Fotosintēze
Zaļie augi ir primārais bioloģiskās izcelsmes enerģijas avots visām ekosistēmām.
Fotosintēze un elpošana
Zaļos augos vienlaicīgi norisinās gan fotosintēzes, gan elpošanas process. Relatīvi spožā apgaismojumā dominēs fotosintēzes process (tas nozīme, ka augs saražo vairāk barības nekā tas pats patērē elpošanas procesam). Naktīs vai gaismas trūkumā fotosintēzes process apstājas un dominējošais process ir auga elpošana – augs patērē barību (lai augtu un nodrošinātu citus metaboliskus procesus).
Abi šie procesi ir paradīti vienkāršos vienādojumos augstāk. Fotosintēzes procesam tiek patērēta enerģija (no saules gaismas), bet elpošana izdala enerģiju (kā glikozes oksidācijas procesa daļu).
Jāatceras, ka šie ir sava starpa konkurējoši procesi – viens ražo glikozi (fotosintēze), otrs patērē glikozi (elpošana).
Faktori, kas ietekmē fotosintēzi
Gaismas kompensācijas punkts
Lai noskaidrotu fotosintēzes aktivitāti pat vienkāršākais paņēmiens ir ielikt augu noslēgtā traukā un izmērīt cik daudz skābekļa tiek saražots.
Veicot šādu eksperimentu, pierādās, ka palielinot gaismas intensitāti, palielinās fotosintēzes aktivitāte, bet tikai virs noteiktam punktam virs kura gaismas intensitātes pieaugums nemaina fotosintēzes rādītājus.
Tāpat ir novērojama pretēja darbība – samazinot gaismas intensitāti samazinās fotosintēzes aktivitāte.
Gaismas intensitāte, pie kuras tīrais (saražotais) skābekļa daudzums ir 0, ir gaismas kompensācijas punkts. Šajā punktā auga patērētā skābekļa daudzums elpošanas procesā ir tik pat lieks cik augs fotosintēzes rezultāta saražo skābekli.
Gaismas kompensācijas punkts parasti ir atkarīgs no auga veida, bet parasti tas ir 40-60 W/m2 saules gaismai. Šo gaismas kompensācijas punktu var pazemināt palielinot oglekļa dioksīda daudzumu, ļaujot augam augt pie zemākas gaismas intensitātes.
Oglekļa dioksīda kompensācijas punkts
Stabilos, vienādos, vienmērīgos apgaismojuma apstākļos var palielināt fotosintēzes aktivitāti vienkārši palielinot augam pieejamo oglekļa dioksīda daudzumu (tas būtu, palielinot daļējo atmosfēras spiedienu).
Tāpat ka iepriekš var izmērīt fotosintēzes aktivitāti oglekļa dioksīda ietekmē, izveidojot slēgtu konteineru un izmērot cik daudz skābekļa augs saražo.
Palielinot oglekļa dioksīda daudzumu (spiedienu) tam gandrīz lineārā proporcijā pieaug saražotā skābekļa daudzums, kas izdalās fotosintēzes rezultātā.
Šis skābekļa pieaugums attīstās līdz noteiktam punktam, kurā no jauna klāt pievadītais oglekļa dioksīds nedod nekādu saražota skābekļa daudzuma pieaugumu.
Tāpat ir novērojams, ka samazinot oglekļa dioksīda daudzumu, samazinās arī fotosintēzes aktivitāte. Punktu, kurā saražotā skābekļa daudzums ir 0, sauc par oglekļa dioksīda kompensācijas punktu.
Auga dzīves diena
Gaismas kompensācijas punkts (augu fotosintēzē) ir gaismas intensitāte, kurā oglekļa dioksīds, kas tiek patērēts fotosintēzē, ir līdzsvarā ar oglekļa dioksīda daudzumu, kas tiek saražots auga elpošanas procesā vai gaismas intensitātes ekvivalents, kurā saražotā skābekļa daudzums ir vienāds ar patērēto skābekļa daudzuma auga dzīvības procesu nodrošināšanai.
