Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară a Banatului “Regele Mihai I al României” din Timișoara

Facultatea de Zootehnie și Biotehnologii

Referat

Fotosinteza plantelor

Coordonator: Prof. Univ. Dr. Ing. Dragomir Neculai

Studentă: Băltățoiu Alexandra

Timișoara 2015

CUPRINS

1. Fotosinteza ................................................................ 3

2. 1.1. Definiția și importanța fotosintezei................... 4

3. 1.2. Organele și organitele fotosintezei .................. 5

4. 1.3. Tipuri fotosintetice la plante ............................. 6

5. 1.4. Factorii care influențează fotosinteza .............. 7

Biografie .................................................................... 11

2

Fotosinteza

Factorul bioactiv al plantelor e strâns legat de procesul prin care energia

solară e transformată în energie chimică. Pentru biosferă, deci și pentru plante, cea

mai importantă sursă de energie este energia solară, aceasta ajungând pe Terra sub

formă de lungimi de undă diferite (mai mult de ½ este undă luminoasă, o mai mică

parte este energia termică și câteva procente radiații UV). Pe Pământ doar 0,01% din

energia totală a soarelui. Totuși, aceasta este suficientă pentru nutriția plantelor și

asigurarea vieții. Deci soarele este principala noastră sursă de energie.

Prin procesul fotosintezei, plantele verzi leagă și transformă energia solară în

energie chimică, la acest proces luând parte și diverse enzime și pigmenți. Molecula

ce a legat energia luminoasă se oxidează, cedând electroni, iar substanța care

primește electroni se reduce. Fotosinteza constă în sinteza zaharidelor din dioxidul

de carbon și apă. În acest proces se absoarbe o cantitate de energie radiantă care e

stocată sub formă de energie chimică în moleculele zaharidelor și oxigenului. Mijlocul

cel mai simplu pentru a elibera energia conținută în zaharide, constă în arderea

acestora. În cadrul metabolismului, glucoza e transformată treptat, în mai multe

etape, iar energia eliberată în fiecare etapă este stocată în legăturile diferiților

compuși. Organismul folosește această energie pentru îndeplinirea funcțiilor vitale

(mișcare, creștere, menținerea temperaturii constante).

Energia solară e preluată de plantă prin intermediul pigmenților. Are loc:

1. captarea energiei luminoase prin excitarea electronilor din molecula

clorofilei și apoi transformarea acesteia în energie chimică, stocată în molecule de

ATP;

2. fotoliza moleculelor de apă cu formare de oxigen și hidrogen;

3. degajarea O2 în afara celulei. Oxigenul produs se degajă în atmosferă,

constituind singura sursă pentru respirația aerobă a animalelor și a oamenilor. La

întuneric, hidrogenul reacționează cu dioxidul de carbon, pentru a forma zaharide, iar

ulterior grăsimi și proteine, energia necesară acestei sinteze de zaharide e furnizată

de ATP.

3

1.1. Definiția și importanța fotosintezei

Fotosinteza este procesul fiziologic prin care plantele verzi sintetizează

substanțele organice din CO2 și H2O, cu ajutorul pigmenților asimilatori și a energiei

radiante solare.

lumină

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

clorofilă

Fotosinteza este importantă sub mai multe aspecte și anume:

- este un proces natural prin care se sintetizează substanțe organice din

compuși anorganici la nivelul pigmenților asimilatori;

- organismele vegetale (plantele superioare, alge, unele bacterii) își procură

energia necesară direct din reacțiile luminoase, prin intermediul forosintezei;

- în fotosinteză plantele verzi au capacitatea de a fixa carbonul din mediul

extern, menținându-se un raport optim între CO2 și O2 atmosferic;

- fotosinteza reprezintă singurul fenomen de pe Pământ care asigură

purificarea continuă a atmosferei. În acest proces, plantele verzi absorb CO2 , iar

după o serie de reacții de oxidoreductoare, eliberează O2

Fig. 1. Principalele componente ale fotosintezei

4

1.2. Organele și organitele fotosintezei

Frunzele sunt organele specializate pentru realizarea fotosintezei, datorită

faptului că au suprafață mare și grosime mică pentru a absorbi o cantitate cât mai

mare de CO2 din atmosferă și de energie luminoasă și prezintă un număr mare de

stomate. CO2 pătrunde în frunze prin osteolele stomatelor și într-o cantitate mai mică

prin cuticulă. De aici difuzează prin spațiile intercelulalre, ajungând la celulele

asimilatoare din țesutul palisadic și lacunar.

