معلومة

كيف تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون فقط؟

كيف تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون فقط؟


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.

لا يوجد سوى 400 جزيء من ثاني أكسيد الكربون في مليون جزيء من الهواء.

كيف تستوعب النباتات غاز ثاني أكسيد الكربون فقط وليس الغازات الأخرى؟

أخبرني أستاذي أن السبب في ذلك هو أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الأوراق أقل من الهواء واندفاع ثاني أكسيد الكربون في الأوراق ، ولكن كيف تحافظ الورقة على تركيز ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى؟


لا تستوعب النباتات ثاني أكسيد الكربون فقط ، بل تستقبل أيًا كان تركيز الغازات في الغلاف الجوي: تنتقل الغازات بحرية عبر الأغشية ، لذلك يصعب اختيار غازات معينة.

ما يشرحه معلمك يعتمد ببساطة على قوانين الانتشار حيث ينتج عن هذا الانتشار صافي التدفق من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض. إذا تم استخدام ثاني أكسيد الكربون في تفاعلات كيميائية في أوراق النبات من خلال عملية التمثيل الضوئي ، فهذا يعني أن تركيز ثاني أكسيد الكربون منخفض هناك ، وبالتالي فإن صافي انتشار ثاني أكسيد الكربون سيكون من خارج النبات إلى الداخل.

قد يكون وصفها الاندفاع مضللاً بعض الشيء ، ولكن بشكل عام تختلط الغازات بسرعة إلى حد ما (مقارنة بالسوائل ، على سبيل المثال). لا يتعين على المصنع فعل أي شيء لتسهيل ذلك باستثناء وجود مساحة سطحية متاحة لتبادل الغازات.


كيف تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون فقط؟ - مادة الاحياء

أظهرت العديد من الدراسات أن إثراء الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون لا يؤثر بشكل كبير على الكائنات الحية الدقيقة في التربة. زاك وآخرون. (2000) ، على سبيل المثال ، لم يلاحظ أي فروق ذات دلالة إحصائية في الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة تحت شتلات الحور الرجراج المزروعة عند 350 و 700 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون بعد 2.5 سنة من المعاملة التفاضلية. وبالمثل ، في حالة غريفيث وآخرون. (1998) وانسام وآخرون. (1999) ، لم يبلغ أي من فريق البحث عن أي تغييرات في بنية المجتمع الميكروبي تحت ryegrass والنظم الإيكولوجية المدارية الاصطناعية ، على التوالي ، بعد تعريضها لإثراء الغلاف الجوي CO 2.

ومع ذلك ، فقد وجدت دراسات أخرى أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يؤثر بشكل كبير على الكائنات الحية الدقيقة في التربة. لاحظ Van Ginkel and Gorissen (1998) ، على سبيل المثال ، أن ثلاثة أشهر من التعرض المرتفع لثاني أكسيد الكربون (700 جزء في المليون) أدى إلى زيادة الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة تحت نباتات الريجراس بنسبة 42٪ مقارنة بتلك المنتجة في ظل ظروف ثاني أكسيد الكربون المحيطة ، كما فعل فان جينكل وآخرون. (2000). وبالمثل ، تم الإبلاغ عن زيادة الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة بنسبة 15 ٪ تحت الحقول الزراعية التي تخضع لتناوب محاصيل القمح وفول الصويا لمدة عامين (الإسلام وآخرون. ، 2000) وفي دراسة أجرتها ماريلي وآخرون. (1999) ، أدى إثراء الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون إلى زيادة أعداد البكتريا بشكل كبير في مناطق الجذور الموجودة أسفل الريجراس وزراعة البرسيم الأبيض الأحادية. وبالمثل ، Lussenhop وآخرون. (1998) أبلغت عن زيادات ناتجة عن ثاني أكسيد الكربون في كميات البكتيريا والأوليات والمفصليات الدقيقة في التربة التي دعمت تجديد شتلات أشجار الحور لمدة خمسة أشهر. بالإضافة إلى ذلك ، معلق وآخرون. (2000) أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون في المحيط المزدوج زادت بشكل كبير من الكتلة الحيوية للكائنات الفطرية النشطة والأوليات ذات الجلد تحت المراعي السربنتين والحجر الرملي بعد أربع سنوات من التعرض للعلاج.

بإلقاء نظرة فاحصة على دراسة ماريلي وآخرون. (1999) ، من الواضح أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون تسبب في حدوث تحولات في التجمعات الميكروبية في التربة. في التربة الواقعة تحت البرسيم الأبيض البقول ، على سبيل المثال ، فضل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون التحولات نحو ريزوبيوم الأنواع البكتيرية ، التي من المحتمل أن تزيد من توافر النيتروجين - عن طريق تثبيت النيتروجين - لدعم نمو النبات المعزز. ومع ذلك ، في التربة الواقعة تحت الزراعات الأحادية غير البقولية ، والتي لا تشكل علاقات تكافلية مع ريزوبيوم من الأنواع ، فضل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون التحولات نحو الزائفة التي من المحتمل أن تكون قد اكتسبت مغذيات لدعم نمو النبات المعزز من خلال آليات أخرى غير تثبيت النيتروجين. ومع ذلك ، في كلتا الحالتين ، لاحظ المؤلفون التحولات الناجمة عن ثاني أكسيد الكربون في التجمعات البكتيرية التي من المحتمل أن تحسن اكتساب المغذيات لأنواع نباتية مضيفة معينة.

في دراسة غير ذات صلة ، Montealegre وآخرون. (2000) أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون كان بمثابة عامل انتقائي بين 120 عزلة مختلفة من ريزوبيوم تنمو تحت نباتات البرسيم الأبيض. على وجه التحديد ، عندما تم خلط السلالات البكتيرية التي تفضلها تركيزات ثاني أكسيد الكربون المحيطة والمرتفعة معًا ونمت مع البرسيم الأبيض بتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يبلغ 600 جزء في المليون ، تم تكوين 17 ٪ أكثر من العقيدات الجذرية بواسطة العزلات التي تم تحديدها مسبقًا لتكون مفضلة بواسطة ارتفاع ثاني أكسيد الكربون.

في دراسة مثيرة للاهتمام عن Hu وآخرون. (2001) ، أظهرت الأراضي العشبية الخصبة ذات الأحجار الرملية الخاضعة لخمس سنوات من تركيزات ثاني أكسيد الكربون في المحيط المزدوج زيادة الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة مع تعزيز امتصاص النيتروجين في نفس الوقت. أدى التأثير الصافي لهذه الظواهر إلى تقليل توافر النيتروجين للاستخدام الميكروبي ، مما أدى بالتالي إلى انخفاض التنفس الميكروبي ، وبالتالي انخفاض التحلل الميكروبي. ونتيجة لذلك ، أظهرت هذه النظم البيئية زيادات ناتجة عن ثاني أكسيد الكربون في صافي تراكم الكربون. وبالمثل ، ويليامز وآخرون. (2000) أن كربون الكتلة الحيوية الميكروبية زاد بنسبة 4٪ في مرج أعشاب طويلة بعد خمس سنوات من التعرض لتركيزات ثاني أكسيد الكربون في المحيط ، مما ساهم في زيادة الكربون في التربة بنسبة 8٪.

باختصار ، يتضح من الأدبيات المنشورة أنه مع استمرار ارتفاع محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، من المرجح أن تستجيب نباتات الأرض بزيادة معدلات التمثيل الضوئي وإنتاج الكتلة الحيوية. نتيجة لهذه الظواهر ، سيتم إرجاع المزيد من الكربون العضوي إلى التربة حيث ستستخدمه الكائنات الميكروبية للحفاظ على أو زيادة أعداد السكان ، والكتلة الحيوية والأنشطة غيرية التغذية (Weihong وآخرون. ، 2000 Arnone and Bohlen ، 1998). علاوة على ذلك ، من الممكن تصور حدوث تحولات في بنية المجتمع الميكروبي من شأنها أن تفضل العلاقات المعقدة الموجودة حاليًا بين النباتات البقولية وغير البقولية والكائنات الدقيقة المحددة التي تعتمد عليها.

