معلومة

كيف يبدو طيف الكلوروفيل الفلوري؟


لقد نشرت للتو السؤال: أي مركبة فضائية يمكنها رؤية النباتات "تتوهج" أثناء عملية التمثيل الضوئي خلال النهار ، وما الطول الموجي الذي تستخدمه؟ في موقع SE مختلف. لا أستطيع أن أتذكر تفاصيل أي مركبة فضائية كانت هذه أو كيف عملت بالضبط.

سؤالي هنا يتعلق ببساطة بالضوء الذي ينتجه الغطاء النباتي أثناء عملية التمثيل الضوئي. لقد أظهرت في هذا السؤال خليطًا من أطياف الامتصاص أو الحساسية لعملية التمثيل الضوئي ، ولكن ما أبحث عنه هو طيف الانبعاث وبعض التفاصيل حول مكان إنتاج هذا الضوء في العملية.

يغطي مقال ويكيبيديا Chlorophyll_fluorescence الموضوع بشكل عام ويذكر 735 نانومتر ولكني أود أن أكون قادرًا على رؤية طيف دقيق إلى حد ما لمقارنته بخطوط الامتصاص في طيف الشمس.

ناسا OCO-3: مشاهدة النباتات تنمو وتتوهج: https://youtu.be/_x-VzdEeq0c


أعتقد أنه لغرضك يجب أن تبدأ ، على سبيل المثال ، بهذا الرابط: https://academic.oup.com/jxb/article/60/11/2987/533160

محدث:

تنبعث الأنسجة الكلوروفيلية إشعاعًا بأطوال موجية تقارب 680-760 نانومتر. المصدر: Ecolgy الفسيولوجية للنبات ، الطبعة الثانية ، Hans Lambers ، F.Stuart Chapin III and Thijs L. Pons ، New York: Springer ، c2008 ، p. 37 ، المربع 2A.4 الكلوروفيل الفلوري


كيف يبدو طيف الكلوروفيل الفلوري؟ - مادة الاحياء

التجربة رقم 7: الضوء كأداة
S p e c tr o s c o p e

المطياف في الصورة هو المطياف المحدث الموجود الآن في المجموعة.

لنفترض أن هذه الصورة مكونة من الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. قم بتمرير المؤشر فوق الصورة لمعرفة مقدار الطيف الكامل الذي نراه بالفعل.

نعم ، هكذا نحن عميان. نحن نلتقط فقط حوالي 1.5 بالمائة من الصورة التي يمكننا رؤيتها إذا كان بإمكاننا رؤية الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله.

منذ أكثر من 300 عام ، جرب نيوتن المنشور وأدرك أن الضوء الأبيض كان في الواقع كل الألوان مجتمعة. كشفت عن ضعف في أعيننا البشرية. يمكننا أن نرى ملايين الألوان ، لكن لا يمكننا معرفة ما إذا كان اللون مصنوعًا من لون واحد أو مزيج من الألوان.

المطياف مشابه للمنشور من حيث قدرته على تفتيت الضوء إلى مكوناته.
في أحد طرفي المطياف يوجد فيلم مربع من مادة تعمل مثل المنشور. يسمى الفيلم محزوز الحيود. إنه مصنوع عن طريق وضع آلاف الأخاديد على فيلم بلاستيكي. يؤدي هذا إلى انحناء الضوء القادم من خلاله ، وفي جوهره ، يتسبب في انتشار الضوء إلى أطوال موجية مختلفة من الضوء (الألوان). هذه هي نهاية المطياف الذي تنظر من خلاله.

انظر إلى هذه النهاية الآن واستهدف النهاية العريضة في الكتلة البيضاء أدناه. امسك النهاية على بعد 6 بوصات من الشاشة.

انظر إلى هذه الكتلة البيضاء باستخدام مطياف. قد تضطر إلى قلبها لرؤية الأرقام بشكل صحيح.

ينتج الضوء الناتج عن الأشياء الساخنة (مثل الشعيرة) طيفًا من الألوان سلسًا ويتبع منحنى الجرس. عند حوالي 5000 درجة مئوية ، يبدو الجسم أبيضًا لأن الطيف يتركز حول اللون الأصفر مع كميات أقل من الأخضر والأزرق والأرجواني عند أطوال موجية أصغر وكميات أقل من البرتقالي والأحمر بأطوال موجية أطول.

هنا مصباح متوهج ينبعث منه ضوء من خيوط ساخنة.

يوجد أدناه طيف يُرى باستخدام مطياف. يمكنك أن ترى أن الألوان مستمرة.

ها هي بعض الإضاءة الفلورية على مروحة السقف الخاصة بي. يبدو أبيض ، لكن هل هو نفس اللون الأبيض من المصابيح المتوهجة؟

لا ، من خلال منظار الطيف نرى أنهما ليسا نفس اللون الأبيض. عندما يمر ضوء الفلورسنت عبر منظار الطيف ، ينتشر الضوء الأبيض حتى نتمكن من رؤية حزم الألوان المنفصلة. هنا ، يبدو أن هناك خمسة أنواع مختلفة من الفوسفور. لكي نعتقد أننا نرى اللون الأبيض ، يجب أن تكون الألوان من المنتصف وكلا طرفي الطيف موجودة. هؤلاء هم الأحمر أو الأخضر أو ​​الأصفر (الوسط) والأزرق أو الأرجواني. هذا يكفي لإعطاء مظهر أبيض. تساعد الأشرطة الإضافية في ملء المزيد من الألوان.

يعطينا المطياف نظرة ثاقبة على تكوين مصادر الضوء. يمكننا استخدام هذه الميزة لتحديد نوع الإضاءة بسرعة. على سبيل المثال ، لنفترض أننا نعمل في شركة تريد توفير المال عن طريق تحويل جميع المصابيح إلى نوع الفلورسنت الموفر للطاقة. يمكنك المشي في المبنى وتحديد المصابيح المتوهجة التي لم يتم تغييرها بسهولة.

يذهب الطيف العلوي مع الصورة العلوية أعلاه (4 لمبات). يتناسب الطيف السفلي مع الصورة السفلية لـ 3 لمبات. (هذه الأطياف من المطياف القديم الذي لا يحتوي على مقياس) ترى الطيف المستمر للمصابيح المتوهجة (أعلى) والطيف النطاقات لمصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة (أسفل). لذلك سنعرف بسرعة أن المصابيح الأربعة العلوية بحاجة إلى الاستبدال.

هذه المصابيح الفلورية المستديرة لها طيف مشابه للمصابيح الفلورية الطويلة. يظهر شريطان باللون الأزرق والأخضر والآخر برتقالي (باهت) وشريط أحمر.


لماذا تستخدم NIGHTSEA الضوء الأزرق للإضاءة تحت الماء

نحن نستخدم الضوء الأزرق للفلورة تحت الماء لسبب بسيط هو ذلك أفضل من الأشعة فوق البنفسجية (الضوء الأسود) لهذا التطبيق. لا يوجد ضوء واحد من شأنه أن يجعل كل شيء يتألق ، ولكن إذا كنت ترغب في اختيار ضوء يمنحك تجربة التألق الأكثر تنوعًا وحيوية ، فإن اللون الأزرق هو السبيل للذهاب.

لماذا نقول هذا؟ العلوم بالإضافة إلى الخبرة. فيما يلي نبذة تاريخية عن كيفية توصلنا إلى هذا الاستنتاج.

عندما بدأت (هذا الآن تشارلي مازل ، مؤسس NIGHTSEA ، متحدثًا) أولاً بالتفكير في الفلورة تحت الماء وتجربتها ، استخدمت الضوء فوق البنفسجي. مثل أي شخص آخر ، كان لدي ارتباط ذهني بين التألق والأشعة فوق البنفسجية ، لأن هذا هو ما نراه عادةً مستخدمًا في عروض المتحف ، والملصقات المضيئة السوداء في الحفلات ، وما إلى ذلك ، لقد صنعت مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الخاصة بي تحت الماء (مثل تلك الموجودة في الصورة) أدناه) والمصابيح الومضة المعدلة تحت الماء لتعظيم ناتجها فوق البنفسجي. كنت سعيدًا تمامًا واستخدمت الأشعة فوق البنفسجية لسنوات. لقد قمت بالكثير من الغوص الليلي ، ورأيت الكثير من التألق ، والتقطت الكثير من الصور الرائعة.

أحد مؤسسي NIGHTSEA Charlie Mazel & # 8217s في وقت مبكر من صنع منزلي للأضواء فوق البنفسجية تحت الماء.

غيرت حياتي. عندما عرضت صوري الفلورية على عالم الأحياء البحرية ، توقعت أن يتم إخباري بالضبط بما كنت أراه. اتضح بدلاً من ذلك أنني قد تعثرت في حفرة علمية - كان وجود التألق في الشعاب المرجانية معروفًا ، ولكن كان هناك القليل جدًا من الأبحاث. أدى شيء واحد إلى آخر وانتهى بي الأمر بالعودة إلى المدرسة للحصول على درجة الدكتوراه في علم الأحياء البحرية ، وتحديداً لإجراء بحث حول التألق في الشعاب المرجانية.

كجزء من برنامج البحث الخاص بي ، كنت أجمع الشعاب المرجانية المتألقة في الحقل وأعيدها إلى المختبر لقياس خصائص التألق. الشيء الرئيسي الذي قمت بقياسه هو التوزيع الدقيق للأطوال الموجية للضوء الخارج ( طيف الانبعاث). فقط لأن تألق اثنين من المرجان يبدو أخضر لأعيننا ، على سبيل المثال ، لا يعني أنهما يصدران نفس الأطوال الموجية بالضبط ، وستتيح لك الأدوات المناسبة قياس ذلك.

في النهاية تمكنت من الوصول إلى مقياس الطيف الضوئي ، وهو أداة يمكنها قياس طيف الإثارة. هذا هو في الأساس رسم بياني لـ القدرة النسبية للأطوال الموجية المختلفة لضوء الإدخال على التسبب في تألق شيء ما. يراقب مقياس الطيف الضوئي طولًا موجيًا واحدًا للإخراج ويمسح عبر مجموعة من أطوال موجات الإثارة بدقة عالية جدًا. عندما بدأت في قياس أطياف الإثارة ، رأيت رسومًا بيانية مثل الرسم أدناه. كنت أعلم أن الأشعة فوق البنفسجية ستجعل الشعاب المرجانية تتألق لأن هذه هي الطريقة التي حددت بها العينة في المقام الأول ، ويمكنك رؤية نتوء في منطقة الأشعة فوق البنفسجية في قطعة الأرض. ولكن وفقًا للرسم البياني ، يجب أن يكون الضوء الأزرق أكثر كفاءة في جعل العينة تتألق.

طيف الإثارة الفلورية للشعاب المرجانية الفلورية الخضراء النموذجية. لاحظ مدى قوة الإثارة في المنطقة الزرقاء مقارنة بالأشعة فوق البنفسجية.

تُظهر المؤامرة أدناه ما قد نتوقعه إذا قمنا بإضاءة المرجان بطاقات متساوية من الأشعة فوق البنفسجية والضوء الأزرق. سيبقى طيف الانبعاث كما هو ، لكننا نتوقع استجابة أقوى (أكثر إشراقًا) من اللون الأزرق مقارنة بالأشعة فوق البنفسجية.

أطياف انبعاث الفلورة التمثيلية لشعاب مرجانية مضاءة بطاقات متساوية من الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية.

بمجرد أن رأيت هذه الرسوم البيانية بدأت في تجربة الضوء الأزرق ، وعملت بشكل جيد في المختبر. ثم صنعت أول نموذج أولي للضوء الأزرق تحت الماء واختبرته ضد الأشعة فوق البنفسجية في رحلة بحثية في جزر الباهاما. كان الضوء الأزرق النموذجي ضعيفًا نسبيًا ، حيث تم بناؤه حول مصباح يدوي لمبة خيوط منخفضة الطاقة. كان ضوء الأشعة فوق البنفسجية الذي كنت أختبره ضده أقوى ضوء صنعته على الإطلاق. تم بناؤه حول لمبة تفريغ 35W Phillips DUV ، وهي قريبة من المصابيح عالية الكثافة المستخدمة في بعض المصابيح الأمامية للسيارات باهظة الثمن ومصممة لزيادة ناتج الأشعة فوق البنفسجية. حملت كلاً من الغطس الليلي والتناوب ، أولاً كنت أجرف منطقة من الشعاب المرجانية بالأشعة فوق البنفسجية ثم أرتدي حاجب المرشح الأصفر واكتسحها مرة أخرى بالضوء الأزرق.

لا مسابقة. يتغلب الضوء الأزرق الضعيف على ضوء الأشعة فوق البنفسجية القوي.

