Фотосинтез и ассимиляционное освещение

Сообщение **biolight** » 07 дек 2013, 03:54

leha2000 писал(а):И вот всё недаёт покоя мне лично то, что часть его имеет место быть отражённой, в то время как красный и синий поглощаются полностью.

Там соотношения не сильно отличаются. Цифры искать лень, но вот картинка:

Сообщение **leha2000** » 07 дек 2013, 13:43

А как без цифр оценить можно? По картинкам?
Так эти картинки ведь не диаграммы отражения, они призваны сравнивать Параметр "NIR" (как я понял, это Near Infrared, т.е. красный предельно большой волны) у здоровой и больной листвы.
Изображение схематичное, следовательно не может использоваться для оценки чего-либо. Это демонстрационный тенденциальный метод показа, а не чертёж в масштабе 1:1

Сообщение **biolight** » 07 дек 2013, 14:27

Вот другие картинки:

А тут вообще красота:

Сообщение **leha2000** » 07 дек 2013, 16:26

Ну вот по этим уже моооожно чтото сказать

Правда последнюю не очень понял, R8, V5 и VC сложно мне не сведующему умозаключить

Понял только что про сою разговор...
А остальные графики вполне информативны и показывают существенную разницу между отражениями зелёного от листвы, на верхнем к примеру в 2 раза. Что приблизительно соответствует наблюдаемым ощущениям.
Честно говоря я привык считать существенными различия сравниваемых величин для большинства случаев при превышении порога в 10%.
Более 50% разницы (1,5 раза) обычно считаются очень существенными.
Преставьте к примеру как Вы отнесётесь к потери 0,1 зарплаты, а если 0,5?

Или ваш автомобиль начнёт "кушать" в 1,1 раз больше бензина или в 1,5?
А если в 2, как на картинке, и не только у Вас, а у всего города? Чем тогда дышать останется?
Ну я конечно несколько утрирую, но считаю аналогию вполне приемлемой...

Конечно если располагать светильник в гуще листвы, то да с точки зрения суммарного поглощения действительно возможно использовать зелёный эффективно, но как будет при этом вести себя растение, что оно будут думать его листья, которые выше источника и те, которые его ниже?

Сообщение **biolight** » 07 дек 2013, 16:56

На последнем графике разные стадии жизни. Вот тут отображены эти стадии опять же в виде картинок, если интересно: http://www.ag.ndsu.edu/pubs/plantsci/ro ... /a1174.pdf
И этот график наиболее интересен, ибо это уже результат исследования.
Так вот, на нём мы видим, что вначале развития исследуемых растений хорошо отражается как зелёный, так и красный спектр. На стадии созревания - зелёный. Хотя, что значит хорошо? 5% света это не много, учитывая, что обычная ошибка у биологического эксперимента это 15-25%.
Что происходит с тем светом, который заходит в лист, уже другой вопрос, и более интересный.
К примеру, если листу достаточно фотонов синего и красного, он будет эффективно поглощать зелёный или будет его пропускать дальше, следующему ярусу? А если как раз недостаток в синем или красном спектре, разве лист будет упускать фотоны зелёного спектра? Или при интенсивном синем освещении, фотоны красного так же эффективно усваиваются? И при обратном условии, тоже не понятно, что происходит...

Сообщение **leha2000** » 07 дек 2013, 18:01

Вас понял.
Сначала не допонял графики.
Действительно 5% не так много.
А что скажете про жёлтый спектр?

Сообщение **leha2000** » 11 дек 2013, 16:32

Прошу прощения. Без ведома автора хочу процетировать сюда его сообщение из другой темы.
И попросить некоторое уточнение. Возможно даже не только им самим(автором).

valery писал(а):На один фотохимический цикл нужно 8 фотонов.
Энергии фотона должно быть достаточно для "срабатывания" и не слишком много, чтобы не повреждать пигмент.

