Что выделяют растения в темноте: Дыхание растений — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Содержание

Фитохром и криптохром при светодиодном led освещении для растений, гроубокса, теплиц

Физиологически важные области спектра, при освещении растений светодиодами. Фитохром и криптохром.

Поскольку растения заметно зависят от фотосинтеза, для регуляции процессов развития и дифференцировки они должны правильно оценивать количество и качество света. Заметим, что согласно физическим принципам есть предел энергии для преобразования в световых реакциях фотосинтеза, связанный обратно пропорциональной зависимостью с предельной длиной волны. Фотосистема I способна поглощать и преобразовывать кванты с длиной волны не более 700 нм, а фотосистема II — не более 680 нм. Если зеленые растения освещать квантами с длиной волны более, чем 700 нм, это приведет к гибели растения: в таких квантах недостаточно энергии для протекания реакций световой стадии фотосинтеза. Оптимальными для фотосинтеза будут длины волн в красной области в диапазоне 600-700 нм (они используются с наименьшими потерями). Таким образом, красные лучи можно разбить на две резко отличающиеся области — собственно красную, пригодную для фотосинтеза (до 700 нм) и дальнюю красную, для фотосинтеза не пригодную (более 700 нм). В принципе дальний красный свет и темнота должны приводить к одним и тем же реакциям — это сигнал того, что условий для успешного фотосинтеза нет, однако при дополнении данного спектра к основному при использовании светодиодных светильников для растений, позволяет добитьсялучших результатов. Для оценки качества и количества красной области падающего света у растений есть особый пигмент — фитохромобилин, аналогичный фикобилинам водорослей. Комплекс фитохромобилина с белком называют фитохромом.

Принцип работы фитохромной системы следующий. Фитохром может пребывать в двух основных состояниях, характеризуемых максимумом поглощения: Фкр.(660) и Фдкр.(730). Красная форма поглощает свет и превращается при этом в дальнюю красную форму. Переход Фкр. в Фдкр. под действием света с длиной волны 660 нм сигнализирует растению о том, что свет пригоден для фотосинтеза. Дальняя красная форма фитохрома может переходить в красную как при воздействии света с длиной волны 730 нм, так и самопроизвольно в темноте (самопроизвольный переход медленнее). Переход Фдкр. в Фкр — это сигнал о том, что условий для фотосинтеза нет (либо кванты света несут недостаточно энергии, либо света нет совсем). Таким образом, фитохромная система похожа на выключатель в электрической сети: если свет есть, то система ожидает сигнала о выключении, если света нет — система ожидает, чтобы его включили. В полной темноте чувствительность растений к свету обостряется: содержание определенных форм фитохрома заметно увеличивается. Как только этиолированные растения переносят на свет, содержание фитохрома быстро падает (но полностью фитохром не исчезает). Растение модулирует чувствительность к свету в зависимости от внешних условий. На основании сигналов, поступающих от фитохромной системы, растение принимает глобальные решения: готовиться к фотосинтезу или все запасы органических веществ пустить на рост, приступить ли к цветению или к листопаду, изменить ли стратегию роста, прорастать семенам или дождаться более благоприятных условий освещения и т. д. Вторая светочувствительная система связана с синей областью спектра. Там сосредоточены максимумы поглощения хлорофиллов, каротиноидов, флавинов и др. Таким образом, синяя область также физиологически важна. У растений синий свет воспринимают разнообразные рецепторы: криптохромы, фототропин. В отличие от красной части спектра, энергия синих квантов даже избыточна для фотосинтеза. Поэтому фоторецепторы синего света работают иначе: здесь нельзя выделить двух переключающихся состояний. Поступающие сигналы помогают принять локальные решения: определить направление максимальной освещенности при фототропизме, открыть устьица и т.д. В последнее время появляются данные о том, что у растений есть системы, чувствующие ультрафиолетовые лучи, однако механизмы ответов на ультрафиолет пока еще недостаточно изучены.

История открытия фитохрома.

