2.4 Оптикалық сәулеленудің өсімдіктерге әсер етуі

Жерде өмір сүретін барлық тірі организмдердің ішінде тек жасыл өсімдіктер ғана оптикалық сәулелену энергиясын органикалық заттардың химиялық энергиясына өз бетімен түрлендіре алады. Өсімдіктерде оптикалық сәулелену энергиясын сіңіру нәтижесінде минерал заттардан химиялық энергияға бай күрделі органикалық заттар түзу процесін фотосинтез деп атайды.

Оптикалық сәулеленудіі өсімдіктерге әсер етуі әр түрлі болады. Сәулелендіру жағдайына тек фотосинтез ғана емес, сондай-ақ жапырақтардың және басқа органдардың өсуі мен дамуы да тәуелді келеді. Дегенмен, жасыл өсімдіктерге фотосинтез негізгі ең ерекше процесс болып табылады. Ақыр аяғында осы процеспен өсімдіктердің өнімділігі анықталады.

Оптикалық сәулеленудің өсімдіктерге жалпы энергетикалық әсер етуі фотосинтездік және жылулық әсер етуден тұрады. Өсімдіктермен жұтылған сәулелену энергиясы жарым-жартылай фотосинтезді жүзеге асыруға, ал қалған бөлігі суды қыздыруға және буландыруға (транспирацияға) жұмсалады. Толқындар ұзындықтары 300 нм-ден 750 нм-ге дейін болатын сәулелердің фотосинтездік әсер ететін қабілеті жоғары келеді.

Өсімдіктерге тек көрінерлік сәулелену ғана емес, сондай-ақ ультракүлгін және инфрақызыл сәулелер де жылулық әсерін тигізе алады.

Сәулелену өсімдіктерге тек энергия көзі ретінде ғана емес, сондай-ақ өзгеше реттегіш немесе қоздырғыш ретінде де әсер етеді.

Сәулелердің осындай әсер етуінің мысалы ретіңде өсімдіктердің фотопериодтық (фотомерзімдік) реакциясын келтіруге болады.

Толқындар ұзындықтары 295 нм-ден қысқа келетін УК сәулелер клеткалардың протоплазмасымен жұтылғанда белок заттарды талқандайды. Бұл сәулелену үлкен дозада талқандатқыштық әсер етеді.

Жапырақтар - өсімдіктердің сәулелерді қабылдайтын негізгі органы. Жапырақтармен сәулелердің жұтылуы негізінде сәулеленудің спектрлік құрамына, жапырақтың қалындығына, ішкі құрылымына және бетінің күйіне байланысты келеді. Дегенмен барлық жасыл өсімдіктерде жұтылған, шағылысқан және өткізілген сәулелердің ара қатысы шамамен бірдей болады. Өсімдіктің көкжапырағы түскен жалпы фотосинтездік активті сәулеленудің 80...90 %-тін жұтады, 5... 10 %-тін шағылыстырады. Табиғи жағдайда өсімдікке түскен сәулеленудің шамамен 2 %-і фотосинтезге жұмсалады, ал калған жұтылған энергия өсімдікте жылылыққа айналады.

К. А. Тимирязев сәулелену энергиясы фотосинтез процесінде хлорофилл арқылы сіңірілетінін анықтады. Хлорофилл сәулелер энергиясын жұтып көмірқышқыл газбен СО₂ және сумен Н₂О тотығу-қалпына келтіру реакциясына түседі. Осы реакцияның нәтижесінде өсімдіктер углеводтар (органикалық заттар) түзеді және бұл кезде олар қоршаған ортаға бос оттегін бөліп, ауаны оттегімен байытады.

Фотосинтез теңдеуін жалпы түрде былай жазуға болады:

немесе

Фотосинтез – көп сатылы реакция. Фотосинтез процесінде өсімдік түрлі-түрлі органикалық заттар (углеводтар, белоктар, майлар және т.б.) түзеді.

Фотосинтез процесінде сәулелену энергиясын химиялық энергияға түрлендіру өсімдіктердің барлық түрлерінде де жалпы бірдей жолмен өтеді.

Жақсы дамыған өсімдіктер және фотосинтезден жақсы өнімдік алу үшін 300....750 нм облысына жататын барлық сәулелер болуы кажет. Әр түрлі өсімдіктерде өтетін фотосинтез процесінің спектрлік қарқындылығы түрлі-түрлі болады. Бұл көрсеткіш әр түрлі жағдайда өсірілген немесе жасы немесе даму фазасы әр түрлі болатын бір түрлі өсімдіктерде де бірдей болмауы мүмкін. Осы себептен фотосинтездің әсер ету орташа спектрін білу үшін өсімліктің орташа жапырағы деп аталатын түсініктеме енгізіледі. 2.1 суретте өсімдіктің орташа жапырағына (келісіммен қабылданылған түсініктеме) сәулеленудің әсер ету спектрі келтірілген (3-кисық).

Өсімдіктерде фотосинтез процесімен бір уақытта демалыс процесі де өтеді.

Органикалық заттарды ыдыратып, өсімдіктер демалыс процесіне энергия шығындайды. Бір кезде өсімдіктер көмірқышқыл газ бөліп шығарады және оттегін жұтады. Сәулелендіру деңгейі төмен болғанда фотосинтез процесі өте баяу өтеді де осы кезде сіңілген энергия мөлшері демалыс процесіне шығындалатын энергиядан аз болады. Осы себептен алдымен өсімдіктердің өсуі тоқталады, содан соң жапырақтар түседі, ал содан кейін өсімдік қурап қалады. Ауа температурасы жоғарылаған сайын демалыс процесі қарқынды өтеді және органикалық заттар тез шығындалады. Сәулелендіру белгілі бір деңгейге дейін жоғарылағанда өсімдіктің фотосинтез процесінде жинаған энергия мөлшері демалыс процесіне шығындалатын энергияға тең болады. Фотосинтез және демалыс процестерін теңестіретін сәулелендіру деңгейі өтеме (компенсациялайтын) сәулелендіру деп аталады. Жарықтандыру деңгейі өтеме нүктеден жоғары болғанда ғана өсімдік фотосинтез өнімдерін жинақтайды, дамиды және өнім береді. Жарықтандыру деңгейі өтеме мәнімен жоғарылағанда фотосинтез процесінің қарқындылығы сәулелендіру деңгейіне пропорционал өседі. Бірақ фотосинтез қарқындылығы шексіз өспейді. Сәулелендірудің белгілі бір деңгейінде қанығу түседі, ягни сәулелендіру деңгейін одан әрі жоғарылату фотосинтез процесінің қарқындылығын арттырмайды (2.2 сурет). Сәулелендірудің мұндай деңгейін қанықтыру мәні деп атайды.

Сәулелендірудің өтеме және қанықтыру мәндері түрлі-түрлі өсімдіктерге әр түрлі болуы мүмкін. Жарықтандырудың бұл мәндері өсімдіктердің өсу ортасына және олардың физиологиялық күйіне байланысты болады.

Фотосинтездің қарқындылығы, с.б.

2.2 сурет – Фотосинтездің жарықтық қисығы

1- температура 20⁰С болғанда;

2- температура 10⁰С болғанда.[kgl]

[gl]ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУ ШАМАЛАРЫ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕРІ[:]