Өсімдіктердің ауа арқылы қоректенуі

Тыныс алу реакцпяларында, керісінше қышқылдану пайда болады, немесе оттектің әсерінен су мен көмір қышкылы газы бөлініп, органикалық зат биологиялық жануға ұшыранды.

Фотосинтез («фотос» -сәуле, «синтез» -жинау деген грек сөздерінен алынған) табиғаттың өзі жаратқан тамаша көріністерінің бірі. Фотосинтез-табиғи лаборатория, жер бетіндегі теңдесі жоқ физиологиялық процесс. Күн сәулесінің электромагниттік энергиясы химиялық энергияға, химиялық энергияны механикалық энергияға айналдырады, да күрделі және ғажайып жұмыстар атқарады. Жердегі көміртектің, күкірттің, фосфордың және тағы басқа элементтердің өсімдіктерден жерге, жерден өсімдіктерге, ауысып отыруы осы фотосинтездің құдіреті.

К. А. Тимирязев фотосинтезді 40 жылдан уақыт зерттеді. Табиғаттың өте күрделі құбылыстарының бірі -фотосинтездің жасырын сырын ашуға бел байлап, көптеген тәжірибелер жүргізді. Өсімдіктердің жасыл жапырағында ауадан алынатын көмір қышқыл газы мен тамыр арқылы келетін судан күрделі органикалык заттардың құралатынын, осы процесс кезінде ауаға өсімдіктерден оттектің бөлініп шығатынын дәлелдеді.

Жасыл өсімдіктердің фотосинтезі негізінде органикалық заттар өзінің түзілу кезінде өмір сүру ерекшелігіне орай әр түрлі организмдердің (жануарлар мен сапрофиттер) әрекеті, күн сәулесінің энергиясы нәтижесінде түрленіп, ақыры қайтадан қарапайым органикалық заттар мен минералдық қосылыстарға ыдырайды. Әрекеті қарама-қарсы организмдердің (продуценттер-копсументтер және биорадуценттер) бір бағытта қызмет етуі жер бетіндегі зат пен энергияның айналуын және оның уақыт пен кеңістікте бөлінуін қамтамасыз етеді. Өсімдік бірлестіктері күн энергнясын минералды заттармен, сумен және газдармен біріктіріп, органикалық заттарды өндіретін механизм қызметін

атқарады.

К.А. Тимярязев жер бетіндегі өсімдіктерді жер бетіндегі тіршілік пен күннің арасында дәнекерші қызметші, яғни планетамызда космостық роль атқарады деп көрсетті. Сонымеп күн сәулесі табиғаттың ең негізгі тыңайтқыш күші болып есептеледі. Ал өсімдік болса «заводтар» мен оның «цехтарында» органикалық заттардың мол қорын жинақтауға жағдай жасайды. Өсімдіктер-дегі органикалық заттардың синтезделуімен біз техникалық өндірістің барлық процестерін көреміз. Табиғат осы мақсатқа жету үшін, жер бетін әр алуан организмдерге толтырган тәрізді, олар күн сәулесі бойына сіңіреді де, соның нәтижесінде үнемі жинала беретін химиялық қор жасанды. Өсімдіктер дүниесі күн сәулесін ұстап, оны пайдалы түрде қолдану үшін бойына жинайтын койма тәрізді адам баласының өмір сүруі табиғаттың экономикалық осы қамқорлығына байланысты.

Ғылыми деректерге сүйенсек жасыл өсімдіктер жер жүзінде жыл сайын 400 млрд тонна (глюкозаға есептегенде) органикалық, заттардың, оның 115 млрд тоннасын тек қана құрылықта шоғырландырады. Осылардың арқасында 170 млрд тонна көмір қышкыл газы мен 130 млрд тонна су қосылып, олардан 115 млрд тонна оттек бөлініп шығады.

Жыл сайын топырақ пен суда 330 млрд тонна органикалық заттар жиналса, қазіргі кезде олардың 110 млрд тоннасын пайдаланып отырмыз (П. П. Вавилов, В. Н. Скоблина, 1981). Органикалық заттарды пайдалану үшін өсімдік жыл сайын 2 млрд тонна азот пен 6 млрд тонна күлді элементтерді пайдаланады (В. Д. Паннпков пен В. Т. Минеев, 1977).

Өсімдік организміне кіретін фотосинтез процестері кезінде жыл сайын 100-200 млрд тонна көміртекті қосылыстар түзіледі. Бұл планетамыздағы аса жойқын химиялық процестердің бірі болып табылады. Бұған өнеркәсіп процестерінің ешқайсысы жете алмайды (К. Рейнботе).