В 1950-х годах американские исследователи Г.А.Бортвик, С.Б.Хендрикс и М.У.Паркер изучали прорастание семян салата ‘Grand Rapids’. В полной темноте семена не прорастали даже если растениям были предоставлены влага и приемлемые температурные условия. Достаточно было лишь на несколько секунд осветить набухшие семена, и они прорастали. Набухшие семена салата были настолько чувствительными к свету, что приходилось работать с ними как с фотоматериалами, обертывая опытные образцы черной фотобумагой или светонепроницаемой фольгой. Бортвик и др. подробно получили спектр этой физиологической реакции, построив график зависимости % проросших семян от длины волны падающих квантов света. Кроме того, они обнаружили, что освещение дальним красным светом с длиной волны 730 нм обычно тормозит реакцию прорастания. Последовательное освещение красным (660) — дальним красным (730) — красным (660 нм) приводило к прорастанию семян. Но если последнюю вспышку света снова сделать дальней красной (730), то прорастание ингибировалось. Открытое явление получило название К/ДК- обратимости. Оно заключается в том, что ответ на низкую интенсивность освещения можно обратить: если действовал красный свет, ответ можно ингибировать дальним красным, и наоборот. Растения дают тот ответ, который можно вызвать последней вспышкой света. Была выдвинута гипотеза, что в семенах присутствует пигмент, со спектральными свойствами отличными от хлорофилла, который обладает свойством «переключаться» при воздействии внешнего стимула: красного или дальнего красного света. Гипотетический пигмент был назван фитохромом (phyton — растение, chromos — краска, пигмент). Спектр физиологической реакции прорастания семян позволил начать поиски и выделение пигментов, обладающих таким же спектром. Когда из растений выделяли очередной пигмент (или окрашенную фракцию), его спектр сравнивали с полученным физиологическим спектром и проверяли, годится ли пигмент на роль фитохрома.

Эта стратегия поиска увенчалась успехом: всего через 7 лет У.Л.Батлер (под руководством Хендрикса) выделил фитохром в чистом виде и охарактеризовал его. Фотоконверсия фитохрома. Фитохром А и фитохром В. Фитохром оказался димерным белком, содержащим ковалентно связанную хромофорную группировку из четырех пиррольных колец (А, В, С и D), соединенных метиновыми мостиками. Молекула хромофора синтезируется сначала как замкнутая тетрапиррольная структура (гем), а затем происходит размыкание и встраивание в белок. Как и ожидалось, хромофорная группа фитохрома (фитохромобилин) существует в двух основных спектральных формах, которые могли переходить друг в друга под действием квантов света. Форма Ф660 (красная) улавливала красные кванты света и переходила в Ф730 (дальнюю красную). Это объясняло эффект К/ДК-обратимости: при освещении красным светом форма Ф660 исчезала (форма в Ф730 накапливалась). Если после этого дать свет с длиной волны 730, форма Ф730 исчезнет (перейдет в Ф660). Последовательные вспышки приведут к тому, что сначала весь фитохром переходит в одну форму, а потом в другую и т. д. Для физиологической реакции важна именно последняя форма фитохрома, т. е. последняя короткая вспышка, которой освещали растение. Дальнейшие исследования показали, что главным событием, приводящим к превращению форм фмтохрома, является поворот кольца D относительно кольца C (цис-транс изомеризация в метиновом мостике, соединяющем эти кольца). Эта первичная реакция приводит к деформации белкового кармана и изменению структуры димера вцелом. Первичная форма возбужденной хромофорной группировки оказывается недостаточно стабильной и самопроизвольно через ряд этапов переходит в более стабильные формы, причем промежуточные формы для перехода из Ф660 в Ф730 отличаются от промежуточных форм для обратного перехода. В 1990-х годах были изучены гены, отвечающие за биосинтез белкового компонента фитохрома. Оказалось, что у большинства объектов преобладающими ялвяются фитохром А и фитохром В, отличающиеся не только свойствами белковой части, но и спектром поглощения (эффект различного белкового окружения хромофора). Кроме двух преобладающих фитохромов, показано, что в растениях имеются минорные формы: фитохром С, фитохром D и фитохром E. Роль минорных форм фитохрома в регуляции ответа на свет еще недостаточно изучена.