نعم ، هناك أشياء تتألق تحت الأشعة فوق البنفسجية ولا تتوهج تحت اللون الأزرق ، لكن العكس هو أكثر واقعية - المزيد من الأشياء كانت متألقة ، وأكثر سطوعًا ، تحت الضوء الأزرق. لقد كان اختيارًا واضحًا لكل من الغوص العام والعلوم ، ومنذ ذلك الحين تحولت تمامًا إلى الضوء الأزرق للاستكشاف والتصوير تحت الماء.

أنت بحاجة إلى استخدام مرشح حاجز أصفر عند البحث عن الفلورة أو التقاط الصور بالضوء الأزرق. عندما تسلط ضوءًا ساطعًا على شيء ما لتجعله يتألق ، ينعكس بعض ضوء الإثارة عليك. نظرًا لأنه يمكنك & # 8217t رؤية الأشعة فوق البنفسجية (هذا هو سبب تسمية & # 8217s & # 8216 الضوء الأسود & # 8217) ، فأنت لا تحتاج إلى قناع. (القناع مدمج بشكل أساسي في عينيك & # 8211 تمتص العدسات الأشعة فوق البنفسجية. وهذا هو السبب في أن بعض الأشخاص الذين لديهم عدسات صناعية مثبتة لإصلاح إعتام عدسة العين يمكنهم رؤية الأشعة فوق البنفسجية.) مع إثارة الضوء الأزرق ، يمكن للضوء الأزرق المنعكس أن يطغى على التألق. يمكنك الغوص بدون الحاجب (البعض يفعل ، على الرغم من أنه غير موصى به) ورؤية العديد من الأشياء تتألق لأنها مشرقة جدًا. ولكن عند إضافة المرشح الأصفر ، يتم حظر كل الضوء الأزرق المنعكس ويمكنك رؤية المزيد من التألق. على سبيل المثال ، هناك تألق أحمر عميق ضعيف من الكلوروفيل الموجود في الطحالب ، بما في ذلك الأعشاب البحرية ودينوفلاجيلات التي تتعايش مع الشعاب المرجانية ، كما ترون في الصورة أدناه. بدون الفلتر فزت & # 8217t ترى هذا. يُعد ارتداء قناع المرشح الأصفر NIGHTSEA فوق القناع الخاص بك ثمنًا زهيدًا لدفعه مقابل الأداء الفائق للضوء الأزرق.

تألق المرجان صورت في جزر البهاما. ينشأ التألق الأحمر في الشعاب المرجانية والطحالب المحيطة من الكلوروفيل. (ج) تشارلز مازل


فصل أصباغ الأوراق باستخدام كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة

تقدم هذه المقالة تجربة معملية بسيطة لفهم أصباغ الأوراق. يستخدم الطلاب كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة لفصل الأصباغ المختلفة الموجودة في مستخلصين مختلفين من الأوراق. يحددون كل صبغة ويحددون ما إذا كان المستخلصان لهما أي أصباغ مشتركة. التجربة مناسبة للطلاب الذين تتراوح أعمارهم بين 11-16 وتستغرق 1-2 ساعة لإكمالها.

لاحظ أننا استخدمنا أوراق من Epipremnum aureum (المعروف باسم اللبلاب الشيطان) و اللبخ بنجامينا (المعروف باسم التين البكاء), ولكن يمكن استخدام أي نوع من أنواع مستخلصات الأوراق. قد ترغب أيضًا في إجراء التجربة باستخدام زهرة ذات ألوان زاهية ، مثل تلك الموجودة في البطونية الجنس ، وكذلك ورقة صفراء أو برتقالية.


أوراق Epipremnum aureum، المعروف باسم لبلاب الشيطان
Joydeep / ويكيميديا ​​كومنز ، CC BY-SA 3.0


أوراق اللبخ بنجامينا المعروف باسم التين البكاء
JM Garg / ويكيميديا ​​كومنز ، CC BY 3.0

بالنسبة للكروماتوغرافيا ذات الطبقة الرقيقة ، نستخدم طورًا متحركًا مدمجًا من الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو الميثان (3: 1: 1) لأنه يوفر أفضل نتيجة فصل. ومع ذلك ، فإنه يتطلب جزءًا من النشاط ليتم تنفيذه داخل غطاء دخان من قبل المعلم. تفصل هذه المرحلة المتنقلة بين الأصباغ بشكل أوضح ، ولكن يمكنك تكييف النشاط لاستخدام الأطوار المتحركة للهكسان أو الإيثانول وحدها ، والتي يمكن للطلاب تنفيذها بأنفسهم. يقوم كل من الهكسان والإيثانول بفصل الأصباغ بنجاح ، لكن التمييز بين كل صبغة ليس واضحًا كما هو الحال عند استخدام المذيب المشترك.

المواد

  • عينات الأوراق (على سبيل المثال E. aureum و F. benjamina) ، مقطعة إلى قطع مقاس 2 سم × 2 سم تقريبًا
  • صفائح كروماتوغرافيا ذات طبقة رقيقة (10 سم × 5 سم) مطلية مسبقًا بجل السيليكا
  • مذيب عضوي يتكون من:
    • 3 أجزاء الهكسان ، سي6ح14
    • جزء واحد من الأسيتون (CH3)2كو
    • جزء واحد من ثلاثي كلورو الميثان ، CHCl3

    ملاحظة السلامة

    يجب ارتداء معطف المختبر والقفازات وواقي العين. المذيبات المستخدمة في هذه التجربة قابلة للاشتعال ، لذا يجب عدم استخدامها بالقرب من اللهب. يجب استخدام المذيب المشترك (الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو ميثان) فقط داخل غطاء الدخان بسبب التقلبات والرائحة والمخاطر الصحية المرتبطة به.

    إجراء

    يجب على الطلاب تنفيذ الخطوات التالية:

    1. ضع عينة الورقة الأولى في الهاون. ضع ماصة 1 مل من الأسيتون في الهاون واستخدم المدقة لطحن العينة حتى تتكسر الورقة.
    2. نقل الخليط إلى بئر من البلاط باستخدام الماصة.
    3. اغسل الهاون والمدقة ، وكرر الخطوات 1-2 باستخدام عينة الورقة الثانية. استخدم ماصة جديدة لإضافة 1 مل من الأسيتون واستخدم هذه الماصة لنقل الخليط إلى بئر جديد من بلاط الإكتشاف.
    4. خذ لوحة الكروماتوغرافيا وارسم خطًا أفقيًا على بعد 1.5 سم من الأسفل باستخدام قلم رصاص. احرص على عدم لمس اللوحة بأصابعك.
    5. باستخدام الماصة الأولى (احرص على عدم خلط الماصات التي تم استخدامها لكل عينة ورقة) ، ارسم بعضًا من عينة الورقة الأولى. ضع قطرة واحدة صغيرة على خط القلم الرصاص على الجانب الأيسر من لوحة الكروماتوغرافيا. تأكد من ترك مساحة كافية لتناسب العينة الثانية على الجانب الأيمن.
    6. انتظر بضع ثوان حتى يجف ، ثم ضع قطرة ثانية على نفس المكان. استمر حتى تضيف حوالي 10 قطرات.
    7. باستخدام الماصة الثانية ، كرر الخطوتين 5 و 6 لعينة الورقة الثانية بإضافتها إلى الجانب الأيمن من اللوحة.
    8. دع الطبق يجف تمامًا.

    يجب أن يقوم المعلم بالخطوات التالية:

    1. داخل غطاء الدخان ، اجمع المذيبات بالنسب التالية: الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو ميثان ، 3: 1: 1.
    2. أضف المذيب المدمج إلى الدورق. يجب إضافة طبقة ضحلة فقط من المذيب ، بحيث لا يتم غمر خط القلم الرصاص الموجود على لوحة الكروماتوغرافيا.
    3. ضع لوحة الكروماتوغرافيا عموديًا في الدورق ، مع وضع خط القلم الرصاص في الأسفل ، وقم بتغطية الدورق بزجاج ساعة. يمكن للطلاب مشاهدة بينما يتحرك المذيب لأعلى اللوح وفصل الأصباغ.
    4. انتظر حتى يتحرك المذيب لمسافة 6 سم تقريبًا من نقطة البداية (سيستغرق ذلك حوالي 15-30 دقيقة) قبل إزالة اللوحة من الدورق ، وتركها داخل غطاء الدخان.
    5. استخدم قلم رصاص لتحديد النقطة الأبعد التي وصل إليها المذيب بسرعة. اترك اللوح يجف تمامًا قبل إزالته من غطاء الدخان.

    يجب على الطلاب تنفيذ الخطوات التالية:

    1. قم بتصوير الكروماتوجرام بمجرد أن يجف. سوف تتلاشى الألوان في غضون ساعات قليلة. اطبع نسخة من الصورة لملاحظاتك.
    2. باستخدام صورة الكروماتوجرام ، حاول معرفة عدد الأصباغ الموجودة في كل مستخلص ورقة.
    3. انظر الآن إلى التركيبات الكيميائية للأصباغ المختلفة (انظر الشكل 1). هل يمكنك تحديد الصبغة التي هي (راجع قسم الشرح لمزيد من الإرشادات)؟ اكتب إجاباتك.
    4. قم بقياس المسافات التي يقطعها المذيب والأصباغ ، واحسب عامل التخلف (Rf) باستخدام المعادلة التالية:
      Rf = (المسافة المقطوعة بواسطة الصباغ) / (المسافة المقطوعة بواسطة المذيب)

    سجل نتائجك في جدول. قارن هذه بالقيم الواردة في الجدول 1: هل كانت إجاباتك صحيحة؟

    الشكل 1: التركيبات الكيميائية للأصباغ الضوئية: الكلوروفيل أ وب ، β- كاروتين ، وفيولاكسانثين (صبغة زانثوفيل). مجموعات قطبية محاطة بدائرة زرقاء ، ومجموعات غير قطبية محاطة بدائرة باللون الأحمر. (اضغط للتكبير)
    نيكولا جراف

    تفسير

    يتم فصل الأصباغ المختلفة في مستخلص الأوراق بناءً على صلاتها بالمرحلة الثابتة (السيليكا على لوحة كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة - مادة قطبية) والطور المتحرك (المذيب - مادة غير قطبية). المركبات ذات الألفة العالية للمذيب (أي المركبات غير القطبية) سوف تتحرك أبعد بكثير من المركبات ذات الانجذاب العالي للسيليكا (أي المركبات القطبية).

    في مثالنا (انظر الشكل 2) ، احتوى مستخلصا الأوراق على أربعة أصباغ. تحرك الصباغ 4 مسافة أقصر من الصبغة 1 ، مما يشير إلى أن الصباغ 4 أكثر قطبية وأن الصباغ 1 أقل قطبية. من خلال النظر في التركيبات الكيميائية للأصباغ المختلفة والمجموعات القطبية وغير القطبية ، يمكن للطلاب محاولة تحديد الأصباغ في كل من مستخلصات الأوراق.

    سيحتاجون إلى معرفة أنه ، من بين المجموعات الوظيفية الموجودة في الأصباغ في الشكل 1 ، فإن مجموعات الكحول هي المجموعات الأكثر قطبية ، والإستر والأثير الأقل قطبية ، وتوجد مجموعات الألدهيد والكيتون بينهما. من هذا ، يمكننا أن نستنتج أن الكاروتينات هي أقل أصباغ قطبية (لا توجد مجموعات قطبية) ، وأن الزانثوفيل هي الأكثر قطبية (مجموعتان من الكحول ، واحدة في كل نهاية من الجزيء). لذلك ، من المحتمل أن تكون الأصباغ 1 و 2 من الكاروتين ، ومن المرجح أن تكون الصبغة 4 من الزانثوفيل. من المحتمل أن تكون الصباغ 3 عبارة عن كلوروفيل ، لأنه أكثر قطبية من الكاروتين ولكنه أقل قطبية من الزانثوفيل. يمكنك ملاحظة اللون الأخضر المميز من الكلوروفيل على الكروماتوجرام.


    الشكل 2: اللوني وقيم التردد الراديوي المقابلة لعينتين من الأوراق (E. aureum و F. benjamina) باستخدام طور متحرك من الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو ميثان
    جوزيب تاراغو سيلادا

    انظر الآن إلى قيم Rf ، التي تتراوح بين 0 و 1 ، حيث يشير الصفر إلى صبغة لا تتحرك على الإطلاق ، ويشير 1 إلى صبغة تتحرك على مسافة مساوية للمذيب.تختلف قيمة Rf اعتمادًا على المذيب المستخدم ، لكن الترتيب العام للأصباغ (من أعلى إلى أدنى قيمة Rf) يظل عادةً كما هو ، لأن المركبات غير القطبية تتحرك أبعد من المركبات القطبية. قيم RF للأصباغ المختلفة (باستخدام الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو ميثان (3: 1: 1) للمذيب) موضحة في الجدول 1.