Fig. 2. Reprezentarea schematică a structurii limbului frunzei

Pentru desfășurarea fotosintezei mai sunt necesare apa și substanțele

minerale care ajung în frunze prin fasciculele conducătoare libero – lemnoase. Prin

aceste fascicule are loc și transportul substanțelor organice produse în fotosinteză.

Organitele citoplasmatice specializate în realizarea fotosintezei sunt

cloroplastele prezente în celulele eucariote ale plantelor verzi fotoautotrofe. Acestea

sunt plastide verzi care se găsesc în toate celulele organelor verzi ale plantelor: în

frunze, tulpini ierboase, ramuri tinere, fructe necoapte, etc..5

Culoarea verde a cloroplastelor este condiționată de niște pigmenți dintre care

cel mai important este clorofila.

Există mai multe tipuri de clorofilă și anume: a, b, c și d, cea mai răspândită

fiind clorofila a, cre se găsește în toate plantele autotrofe.

În cloroplaste se mai găsesc pigmenți carotenoizi și anume xantofila și β-

carotenul (carotina). Aceștia sunt mascați de culoarea verde a clorofilei și numai

toamna se evidențiază când conținutul de clorofilă se micșorează.

Cloroplastele îndeplinesc rolul unor bacterii solare miniaturizate, convertind

energia fotonilor de lumină în substanță organică. Ele reprezintă sediul în care se

realizează procesul fotosintetic. În cloroplaste au loc unele procese metabolice, cum

sunt fotosinteza, sinteza compușilor macro și micromoleculari (glucide, lipide,

aminoacizi,etc.) și sinteza ATP. Cloroplastele au rol și în ereditarea citoplasmatică.

1.3. Tipuri fotosintetice la plante

Se cunosc trei tipuri fotosintetice la plante: C3, C4 și CAM. Caracteristicile

fiecărui tip fotosintetic sunt legate de condițiile de mediu în care cresc și se dezvoltă

speciile care îi aparțin.

Plantele de tip C3 – sunt majoritatea răspândite în zona temperată și cuprind

cca. 300.000 specii, între care cultivate sunt: Avena sativa (ovăzul), Hordeum

vulgare(orzul), Triticum aestivum (grâu), Helianthus annuus (floarea soarelui),

Nicotiana tabacum (tutunul), Oryza sativa (orezul), leguminoase, etc. La acest tip

fotosintetic, în urma fotosintezei primul produs organic stabil este cu trei atomi de

carbon. Din punct de vedere cantitativ, ciclul C3 reprezintă cea mai importantă cale

de fixare a CO2 în fotosinteză.

Tipul fotosintetic C4 – se întâlnesc la cca. 500 de specii originare din zonele

tropicale aparținând în special familiilor Geamineac, Cyperaceae, Amaranthaceae,

Chenopodiaceae. În plantele de tip C4 are loc sinteza compuzilor organici cu patru

atomi de carbon, acidul succinic, acidul malic, acidul oxalilacetic.

6

1.4. Factorii care influențează fotosinteza

Factorii care influențează fotosinteza sunt de două tipuri: interni și externi.

Factorii interni care influențează fotosinteza

Gradul de hidratare al tesuturilor asimilatoare

La frunzele plantelor superioare terestre fotosinteza scade destul de repede în

intensitate odată cu creșterea deficitului de apă din frunze și de asemenea cantități

mai mari de apă în frunze reduc ușor intensitatea procesului probabil din cauza

micșorării spațiilor intercelulare ca urmare a saturării cu H2O a celulelor mezofilului

ceea ce va determina micșorarea difuziunii gazelor implicate în acest proces. La

deficite de H2O mai mari de 30% fotosinteza scade progresiv și încetează la un

deficit de 40-50%. Scăderea cantității de apă stimulează activitatea enzimelor și

astfel au loc intense procese hidrolitice, care duc la degradarea structurii celulare.

