Фотосинтез у высших растений и его особенности

Пищевые цепи и трофические уровни.

Выд. 3 осн. цепи питания: пастбищная – (эксплуататоров), всегда начин. с продуцентов. Характ. при переходе с одного уровня на др. (увеличение размера особи при одноврем. снижении численности). Трава®мышь(заяц)®лиса.

Цепь паразита- характ. при переходе с 1го ур-ня на др. снижением размера особи при одноврем. увеличении численности. Дитритная – нач. с дитритов-дитритофаги®микроорганизмы. Цепи диструктивные.

Трофические связи - это связи, возникающие, когда один вид питается другим - либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо их продуктами жизнедеятельности. Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих других видов. 1 троф. уровень - это всегда продуценты, создатели орган. массы; растительные консументы относятся ко второму троф. уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм - к третьему; потребляющие других плотоядных - к четвертому и т.д. Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания.

 

 

Формы биотических взаимодействий.

1. Позитивные отношения.

Симбиоз – сожительство – форма взаимоотношений, при кот. оба партнера или один из них извлекает пользу от другого. Есть несколько форм симбиоза:

ü Кооперация.

ü Мутуализм. Форма взаимовыгодных отношений видов - от временного, необязательного контакта до симбиоза - неразделимой полезной связи двух видов.

ü Коменсализм – нахлебничество. Одна из форм симбиоза- взаимоотношения, при кот. один вид получает пользу от сожительства, а другому это безразлично. Это одностороннее использование одного вида другим без принесения ему вреда.

ü Квартирантство. Для нек. орган-мов тела животных др. видов или их местообитания (постройки) служат убежищами.

2. Негативные отношения. Хищничество – одна из самых распространенных форм, имеющих большое значение в саморегуляции биоценозов. Хищниками называют животных (а также некоторые растения), питающихся другими животными, которых они ловят и умерщвляют. Паразитизм. Орган-мы могут испол.др. виды не только как место обитания, но и как постоянный источник питания. Конкуренция – одна из форм отрицательных взаимоотношений между видами. Конкуренция – это взаимоотношения, возникшие между видами со сходными экологическими требованиями.

3. Нейтральные отношения. Нейтрализм - форма взаимоотношений, при которых обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно, но, формируя биоценоз, зависят от состава сообщества в целом.

13.Биогенные элементы.Их характеристики. химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В живых клетках обычно обнаруживаются следы почти всех химич.элементов, присутствующих в окружающей среде, однако для жизни необходимы около 20. Важнейшие Б. э.- кислород составляет около 70% массы организмов, углерод 18%, водород 10%, азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий. Эти, так называем. универсальные, Б. э. присутствуют в клетках всех видов организмов. Некоторые Б. э. имеют важное значение только для определённых групп живых существ напр., бор и др. Такие Б. э., как Н, С, N, О, Р, S, входят в состав органич. соединений клетки. Все углеводы и липиды содержат Н, С, О, белки, кроме того, содержат N и S, а нуклеиновые к-ты N и Р. Б. э. выполняют роль катализаторов в разл. реакциях организма, регулируют осмотич. процессы, являются составными частями буферных систем и регуляторами проницаемости биол. мембран.

 

Круговорот азота

Азот в атмосферном воздухе является энертным компонентом и образует молекулу N2. Для использования азота в биологических циклах используют метод называемый фиксация.

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям— абиогенному и биогенному.

Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4×108 т/год) фиксируется биотическим путём

Методы фиксации азота:

1. Клубеньковые бактерии бобовых

2. Почвенные азотирующие бактерии

В результате биологической фиксации образуется аммиак NH3, который подвергается 2-х ступенчатому окислению.

На 1-ой стадии аммиак превращается в нитрит

На 2-ой стадии окисление нитрита в нитрат при участии нитробактерий

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и в конце концов попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8×107 т/год).

У азота на внешнем слое должны находится 5 элементов 2 спаренных 3 неспаренных.

 

 

Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

Сера и ее круговорот

В атмосферном воздухе сера находится в виде 2-х оксидов SO2 и SO3

 

Сера – биогенный элемент, который почти не бывает в дефиците. В живых организмах сера – основной компонент некоторых аминокислот (цистеин, метионин).

