ФОТОСИНТЕЗ І УРОЖАЙ
Життя сучасної людини
немислима без вирощування різних культурних расті-ний. Органічні речовини, що утворюються ними в ході фото-синтезу, служать основою пита-ня людини, виробництва ліків, вони потрібні для через виготовлених паперу, меблів, будівельних матеріалів і т. П.
Культурні рослини спо-собнимі швидко розмножуватися, покривати зеленим екраном свого листя величезні пло-щади, вловлювати Колоссаль-ну кількість сонячної енергії і утворювати вели-ке безліч різноманітних органічних речовин. У ре-док фотосинтезу створює-ся 95 відсотків сухого ве-щества рослин. Тому ми з повним правом можемо ут-верждать, що управління цим процесом - один з найбільш ефективних шляхів впливу на продуктив-ність рослин, на їх урожай. Фізіологи рослин вдосконалення-шенно правильно вважають, що основне завдання робіт в області фотосинтезу - збереженні-ня і підтримання на більш високому рівні фотосінтеті-чеський діяльності естест-кої рослинності Землі, максимальне підвищення фо-тосінтетіческой продуктів-. ності культурних рослин.
Які ж шляхи управління людиною фотосинтетичної діяльністю рослин?
Часто стримуючим фак-тором фотосинтезу є недолік вуглекислого газу. Зазвичай в повітрі присутність-ет близько 0,03 відсотка С02. Однак над інтенсивно фото-синтезують полем його з-тримання зменшується іноді в три-чотири рази по порівняй-нію з наведеної цифрою. Цілком природно, що через це фотосинтез гальмується. Тим часом для отримання середнього врожаю цукрових буряків один гектар її посівів повинен засвоювати за добу близько 300-400 кілограмів вуглекислого газу. Таке кіль-кість міститься в колос-сальному обсязі повітря.
Досліди відомого отечест-венного фізіолога рослин В. Н. Любименко показали, що збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері до 1,5 відсотка призводить до прямо пропорційного зростання інтенсивності фото-синтезу. Таким чином, один із шляхів підвищення продук-тивності фотосинтезу - збіль-личение концентрації углекис-лого газу в повітрі.
Сучасний рівень тих-нології, в цілому, дозволяє вирішити цю задачу в глобальному-них масштабах. Однак весь-ма сумнівно, щоб чоло-вік зважився на практиці здійсню-ществить цей проект. Справа в тому, що більш високий рівень вмісту углекис-лого газу в повітрі призведе до зміни теплового балан-са планети, до її перегріву внаслідок так званого «парникового ефекту». «Пар-ників ефект» обумовлений тим, що при наявності великої кількості вуглекислого газу атмосфера починає сильніше затримувати випускаються по-поверхнею Землі теплові промені.
Перегрів планети може привести до танення льодів в полярних областях і в висок-Когоро, до підняття рівня Світового океану, до сокраще-нию площі суші, в тому числі зайнятої культурної рас-тітельностью. Якщо врахувати, що населення Землі увеличи-ється щотижня на 1 мил-ліон 400 тисяч осіб, то зрозуміла крайня небажаних-ність таких змін.
Людство дуже обидві-спокійний природним зростанням концентрації вуглекислого га-за в атмосфері, які спостерігаються в останні роки в результаті інтенсивного розвитку про-мисловості, автомобільно-го, залізничного та авіа-ційного транспорту. Тому воно навряд чи наважиться коли-небудь свідомо стимулює-вать цей процес в глобальному-них масштабах.
У теплицях і на поле збіль-личение змісту углекис-лого газу має важливе зна-чення для підвищення урожай-ності культурних рослин. З цією метою в теплицях сжи-гают тирса, розкладають сухий лід на стелажах, ви-пускають вуглекислий газ з балонів. Основний спосіб підвищення концентрації СОа над полем - активізація життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів шляхом внесен-ня в грунт органічних і мінеральних добрив. У процесі дихання мікроби виділяють велику кількість вуглекислого газу. В останні роки для збагачення грунту і пріпочвенном повітря СОз поля стали поливати водою, насиченою вуглекислим га-зом.