مراجع
Arnone، J.A.، III and Bohlen، P.J. 1998. حفز تدفق N 2 O من متراصة سليمة للأراضي العشبية بعد موسمين من النمو في ظل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. أويكولوجيا 116: 331-335.

Griffiths، BS، Ritz، K.، Ebblewhite، N.، Paterson، E. and Killham، K. 1998. Ryegrass rhizosphere بنية المجتمع الميكروبي تحت تركيزات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون ، مع ملاحظات حول جذور القمح. بيولوجيا التربة والكيمياء الحيوية 30: 315-321.

Hu، S.، Chapin III، F.S.، Firestone، M.K.، Field، CB and Chiariello، N.R. 2001. الحد من النيتروجين من التحلل الجرثومي في الأراضي العشبية تحت ارتفاع ثاني أكسيد الكربون. طبيعة سجية 409: 88-191.

هونغيت ، بكالوريوس ، جايجر الثالث ، سي إتش ، جامارا ، جي ، تشابين الثالث ، إف إس. and Field ، C.B. 2000. ميكروبيوتا التربة في اثنين من الأراضي العشبية السنوية: الاستجابات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. أويكولوجيا 124: 589-598.

Insam، H.، Baath، E.، Berreck، M.، Frostegard، A.، Gerzabek، MH، Kraft، A.، Schinner، F.، Schweiger، P. and Tschuggnall، G. 1999. إلى ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في نظام بيئي استوائي اصطناعي. مجلة الطرق الميكروبيولوجية 36: 45-54.

Islam، K.R.، Mulchi، C.L. وعلي أ. 2000. تفاعلات إثراء ثاني أكسيد الكربون في التروبوسفير والأكسجين وتغيرات الرطوبة على الكتلة الحيوية الميكروبية والتنفس في التربة. بيولوجيا التغيير العالمي 6: 255-265.

Lussenhop، J.، Treonis، A.، Curtis، PS، Teeri، J.A. and Vogel، C.S. 1998. استجابة الكائنات الحية في التربة لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في أنظمة نماذج الحور. أويكولوجيا 113: 247-251.

ماريلي ، إل ، هارتويج ، الإمارات العربية المتحدة and Aragno، M. 1999. تأثير محتوى مرتفع من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على المجتمعات البكتيرية في التربة وجذور الغلاف الجوي تحتها لوليوم بيرين و Trifolium repens في ظل الظروف الميدانية. علم البيئة الميكروبية 38: 39-49.

Montealegre ، C.M. ، Van Kessel ، C. ، Blumenthal ، J.M. ، Hur ، H.G. ، Hartwig ، U.A. and Sadowsky، M.J. 2000. يغير ثاني أكسيد الكربون المرتفع في الغلاف الجوي بنية التجمعات الميكروبية في نظام بيئي للمراعي. بيولوجيا التغيير العالمي 6: 475-482.

فان جينكل ، ج. and Gorissen، A. 1998. التحلل في الموقع للجذور الشعبية المتأثرة بارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. مجلة جمعية علوم التربة الأمريكية 62: 951-958.

Van Ginkel، J.H.، Gorissen، A. and Polci، D. 2000. تركيز مرتفع لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي: تأثيرات زيادة مدخلات الكربون في لوليوم بيرين التربة على الكائنات الحية الدقيقة والتحلل. بيولوجيا التربة والكيمياء الحيوية 32: 449-456.

Weihong، L.، Fusuo، Z. and Kezhi، B. 2000. ردود فعل جذور النبات على إثراء الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون. نشرة العلوم الصينية 45: 97-101.


3: التمثيل الضوئي

  • بمساهمة أليكسي شيبونوف
  • أستاذ مشارك (علم الأحياء) في جامعة ولاية مينوت
  • 3.1: اكتشاف التمثيل الضوئي يعود تاريخ الدراسات التي أجريت على التمثيل الضوئي إلى القرن السابع عشر مع جان بابتيست فان هيلمونت. رفض الفكرة القديمة القائلة بأن النباتات تأخذ معظم كتلتها الحيوية من التربة.
  • 3.2: مرحلة الضوء يشمل المشاركون في مرحلة الضوء أنظمة ضوئية (& ldquochlorophyll & rdquo) ، ضوء ، ماء ، ATPase ، بروتونات ، وناقل هيدروجين (NADP +). الفكرة الأساسية لمرحلة الضوء هي أن الخلية تحتاج ATP لتجميع (لاحقًا) ثاني أكسيد الكربون في سكر. لصنع ATP ، تحتاج الخلية إلى تيار كهربائي: مضخة بروتون. لعمل هذا التيار ، تحتاج الخلية إلى اختلاف الشحنة الكهربائية (اختلاف الجهد) بين مقصورات الثايلاكويد (الحويصلة أو الجيب الغشائي) والمصفوفة (السدى) في البلاستيدات الخضراء.
  • 3.3: المرحلة الأنزيمية: المرحلة الأنزيمية لديها العديد من المشاركين. وتشمل هذه ثاني أكسيد الكربون ، وحامل الهيدروجين مع الهيدروجين (NADPH) ، و ATP ، وثنائي فوسفات الريبولوز (RuBP ، أو C 5) ، وروبيسكو مع بعض الإنزيمات الأخرى. كل شيء يحدث في المصفوفة (السدى) للبلاستيدات الخضراء.
  • 3.4: C & # 8324 Pathway Rubisco هو إنزيم ذو أهمية قصوى لأنه يبدأ في امتصاص ثاني أكسيد الكربون. لسوء الحظ ، فإن Rubisco هو & ldquotwo-face & rdquo لأنه يحفز أيضًا التنفس الضوئي. التنفس الضوئي يعني أن النباتات تأخذ الأكسجين بدلاً من ثاني أكسيد الكربون. يحفز Rubisco التنفس الضوئي إذا كان هناك تركيز عالٍ من الأكسجين (والذي عادة ما يكون نتيجة لمرحلة الإضاءة الشديدة).
  • 3.5: التنفس الحقيقي: الاعتقاد الخاطئ الشائع عن النباتات هو أن عملية التمثيل الغذائي الوحيدة المتعلقة بالطاقة هي عملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، مثل معظم حقيقيات النوى ، تمتلك النباتات ميتوكوندريا في الخلايا وتستخدم التنفس الهوائي (المرتبط بالأكسجين) للحصول على الطاقة. عادة ، تنفق النباتات كمية أكسجين أقل بكثير في التنفس مما تنفقه في عملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، في الليل ، تفعل النباتات تمامًا مثل الحيوانات ، وتنتج ثاني أكسيد الكربون فقط!

الصورة المصغرة: الخلايا النباتية ذات البلاستيدات الخضراء المرئية (من الطحلب ، Plagiomnium affine). الصورة مستخدمة بإذن (CC BY SA 3.0 Unported Kristian Peters).


طور العلماء طريقة اصطناعية لامتصاص ثاني أكسيد الكربون بطريقة أسرع من النباتات

المنطق التقليدي عندما يتعلق الأمر بمعالجة مستويات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة بشكل خطير على الأرض هو اكتشاف طرق للتأكد من أننا نقوم بضخ كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون في الهواء في المقام الأول.

لكن الحياة النباتية تساعد أيضًا في تقليل البصمة الكربونية للبشرية ، حيث تمتص حوالي 25 في المائة من انبعاثات الكربون لإنتاج الوقود لنفسها أثناء عملية التمثيل الضوئي. المشكلة الوحيدة هي أن نظام الطبيعة للقيام بذلك بطيء جدًا وغير فعال ، ولكن ماذا لو أمكن تعزيزه؟

هذا هو الفكر وراء دراسة جديدة من الباحثين الألمان ، الذين طوروا نظامًا اصطناعيًا لدمج ثاني أكسيد الكربون في مركبات عضوية - تسمى تثبيت الكربون - وهي أسرع بشكل كبير من طريقة الطبيعة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

عندما تمتص النباتات الكربون خلال ما يعرف بدورة كالفين - المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي - يساعد إنزيم يسمى RuBisCO في تحفيز التفاعل الذي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز ، والذي تستخدمه النباتات كمصدر للطاقة.