При всем различии белковой части фитохромов, в белковой молекуле можно выделить высококонсервативный фитохромобилин-связывающий домен, расположенный ближе к N-концу белка. При повреждении N-концевого участка хромофор не может встроиться в молекулу фитохрома. С-конец содержит участки, похожие на бактериальные гистидин-киназы (обычно имеется два гистидин-киназных домена). По-видимому, фитохром обладает киназной активностью, которая зависит от состояния хромофорной группировки. Кроме того, фитохром может фосфорилироваться, меняя свою активность. Более того, предполагают, что фитохром может фосфорилировать сам себя. Фитохром А обладает более широкими пиками поглощения, а фитохром В — более узкими. Так, например, в спектре Ф(А)660 несмотря на то, что максимум поглощения равен 660, широкое плечо выходит и в дальнюю красную область спектра. С точки зрения рецепции света это означает, что фитохром А можно перевести в форму Ф(А)730 не только облучением квантами с длиной волны 660, но и квантами из дальней красной области (730). Правда, ДК-квантов для этого перехода нужно намного больше, чем квантов, соответствующих максимуму поглощения. Следовательно, растение должно воспринимает одинаково как низкие интенсивности красного света (660), так и высокие интенсивности дальнего красного (730). Фитохром А отвечает за ответы на ДК-свет высокой интенсивности (HIR). В спектре поглощения фитохрома В пики более узкие, у формы Ф(В)660 плечо не заходит в дальнюю красную область. Это означает, что Ф(В)660 нельзя перевести в форму Ф(В)730 с помощью интенсивного дальнего красного света. Фитохром В отвечает за ответы на низкую интенсивность и обеспечивает при этом эффект К/ДК-обратимости. Наличие двух фитохромов, заметно отличающихся по спектральным характеристикам, позволяет растению различать (1) полную темноту, (2) интенсивный ДК-свет и (3) хорошее освещение, пригодное для фотосинтеза. У растений, выращенных в полной темноте, повышено содержание фитохрома А — именно этот фитохром отвечает за восприятие света любого качества — растение «ищет» свет, и «старается» повысить чувствительность к нему. При переносе на свет (независимо от того, К или ДК), концентрация фитохрома А начинает быстро снижаться до уровня, характерного для выросших на свету растений. (У этиолированных растений иногда выделяют пул фитохрома А’, который будет разрушен при получении светового сигнала достаточной интенсивности, и собственно пул фитохрома А, который сохраняется на свету). Самыми ранними событиями, которые удается зарегистрировать при воздействии на клетки красным или дальним красным светом, являются К/ДК-обратимые изменения мембранного потенциала. Эти явления были впервые обнаружены на зеленых водорослях и часто сопровождаются быстрым изменением положения хроматофора.

В качестве возможных вторичных мессенджеров фитохромного сигнала рассматривают G-белки, которые формируют гетеротримеры, циклическую ГМФ и кальций. Эксперименты с растениями, у которых ген фитохрома соединен с геном зеленого флуоресцирующего белка (Green Fluorescent Protein) показали, что в зависимости от освещения фитохром может находиться либо в цитоплазме, либо в ядре. Как правило, если растения выращены в темноте, то фитохром находится в цитоплазме. Скорость поступления и световые стимулы, необходимые для перемещения фитохрома А и фитохрома В в ядро несколько отличаются. Так, для перемещения фитохрома В в ядро необходим красный свет. Это означает, что в конформации Ф(В)650 не может пересекать ядерную мембрану, а после фотоконверсии в форму Ф(В)730 в течение примерно 30 минут аккумулируется в ядре. Фитохром А переходит в ядро как при освещении как красным, так и дальним красным светом высокой интенсивности. Интересно, что на С-концевом участке у фитохромов есть два PAS-домена, которые встречаются в транскрипционных факторах. PAS-домены важны как для ДНК-белковых, так и для белок-белковых взаимодействий. Повреждение хотя бы одного из PAS-доменов приводит к нарушению функционирования фитохрома. Это означает, что проникая в ядро, фитохром может непосредственно участвовать в регуляции транскрипции, связываясь в комплексы с различными транскрипционными факторами.