С этой точки зрения - красный наиболее энергетически ценен (мягок) и экономически оправдан.
Чем короче волна - тем повреждающий эффект "излишней энергии" фотона - выше.
Синий - в определенной степени "вреден" (именно на этом основана ориентация растения на "синее" - рост облученной синим стороны побега тормозится, не облученной стороны - продолжается, стебель - поворачивается).
С переходом к ультрафиолету - наступают уже необратимые повреждения пигментов, без всякой реакции (механизм разрушается).

Другое дело, что с точки зрения "информационной" ценности - синий несет более высокую нагрузку, чем красный (как наиболее переменная величина, более всего поглощается атмосферой и прочей лабуденью ...) - поэтому об окружающей световой обстановке растение в бОльшей степени судит по "синему" (утро, полдень, тучи, затенение высокорослым соседом) и поэтому на "синем" больше управляющих эффектов - "старт" фотосинтетической активности, раскрытие устьиц, движения "избегания затенения" и прочее ...

И зеленый и желтый и "прочие" участки также вполне неплохо "накачивают" энергию.
Зеленый, в частности, во многих случаях используется эффективнее синего.

Другое дело, что эти участки в общем и целом - проигрывают синему/красному - с одной стороны есть более информативный синий, с другой - более энергетически ценный красный.

Однако целиком избавляться от зеленого, белого, желтого - видимо не всегда разумно.

Они значительно сказываются на общем развитии и морфологии растения в целом.

Если это не оказывает существенного влияния на получение хозяйственно полезной части (плод, ягода, корнеплод) - видимо можно обходиться синим-красным.

В любом случае - полный спектр "здоровее" и "полезнее" - но выражается ли это в граммах-килограммах "урожая" ... вопрос

В "пологе", затенении, в досветке "междурядий" ... складывается ощущения, что "зеленый" недооценен.
Он хорошо себя показывает при досветке СНИЗУ (с обратной стороны листовой пластинки), на старых и толстых листьях, хорош в сочетаниях зеленый-белый и ... более эффективно управляет раскрытием устьиц, чем даже синий.

Понятно, что все достаточно "утрировано" ...

Сообщение **leha2000** » 11 дек 2013, 16:41

valery писал(а): И зеленый и желтый и "прочие" участки также вполне неплохо "накачивают" энергию.
Зеленый, в частности, во многих случаях используется эффективнее синего.

Всёже хотелось бы несколько поконкретней.

valery писал(а):В любом случае - полный спектр "здоровее" и "полезнее" - но выражается ли это в граммах-килограммах "урожая" ... вопрос

Тогда в чём?

valery писал(а):....хорош в сочетаниях зеленый-белый и ... более эффективно управляет раскрытием устьиц, чем даже синий.

Здесь уже и практический интерес.
Сочетание зелёный-белый мне не очень понятно. Какова доля белого и зелёного. Если белого, к примеру 90%, а зелёного 10%, то это впринципе белый с погрешностями. Или же наоборот 90% зелёного и 10% белого - совсем другой результат

Отдельный вопрос интересует по поводу белого. Что считать за "белый". Если следовать определению, то и солнечный свет белым назвать не получиться. С другой стороны можно считать свет ЛЛ на 2800К или 6500К, к примеру, белым, т.к. он белым выглядит в глазах наблюдающего, хотя состоит обычно из 3-4 линий (RGB к примеру).

Сообщение **leha2000** » 11 дек 2013, 16:46

Valery писал(а):На один фотохимический цикл нужно 8 фотонов.
Энергии фотона должно быть достаточно для "срабатывания" и не слишком много, чтобы не повреждать пигмент.

Интересно, что 8 любых фотонов... Но более высокоэнергетичных скажем 7 будет недостаточно? Нужно всегда 8?

