معلومة

8.1C: جزئين من التمثيل الضوئي - علم الأحياء

8.1C: جزئين من التمثيل الضوئي - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء هما تفاعلان متتاليان يحدثان أثناء عملية التمثيل الضوئي.

أهداف التعلم

  • فرّق بين جزأي التمثيل الضوئي

النقاط الرئيسية

  • في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية على شكل جزيئات حاملة للإلكترون مثل ATP و NADPH.
  • يتم تسخير الطاقة الضوئية في نظامي الصور الأول والثاني ، وكلاهما موجود في أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء.
  • في التفاعلات المستقلة عن الضوء (دورة كالفين) ، يتم تجميع جزيئات الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون باستخدام الطاقة الكيميائية التي يتم حصادها أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء.

الشروط الاساسية

  • نظام ضوئي: إما نظامين بيوكيميائيين نشطين في البلاستيدات الخضراء التي تشكل جزءًا من عملية التمثيل الضوئي.

يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين متتاليتين:

  1. التفاعلات التي تعتمد على الضوء.
  2. تفاعلات الضوء المستقلة ، أو دورة كالفين.

ردود الفعل المعتمدة على الضوء

تمامًا كما يوحي الاسم ، تتطلب التفاعلات المعتمدة على الضوء ضوء الشمس. في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من ضوء الشمس ويتم تحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة ، على شكل جزيء حامل الإلكترون NADPH (فوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد) وجزيء عملة الطاقة ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات). تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء في أغشية الثايلاكويد في الجرانوم (كومة من الثايلاكويدات) ، داخل البلاستيدات الخضراء.

أنظمة الصور

تحدث العملية التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية في مركب متعدد البروتينات يسمى نظام ضوئي. يتم تضمين نوعين من أنظمة الصور في غشاء الثايلاكويد: نظام ضوئي II (PSII) ونظام ضوئي I (PSI). يلعب كل نظام ضوئي دورًا رئيسيًا في التقاط الطاقة من ضوء الشمس بواسطة إلكترونات مثيرة. يتم نقل هذه الإلكترونات التي تم تنشيطها بواسطة جزيئات "حاملة للطاقة" ، والتي تمد التفاعلات المستقلة عن الضوء.

تتكون أنظمة الصور من مجمع لحصاد الضوء ومركز تفاعل. الأصباغ في مجمع حصاد الضوء تمرر الطاقة الضوئية إلى نوعين خاصين من الكلوروفيل أ الجزيئات في مركز التفاعل. يثير الضوء إلكترونًا من الكلوروفيل أ الزوج ، الذي ينتقل إلى متقبل الإلكترون الأساسي. ثم يجب استبدال الإلكترون المثير. في النظام الضوئي الثاني ، يأتي الإلكترون من انقسام الماء ، والذي يطلق الأكسجين كمنتج نفايات. في النظام الضوئي الأول ، يأتي الإلكترون من سلسلة نقل الإلكترون البلاستيدات الخضراء.

يؤكسد النظامان الضوئيان مصادر مختلفة لإمداد الإلكترون منخفض الطاقة ، وينقلان إلكتروناتهما النشطة إلى أماكن مختلفة ، ويستجيبان لأطوال موجية مختلفة من الضوء.

ردود الفعل الخفيفة المستقلة

في التفاعلات المستقلة عن الضوء أو دورة كالفين ، توفر الإلكترونات النشطة من التفاعلات المعتمدة على الضوء الطاقة لتكوين الكربوهيدرات من جزيئات ثاني أكسيد الكربون. تسمى التفاعلات المستقلة للضوء أحيانًا بدورة كالفين بسبب الطبيعة الدورية للعملية.

على الرغم من أن التفاعلات المستقلة للضوء لا تستخدم الضوء كمتفاعل (ونتيجة لذلك يمكن أن تحدث في النهار أو الليل) ، فإنها تتطلب عمل منتجات التفاعلات المعتمدة على الضوء. تعتمد الجزيئات المستقلة عن الضوء على الجزيئات الحاملة للطاقة ، ATP و NADPH ، لدفع بناء جزيئات الكربوهيدرات الجديدة. بعد نقل الطاقة ، تعود جزيئات الطاقة الحاملة إلى التفاعلات المعتمدة على الضوء للحصول على إلكترونات أكثر نشاطًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنشيط العديد من إنزيمات التفاعلات المستقلة عن الضوء بواسطة الضوء.