какой опыт показывает что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород — Спрашивалка

какой опыт показывает что наземные растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород — Спрашивалка

АШ

Анна Шаповалова

газ
растение
опыт
кислород

Holod

Через сутки откроем банку и снова опустим в нее горящую лучинку. Лучинка не гаснет, как прежде, а продолжает ярко гореть. Значит, углекислого газа в банке не стало, а появился какой-то другой газ, поддерживающий горение. Поддерживает горение только кислород. Зеленые листья растения поглотили углекислый газ и выделили кислород.

Если банку с зеленым растением поставить не на свет, а в темный шкаф, опущенная в нее горящая лучинка потухнет, как и раньше. Это подтверждает, что зеленые листья поглощают углекислый газ и выделяют кислород только на свету 51 .Сахар в темноте не образуется, поэтому и углекислый газ в темноте растением не поглощается.

Таким образом, зеленое растение само создает органические вещества (в первую очередь сахар) из неорганических (углекислого газа и воды) , выделяя при этом кислород и используя энергию солнечных лучей. Значит, зеленое растение не нуждается в получении органических веществ из окружающей среды. Смотри здесь рисунки опыта

Ксения Шаманина

Растение +стеклянная банка+спичка

Андрей

Спасибо Юрий Поляков огромное а то сын уже бесит меня с этими вопросами

Екатерина Цветкова

Брали стеклянный колпак, ставили под него растение и свечу. На свету свеча долго горела, т. к. был доступ кислорода от фотосинтезирующего растения. Если это же проделывали в темноте, то свеча быстро гасла, т. к. фотосинтез у растения не шёл и кислород оно не выделяло, а углекислота накапливалась.

Егор Филиппов

БХ

Бек Хамирзаев

Иван

АМ

Алексей Максимов

Похожие вопросы

что легче кислород или углекислый газ

какое растение выделяет кислород?

Поглощают ли растения углкислый газ?

в какое время суток растения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород? hjvj

Пригодна ли атмосфера планеты Марс для растений? Ведь они поглощают углекислый газ

при фотосинтезе в растении кислород выделяется в процессе

Вопрос учителям биологии. Растения выделяют днем кислород, а ночью-углекислый газ? Спорим с сыном! Рассудите кто прав?

Раствор гидрокарбоната натрия выделяет углекислый газ при действии на него

синадениум выделяет кислород больше чем поглощает синадениум

если зелень поглощает углекислый газ и выдает кислород, то зимой как? откуда зимой кислород берется?

Нет солнца? Без проблем! Новый процесс может вскоре выращивать растения в темноте

Нет солнца? Это не может быть проблемой для будущих космических садов. Ученые только что придумали способ выращивания еды в темноте.

Пока новый метод работает с водорослями, грибами и дрожжами. Ранние эксперименты с салатом предполагают, что растения тоже вскоре смогут расти, используя другие источники энергии, помимо солнечного света.

Процесс без света поглощает углекислый газ, или CO ₂ , и выплевывает растительную пищу, как это делает фотосинтез. Но растительная пища, которую он производит, — это ацетат (ASS-eh-tayt), а не сахар. И, в отличие от фотосинтеза, эту растительную пищу можно приготовить, используя старое доброе электричество. Солнечный свет не нужен.

Это может не иметь решающего значения на Земле, где обычно достаточно солнечного света для выращивания растений. Однако в космосе так бывает не всегда, объясняет Фэн Цзяо. Он электрохимик в Делавэрском университете в Ньюарке. Вот почему он считает, что исследование дальнего космоса, вероятно, станет первым крупным приложением для этого. По его словам, новый процесс его команды может найти применение даже на поверхности Марса. Он отмечает, что даже в космосе астронавты будут иметь доступ к электричеству. Например, он предлагает: «Может быть, у вас будет ядерный реактор» на борту космического корабля, который его создаст.

Статья его команды опубликована в выпуске Nature Food от 23 июня .

Исследователи сосредоточились на проблеме доступности солнечного света для растений. Но это не единственная проблема, которую может решить эта новая технология, говорит Мэтью Ромейн. Он специалист НАСА по растениям в Космическом центре Кеннеди на мысе Канаверал, штат Флорида. Он не участвовал в этом исследовании. Однако он ценит ограничения на выращивание пищи в космосе. Его работа состоит в том, чтобы помочь найти лучшие способы выращивания растений в космосе. И, говорит, слишком много CO ₂ — это одна из проблем, с которой могут столкнуться космические путешественники.