Vadim-AL · Сообщение **Vadim-AL** » 12 дек 2013, 05:20

Привет, leha

leha2000 писал(а):
valery писал(а):На один фотохимический цикл нужно 8 фотонов.
Энергии фотона должно быть достаточно для "срабатывания" и не слишком много, чтобы не повреждать пигмент.
повредить пигмент - это надо пояснить
нет никаких комментариев, ссылки?
я считал, что это вопрос энтальпии - избыток света вызывал депрессию только из-за температуры, которая слегка растет с ростом интенсивности процессов внутри клетки

valery писал(а): С этой точки зрения - красный наиболее энергетически ценен (мягок) и экономически оправдан.
Чем короче волна - тем повреждающий эффект "излишней энергии" фотона - выше.
выглядит убедительно
однако, мне как химику в прошлом было бы интересно понять, что конкретно повреждается энергетически богатым фотоном
к примеру, что повреждает ультрафиолетовый фотон? днк, нарушает процессы в митохондриях
надо бы поподробнее

valery писал(а): Синий - в определенной степени "вреден" (именно на этом основана ориентация растения на "синее" - рост облученной синим стороны побега тормозится, не облученной стороны - продолжается, стебель - поворачивается).
С переходом к ультрафиолету - наступают уже необратимые повреждения пигментов, без всякой реакции (механизм разрушается).
диссонанс
синий цвет есть эффективный драйвер
облучая синим цветом растение, мы повышаем скорость синтеза
и если синего много, тогда нет нужды растить стебель, листья... оптимальная скорость достигается с меньшей площадью листа
это упрощенно говоря
мне всегда казалось, что растение пытается поддерживать синтез на необходимом, ему известном оптимальном для жизни уровне
возможно потому, что другие важные процессы не поспевают за более высокой его скоростью
может, в связи с растущей суммарной энтальпией и необходимостью болле серьезного потения
а может еще почему-то ..
но главное.. растение ровняет скорость фотосинтеза, неважно каким светом его освещают

valery писал(а): Другое дело, что с точки зрения "информационной" ценности - синий несет более высокую нагрузку, чем красный (как наиболее переменная величина, более всего поглощается атмосферой и прочей лабуденью ...) - поэтому об окружающей световой обстановке растение в бОльшей степени судит по "синему" (утро, полдень, тучи, затенение высокорослым соседом) и поэтому на "синем" больше управляющих эффектов - "старт" фотосинтетической активности, раскрытие устьиц, движения "избегания затенения" и прочее ...
я считаю, наблюдения и факты верные, но вот причины их происхождения ...

valery писал(а): И зеленый и желтый и "прочие" участки также вполне неплохо "накачивают" энергию.
Зеленый, в частности, во многих случаях используется эффективнее синего.
очень интересно
готов порыться в библиотеке, чтобы доказать, что с точки зрения фотосинтеза, зеленый немного менее эффективен... рядом где-то
поглядел бы подтверждение слов Валерия

valery писал(а): Однако целиком избавляться от зеленого, белого, желтого - видимо не всегда разумно.
Они значительно сказываются на общем развитии и морфологии растения в целом.
Если это не оказывает существенного влияния на получение хозяйственно полезной части (плод, ягода, корнеплод) - видимо можно обходиться синим-красным.
В любом случае - полный спектр "здоровее" и "полезнее" - но выражается ли это в граммах-килограммах "урожая" ... вопрос
ы килограммах, точно нет...
а вот в других, не так легко нормализуемых характеристиках растения (сопротивляемость болезням, концентрация сахаров, витаминов и кислот (привлекающих животных для переноса семян), считаю, да

В "пологе", затенении, в досветке "междурядий" ... складывается ощущения, что "зеленый" недооценен.
Он хорошо себя показывает при досветке СНИЗУ (с обратной стороны листовой пластинки), на старых и толстых листьях, хорош в сочетаниях зеленый-белый и ... более эффективно управляет раскрытием устьиц, чем даже синий.

valery писал(а): Понятно, что все достаточно "утрировано" ...

