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식물이 빛에 노출되면 광합성이 즉시 시작됩니까?

식물이 빛에 노출되면 광합성이 즉시 시작됩니까?


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광합성 과정이 식물에 유용해지기 위한 "증가" 시간이 있는지, 아니면 식물이 어둠의 기간 후에 빛에 노출될 때 즉시 시작되는지 알고 싶습니다.

예를 들어, 인공 조명을 사용하여 실내에서 식물을 키우고 있다면 조명을 켜는 바로 그 순간 식물이 CO2를 전환하기 시작합니까, 아니면 반응이 식물의 임계 모멘텀에 도달하는 데 일정 시간이 걸리나요? 설탕을 생산할 수 있습니까?

또는 사고 실험으로, 10분 동안 불을 켜면 식물이 1분 동안 불을 켰다가 10분 동안 10번 연속으로 껐을 때와 거의 같은 양의 설탕을 생산할까요?


이것은 정말 흥미로운 질문입니다! 광합성이 작동하는 방식의 핵심에 도달합니다.

첫째, 식물이 즉시 포도당 생산을 시작할지 여부는 다양한 요인(식물의 종류, 빛의 종류)에 따라 다릅니다. 예를 들어, 많은 다육식물은 빛의 포획과 CO2 고정이 시간적으로 분리되는 CAM 광합성(Crassulacean Acid Metabolism)을 거칩니다(전자는 낮 시간에, 후자는 밤에). 또한 인공 조명은 파장 구성이 다르며(적색과 원적외선의 비율이 다를 수 있음) 광합성 속도는 이에 따라 변경됩니다. 여기에서 자세히 읽어보세요.

그러나 나는 아직 질문의 핵심을 다루지 않았습니다. 식물이 빛에 노출되면 광합성을 시작하는 데 얼마나 걸립니까? 이에 대해 생각하려면 빛이 잎사귀에 닿을 때 실제로 어떤 일이 일어나는지 생각해 보십시오. 빛 에너지는 엽록체의 색소에 의해 흡수되며, 엽록체는 전자가 반응 중심으로 전달될 때까지 에너지를 이웃 색소로 전달합니다. 여기에서 광합성의 "광 반응"이 계속되고 사용 가능한 화학 에너지가 얻어집니다. 거기에서 CBB 주기(때때로 캘빈 주기, 캘빈-벤슨 또는 "어두운" 반응이라고도 함)가 계속되는데, 여기에서 질문의 CO2가 작용하고 6탄소 당이 생성됩니다. 이 일련의 화학 반응을 완료하는 것만큼 "증가"의 문제가 아닙니다.

이제 사고 실험을 고려할 때입니다. 부엌에 콩 식물(C3 광합성기)이 있고 설명된 대로 실험 조건에서 식물에 백색광 램프를 비추는 실험을 수행한다고 가정해 보겠습니다. 포도당 합성이 몇 초(~30초) 단위로 일어나기 때문에 각각에서 대략 같은 양의 설탕을 생산할 것이라고 믿습니다. 콩 식물을 5초 동안만 백색광에 노출시키면 CBB 주기를 완료하는 데 필요한 에너지를 생산할 시간이 없습니다.

제쳐두고: CBB 주기를 최초로 해명한 실험은 시아노박테리아(광합성 박테리아)를 표지된(중)탄소에 노출시키고 몇 초 동안 빛에 노출시키고 그 몇 안 되는 중탄소로부터 어떤 화합물이 생성되는지 특성화함으로써 수행되었습니다. - 두 번째 시간 프레임. 이전 링크에서 해당 실험에 대해 자세히 알아보세요. Calvin 자신도 당신이 한 것과 똑같은 것을 궁금해한 것 같습니다!

광합성을 포함한 식물 생리학의 기초에 대한 추가 읽기를 위해 나는 항상 식물 생물 "성경"을 추천합니다: 식물 생리학 및 개발 by Taiz L., Zeiger E., 2010. 나는 여전히 그것을 자주 참조합니다.