البناء الضوئي

يحافظ التمثيل الضوئي فعليًا على جميع أشكال الحياة على كوكب الأرض ، حيث يوفر الأكسجين الذي نتنفسه ويشكل الطعام الذي نتناوله أساس سلاسل الغذاء العالمية ويلبي غالبية احتياجات الطاقة الحالية للبشرية من خلال الوقود الأحفوري الضوئي. تعتمد عملية التمثيل الضوئي في النباتات على تفاعلين يتم تنفيذهما بواسطة أجزاء منفصلة من البلاستيدات الخضراء. تحدث تفاعلات الضوء في غشاء ثايلاكويد البلاستيدات الخضراء وتنطوي على تقسيم الماء إلى أكسجين وبروتونات وإلكترونات. يتم بعد ذلك نقل البروتونات والإلكترونات عبر غشاء الثايلاكويد لإنشاء جزيئات تخزين الطاقة ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) وفوسفات ثنائي النوكليوتيد النيكوتينوميد الأدينين (NADPH). ثم يتم استخدام ATP و NADPH بواسطة إنزيمات دورة Calvin-Benson (التفاعلات المظلمة) ، والتي تحول ثاني أكسيد الكربون.2 في الكربوهيدرات في سدى البلاستيدات الخضراء. يتم شرح المبادئ الأساسية لالتقاط الطاقة الشمسية والطاقة ونقل الإلكترون والبروتون والأساس الكيميائي الحيوي لتثبيت الكربون ومناقشة أهميتها.

الكلمات الدالة: غشاء الثايلاكويد التمثيل الضوئي.

الأرقام

الشكل 1. دورة الكربون العالمية

الشكل 1. دورة الكربون العالمية

العلاقة بين التنفس والتمثيل الضوئي وثاني أكسيد الكربون العالمي 2…

الشكل 2. موقع آلية التمثيل الضوئي

الشكل 2. موقع آلية التمثيل الضوئي

( أ ) المصنع النموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana…

الشكل 3. تقسيم العمل داخل ...

الشكل 3. تقسيم العمل داخل البلاستيدات الخضراء

تحدث تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي ...

الشكل 4. إلكترون التركيب الضوئي والبروتون ...

الشكل 4. سلسلة نقل الإلكترون الضوئي والبروتون

مسار النقل الخطي للإلكترون من ...

الشكل 5. Z- مخطط نقل الإلكترون الضوئي

الشكل 5. Z- مخطط نقل الإلكترون الضوئي

المكونات الرئيسية للنقل الخطي للإلكترون ...

الشكل 6. أصباغ التمثيل الضوئي الرئيسية في النباتات

الشكل 6. أصباغ التمثيل الضوئي الرئيسية في النباتات

التراكيب الكيميائية للكلوروفيل والكاروتين ...

الشكل 7. أطياف الامتصاص الأساسية لـ ...

الشكل 7. أطياف الامتصاص الأساسية لأصباغ الكلوروفيل والكاروتينويد الرئيسية الموجودة في النباتات

الشكل 8. مخطط جابلونسكي يظهر الكلوروفيل ...

الشكل 8. مخطط جابلونسكي للكلوروفيل يوضح المصائر المحتملة لـ S. 1 و…

الشكل 9. الآلية الأساسية لطاقة الإثارة ...

الشكل 9. الآلية الأساسية لنقل طاقة الإثارة بين جزيئات الكلوروفيل

جزيئين من الكلوروفيل مع ...

الشكل 10. الهيكل الأساسي لنظام ضوئي

الشكل 10. الهيكل الأساسي لنظام ضوئي

يتم التقاط الطاقة الضوئية بواسطة أصباغ الهوائي ...

الشكل 11. الهيكل الأساسي لـ PSII-LHCII ...

الشكل 11. الهيكل الأساسي للمركب الفائق PSII-LHCII من السبانخ

تنظيم PSII و ...

الشكل 12. دورة S- لأكسدة الماء ...

الشكل 12. دورة الحالة S لأكسدة الماء بواسطة كتلة المنغنيز (تظهر على شكل دوائر مع ...

الشكل 13. الهيكل الأساسي لـ PSI-LHCI ...

الشكل 13. الهيكل الأساسي للمركب الفائق PSI-LHCI من البازلاء

تنظيم PSI و ...

الشكل 14. السيتوكروم ب 6 F مركب

الشكل 14. السيتوكروم ب 6 F مركب

( أ ) هيكل مستمد من كود PDB 1Q90. (...

الشكل 15. عدم التجانس الجانبي في غشاء الثايلاكويد ...

الشكل 15. عدم التجانس الجانبي في تنظيم غشاء الثايلاكويد

( أ ) صورة مجهرية إلكترونية لـ ...

الشكل 16. دورة كالفين بنسون

الشكل 16. دورة كالفين بنسون

نظرة عامة على المسار البيوكيميائي لتثبيت ثاني أكسيد الكربون ...

( أ ) هيكل إنزيم روبيسكو (الوحدات الفرعية الكبيرة ...

الشكل 18. رسم تخطيطي ل C 4…

الشكل 18. رسم تخطيطي ل C 4 ورقة نبات توضح تشريح كرانز

الشكل 19. ج 4 مسار (NADP ...