Інший шлях подолання негативного впливу низ-кою концентрації вуглекислого газу в атмосфері на врожай - поширення таких форм рослин, які дуже интен-пасивного фотосинтезируют навіть при нікчемно малий його содер-жаніі. Це - С4 - рослини. У них рекордні показате-ли інтенсивності фотосинтезу.
Поширення таких расті-ний, подальше вивчення осо-бенностей їх фотосинтезу є досить нуж-ним і перспективним.
Рослинність земної ша-ра досить неефективно ис-помагає сонячну енергію. Коефіцієнт корисної дей-наслідком у більшості дікорас-тущіх рослин становить всього 0,2 відсотка, у культур-них він дорівнює в середньому одне-му відсотку. При оптимальним ном постачанні культурних рослин водою, мінеральних д-ми солями коефіцієнт по-корисного використання світла підвищується до чотирьох - шести відсотків. Теоретічес-ки ж можливий ККД, рівний восьми - десяти відсоткам. Зіставлення наведених цифр говорить про великі мож-ливість в збільшенні фо-тосінтетіческой продуктив-ності рослин. Однак прак-тична їх реалізація зустрів чає великі труднощі.
Підвищити ефективність використання сонячної енер-гии в ході фотосинтезу можна, розташувавши рослини на оптико-мальном відстані один від одного. У зріджених посівах значна частина світла про-впаде даремно, а ось в загущен-них рослини затінюють один одного, їх стебла стають довгими і ламкими, легко вилягає від дощу і вет-ра. В тому і іншому випадку відбувається зниження врожаю. Ось чому дуже важливо вибрати для кожної культури найбільш оптимальне рас-стояння. При цьому слід вчи-ють, що оптимальна пліт-ність посівів може бути раз-особистої залежно від забезпе-забезпеченості рослин водою, елементами мінерального пі-танія і від їх особливостей. На жаль, багато агроном-ми не беруть до внима-ня названі фактори, по-цьому так повільно зростає продуктивність наших полів. Найбільш часто рослини не-ефективно фотосинтезируют через нестачу води й е-ментів мінерального живлення. Якщо поліпшити умови водо-постачання і харчування, то раз-заходи листкової поверхні збільшаться, а між ними і величиною врожаю зазвичай су-ществует пряма залежність.
Однак існує Незнач-рий межа зростання ефек-ності фотосинтезу, коли подальше поліпшення водо-постачання і мінерального живлення не дає результатів. Справа в тому, що при визна-ленном розмірі листової по-поверхні (зазвичай коли на 1 квадратний метр посівів припадає чотири-п'ять квад-ратних метрів листя) рас-тенія поглинають практично всю енергію світла. Якщо ж на одиницю площі поля при-ходиться ще більша поверх-ність листя, то в результаті затінення їх одне одним рослини витягнуться, інтенсив-ність фотосинтезу уменипіт-ся. Ось чому подальше поліпшення постачання расті-ний водою і елементами міні-рального харчування нееффек-тивно.
У чому ж вихід з створивши-шегося положення? Вчені по-лага, що у виведенні но-вих сортів культурних расті-ний, що відрізняються вигідним будовою тіла. Зокрема, вони повинні мати компактну низькорослу крону, з верти-кально орієнтованими листям, володіти великими запасающими (цибулини, клуб-ні, коріння, кореневища) і репро-дуктівнимі (насіння, плоди) органами.
На підвищення родючості грунту і поліпшення водо-вання ці сорти будуть реаг-ровать посиленням інтенсив-ності фотосинтезу, помірним споживанням продуктів фотосинтезу (ассимилятов); на ріст листя і інших вегето-тивних органів, а також активним використанням ас-сімілятов на формування репродуктивних і органів, що запасають.
Ось які жорсткі требо-вання пред'являються тепер до науки, що займається виведені-ням нових сортів культурних рослин, - селекції. З ска-занного ясно, що без тісної співпраці селекціонерів з фізіологами рослин ство-ня перспективних сортів ста-новится практично неможливе можна.