    الجدول 1: قيم التردد الراديوي لمجموعة متنوعة من أصباغ النبات ، محسوبة من مخطط كروماتوجرافي باستخدام الهكسان والأسيتون وثلاثي كلورو ميثان (3: 1: 1) للمرحلة المتنقلة (Reiss ، 1994).
    صبغة قيمة الترددات اللاسلكية
    كاروتين β 0.98
    الكلوروفيل أ 0.59
    الكلوروفيل ب 0.42
    الأنثوسيانين 0.32-0.62
    زانثوفيل 0.15-0.35

    مناقشة

    بعد التجربة ، يمكنك أن تطلب من طلابك بعض الأسئلة التالية لقياس فهمهم للأصباغ النباتية والكروماتوغرافيا ذات الطبقة الرقيقة.


    كيف يبدو طيف الكلوروفيل الفلوري؟ - مادة الاحياء

    الفصل العاشر: التمثيل الضوئي

    نظرة عامة: العملية التي تغذي المحيط الحيوي

    الشكل 10.1 - كيف يمكن لضوء الشمس ، الذي يُنظر إليه هنا على أنه طيف من الألوان في قوس قزح ، أن يساعد في تكوين المواد العضوية؟

    الشكل 10.2 - فوتوتروفس

    الشكل 10.3 - الأثر: الوقود البديل من النباتات والطحالب

    10.1 التمثيل الضوئي يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية للأغذية

    البلاستيدات الخضراء: مواقع التمثيل الضوئي في النباتات

    الشكل 10.4 - تكبير موقع التمثيل الضوئي في النبات

    تتبع الذرات من خلال التمثيل الضوئي: بحت علمي

    انقسام الماء

    الشكل 10.5 - تتبع الذرات من خلال التمثيل الضوئي

    التمثيل الضوئي كعملية الأكسدة والاختزال

    مرحلتي التمثيل الضوئي: معاينة

    الشكل 10.6 - لمحة عامة عن التمثيل الضوئي: تعاون تفاعلات الضوء ودورة كالفن

    10.2 تقوم التفاعلات الضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية لـ ATP و NADPH

    · المجال الكهرومغناطيسي

    الشكل 10.7 - الطيف الكهرومغناطيسي

    أصباغ التمثيل الضوئي: مستقبلات الضوء

    الشكل 10.8 - لماذا الأوراق خضراء: تفاعل الضوء مع البلاستيدات الخضراء

    الشكل 10.9 - طريقة البحث: تحديد طيف الامتصاص

    الشكل 10.10 - استفسار: ما هي الأطوال الموجية للضوء الأكثر فعالية في قيادة عملية التمثيل الضوئي؟

    الشكل 10.11 - تركيب جزيئات الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء للنباتات

    إثارة الكلوروفيل بالضوء

    الشكل 10.12 - إثارة مادة الكلوروفيل المعزولة بالضوء

    نظام ضوئي: مجمع مركز رد فعل مرتبط بمجمعات حصاد الضوء

    · مجمع مركز التفاعل

    · مجمع الحصاد الخفيف

    · متقبل الإلكترون الأساسي

    الشكل 10.13 - هيكل ووظيفة نظام ضوئي

    الشكل 10.14 - كيف يتدفق الإلكترون الخطي أثناء تفاعلات الضوء لتوليد ATP و NADPH

    الشكل 10 . 15 - تشبيه ميكانيكي لتدفق الإلكترون الخطي أثناء تفاعلات الضوء

    الشكل 10.16 - التدفق الإلكتروني الدوري

    مقارنة بين التسمم الكيميائي في البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا

    الشكل 10.17 - مقارنة بين التسمم الكيميائي في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء

    الشكل 10.18 - تفاعلات الضوء والتضخم الكيميائي: تنظيم غشاء الثايلاكويد

    10.3 تستخدم دورة كالفين الطاقة الكيميائية لـ ATP و NADPH لتقليل ثاني أكسيد الكربون2 للسكر

    · جليسيرالديهيد 3 فوسفات (G3P)

    · المرحلة الأولى: تثبيت الكربون

    · المرحلة 3: تجديد ثاني أكسيد الكربون2 قابل (RuBP)

    الشكل 10.19 - دورة كالفين

    10.4 تطورت الآليات البديلة لتثبيت الكربون في المناخات الحارة والجافة

    التنفس الضوئي: أثر تطوري؟

    الشكل 10.20 - ج4 تشريح الأوراق و C.4 مسار

    · استقلاب حمض الكراسولاسين (CAM)

    الشكل 10.21 - ج4 و CAM التمثيل الضوئي مقارنة.

    أهمية التمثيل الضوئي: مراجعة

    الشكل 10.22 - مراجعة لعملية التمثيل الضوئي

    10.1 التمثيل الضوئي يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية للغذاء

    1. كيف تصل الجزيئات المتفاعلة لعملية التمثيل الضوئي إلى البلاستيدات الخضراء في الأوراق؟

    ا2 يدخل من خلال الثغور ويدخل الماء من خلال الوريد الذي يؤدي إلى الجذور.

    2. كيف ساعد استخدام نظير الأكسجين في توضيح كيمياء التمثيل الضوئي؟

    سمح بتتبع الجزيئات من خلال معرفة مكان وصول الأكسجين الذي تم إدخاله.

    3. تتطلب دورة كالفين ATP و NADPH ، وهي نتاج تفاعلات الضوء. إذا أكد أحد الزملاء أن تفاعلات الضوء لا تعتمد على دورة كالفن ، ومع الضوء المستمر ، يمكنه الاستمرار في إنتاج ATP و NADPH ، فكيف سترد؟

    هذه كمية محدودة من ADP و NADP + وبدون أن تحول دورة كالفن تلك إلى ATP و NADPH ، ستتوقف تفاعلات الضوء في النهاية عن إنتاج ATP و NADPH.

    4. قارن ووصف أدوار أول أكسيد الكربون2 و ح2يا في التنفس والتمثيل الضوئي.

    في التنفس CO2 هو منتج ثانوي لدورة حامض الستريك و H2O هو منتج ثانوي لسلسلة نقل الإلكترون. في التمثيل الضوئي ، CO2 مطلوب في دورة كالفين لإنتاج السكر و H.2مطلوب O في تفاعلات الضوء لإنشاء منتج ثانوي لـ O2.

    10.2 تقوم التفاعلات الضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية لـ ATP و NADPH

    1. ما هو لون الضوء الأقل فعالة في قيادة عملية التمثيل الضوئي؟ يشرح.

    أخضر لأنه ينعكس أو ينتقل بواسطة الكلوروفيل.

    2. مقارنة بمحلول الكلوروفيل المعزول ، لماذا تطلق البلاستيدات الخضراء السليمة حرارة وفلورة أقل عند إضاءتها؟

    لأنه في البلاستيدات الخضراء يحدث تفاعل الضوء الذي يأخذ الفوتون وينقل الإلكترون عبر النظام بينما الكلوروفيل المعزول ليس جزءًا من النظام وبالنسبة لهم تكون الإلكترونات متحمسة وبمجرد سقوطها تنبعث من الفلورة.

    3. في ضوء التفاعلات ، ما هو المتبرع الأولي للإلكترون؟ أين تنتهي الإلكترونات أخيرًا؟

    المتبرع الأولي للإلكترون هو فوتون من الطاقة الضوئية. تنتهي الإلكترونات باسم NADPH.

    4. في إحدى التجارب ، يمكن للبلاستيدات الخضراء المعزولة الموضوعة في محلول مضاء مع المواد الكيميائية المناسبة إجراء تخليق ATP. توقع ما سيحدث لمعدل التخليق إذا تمت إضافة مركب إلى المحلول الذي يجعل الأغشية قابلة للاختراق بحرية لأيونات الهيدروجين.

    قد ينخفض ​​تخليق ATP لأن تدرج أيون الهيدروجين هو ما يدفع عملية التوليف عن طريق التسبب في دوران ATP وتشكيل ATP من ADP والفوسفور غير العضوي.

    5. الرجوع إلى الشكل 10.10. إذا كان إنجلمان قد استخدم مرشحًا يسمح بمرور الضوء الأحمر فقط ، فكيف ستختلف النتائج؟

    كل البكتيريا الهوائية كانت ستجمع بالضوء الأحمر ، وليس في أي مكان آخر.

    6. الرجوع إلى الشكل 10.12. إذا تعرضت ورقة تحتوي على تركيز مماثل من الكلوروفيل مثل المحلول إلى نفس الضوء فوق البنفسجي ، فلن يتم رؤية أي وميض. اشرح الفرق في انبعاث الفلورة بين المحلول والورقة.

    في الورقة ، لن تتأثر الإلكترونات فقط وتنبعث منها الضوء أو الحرارة. كانوا سيستمرون في نظام التفاعل الضوئي وتحويلهم إلى NADPH.

    7. انظر إلى الشكل 10.15 ، واشرح كيف يمكنك تعديله لإظهار تشابه ميكانيكي لتدفق الإلكترون الدوري.

    فقط برج PS I سيكون هناك مع دورة إلكترونية حوله ويتم إطلاق ATP مع كل دورة.

    8. طيف امتصاص الكلوروفيل أ يختلف عن طيف عمل التمثيل الضوئي. اشرح هذه الملاحظة.

    هذا بسبب امتصاص الضوء بواسطة الأصباغ الإضافية مثل الكلوروفيل ب والكاروتينات.

    10.3 تستخدم دورة كالفين الطاقة الكيميائية لـ ATP و NADPH لتقليل ثاني أكسيد الكربون2 للسكر

    1. لتجميع جزيء جلوكوز واحد ، تستخدم دورة كالفين ___ 6 _____ جزيئات من ثاني أكسيد الكربون2، ___ 18 _____ جزيء من ATP و __ 12 ______ جزيء من NADPH.

    2. اشرح سبب توافق الأعداد الكبيرة من جزيئات ATP و NADPH المستخدمة خلال دورة كالفين مع القيمة العالية للجلوكوز كمصدر للطاقة.

    يمكن أن تستخدم النباتات الجلوكوز كغذاء أو بنية وبالتالي بدونه يموت النبات. إن استثمار الكثير من ATP و NADPH يستحق العيش من أجله.

    3. اشرح لماذا يثبط السم الذي يثبط إنزيم دورة كالفين تفاعلات الضوء.

    لأن كلاهما يحتوي على إنزيمات في سلاسل نقل الإلكترون الخاصة بهم والتي تنقل الإلكترونات إلى البروتينات المستقبلة. إذا تم تثبيط هذه الإنزيمات ، فإن ETC لكلتا العمليتين ستتوقف عن العمل.

    4. راجع الشكلين 9.9 (ص 169) و 10.19. ناقش دور الوسيط والمنتج الذي يلعبه جلسيرالديهيد 3-فوسفات (G3P) في العمليتين الموضحتين في هذه الأشكال.

    في دورة كالفين ، G3P هو ما تم إنشاؤه وهو اللبنة الأساسية للجلوكوز. في عملية تحلل السكر ، تقوم العملية بتكسير الجلوكوز مرة أخرى إلى G3P. تعمل العمليات في الاتجاه المعاكس عند مقارنة G3P.

    5. الرجوع إلى الشكل 10.19. في أي أشكال تدخل ذرات الكربون وتخرج من الدورة؟

    Rubisco - تثبيت الكربون - يضيف CO2 للسكر
    يستخدم ATP في المرحلتين 2 و 3 لإضافة الفوسفات غير العضوي إلى الجزيئات المبنية.
    NADPH - المرحلة 2 - لإزالة الفوسفات غير العضوي.

    10.4 تطورت الآليات البديلة لتثبيت الكربون في المناخات الحارة والجافة

    1. اشرح لماذا يقلل التنفس الضوئي من ناتج التمثيل الضوئي للنباتات.

    يتطلب التمثيل الضوئي ATP لتكوين السكريات. لا ينتج عن التنفس الضوئي أي ATP ويحول ثاني أكسيد الكربون2 جدا2 بدون صنع أي سكر.

    2. وجود PS I فقط ، وليس PS II ، في خلايا غمد الحزمة من C.4 النباتات لها تأثير على O2 تركيز. ما هو هذا التأثير وكيف يمكن أن يفيد النبات؟

    ينشئ PSII O2 بينما PSI لا.

    3. كيف تتوقع الوفرة النسبية لـ C3 مقابل ج4 وأنواع الطبابة البديلة في منطقة جغرافية يصبح مناخها أكثر سخونة وجفافًا ، دون تغيير في ثاني أكسيد الكربون2 تركيز؟

    ج4 و CAM ستزيد بينما C.3 سوف تنخفض. CAM و C4 سيظل يجمع ثاني أكسيد الكربون2 وتخزينه بينما C3 لا يمكن.