도움이 되었기를 바랍니다. 계속 궁금해!


설명자: 광합성의 작동 원리

녹색 식물은 태양으로부터 빛을 받아 물과 이산화탄소를 우리가 숨쉬는 산소와 우리가 먹는 설탕으로 바꿉니다.

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2020년 10월 28일 오전 6시 30분

심호흡을 하세요. 그런 다음 식물에게 감사합니다. 과일, 야채, 곡물 또는 감자를 먹는다면 식물에게도 감사하십시오. 식물과 조류는 우리가 생존하는 데 필요한 산소와 에너지로 사용하는 탄수화물을 제공합니다. 그것들은 모두 광합성을 통해 이루어집니다.

광합성은 이산화탄소, 물 및 햇빛으로부터 설탕과 산소를 ​​생성하는 과정입니다. 그것은 긴 일련의 화학 반응을 통해 발생합니다. 하지만 이렇게 요약할 수 있습니다. 이산화탄소, 물, 빛이 들어가고 포도당, 물, 산소가 나옵니다. (포도당은 단순당입니다.)

광합성은 두 가지 과정으로 나눌 수 있습니다. "사진" 부분은 빛에 의해 유발되는 반응을 나타냅니다. 설탕을 만드는 "합성"은 캘빈 회로라고 하는 별도의 과정입니다.

두 과정 모두 엽록체 내부에서 발생합니다. 이것은 식물 세포의 특수 구조 또는 세포 소기관입니다. 구조는 틸라코이드 막이라고 하는 막의 스택을 포함합니다. 거기에서 가벼운 반응이 시작됩니다.

엽록체는 식물 세포에서 발견됩니다. 광합성이 일어나는 곳입니다. 햇빛으로부터 에너지를 받는 엽록소 분자는 틸라코이드 막이라는 스택에 있습니다. blueringmedia/iStock/게티 이미지 플러스

빛이 들어오게 하소서

빛이 식물의 잎에 닿으면 엽록체와 틸라코이드 막에 빛을 발합니다. 그 막은 녹색 색소인 엽록소로 채워져 있습니다. 이 안료는 빛 에너지를 흡수합니다. 빛은 전자기파로 이동합니다. 파장(파동 사이의 거리)은 에너지 수준을 결정합니다. 그 파장 중 일부는 우리가 보는 색상으로 볼 수 있습니다. 엽록소와 같은 분자가 올바른 모양을 가지고 있으면 일부 파장의 빛으로부터 에너지를 흡수할 수 있습니다.

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엽록소는 우리가 파란색과 빨간색으로 보는 빛을 흡수할 수 있습니다. 이것이 우리가 식물을 녹색으로 보는 이유입니다. 녹색은 식물이 흡수하는 색상이 아니라 반사하는 파장입니다.

빛은 파동으로 이동하지만 광자라는 입자일 수도 있습니다. 광자는 질량이 없습니다. 그러나 그들은 소량의 빛 에너지를 가지고 있습니다.

태양 빛의 광자가 잎사귀로 반사될 때, 그 에너지는 엽록소 분자를 여기시킵니다. 그 광자는 물 분자를 쪼개는 과정을 시작합니다. 물에서 분리된 산소 원자는 다른 원자와 즉시 결합하여 산소 분자 또는 O를 생성합니다.2. 화학 반응은 또한 ATP라는 분자와 NADPH라는 또 다른 분자를 생성합니다. 이 두 가지 모두 세포가 에너지를 저장할 수 있도록 합니다. ATP와 NADPH는 또한 광합성의 합성 부분에 참여할 것입니다.

가벼운 반응은 설탕을 만들지 않습니다. 대신 ATP와 NADPH에 저장된 에너지를 공급하여 Calvin 주기에 연결됩니다. 설탕이 만들어지는 곳입니다.