العيب في هذا النظام ، وفقًا للباحث الرئيسي Tobias Erb من معهد Max Planck لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية ، هو أن RuBisCO نفسه ليس سريعًا تمامًا ، مما يجعل العملية بأكملها قيد التشغيل.

"RuBisCO بطيء ،" أخبر William Herkewitz في ميكانيكا شعبية، مضيفًا أنه أيضًا عرضة للخطأ.

"[I] تؤدي إلى نتائج عكسية في كثير من الأحيان ، مما يعني أن كل محاولة خامسة تقريبًا سوف يخلط RuBisCO ثاني أكسيد الكربون مع غاز الأكسجين" ، كما يوضح ، مما يؤدي إلى إبطاء امتصاص الكربون.

لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم هندسة نظام اصطناعي أفضل ، قام فريق Erb بفحص مكتبة تضم حوالي 40.000 إنزيم معروف من جميع مناحي الحياة.

يقول: "توجد بعض الإنزيمات في جسم الإنسان وبكتيريا الأمعاء" ، بينما تم الحصول على مصادر أخرى "من النباتات والميكروبات التي تعيش في المحيطات وعلى سطح النباتات".

من هذا الكتالوج الضخم ، انتهى الباحثون بتحديد 17 إنزيمًا مختلفًا من 9 كائنات حية مختلفة ، وهندستها في نظام جديد مكون من 11 خطوة يعيد إنشاء دورة كالفين بشكل فعال - ولكن بنتائج متفوقة.

يمكن لهذه الإنزيمات ، التي تنتمي إلى مجموعة تسمى ECRs ، أن تمهد الطريق لنوع جديد من نظام احتجاز الكربون العضوي الذي يحتمل أن يكون أكثر فعالية من الشجيرة الموجودة على عتبة النافذة.

قال إيرب في بيان صحفي: "إن الإنزيمات ECR هي إنزيمات فائقة الشحن قادرة على تثبيت ثاني أكسيد الكربون بمعدل أسرع بحوالي 20 مرة من أكثر إنزيمات تثبيت ثاني أكسيد الكربون انتشارًا في الطبيعة ، RuBisCo ، والتي تقوم بالرفع الثقيل المتضمن في عملية التمثيل الضوئي". .

بالنظر إلى أن العملية قد تم تجربتها فقط في أنبوب اختبار حتى الآن ، فمن السابق لأوانه تحديد مدى سرعة النظام في التقاط الكربون الموجود في الغلاف الجوي في العالم الحقيقي.

يقدر إيرب أنه من المحتمل أن يكون أسرع مرتين أو ثلاثة أضعاف سرعة النباتات ، لكنه يقر بأن الأمر كله تكهنات حتى يتم إجراء مزيد من البحث.

قال لمارتن ريكين من ResearchGate: "حتى الآن ، تعد دورة التثبيت الاصطناعي لثاني أكسيد الكربون دليلاً على المبدأ". "زرع مثل هذا" القلب الأيضي الجديد "في الكائنات الحية ، مثل الطحالب أو النباتات هو تحد كبير آخر."

ولكن إذا تمكن العلماء من اكتشاف كيفية دمج دورة تثبيت الكربون الاصطناعي هذه في النباتات الحية أو أي نوع آخر من الكائنات الحية الممتصة لثاني أكسيد الكربون ، فقد يكون ذلك يومًا ما بمثابة مساعدة كبيرة في إزالة هذه الجزيئات التي تحبس الحرارة من غلافنا الجوي - وهذا يمكن فقط كن شيئًا جيدًا.

قالت عالمة الأحياء النباتية ليزا أينسوورث من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، والتي لم تكن جزءًا من البحث ، لإيفا بوتكين كواكي: "هذه نتيجة مثيرة لبيولوجيا الأنظمة ، مما يدل على أنه يمكن بالفعل تحقيق مسارات تثبيت نظرية جديدة لثاني أكسيد الكربون". في كريستيان ساينس مونيتور.

"ما إذا كان هذا المسار أو مسارًا جديدًا آخر يمكن هندسته في النباتات هو سؤال مفتوح ، لكن هذا البحث يعزز بالتأكيد الاحتمال."

يمكنك معرفة المزيد عن البحث في الفيديو أدناه:


أجب على هذا السؤال

مساعدة علمية (4 أسئلة فقط)

1. أي مما يلي هو مثال على الضغط البيئي؟ (نقطة واحدة) ضغط الهواء في الغلاف الجوي بحيرة تنفد منها المياه تدريجيًا قتال بين عضوين من نفس النوع يتكاثران بين اثنين

علم

صحيح أم خطأ 1) يجب على جميع الكائنات الحية أن تأكل كائنات حية أخرى للحصول على الطعام. 2) يمكن للنباتات أن تصنع طعامها. 3) النباتات لا تحتاج إلى الأكسجين ، فقط ثاني أكسيد الكربون. 4) تأكل الحيوانات النباتات أو الحيوانات الأخرى التي تأكل النباتات. 5) حي كثير

علم

ما هو خزان الكربون الذي لديه أطول مدة بقاء؟ الكتلة الحيوية النباتية المحيطات الرواسب الأحفورية *** التربة ماذا تستخدم النباتات للطاقة؟ الجلوكوز الخفيف *** ماء الفركتوز الحيوانات ، مثل المحار والمحار ، تصنع منها أصدافها

علم

ما هو السبب الرئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري؟ ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي السخام من نباتات الفحم في الغلاف الجوي ثاني أكسيد الكربون في الماء السخام من محطات الفحم في الماء

علم

3. كيف ستتأثر دورة الكربون إذا تمت إزالة جميع المنتجين؟ (نقطة واحدة) لن يتم تكسير مركبات الكربون في الحيوانات لإطلاق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي. لن يكون للكربون طريقة للدخول إلى

الجبر المتقدم

يتم إدخال نوع من النباتات في نظام بيئي ويبدأ بسرعة في الاستيلاء عليها. يقوم أحد العلماء بحساب عدد النباتات بعد بضعة أشهر ويطور المعادلة mc010-1.jpg لنمذجة الموقف. في الآونة الأخيرة ، العالم

علم

يخزن المحيط الكربون من تفاعلاته مع الغلاف الجوي ، لذلك يعمل المحيط كـ (أ) _________ لدورة الكربون. تدفق الكربون ثاني أكسيد الكربون مصدر الكربون بالوعة الكربون *** تضيف البكتيريا الكربون إلى دورة الكربون من خلال

علم

يتم زرع نباتين متطابقين في الساحات المجاورة. نبات واحد ينمو طويلًا وصحيًا ، وينتج العديد من الزهور الوردية. والآخر صغير وله أوراق بنية وليس أزهارًا أبدًا. ماذا يمكن أن يكون الفرق بين

علم

1. كيف تقوم النباتات بإعادة تدوير الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي؟ (نقطة واحدة) يتم إعادة تدوير الكربون الموجود في غاز الكربون على هيئة جلوكوز. **** يتم إعادة تدوير الكربون الموجود في الجلوكوز كغاز كربون. يتم إعادة تدوير الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون على هيئة جلوكوز. الكربون

كيمياء

المحتوى الحراري لاحتراق الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون هو -394 كيلو جول وفقًا للمعادلة: C (s) + O2 (g) -> CO2 (g) كم كيلو جول من الحرارة يتم إطلاقه عند حرق 24.0 جم من الكربون في فائض الأكسجين

العلوم والبيولوجيا

1. ما هو / العوامل الرئيسية التي تحدد أن نباتاتك ستنمو لتصبح نباتات الفول (أو نباتات أخرى سريعة النمو استخدمتها في تجربتك) وليس نوعًا آخر من النباتات (علم الوراثة ، البيئة ، او كلاهما)؟