Мэтью Ромейн осматривает капусту, зелень горчицы и пак-чой. Он выращивал их на демонстрационном стенде НАСА на мысе Канаверал, штат Флорида, чтобы проверить, могут ли они дать хорошие урожаи во время лунных миссий. (С тех пор горчицу и пак-чой выращивают на борту Международной космической станции.) Кори Хьюстон/НАСА

С каждым выдохом астронавты выделяют этот газ. Он может достигать нездоровых уровней в космическом корабле. Ромейн говорит: «Любой, у кого есть способ использовать CO ₂ эффективно, делать с ним что-то действительно полезное — это довольно круто».

Эта новая технология не только удаляет CO ₂ , но и заменяет его кислородом и растительной пищей. Астронавты могут дышать кислородом. А растительная пища может помочь вырастить урожай, который можно есть. «Все сводится к тому, чтобы делать вещи устойчивым образом», — говорит Ромейн. Это, по его мнению, является огромным преимуществом этого исследования.

Идея пустила корни

Цзяо придумала, как производить ацетат из CO ₂ некоторое время назад. (Ацетат придает уксусу резкий запах.) Он разработал двухэтапный процесс. Во-первых, он использует электричество, чтобы отделить атом кислорода от CO ₂, чтобы получить монооксид углерода (или CO). Затем он использует этот CO для получения ацетата (C ₂ H ₃ O ₂ ^–). Дополнительные трюки по пути ускоряют процесс.

Эта новая альтернатива фотосинтезу использует электричество для преобразования углекислого газа в ацетат. Здесь это электричество поступает от солнечной панели. Затем ацетат может стимулировать рост дрожжей, грибов, водорослей и, возможно, однажды растений. Эта система может привести к более энергоэффективному способу выращивания продуктов питания. Цзяо

Использование ацетата для замены фотосинтеза никогда не приходило ему в голову — пока он не поболтал с некоторыми учеными-растителями. «Я проводил семинар, — вспоминает Цзяо. «Я сказал: «У меня есть очень нишевая технология».

Он описал использование электричества для превращения CO ₂ в ацетат. Внезапно эти ученые-растения заинтересовались его технологией.

Они что-то знали об ацетате. Обычно растения не используют пищу, которую они не производят сами. Но есть исключения — и ацетат — одно из них, — объясняет Элизабет Ханн. Она занимается растениеводством в Калифорнийском университете в Риверсайде. Известно, что водоросли используют ацетат в пищу, когда вокруг нет солнечного света. Растения тоже могут.

Пока Цзяо болтала с учеными-растителями, у него возникла идея. Может ли этот трюк CO ₂ -to-ацетат заменить фотосинтез? Если это так, это может позволить растениям расти в полной темноте.

Исследователи объединились, чтобы проверить идею. Во-первых, им нужно было знать, будут ли организмы использовать изготовленный в лаборатории ацетат. Они скармливали ацетат водорослям и растениям, живущим в темноте. Без света фотосинтез был бы невозможен. Таким образом, любой рост, который они видели, должен был быть вызван этим ацетатом.

Эти стаканы с водорослями хранились в темноте четыре дня. Несмотря на отсутствие фотосинтеза, водоросли справа превратились в плотное сообщество зеленых клеток, поедая ацетат. Водоросли в левом стакане не получили ацетата. Они не росли в темноте, оставляя жидкость бледной. E. Hann

Водоросли хорошо росли — в четыре раза эффективнее, чем когда свет подпитывал их рост за счет фотосинтеза. Эти исследователи также выращивали на ацетате растения, не использующие фотосинтез, такие как дрожжи и грибы.

Увы, Суджит Путияветил отмечает: «Они не выращивали растения в темноте». Биохимик, он работает в Университете Пердью в Уэст-Лафайетте, штат Индиана,

. Это правда, — отмечает Маркус Харланд-Дунауэй. Он член команды Калифорнийского университета в Риверсайде. Harland-Dunaway пробовала выращивать рассаду салата в темноте на смеси ацетата и сахара. Эти саженцы выжили, но не выросли . Они не стали больше.