그러나 가벼운 반응은 우리가 사용하는 산소를 생성합니다. 우리가 호흡하는 모든 산소는 전 세계의 식물과 조류(식물이 아님)가 수행하는 광합성의 이 단계의 결과입니다.

설탕 좀 주세요

다음 단계는 빛 반응에서 에너지를 가져와 캘빈 회로라고 하는 과정에 적용합니다. 이 주기는 그것을 발견한 멜빈 캘빈의 이름을 따서 명명되었습니다.

캘빈 주기는 어떤 단계에도 빛이 필요하지 않기 때문에 때때로 암흑 반응이라고도 합니다. 그러나 그것은 여전히 ​​낮에 발생합니다. 그 전에 오는 가벼운 반응에 의해 생성되는 에너지가 필요하기 때문입니다.

가벼운 반응이 틸라코이드 막에서 일어나는 동안 그것이 생성하는 ATP와 NADPH는 결국 기질에서 발생합니다. 이것은 엽록체 내부에 있지만 틸라코이드 막 외부에 있는 공간입니다.

캘빈 주기에는 네 가지 주요 단계가 있습니다.

  1. 탄소 고정: 여기에서 식물은 CO를 가져옵니다.2 rubisco를 사용하여 다른 탄소 분자에 부착합니다. 이것은 반응을 더 빠르게 진행시키는 효소 또는 화학 물질입니다. 이 단계는 루비스코가 엽록체와 지구에서 가장 흔한 단백질이기 때문에 매우 중요합니다. Rubisco는 CO에 탄소를 부착합니다.2 ribulose 1,5-bisphosphate(또는 RuBP)라고 하는 5개의 탄소 분자로 변환됩니다. 이것은 6개의 탄소 분자를 생성하고, 각각은 3개의 탄소를 가진 2개의 화학 물질로 즉시 분리됩니다.
  2. 절감: 광반응의 ATP와 NADPH가 튀어나와 탄소 3개 분자 2개를 작은 당 분자 2개로 변환합니다. 당 분자를 G3P라고 합니다. 이것은 glyceraldehyde 3-phosphate(GLIH-sur-AAL-duh-hide 3-FOS-fayt)의 줄임말입니다.
  3. 탄수화물 형성: G3P의 일부는 포도당(C6시간12영형6).
  4. 재건: 계속되는 가벼운 반응으로 더 많은 ATP가 생성되면 남은 G3P는 두 개의 탄소를 더 흡수하여 RuBP가 됩니다. 이 RuBP는 다시 rubisco와 쌍을 이룹니다. 그들은 이제 다음 CO 분자가 나올 때 캘빈 회로를 다시 시작할 준비가 되었습니다.2 도착.

광합성이 끝나면 식물은 포도당(C6시간12영형6), 산소(O2) 및 물(H2영형). 포도당 분자는 더 큰 일을 합니다. 세포벽을 구성하는 화학 물질인 셀룰로오스와 같은 긴 사슬 분자의 일부가 될 수 있습니다. 식물은 또한 더 큰 전분 분자 내의 포도당 분자에 포장된 에너지를 저장할 수 있습니다. 그들은 포도당을 과당과 같은 다른 당에 넣어 식물의 과일을 달콤하게 만들 수도 있습니다.

이 모든 분자는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화학 물질인 탄수화물입니다. (탄수화물은 기억하기 쉽도록 합니다.) 식물은 이러한 화학 물질의 결합을 사용하여 에너지를 저장합니다. 그러나 우리는 이러한 화학 물질도 사용합니다. 탄수화물은 우리가 먹는 음식, 특히 곡물, 감자, 과일 및 채소의 중요한 부분입니다.

파워워드

조류: 한때 식물로 간주되었던 단세포 유기체(그들은 아님). 수생 생물로서 그들은 물에서 자랍니다. 녹색 식물과 마찬가지로 그들은 음식을 만들기 위해 햇빛에 의존합니다.