علم

1. أي مما يلي هو مثال على الضغط البيئي؟ (نقطة واحدة) ضغط الهواء في الغلاف الجوي بحيرة تنفد منها المياه تدريجيًا قتال بين عضوين من نفس النوع يتكاثران بين اثنين


كيف تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون فقط؟ - مادة الاحياء

نبات LS1203 - بيولوجيا النبات

التمثيل الضوئي والتنفس (الهوائي) (نسخة pdf)

هاتان العمليتان لديهما العديد من الأشياء المشتركة.
1. تحدث في العضيات التي يبدو أنها تنحدر من البكتيريا (نظرية التعايش الداخلي): البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا
2. تحتوي العضيات التي تحدث فيها هذه العمليات على أنظمة غشاء داخلية معقدة ضرورية للعمليات.
3. تعتمد هذه العمليات على الجزيئات الموجودة في الخلايا لتنفيذ تفاعلات تحويل الطاقة: حوامل الإلكترون (NAD + ، NADP +) ، ADP و ATP ، السكريات المتنوعة ، إلخ.
4. التمثيل الضوئي والتنفس هما في الأساس عكس بعضهما البعض. يبدأ التمثيل الضوئي بثاني أكسيد الكربون ويقلل من نسبة السكر التي تتطلب طاقة يتم الحصول عليها من الضوء. يبدأ التنفس بالسكر ويؤكسده إلى أكسدة ثاني أكسيد الكربون وتطلق الطاقة التي يتم جمعها على شكل ATP.

------ مدخلات الطاقة من الضوء ----->
6 CO 2 + 12 H 2 O ------------------------------------------ ج 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O
& lt ---- ناتج الطاقة كـ ATP -------

التمثيل الضوئي كحدث Chloroplast

يوجد داخل البلاستيدات الخضراء أكوام من أكياس الغشاء. كل كيس هو ثايلاكويد. توجد أنظمة الصور في أغشية الثايلاكويد. تسمى حجرة الماء داخل غشاء الثايلاكويد التجويف. المنطقة المائية خارج الثايلاكويد ، ولكن لا تزال داخل البلاستيدات الخضراء ، هي السدى.

يحدث التمثيل الضوئي في مجموعتين من التفاعلات المرتبطة بجزيئات حامل الإلكترون (NADP + / NADPH) و ADP / ATP. ردود الفعل اثنين من عدة أسماء. سأكون متمسكًا بردود الفعل الضوئية ودورة كالفين. (أسماء بديلة ربما تكون قد سمعتها لتفاعلات الضوء: التفاعلات الكيميائية الضوئية ، والتفاعلات المعتمدة على الضوء. الأسماء البديلة التي ربما سمعتها لدورة كالفين: التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ودورة C3 ، ودورة تقليل الكربون ، وتثبيت الكربون. هناك نوعان مضللان للغاية أسماء تطفو لدورة كالفين والتي يجب تبخيرها: تفاعلات مستقلة عن الضوء وتفاعلات مظلمة. يتم تنشيط الضوء على الأقل خمسة من إنزيمات دورة كالفين ، بما في ذلك الإنزيمات الكبيرة التي تبدأ الرحلة بأكملها.)

1. تفاعلات ضوئية
يتم جمع الضوء بواسطة أنظمة الصور. هناك نوعان: PSII و PSI. يتكون كل منها من مركز تفاعل يحتوي على 2 كلوريد الهيدروجين ومركب هوائي من أصباغ ملحقة والمزيد من الكلوريد. (أصباغ الملحقات: chl b ، carotenoids [carotenes and xanthophylls]) ترتبط أنظمة الصور ببعضها البعض عبر سلسلة من الجزيئات الحاملة للإلكترون. الأنظمة الضوئية + ناقلات الإلكترون = مخطط Z. يقع مخطط Z في غشاء الثايلاكويد.

تُستخدم الطاقة الضوئية لإثارة إلكترون في أحد جزيئات مركز التفاعل chl a في PSII. يترك الإلكترون المثير PSII ويسافر إلى PSI عبر ناقلات الإلكترون. في PSI ، يأتي الإلكترون للراحة في مركز تفاعل PSI. يتحمس الإلكترون بمزيد من الطاقة الضوئية ، ويترك PSI ، ويسافر إلى NADP +. بمجرد وصول إلكترونين إلى NADP + ، يتم تقليله إلى NADPH. يقع NADP + / NADPH في السدى.

كيف يستبدل PSII الإلكترونات التي تستمر في المغادرة؟ عن طريق تقسيم الماء في عملية تسمى التحلل الضوئي:
2 H 2 O ---------> O 2 + 4 H + 4 e -

يحدث التحلل الضوئي على الجانب اللامع من غشاء الثايلاكويد. يتم احتجاز البروتونات (H +) التي يتم إطلاقها من الماء في مساحة التجويف الصغيرة بواسطة غشاء الثايلاكويد. مع انتقال الإلكترونات من PSII إلى PSI ، يتم نقل المزيد من البروتونات (H +) من السدى إلى التجويف. في النهاية ، تحصل على تدرج H + كبير جدًا بين التجويف والسدى. يوجد إنزيم يسمح للبلاستيدات الخضراء بحصد طاقة التدرج مثل ATP. ATP في السدى.

2. دورة كالفين
هناك ثلاث مراحل لدورة كالفين: الكربوكسيل والاختزال والتجديد

ألف الكربوكسيل
يتم الجمع بين ثاني أكسيد الكربون و RuBP (سكر C5) لإعطاء جزيئين من PGA (حمض C3).
الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو اختصار Rubisco.

ب- التخفيض
تستخدم هذه المرحلة 2/3 من ATP وكل NADPH الناتج أثناء تفاعلات الضوء.
يتم تقليل كل جزيء PGA إلى PGald (سكر C3).

جيم التجديد
تستخدم هذه المرحلة آخر جزيء ATP لتحويل مجموعة من جزيئات PGald إلى مجموعة من جزيئات RuBP بحيث يمكن إدخال المزيد من ثاني أكسيد الكربون.

د- للأشخاص الراغبين في معرفة معنى الاختصارات:
rubisco = كربوكسيلاز RuBP وأكسجيناز
RuBP = ريبولوز -1،5-ثنائي الفوسفات
PGA = 3-حمض فوسفوجليسيريك
PGald = 3-phosphoglyceraldehyde (المعروف أيضًا باسم glyceraldehyde-3-phosphate)
ATP = ثلاثي فوسفات الأدينوزين
ADP = ثنائي فوسفات الأدينوزين
NADP + / NADPH = فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (مؤكسد / مخفض)

بمجرد حصولك على الكثير من PGald ، يمكن استخدامه لصنع الجلوكوز والفركتوز والسكروز والنشا.
(إلى جانب توفير تفاعلات التنفس ، إلى جانب توفير وسيلة لتغيير السعرات الحرارية المخزنة من السكريات إلى طاقة قابلة للاستخدام ، دع الخلية تبدأ عملية تحويل الكربون من الكربوهيدرات إلى مجموعة متنوعة من الجزيئات: الأحماض الأمينية ، والنيوكليوتيدات ، والأصباغ ، والهرمونات ، وما إلى ذلك)

التمثيل الضوئي كحدث ورقة

إلى جانب النظر إلى التمثيل الضوئي على أنه حدث بلاستيدات خضراء ، عليك أن تتذكر أنه أيضًا حدث ورقة.

يوجد داخل الورقة ثلاث أنسجة (مجموعات وظيفية من الخلايا):
1. البشرة
ثقوب لتبادل الغازات تسمى الثغور (الخلايا الحامية تفتح وتغلق الثقوب)
مغطاة بطبقة من الشمع تسمى بشرة
2. أنسجة الأوعية الدموية
نسيج الخشب + اللحاء معًا في حزمة وعائية (وريد)
3. ميسوفيل (نسيج الأرض)
طبقة من الخلايا معبأة بإحكام
طبقة خلوية فضفاضة مع الكثير من الفراغات الهوائية = ميسوفيل إسفنجي

تفتح معظم النباتات ثغورها أثناء النهار (في ضوء) لذلك يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الورقة من أجل التمثيل الضوئي. الجانب السلبي: يتبخر الماء من الثغور عندما تكون مفتوحة. يكون التبخر أسرع عندما تكون درجات الحرارة في أعلى مستوياتها ، والتي ستكون أيضًا أثناء النهار. تغلق الثغور في الليل عندما لا يحدث التمثيل الضوئي (لا حاجة للسماح بدخول ثاني أكسيد الكربون).