Өсімдіктер өзінің даму кезеңдерінде бірнеше факторлардың болуын қалайды. Алайда, бұлардың ішінде ең бастысы күн сәулесі болып табылады. Күн сәулесі жыл сайын жер бетіне 5*10²⁰ ккал энергия береді.

Ұлы ғалым Ф. Жолио-Кюри бір баяндамасында атом энергиясының мңызына тоқтала келіп, күн сәулесі арқылы өтетін өсімдіктердегі фотосинтез реакциясынан оның қуатының төмен екенін айтқан болатын. Жер жүзіндегі барлық құрлықтарда өсімдіктер әлемі өзіне түскен күн энергиясын 1 процент пайдаланса, миллиондаған ккал электр энергиясын үнемдейді екенбіз. Солай дегенмен де өсімдіктегі фотосинтез процесінің төмен болуы дақылдардың өнімділігінің төмендеуіне әкеліп соғуда. Өсімдіктердің фотосинтетикалық процестерін 8-5 процентке жоғарылатса әр гектардан алынатын өнімді 500-600 ц көтеруге болатындығы анықталды.

Өсімдіктің бойына күн сәулесі мен жылуды көп сіңіруінің ең басты алғы шарты -топырақ құнарлылығының дәрежесі бо­лып саналады. Бұл жай ауыспалы егіс жүйесіне және өсірілетін өсімдіктің жоғары сорттылығына да байланысты. Мұның өзі өнімнің биологиялық массасының шамасын құру үшін суды тек аз мөлшерде қажет етеді. Өсімдік денесін құраушы көміртек пен оттек ауа арқылы қоректенуден түзіледі. Ол үшін көмір қышқыл газы ауамен бірге устьица (саңылау) арқылы жапыраққа өтеді (устьицадан су да булана алады). Өсімдіктерге жасыл түс беретін хлорофилл дәндері күн энергнясын пайдалану арқылы көмір қышқыл газы мен судан органикалық қосылыстар түзеді. Осындай күрделі қызмет аткаратын хлорофилл жапырақта көп емес (25 м² жапырақ алақанында 1 мг) бірақ хлорофилл беткейлігі жапырақ беткейлігінен 200 есе көп және жұмыс істеу қабілеті жоғары. Мысалы, жарықта әрбір миллиграмм хлорофилл бір сағат ішінде өзінен 5 есе көп көмір қышқылын ассимиляциялап алады. Ал жаз айларында күн сайын жапырақ 25 процентке дейін жаңа органикалық заттар түзеді. Жасыл өсімдіктердегі фо­тосинтез процесін екі тізбек тұрғысынан қарауға болады. Біріншісі -жапырактың әсерінен су молекуласының айрылып, оттектің ауаға бөлінуі, сутегінің ферменттер әсерінен тотықсыздану процесіне қатысуы. Екіншісі -көмір қышқылын ассимиляциялау және түрлі органикалық заттардың (белок, май, углеводтар) түілуі.

Кейінгі кезге дейін өзінен-өзі бөлініп шығатын оттек көмір қышқылы газының әсерінен осындай күйге ұшырайды деп келдік. Виноградов таңбалы атом әдістсрін қолданып, оттек бөлінуін судың ыдырауынан екенін анықтады.

Демек, фотосинтез процесінің негізі, жаңа органнкалық қосылыстарды синтездеуге қажетті жарық энергиясын химиялық энергияға айналдыру, яғни энергнялық қоры мол аденозин үш фосфор қышқылын (АТФ) түзуінен болады. Сондай-ақ өсімдікте органикалық заттардың түзілуіне қажетті көміртек жапырақ арқылы ғана емес, тамыр арқылы да енеді. Ауадағы көмір қышқыл газы ауыр болғандықтан топырақ арасындағы қуыска көп жинала алады. Ол суда еріп, топырақ ерітіндісінде көмір қышқылы түрінде әрдайым кездеседі. Олар тамыр түтіктері арқылы өсімдікке еніп, одан жаныраққа көтеріледі.

Топырактары және ауадағы заттар мен элементтерді тірі организмдердің пайдаланып, оларды бұрынғысынан күрделі заттарға айналдыруы, топыраққа, немесе ауаға қайтаруы заттар­дың биологиялық айналымы болып табылады. Заттардың биологиялық айналымы неғұрлым қарқынды өтсе, жер бетіндегі тіршілік те соғұрлым құлпырып, түрлене түседі. Таулы, кыратты жарық жерде өсетін өсімдіктер тіршілігіне көз салсақ жер бетінін бедері биіктеген сайын ондағы температураға, ауа қозғалысына айланысты өсімдіктер де әртүрлі болады.