    4. لماذا C4 و CAM التمثيل الضوئي أكثر تكلفة من CAM من ناحية الطاقة3 البناء الضوئي؟ ما الظروف المناخية التي تفضل C4 ومصانع CAM؟

    يستخدمون ATP للمساعدة في تخزين أو تحويل ثاني أكسيد الكربون2 في أشكال أخرى قابلة للاستخدام. حار و جاف.

    المعرفة / الفهم سؤال وجواب

    1. تزود التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي دورة كالفن بـ ...

    د. ATP و NADPH.

    2. أي من التسلسلات التالية يمثل بشكل صحيح تدفق الإلكترونات أثناء عملية التمثيل الضوئي؟

    ب. ح2O → NADPH → دورة كالفين

    ج. NADPH ← الكلوروفيل ← دورة كالفين

    د. ح2O → نظام ضوئي I → نظام ضوئي II

    ه. NADPH → سلسلة نقل الإلكترون → O2

    3. كيف يتشابه التمثيل الضوئي في C4 النباتات والنباتات CAM؟

    أ. في كلتا الحالتين ، يتم استخدام نظام الصور أنا فقط.

    ب. كلا النوعين من النباتات يصنعان السكر بدون دورة كالفين.

    ج. في كلتا الحالتين ، لا يتم استخدام rubisco لإصلاح الكربون في البداية.

    د. كلا النوعين من النباتات يصنعان معظم السكر في الظلام.

    ه. في كلتا الحالتين ، لا تشارك الثايلاكويدات في عملية التمثيل الضوئي.

    4. أي من العبارات التالية يعتبر تمييزًا صحيحًا بين الكائنات ذاتية التغذية وغيرية التغذية؟

    أ. فقط الكائنات غيرية التغذية تتطلب مركبات كيميائية من البيئة.

    ب. التنفس الخلوي فريد من نوعه للكائنات غيرية التغذية.

    ج. فقط الكائنات غيرية التغذية لديها الميتوكوندريا.

    د. يمكن للتغذية الذاتية ، ولكن ليست غيرية التغذية ، أن تغذي نفسها بدءًا من ثاني أكسيد الكربون2 وغيرها من العناصر الغذائية غير العضوية.

    ه. فقط الكائنات غيرية التغذية تتطلب الأكسجين.

    5. أي مما يلي يفعل ليس تحدث خلال دورة كالفين؟

    ج. إطلاق الأكسجين

    د. تجديد ثاني أكسيد الكربون2 متقبل

    التطبيق / التحليل سؤال وجواب

    1. في الآلية ، تشبه عملية الفسفرة الضوئية إلى حد كبير ...

    أ. الفسفرة على مستوى الركيزة في تحلل السكر.

    ب. الفسفرة المؤكسدة في التنفس الخلوي.

    2. ما هي العملية التي تحركها الطاقة الضوئية بشكل مباشر؟

    أ. إنشاء تدرج الأس الهيدروجيني عن طريق ضخ البروتونات عبر غشاء الثايلاكويد


    كيف يبدو طيف الكلوروفيل الفلوري؟ - مادة الاحياء

    التغذية التلقائية
    (أو ، الحياة ظاهرة كيميائية ضوئية)

    لمحة عامة عن التمثيل الضوئي:
    يمكن تعريف التمثيل الضوئي على أنه تخليق الكربوهيدرات الذي يحركه الضوء. تذكر معادلة هذا التفاعل:

    من هذه المعادلة البسيطة يمكننا التوصل إلى بعض الاستنتاجات الأنيقة:

    A. التمثيل الضوئي هو تفاعل الأكسدة والاختزال

    • كو2 يتم تقليله إلى كربوهيدرات [(CH20)ن ]

    • يتأكسد الماء (إلى أكسجين)

    • يمد الماء الإلكترونات لتقليل ماء ثاني أكسيد الكربون في العملية التي تنتج الأكسجين كمنتج ثانوي.

    • يوفر الضوء الطاقة للتقليل. يقوم الضوء أساسًا بتقسيم الماء (التحلل الضوئي) لإنتاج الإلكترونات والبروتونات من أجل التمثيل الضوئي.

    B. التمثيل الضوئي هو عملية تحويل الطاقة.
    أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة الضوئية في النهاية إلى طاقة كيميائية (كربوهيدرات). بمعنى واسع ، إنه مثال على القانون الأول للديناميكا الحرارية (تذكر أنه لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها ، ولكن يمكن تغييرها من شكل إلى آخر).

    نموذج ملخص الصندوق الأسود لعملية التمثيل الضوئي.
    الرسم البياني المقدم في الفصل. يوضح هذا النموذج أن هناك ثلاثة تحويلات رئيسية للطاقة أثناء عملية التمثيل الضوئي:

    الطاقة المشعة (ضوء الشمس) - الطاقة الكهربائية (مرور الإلكترونات عبر سلسلة من الناقلات) - الطاقة الكيميائية (ATP ، NADPH غير مستقر) - الطاقة الكيميائية (الكربوهيدرات مستقرة). التحويلين الأولين هما جزء من التفاعلات المعتمدة على الضوء التي تحدث في أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء ، وتشير الخطوة الأخيرة إلى التفاعلات المستقلة عن الضوء (دورة كالفين) التي تحدث في السدى.

    II. أوراق - أعضاء التمثيل الضوئي الأولية
    الأوراق هي مجمعات شمسية مثالية. هذه الأعضاء واسعة ومسطحة للسماح بحصاد خفيف فعال. الأوراق واسعة لتعظيم مساحة السطح لحصاد الضوء وهي رقيقة لأن الضوء لا يمكن أن يخترق بعمق شديد في الورقة (كمية الضوء تتناقص أضعافا مضاعفة مع المسافة). جانبا ، على الرغم من امتصاص غالبية الضوء بالقرب من سطح الورقة ، في بعض الحالات ، يمكن أن تعمل أنسجة النبات مثل كابلات الألياف البصرية التي يمكن أن تنقل بعض الضوء بعمق في جسم النبات.

    حتى داخل الورقة الرقيقة ، توجد معظم البلاستيدات الخضراء في الطبقة العليا من الخلايا ، طبقة الحاجز ، وهي طبقة نسيجية أسفل البشرة العلوية للورقة. هذا يجعل & quotsense & quot لأن هذه الخلايا تتلقى أكبر قدر من الضوء من أي منطقة في الورقة.

    تتضاعف الأوراق كوسيلة لتبادل الغازات الضوئية (امتصاص ثاني أكسيد الكربون والتخلص من الأكسجين) مع البيئة. تحتوي الأوراق على مسام في السطح (ثغور) تنظم دخول / خروج الغازات وتمنع فقدان الماء الزائد.

    تعمل الطبقة الإسفنجية من الورقة مثل & quotlung & quot زيادة الطبقة الداخلية مساحة السطح ويوفر انتشارًا أسرع داخل الورقة. لاحظ مرة أخرى أن الأوراق رقيقة - وهذا يتجنب الحاجة إلى الرئتين أو أي نوع آخر من المضخات لتحريك الغازات. حيث تعريف ترتبط المعدلات عكسيًا بالمسافة ، يمكن أن يفسر الانتشار البسيط حركات الغاز داخل / خارج الورقة. ميزة إضافية لوجود أوراق كبيرة للحصاد الخفيف هي أنها توفر مساحة كبيرة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون.

    تزود الأوردة والأنسجة الوعائية الورقة بالماء (نسيج الخشب) وتنقل المنتجات النهائية إلى أجزاء أخرى من النبات (اللحاء).

    ثالثا. البلاستيدات الخضراء - العضيات المتخصصة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي

    هيكل .
    تذكر وحدة الخلية؟ لتنشيط ذاكرتك ، أعد قراءة فصل الخلية. المصطلحات التي يجب أن تعرفها هي Thylakoid (أو lamellae) ، والفضاء بين الغشاء ، والغشاء المزدوج ، والسدى ، والجربان (Grana).

    ب. الكيمياء . تحتوي على البلاستيدات الخضراء.

    • DNA - حلقة دائرية ، تشبه الكروموسوم البكتيري وإن كانت أصغر بكثير - فقط ما يكفي من النيوكليوتيدات (كاليفورنيا. 120-160 كيلو قاعدة) لترميز حوالي 120 بروتينًا
    • RNA
    • الريبوسومات
    • البروتينات - يتم ترميز بعضها بواسطة الجينات الموجودة في النواة ، والبعض الآخر بواسطة الجينات الموجودة في DNA البلاستيدات الخضراء. على سبيل المثال ، يحتوي إنزيم rubisco ، وهو إنزيم مهم ، على وحدتين فرعيتين مختلفتين ، واحدة مشفرة من قبل كل مصدر. الجينات النووية ضرورية لوظيفة البلاستيدات الخضراء ، لكن العكس ليس صحيحًا
    • ستة بروتينات متكاملة - مشفرة بواسطة جينوم البلاستيدات الخضراء
    • ثلاثة بروتينات طرفية - مشفرة بواسطة الجينوم النووي تربط Ca 2+ و Cl -
    • 4 مينيسوتا 2+
    • LHCII - مركب صبغ حصاد خفيف مرتبط بـ PSII. وهي تتألف من: (1) حوالي 250 كلوروفيل أ & أمبير ب، بكميات متساوية تقريبًا (2) بروتينات زانثوفيل (3) - كل صبغة مرتبطة بالبروتين. يتم ترميز البروتين بواسطة الجينوم النووي
    • مركز تفاعل P680 - كلوروفيل فريد أ، الحد الأقصى لامتصاص الضوء الأحمر عند 680 نانومتر قد يكون في الواقع اثنين من الكلوروفيل أ جزيئات هذا هو الكلوروفيل الذي يقسم ويقطع الإلكترونات

    ثالثا. من الفوتونات إلى الإلكترونات

    • جزء من الطيف الكهرومغناطيسي - الإشعاع المنبعث من الشمس.
    • تعمل كجسيمات منفصلة (تسمى الفوتونات)
    • يسافر على شكل موجات
    • الطول الموجي - المسافة بين أي قمتين (أو قاع). يرمز لها لامدا (& # 955)
    • التردد - عدد الموجات التي تمر بنقطة في ثانية واحدة (& # 957). يرتبط التردد عكسيًا بطول الموجة & # 957 = c / & # 955 حيث c = سرعة الضوء (3 × 10 10 سم ثانية -1). (ليس في الامتحان)
    • طاقة الفوتون هي كمية.

    ب. ما هي الفوتونات المهمة في عملية التمثيل الضوئي؟
    قم بتشغيل طيف العمل (رسم بياني لعملية فسيولوجية مقابل الطول الموجي).

    **** تشير إلى طيف عمل التمثيل الضوئي ****

    الخلاصة: الإشعاعات بين 400-700 نانومتر نشطة ضوئيًا (تسمى PAR). على وجه التحديد ، الضوء الأحمر (600 درجة) والأزرق (400 درجة) له أهمية خاصة.

    يجب امتصاص الفوتونات لاستخدامها في تفاعل كيميائي ضوئي .
    إذن ، ما الجزيئات التي تمتص الضوء الأحمر والأزرق؟ قم بتشغيل طيف الامتصاص من الصبغات المرشحة المحتملة (مخطط امتصاص الضوء مقابل الطول الموجي) ومقارنتها بطيف الحركة.

    **** تشير إلى طيف امتصاص أصباغ التمثيل الضوئي. ****

    الكلوروفيل أ & أمبير ب تمتص الضوء في المناطق الحمراء والزرقاء من الطيف المرئي. لاحظ أن طيف الامتصاص الخاص بهم يتطابق تمامًا مع طيف عمل التمثيل الضوئي ، وبالتالي ، يشير بقوة (على الرغم من عدم إثباته) في هذه العملية. (أظهر العمل اللاحق أن الكلوروفيل هو أصباغ التمثيل الضوئي الرئيسية).

    د. دوه!
    في الواقع ، لم يكن من الضروري تحضير أطياف الحركة والامتصاص لمعرفة أن الضوء الأحمر والأزرق مهمان لعملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن الأوراق خضراء ، فهذا يعني أنها لا تمتص الأطوال الموجية الخضراء للضوء في الطيف المرئي ولكنها تمتص الباقي (الأزرق والأحمر). وبالتالي ، فهذه هي المتاحة لعملية التمثيل الضوئي. على سبيل المثال ، إذا نظرت من خلال زوج من النظارات الشمسية الحمراء ، يبدو العالم ورديًا. وذلك لأن الصبغة الموجودة في العدسة تمتص جميع الأطوال الموجية للضوء ما عدا اللون الأحمر الذي يمكن أن ينتقل بعد ذلك من خلال العدسة إلى عينك.