Cantitatea de asimilate

Pentru că fotosinteza să decurgă cu o intensitate normală e necesar ca

produșii de asimilație nou formați să fie transportați repede din celulele asimilatoare

în celelalte părți ale plantelor unde vor fi puse în rezerve sau utilizate în diferite

sinteze.

La plantele amilofile înspre amiază cloroplastele se încarcă cu cantități mari

de amidon ce îngreunează desfășurarea procesului de fotosinteză cu intensități

crescute. Din acest motiv fotosinteza la aceste plante începe să crească din nou în

intensitate abia în timpul dupa amiezii dupa ce o parte din amidonul acumulat

anterior printr-o fotosinteză activă va fi transportat in frunze.

Cantitatea de pigmenti asimilatori foliari

În mod obisnuit pigmentii asimilatori se gasesc in exces in celulele

asimilatoare. Aceasta cantitate devine limitanta doar in cazurile de etiolare a

frunzelor, fenomen produc de lipsa luminii care se soldeaza la unele plante cu

reducerea substantiala de pigmenti in celulele asimilate.

7

Factorii interni care influențează fotosinteza

Lumina Frunzele plantelor nu utilizeaza toata energia luminii care cade pe

suprafata lor. O parte din aceasta energie (cam 20%) este reflectata de pe frunze iar

o alta parte (cca 10%) strabate frunzele fara a fi absorbita. Deci din lumina care cade

pe suprafata lor, frunzele absorb cca 70% utilizand in fotosinteza doar 1%.

Din aceasta radiatie absorbita (70%) : 20% ridica temperatura frunzelor cu

maxim 1-2oC peste temperatura abianta iar 49% este eliminata din frunze prin

transiratie. Aceasta valoare prezinta o serie de variatii care depind de structura

plantei. O caracteristica o reprezinta :

- cuticula frunzelor ce poate fi neteda si lucioasa la unele plante sau mata si

influenteaza procentul de lumina reflectata de frunza;

- grosimea frunzelor si cantitatea de pigmenti, ambele influentand cantitatea

de radiatii ce stabate frunzele.

In afara de faptul ca intervine in declansarea proceselor ce duc la marirea

gradului de deschidere a stomatelor fapt ce favorizeaza difuzia gazelor, lumina

intervine asupra fotosintezei prin valoare intensitatii sale, prin calitatea sa si prin

actiunea pe care o manifesta asupa procesului de transpiratie foliara la unele specii.

In functie de intensitatea luminii , fotosinteza are loc in mod diferit dupa

adaptarile plantelor la conditiile de iluminare din mediul lor de viata.

La plantele heliofile care traiesc in locuri insorite, fotosinteza creste in

intensitate paba la 50-60% din intensitatea maxima a luminii solare directe care

poate atinge in zilele senine de vara valoarea de 100 000 de lucsi.

La plantele sciafile care cresc in locuri umbrite , intensitatea iluminarii doar

pana la 10% din intensitatea maxima a luminii solare directe dupa care scade la

iluminari mai mari.

Punctele de compensatie ale fotosintezei fata de lumina adica intensitatea

luminii la care fotosinteza decurge cu aceeasi intensitate ca si respiratia difera la

aceste grupe de plante fiind situate la iluminari mai mici de cca 100 lucsi sau chiar

mai putin la plantele sciafile si la iluminari mai mari de cca 700 lucsi la plantele

heliofile.

Lumina influenteaza fotosinteza si prin compozitia ei , procesul decurgand cu

intensitate diferita in functie de lungimea de unda a radiatiilor utilizare la iluminarea

plantelor. Mersul fotosintezei in radiatiile monocromatice depinde de garnitura de

8

pigmenti asimilatori de care dispun diferitele tipuri de plante si de insusirile acestor

pigmenti de a absorbi diferite radiatii ale spectrului vizibil.

La plantele superioare si la algele verzi, fotosinteza decurge cu o intensitate

mai mare in radiatiile albastru-violet si in cele rosii, spectrul de actiune urmand

spectrul de absorbtie a luminii de catre pigmentii asimilatori.