تحتوي بعض النباتات على نظام يسمح لها بفتح ثغورها ليلاً لتجميع ثاني أكسيد الكربون وتخزينه. خلال النهار ، يمكنهم إغلاق ثغورهم للحفاظ على المياه ، لكنهم ما زالوا يقومون بعملية التمثيل الضوئي. تُعرف هذه النباتات باسم نباتات CAM. CAM == استقلاب حمض الكراسولاسين. تم اكتشاف CAM لأول مرة في أفراد عائلة Crassulaceae. تم العثور على CAM منذ ذلك الحين في العديد من عائلات كاسيات البذور (كل من monocots و dicots) ، نبات وعائي بدون بذور ، وعاريات البذور.

تنمو نباتات CAM في الموائل القاحلة: الصحاري ومناطق جبال الألب والنباتات الهوائية. تحتوي نباتات الطبابة البديلة على الأقل على بعض النضارة (تخزين المياه). نباتان CAM مهمان من نهاية الأشياء: الأناناس وبساتين الفاكهة.

PEP = phosphoenolpyruvate ، حمض C3.
يمكن ربط ثاني أكسيد الكربون بـ PEP بواسطة إنزيم PEP carboxylase.

في الليل ، تكون الثغور مفتوحة. يتم تكسير النشا لإنتاج PEP. يتحد PEP مع CO 2 لتكوين حمض C4. يتم تخزين حمض C4 هذا في الفجوة. خلال النهار ، تنغلق الثغور. يتم تكسير حمض C4 لإطلاق ثاني أكسيد الكربون وحمض C3. يتم تحويل حمض C3 مرة أخرى إلى النشا. يدخل ثاني أكسيد الكربون في دورة كالفين.

يقدر حدوث الطبابة البديلة في

10٪ من الأنواع النباتية. يحدث التمثيل الضوئي لـ C3 (حيث تكون تفاعلات الكربون الوحيدة هي تفاعلات دورة كالفين)

89٪ من الأنواع. المتبقي

1٪ يقوموا بعملية التمثيل الضوئي لـ C4. على الرغم من أن C4 لا يمثل سوى جزء بسيط من عملية التمثيل الضوئي ، إلا أنه يجذب الكثير من الدراسة لأنه (1) شكل عالي الكفاءة من التمثيل الضوئي و (2) يمثل الإنتاجية العالية لمحاصيل رئيسية مثل الذرة وقصب السكر والذرة الرفيعة ، والدخن.

rubisco = كربوكسيلاز RuBP وأكسجيناز

يسمى ثاني أكسيد الكربون المفقود بسبب تفاعل الأكسجيناز بالتنفس الضوئي. إنها مشكلة في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة وشدة الإضاءة العالية والمياه المنخفضة. في ظل هذه الظروف ، قد يفقد مصنع C3 50٪ من الكربون عن طريق التنفس الضوئي.

كيف يمكنك تقليل التنفس الضوئي؟ احتفظ بالروبيسكو بعيدًا عن O 2. تقوم بعض النباتات بذلك عن طريق الانخراط في عملية التمثيل الضوئي لـ C4.

نباتات C4 لها تشريح أوراق مميز. هناك حلقة بارزة من الخلايا حول الحزم الوعائية = غمد الحزمة. تشكل خلايا الميزوفيل حلقة يتم ضغطها بإحكام على خلايا غلاف الحزمة. تشريح كرانز.

في خلية ميسوفيل ، يتحد ثاني أكسيد الكربون و PEP لتشكيل حمض C4. يتم إرسال حمض C4 إلى خلية غلاف الحزمة. في خلية غلاف الحزمة ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من حمض C4 ويدخل في دورة كالفين. يعود حمض C3 المتبقي إلى خلية الميزوفيل ، ويعاد إلى PEP ، ويكون جاهزًا لحمل المزيد من ثاني أكسيد الكربون. (يقع Rubisco فقط في خلايا غلاف الحزمة.) لذلك ، يقوم نظام مكوك CO 2 بتوصيل ثاني أكسيد الكربون إلى rubisco ، حيث يبقي تشريح الورقة O 2 بعيدًا عن أغلفة الحزمة. النتيجة ==> لا يوجد تنفس ضوئي.

الجانب السلبي لـ C4: مكوك ثاني أكسيد الكربون ليس رحلة مجانية. يضيف 2 ATP إلى معيار 3 ATP (لدورة Calvin) اللازمة لكل CO 2. لذا فإن C4 فعالة من حيث التكلفة فقط للنباتات في بيئة يكون فيها التنفس الضوئي مشكلة شائعة.

بالمناسبة ، تشمل نباتات C3 القمح والأرز والأقحوان والبطونية والورود وأشجار الفاكهة والصنوبريات.

التمثيل الضوئي كحدث نبات كامل

آخر شيء يجب تذكره حول التمثيل الضوئي هو أنه حدث نباتي كامل. يجب أن تأخذ الجذور العناصر الأساسية من التربة. العديد من العناصر التي تتطلبها النباتات لها دور ما في عملية التمثيل الضوئي: الكبريت ، والمغنيسيوم ، والحديد ، والمنغنيز ، والكلور ، والنيتروجين ، والنحاس ، والفوسفور. البوتاسيوم ضروري لفتح الثغور للسماح بدخول ثاني أكسيد الكربون. يجب أن يكون هناك إمداد كافٍ بالمياه يأتي من الجذور لإبقاء الثغور مفتوحة. في ظل ظروف الإجهاد المائي ، كما يمكن أن يحدث بعد ظهر يوم يوليو ، ستغلق الثغور (على الأقل جزئيًا إن لم يكن تمامًا).

التمثيل الضوئي والتنفس
ما هو القاسم المشترك بين البناء الضوئي والتنفس؟ بأي طريقة هم في الأساس عكس بعضهم البعض؟

البناء الضوئي
كن قادرًا على وصف بنية البلاستيدات الخضراء: الثايلاكويد (غشاء الثايلاكويد + التجويف) ، السدى. ما هي مجموعة تفاعلات التمثيل الضوئي التي تحدث في الثايلاكويد؟ الذي في السدى؟

كيف ترتبط تفاعلات الضوء وتفاعلات دورة كالفن؟ ==> NADP + / NADPH ، ATP / ADP

ردود الفعل الخفيفة:
أنظمة ضوئية ، مخطط Z ، جزيئات حامل الإلكترون ، تحلل ضوئي ، H + تدرج ، تخليق ATP

دورة كالفين
ثلاث مراحل من دورة كالفين: الكربوكسيل والاختزال والتجديد
روبيسكو
ما هو السكر الناتج عن عملية تقليل الكربون؟ ما هي المصائر المحتملة للسكر بمجرد تراكم الكثير منه في النبات؟

إلى جانب النظر إلى التمثيل الضوئي على أنه حدث بلاستيدات خضراء ، عليك أن تتذكر أنه أيضًا حدث ورقة.
يوجد داخل الورقة ثلاثة أنسجة (مجموعات وظيفية من الخلايا): البشرة ، والأنسجة الوعائية ، والميسوفيل (نسيج الأرض)

ما هي نباتات CAM؟ كيف يتمكنون من القيام بعملية التمثيل الضوئي إذا كانت ثغورهم مغلقة خلال النهار للحفاظ على المياه؟ في أي موائل تجد نباتات CAM؟

يقدر حدوث الطبابة البديلة في

10٪ من الأنواع النباتية. يحدث التمثيل الضوئي لـ C3 (حيث تكون تفاعلات الكربون الوحيدة هي تفاعلات دورة كالفين)

89٪ من الأنواع. المتبقي

1٪ يقوموا بعملية التمثيل الضوئي لـ C4. لماذا تجذب نباتات C4 الكثير من الاهتمام؟ ما هو التنفس الضوئي؟ ما هو روبيسكو؟ كيف تشارك في عملية التمثيل الضوئي؟ كيف تشارك في التنفس الضوئي؟

نباتات C4 لها تشريح كرانز. كيف يرتبط تشريح كرانز بعملية التمثيل الضوئي لـ C4؟

كن قادرًا على إعطاء مثالين على الأقل لكل من نباتات C3 ومصانع C4 ومصانع CAM.