    1. جودة خفيفة
      يشير إلى الأطوال الموجية للضوء التي تعتبر مهمة.تتراوح الإشعاعات النشطة ضوئيًا (PAR) من 400 إلى 700 نانومتر مع قمم باللونين الأحمر والأزرق.
    2. كمية خفيفة.
      يشير إلى كمية الضوء (PAR) المستلمة بوحدات مول م -2 ث -1 ، تسمى معدل تألق الفوتون أو وحدات الطاقة ، J m -2 s -1.

    F. ماذا يحدث عندما يمتص الكلوروفيل الضوء ?
    يصبح جزيء الكلوروفيل متحمسًا (يستغرق ذلك 10-15 ثانية فقط = فيبثوسيك) وينتقل الإلكترون إلى مستوى طاقة خارجي. CHL (الحالة الأرضية) CHL * (حالة الإثارة)

    يثير الضوء الأزرق الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى من الضوء الأحمر. تخيل & quot؛ رنين الجرس في الكرنفال. & quot ؛ لا تبقى الإلكترونات متحمسة لفترة طويلة (10 -9 ثوانٍ) - يمكنهم:

    1. العودة إلى الأرض وإطلاق الطاقة كحرارة (تعطيل حراري)
    2. العودة إلى حالة الأرض وإطلاق الطاقة كضوء (الفلورة)
    3. يمكن نقل الطاقة إلى جزيء آخر ، مثل ضرب كرات البلياردو (نقل الرنين). مثال:
      CHL1 * + CHL2 & # 8594 شيلي1 + CHL2 *
    4. تستخدم في تفاعل ضوئي كيميائي (يتم تمريره إلى حامل إلكترون). مثال:
      CHL * + ناقل الإلكترون (ثور) & # 8594 CHL + + ناقل الإلكترون (أحمر) -

    G. لماذا تثير الإلكترونات؟
    الغرض النهائي من الإلكترونات المثيرة من الكلوروفيل هو توفير الطاقة اللازمة لنقل الإلكترونات من الماء إلى NADP +. يعد هذا ضروريًا لأن الماء لديه حالة طاقة أقل من NADP + - وبالتالي ، فإن الطريقة الوحيدة لنقل الإلكترونات من الماء إلى NADP + هي إثارةهم أولاً إلى حالة طاقة عالية حتى يتمكنوا من التدفق إلى أسفل إلى NADP +.

    رابعا. مخطط Z (أو ، التفاعلات المعتمدة على الضوء أو ، الفسفرة الضوئية غير الدورية)

    أ. نظرة عامة .
    أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، يتم نقل الإلكترونات من الماء إلى NADP +. يتم وصف رد الفعل هذا على النحو التالي: H2O NADP +

    في الثايلاكويد ، ثلاثة من المجمعات المذكورة أعلاه (III.B.3.a) مسؤولة عن نقل الإلكترونات من الماء إلى NADP +. هذه هي Photosystem II (PSII) ، ومجمع السيتوكروم b / f (cyt b / f) ، ونظام الصور الأول (PSI). بعد إزالة الإلكترونات من الماء ، يتم نقلها بالتتابع من PSII إلى مجمع cyto b / f إلى PSI ثم أخيرًا إلى NADP +. هكذا:

    ح2O - PSII - Cytb / f - PSI - NADP +

    نظرًا لأن المجمعات الثلاثة منفصلة فعليًا عن بعضها البعض في غشاء الثايلاكويد ، يجب أن تكون هناك وسيلة لنقل الإلكترونات بين المجمعات. شكل متحرك من plastoquinone (PQ) ينقل الإلكترونات من PSII إلى cyt b / f. يقوم البروتين المحتوي على النحاس ، البلاستوسيانين (PC) ، بنقل الإلكترونات من مركب السيتوكروم b-f إلى PSI. وبالتالي ، يتم تعديل تسلسل التفاعل على النحو التالي:

    ح2O - PSII - PQ - Cytb / f - الكمبيوتر الشخصي - PSI - NADP +

    يتطلب نقل الإلكترونات من PSI إلى NADP + حاملًا قابلًا للذوبان موجودًا في السدى ، وهو ferroxin (Fd). وبالتالي فإن معادلتنا المعدلة:

    ح2O - PSII - PQ - Cytb / f - الكمبيوتر الشخصي - PSI - Fd - NADP +

    يتضمن نقل الإلكترونات من الماء إلى PSII مركبًا متطورًا & quot؛ مثل OEC) وهو جزء من PSII وغني بأيونات الكلوريد والمنغنيز. هكذا،

    ح2O OEC PSII PQ Cytb / f PC PSI Fd NADP +

    أصل الاسم Z Scheme.
    مشتقة من ترتيب المكونات فيما يتعلق بإمكانيات الطاقة. لكن ، لماذا لا نسميها مخطط N؟

      1. يوجد تدرج الأس الهيدروجيني في البلاستيدات الخضراء. تفريغ التدرج مع المخازن المؤقتة يمنع تخليق ATP
      2. تفكيك مثل DNP & quot ؛ فتحات & quot في الثايلاكويد مما يجعلها & quot ؛ متسربة & quot ؛ وتفريغ التدرج الذي يمنع تخليق ATP. لاحظ أن هذا لا يوقف تدفق الإلكترون - في الواقع ، عادة ما يزيد المعدل.

      السادس. الحد النهائي - دورة كالفن بنسون أو الحد من الكربون الضوئي

      • تسمى & مثل ردود الفعل المظلمة & quot لأن التفاعلات لا تتطلب ضوءًا - ومع ذلك ، لاحظ أن هذه التفاعلات يمكن (وتحدث) في الضوء. بمعنى ما يمكن اعتبارها & quot ؛ تعتمد على الإضاءة & quot لأنها تتطلب ATP و NADPH التي تم إنشاؤها أثناء مخطط Z.
      • تسمى دورة كالفن - على اسم الزميل وزملائه الذين عملوا على معظم ردود الفعل. إذا كنت قد فعلت ذلك ، فستمتلك أيضًا جائزة نوبل
      • يحدث في السدى
      • هناك أربع خطوات رئيسية: التثبيت - التخفيض - إعادة الترتيب - الشحن (لاحظ أن هذا يختلف قليلاً عن النص)
      • يرتبط ثاني أكسيد الكربون بـ RuBP (ريبولوز ثنائي فوسفات C5) لتكوين جزيئين من PGA (C3)
      • أول منتج لتثبيت الكربون هو PGA (تجارب كالفين)
      • محفزًا بواسطة إنزيم كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات (روبيكو).
      • روبيسكو هو البروتين الأكثر وفرة على وجه الأرض فهو يشكل 50٪ من بروتين الأوراق
      • يتم تقليل PGA إلى G3P
      • هذا هو تسلسل رد فعل من خطوتين
      • أولاً ، يتم فسفرة PGA باستخدام ATP إلى 1.3-bisphosophoglycerate والذي يتم تقليله لاحقًا إلى G3P (لاحظ أنه يتم فقد الفوسفات أثناء هذا التفاعل). يوفر NADPH الإلكترونات للاختزال
      • متطلبات الطاقة - في هذه المرحلة من الدورة ، لكل من ثنائي أكسيد الكربون الثابت ، يلزم وجود اثنين من ATP واثنين من NADPH (واحد لكل من PGAs)
      • انظر النفقات العامة والرسم البياني في النص للحصول على التفاصيل
      • يجب أن تدور الدورة 3 مرات لإنتاج سكر صافي واحد من ثلاث كربون
      • المنتج النهائي للدورة هو ribulose-5-P (RuP)


      E. ملخص : يتطلب تثبيت 1 من ثاني أكسيد الكربون: 3 ATP و 2 NADPH.


      سابعا. النباتات C3.
      النباتات التي تعرض نوع تقليل الكربون الضوئي الذي وصفناه أعلاه تسمى نباتات C3. بمعنى آخر ، المنتج الأول لتثبيت ثاني أكسيد الكربون هو مركب ثلاثي الكربون (PGA). وهكذا ، عندما يتم تغذية النبات بثاني أكسيد الكربون المسمى إشعاعيًا ، فإن أول مكان يظهر فيه هو PGA.

      (لم يتم تغطية بقية الملاحظات في الامتحان)

      ثامنا. التنفس الضوئي - يحفز الضوء إنتاج ثاني أكسيد الكربون في وجود الأكسجين

      • لا يرتبط بالتنفس الميتوكوندريا
      • يتطلب الضوء
      • لا يرافقه التوليف ATP
      • يهدر الطاقة (على سبيل المثال ، ATP ، NADPH)

      A. المشكلة - روبيسكو .
      على عكس معظم الإنزيمات ، فإن الروبيكو ليس خاصًا بالركيزة - بل له أيضًا وظيفة الأوكسجين. بالإضافة إلى الركيزة العادية (ثاني أكسيد الكربون) ، يربط الروبيكو الأكسجين أيضًا بـ RuBP. على الرغم من أن روبيسكو لديه تقارب أعلى لربط ثاني أكسيد الكربون (Km = 9 UM) ، إذا كان هناك ما يكفي من الأكسجين ، فسوف يعمل كمثبط تنافسي (الكيلومتر للأكسجين هو 535 ميكرومتر).

      ب. التفاعل المحفز بواسطة ريبولوز ثنائي فوسفات كربوكسيلاز / أوكسيجيناز .
      عندما يربط rubisco الأكسجين بـ RuBP ، يتم تقسيم RuBP أساسًا إلى نصفين إلى 3 قطعة كربون وشظية كربون 2 وفقًا للتفاعل التالي: RuBP + الأكسجين PGA (C3) + phosphoglycolate (C2)

      قارن هذا بالتفاعل الطبيعي: RuBP + الأكسجين 2 PGA (C3)

      وبالتالي ، فإن الروبيكو له نشاط أوكسيجيناز بالإضافة إلى كربوكسيلاز.

        1. مستويات ثاني أكسيد الكربون منخفضة و
        2. مستويات الأكسجين عالية - بسبب نشاط كثافة الضوء العالية PSII.

        تحدد نسبة [ثاني أكسيد الكربون] / [الأكسجين] في النهاية ناتج تفاعل الروبيكو.

        • إذا كان [ثاني أكسيد الكربون / الأكسجين] = مرتفع فإنه يفضل دورة كالفين العادية
        • إذا كان [ثاني أكسيد الكربون / الأكسجين] = منخفضًا ، فإنه يفضل نشاط الأكسجيناز

        التاسع. أكسدة الكربون الضوئي (PCO) ، أو دورة الجليكولات.
        الغرض من هذا المسار هو استقلاب واستعادة الكربون في الفوسفوجليكولات

        1. منتجات نشاط أوكسيجيناز rubisco هي فوسفوجليكولات (C2) و PGA (C3)
        2. يدخل PGA دورة كالفين كالمعتاد
        3. يتم استقلاب الفوسفوجليكولات بشكل أكبر في البيروكسيسوم والميتوكوندريا ويتم استخلاص بعض (75٪) من الكربون في PGA في النهاية. يتم إطلاق ذرات الكربون الأخرى على شكل ثاني أكسيد الكربون من الميتوكوندريا (لا يرتبط بالتنفس الخلوي) ومن ثم فإن السبب في ذلك يسمى & quotrespiration & quot.
        4. لاحظ أن الدورة مؤكسدة (تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال) وتحدث في ثلاث عضيات

        B. لماذا النبات photorespire ?
        من منظور دارويني ، نتوقع أن يتم اختيار هذه العملية ضدها. ومع ذلك ، فإن حقيقة أن العديد من النباتات تفعل ذلك ، تشير إلى أنه قد يكون لها وظيفة غير مقدرة. تشمل الاحتمالات: (أ) إنقاذ الكربون المفقود أثناء إجراء أوكسيجيناز روبيكو (ب) آلية للمساعدة في منع التدمير بفعل الضوء الزائد.


        X. C4 الضوئي ، أو ، كيف تتجنب الذرة التنفس الضوئي.
        النباتات التي تتجنب التنفس الضوئي لها تعديل فريد لعملية التمثيل الضوئي. يطلق عليها نباتات C4 لأن المنتج الأول لتثبيت ثاني أكسيد الكربون هو مركب رباعي الكربون ، وليس PGA كما هو الحال في مصانع C3.

        أمثلة: هناك العديد من النباتات التي لديها هذا التعديل المتخصص. توجد في العديد من مجموعات النباتات المختلفة وغير ذات الصلة مما يشير إلى أنها تطورت على ما يبدو بشكل مستقل عدة مرات. حتى داخل الجنس ، يمكن أن يكون بعض الأعضاء C4 والبعض الآخر C3.

