रकाश संश्लेषक सेल के लिए विशिष्ट नहीं माना जा सकता है। उनके बीच एकमात्र अंतर यह है कि कमी प्रतिक्रिया के लिए एनएडीपी की आवश्यकता होती है, जिसके दौरान फॉस्फोग्लिसरिक एसिड को फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड में बदल दिया जाता है। · एच, ओवर नहीं · एन, हमेशा की तरह।

राइबुलोज डाइफॉस्फेट के साथ सीओ 2 का निर्धारण एंजाइम राइबुलोज डाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होता है: रिबुलोज डिफॉस्फेट + सीओ 2 -> 3-फॉस्फोग्लिसरेट इसके अलावा, एनएडीपी की मदद से 3-फॉस्फोग्लिसरेट को कम किया जाता है। · एच 2 और एटीपी से ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट। यह प्रतिक्रिया एंजाइम ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट आसानी से डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फेट को आइसोमेराइज करता है। दोनों ट्रायोज फॉस्फेट का उपयोग फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट (फ्रुक्टोज बिस्फोस्फेट एल्डोलेस द्वारा उत्प्रेरित एक रिवर्स रिएक्शन) के निर्माण में किया जाता है। परिणामी फ्रुक्टोज बिसफ़ॉस्फ़ेट के कुछ अणु, ट्राइओज़ फ़ॉस्फ़ेट के साथ, रिब्युलोज़ डिफ़ॉस्फ़ेट (वे चक्र को बंद करते हैं) के पुनर्जनन में शामिल होते हैं, और दूसरे भाग का उपयोग प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

यह अनुमान लगाया गया है कि केल्विन चक्र में CO2 से ग्लूकोज के एक अणु को संश्लेषित करने के लिए 12 NADP की आवश्यकता होती है। · एच + एच + और 18 एटीपी (12 एटीपी अणु 3-फॉस्फोग्लाइसेरेट की कमी पर खर्च किए जाते हैं, और 6 अणु राइबुलोज डिपोस्फेट के पुनर्जनन प्रतिक्रियाओं में)। न्यूनतम अनुपात - 3 एटीपी: 2 एनएडीपी · एच 2।

कोई प्रकाश संश्लेषक और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के सिद्धांतों की समानता को नोटिस कर सकता है, और फोटोफॉस्फोराइलेशन, जैसा कि यह था, उलट ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है:

प्रकाश की ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण के दौरान फॉस्फोराइलेशन और कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण (एसएच 2) की प्रेरक शक्ति है और इसके विपरीत, कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा - ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के दौरान। इसलिए, यह पौधे हैं जो जानवरों और अन्य विषमपोषी जीवों को जीवन प्रदान करते हैं:

प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले कार्बोहाइड्रेट कई कार्बनिक पौधों के पदार्थों के कार्बन कंकाल बनाने का काम करते हैं। नाइट्रोजन पदार्थ प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा अकार्बनिक नाइट्रेट्स या वायुमंडलीय नाइट्रोजन की कमी, और सल्फर को अमीनो एसिड के सल्फहाइड्रील समूहों में सल्फेट्स की कमी से आत्मसात करते हैं। प्रकाश संश्लेषण अंततः न केवल प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, कॉफ़ेक्टर्स का निर्माण सुनिश्चित करता है जो जीवन के लिए आवश्यक हैं, बल्कि कई माध्यमिक संश्लेषण उत्पाद भी हैं जो मूल्यवान औषधीय पदार्थ (एल्कलॉइड, फ्लेवोनोइड, पॉलीफेनोल्स, टेरपेन, स्टेरॉयड, कार्बनिक अम्ल, आदि हैं) ....)

क्लोरोफिलिक प्रकाश संश्लेषण

क्लोरोफिलिक प्रकाश संश्लेषण नमक-प्रेमी जीवाणुओं में पाया गया था जिनमें एक बैंगनी प्रकाश-संवेदनशील वर्णक होता है। यह वर्णक प्रोटीन बैक्टीरियोरहोडॉप्सिन निकला, जो रेटिना के दृश्य बैंगनी - रोडोप्सिन की तरह, विटामिन ए - रेटिनल का व्युत्पन्न होता है। बैक्टीरियरहोडॉप्सिन, नमक-प्यार करने वाले बैक्टीरिया की झिल्ली में एम्बेडेड, रेटिना द्वारा प्रकाश के अवशोषण के जवाब में इस झिल्ली पर एक प्रोटॉन क्षमता बनाता है, जिसे एटीपी में बदल दिया जाता है। इस प्रकार, बैक्टीरियरहोडॉप्सिन एक क्लोरोफिल-मुक्त प्रकाश ऊर्जा कनवर्टर है।

प्रकाश संश्लेषण और पर्यावरण

प्रकाश संश्लेषण केवल प्रकाश, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में ही संभव है। पौधों की प्रजातियों में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता 20% से अधिक नहीं होती है, और आमतौर पर यह 6-7% से अधिक नहीं होती है। लगभग 0.03% (वॉल्यूम) सीओ 2 के वातावरण में, इसकी सामग्री में 0.1% की वृद्धि के साथ, प्रकाश संश्लेषण की तीव्रता और पौधों की उत्पादकता में वृद्धि होती है, इसलिए पौधों को हाइड्रोकार्बन के साथ खिलाने की सलाह दी जाती है। हालांकि, 1.0% से ऊपर हवा में CO2 की मात्रा प्रकाश संश्लेषण पर हानिकारक प्रभाव डालती है। एक वर्ष में, केवल स्थलीय पौधे पृथ्वी के वायुमंडल के कुल CO2 का 3%, यानी लगभग 20 बिलियन टन आत्मसात करते हैं। CO2 से संश्लेषित कार्बोहाइड्रेट की संरचना में 4 × 10 18 kJ तक प्रकाश ऊर्जा जमा होती है। यह 40 अरब किलोवाट की बिजली संयंत्र क्षमता से मेल खाती है। प्रकाश संश्लेषण का एक उपोत्पाद - ऑक्सीजन - उच्च जीवों और एरोबिक सूक्ष्मजीवों के लिए महत्वपूर्ण है। वनस्पति के संरक्षण का अर्थ है पृथ्वी पर जीवन का संरक्षण।