الشكل 19. ج 4 مسار (NADP + نوع إنزيم ماليك) لتثبيت ثاني أكسيد الكربون ...


عملية التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي هو العملية الرئيسية التي تحرك الحياة على الأرض. من خلال عملية التمثيل الضوئي ، يتم التقاط الطاقة من الشمس في روابط الجزيئات العضوية. هذه الجزيئات ، الجلوكوز الجزيئات هي أساس كل أشكال الحياة على الأرض. سيتم استخدام الجلوكوز من خلال عملية التنفس الخلوي لتسخير الطاقة الكيميائية المخزنة داخل الروابط التساهمية للسكر.

يحدث التمثيل الضوئي في الأوراق والأجزاء الخضراء من النباتات. العضيات داخل الخلايا النباتية ، والمعروفة باسم البلاستيدات الخضراء، تحتوي على بروتينات متخصصة قادرة على التفاعل مع الضوء. السيتوكرومات هي هذه البروتينات المتخصصة ، والتي ترتبط بـ a الهيم مجموعة. مجموعات هيم ينظر إليها أيضا ملزمة الهيموغلوبين، في خلايا الدم. بدلاً من الحديد ، تربط خلايا الهيم المغنيسيوم. يتفاعل الهيكل المعقد للهيم مع الفوتونات من الضوء يمر من خلالها.

تستخدم البلاستيدات الخضراء الطاقة المستخرجة من هذه الفوتونات وتفاعلها مع السيتوكرومات والبروتينات الأخرى لتحفيز تكوين الجلوكوز. للقيام بذلك ، ستجمع البلاستيدات الخضراء وحدات من ثاني أكسيد الكربون في سلاسل من 6 ذرات كربون و 12 هيدروجين و 6 ذرات أكسجين. هذا هو الجلوكوز ، والذي يمكن بعد ذلك تعديله ودمجه مع جزيئات الجلوكوز الأخرى ليتم تخزينه كنشويات وسكريات معقدة مثل الفركتوز.

تفاعل التمثيل الضوئي

يتكون تفاعل التمثيل الضوئي من جزأين ، يشار إليهما عادة باسم تفاعلات ضوئية و ال دورة كالفين. يمكن رؤية عملية التمثيل الضوئي بأكملها أدناه.

ثم يتم استخدام ATP و NADPH في دورة Calvin ، وهي سلسلة من التفاعلات التي تعيد تدوير حاملات الإلكترون هذه وتنتج الجلوكوز. يتم استخدام الطاقة داخل وجزيئات الهيدروجين لتنشيط التفاعلات طوال الدورة. تتكون دورة كالفن من ثلاث مراحل ، تثبيت الكربون, تخفيض، و تجديد الريبوز. يمكن رؤية ردود الفعل هذه في الصورة أدناه. لاحظ أن إضافة ثاني أكسيد كربون واحد في دورة واحدة من التفاعل ينتج جزيء 3 كربون 3-فوسفوغليسيرات. ثم يتم دمج اثنين من هذه الجزيئات لإنتاج الجلوكوز ، من بين أشياء أخرى.


مقارنة معدل التمثيل الضوئي (مع رسم بياني)

يتكون Wilmott & # 8217s من زجاجة ذات فوهة واسعة مزودة بفلين يتم من خلاله إدخال أنبوب زجاجي. الطرف السفلي من هذا الأنبوب مزود بفتحة من الفلين يتم من خلالها إدخال غصين من نبات Hydrilla وينتهي الطرف الآخر في فوهة منحنية ضيقة.

النصف العلوي من هذا الأنبوب محاط بأنبوب زجاجي آخر يعمل كخزان للمياه. يملأ الجهاز بالكامل بالماء (ويفضل أن يكون من البركة التي تم جمع نبات الهيدريلا منها). يجب الحرص على أن يظل مستوى الماء في الخزان فوق الفوهة المثنية (الشكل 11.35). يتم وضع الجهاز في ضوء الشمس.

بعد في بعض الأحيان نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، O ، تخرج الفقاعات من نهاية قطع غصين Hydrilla والتي تجد مخرجها تدريجيًا من خلال الفوهة ويمكن عدها بسهولة. يمكن دراسة معدل التمثيل الضوئي في ظل ظروف مختلفة عن طريق رسم عدد الفقاعات مقابل فترة زمنية محددة (على سبيل المثال ، 0.5 أو 1 دقيقة) أو من خلال ملاحظة الوقت الذي يكون فيه عدد أو فقاعات محددة (على سبيل المثال ، 5 أو 10) صدر.

لمقارنة تأثيرات الأطوال الموجية المختلفة للضوء ، يتم تغليف الفقاعة بأوراق السيلوفان بألوان مختلفة. يمكن مقارنة تأثير شدة الضوء المختلفة عن طريق وضع الفقاعة تحت الظل ، وضوء أقل كثافة وأكثر كثافة. يمكن قياس شدة الضوء بمقياس لوكس.