        يعتبر التمثيل الضوئي لـ C4 شائعًا في الأعشاب مثل الذرة والذرة الرفيعة وسرطان البحر. ولكن ، ليست كل الأعشاب هي C4 على سبيل المثال ، عشب كنتاكي الأزرق (بوا براتنسيس عشب العشب العام) هو C3.

          1. الخلايا.
            في نباتات C3 النموذجية ، تتشتت البلاستيدات الخضراء في جميع أنحاء الطبقة الوسطى. عادة ما يكون هناك حاجز محدد جيدًا وطبقة إسفنجية. في المقابل ، تحتوي C4 على طبقة متوسطة متجانسة إلى حد ما مع غمد متطور جيدًا حول كل وريد. وهذا ما يسمى تشريح كرانز ، لأن أغلفة الحزمة تظهر كإكليل من الزهور يحيط بالوريد. في نباتات C4 ، يحدث نشاط دورة كالفين بشكل أساسي في خلايا غلاف الحزمة ، بينما يحدث نشاط PSII في خلايا النسيج الوسطي.
          2. البلاستيدات الخضراء.
            تتكون البلاستيدات الخضراء في C4 من شكلين. خلايا غمد الحزمة (BSC) البلاستيدات الخضراء هي حبيبات ولها نشاط قليل من PSII ولكن لديها نشاط عالي PSI. تحتوي البلاستيدات الخضراء لخلية الميزوفيل (MC) على تراص حبيبي نموذجي ، ولكن نشاط روبيكو منخفض. وبالتالي ، يحدث معظم تثبيت الكربون (إنتاج الكربوهيدرات) في BSC. ذكي ، إيه؟
            1. هناك انتشار بطيء نسبيًا في المناطق الداخلية العميقة للورقة ، خاصةً إذا أخذنا في الاعتبار
            2. المستوى المحيط لثاني أكسيد الكربون منخفض.
              1. إصلاح ثاني أكسيد الكربون في مناطق الورقة حيث يحدث بتركيز عالٍ (أي MC). الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو فوسفوينول بيروفات كربوكسيلاز (PEPcase). يربط هذا الإنزيم ثاني أكسيد الكربون (في الواقع بيكربونات) بـ PEP لتكوين أوكسالأسيتات (مخطط تفاعل). يحدث هذا التفاعل في السيتوبلازم. لاحظ أن OAA هو مركب C4. ومن ثم فإن هذه النباتات تسمى C4 - لأن المنتج الأول لتثبيت الكربون هو مركب رباعي الكربون.
              2. نقل ثاني أكسيد الكربون الثابت (الذي يكون على شكل مركب C4 مثل malate أو الأسبارتات) من MC إلى BSC. يتم تحويل جزيء C4 إلى مركب C4 آخر والذي بدوره ينتقل إلى BSC حيث يتم نزع الكربوكسيل منه ويستخدم في دورة كالفين. & quotleftover & quot C3 تعود إلى MC لالتقاط ثاني أكسيد كربون آخر وتكرار العملية.

              جيم المخطط العام - على النفقات العامة ، مغطاة في الفصل

                1. يتجنب فقدان الكربون الضوئي
                2. يحسن كفاءة استخدام المياه للنباتات
                3. يؤدي إلى معدلات أعلى من التمثيل الضوئي في درجات حرارة عالية
                4. يحسن كفاءة استخدام النيتروجين (لأن C3 يتطلب الكثير من روبيسكو)


                الحادي عشر. استقلاب حمض الكراسولاسين - نباتات CAM

                أ- أصل الاسم .
                كراسولاسي يشير إلى عائلة Stonecrop (Crassulaceae) والعصارة ذات الصلة التي تكون هذه العملية شائعة فيها. حتى الآن ، ثبت أن النباتات في أكثر من 18 عائلة مختلفة بما في ذلك Cactaceae (عائلة الصبار) و Bromeliaceae (عائلة الأناناس) تقوم بعملية التمثيل الغذائي لـ CAM. حامض مشتق من ملاحظة أن هذه النباتات تتراكم كميات كبيرة من الأحماض العضوية في الظلام.

                عادة ما تطورت النباتات ذات التمثيل الغذائي للطبابة البديلة في البيئات الجافة والحارة وعالية الإضاءة. هذه آلية للحفاظ على المياه إلى حد كبير. أذكر حل وسط التمثيل الضوئي / النتح (مفارقة)؟ لا يمكن للنباتات في البيئات الجافة تحمل المساومة - فهي تفقد الكثير من الماء فتفتح ثغورها خلال النهار. حلت نباتات CAM هذه المشكلة عن طريق فتح الثغور ليلاً للحصول على ثاني أكسيد الكربون. هذه الإستراتيجية هي مجرد عكس & quot ؛ & quot ؛ النباتات الطبيعية & quot. ولكن ، هذا يمثل مشكلة أخرى - ATP & amp NAPDH ، وهما نتاج تفاعلات تعتمد على الضوء ، غير متاحين عند إصلاح ثاني أكسيد الكربون. كان حل هذه المشكلة هو تخزين ثاني أكسيد الكربون أثناء الليل حتى يتوفر ATP و NADPH في اليوم التالي. وبالتالي ، هناك فصل زمني للتثبيت الأولي للكربون عبر PEPcase ودورة Calvin. (نباتات C4 لها فصل مكاني).

                ب. PEPcase .
                هذا هو الإنزيم الأولي الذي يعمل على إصلاح ثاني أكسيد الكربون. المنتج هو في نهاية المطاف مالات ، وهو حمض عضوي يتراكم في الفجوة أثناء الليل (ومن هنا مصطلح & quotacid & quot).

                ت. تسلسل الأحداث .
                الليل - فتح الثغور - النتح الليلي (أقل من النتح النهاري) وتثبيت الكربون بواسطة PEPcase - أنتج OAA - تم تقليله مع NADPH إلى مالات - تم نقله إلى فجوة - المحتوى الحمضي لزيادة الفجوة - استنفاد النشا لتوفير PEP للكربوكسيل - اليوم - إغلاق الثغور - نقص النتح - نقص المحتوى الحمضي - نزع الكربوكسيل من مالات لتوفير ثاني أكسيد الكربون لدورة كالفين - زيادة محتوى النشا


                مقدمة

                يتم التحكم في جميع جوانب النقل والإكسيتون والتماسك الكمي لعملية التمثيل الضوئي 1،2،3،4،5،6 من خلال خصائص س- نطاق من الكلوروفيليدات. يصف نموذج Gouterman 7 هذا النطاق بأنه يشتمل على تحولين إلكترونيين مستقلين (ربما متداخلين) يسمى Qx (أو S.2) وسذ (أو S.1) بعد اتجاهات الاستقطاب الخاصة بهم داخل طائرة macrocycle. يتضمن كل انتقال في الامتصاص ذروة رئيسية حادة (أصل النطاق) متبوعة بطاقة أعلى قليلاً من خلال بنية اهتزازية واسعة النطاق تتحد بدقة منخفضة إلى نطاق جانبي عريض منخفض الكثافة. تم تطبيق العديد من التقنيات التجريبية مثل الامتصاص (ABS) ، والانبعاث (EMI) ، والانبعاث المستقطب ، وازدواج اللون الخطي (LD) ، وازدواج اللون الدائري (CD) ، وازدواج اللون الدائري المغناطيسي (MCD) لتعيين السمات الطيفية الرئيسية وتغييراتها باعتبارها وظيفة التركيب الكيميائي وبيئة الذوبان. نحصل على مهمة طيفية متسقة تغطي مجموعة من البيئات لـ 32 كلوروفيليد والدراجات الكبيرة ذات الصلة: (الكلوروفيل (كلوروفيل) أ ، ب ، c1 ، c2 ، c3 ، د فيوفيتينات (Pheo) a ، b ، d البكتيريا الكلوروفيل (BChl) a ، b ، c ، d ، e ، f ، g جرثومة الهيوفيتينات (BPheo) a ، b ، g مشتقات Chl-a المستبدلة بالمعادن Co (II) -Chl-a ، Cu (II) -Chl-a ، Ni (II) - Chl-a ، Zn (II) -Chl-a tetrameso (di-ر- بيوتيل فينيل) بورفيرين بروتوكلوروفيل - أ بروتوفيتين - أ كلورين- هـ6 تريميثيل استر رودوكلورين ثنائي ميثيل إيزوكلورين إي5 ثنائي ميثيل الأثير methylpheophorbide-a pyromethylpheophorbide-a و mesopyromethylpheophorbide-a (انظر المعلومات التكميلية (SI) القسم S1).

                نحن نركز بشكل أساسي على بيانات ABS و MCD نظرًا لوفرة المعلومات المتاحة التي تم جمعها خلال الخمسين عامًا الماضية ، مع أطياف لـ 12 توليفة حرجة من الكلوروفيلليد / المذيبات الموضحة في الشكل 1 وبيانات لـ 17 مجموعة أخرى موضحة في SI Sect. 4 س. لاحظ أن الشكل 1 يتضمن تحليل ChlZ (D1) فى الموقع في نظام Photosystem-II ، مستخلص من الاختلافات الطيفية التي لوحظت عند حذف Chl من البروتين 8،9. يتم عرض جميع أطياف ABS في النموذج أ(Δν) / ν كدالة لتغيير التردد Δν من Q المكثفذ أصل النطاق لأن وظيفة "شكل النطاق" هذه مستقلة عن موقع الأصل الفعلي ، على عكس الأطياف المرسومة كدالة لطول الموجة. وبالمثل ، يتم رسم أطياف MCD كـ ΔΔأ(Δν) / ν أين Δأ هو الطيف الطبيعي للقرص المضغوط و ΔΔأ هو الاختلاف مع المجال المغناطيسي المطبق. الأطياف الفردية الناشئة عن Qx و سذ الدول تضيف ببساطة لإعطاء طيف ABS الكلي ولكن في MCD فإن Qذ يعطي النطاق إشارة موجبة بينما Qx يؤدي النطاق إلى ظهور سلبي ، مما يسمح باستخراج معلومات الاستقطاب من بيانات ABS و MCD المدمجة ، ومع ذلك ، فإن حجم نسب MCD إلى مساهمات ABS تختلف اختلافًا كبيرًا.

                ABS المرصود (أ/ ν ، نقاط زرقاء) و MCD (ΔΔأ/ ν ، النقاط الحمراء) الأطياف ونوباتها (الخطوط) التي تم الحصول عليها باستخدام نموذج اقتران نابض مع νرأس مال = 1500 سم -1 و α = 750 سم -1 ، انظر SI Sect. 4 س.

                المذيبات كما هو محدد ، تم إجراء القياسات في درجة حرارة الغرفة ما لم يذكر خلاف ذلك. يشار إلى الأصول الإلكترونية غير المضطربة بالسهام: أسود - قاعدة خالية أو 5CO Qذ، بنية خالية من القاعدة أو 5CO Qx، أخضر- 6CO Qذ، بنفسجي- 6CO Qx. يتم توسيع جميع الأطياف باستخدام دالة غاوسية HWHM = 47 سم -1 لتقليل الضوضاء ، التي تم الحصول عليها من: أ ، د-أوميتسو 24 و ، ح ، ي ، ل- أوميتسو 22 ج- بريات 49 ب- رازيغيفارد 50 هـ- نونومورا 25 ط- كراوز 8،9 جم ، ك- أوميتسو 23.

                تين. 1 (أ) - (هـ) أظهر بعض الأطياف المعروفة والمفهومة جيدًا للكلوروفيليدات مثل BChl-a و Pheo-a التي بها فجوة الطاقة Δه بين سx وسذ الأصول كبيرة ، بترتيب 3000-4500 سم −1 1011. تظهر الميزات الهامة لنموذج Gouterman على الفور ، بما في ذلك مواقع Qذ و سx الأصول ، والتي يُشار إليها في الشكل بالسهام وبنية النطاق الجانبي الواسعة ولكن الضعيفة. يتم توسيع انتقالات الأصل من خلال تأثيرات غير متجانسة وبتفعيل الاهتزازات الجزيئية منخفضة التردد والفونونات بين الجزيئات ، ولكن يمكن اعتبارها انتقالات فردية. ومع ذلك ، فإن إثارة النطاقات الجانبية الاهتزازية عالية الطاقة تؤدي إلى ديناميكيات حالة مثيرة للغاية ، مع توزيع الطاقة الزائدة بشكل غير متماسك في المناطق المحيطة. هذا يحد من آثار التماسك في عملية التمثيل الضوئي.