원자: 화학 원소의 기본 단위. 원자는 양전하를 띤 양성자와 전하를 띠지 않는 중성자를 포함하는 조밀한 핵으로 구성됩니다. 핵은 음전하를 띤 전자 구름에 의해 궤도를 돌고 있습니다.

ATP: 아데노신 삼인산의 줄임말. 세포는 이 분자를 만들어 거의 모든 활동에 힘을 실어줍니다. 세포는 산소와 단순당을 사용하여 에너지의 주요 원천인 이 분자를 생성합니다. 이 에너지 저장 과정을 수행하는 세포의 작은 구조를 미토콘드리아라고 합니다. 배터리와 마찬가지로 ATP는 약간의 사용 가능한 에너지를 저장합니다. 세포가 그것을 사용하면 미토콘드리아는 세포의 영양소에서 수확한 에너지를 사용하여 더 많은 ATP를 만들어 세포를 재충전해야 합니다.

노예: (화학에서) 분자 내 원자 또는 원자 그룹 간의 반영구적 부착. 참여하는 원자 사이의 인력에 의해 형성됩니다. 일단 결합되면 원자는 하나의 단위로 작동합니다. 구성 요소 원자를 분리하려면 열이나 다른 유형의 방사선으로 분자에 에너지를 공급해야 합니다.

캘빈 주기: 이를 발견한 사람인 멜빈 캘빈의 이름을 따서 명명된 이 주기는 식물과 조류가 이산화탄소를 염기성 탄수화물로 바꾸는 과정입니다.

탄수화물: 설탕, 전분, 셀룰로오스를 포함하여 식품 및 생체 조직에서 발생하는 큰 그룹의 화합물. 그들은 물과 같은 비율(2:1)로 수소와 산소를 함유하고 있으며 일반적으로 동물의 몸에서 분해되어 에너지를 방출할 수 있습니다.

이산화탄소: (또는 CO2) 모든 동물이 흡입하는 산소가 그들이 먹은 탄소가 풍부한 음식과 반응할 때 생성되는 무색, 무취의 가스입니다. 이산화탄소는 또한 유기물(석유나 가스와 같은 화석 연료 포함)이 연소될 때 방출됩니다. 이산화탄소는 온실 가스로 작용하여 지구 대기에 열을 가둡니다. 식물은 광합성 동안 이산화탄소를 산소로 변환합니다. 광합성은 스스로 양분을 만드는 데 사용하는 과정입니다.

: 유기체의 가장 작은 구조적 기능적 단위. 일반적으로 맨눈으로 보기에는 너무 작아서 막이나 벽으로 둘러싸인 물 같은 액체로 구성되어 있습니다. 크기에 따라 동물은 수천에서 수조 개의 세포로 구성됩니다. 효모, 곰팡이, 박테리아 및 일부 조류와 같은 대부분의 유기체는 단 하나의 세포로 구성됩니다.

셀룰로오스: 식물 세포벽에서 발견되는 섬유질의 일종. 그것은 포도당 분자의 사슬에 의해 형성됩니다.

화학적 인: 두 개 이상의 원자가 일정한 비율과 구조로 결합(결합)하여 형성된 물질. 예를 들어, 물은 두 개의 수소 원자가 하나의 산소 원자에 결합할 때 만들어지는 화학 물질입니다. 그것의 화학식은 H2O. 화학 물질은 또한 다른 화합물 간의 다양한 반응의 결과인 물질의 특성을 설명하는 형용사일 수 있습니다.

화학 반응: 물리적 형태(고체에서 기체로)의 변화와는 반대로 물질의 분자나 구조의 재배열을 포함하는 과정.

엽록소: 광합성을 수행하는 식물에서 발견되는 여러 녹색 색소 중 하나입니다. 이산화탄소와 물에서 설탕(식품)을 생성합니다.