Селекціонери вивели сорти, що відповідають сучасним вимогам. Серед них - низькорослий рис, створений в Міжнародному інституті ри-са в Манілі, бавовник Дуплекс, з вертикально ориен тірован листям, не за-Теняев один одного, Карло-ковая пшениця мексиканської селекції. Ці сорти на фонах високої родючості дають в півтора рази вищі врожаї, ніж їх передує-ники. Однак це лише один із шляхів збільшення фотосін-тетического продуктивності рослин. Подальші зусилля повинні бути спрямовані на підвищення активності самого фотосинтетичного апарату.
Як відомо, процес фото-синтезу здійснюється в осо-Бих органелах - хлороплас-тах. Тут відбувається мно-дружність реакцій, перш ніж з вуглекислого газу і води утворюються молекули органі-чеських речовин. Управляти цими процесами, безумовно, непросто, але можливо. Про це свідчить той факт, що інтенсивність фотосинтезу у різних рослин неоднаковий-ва. У одних листова поверх-ність площею в 1 квадрат-ний дециметр засвоює за годину від чотирьох до семи мілліграм-мов СОГ, а у інших - 60- 80 і навіть 100, тобто в 20 разів більше! Рослини неоднаково реагують на його низьку кон-центрацию в повітрі, інтенсивність-ність освітлення і т. Д.
Вивчення особливостей фотосинтезу у різних рослин, безумовно, буде сприяти розширенню возможнос-тей людини в управлінні їх фотосинтетичної діяч-ністю, продуктивністю і урожаєм.
Фотосинтез, РОСТ І ПРОДУКТИВНІСТЬ РОСЛИН
На ранніх етапах росту (до розгортання 30-45% пло-щади) лист сам споживає асиміляти з більш зрілих листя або з запасающих тканин. У міру зростання листа усі-ється транспорт асимілятів з нього в інші листя і органи і поступово лист стає донором асимілятів. Ця функція встановлюється при досягненні 60-90% кінцевої площі листа. Дорослі листя віддають свої асиміляти в аттрагірующіе зони рослини, залишаючи на власні нуж-ди 10-40% ассімйлятов і майже не обмінюючись між собою продуктами фотосинтезу. Останнє явище, назване А. Л. Курсанова (1961) «суворим законом», сприяє кращому розподілу ассімйлятов в цілому рослині. Ста-майорить листя зі слабкою фотосинтетичною активністю віддають іншим органам не тільки асиміляти, але і про-дукти розпаду структур цитоплазми.
Такого роду зміна функцій листа в онтогенезі важлива при формуванні врожаю. Споживання ассімйлятов молодим листом призводить до побудови додаткового фотосінтетіче-ського апарату, чим забезпечується збільшення фотосінтетіче-ської активності в геометричній прогресії. Слід отме-тить також, що в онтогенезі змінюється співвідношення шляхів фотосинтетичного метаболізму. В умовах, коли зовн-ня фактори не лімітують швидкість фотосинтезу, цей про-процес цілком детермінується ростовой функцією (А. Т. Мок-роносов, 1981).
Сучасні знання про процес фотосинтезу як на рівні рослини, так і фитоценоза, дозволяють бачити основні на-правління оптимізації фотосинтезу і збільшення продуктив-ності рослин. Найбільш повно питання фотосинтетичної діяльності рослин в посівах, пов'язаної з утворенням господарського врожаю (використовуваного людиною), його частки в біологічному врожаї (т. Е. Сумарній масі всіх органів рас-тенія), висвітлені в роботах А. А. Ничипоровича. <_ Наи-высшие урожаи могут быть обеспечены созданием следую-щих оптимальных условий: 1) увеличением листовой поверх-ности в посевах; 2) удлинением времени активной работы фотосинтетического аппарата в течение каждых суток и вегета-ционного периода (поддержка агротехникой и минеральными удобрениями); 3) высокой интенсивностью и продуктивностью фотосинтеза, максимальными суточными приростами сухого вещества; 4) максимальным притоком продуктов фотосинтеза из всех фотосинтезирующих органов в хозяйственно важные органы и высоким уровнем использования ассимйлятов в ходе биосинтетических процессов.
Для отримання високих врожаїв сільськогосподарських куль-тур необхідна селекційно-генетична робота, спрямований-ва на підвищення інтенсивності фотосинтезу, швидкості відтоку ассімйлятов, на збільшення чистої продуктивності фотосинтезу.