                الأهم من ذلك ، أن أطياف Chl-a الموضحة في التين. تختلف 1f و 1i و 1j بشكل لافت للنظر عن تلك الخاصة بـ BChl-a و Pheo-a ، حيث يتم عرض اثنين x- الامتصاص الاستقطاب الذي يبدو بسذاجة كلاهما وكأنه أصول الفرقة ، مع الشدة النسبية للعصابات التي تعتمد بشدة على المذيبات. ومع ذلك ، فإن السمة المشتركة المهمة هي أن فجوة الطاقة Δه يقلل بشكل كبير من ذلك الموجود في المذيبات مثل الأثير مع المغنيسيوم ذي 5 إحداثيات (5CO) مقارنة بالمذيبات مثل الكحول والبيريدين التي تحفز التنسيق 6 أضعاف (6CO). كما تم التأكيد عليه في الشكل 2 ، بالنسبة لـ Chl-a ، أحدهما xتقع العصابات ذات الاستقطاب بالقرب من Qذ الأصل في Δه =

                700 سم -1 (6 كو ، بيريدين) أو

                1100 سم -1 (5CO ، في الأثير) ، مع إزالة النطاق الآخر عند Δه =

                2100 سم -1 (5 كو) 11،12. ستؤثر طبيعة العمليات التي تؤدي إلى ظهور هذه النطاقات الفرعية وجزء الامتصاص المنسوب لكل منها بشكل كبير على نقل الإكسيتون ووظيفة التمثيل الضوئي. أي تفاعل بين Qذ دولة وهذه x-الميزات الاستقطابية ستعيد توزيع تدفق الطاقة وتسهل فك الترابط.لأكثر من 50 عامًا ، سعى السعي لتخصيص طيف Q-band لـ Chl-a إلى إجابات لهذه الأسئلة الأساسية المتعلقة بتشغيل التمثيل الضوئي الطبيعي ، بالإضافة إلى توفير مبادئ لتصميم الأجهزة الاصطناعية.

                مهام الاقتران التقليدية والحديثة والنابضة بالحياة لـ Qx أصل من أطياف MCD 22 (نسبي ΔΔأ/ ν مقابل Δν في 1000 سم -1) من Chl-a في الأثير (أرجواني) وبيريدين (بني) νرأس مال هو التردد غير المضطرب لاهتزاز اقتران في Qذ الحالة بينما α هي اقتران بين هذا الاهتزاز و Qx.

                تاريخيًا ، تم اقتراح مهمتين مختلفتين لأطياف Chl-a: التخصيص "التقليدي" لعام 1960 يحدد مكون الطاقة الأعلى باسم Qx الأصل 10،13،14،15،16 ، في حين أن مهمة الثمانينيات "الحديثة" تختار المهمة منخفضة الطاقة ، انظر الشكل 2. التخصيص التقليدي مدعوم بقوة من خلال 17 عدم تناسق بين ABS وأطياف EMI المنعكسة: كانبعاث يحدث من س فقطذ، لوحظ انخفاض كبير في الانبعاثات عند يتم أخذها لتحديد Qx الأصل في هذه المنطقة. ومع ذلك ، قام Rebane و Avarmaa 18،19،20 بقياس أطياف الإثارة الفلورية المستقطبة عالية الدقة (FE) لـ Chl-a في الأثير عند 4.5 كلفن وخلص إلى أن النطاق السفلي يجب أن يكون Qx الأصل. على مدار العشرين عامًا التالية ، تم تفسير أطياف LD المحسنة 21 ودراسات MCD الكمية 22،23،24 على Chl-a والمتغيرات المرتبطة به بشكل وثيق BChl-c و BChl-d (انظر على سبيل المثال الشكل 1) لدعم "الحديث" التنازل على "التقليدية".

                إذا كانت التخصيصات "التقليدية" صحيحة ، فإن Qx ستكون الدولة بعيدة جدًا عن Qذ للتأثير بشكل كبير على فك الترابط ونقل الإكسيتون ووظيفة التمثيل الضوئي. في الواقع ، تجاهلت جميع الدراسات السابقة لنقل الإكسيتون التأثيرات المحتملة لـ Qx، واعتماد هذه المهمة بشكل فعال 2،25،26،27. بينما يمكن أن تنشأ عواقب عميقة على أساس المهمة "الحديثة" ، يجب توسيع نطاق تأثيرها من قبل الكسر Fx من الامتصاص يعزى إلى Qx. لم يتم إجراء مثل هذا التقدير على الإطلاق لأن هذا يتطلب فهم أصل على حد سواء من المرصودة x- مكونات الفرقة المستقطبة. وبالتالي ، لم يكن من الممكن حتى الآن تجاوز المهمة التقليدية عند التفكير في وظيفة التمثيل الضوئي.

                المشكلة الأساسية هي أن نموذج Gouterman يتنبأ بواحد x- النطاق المستقطب 14 وكلا التخصيصات "التقليدية" و "الحديثة" تفشل في تفسير نوعيا لرصد نطاقين. في الآونة الأخيرة ، سلط بحثنا الخاص الضوء على هذه المشكلة ، واستنتج بشكل متناقض أن: (1) تجارب حرق الثقوب الطيفية (HB) على أنظمة الصور تعطي نتائج تبدو متسقة فقط مع المهمة "التقليدية" 27 ، (2) عالية - تغيير الدقة في تجارب تضييق خط التألق (FLN) تدعم المهمة "الحديثة" 28 و (3) لا يؤدي التعيين إلى Δه القيم بالاتفاق مع CAM-B3LYP نظرية الكثافة الوظيفية المعتمدة على الوقت (TD-DFT). مطلوب حل عالمي يراعي الكل الميزات الطيفية الكل الكلوروفيليدات في الكل بيئات الذوبان.

                كانت العديد من هذه المشكلات معروفة بالفعل لـ Gouterman منذ 50 عامًا ، وقد نظر هو والعمال اللاحقون في الحلول الممكنة بما في ذلك: مشاركة حالة إلكترونية ثالثة ، وتعاقب فرانك كوندون ، و Qx - سذ اقتران vibronic 10،14،18،19،20. يمكن استبعاد تأثيرات فرانك كوندون بسرعة كما لو أن التحولات 0 ← 0 و 1 ← 0 تظهر شدة كبيرة ، ثم 2 ← 0 يجب أن تكون ملحوظة وهي ليست كذلك. تمت الإشارة إلى وجود حالة إلكترونية ثالثة بواسطة حسابات TD-DFT 29،30 والتي وضعت انتقالًا آخر في سمنطقة النطاق. ومع ذلك ، فقد أظهرنا أن الحالة المحددة كانت في الواقع حالة مشوهة وذات طاقة عالية ن-band من Chl-a 31 ، وهو نوع من النطاقات التي تم وصف خصائصها بشكل غير صحيح بواسطة وظائف الكثافة المستخدمة في تلك الدراسات 32. تم العثور على تنبؤات مماثلة لهذه الطرق للبورفيرين غير صحيحة 32. أيضًا ، أظهرنا أن طرق TD-DFT هذه تتنبأ بشكل غير صحيح بـ ن- النطاق ليصبح الحالة الأقل طاقة في PS-I 33. وظائف الكثافة الحديثة مثل CAM-B3LYP 34 ، وكذلك البداية الحسابات المجمعة ، ضع ملف ن- العصابات ذات طاقة أعلى بكثير 31. وهكذا يظل الاقتران الاهتزازي هو الاحتمال الوحيد القابل للتطبيق لتفسير ظهور اثنين x- عصابات مستقطبة لـ Chl-a 27،33.

                في السابق ، افترضنا أن إدراج اقتران اهتزازي ضروري حتى لـ نوعي فهم التحليل الطيفي لـ Chl-a 27،33. هنا ، نقدم نموذج 35 اقترانًا بالاهتزاز الكمي يفسر الكل ملاحظ س-ظواهر النطاق وتطبيقها لتفسير الخصائص الطيفية لـ 32 كلوروفيليدات (والجزيئات ذات الصلة) في مجموعة واسعة من المذيبات وأنظمة الصور. بينما استدعت التخصيصات السابقة من طيف الكلوروفيل نموذج Gouterman 7 الأساسي الذي يعالج Qx و سذ باعتبارها انتقالات مستقلة يمكن أن تتأثر قليلاً بتأثيرات مثل الاقتران الاهتزازي ، فإن مهمتنا الجديدة ترى التحولات على أنها مختلطة بشكل لا ينفصل. هذا الخلط وكيف يولد نوعين منفصلين xالعصابات المستقطبة التي يتم إزالتها جيدًا من Q غير المضطربx الأصل ، موضحة في الشكل 2. يستند تحليلنا مباشرة إلى الأوصاف الكمية لمثل هذا السيناريو على النحو الذي اقترحه في الأصل Gouterman 16،36. النتائج الحاسمة لهذه المهمة الجديدة ، والتي تظهر اعتمادًا قويًا بشكل مدهش على Qx شدة الكلوروفيليد والبيئة ، ثم تبين أنها في اتفاق كمي ممتاز مع حسابات CAM-B3LYP TD-DFT التي تم إجراؤها منذ 5-7 سنوات ولكن تبين أنها غير متوافقة مع التخصيصات المقترحة. في المناقشة ، نستخدم مهمتنا لفهم عمليات فك الترابط المرتبطة بـ Qx → سذ الاسترخاء ، وهي ظاهرة معقدة بدون تفسير نوعي حالي ، توضح كيف ترتبط هذه العملية بمخططات الحركية الكيميائية العامة.


                يستخدم الكلوروفيل إف ، وهو صبغة ضوئية تم اكتشافها حديثًا ، ضوء الأشعة تحت الحمراء

                الكلوروفيل F هو صبغة ضوئية قادرة على التقاط الطاقة الضوئية في طيف الأشعة تحت الحمراء. يحتوي الكلوروفيل F على ذروة امتصاص تبلغ 706 نانومتر ، وهو جزء من الضوء كان يُعتبر سابقًا ضعيفًا لدفع عملية التمثيل الضوئي. إن اكتشاف مادة الكلوروفيل F هو أول صبغة كلوروفيل جديدة تم اكتشافها منذ ما يقرب من 60 عامًا وتمتد إلى النطاق الكامل لما نسميه & # 8220PAR & # 8221 للكائنات التي تحتوي عليها.

                تم اكتشاف الكلوروفيل F من الستروماتوليت الأرضي ، وهي مستعمرات من بكتيريا المياه الضحلة المكونة للصخور والتي تم بناء الشعاب المرجانية منذ فترة ما قبل الشعاب المرجانية. على الرغم من أننا فزنا & # 8217t بالعثور على أي ستروماتوليت تنمو داخل الشعاب المرجانية ، فمن الممكن أن تعيش بعض البكتيريا المتعايشة التي تستخدم الكلوروفيل F داخل الشعاب المرجانية. في عام 2004 تم اكتشاف أن مونتاستريا كافيرنوسا تحتوي على بعض البكتيريا الزرقاء المثبتة للنيتروجين وفي عام 2008 ، تم العثور على كثافة عالية من البكتيريا الزرقاء تعيش بالقرب من zooxanthellae في المياه الضحلة أكروبورا على الحاجز المرجاني العظيم ، فهل يعني ذلك أنه يجب على عشاق SPS إخراج كل هاليدات المعادن الثقيلة بالأشعة تحت الحمراء مرة أخرى؟

                على الرغم من أن الكلوروفيل F لم يتم اكتشافه بعد في البكتيريا التي تعيش داخل الشعاب المرجانية ، فإننا نتحوط في رهاناتنا بأن بعض الاكتشافات المثيرة للاهتمام ستتم بمجرد أن يبدأ الباحثون في تطبيق الأدوات المناسبة. من المنطقي فقط أن تتطور كائنات المياه الضحلة لتكون قادرة على استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوفر بكثرة والتي تسقط عليها ، ونحن & # 8217d نتفاجأ إذا لم يكن لدى الشعاب المرجانية بالفعل بعض العلاقات التكافلية للاستفادة من الأشعة تحت الحمراء التي تعمل بالضوء تحت الحمراء Chlorophyll F. بالطبع ، نظرًا لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة ويمتصه الماء بسرعة ، فإن أنواع الشعاب المرجانية في المياه الضحلة فقط هي التي ستكون قادرة على الاستفادة من الكلوروفيل F ، إذا حدث بالفعل داخل الشعاب المرجانية.


                يكشف OCO-2 التابع لناسا عن وهج فلورسنت غير مرئي تقريبًا للنباتات على الأرض

                ينتظر الباحثون الذين يدرسون التفاعل بين النباتات والكربون والمناخ بفارغ الصبر البيانات من مهمة ناسا القادمة حول مرصد الكربون المداري -2 حول وهج فلوري غير مرئي تقريبًا ينبعث من الكلوروفيل الموجود داخل النباتات. الائتمان: شترستوك

                (Phys.org) - العلم مليء بالصدفة - اللحظات التي تحدث فيها الاكتشافات بالصدفة أو بالصدفة بينما يبحث الباحثون عن شيء آخر. على سبيل المثال ، تم التعرف على البنسلين عندما نما قالب أخضر مزرق على طبق بتري ترك مفتوحًا عن طريق الخطأ.