엽록체: 엽록소를 함유하고 광합성을 통해 포도당을 생성하는 녹조류 및 녹색 식물 세포의 작은 구조.

전자기: 빛 복사, 자기 또는 둘 다를 나타내는 형용사.

일으키다: (화학 및 물리학에서) 원자에 있는 하나 이상의 외부 전자에 에너지를 전달하는 것. 그들은 빛과 같은 일부 유형의 방사선 방출을 통해 추가 에너지를 발산할 때까지 이 더 높은 에너지 상태를 유지합니다.

과당: 단순 설탕. 포도당과 함께 과당은 각 자당 분자의 절반을 구성합니다(식탁당이라고도 함).

포도당: 생명체의 중요한 에너지원인 단순당. 혈류를 통해 이동하는 에너지원으로서 "혈당"으로 알려져 있습니다. 설탕(자당이라고도 함)을 구성하는 분자의 절반입니다.

글리세르알데히드 3-인산 또는 G3P: 단순 탄수화물을 형성하는 화학적 단계의 일부로 생성된 분자. 두 분자의 G3P는 광합성의 캘빈 회로의 일부로 식물과 조류에서 만들어집니다. 동물과 박테리아도 탄수화물을 만드는 자체 단계의 일부로 G3P를 만듭니다.

수소: 우주에서 가장 가벼운 원소. 기체로서 무색, 무취이며 인화성이 높습니다. 그것은 살아있는 조직을 구성하는 많은 연료, 지방 및 화학 물질의 필수적인 부분입니다. 그것은 단일 전자에 의해 궤도를 도는 단일 양성자(핵 역할을 함)로 구성됩니다.

대량의: 물체가 가속과 감속에 얼마나 저항하는지 보여주는 숫자 — 기본적으로 물체가 얼마나 많은 물질로 만들어졌는지 측정합니다.

: 물질의 크기나 특성에 따라 일부 물질의 통과(또는 통과)를 차단하는 장벽. 멤브레인은 여과 시스템의 필수적인 부분입니다. 많은 사람들이 신체의 세포나 기관을 덮는 것과 같은 역할을 합니다.

분자: 화학 화합물의 가능한 최소량을 나타내는 전기적으로 중성인 원자 그룹. 분자는 단일 유형의 원자 또는 다른 유형으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 공기 중의 산소는 두 개의 산소 원자(O2), 그러나 물은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자(H2영형).

NADPH 또는 NADP+: nicotinamide adenine dinucleotide phosphate의 줄임말(아무도 그렇게 부르지 않음). 이 분자는 세포가 에너지를 저장하고 전달하는 방법입니다. NADP+ 분자가 NADPH로 변환되면 에너지가 포함되어 세포의 다른 반응에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.

소기관: 세포 내에서 발견되는 미토콘드리아와 같은 특수 구조.

산소: 지구 대기의 약 21%를 구성하는 가스. 모든 동물과 많은 미생물은 성장(및 신진대사)에 연료를 공급하기 위해 산소가 필요합니다.

입자: 약간의 양.

광자: 빛 또는 다른 유형의 전자기 복사의 가능한 최소량을 나타내는 입자.

광합성: (동사: 광합성) ​​녹색 식물과 일부 다른 유기체가 햇빛을 사용하여 이산화탄소와 물로부터 음식을 생산하는 과정.

단백질: 하나 이상의 아미노산의 긴 사슬로 이루어진 화합물. 단백질은 모든 살아있는 유기체의 필수적인 부분입니다. 그들은 살아있는 세포, 근육 및 조직의 기초를 형성하며 또한 세포 내부에서 일합니다. 더 잘 알려진 독립형 단백질 중에는 감염과 싸우려고 시도하는 헤모글로빈(혈액 내)과 항체(혈액 내)가 있습니다. 의약품은 종종 단백질에 달라붙어 작용합니다.