يمكن ملاحظة تأثير تراكيز متفاوتة من ثاني أكسيد الكربون على معدل التمثيل الضوئي عن طريق إضافة كميات متزايدة من بيكربونات الصوديوم (50-100 مجم في المرة الواحدة) في زجاجة الفقاعة. وبالمثل ، يمكن مقارنة تأثير درجة الحرارة على معدل التمثيل الضوئي بتسخين الجهاز عند درجات حرارة مختلفة.


التكاثر اللاجنسي

يمكن للنباتات المزهرة أن تتكاثر ذاتيًا من خلال التكاثر اللاجنسي. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية التكاثر الخضري. على عكس التكاثر الجنسي ، لا يحدث إنتاج الأمشاج والتخصيب في التكاثر الخضري. بدلاً من ذلك ، يتطور مصنع جديد من أجزاء من نبات واحد ناضج. يحدث التكاثر من خلال الهياكل النباتية النباتية المشتقة من الجذور والسيقان والأوراق. تشمل الهياكل النباتية الجذور ، والعدائين ، والمصابيح ، والدرنات ، والكورم ، والبراعم. ينتج التكاثر الخضري نباتات متطابقة وراثيًا من نبات أم واحد. تنضج هذه النباتات بشكل أسرع من النباتات التي تنمو من البذور وتكون أقوى منها.


التمثيل الضوئي CAM

CAM هو اختصار لعملية التمثيل الغذائي لحمض الكراسولاسين. في هذا النوع من التمثيل الضوئي ، تمتص الكائنات الحية طاقة ضوء الشمس أثناء النهار ثم تستخدم الطاقة لإصلاح جزيئات ثاني أكسيد الكربون أثناء الليل. خلال النهار ، تنغلق ثغور الكائن الحي لمقاومة الجفاف بينما يخضع ثاني أكسيد الكربون من الليلة السابقة لدورة كالفين. يسمح التمثيل الضوئي CAM للنباتات بالبقاء في المناخات القاحلة ، وبالتالي فهو نوع من التمثيل الضوئي الذي يستخدمه الصبار والنباتات الصحراوية الأخرى. ومع ذلك ، فإن النباتات غير الصحراوية مثل الأناناس والنباتات العشوائية مثل بساتين الفاكهة تستخدم أيضًا عملية التمثيل الضوئي CAM.


البناء الضوئي

تعرف على العملية التي تستخدمها النباتات والطحالب وبعض البكتيريا لصنع طعامها والأكسجين الذي نتنفسه.

(مفرد: طحلب) مجموعة متنوعة من الكائنات المائية ، وأكبرها أعشاب بحرية.

(أدينوسين ثلاثي الفوسفات) مادة كيميائية توجد في معظم الخلايا الحية وتستخدم للطاقة.

(مفرد: بكتيريا) كائنات وحيدة الخلية موجودة في كل نظام بيئي على الأرض.

سلسلة من التفاعلات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي ، حيث يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء من الغلاف الجوي إلى سكر.

غازات الاحتباس الحراري التي تنتجها الحيوانات أثناء التنفس وتستخدمها النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي. ثاني أكسيد الكربون هو أيضًا نتيجة ثانوية لحرق الوقود الأحفوري.

أصغر جزء عامل من كائن حي.

جزء من الخلية في النباتات وغيرها من ذاتية التغذية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

الجسيمات دون الذرية سالبة الشحنة.

مادة كيميائية "سكر بسيط" تنتجها العديد من النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي.

أصغر وحدة فيزيائية للمادة ، تتكون من ذرتين أو أكثر مرتبطة ببعضها البعض.

عنصر كيميائي برمز O ويشكل غازه 21٪ من الغلاف الجوي للأرض.

عملية تحول من خلالها النباتات الماء وأشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى ماء وأكسجين وسكريات بسيطة.

الكائن الحي الذي ينتج طعامه من خلال عملية التمثيل الضوئي والذي يكون لخلاياها جدران.

اعتمادات وسائل الإعلام

يتم إضافة الصوت والرسوم التوضيحية والصور ومقاطع الفيديو إلى أسفل أصول الوسائط ، باستثناء الصور الترويجية ، والتي ترتبط بشكل عام بصفحة أخرى تحتوي على رصيد الوسائط. صاحب الحقوق لوسائل الإعلام هو الشخص أو المجموعة التي يُنسب لها الفضل.

