Адаптація пігментної системи до умов освітлення

Фотосинтетично активні не всі промені сонячного світла. Для фотосинтезу потрібні у першу чергу промені червоної частини спектру і певною мірою синьо-фіолетової. За рахунок додаткових пігментів– каротину, ксантофілу, антоціану та ін. – поглинаються листям промені і в інших частинах спектру. Тому спектр поглинання живого листя за рахунок комплексу додаткових пігментів не збігається зі спектром поглинання чистого хлорофілу.

Докладне вивчення спектрів поглинання хлорофілу і додаткових пігментів показало, що хлоропласти вищих наземних рослин переважно засвоюють енергію у зоні сонячного спектру від 380 до 740 нм. Цю частину сонячного випромінювання називають фотосинтетично активною радіацією (ФАР). Вважається, що ФАР становить близько 52% сумарної сонячної радіації.

Встановлено, що набір і кількість додаткових пігментів у зелених рослинах не постійні. Пігментна система помітно змінюється залежно від умов освітлення рослин і адаптується до них шляхом зміни співвідношення між пігментами, забезпечуючи цим оптимальне поглинання сонячної енергії. За такої адаптації до особли востей освітлення в рослинах, і в першу чергу в їхніх хлоропластах змінюється співвідношення хлорофілів “а” і “b”.

Світлолюбні види мають високе відношення хлорофілу “а” до хлорофілу “b”, і тому вони в цілому інтенсивніше використовують промені червоної частини спектру, що вперше показав В.Н. Любименко (1923). Тіньолюбні рослини мають низьке відношення хлорофілов “а” і “b”, містять більше додаткових пігментів жовтого кольору і тому повніше використовують енергію синьо-фіолетової частини спектру.

При рості рослин в умовах розсіяного сонячного світла і при затінюванні реєструється підвищення у листку частки хлорофілу “b”. Це не випадково. Розсіяне сонячне світло містить більше енергії в синьо-фіолетовій частині спектру, а саме ці промені хлорофіл “b” поглинає більшою мірою, ніж хлорофіл “а”. Цілком закономірно екологи називають хлорофіл “b” “тіньовим зеленим пігментом”. У світлолюбних рослин відношення хлорофіл “a”/хлорофіл “b” дорівнює приблизно 3,9, а в тіньовитривалих падає до 2,3.

Вплив освітленості на якісний склад продуктів фотосинтезу

В умовах освітлення середньо-оптимального за інтенсивністю, листки зберігають властиву їхньому вікові спрямованість фотосинтезу. При збільшенні освітлення серед продуктів фотосинтезу збільшується питома вага вуглеводів. З цієї причини багаті на білок сільськогосподарські культури в тропіках стають низьковрожайними.

На загальний хід біосинтезу хлорофілу впливає вік листків. На одній і тій самій особині в молодих листках, порівняно із старими, біосинтез хлорофілу відбувається в майже і 3 разів швидше.

Н.П. Воскресенська ґрунтовно вивчила питання щодо зміни напряму утворення продуктів фотосинтезу залежно від спектрального складу світла. Наочні результати дав її дослід з кукурудзою (табл. 5.1). Інформація, представлена у цієї таблиці свідчить, що у променях червоної частини спектру фотосинтез спрямований переважно по вуглеводному шляху. Фотосинтез у променях синьої частини спектру супроводжувався значним збільшенням частки амінокислот і речовин білкової природи. Збільшувалася при цьому і кількість органічних кислот, що синтезувалися.

Підтверджують ці закономірності і досліди Е. Шевчика (1983) з Pellia borealis. При освітленні рослин червоним світлом вміст вуглеводів становив 60,3%, тоді як у контролі при природному освітленні вихід вуглеводів складав 15,5% загального вмісту сухих речовин.

Лише жовті (595–565 нм) і зелені (565-490 нм) промені не відіграють особливої ролі в житті рослин.

Виявлені закономірності в зміні характеру продуктів фотосинтезу при освітленні рослин світлом із різною довжиною хвилі можуть мати й певне практичне значення. Наприклад, вигонці цибулі “на

Таблиця 5.1. Співвідношення продуктів фотосинтезу в листках кукурудзи залежно від спектрального складу світла

перо”, що вимагає значних витрат білкових речовин на побудову нових клітин, сприятимуть промені синьої частини спектру. Освітлення червоними променями є доцільним при вирощуванні овочів, що накопичують в урожаї значну кількість вуглеводів.