да, понятно

с приветом,
Vadim

Сообщение **leha2000** » 13 дек 2013, 00:43

Спасибо Вадим за интереснейшую точку зрения. Жаль незакрыли тег, сообщение было бы красивее и понятнее...
Добавлю немного с Вашего позволения, хотя и сам не всё понял.
Избыток энтальпии вполне может быть повреждающим, почему нет. Вопрос в том насколько она избыточна. Потому фотоны высоких энегрий способны разрушать и пигмент и части растений (клетку). Что конкретно незнаю, но полагаю, что и не только за счёт повышения местной(клеточной) температуры, а также за счёт ионизации атомов сложных органических структур. Ведь энергии УФ квантов достаточны для ионизации многих веществ, что было показано ещё Генрихом Герцем.
То, что высокоэнергетичные кванты способны повреждать клетки - неоспоримый факт. Возмите хотябы человеческий загар, который есть ожог и бывает весьма серьёзным. Рентген хуже, гамма ещё.
Пигменты различные также угнетаются УФ излучением. Возьмите "выгорание" волос или пластмассовой миски, лежащей всё лето на прямом солнце.

Но вот недоходя до эффекта ионизации, к примеру взять синий. И красный. Вот как усвоение фотона происходит совсем не могу представить. Как может происходить усвоение его энергии представить могу. К примеру её расход на многочисленные эндотермические реакции синтеза. Но вот в чём, так сказать "фишка" не пойму.
Ну к примеру нужно для определённой реакции 8 фотонов. Красных. Допустим длиной волны 660.
W = 8 * (6.6e-34 * 3e8 / 660e-9) = 2.4e-18 (2.4*10^-18)
Но ведь 6 синих фотонов имеют ту же энергию
W = 8 * (6.6e-34 * 3e8 / 460e-9) = 2.58e-18
Ну чуть больше.
Но если красный не 660 нм, а 620 скажем, то энергия 8 фотонов будет
W=2.55e-18
Почему растение может захватить 8 красных фотонов или 6 синих, но результат получается разный?

граммах-килограммах "урожая" ... вопрос
ы килограммах, точно нет...
а вот в других, не так легко нормализуемых характеристиках растения (сопротивляемость болезням, концентрация сахаров, витаминов и кислот (привлекающих животных для переноса семян), считаю, да

Да но почему Вы так считаете?
Как влияет энергия фотона на сахара и витамины? Как она влияет на образование яблочной или лимонной кислоты?

Скорость фотосинтеза регулируется не только растением, но и температурой среды. Выше температура скорость выше, ниже температура, скорость ниже. Согласно модели Аррениуса.
Фотоны - другой вид энергии. При низкой температуре (скажем в районе нуля) энергия избыточных фотонов будет давать разрушения, потому как не будет успевать расходоваться (как я это понимаю). Т.е. ни кол-во фотонов ни их энергия здесь не сможет никак изменить скорость фотосинтеза, как и само растение, даже если захочет.

В библиотеку можно и нужно ходить, но только я думаю в ней Вы найдёте подтверждение и своих слов и слов Валерия и моих и ещё кого-нибудь. Как я понимаю наука в этой области ещё не на том уровне, чтобы создать чёткую теорию, которую можно былобы взять за основу в практических и математических рассуждениях.

Сообщение **biolight** » 13 дек 2013, 13:50

leha2000: Попробую объяснить понятным языком.
4 фотона нужно чтобы разложить одну молекулу воды, до 2Н⁺ и О. Или по другому запишем - 2Н⁺ и 1/2О₂ от куда сразу становится видно, что мы имеем в итоге только половину от молекулы кислорода. Соответственно, чтоб получить полноценную молекулу кислорода, нам понадобиться пройти цикл разложения воды 2 раза и 8 фотонов. Тогда мы видим следующее: 2Н₂О + 8ф -> 4Н⁺ + О₂
Цикл разложения воды состоит из нескольких стадий, смысл которых создать поэтапно такую конформацию/структуру которая сможет разорвать связи в молекуле воды.
Вот так это схематично изображают на картинке:

Т.е видим, что нужно 4 фотона для завершения цикла. И два цикла для появления молекулы кислорода. Еще недавно это была только теория, которая, в принципе, обоснована. Опытным путем считали количество фотонов и количество при этом выделяющихся молекул кислорода. Хотя есть мнение, что разложение идет не молекулы воды, к примеру, а молекулы Н₂О₂ - пероксида водорода. Тогда за один цикл мы получим молекулу кислорода.

А свет падая на лист может использоваться по назначению только реакционными центрами, которые окружены! свето-собирающими комплексами состоящими из разных пигментов. Вот реакционные центры состоят из хлорофилла А, поглощающего только красные фотоны с длинной волны 680 или 700 нм. Так что синему фотону придется пробегая по пигментам, теряя энергию, превратиться в красный, и только после этого попасть в этот реакционный центр, и запустить какую-нибудь реакцию фотосинтеза.
Вот, картинка на эту тему:

Или вот другая картинка:

Сообщение **leha2000** » 13 дек 2013, 16:12

Здорово...
Честно никак не могу понять, как сами фотоны могут ионизировать молекулу воды.
Насколько я понимаю, она развалится тогда, когда электроны смежных уровней наберут достаточную энергию и перейдут на другой более высокий энергетический уровень. В этом случае действительно молекула развалиться. Но ведь чтобы электрону перейти на следующий уровень нужна определённая энергия, а не сами фотоны. И энергия получаемая электроном достаточная для перехода на другую орбиталь, может быть набрана как красными фотонами так и синими, притом их количество будет разное. Если красных 4, то синих 3.

Правда из дальнейших Ваших рассуждений можно понять следующее: Синие фотоны всегда поглощаются пигментом, частично отдавая ему энергию, в результате чего становяться красными. Т.е. до "Reaction center" доходят всегда только красные фотоны, которые и учавствуют в фотосинтезе.
Т.е. Электрон в пигменте поглощает синий фотон целиком, переходит на более высокий уровень, затем спускается на на более низкий, но выше, чем был до поглощения фотона, испуская фотон более низкой энергии. И так несколько раз до достижения центра. В результате 1 синий превращается в 1 красный. Остальная энергия куда идёт? На повышение энтропии системы, т.е. на нагрев листа?
А красные фотоны получается не достаточны, чтобы ионизировать хлорофилл и проходят напрямую в центр где поглощаются?

Но тогда вообще непонятно почему нельзя освещать только одним красным? Зачем нужны нагревающие синие и зелёные? К примеру, если температура и так достаточно высока.
И почему с этим будут связаны сахара и кислоты с витаминами непонятно вдвойне...

Сообщение **biolight** » 13 дек 2013, 16:46

Я немного не понял, почему Вы используете слово ионизация. Ионизирующим излучением всегда считалось гамма, бета, альфа, УФ. А видимый свет ничего не ионизирует, вроде.
Если Вы возьмете одноклеточные водоросли, и будете их освещать только красным светом, то они вполне должны хорошо расти.
Мы же сейчас говорим о световой фазе фотосинтеза. Так вот, для неё достаточно красного света. У растений при этом будет образовываться энергия, вода будет разлагаться, кислород выделяться.
А вот почему и как растения реагируют на свет иной, чем красный - это уже другой разговор.

Сообщение **fox400** » 13 дек 2013, 17:15

Вот же блин,нефиг делать народу кроме как "Когито эрго сум"...А книжки читать не пробовали?
Всё уже украдено до насПоловина вопросов просто не возникла бы.
"Т. К. Горышина Экология растений Высшая школа 1979 369 Russian 6 Mb djvu"
http://bookfi.org/md5/1F05609576111E3B66F0ABE91E17FADE

Фото

Подписка на новости