مخرج

تايسون براون ، الجمعية الجغرافية الوطنية

مؤلف

الجمعية الجغرافية الوطنية

مديرو الإنتاج

جينا بورجيا ، الجمعية الجغرافية الوطنية
جينا سوليفان ، الجمعية الجغرافية الوطنية

اختصاصيو البرنامج

سارة أبليتون ، الجمعية الجغرافية الوطنية
مارجوت ويليس ، الجمعية الجغرافية الوطنية

متخصص ، إنتاج المحتوى

منتج

أندريه غابرييلي ، الجمعية الجغرافية الوطنية

التحديث الاخير

للحصول على معلومات حول أذونات المستخدم ، يرجى قراءة شروط الخدمة الخاصة بنا. إذا كانت لديك أسئلة حول كيفية الاستشهاد بأي شيء على موقعنا على الويب في مشروعك أو عرضك في الفصل الدراسي ، فيرجى الاتصال بمعلمك. سيعرفون بشكل أفضل التنسيق المفضل. عندما تصل إليهم ، ستحتاج إلى عنوان الصفحة وعنوان URL وتاريخ وصولك إلى المورد.

وسائط

إذا كان أحد أصول الوسائط قابلاً للتنزيل ، فسيظهر زر التنزيل في زاوية عارض الوسائط. إذا لم يظهر أي زر ، فلا يمكنك تنزيل الوسائط أو حفظها.

النص الموجود في هذه الصفحة قابل للطباعة ويمكن استخدامه وفقًا لشروط الخدمة الخاصة بنا.

التفاعلات

لا يمكن تشغيل أي تفاعلات على هذه الصفحة إلا أثناء زيارتك لموقعنا على الويب. لا يمكنك تنزيل المواد التفاعلية.

موارد ذات الصلة

سمسم: 20٪ من الأكسجين لدينا يأتي من البكتيريا

هل تعلم أن 20٪ من الأكسجين الذي نتنفسه يأتي من المحيط؟ تعمل بكتيريا صغيرة تسمى prochlorococcus بجد لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الأكسجين الذي نتنفسه من خلال عملية التمثيل الضوئي. انضم إلى عالم المحيطات و National Geographic Explorer-in-Residence Sylvia Earle لتتعلم المزيد عن هذا الكائن الحي الصغير ولكن العظيم.

التعريفات في المجال: التمثيل الضوئي

هل تعلم أن معظم الأكسجين الذي نتنفسه يأتي من نباتات صغيرة في المحيط؟ يصنعونها باستخدام عملية تسمى التمثيل الضوئي. يشرح مستكشف ناشيونال جيوغرافيك وعالم المحيطات برانوين ويليامز كيف تستخدم النباتات ضوء الشمس لتغذية نفسها ومنحنا الأكسجين.

كشفت العوالق

تشكل العوالق الصغيرة قاعدة الشبكة الغذائية للمحيطات ، والتي تدعم أيضًا جميع النظم البيئية المائية والبرية الأخرى في جميع أنحاء الكوكب.

موارد ذات الصلة

سمسم: 20٪ من الأكسجين لدينا يأتي من البكتيريا

هل تعلم أن 20٪ من الأكسجين الذي نتنفسه يأتي من المحيط؟ تعمل بكتيريا صغيرة تسمى prochlorococcus بجد لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الأكسجين الذي نتنفسه من خلال عملية التمثيل الضوئي. انضم إلى عالم المحيطات و National Geographic Explorer-in-Residence Sylvia Earle لتتعلم المزيد عن هذا الكائن الحي الصغير ولكن العظيم.

التعريفات في المجال: التمثيل الضوئي

هل تعلم أن معظم الأكسجين الذي نتنفسه يأتي من نباتات صغيرة في المحيط؟ يصنعونها باستخدام عملية تسمى التمثيل الضوئي. يشرح مستكشف ناشيونال جيوغرافيك وعالم المحيطات برانوين ويليامز كيف تستخدم النباتات ضوء الشمس لتغذية نفسها ومنحنا الأكسجين.

كشفت العوالق

تشكل العوالق الصغيرة قاعدة الشبكة الغذائية للمحيطات ، والتي تدعم بشكل أكبر جميع النظم البيئية المائية والبرية الأخرى في جميع أنحاء الكوكب.


ماذا ، هناك ثلاثة أنواع مختلفة من التمثيل الضوئي؟

كما لو أن التمثيل الضوئي لم يكن معقدًا بدرجة كافية ، فهناك بالفعل اختلافات مختلفة لكيفية تحويل النباتات لثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) إلى C.6ح12ا6 (كربوهيدرات). تمتلك النباتات فيزيولوجيا مختلفة للتكيف مع بيئات مختلفة على الأرض. يمكن أن يظل البرسيم على سبيل المثال ثابتًا وغزير الإنتاج خلال فترات جفاف معينة بسبب جذوره العميقة التي يمكن أن تساعد النبات على الاستفادة من مصادر المياه العميقة. في المدى ، يتسبب هذا في أن تكون بقوليات البرسيم حساسة للتربة سيئة الصرف والتي لا يمكن نفاذية المياه السطحية. لذا فإن السؤال الذي يمكن أن يطرحه شخص ما هو هل كل نباتات الصحراء لها جذور طويلة؟ الجواب لا ، ولكن إحدى الطرق التي تحافظ بها النباتات الصحراوية على المياه وتنمو في مناخ حار وجاف هي طريقة التمثيل الضوئي.

