Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 1 (страница 85)

9.23. а) На участке А лимитирующим фактором является интенсивность света.

б) Б: фактор, отличный от интенсивности света, становится лимитирующим фактором. На участке Б лимитирующими являются как интенсивность света, так и другой (ие) фактор (ы). В: интенсивность света больше не является лимитирующим фактором.

в) Г: "точка насыщения" для интенсивности света в этих условиях, т. е. точка, за которой усиление интенсивности света не вызывает дальнейшего увеличения скорости фотосинтеза.

г) Д: максимальная скорость фотосинтеза, достижимая в условиях эксперимента.

9.24. X, Y и Z — точки, в которых свет перестает быть главным лимитирующим фактором в четырех экспериментах. Выше этих точек существует линейная зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза.

9.25. Ферменты начинают денатурировать.

9.26. Подобные условия возникают а) в затененном сообществе, например в лесу, на рассвете и в сумерках в теплом климате; б) обычно лимитирующим фактором служит содержание СО₂, но и такие условия могут возникнуть особенно в сомкнутых насаждениях растений, например в посевах в солнечных и теплых условиях; в) в ясный зимний день.

9.27. Растения в темноте продолжают расходовать сахара, например для дыхания. В темноте фотосинтез прекращается, и, после того как израсходуются все сахара, в сахара превращается запасенный крахмал, который расщепляется, в частности, до сахарозы, транспортируемой от листьев к другим частям растений.

9.28. Можно оспорить предположение, что бумага или фольга препятствуют прохождению фотосинтеза, ограничивая проникновение СО₂ к закрытым частям листа. Это предположение можно опровергнуть, оставив воздушную щель между бумагой и листом, как это показано ниже на рис. 9.28 (отв.).

Рис. 9.28. (отв.). Срез листа, завернутого в черную бумагу

9.29. Его необходимо поместить в такую же колбу, но воду заменить раствором гидроксида калия. Непромокаемая вата будет защищать стебель, на котором находится лист. (Поверхность самого стебля можно обработать известковой водой, чтобы воспрепятствовать возможному повреждению, которое может повлиять на фотосинтез.)

9.30. Можно измерять скорость поглощения СО₂, скорость выделения кислорода и скорость образования углеводов. Можно также измерять скорость прироста сухой массы листьев. Такое измерение особенно удобно проводить на культурных растениях во время сезона вегетации, когда можно отобрать сравнительно крупные образцы. Опыт по измерению скорости поглощения СО₂ описан в разд. 9.7.

9.31. а) Скорость образования газа прямо пропорциональна I вплоть до значения I, равного х-единицам. В этой точке начинается насыщение светом и завершается в точке у (значения х и у зависят от условий опыта). Следовательно, скорость образования газа лимитировалась не светом, а каким-то другим фактором. б) Лабораторию затенили для того, чтобы предотвратить попадание света снаружи, который мог бы стимулировать дополнительный фотосинтез. Температуру поддерживают постоянной, поскольку ее изменения также влияют на скорость фотосинтеза.

9.32. а) Может изменяться температура, поскольку лампа нагревает воду (этого следует избегать путем использования водяной бани).

б) Во время эксперимента может изменяться концентрация СО₂ в воде, особенно если ранее был добавлен К₂СО₃.

в) Любой случайно попавший в лабораторию свет будет влиять на фотосинтез.

9.33. По мере того как пузырьки кислорода поднимаются к поверхности воды, часть растворенного в воде азота переходит из раствора в эти пузырьки, а часть кислорода пузырьков растворяется в воде. Этот обмен происходит вследствие различий давления (концентрации) кислорода и азота в пузырьках и в воде; со временем концентрации этих веществ стремятся прийти в равновесие. В собранном газе в следовых количествах также будут присутствовать водяные пары и СО₂. Собранный газ будет стремиться прийти в равновесное состояние с атмосферным воздухом посредством диффузии газов через воду.

9.34. Необходимо собрать весь кислород, выделенный в процессе фотосинтеза за время опыта. Если вода не будет аэрирована, то часть выделяющегося при фотосинтезе кислорода будет растворяться в воде и, следовательно, будет зарегистрировано меньшее количество кислорода.

9.35. Образец записи результатов приведен в следующей таблице:

Таблица

Контрольные пробирки В и Г необходимы для того, чтобы подтвердить, что любые изменения в пробирках А и Б происходят только при наличии в них листьев. В пробирке А среда становится более кислой из-за выделяющейся во время дыхания СО₂. В отсутствие света фотосинтез не идет. В пробирке Б среда становится менее кислой, что указывает на расходование СО₂. СО₂, выделяющаяся во время дыхания, использовалась при фотосинтезе совместно с СО₂, которая уже находилась в окружающем лист воздухе, и была растворена в растворе индикатора. Скорость фотосинтеза была выше скорости дыхания.

