Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фотобиология - это научное исследование полезных и вредных взаимодействий света (технически неионизирующего излучения ) в живых организмах . [1] Эта область включает изучение фотофизики, фотохимии, фотосинтеза , фотоморфогенеза , обработки изображений , циркадных ритмов , фотодвижения, биолюминесценции и эффектов ультрафиолетового излучения. [2]

Разделение между ионизирующим излучением и неионизирующим излучением обычно считается энергией фотона более 10 эВ [3], что приблизительно соответствует как первой энергии ионизации кислорода, так и энергии ионизации водорода около 14 эВ. [4]

Когда фотоны контактируют с молекулами, эти молекулы могут поглощать энергию фотонов и становиться возбужденными. Затем они могут реагировать с окружающими их молекулами и стимулировать « фотохимические » и «фотофизические» изменения молекулярных структур. [1]

Фотофизика [5] [ править ]

Эта область фотобиологии фокусируется на физических взаимодействиях света и материи. Когда молекулы поглощают фотоны, которые соответствуют их потребностям в энергии, они переводят валентный электрон из основного состояния в возбужденное, и они становятся намного более реактивными. Это очень быстрый процесс, но он очень важен для разных процессов. [5]

Фотохимия [6] [ править ]

Эта область фотобиологии изучает реактивность молекулы, когда она поглощает энергию, исходящую от света. Он также изучает, что происходит с этой энергией, она может выделяться в виде тепла или флуоресценции, поэтому молекула возвращается в основное состояние.

Есть 3 основных закона фотохимии:

1) Первый закон фотохимии: этот закон объясняет, что для того, чтобы фотохимия произошла, свет должен поглощаться.

2) Второй закон фотохимии: этот закон объясняет, что только одна молекула будет активирована каждым поглощенным фотоном.

3) Закон взаимности Бунзена-Роско: этот закон объясняет, что энергия в конечных продуктах фотохимической реакции будет прямо пропорциональна общей энергии, первоначально поглощенной системой.

Фотобиология растений [ править ]

Рост и развитие растений сильно зависят от света . Фотосинтез - один из важнейших биохимических процессов для жизни на Земле, и он возможен только благодаря способности растений использовать энергию фотонов и преобразовывать ее в молекулы, такие как НАДФН и АТФ , чтобы затем связывать углекислый газ и превращать его в сахара, которые растения можно использовать для своего роста и развития. [7] Но фотосинтез - это не единственный процесс растений, управляемый светом, другие процессы, такие как фотоморфология и фотопериод растений , чрезвычайно важны для регулирования вегетативного и репродуктивного роста, а также производства растений.вторичные метаболиты . [8]

Фотосинтез [ править ]

Фотосинтез определяется как серия биохимических реакций, которые фототрофные клетки выполняют для преобразования энергии света в химическую энергию и сохранения ее в углерод-углеродных связях углеводов . [9] Как широко известно, этот процесс происходит внутри хлоропласта фотосинтезирующих клеток растений, где поглощающие свет пигменты могут быть обнаружены в мембранах структур, называемых тилакоидами . [9] Существует 2 основных пигменты , присутствующие в фотосистемах из высших растений : хлорофилл (а или б) и каротины . [7]Эти пигменты организованы таким образом, чтобы максимизировать прием и передачу света, и они поглощают волны определенной длины, чтобы увеличить количество света, которое может быть захвачено и использовано для фото- окислительно-восстановительных реакций . [7]

Фотосинтетически активное излучение (ФАР) [ править ]

Из-за ограниченного количества пигментов в фотосинтетических клетках растений существует ограниченный диапазон длин волн, которые растения могут использовать для фотосинтеза. Этот диапазон называется «фотосинтетически активным излучением (ФАР)». Интересно, что этот диапазон почти такой же, как видимый спектр человека, и простирается до длин волн примерно от 400-700 нм. [10] PAR измеряется в мкмоль с -1 м -2 и измеряет скорость и интенсивность лучистого света в микромолях на единицу площади поверхности и времени, которые растения могут использовать для фотосинтеза. [11]

Фотоморфогенез [ править ]

Этот процесс относится к развитию морфологии растений, которая опосредуется светом и контролируется 5 отдельными фоторецепторами: UVR8, криптохромом, фототропином, фитохромом r и фитохромом fr. [12] Свет может контролировать морфогенные процессы, такие как размер листа и удлинение побегов.

Световые волны различной длины вызывают разные изменения в растениях. [13] Например, от красного до дальнего красного света регулируется рост стеблей и выпрямление побегов, выходящих из земли. [14] В некоторых исследованиях также утверждается, что красный и дальний красный свет увеличивает укореняющуюся массу томатов [15], а также процент укоренения виноградных растений. [16] С другой стороны, синий и ультрафиолетовый свет регулируют прорастание и удлинение растения, а также другие физиологические процессы, такие как контроль устьиц [17] и реакцию на стресс окружающей среды. [18]Наконец, зеленый свет считался недоступным для растений из-за отсутствия пигментов, которые могли бы поглощать этот свет. Однако в 2004 году было обнаружено, что зеленый свет может влиять на активность устьиц, удлинение стеблей молодых растений и разрастание листьев. [19]

Вторичные метаболиты растений [ править ]

Эти соединения представляют собой химические вещества, которые растения производят в рамках своих биохимических процессов и помогают им выполнять определенные функции, а также защищать себя от различных факторов окружающей среды. В этом случае некоторые метаболиты, такие как антоцианы, флавоноиды и каротины, могут накапливаться в тканях растений, защищая их от УФ-излучения и очень высокой интенсивности света [20].

Фотобиологи [ править ]

  • Томас Патрик Кухилл , бывший президент Американского общества фотобиологии
  • Гарольд Ф. Блюм , исследовавший рак кожи, вызванный солнечным светом.