الأنواع الثلاثة الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي C.3، ج4، و CAM (استقلاب حمض الكراسولاسين). في الكلية ، كان علي أن أحفظ بعض مساراتهم وآلياتهم ، لكنني سأبرز ما الذي يمنح المرء ميزة على الآخر وأنواع المحاصيل والأعلاف والأعشاب التي تخصصت.3 و ج4 البناء الضوئي. سيخبرنا هذا عن سبب قدرتها على الأداء الجيد في مناخات وأوقات معينة من العام ومتى يمكننا أن نتوقع أن تكون بعض النباتات أكثر وفرة.

Rubisco هو اسم الإنزيم (البروتين) الذي "ينتزع" ثاني أكسيد الكربون2 الجزيء ويضعه في خط التجميع الذي سيخلق الكربوهيدرات. يُعرف بأنه البروتين الأكثر وفرة في العالم. عندما نفحص جودة العلف في أعلافنا ، فإن الروبيسكو هو الذي يشكل معظم قيمة البروتين في تحليل العلف. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الأوراق مرغوبة على السيقان في التبن.

ج3 التمثيل الضوئي هو الطريقة السائدة التي تأخذ بها النباتات ثاني أكسيد الكربون وتنتج الكربوهيدرات. في C3 البناء الضوئي يأخذ Rubisco ثاني أكسيد الكربون2 ويتم اختزاله إلى كربوهيدرات في نفس المكان والزمان. بذلك ، أعني في نفس الخلية البلاستيدات الخضراء وأثناء النهار (أشعة الشمس) عندما تكون الثغور مفتوحة ويكون ثاني أكسيد الكربون2 يدخل الزنزانة ويخرج الماء من نفس الفتحة. المشكلة في هذا هو أنه يحتوي على أكبر قدر من فقدان الماء وخلال أوقات التمثيل الضوئي العالية جدًا (يوليو) يصبح مرهقًا للنبات. هناك مشكلة أخرى وهي أن الأكسجين يتولد أثناء عملية التمثيل الضوئي وأن الأكسجين سوف يثبط الروبيكو ويبطئ عملية التمثيل الضوئي عندما يعمل النظام بسرعة كبيرة. يبدو الأمر غير منطقي ، لكن الإبطاء يسمح للمصنع بالتعامل مع الكثير من الضوء الذي قد يتسبب في تلفه. هل لاحظت من قبل أن أعشاب الموسم البارد لا تنمو بسرعة كبيرة في شهري يوليو وأغسطس؟ أعشاب الموسم البارد لها درجة مئوية3 آلية التمثيل الضوئي.

الآن دعونا ننتقل إلى بعض C4 الأعشاب ، والمعروفة أيضًا باسم "أعشاب الموسم الدافئ" مثل الذرة والذرة الرفيعة وعشب السلطعون وقصب السكر وعشب البرمودا وذيل الثعلب. تحتوي هذه النباتات على روبيسكو في خلية واحدة ولديها آلية لسحب ثاني أكسيد الكربون2 في خلية مختلفة متصلة بفتحات بين الخلايا تسمى plasmodesmata تربط الخليتين ببعضهما البعض. إذن ما يحدث هو أن المصنع يمكنه تركيز ثاني أكسيد الكربون الخاص به2 حيث يقع Rubisco ويمنع تثبيط الأكسجين الناتج في C3 آلية. هذه النباتات ليس لديها ضوء الشمس العالي ، تثبيط يوليو. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح تخصص الخلايا باستخدام مياه أقل بنسبة 40٪ تقريبًا لكل وزن من ثاني أكسيد الكربون2 تخفيض. هذا يعني فقط أنه أكثر كفاءة بنسبة 40٪ في استخدام المياه في المتوسط. هناك دائما تباين بين الأنواع. ج4 يمكن للنباتات أيضًا إغلاق ثغورها جزئيًا لمنع فقدان الماء ولأنها تركز ثاني أكسيد الكربون2 في منطقة مختلفة ، لن يثبط الأكسجين إنزيم الروبيكو. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية وراء رغبة المراعي في المواسم الدافئة في عملية الرعي الدوراني. يسمح بالنمو خلال الفترة الزمنية يوليو وأغسطس ، عندما يكون الموسم باردًا ، C3 يتم منع الأعشاب ولا تنمو بنشاط.