                الآن ، أعطت أجهزة الأقمار الصناعية الباحثين في مجال المناخ في وكالة ناسا وغيرها من المؤسسات البحثية نظرة عالمية غير متوقعة من الفضاء لتوهج فلوري غير مرئي تقريبًا يلقي ضوءًا جديدًا على إنتاجية الغطاء النباتي على الأرض. في السابق ، كانت المشاهدات العالمية لهذا التوهج الناتج عن الكلوروفيل ممكنة فقط فوق محيط الأرض ، باستخدام أدوات مقياس الطيف التصويري متوسط ​​الدقة (MODIS) التابع لوكالة ناسا على مركبة الفضاء تيرا وأكوا التابعة لناسا.

                عندما أطلق القمر الصناعي الياباني لرصد غازات الاحتباس الحراري (GOSAT) ، المعروف باسم "IBUKI" في اليابان ، إلى المدار في عام 2009 ، كانت مهمته الأساسية هي قياس مستويات ثاني أكسيد الكربون والميثان ، وهما غازان رئيسيان من الغازات المسببة للاحتباس الحراري في الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك ، اكتشف باحثو ناسا ، بالتعاون مع زملاء يابانيين ودوليين آخرين ، كنزًا آخر مخفيًا في البيانات: الفلورة من الكلوروفيل الموجود داخل النباتات. على الرغم من أن العلماء قد قاسوا التألق في إعدادات المختبر والتجارب الميدانية الأرضية لعقود ، فإن بيانات الأقمار الصناعية الجديدة هذه توفر الآن القدرة على مراقبة ما يعرف باسم مضان الكلوروفيل المستحث بالطاقة الشمسية على نطاق عالمي ، مما يفتح عالمًا من التطبيقات الجديدة المحتملة لـ دراسة الغطاء النباتي على الأرض.

                "توقيع" عملية التمثيل الضوئي ، ومضان الكلوروفيل الناجم عن الطاقة الشمسية هو مؤشر على العملية التي تقوم من خلالها النباتات بتحويل الضوء من الشمس إلى طاقة كيميائية. نظرًا لأن جزيئات الكلوروفيل تمتص الإشعاع الوارد ، فإن بعض الضوء يتبدد كحرارة ، ويعاد إصدار بعض الإشعاع بأطوال موجية أطول مثل التألق.

                أدخل مرصد الكربون المداري 2 التابع لناسا (OCO-2). ينتظر الباحثون الذين يدرسون التفاعل بين النباتات والكربون والمناخ بفارغ الصبر بيانات الفلورة من مهمة القمر الصناعي OCO-2 ، المقرر إطلاقها في يوليو 2014. وستقوم الأداة الموجودة على متن OCO-2 بإجراء قياسات دقيقة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مسجلة 24 الملاحظات ثانية مقابل الملاحظة الفردية لـ GOSAT كل أربع ثوان ، مما أدى إلى ما يقرب من 100 مرة من الملاحظات لكل من ثاني أكسيد الكربون والفلورة مقارنة بـ GOSAT.

                قال ديفيد شيميل ، كبير العلماء في برنامج أبحاث الكربون والنظم البيئية في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا: "ستعمل البيانات الواردة من OCO-2 على تمديد السلسلة الزمنية لـ GOSAT وتسمح لنا بمراقبة التغييرات واسعة النطاق في عملية التمثيل الضوئي بطريقة جديدة". كاليفورنيا ، التي تدير مهمة OCO-2 لناسا. "قد تتحول بيانات التألق إلى مجموعة بيانات فريدة ومتكاملة للغاية لمهمة OCO-2."

                قال رالف باسيليو ، مدير مشروع OCO-2 في مختبر الدفع النفاث: "إن بيانات مضان OCO-2 ، عند دمجها مع قياسات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمرصد ، ستزيد من قيمة مهمة OCO-2 إلى وكالة ناسا والولايات المتحدة والعالم".

                تسمح القدرة على رؤية التألق من الفضاء للعلماء بتقدير معدلات التمثيل الضوئي على نطاقات شاسعة ، والحصول على رؤى حول العمليات الحيوية التي تؤثر على البشر والكائنات الحية الأخرى على الأرض. قال جوزيف بيري ، الباحث في قسم البيئة العالمية في معهد كارنيجي للعلوم في ستانفورد ، كاليفورنيا: "إن معدل التمثيل الضوئي أمر بالغ الأهمية لأنه العملية التي تدفع امتصاص الكربون من الغلاف الجوي وإنتاج [الغذاء] الزراعي".

                قد يبدو قياس "التوهج" الفلوري أمرًا بسيطًا ، لكن الإشارة الصغيرة تتغلب عليها أشعة الشمس المنعكسة. قال شيميل: "تخيل أنك في غرفة نوم طفلك ولديه مجموعة من النجوم المتوهجة في الظلام على السقف". "ثم تضيء الأنوار. لا تزال النجوم متوهجة ، لكن البحث عن هذا التوهج مع الأضواء المضاءة يشبه البحث عن التألق وسط ضوء الشمس المنعكس." يتطلب استرداد بيانات التألق فصل ضوء الشمس الذي تنعكسه النباتات من الضوء المنبعث منها - وبعبارة أخرى ، اكتشاف طريقة "لإطفاء الشمس".

                خريطة محاكاة تُظهر بيانات الفلورة النموذجية المتوقعة من القمر الصناعي المداري -2 لمرصد الكربون التابع لناسا. سيتم استخدام المعلومات لاستنتاج تفاصيل حول صحة ونشاط الغطاء النباتي على الأرض. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech / NASA Earth Observatory

                وجد الباحثون أنه من خلال ضبط مطياف GOSAT (أداة يمكنها قياس أجزاء مختلفة من طيف الضوء) للنظر في قنوات ضيقة جدًا ، يمكنهم رؤية أجزاء من الطيف حيث يوجد الفلورة ولكن أقل من الأشعة الشمسية المنعكسة. قالت سشيميل: "يبدو الأمر كما لو كنت قد وضعت زوجًا من النظارات التي ترشح الإشعاع في غرفة طفلك باستثناء ذلك الوهج من النجوم".

                العلماء متحمسون بشأن القياس الجديد لأنه سيمنحهم فكرة أفضل عن كيفية امتصاص نباتات الأرض لثاني أكسيد الكربون. وفقًا لمشروع الكربون العالمي ، وهو منظمة غير حكومية مكرسة لتطوير صورة كاملة لدورة الكربون ، فإن حرقنا للوقود الأحفوري على الأرض قد أنتج ما يقرب من 35 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2011. هذا ما يقرب من 5 أطنان من ثاني أكسيد الكربون لكل فرد من سكان الأرض السبعة مليارات.

                ما يقرب من نصف ثاني أكسيد الكربون يبقى في الغلاف الجوي. النصف الآخر يذوب في المحيط أو يلتقطه المحيط الحيوي للأرض (الكائنات الحية على الأرض وفي المحيط) ، حيث يتم وضعه بعيدًا في خزانات الكربون أو "الأحواض". هذه الأحواض تحمينا من التأثير الكامل لانبعاثاتنا.

                النباتات في عالم عالي الكربون

                قال بيري: "كل شخص يستخدم الوقود الأحفوري في الوقت الحالي يتم دعمه من قبل المحيط الحيوي". "لكن أحد الأمور المجهولة الرئيسية هو - ما الذي سيحدث على المدى الطويل؟ هل سيستمر في دعمنا؟"

                يعتمد مستقبل نباتات الأرض إلى حد كبير على أحد المكونات الرئيسية لدورة الكربون: الماء. تحتاج النباتات إلى الماء لإجراء عملية التمثيل الضوئي. عندما تنخفض إمدادات المياه ، كما هو الحال في أوقات الجفاف ، يتباطأ التمثيل الضوئي.

                خلال ربع القرن الماضي ، مكنت أدوات الأقمار الصناعية مثل MODIS ومقياس الإشعاع المتقدم عالي الدقة (AVHRR) على الأقمار الصناعية التي تدور حول القطبية NOAA الباحثين من مراقبة صحة النبات وإنتاجيته من خلال قياس مقدار "الخضرة" ، والذي يوضح مقدار الأوراق تتعرض المادة لأشعة الشمس. عيب استخدام مؤشر الخضرة هو أن الخضرة لا تستجيب على الفور للضغوط - الإجهاد المائي على سبيل المثال - التي تقلل التمثيل الضوئي والإنتاجية.

                قال عالم الأبحاث في مختبر الدفع النفاث كريستيان فرانكنبرج ، وهو أيضًا عضو في الفريق العلمي OCO-2: "يمكن أن تكون النباتات خضراء ، لكنها ليست نشطة". "تخيل غابة دائمة الخضرة من أوراق الإبر على ارتفاعات عالية في الشتاء. لا تزال الأشجار خضراء ، لكنها لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي."

                توضح Schimel أن بيانات الفلورة المستحثة بالطاقة الشمسية ستخبرك على الفور بحدوث شيء ما ، لكن الخضرة لا تخبرك حتى تتدلى النباتات بالفعل وربما ماتت.

                حوالي 30 في المائة من التمثيل الضوئي الذي يحدث في مناطق اليابسة على الأرض يحدث في الغابات الاستوائية المطيرة في الأمازون ، والتي تشمل حوالي 2.7 مليون ميل مربع (7 ملايين كيلومتر مربع) من أمريكا الجنوبية. تعد الأمازون موطنًا لأكثر من نصف الكتلة الحيوية الأرضية ومنطقة الغابات الاستوائية - مما يجعلها واحدة من أهم منطقتين على الأرض لتخزين الكربون (المنطقة الأخرى هي القطب الشمالي ، حيث يتم تخزين الكربون في التربة).

                درست الدراسات الحديثة في الأمازون باستخدام قياسات التألق كيف تتغير معدلات التمثيل الضوئي خلال المواسم الرطبة والجافة. تظهر معظم النتائج أنه خلال موسم الجفاف ، يتباطأ التمثيل الضوئي. وفقًا لبيري ، عندما يكون الهواء جافًا وساخنًا ، يكون من المنطقي للنباتات الحفاظ على المياه عن طريق إغلاق ثغورها (مسامها). وقال "خلال موسم الجفاف عندما يكلف النباتات الكثير من المياه ، يتم تقليل عملية التمثيل الضوئي وتصبح الغابة أقل نشاطًا".

                في عامي 2005 و 2010 ، شهد حوض الأمازون نوعًا من الجفاف الذي حدث تاريخيًا مرة واحدة فقط كل قرن. أشارت قياسات الخضرة إلى موت الأشجار على نطاق واسع وتغيرات كبيرة في مظلة الغابة (رؤوس الأشجار) بعد الجفاف ، لكن بيانات التألق من GOSAT كشفت عن إجهاد مائي أكثر اعتدالًا في موسم الجفاف في السنوات العادية. وقال بيري: "هناك احتمال أنه مع استمرار تغير المناخ ، فإن حالات الجفاف هذه ستصبح أكثر حدة. المناطق التي تدعم الغابات الاستوائية المطيرة يمكن أن تنخفض". تعني الغابات الاستوائية الأقل امتصاصًا أقل للكربون من الهواء.

                بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتحلل الأشجار ، فإنها تطلق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي ، مما يخلق سيناريو يمكن بموجبه أن يصبح المحيط الحيوي مصدرًا للكربون بدلاً من بالوعة. وقال فرانكنبرج: "إذا حدث موت للغابات الاستوائية المطيرة ، فقد يزيد ذلك من تأثير ثاني أكسيد الكربون للوقود الأحفوري على تغير المناخ".

                نظرًا لأن التمثيل الضوئي هو أحد العمليات الرئيسية المشاركة في دورة الكربون ، ولأن دورة الكربون تلعب دورًا مهمًا في المناخ ، فإن معلومات الفلورة الأفضل يمكن أن تساعد في حل بعض أوجه عدم اليقين بشأن امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون في النماذج المناخية. قال بيري: "نعتقد أن الفلورة ستساعد نماذج دورة الكربون في الحصول على الإجابة الصحيحة". "إذا لم تكن لديك العارضات الصحيحة ، فكيف يمكنك الحصول على الباقي بشكل صحيح؟"

                قال شيميل: "نحن لا نفهم جيدًا العلاقة الكمية بين المناخ والتمثيل الضوئي جيدًا ، لأننا لم نتمكن من دراستها إلا على مستويات صغيرة جدًا". "قد يكون قياس تألق النبات من الفضاء إضافة مهمة إلى مجموعة التقنيات المتاحة لنا."


                شاهد الفيديو: ماذا تعرف عن الكلوروفيل اليخضور (كانون الثاني 2022).