Но это не конец истории.

Команда пометила свой ацетат особыми атомами — определенными изотопами углерода. Это позволило им проследить, где в растениях оказались эти атомы углерода. А ацетатный углерод оказался частью растительных клеток. «Салат поглощал ацетат, — заключает Харланд-Данауэй, — и превращал его в аминокислоты и сахара». Аминокислоты являются строительными блоками белков, а сахар — топливом для растений.

Итак, растения могут питаться ацетатом, просто они этого не делают. Таким образом, может потребоваться некоторая «настройка», чтобы заставить растения использовать этот обходной путь фотосинтеза, говорит Харланд-Данауэй.

Эти крошечные ростки салата прожили в темноте четыре дня на диете из сахара и ацетата. Анализы показали, что салат не только потреблял ацетат в пищу, но и использовал свой углерод для создания новых клеток. Это показывает, что растения могут жить на ацетате. Элизабет Ханн

Большое дело?

Двухэтапный процесс Цзяо по превращению CO в ₂ в CO в ацетат — это «какая-то хитрая электрохимия», — говорит Путияветил. Он отмечает, что это не первое сообщение об использовании электричества для производства ацетата. Но двухэтапный процесс более эффективен, чем предыдущие способы. Конечным продуктом в основном является ацетат, а не другие возможные углеродные продукты.

Скармливание этого ацетата, вырабатываемого электричеством, организмам — тоже новая идея, отмечает химик Мэтью Канан. Он работает в Стэнфордском университете в Калифорнии.

Джойя Масса из Космического центра Кеннеди видит в подходе потенциал. Она занимается растениеводством в программе НАСА «Космическое растениеводство». Он изучает способы выращивания продуктов питания в космосе. По ее словам, астронавты могли легко выращивать водоросли. Но обед из водорослей вряд ли сделает астронавтов счастливыми. Вместо этого команда Массы стремится выращивать вкусные продукты с большим количеством витаминов.

В НАСА, говорит она, «к нам часто обращаются… с разными идеями [по выращиванию сельскохозяйственных культур]». По ее словам, эта работа с ацетатом находится на ранней стадии. Но новые результаты показывают, что потенциал ацетата для выращивания растений в космосе «очень хорош».

Во время первых миссий на Марс, говорит она, «мы, вероятно, будем привозить большую часть еды с Земли». Позже, подозревает она, «у нас получится гибридная система», которая сочетает старые подходы к ведению сельского хозяйства с новыми. Электрический заменитель фотосинтеза «вполне может стать одним из подходов».

Кэнан надеется, что этот лайфхак поможет и земным садоводам. Более эффективное использование энергии в сельском хозяйстве станет еще более важным в мире, который скоро может иметь «10 миллиардов человек и растущие ограничения [продовольствия]. Так что мне нравится эта концепция».

Это одна из серии новостей о технологиях и инновациях, которые стали возможными благодаря щедрой поддержке Фонда Лемельсона.

Силовые слова

Подробнее о сильных словах

ацетат : (также называемая уксусной кислотой) Жирная кислота с короткой цепью, которая является обычным побочным продуктом ферментации клетчатки в кишечнике. Ацетат, по-видимому, играет роль в предотвращении ожирения.

водоросли : Одноклеточные организмы, когда-то считавшиеся растениями (они ими не являются). Как водные организмы, они растут в воде. Как и зеленые растения, они зависят от солнечного света, чтобы приготовить себе пищу.

аминокислоты : Простые молекулы, встречающиеся в природе в тканях растений и животных и являющиеся основными строительными блоками белков.

астронавт : Кто-то обученный путешествовать в космос для исследований и исследований.

атом : Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, содержащего положительно заряженные протоны и незаряженные нейтроны. Вокруг ядра вращается облако отрицательно заряженных электронов.