هنا هو المفهوم الخاطئ أن العديد من الثنائيات (الأوراق العريضة) هي أيضًا C4 النباتات ، ليس فقط الحشائش! البردي والعديد من أنواع الأمارانثوس هي C4 النباتات ، يبدو أنها أكبر عائلات نباتية في C4فئة عريضة الأوراق. لذا فإن Palmer Amaranth و Spiny Amaranth ، جنبًا إلى جنب مع Sedges ، تعمل بشكل رائع في شهري يوليو وأغسطس. حقيقة أنهم سي4 يمكن أن تساهم النباتات في هذه الظاهرة. إن معرفة ذلك يسمح للمزارع بالتعامل مع الحشائش قبل أن يسيطر على الحقل عندما ينمو محصول موسم بارد مرغوب فيه ببطء أو ربما يكون خامدًا. فقط 1 ٪ من جميع الأنواع النباتية المعروفة لديها C4 التمثيل الغذائي وحتى أقل من التمثيل الغذائي CAM.

أخيرًا هناك عملية التمثيل الضوئي CAM. تم العثور على CAM في النباتات الصحراوية. ما تفعله هذه النباتات هو فتح ثغورها ليلاً للسماح بثغور ثاني أكسيد الكربون2 في لتقليل فقد الماء خلال الأيام الحارة. شركة CO2 يتم تخزينه في فجوة النبات على شكل حمض الماليك أثناء الليل. عندما تشرق شمس الصحراء ، يتم إغلاق فتحات الثغور ويتم إغلاق ثاني أكسيد الكربون2 تمت إزالته & # 8221 من حمض الماليك ليتم إدخاله بعد ذلك إلى الروبيسكو وصنع الكربوهيدرات. بالمقارنة ، فإن CAM أكثر كفاءة في استخدام المياه من C4 يكون. إذا كان ج4 هو 40٪ أكثر كفاءة في استخدام المياه ، CAM أكثر كفاءة بنسبة 83٪ مقارنة بمعظم C3 عمليات التمثيل الضوئي. الصبار والعديد من العصارة والأناناس لديهم التمثيل الغذائي الضوئي CAM.


ما نوعان من ردود الفعل التي تحدث في عملية التمثيل الضوئي؟

تنقسم عملية التمثيل الضوئي بشكل أساسي إلى خطوتين ، أي تفاعلات ضوئية و ردود فعل مظلمة (المعروفة باسم دورة كالفين أو مسار # C_3 #).

مفهوم بريف لهذه العمليات هو # 2 # على النحو التالي:

تحدث تفاعلات الضوء خلال النهار فقط. أثناء تفاعلات الضوء ، يتم احتجاز طاقة ضوء الشمس وامتصاصها بواسطة أصباغ التمثيل الضوئي التي يتم ترتيبها لتشكيل أنظمة ضوئية. أنظمة الصور هذه موجودة في أغشية الثايلاكويد من البلاستيدات الخضراء. يتم تحويل هذه الطاقة الممتصة إلى طاقة كيميائية # ATP # و # NADPH #. يتم إطلاق الأكسجين أثناء عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية نتيجة للتحلل الضوئي.

ردود الفعل المظلمة لا تتطلب الضوء ويمكن أن تحدث في وجود أو عدم وجود الضوء. في هذه التفاعلات ، يتم إنتاج السكريات في سدى البلاستيدات الخضراء. باستخدام القوة الاستيعابية # ("ATP & amp NADPH" #) المنتجة أثناء تفاعلات الضوء وثاني أكسيد الكربون. يمكن تلخيص ردود الفعل المظلمة على النحو التالي:

# 3CO_2 # + # 6NADPH # + # 9ATP إلى (CH_2O) _3 # + # 6NADPH # +
# 9ADP # + # 9 # بي


سيتم استخدام نموذجين لتقييم تقرير مختبر الطالب (تم تضمين عينة من التقرير أدناه) ومشاركة الطلاب.
سيتم استخدام اختبار كتابي لتحديد ما إذا كان الطالب قد حقق أهداف النشاط.

مثال على تقرير الطالب (يتم تكثيف بعض المناطق هنا لتوفير المساحة)
أسم الطالب ____________
معدل بحوث التركيب الضوئي


خلفية: أين يحدث التمثيل الضوئي في الورقة بشكل أساسي؟ كيف يدخل ثاني أكسيد الكربون في الورقة؟ أين / كيف يترك الأكسجين الورقة؟ كيف يدخل الماء إلى ورقة من الجذور؟

الحصول على شريحة معدة من ورقة المقطع العرضي (x-section). باستخدام 100x قم بعمل رسم تخطيطي لـ
ماذا ترى.