استنتاج :

  • تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الهواء للبقاء على قيد الحياة. لا يمكن رؤية الهواء ولكن يمكن الشعور به عندما يتحرك.
  • الهواء عبارة عن مزيج من عدة غازات.
  • الأكسجين ضروري للتنفس. يتم إعطاء ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي بعد التنفس.
  • تأخذ الحشرات الهواء بمساعدة ثقوب صغيرة في أجسامها تسمى دودة الأرض التنفسية تتنفس من خلال جلدها ، والذي يظل رطبًا بمساعدة مادة تسمى المخاط.
  • تتنفس بعض الحيوانات المائية مثل الحيتان والدلافين وكذلك الثدييات بمساعدة الرئتين.
  • البرمائيات مثل الضفادع تتنفس بمساعدة الرئتين عندما تكون على الأرض. في الماء ، تتنفس هذه الحيوانات بمساعدة جلدها الرطب.
  • تتنفس الطيور من خلال الرئتين والأكياس الهوائية المفتوحة طوال الوقت.
  • هناك عدة أسباب لتلوث الهواء: الاحتراق المفرط للوقود مثل الخشب والفحم والبترول والآلات التي تطلق الغازات والمركبات التي تطلق الدخان وأنواعًا عديدة من الغازات الضارة التي تطلقها الصناعات.

تم إغلاق مصنع الفحم الوحيد في الولايات المتحدة لاحتجاز الكربون

في أوائل العام الماضي ، احتفلت وزارة الطاقة التابعة لإدارة ترامب بعيد ميلاد خاص. "ذكرى تشغيل ثالثة سعيدة ، بيترا نوفا!" أعلنت الوكالة في بيان صحفي. تباهى إطلاق محطة طاقة تعمل بالفحم في تكساس والتي بدت أنها فعلت المستحيل: لقد نجحت في إزالة ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات المحطة لمدة ثلاث سنوات ، وتخزينها بأمان.

كان الاحتفال في وقت مبكر - بترا نوفا بالكاد وصلت إلى عيد ميلادها الرابع قبل إغلاقها. في الأسبوع الماضي ، أعلنت شركة NRG Energy ، المالكة للمشروع ، أنها ستغلق إلى أجل غير مسمى ، فيما قد يكون أحد أحدث تقنيات التقاط الكربون وتخزينه في الولايات المتحدة.

على الورق ، يبدو التقاط الكربون وتخزينه ، أو CCS ، بمثابة الحل لجميع مشاكلنا. إذا تمكنا من امتصاص ثاني أكسيد الكربون المنبعث من حرق الوقود الأحفوري ووضعه في مكان آخر ، فيمكننا خفض الاحتباس الحراري دون الابتعاد عن الأساليب القديمة لتوليد الطاقة. من الناحية العملية ، كانت النتائج أقل من واعدة وفشلت في التوسع في أي مكان بالقرب من المستويات اللازمة لتجنب تغير المناخ الكارثي.

ما سيحدث لشركات النفط الكبرى هذا العام سيحدد العقد المقبل

هذا هو العقد الذي يجب أن يبدأ فيه النفط والغاز في التراجع. لتجنب ارتفاع درجة الحرارة فوق 1.5 درجة مئوية

لقد جعلت عقود من البحث عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون مجدية من الناحية الفنية ، لكنها معقدة بشكل لا يصدق ومكلفة للغاية. كان Petra Nova هو مشروع CCS التشغيلي الوحيد في الولايات المتحدة ، والأكبر في العالم باستخدام التكنولوجيا الخاصة به. في حين حاولت مشاريع أخرى الانطلاق في الولايات المتحدة ، كانت هناك بعض الإخفاقات البارزة بشكل مؤلم ، بما في ذلك مصنع واحد في ولاية ميسيسيبي حيث تضخمت التكاليف بأكثر من 200 في المائة إلى 7.5 مليار دولار دون الاتصال بالإنترنت فعليًا. ومع ذلك ، تستمر صناعة الوقود الأحفوري في مطاردة احتجاز الكربون. Just this week, ExxonMobil said that it was investing $3 billion over the next 5 years on projects to lower emissions, including 20 carbon capture projects around the world.

Petra Nova looked at first to be a bright point for CCS before flaming out last week.

“What NRG always touted was that they were on time and on budget,” Daniel Cohan, a professor of environmental engineering at Rice University, said. “The Trump administration flew in journalists from across Europe to show Petra Nova as an example of clean coal technology. It became the poster child of what carbon capture could do.”

But creating technology to remove emissions from burning coal didn’t come without a cost: In purporting to solve some fossil fuel problems, the project actually made some new ones. The CCS technology at Petra Nova required so much energy that NRG made an entirely separate natural gas power plant —the emissions of which were not offset by the Petra Nova technology—just to power the scrubber.

The presence of CCS technology, Cohan noted, also didn’t mean that the rest of the plant was totally clean. While CCS technology can help cut down on other pollutants like sulfur and nitrogen, the Petra Nova technology only affected one of four coal units at NRG’s power plant. Those units were built in the 1980s and have minimal pollution controls, Cohan said, making the power plant “one of the deadliest plants in Texas” in terms of asthma impacts on surrounding communities .

And ironically, the carbon dioxide pulled from the plant’s emissions was actually used to make more fossil fuels. Part of NRG’s deal with the federal government for running Petra Nova was gaining permission to transport the carbon dioxide scrubbed from burning coal to a separate oil field , where it was injected underground to help release more oil.

In a twist of fate, this oil was what ultimately killed Petra Nova. After the crash in oil prices at the start of the pandemic last spring, NRG took the CCS project offline , stating that the price of the oil it could get with the extracted carbon dioxide wasn’t worth the cost of actually doing the extracting. Prices have stayed low even as the economy recovered somewhat. Oil companies large and small have struggled to deal with the fallout from the pandemic, and the writing seemed to be on the wall before NRG’s official announcement last week: It was simply too expensive to keep Petra Nova running.

Despite repeated technical problems and suspicions that NRG overestimated the amount of carbon dioxide the project actually pulled from burning coal, Petra Nova ultimately proved that you استطاع get a CCS project of that size up and running. Cohan said Petra Nova’s legacy could be important for certain industries where use of fossil fuels is unavoidable, or give some hope for big new coal plants with long lifespans being built overseas while also helping to mitigate the health impacts of those plants.

But just because something can be done doesn’t mean it should be done. Petra Nova was designed in 2014, when renewable energy cost a lot more in the U.S. than it does now. The plunging price of renewables over the past few years, Cohan said, means that using fossil fuels to power the grid makes increasingly less sense economically.

“Right now, the cheapest way to make electricity is solar and wind,” Cohan says. “It no longer makes sense to keep an old coal plant around to capture its carbon when you could far more affordably replace it with cleaner sources.”


نظام فيتوكروم والاستجابة الحمراء / الحمراء

ال phytochromes are a family of chromoproteins with a linear tetrapyrrole chromophore, similar to the ringed tetrapyrrole light-absorbing head group of chlorophyll. Phytochromes have two photo-interconvertible forms: Pص و صfr. صص absorbs red light (

667 nm) and is immediately converted to Pfr. صfr absorbs far-red light (

730 nm) and is quickly converted back to Pص. The minute difference between light defined as red or far-red is very important in this reaction. يتسبب امتصاص الضوء الأحمر أو الأحمر البعيد في حدوث تغيير هائل في شكل حامل اللون ، مما يؤدي إلى تغيير شكل ونشاط بروتين فيتوكروم المرتبط به. صfr is the physiologically active form of the protein therefore, exposure to red light yields physiological activity. التعرض لضوء أحمر بعيد يمنع نشاط فيتوكروم. Together, the two forms represent the phytochrome system (Figure 1).

