Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Фотосинтез: фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти
Продукційний процес та фотосинтез

Визначення екологічних основ та можливостей підвищення продуктивності агроценозів шляхом збільшення коефіцієнта корисної дії сонячної радіації — одна з найважливіших проблем сучасного рослинництва. Фізіологічні принципу програмування продукційного процесу передбачають формування ценозів з оптимальними показниками листкової поверхні, чистої продуктивності фотосинтезу, фотосинтетичного потенціалу та продуктивності роботи асимілюючої поверхні.

Кінцева фотосинтетична продуктивність є результатом координованої діяльності фотосинтезуючих систем і фотосинтетичних одиниць в мембранах тилакоїдів, хлоропластів, мезофілу листків у рослин фітоценозів. А.О. Ничипорович (1982), характеризуючи "ідеальну" фотосинтезуючу систему, вважає, що Фотосинтез з найвищою енергетичною ефективністю відбувається за умови, коли на відновлення одного г×моля СО₂ (44 г або 6,2×10²³ молекул) витрачається вісім квантів або вісім ейнштейнів поглинутої хлорофілом ФАР (8×6,02×10²³ hv).

Максимальна інтенсивність ФАР, яка падає на 1 дм² листкової поверхні, дорівнює 15,07 кДж×дм^-2×год^-1, а поглинута діяльним хлорофілом листка приблизно 12,5 кДж×дм^-2×год¹. Зважаючи на це та враховуючи відповідність одного ейнштейна ФАР 209,35 кДж, можна визначити, що інтенсивність ФАР в 12,56 кДж-дм’²-год¹ відповідає наступній густині потоку квантів ФАР:

При восьмиквантовому процесі фотосинтезуюча система в такому разі повинна б засвоювати:

або здійснювати фотосинтез з інтенсивністю:

Реальні ж листки, як органи фотосинтезу, на відміну від «ідеальної» системи мають лише 3-7 мг хлорофілу відповідно 4,0-5,5×10⁹ хлоропластів та 0,8-1,2×10¹⁶ РЦ на 1 дм².

Це дає змогу здійснювати істинний фотосинтез з восьмиквантовими витратами в 20-40 мг СО₂×дм²×год^-1 та той, що спостерігається по газообміну в 15-30 мг, але лише при низьких інтенсивностях ФАР. Сучасне рослинництво використовує фотосинтез з коефіцієнтом корисної дії запасання ФАР в урожаї на рівні 0,1-0,5% (рідко 1-2%). Інтенсифікація рослинництва з 2000 р. повинна підвищити цей рівень до 3-5% ФАР, із зменшенням площі посівів сільськогосподарських культур (в перерахунку на одиницю населення вона зменшиться в розвинутих країнах від 0,6-0,8 до 0,2-0,3 га).

Перехід від екстенсивного до інтенсивного способу виробництва рослинної продукції уже з’явився в цілому ряді негативних тенденцій, розв’язати які покликані прикладні аспекти фотосинтезу та продукційного процесу. До таких негативних тенденцій належить насамперед ріст ресурсних та енергетичних витрат на виробництво одиниці рослинної продукції. Вважають, що подвоєння врожаїв потребує 20-30-кратного збільшення ресурсних та енергетичних витрат. Аграрне виробництво в цілому стає головним фактором хімічного та біогенного забруднення. Ріст врожаїв супроводиться погіршенням якості їх. Слід зробити фізіологічні основи управління якістю врожаїв насамперед, шляхом оптимізації та збалансованості процесів росту, фотосинтезу та нагромадження господарсько-корисних продуктів.

Знання основних механізмів самого процесу фотосинтезу, шляхів перетворення та подальшого використання засвоєної енергії та новоствореної органічної речовини в процесі життєдіяльності рослинного організму лежать в основі розвитку теорії продукційного процесу та розробки систем оптимізації його.