Tā kā mērķis ir panākt, ka augs aug strauji un ar lielāku atdevi, tad tālākiem pētījumiem izmanto kompensācijas punktus – punktus, kuros saražotā skābekļa daudzums ir vienāds ar auga patērēto skābekļa daudzumu.
Attēla var redzēt sarkano līkni, kas parāda auga fotosintēzes intensitāti diennakts laikā (karbohidrātu – glikozes = enerģijas saražošana).
Zaļā līnija parāda auga elpošanā patērēto glikozes daudzumu (enerģiju).
Fotosintēzes līkne ir veidot atbilstoši saules gaismas daudzuma izmaiņām diennakts laikā; auga elpošanas līkne ir veidota pēc temperatūras izmaiņām diennakts laikā.
Tā kā fotosintēzes rezultātā rodas glikoze (enerģija) un ir vērojams karbohidrātu pieaugums (+). Tai paša laikā augs patērē šo enerģiju – glikozi elpošanai, samazinot kopējo karbohidrātu daudzumu (-). Šī sakarība redzama attēlā – jo vairāk enerģijas, jo augs var ātrāk augt, jo vairāk tam jāpatērē spēki paša dzīvības procesu nodrošināšanai, jo mazāk atliek augšanai.
Dzeltenais laukums parāda kopējo saražoto karbohidrātu daudzumu diennakts laikā (24h) fotosintēzes rezultātā; ar zaļo krāsu ir parādīti elpošanai patērētais karbohidrātu daudzums diennakts laikā.
Zaļam augam, lai izdzīvotu, augtu un veidotu sēklas (dzinumus) dzeltenajam laukumam (a) ir jābūtlielākam par zaļo laukumu (b).
Dzeltenais laukums (a) ir kopējais karbohidrātu daudzums un to var palielināt 2 veidos (netiek apskatīta metode izmantojot CO2, jo lai reakcija norisinātos ir jābūt gaismai, tātad CO2 ir tikai efektivitātes uzlabošanas metode ):
1. palielinot gaismas intensitāti
Bīstami ir iedot pārak daudz gaismas, jo tad uzkarsīs vai sadegs auga sūnas – bojātas lapas, kas atmirs un nedos vispār nekāda labuma.
Protams, ka ir limits, virs kura gaismas intensitātei nebūs nekad efekta – fotosintēzes rādītāji nemainīsies, parasti visiem augiem tas notiek sasniedzot 40% no pilnas dienas (pusdienas) saules gaismas intensitātes.
2. pagarinot gaismas periodu
Dabīga apgaismojuma gadījumā, tas nav iespējams, jo saules dienas cikls ir tāds kāds tas ir, bet ir iespējams nodrošināt gaismas ciklus, ko augs saņem ārpus dabīgās dienas.
Lai pagarinātu dienas ilgumu, izmanto dažāda veida mākslīgo apgaismojumu, visbiežāk lampas.
Ja ir pieejama pietiekamā daudzuma elektrība, tad apvienojot abas metodes – intensitātes pieaugums un mākslīgu dienas cikla pagarināšana, tad ir iespējams panākt maksimālu augu augšanas atdevi.
Vienīga problēma – mākslīgā apgaismojuma uzturēšana ir salīdzinoši nelietderīgs elektroenerģijas izmantošanas veids, kas ne vienmēr ir adekvāts iegūtajam rezultātam.
Tātad secinājumi par sakarību starp augiem un gaismu:
- visiem augiem ir vajadzīga gaisma
- kaitīgi, ja par maz gaismas (zem kompensācijas punktiem – augs patērē vairāk enerģijas nekā spēj pats saražot)
- arī par daudz gaismas kaite augiem
- pievienojot oglekļa dioksīdu palielinās fotosintēzes rādītāji (pat nelielas devās)
Rakstu pārtulkoja Normunds Griķītis
Orģinālteksts www.tomatosphere.org