Figure 1. The biologically inactive form of phytochrome (Pr) is converted to the biologically active form Pfr under illumination with red light. Far-red light and darkness convert the molecule back to the inactive form.

يعمل نظام فيتوكروم كمفتاح إضاءة بيولوجي. يراقب مستوى الضوء البيئي وشدته ومدته ولونه. The effect of red light is reversible by immediately shining far-red light on the sample, which converts the chromoprotein to the inactive Pص شكل. Additionally, Pfr can slowly revert to Pص in the dark, or break down over time. في جميع الحالات ، يتم عكس الاستجابة الفسيولوجية الناتجة عن الضوء الأحمر. The active form of phytochrome (Pfr) can directly activate other molecules in the cytoplasm, or it can be trafficked to the nucleus, where it directly activates or represses specific gene expression.

بمجرد تطور نظام الفيتوكروم ، قامت النباتات بتكييفه لخدمة مجموعة متنوعة من الاحتياجات. يحتوي ضوء الشمس الكامل غير المفلتر على ضوء أحمر أكثر بكثير من الضوء الأحمر البعيد. نظرًا لأن الكلوروفيل يمتص بقوة في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي ، ولكن ليس في المنطقة الحمراء البعيدة ، فإن أي نبات في ظل نبات آخر على أرضية الغابة سيتعرض للنضوب الأحمر ، والضوء الأحمر المخصب. The preponderance of far-red light converts phytochrome in the shaded leaves to the Pص (inactive) form, slowing growth. The nearest non-shaded (or even less-shaded) areas on the forest floor have more red light leaves exposed to these areas sense the red light, which activates the Pfr form and induces growth. باختصار ، تستخدم براعم النباتات نظام فيتوكروم لتنمو بعيدًا عن الظل ونحو الضوء. نظرًا لأن المنافسة على الضوء شرسة جدًا في مجتمع نباتي كثيف ، فإن المزايا التطورية لنظام فيتوكروم واضحة.

في البذور ، لا يتم استخدام نظام فيتوكروم لتحديد اتجاه وجودة الضوء (المظلل مقابل غير المظلل). بدلاً من ذلك ، يتم استخدامه فقط لتحديد ما إذا كان هناك أي ضوء على الإطلاق. هذا مهم بشكل خاص في الأنواع ذات البذور الصغيرة جدًا ، مثل الخس. بسبب حجمها ، تحتوي بذور الخس على القليل من الاحتياطيات الغذائية. لا يمكن أن تنمو شتلاتهم لفترة طويلة قبل نفاد الوقود. إذا نبتت حتى سنتيمترًا واحدًا تحت سطح التربة ، فلن تصل الشتلات إلى ضوء الشمس وستموت. In the dark, phytochrome is in the Pص (inactive form) and the seed will not germinate it will only germinate if exposed to light at the surface of the soil. Upon exposure to light, Pص is converted to Pfr and germination proceeds.

تستخدم النباتات أيضًا نظام فيتوكروم لاستشعار تغير الموسم. إن الضوئية هي استجابة بيولوجية لتوقيت ومدة النهار والليل. يتحكم في الإزهار ، ووضع براعم الشتاء ، والنمو الخضري. الكشف عن التغيرات الموسمية أمر بالغ الأهمية لبقاء النبات. على الرغم من أن درجة الحرارة وشدة الضوء تؤثر على نمو النبات ، إلا أنهما ليسا مؤشرات موثوقة للموسم لأنها قد تختلف من سنة إلى أخرى. طول اليوم هو أفضل مؤشر للوقت من السنة.

كما هو مذكور أعلاه ، فإن ضوء الشمس غير المرشح غني بالضوء الأحمر ولكنه يفتقر إلى الضوء الأحمر البعيد. Therefore, at dawn, all the phytochrome molecules in a leaf quickly convert to the active Pfr form, and remain in that form until sunset. In the dark, the Pfr form takes hours to slowly revert back to the Pص شكل. If the night is long (as in winter), all of the Pfr form reverts. If the night is short (as in summer), a considerable amount of Pfr may remain at sunrise. By sensing the Pص/ صfr ratio at dawn, a plant can determine the length of the day/night cycle. بالإضافة إلى ذلك ، تحتفظ الأوراق بهذه المعلومات لعدة أيام ، مما يسمح بإجراء مقارنة بين طول الليلة السابقة والليالي العديدة السابقة. Shorter nights indicate springtime to the plant when the nights become longer, autumn is approaching. تتيح هذه المعلومات ، جنبًا إلى جنب مع استشعار درجة الحرارة وتوافر المياه ، للنباتات تحديد الوقت من العام وتعديل وظائف الأعضاء وفقًا لذلك. تستخدم نباتات النهار القصير (الليل الطويل) هذه المعلومات لتزهر في أواخر الصيف وأوائل الخريف ، عندما تتجاوز الليالي الطول الحرج (غالبًا ثماني ساعات أو أقل). تزهر نباتات النهار الطويل (ليلة قصيرة) خلال فصل الربيع ، عندما يكون الظلام أقل من الطول الحرج (غالبًا ما بين ثماني إلى 15 ساعة). لا تستخدم جميع النباتات نظام فيتوكروم بهذه الطريقة. Flowering in day-neutral plants is not regulated by day length.

Horticulturalist

The word “horticulturist” comes from the Latin words for garden (hortus) and culture (الثقافة). لقد تم إحداث ثورة في هذه المهنة من خلال التقدم المحرز في فهم استجابات النبات للمنبهات البيئية. كان مزارعو المحاصيل والفواكه والخضروات والزهور مقيدين في السابق من خلال الاضطرار إلى ضبط وقت البذر والحصاد وفقًا للموسم. الآن ، يمكن لأخصائيي البستنة التلاعب بالنباتات لزيادة إنتاج الأوراق أو الأزهار أو الفاكهة من خلال فهم كيفية تأثير العوامل البيئية على نمو النبات وتطوره.

تعتبر إدارة الدفيئة عنصرًا أساسيًا في تعليم البستنة. لإطالة الليل ، تُغطى النباتات بقطعة قماش معتمة. يتم تشعيع النباتات ذات اليوم الطويل بالضوء الأحمر في الشتاء لتعزيز الإزهار المبكر. على سبيل المثال ، يشجع الضوء الفلوري (الأبيض البارد) المرتفع بأطوال موجية زرقاء على نمو الأوراق وهو ممتاز لبدء الشتلات. المصابيح المتوهجة (المصابيح العادية) غنية بالضوء الأحمر ، وتساعد على الإزهار في بعض النباتات. يمكن زيادة أو تأخير توقيت نضج الثمار عن طريق تطبيق الهرمونات النباتية. في الآونة الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في تطوير سلالات نباتية تناسب المناخات المختلفة ومقاومة للآفات وأضرار النقل. زاد كل من غلة المحاصيل وجودتها نتيجة للتطبيقات العملية لمعرفة استجابات النبات للمنبهات الخارجية والهرمونات.

يجد البستانيون عملاً في المختبرات الخاصة والحكومية ، والصوبات الزراعية ، والحدائق النباتية ، وفي مجالات الإنتاج أو البحث. إنهم يحسنون المحاصيل من خلال تطبيق معرفتهم في علم الوراثة وعلم وظائف الأعضاء النبات. للتحضير لمهنة البستنة ، يأخذ الطلاب دروسًا في علم النبات وعلم وظائف الأعضاء وعلم أمراض النبات وتصميم المناظر الطبيعية وتربية النباتات. لاستكمال هذه الدورات التقليدية ، تضيف تخصصات البستنة دراسات في الاقتصاد والأعمال وعلوم الكمبيوتر والاتصالات.