प्रकाश संश्लेषण दक्षता

बायोमास उत्पादन के संदर्भ में प्रकाश संश्लेषण की दक्षता का अनुमान एक निश्चित समय में एक निश्चित क्षेत्र पर पड़ने वाले कुल सौर विकिरण के अनुपात से लगाया जा सकता है, जो फसल के कार्बनिक पदार्थों में जमा होता है। प्रणाली की उत्पादकता का अनुमान प्रति वर्ष प्रति इकाई क्षेत्र में प्राप्त कार्बनिक शुष्क पदार्थ की मात्रा से लगाया जा सकता है, और प्रति हेक्टेयर प्रति वर्ष प्राप्त उत्पादन के द्रव्यमान (किलो) या ऊर्जा (एमजे) की इकाइयों में व्यक्त किया जा सकता है।

इस प्रकार बायोमास की उपज वर्ष के दौरान संचालित सौर ऊर्जा संग्राहक (पत्तियों) के क्षेत्र और ऐसी प्रकाश स्थितियों के साथ प्रति वर्ष दिनों की संख्या पर निर्भर करती है जब प्रकाश संश्लेषण अधिकतम दर पर संभव होता है, जो पूरी प्रक्रिया की दक्षता निर्धारित करता है . पौधों (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण, PAR) के लिए उपलब्ध सौर विकिरण (% में) के हिस्से को निर्धारित करने के परिणाम, और मुख्य फोटोकैमिकल और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं और उनकी थर्मोडायनामिक दक्षता का ज्ञान, गठन की संभावित सीमित दरों की गणना करना संभव बनाता है कार्बनिक पदार्थ कार्बोहाइड्रेट के संदर्भ में।

पौधे 400 से 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का उपयोग करते हैं, अर्थात, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण सभी सूर्य के प्रकाश का 50% है। यह एक विशिष्ट धूप वाले दिन (औसतन) के लिए पृथ्वी की सतह पर 800-1000 W / m 2 की तीव्रता से मेल खाती है। व्यवहार में प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऊर्जा रूपांतरण की औसत अधिकतम दक्षता 5-6% है। ये अनुमान सीओ 2 बंधन की प्रक्रिया के अध्ययन के साथ-साथ शारीरिक और शारीरिक नुकसान के आधार पर प्राप्त किए गए थे। कार्बोहाइड्रेट के रूप में बाध्य सीओ 2 का एक मोल 0.47 एमजे की ऊर्जा से मेल खाता है, और 680 एनएम (प्रकाश संश्लेषण में प्रयुक्त सबसे अधिक ऊर्जा-खराब प्रकाश) के तरंग दैर्ध्य के साथ लाल प्रकाश क्वांटा के एक तिल की ऊर्जा 0.176 एमजे है। . इस प्रकार, CO2 के 1 मोल को बांधने के लिए आवश्यक रेड लाइट क्वांटा के मोल की न्यूनतम संख्या 0.47:0.176 = 2.7 है। हालांकि, चूंकि एक CO2 अणु को स्थिर करने के लिए पानी से चार इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के लिए कम से कम आठ फोटॉन प्रकाश की आवश्यकता होती है, सैद्धांतिक बाध्यकारी दक्षता 2.7:8 = 33% है। ये गणना लाल बत्ती के लिए की जाती है; यह स्पष्ट है कि श्वेत प्रकाश के लिए यह मान संगत रूप से कम होगा।

सर्वोत्तम क्षेत्र स्थितियों के तहत, पौधों में निर्धारण क्षमता 3% तक पहुंच जाती है, लेकिन यह केवल विकास की छोटी अवधि में ही संभव है और यदि पूरे वर्ष की गणना की जाए, तो यह कहीं न कहीं 1 से 3% के बीच होगी।

व्यवहार में, प्रति वर्ष औसतन, समशीतोष्ण क्षेत्रों में प्रकाश संश्लेषक ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता आमतौर पर 0.5-1.3% होती है, और उपोष्णकटिबंधीय फसलों के लिए - 0.5-2.5%। उत्पाद की उपज जो कि सूर्य के प्रकाश की तीव्रता के एक निश्चित स्तर और विभिन्न प्रकाश संश्लेषक दक्षता की उम्मीद की जा सकती है, का अनुमान अंजीर में दिखाए गए ग्राफ़ से आसानी से लगाया जा सकता है। नौ।

प्रकाश संश्लेषण का महत्व

• प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया सभी जीवित प्राणियों के लिए पोषण का आधार है, और मानव जाति को ईंधन, फाइबर और अनगिनत उपयोगी रासायनिक यौगिकों की आपूर्ति भी करती है।
• प्रकाश संश्लेषण के दौरान हवा से बंधे कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से फसल के सूखे वजन का लगभग 90-95% बनता है।
• मनुष्य प्रकाश संश्लेषण के उत्पादों का लगभग 7% भोजन, पशु चारा, ईंधन और निर्माण सामग्री के लिए उपयोग करता है।