9.36. Компенсационная точка для СО₂. В этой точке скорость фотосинтеза равна скорости дыхания.

9.37. При увеличении концентрации СО₂ до 0,1% скорость фотосинтеза возрастает. С возрастанием концентрации СО₂ более успешно конкурирует с кислородом за активный центр на РиБФ-карбоксилазе, следовательно, увеличивается скорость фиксации СО₂, т. е. скорость фотосинтеза. Увеличение концентрации кислорода тормозит фотосинтез по противоположной причине. Кислород стремится вытеснить двуокись углерода и стимулирует фотодыхание, при котором выделяется СО₂.

9.38. Высокая концентрация кислорода и низкая концентрация СО₂ (максимальная скорость достигается при 100%-ной концентрации кислорода). Для достижения большой скорости необходима также высокая интенсивность света, поскольку процесс является светозависимым.

9.39. Хлоропласты мезофилла участвуют в световых реакциях, хлоропласта обкладки проводящих пучков участвуют в темновых реакциях.

9.40. Образование кислорода связано с гранами (основное местоположение ФС II); кислород конкурирует с СО₂ за РиБФ-карбоксилазу и стимулирует фото дыхание. Кроме того, граны занимают большой объем хлоропласта, а если их нет, то больший объем занимают строма и соответственно РиБФ-карбоксилаза, поэтому остается место для откладывающегося крахмала.

9.41. Насос для перекачки двуокиси углерода. Малатный шунт, действуя как насос для перекачки двуокиси углерода, увеличивает ее концентрацию в клетках обкладки проводящих пучков, увеличивая таким образом эффективность работы РиБФ-карбоксилазы. Насос для перекачки водорода. Малат переносит водород от НАДФ·Н₂, содержащегося в мезофилле, к НАДФ в клетках обкладки проводящих пучков, где восстанавливается НАДФ·Н₂. Преимущество подобного переноса состоит в том, что НАДФ·Н₂ образуется в результате эффективной световой реакции в хлоропластах мезофилла (присутствует ФС II) и затем может быть использован в качестве восстановительного потенциала в цикле Кальвина в хлоропластах клеток обкладки проводящих пучков, в которых собственный синтез НАДФ·Н₂ ограничен.

9.42. а) Понижение концентрации кислорода стимулирует С₃-фотосинтез, так как при этом уменьшается фото дыхание.

б) Понижение концентрации кислорода не влияет на С₄-фотосинтез, потому что фото дыхание уже ингибировано.

9.43. Симбиотические бактерии, находящиеся в корневых клубеньках растений из семейства бобовых, связывают азот. Это приводит к усилению роста и соответственно к увеличению потребности в других минеральных веществах, особенно в калии и фосфоре (иногда посевы бобовых перепахивают, удерживая таким образом минеральные вещества в почве).

9.44. Хемогетеротрофному. Далее их можно классифицировать как сапрофитные.

9.45. Любые, в которых количество кислорода недостаточно для того, чтобы разложить всю накопленную массу органического вещества, например на болотах, в донных осадках, таких, как ил, в арктической тундре, в глубоких горизонтах почвы и в полузатопленных почвах.

9.46. И то и другое увеличивает аэрацию и соответственно содержание кислорода в почве. Это стимулирует разложение и нитрификацию, а также подавляет денитрификацию, поскольку вместо нитратов используется кислород.

Приложение 1. Биологическая химия

П.1.1. Основы химии

Атом — это мельчайшая частица данного элемента, способная принимать участие в химических реакциях. Элементом называется вещество, которое не может быть расщеплено химическими методами на более простые вещества; к элементам относятся, например, углерод, кислород и азот. Вещество, состоящее из нескольких химически связанных элементов, называется соединением, например:

Соединения

Вода — Водород и кислород

Глюкоза — Углерод, водород и кислород

Хлорид натрия — Натрий и хлор

Молекула — это мельчайшая частица данного элемента или соединения, способная самостоятельно существовать при обычных условиях. В качестве примеров молекул можно привести следующие: Н₂, О₂, СО₂ и Н₂О.

П.1.1.1. Строение атома

Все элементы состоят из атомов. Слово "атом" происходит от греческого atomos, что значит "неделимый".

В состав атома входят протоны, нейтроны и электроны (табл. П.1.1). Массы протонов и нейтронов равны и в сумме составляют массу атомного ядра. Масса электронов во много раз меньше, чем масса протонов и нейтронов, поэтому под массой атома подразумевают только массу его ядра.