Основные звенья круговорота серы:

1) сера усваивается в виде сульфатов растениями и грибами. При этом сера переходит в двухвалентное состояние (S2-) и встраивается в белковые молекулы;

2) сера окисляется до сульфатов (SO₃^2-) микроорганизмами при распаде мертвых тел. Меньшая часть сульфатов снова усваивается растениями, большая часть за счет подвижности сульфат-ионов вымывается в океан;

3) на дне океана бактерии из рода Десульфовибрио отбирают у сульфатов кислород и, тем самым, восстанавливают серу до сероводорода (H₂S). Сероводород выносится к поверхности, а затем часть его выносится в воздух;

4) в воздухе сероводород (H2S) быстро окисляется до сернистого газа (SO2), а затем серного ангидрида (SO3), последний соединяется с парами воды и образует серную кислоту (H2SO4);

5) H2SO4 с дождями возвращается на сушу. Таким образом на сушу попадает две трети серы, смытой в океан;

6) происходит приток серы через извержение вулканов;

7) происходит приток сульфидов (S2-) через разрушение горных пород (пирит – серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2);

приток сероводорода происходит через аэробное разложение органики в болотах.

Круговорот фосфора

Будучи относительно редким элементом, фосфор лежит в основе снабжения организмов энергией. Главный источник энергии живых организмов – молекула АТФ(аденазинтрифосфат), имеющая высокоэнергетические фосфодиэфирные связи.

Главными резервуарами фосфора служат горные породы прошлых геологических эпох. К растениям фосфор попадает в виде фосфатов. Соединения фосфора растворимы лишь в кислой среде или в бескислородных средах, и только в таком виде и пригодны для усвоения растений. В щелочных растворах и в кислородной среде фосфор связан в нерастворимые соединения с кальцием (апатиты, фосфориты).

Поток фосфора в основном идет в одном направлении – из наземных горных пород на дно моря. Часть фосфора возвращается на сушу благодаря рыболовству и с экскрементами морских птиц (залежи гуано на побережьях Южной Америки). Но в целом круговорот фосфора незамкнут.

(Фосфор уже выступает как лимитирующий фактор во многих экосистемах.)

фотосинтез у высших растений и его особенности

Это образование зелеными растениями и некоторыми бактериями органических веществ из неорганических с использованием энергии солнечного света.

В основе получения органического в-ва в процессе фотосинтеза лежит углекислый газ (CO₂). Из углекислого газа в растениях синтезируется углевод ([CH₂O]_n). В качестве источника водорода растениями или продуцентами используется вода. В следствии высокой химич устойчивости для ее разрушения растениями накапливается энергия.

НАДФ – эта молекула поглощает электрон образуя восстановленную форму НАДФ*Н⁺

АТФ(аденазинтрифосфат) отщепляет и поглащает остатки фосфорной кислоты.

АТФ – ФДФ ->АМФ и образуется энергия (Е)

Процесс разложения АТФ(аденазинтрифосфат) сопровождается высвобождением энергии, а так же появлением разности потенциалов. Образование окислительно- восстановительной системы даёт возможность для протекания фатализа воды (разложения воды под действием энергии).

При фатализе воды происходит образование 4 фотонов водорода, образование молекулярного кислорода и 4-х электронов. Кислород выделяется в атмосферу.

2H₂O -> 4H⁺ + O₂| + 4e

Фаза разложения воды называется световой фазой фотосинтеза.

2-ая фаза – это фаза фиксации углекислого газа или темновая фаза. Происходит процесс образования углеводов из углекислого газа и протонов водорода, образуется первичный продукт фотосинтеза – глюкоза.

Глюкоза в растениях из первичного продукта образует два полимерных в-ва – это крахмал и целлюлоза. Крахмал образует разветвленную структуру, у целлюлозы молекулы расположены в определенной последовательности. Крахмал запас растением и расходуется как питательное в-во на процесс жизнедеятельности.

Целлюлоза образует упорядоченную структуру, используется растениями для синтеза своей биомассы, поэтому любой растительный объект – это целлюлоза

цианобактериях восстановителем служит вода, а продуктом фотосинтеза — кислород. Такой фотосинтез называют оксигенным.