углерод : Химический элемент, являющийся физической основой всей жизни на Земле. Углерод существует свободно в виде графита и алмаза. Он является важной частью угля, известняка и нефти и способен к самосвязыванию химическим путем с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

двуокись углерода : (или CO ₂ ) Бесцветный газ без запаха, вырабатываемый всеми животными, когда вдыхаемый ими кислород вступает в реакцию с богатой углеродом пищей, которую они съели. Углекислый газ также выделяется при сгорании органических веществ (включая ископаемое топливо, такое как нефть или газ). Углекислый газ действует как парниковый газ, удерживая тепло в атмосфере Земли. Растения превращают углекислый газ в кислород во время фотосинтеза, процесса, который они используют для производства собственной пищи.

окись углерода : токсичный газ, молекулы которого включают один атом углерода и один атом кислорода. («Моно» в слове «окись» — это приставка от греческого, означающая «один».) Один общий источник: сжигание ископаемого топлива.

клетка : (в биологии) Наименьшая структурная и функциональная единица организма. Обычно слишком маленький, чтобы увидеть его невооруженным глазом, он состоит из водянистой жидкости, окруженной мембраной или стенкой. Большинство организмов, таких как дрожжи, плесень, бактерии и некоторые водоросли, состоят только из одной клетки.

урожай : (в сельском хозяйстве) Тип растения, специально выращиваемого и выращиваемого фермерами, например, кукуруза, кофе или помидоры. Или этот термин может применяться к той части растения, которую собирают и продают фермеры.

электрохимия : Область науки, изучающая, как электричество влияет на химические изменения в некоторых веществах, а также как химическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию или наоборот.

топливо : Любой материал, который высвобождает энергию во время контролируемой химической или ядерной реакции. Ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть) является распространенным типом, который высвобождает свою энергию в результате химических реакций, происходящих при нагревании (обычно до точки сгорания).

гибрид : Организм, полученный путем скрещивания двух животных или растений разных видов или генетически различных популяций внутри вида. Этот термин также используется в отношении любого объекта, процесса или идеи, представляющих собой сочетание двух или более вещей.

Международная космическая станция : искусственный спутник, вращающийся вокруг Земли. Эта станция, управляемая Соединенными Штатами и Россией, представляет собой исследовательскую лабораторию, в которой ученые могут проводить эксперименты в области биологии, физики и астрономии, а также наблюдать за Землей.

изотопы : Различные формы элемента, несколько различающиеся по массе (и, возможно, по продолжительности жизни). У всех одинаковое количество протонов в ядре, но разное количество нейтронов.

НАСА : сокращение от Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Созданное в 1958 году, это американское агентство стало лидером в области космических исследований и стимулирования общественного интереса к исследованию космоса. Именно через НАСА Соединенные Штаты отправили людей на орбиту и, в конечном итоге, на Луну. Он также отправил исследовательский корабль для изучения планет и других небесных объектов в нашей Солнечной системе.

организм : Любое живое существо, от слонов и растений до бактерий и других видов одноклеточных организмов.

фотосинтез : (глагол: фотосинтез) Процесс, посредством которого зеленые растения и некоторые другие организмы используют солнечный свет для производства пищи из углекислого газа и воды.

саженец : Исходное растение, которое дает листья и корни после выхода из семени.

система : Сеть частей, которые вместе работают для достижения некоторой функции. Например, кровь, сосуды и сердце являются основными компонентами системы кровообращения человеческого организма. Точно так же поезда, платформы, пути, дорожные сигналы и путепроводы являются одними из потенциальных компонентов национальной железнодорожной системы. Систему можно даже применить к процессам или идеям, которые являются частью некоторого метода или упорядоченного набора процедур для выполнения задачи.

ткань : Состоит из клеток, любой из различных типов материалов, из которых состоят животные, растения или грибы. Клетки в ткани работают как единое целое, выполняя определенную функцию в живых организмах. Например, различные органы человеческого тела часто состоят из разных типов тканей.

дрожжи : одноклеточные грибы, способные сбраживать углеводы (например, сахара) с образованием углекислого газа и спирта. Они также играют ключевую роль в подъеме многих хлебобулочных изделий.

Citations

Журнал: E.C. Hann et al. Гибридная неорганически-биологическая система искусственного фотосинтеза для энергоэффективного производства продуктов питания. Nature Food. Vol. 3, 23 июня 2022 г., с. 461. doi: 10.1038/s43016-022-00530-x.