См. Также [ править ]

  • Экологическое световое загрязнение
  • Световые эффекты на циркадный ритм
  • Световая терапия
  • Фотобиомодуляция
  • Фотохимические и фотобиологические науки
  • Фотопериодизм
  • Скотобиология

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Смит, Кендрик С. (2014). "Что такое фотобиология?" . Проверено 2 августа 2018 .
  2. ^ Смит, Кендрик (2013-03-08). Наука фотобиологии . Springer Science & Business Media. ISBN 9781461580614.
  3. ^ Роберт Ф. Кливленд, младший; Джерри Л. Улчек (август 1999 г.). «Вопросы и ответы о биологических эффектах и ​​потенциальных опасностях радиочастотных электромагнитных полей» (PDF) (4-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Федеральная комиссия по связи OET (Управление инженерии и технологий). Архивировано (PDF) из оригинала на 2011-10-20 . Проверено 2 августа 2018 .
  4. ^ Джим Кларк (2000). «Энергия ионизации» . Архивировано 26 ноября 2011 года . Проверено 2 августа 2018 .
  5. ^ a b "ОСНОВНАЯ ФОТОФИЗИКА" . photobiology.info . Проверено 24 ноября 2019 .
  6. ^ «ОСНОВНАЯ ФОТОХИМИЯ» . photobiology.info . Проверено 24 ноября 2019 .
  7. ^ a b c Эйххорн Билодо, Самуэль; Ву, Бо-Сен; Руфикири, Анн-Софи; Макферсон, Сара; Лефсруд, Марк (29.03.2019). «Обновленная информация о фотобиологии растений и последствиях для производства каннабиса» . Границы растениеводства . 10 . DOI : 10.3389 / fpls.2019.00296 . ISSN 1664-462X . 
  8. ^ Lefsrud, Марк G .; Kopsell, Dean A .; Сэмс, Карл Э. (декабрь 2008 г.). «Облучение от светоизлучающих диодов с разной длиной волны влияет на вторичные метаболиты в капусте» . HortScience . 43 (7): 2243–2244. DOI : 10.21273 / hortsci.43.7.2243 . ISSN 0018-5345 . 
  9. ^ a b Купер, Джеффри М. (2018). Клетка: молекулярный подход . ISBN 9781605357072. OCLC  1085300153 .
  10. ^ Маккри, KJ (январь 1971). «Спектр действия, поглощение и квантовый выход фотосинтеза у сельскохозяйственных культур». Сельскохозяйственная метеорология . 9 : 191–216. DOI : 10.1016 / 0002-1571 (71) 90022-7 . ISSN 0002-1571 . 
  11. ↑ Янг, Эндрю Джон (декабрь 1991 г.). «Фотозащитная роль каротиноидов у высших растений». Physiologia Plantarum . 83 (4): 702–708. DOI : 10,1034 / j.1399-3054.1991.830426.x . ISSN 0031-9317 . 
  12. ↑ Покок, Тесса (сентябрь 2015 г.). "Светоизлучающие диоды и модуляция специальных культур: светочувствительные и сигнальные сети в растениях" . HortScience . 50 (9): 1281–1284. DOI : 10.21273 / hortsci.50.9.1281 . ISSN 0018-5345 . 
  13. ^ Скандола доктор философии, Сабина. «Фотобиология: свет растений имеет значение» . G2V Оптика.
  14. ^ Макнеллис, Тимоти В .; Дэн, Син-Ван (ноябрь 1995 г.). «Световой контроль морфогенетического рисунка проростков». Растительная клетка . 7 (11): 1749. DOI : 10,2307 / 3870184 . ISSN 1040-4651 . JSTOR 3870184 .  
  15. ^ Ву, Нгок-Тханг; Ким, Янг-Шик; Канг, Хо-Мин; Ким, Иль-Сеоп (февраль 2014 г.). «Влияние кратковременного облучения до и после прививки на коэффициент взятия прививки и качество рассады томатов». Садоводство, окружающая среда и биотехнология . 55 (1): 27–35. DOI : 10.1007 / s13580-014-0115-5 . ISSN 2211-3452 . 
  16. ^ Пудель, Пушпа Радж; Катаока, Икуо; Мочиока, Рёске (30 ноября 2007 г.). «Влияние красных и синих светодиодов на рост и морфогенез винограда». Культура растительных клеток, тканей и органов . 92 (2): 147–153. DOI : 10.1007 / s11240-007-9317-1 . ISSN 0167-6857 . 
  17. ^ Шварц, А .; Зейгер, Э. (май 1984 г.). «Метаболическая энергия для открытия устьиц. Роль фотофосфорилирования и окислительного фосфорилирования». Planta . 161 (2): 129–136. DOI : 10.1007 / bf00395472 . ISSN 0032-0935 . 
  18. ^ Goins, GD; Йорио, Северная Каролина; Санво, ММ; Браун, CS (1997). «Фотоморфогенез, фотосинтез и урожай семян растений пшеницы, выращенных под красными светодиодами (СИД) с дополнительным синим освещением и без него» . Журнал экспериментальной ботаники . 48 (7): 1407–1413. DOI : 10.1093 / JXB / 48.7.1407 . ISSN 0022-0957 . 
  19. ^ Folta, Кевин М. (июль 2004). Зеленый свет стимулирует раннее удлинение ствола, противодействуя подавлению опосредованного светом роста1 . Американское общество биологов растений. OCLC 678171603 . 
  20. ^ Деммиг-Адамс, Барбара. (2014-11-22). Нефотохимическое тушение и рассеяние энергии у растений, водорослей и цианобактерий . ISBN 978-94-017-9032-1. OCLC  1058692723 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Американское общество фотобиологии
  • Европейское общество фотобиологии