استخدم الكتاب النصي أو الإنترنت لتسمية المناديل التالية
البشرة العلوية ، البشرة السفلية ، الحاجز الوسطي ، النسيج المتوسط ​​الإسفنجي ،
الوريد (تسمية كل من نسيج الخشب واللحاء) ، وخلايا الحراسة ، والفغرة

1) في أي من الهياكل المصنفة ، تحدث معظم عملية التمثيل الضوئي؟ (ملحوظة
هناك المزيد من البلاستيدات الخضراء هنا)

2) من خلال أي بنية يدخل ثاني أكسيد الكربون في الأوراق بحيث يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي؟

3) ما هي وظيفة الخلايا الحامية؟

4) ما الغرض الذي يخدمه النسيج الوسطي الإسفنجي للورقة وعملية التمثيل الضوئي؟


5) من خلال أي من الهياكل المصنفة يصل الماء إلى الأوراق من الجذور؟


6) من خلال أي من الهياكل المصنفة عبارة عن سكريات يتم صنعها أثناء عملية التمثيل الضوئي ،
إلى أجزاء أخرى من المصنع حيث يمكن استخدامها للطاقة أو تخزينها؟


7) مناقشة الاختلافات / التكيفات التي النباتات الصحراوية والنباتات المائية والنباتات التي تنمو
جيد في الظل في أوراقهم التي تسمح لهم بالبقاء على قيد الحياة في بيئاتهم الخاصة.

اكتب معادلة متوازنة لعملية التمثيل الضوئي:

تصميم تجريبي
سيصمم الجدول الخاص بك تجربة لاختبار كيفية تأثير متغير محدد على معدل التمثيل الضوئي. اتبع المعلومات الواردة أدناه لإنشاء & quotsinking للأقراص النباتية & quot. ستقيس المدة التي تستغرقها الأقراص (بالثواني) لتطفو كطريقة لقياس معدل التمثيل الضوئي.

تحضير الأقراص الورقية:
1) استخدم حفار الفلين (لقطع عدد الأقراص اللازمة لتجربتك).
2) ضع الأقراص في حقنة وامتصاص 5 سم مكعب (5 مل) من 2٪ بيكربونات الصوديوم (صودا الخبز)
3) ضع إصبعك على نهاية المحقنة ، واسحب المكبس إلى حوالي 35 سم مكعب (على حقنة 60 سم مكعب) واستمر في هذا الوضع لمدة 30 ثانية. يجب أن ترى الهواء يخرج من جوانب الأقراص. أثناء القيام بذلك ، تتم إزالة الأكسجين من الطبقة الإسفنجية للورقة ويدخل 0.2٪ بيكربونات الصوديوم إلى الطبقة الإسفنجية. هذا هو مصدر ثاني أكسيد الكربون الذي يحتاجه النبات لإجراء عملية التمثيل الضوئي
4) قم برش 0.2٪ بيكربونات الصوديوم بحذر. شفط حوالي 10 سم مكعب & # 039 ثانية من الماء. تحقق لمعرفة ما إذا كانت أقراص النبات تغرق في الماء. إذا لم يكن هناك & # 039t ، قم بإزالة الماء وجرب الخطوتين 2 و 3 مرة أخرى.
5) اختر الأقراص التي تغرق. تأكد من توفر عدد كافٍ من الأقراص لإكمال تجربة مضبوطة بشكل صحيح. إنها الآن جاهزة للاستخدام في إعدادك التجريبي. سوف تطفو الأقراص عندما تكون قد أنتجت كمية مُقاسة من الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي. الوقت اللازم لتعويم الأقراص هو مقياس غير مباشر
من معدل التمثيل الضوئي الذي يحدث في الأقراص الورقية.

العنوان الوصفي للتجربة:

تأثير ________________________________________________ على
معدل التمثيل الضوئي.

الفرضية (استخدم تنسيق if / then)

اشرح منطق الفرضية المذكورة


رسم تخطيطي للتصميم التجريبي المستخدم. (يجب أن يكون المخطط محددًا بدرجة كافية بحيث يمكن إعادة إنتاج التجربة تمامًا كما تم إعدادها ، بما في ذلك جميع القياسات والزوايا ومواد التسمية / الحلول المستخدمة والقوة الكهربائية ونوع المصابيح الكهربائية ، إلخ.)

هل البيانات المجمعة بيانات نوعية أم كمية؟ مناقشة

المتغير المستقل (الذي تم التلاعب به) في التجربة هو

المتغير التابع (الاستجابة) في التجربة هو


كيف تم التحكم في التجربة؟


مخطط البيانات: (أنت تصمم وتسمي وتعبئ بالبيانات) (يجب أن يكون لديك بيانات كافية لعمل رسم بياني)

رسم بياني للبيانات (احصل على قطعة من ورق الرسم البياني ، ارسم رسمًا بيانيًا مناسبًا له عنوان ومُسمى بشكل صحيح ، أرفق رسمًا بيانيًا بتقرير المختبر هذا)

النتائج / المناقشة / تحليل البيانات:


النتائج / الاستنتاج / سرد مصادر الخطأ المحتملة

التطبيق على قضايا البيئة العالمية: (ضع قائمة بالأفكار التي تم إنشاؤها أثناء جلسة العصف الذهني)