La algele brune fotosinteza are loc aproape cu aceeasi intensitate in radiatiile

verzi si albastre datorita prezentei fucoxantinei care absoarbe radiatiile verzi.

La algele rosii fotosinteza decurge cu intensitate maxima in lumgimea de unda

din zona mijlocie a spectrului VIS unde ficoeritrina are absorbtie maxima.

In cursul evolutiei plantele s-au adaptat in sensul eleborarii unor pigmenti care sa le

permita absorbtia in conditii optime a acelor radiatii luminoase care exista in mediul

lor natural de viata. Acest fapt e deosebit de evident in repartitia algelor pe adancime

in apa.

In mediul acvatic, diferitele radiatii ale spectrului solar patrund cu atat mai

adanc cu cat lungimea lor de unda este mai mica. Radiatiile rosii patrund pana la 34

m adancime inar cele albastre pana la 500 m. Algele verzi predomina in zona

superficiala a apelor iar la adancimi mai mari predomina algele brune si rosii ce

poseda pigmenti accesorii capabile sa absoarba rediatiile de lumina ajunse in aceste

zone.

Temperatura

In mersul intensitatii fotosintezei in functie de temperatura se pot distinge:

-o temperatura minima care este cea mai joasa la care procesul incepe sa se

manifeste;

-o temperatura optima = temperatura la care procesul decurge cu intensitatea

cea mai mare si constanta in timp;

-o temperatura maxima = temperatura cea mai ridicata la care procesul nu mai

poate avea loc.

In general fotosinteza incepe la o temperatura usor inferioara valorii de 0oC,

creste in intensitate odata cu ridicarea temperaturii, atingand valoarea maxima de

intensitate la 30-40oC dupa care prin marirea in continuare a temperaturii, prcesul

descreste repede, incetinind in jurul valorii de 50oC.

Exista insa variatii mari din acest punct de vedere la diverse specii de plante ,

variatii ce se datoreaza mediului in care traiesc plantele respective si temperatura la

care sunt adaptate.9

Temperatura optima a fotosintezei e in stransa legatura cu conditiile de

iluminare si cu concentratia CO2din mediu. In general la plantele mezoderme

caracteristice regiunilor noastre, temperatura optima a fotosintezei variaza intre 20-

30oC. Limita inferioara la care mai are loc procesul coboara pe parcursul iernii la

plantele cu frunze persistente (molid) la -6oC , iar la graul de toamna la -2oC. Limita

maxima a temperaturii la care se mai produce inca procesul e situata in regiunile

noastre la valoare de sub 45-50oC iar la plantele din regiunile sudice la valoare de

50-55oC.

Concentratia de CO2

Cantitatea de CO2 din aer (0,03%) limiteaza in permanenta procesul. Marirea

concentratiei pana la 2-5% in conditii optime de temperatura si la o iluminare

nelimitativa provoaca o intensificare a fotosintezei. Concentratii mai mari de CO2 au

efecte nefavorabile ducand dupa un timp la micsorarea procesului, CO2 devenind

toxic pentru plante.

Influenta favorabila manifestata de concentratii marite de CO2 intre anumite

limite are importanta practica in cazul culturilor in sere, unde aerul poate fi imbogatit

in CO2.

Concentratia de O2

O2 existent in atmosfera in proportii normale de 20,95% este un factor

limitanta al fotosintezei. Marirea acestei concentratii peste valoarea 10ormal

provoaca o reducere a procesului iar scaderea acestei concentratii pana la 0,5% in

aerul din jurul plantelor intensifica procesul cu pana la 25% din valoarea initiala.

10

Bibliografie

1. Carmen Dobrei - Fiziologie vegetală, Editura Europrint, Timișoara,

2006

2. www. Server.ro/users/m-alfa/noutăți.html

3. www.referate-scolare.ro/biologie/Mecanismul-Fotosintezei---Influenta-

Factorilor-Externi-Asupra-Fotosintezei--Poluarea-Aerului-Si-Fotosinteza--

Rolul-Apei-In-Fotosinteza--Aspectul-Energetic-Al-Fotosintezei/

4. html://forum.portol.edu.ro

11