How do plants take in only carbon dioxide? - مادة الاحياء

Plant Cell Biology A03 New Material for the Final Exam - Topics and Sample Questions

Respiration
aerobic vs anaerobic
location of processes: cytosol vs mitochondria, mitochondrial matrix vs. inner membrane
purpose why stepwise oxidation is important
glycolysis: what does it accomplish
fermentation: why is this process important to plant cells
oxidative pentose phosphate pathway (phosphogluconate pathway): why is this process important to plant cells
Krebs cycle: what does it accomplish what is its importance beyond pyruvate oxidation
electron transport chain: what does it accomplish how do electrons reach the chain how do plant mitochondria get around blockages. Note: if necessary, you will be given a diagram of the ETC on the exam. It is more important to understand how the chain works than it is to memorize the placement of the components.

Photosynthesis
action spectrum vs. absorption spectrum
relationship between wavelength and energy of radiation
result of radiation being absorbed by a target molecule
أنظمة الصور
cytochrome b6/f
chloroplast structure and its relation to the reactions of photosynthesis
light reactions: Z-scheme, cyclic and non-cyclic electron flow, photolysis, photophosphorylation
Calvin cycle: rubisco, RuBP, PGA, PGald (triose-P)
ATP/ADP NADP + /NADPH
C3 vs. C4 photosynthesis
CAM photosynthesis implication for water conservation
photorespiration: organelles involved, causes and contributing factors, consequences

What are CAM plants? How do they manage to do photosynthesis if their stomata are closed during the day for water conservation? In what habitats do you find CAM plants?
CAM is estimated to occur in

10% of plant species. C3 photosynthesis (where the only carbon reactions are the Calvin cycle ones) occurs in

89% of species. The remaining

1% do C4 photosynthesis. Why do C4 plants attract so much attention?

What is rubisco? How is it involved in photosynthesis? How is it involved in photorespiration?

C4 plants have Kranz anatomy. Describe Kranz anatomy and relate it to C4 photosynthesis.

Be able to give at least two examples each of C3 plants, C4 plants, and CAM plants.

In general, would you expect excessive transpiration (loss of water by evaporation through the stomata of the leaves) to increase, decrease, or have no effect on the rate of photosynthesis? دافع عن إجابتك.

C4 plants attract a lot of attention because under certain environmental conditions they produce higher yields than C3 plants do because the C4 plants don’t photorespire. Explain why C4 plants do not experience photorespiration.


البلاستيدات
Types of plastids their similarities and differences
specific functions of chloroplasts: photosynthesis and sulfate assimilation
functions found in all plastids: carbon oxidation via glycolysis and oxidative pentose phosphate, fatty acid synthesis, starch synthesis, amino acid synthesis, nitrate assimilation

How are the carbon oxidation pathways of glycolysis and oxidative pentose phosphate important to the other functions found in plastids?

Describe an instance when a chloroplast would change to a chromoplast.

Plastids include leucoplasts, amyloplasts, chromoplasts, and chloroplasts. Name one function that all four of these types of plastids are capable of doing. For each plastid, give one feature (functional, structural, etc.) that distinguishes it from the other three.

How does sulfate assimilation depend on the light reactions of photosynthesis?


Cell Walls
basic composition differences between primary and secondary cell walls
functions of the cell walls in defense, transport, cytokinesis, and osmoregulation
how cell walls change during development and post-maturation (cell specialization via changes to the cell wall) specialized cells and features of their walls
how cells enlarge despite the presence of a rigid cell wall

Distinguish between the structure of primary cell walls and secondary cell walls.

Cell differentiation in plants generally includes modifications to the cell wall. Describe three instances of this.

Describe the cell wall elaborations or distinctions of each of the following:
guard cells
leaf epidermal cell
root hair
vessel element
الأساسية
endodermal cell

Describe the changes to the cell wall of an endodermal cell as a root matures and changes function from primarily water absorption to primarily water conduction. Relate the changes in endodermis wall structure to changes in root function.

Programmed Cell Death (PCD)
define: why is it considered a “program”
be able to give examples of PCD with regard to plant development (e.g., xylem development, formation of aerenchyma)
be able to describe the role of PCD in disease resistance
the main events common to all types of PCD: recognition of an initiating signal, vacuole loading, events in the actual death of the cell (Ca++ influx and vacuole collapse), corpse processing
elicitors, phytoalexins
For information on leaf senesence and PCD, you can read my notes from the field trip to the Uintas.

What are elicitors and phytoalexins? What roles do they play in a plant’s response to invasion by a fungal pathogen?

Describe the events of PCD when aerenchyma forms.
Describe the events of PCD when tracheary elements form.
Describe the events of PCD in the hypersensitive response to pathogen invasion.

Describe three fates of the cell corpse in PCD. Give one example of each fate.

Sample Exam Questions

Which of the following processes occur in both aerobic and anaerobic respiration?
A. ATP synthesis by substrate level phosphorylation
B. ATP synthesis by means of a proton (H + ) gradient
C. A and B
D. none of the above, as no ATP is made during anaerobic respiration

The end carbon product of glycolysis is
A. pyruvate B. CO2 + ethanol C. CO2
D. phosphoglyceric acid (PGA) E. triose phosphate

β-Oxidation
A. breaks down fatty acids to acetyl-CoA B. releases fatty acids from glycerol
C. splits peptide bonds

The carbohydrate produced during the Calvin Cycle is
A. glucose B. PGald C. starch D. PGA E. pyruvate

During photosynthesis, oxygen (O2) is released from
A. carbon dioxide (CO2) during the light reactions B. carbon dioxide (CO2) during the Calvin cycle
C. water (H2O) during the light reactions D. water (H2O) during the Calvin cycle

All of the following are associated with the light reactions of photosynthesis EXCEPT
A. photolysis B. rubisco C. ATP synthesis D. reduction of NADP +

CAM (Crassulacean acid metabolism) plants
A. do photosynthesis in the dark B. store CO2 as 4 carbon acid in the dark
C. do photosynthesis in the light D. A and B E. B and C

Which of the following conditions can trigger opening of the stomata?
A. low CO2 inside the leaf B. high CO2 inside the leaf C. light
D. A and C E. B and C

Plants which engage in C4 photosynthesis
A. have Kranz anatomy B. use PEP carboxylase to initially capture CO2
C. lack the Calvin cycle D. A and B E. A, B, and C

CAM (Crassulacean acid metabolism) plants
A. do photosynthesis in the dark B. store CO2 as malic acid (malate) in the dark
C. do photosynthesis in the light D. A and B E. B and C

Photorespiration occurs because
A. plants respire only in the light B. rubisco mistakes oxygen (O2) for carbon dioxide (CO2)
C. rubisco mistakes carbon dioxide (CO2) for oxygen (O2) D. chloroplasts can turn into mitochondria

During programmed cell death (PCD),
A. the vacuole is loaded with specific hydrolases B. the vacuole collapses
C. there is complete removal of the cell corpse D. A and B E. A, B, and C


In the presence of an uncoupler, what happens to O2 reduction during aerobic respiration? What happens to ATP production? Defend your answers.

Why is it important that cells oxidize hexose in steps rather than all at once during respiration?

Because respiration is stepwise, what can happen to the carbons in hexose other than oxidation to CO2?

Proteins destined for the vacuole or secretion are synthesized by ribosomes attached to the endoplasmic reticulum (ER). Describe how the ribosomes become attached to the ER.

The three main phases of translation are initiation, elongation, and termination. Briefly describe what happens in each phase.

Define the following terms as they relate to photosynthesis.
التحلل الضوئي
نظام ضوئي
oxygen evolving complex
rubisco
accessory pigments

Describe how the light reactions and the Calvin cycle are chemically connected, being sure to indicate how location of the two sets of reactions contributes to the connection.

Describe how a enough of a H + gradient is generated during the light reactions so that there is sufficient ATP for the Calvin cycle.


شاهد الفيديو: -Multi-Award winnende CGI Animated Short HD: The Looking Planet - door Eric Law Anderson (ديسمبر 2022).