Журнал: X-G. Чжу и др. Повышение эффективности фотосинтеза для повышения урожайности. Ежегодных обзоров по биологии растений. Том. 61, июнь 2010 г., с. 235. doi:10.1146/annurev-arplant-042809-112206.

Кэти Грейс Карпентер — научный писатель и разработчик учебных программ со степенью в области биологии и биогеохимии. Она также пишет научную фантастику и снимает научные видеоролики. Кэти живет в США, но также проводит время в Швеции со своим мужем, шеф-поваром.

Искусственный фотосинтез позволяет растениям расти в темноте

На шаг ближе к выращиванию пищи в космосе.

5 июля 2022 г.

Метки:

Наука, Инновации, Учеба, Космос

(kram-9 / Shutterstock.com)

Растениям необходим солнечный свет для фотосинтеза, процесса поглощения энергии света для создания собственной пищи из углекислого газа и воды. Вот почему растения растут и процветают в теплые месяцы, когда больше дневного света, и бездействуют в холодные.

Но этот процесс не особенно эффективен, и, согласно пресс-релизу Калифорнийского университета в Риверсайде, только 1 процент энергии, содержащейся в солнечном свете, фактически попадает в растение. Теперь ученые из университета нашли способ обойти потребность в естественном фотосинтезе и создавать пищу с помощью искусственного фотосинтеза. Это позволяет растениям расти в полной темноте. Исследование было опубликовано в Натур Фуд .

«Используя наш подход, мы стремились определить новый способ производства продуктов питания, который мог бы преодолеть ограничения, обычно налагаемые биологическим фотосинтезом», — сказал в пресс-релизе автор корреспондента Роберт Джинкерсон, доцент UCR по химической и экологической инженерии.

Искусственный фотосинтез
Исследователи использовали двухэтапный электрокаталитический процесс для преобразования CO2, воды и электричества в ацетат — основной ингредиент уксуса — который потребляют растительные организмы для роста. Новый метод искусственного фотосинтеза может быть в 18 раз эффективнее солнечного света.

Посмотреть эту публикацию в Instagram

Публикация Deep Space Food Challenge (@deepspacefoodchallenge)

Исследователи настроили электролизер, устройство, использующее электричество для поддержки роста организмов, производящих пищу, чтобы получить самые высокие уровни ацетата, когда-либо производимые этим методом. Эксперименты показали, что с использованием этого ацетата можно выращивать широкий спектр пищевых организмов, включая дрожжи, зеленые водоросли и грибы.

«Мы смогли выращивать организмы, производящие пищу, без участия биологического фотосинтеза. Как правило, эти организмы выращивают на сахаре, полученном из растений, или на сырье, полученном из нефти, которая является продуктом биологического фотосинтеза, имевшего место миллионы лет назад, говорит Элизабет Ханн, докторант лаборатории Джинкерсона и соавтор исследования. изучение.

«Эта технология является более эффективным методом преобразования солнечной энергии в продукты питания по сравнению с производством продуктов питания, основанным на биологическом фотосинтезе», — сказала она.

Пищевой потенциал
Согласно New Atlas , за счет устранения потребности в солнечном свете потенциал этого метода для увеличения запасов продовольствия в регионах с далеко не идеальными условиями выращивания практически безграничен.

Еду можно будет выращивать практически где угодно, в том числе в космосе и на других планетах. Вот почему этот проект одержал победу на первом этапе конкурса НАСА Deep Space Food Challenge. Международная задача направлена на создание инновационных пищевых технологий, требующих минимального ухода и максимального выхода продуктов питания для использования в длительных космических путешествиях.

«Представьте, что когда-нибудь гигантские корабли будут выращивать томаты в темноте и на Марсе — насколько это будет проще для будущих марсиан?» соавтор Марта Ороско-Карденас, директор Исследовательского центра трансформации растений UCR, сказала в пресс-релизе.

Хотя до этого могут пройти годы, потенциал выращивания продуктов питания с использованием искусственного фотосинтеза имеет большое значение для обеспечения продовольствием голодного мира, где население растет, а площадь пахотных земель сокращается. Этот новый метод повышает эффективность производства продуктов питания с использованием меньшего количества земли и сводит к минимуму воздействие на окружающую среду на планете.