절감: (v. 환원) 하나 이상의 전자를 추가하는 화학 반응. 또한 산화의 반대 개념으로 간주됩니다. 녹이 철을 산화시키면 그 과정은 근처에 있는 산소 원자를 감소시킵니다. 즉, 음전하를 띠는 전자를 얻습니다.

리불로스 1,5-비스포스페이트: (RuBP) 이산화탄소에서 당을 생성하는 캘빈 회로의 첫 번째 단계와 마지막 단계를 완료하는 분자. 이 분자는 5개의 탄소를 포함하고 효소 rubisco에 결합합니다. Rubisco는 RuBP를 공기 중 이산화탄소와 연결하여 탄수화물을 만드는 첫 번째 단계입니다.

루비스코: 이 약어는 ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase의 약자입니다. 지구상에서 가장 흔한 단백질입니다. 효소로서의 역할에서 광합성에서 중추적인 역할을 합니다.

녹말: 모든 녹색 식물이 만드는 부드러운 백색 케미컬. 그것은 더 작고 동일한 빌딩 블록을 많이 연결하여 만들어진 비교적 긴 분자입니다. 모두 포도당, 즉 단순한 설탕입니다. 식물과 동물은 포도당을 에너지원으로 사용합니다. 식물은 에너지의 예비 공급원으로 포도당을 전분 형태로 저장합니다. 전분을 섭취하는 동물은 전분을 포도당 분자로 분해하여 유용한 에너지를 추출할 수 있습니다.

기질: (식물학) 광합성의 캘빈 회로 부분이 일어나는 엽록체 내부의 무색 액체. (in anatomy) 기관을 둘러싸고 있는 지지 구조. 여기에는 장기를 제자리에 고정시키는 결합 조직과 장기에 산소와 당을 공급하는 혈관이 포함됩니다.

합성: (v. 합성) 더 간단한 화학 빌딩 블록을 결합하여 물질을 생성합니다.

틸라코이드 막: 엽록체 내부에 연결된 막의 내부 시스템. 막에는 녹색 색소인 엽록소뿐만 아니라 단백질도 포함되어 있습니다. 이 막은 광합성의 광 반응 부분이 일어나는 곳이며, 광합성의 당을 만드는 부분에 전력을 공급하기 위해 산소와 에너지를 생성합니다.

파장: 일련의 파동에서 한 봉우리와 다음 봉우리 사이의 거리 또는 한 골과 다음 골 사이의 거리. 또한 방사선을 측정하는 데 사용되는 "측정 기준" 중 하나입니다. 모든 전자기 복사와 마찬가지로 파동으로 이동하는 가시광선은 약 380나노미터(보라색)에서 약 740나노미터(빨간색) 사이의 파장을 포함합니다.가시광선보다 파장이 짧은 방사선에는 감마선, X선 및 자외선이 포함됩니다. 더 긴 파장의 복사에는 적외선, 마이크로파 및 전파가 포함됩니다.

인용

책: N.A. Campbell, J.B. Reese 및 L.G. 미첼. 생물학, 5판. Benjamin-Cummings Publication Co., 1999.

베다니 브룩셔 소개

Bethany Brookshire는 학생들을 위한 과학 뉴스. 그녀는 박사 학위를 가지고 있습니다. 생리학과 약리학을 전공했으며 신경과학, 생물학, 기후 등에 대해 글을 쓰는 것을 좋아합니다. 그녀는 포그가 침입종이라고 생각합니다.

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식물이 빛에 노출되면 광합성이 즉시 시작됩니까? - 생물학

실험의 목적

이 실험의 목적은 같은 식물의 잎이 자라는 환경에 따라 광합성 특성이 다르다는 것을 증명하는 것입니다. 식물은 제한된 자원의 사용을 최적화하기 위해 특정 환경 조건에 적응할 수 있는 표현형 가소성을 가지고 있습니다. 이 실험에서 당신은 높은 빛과 낮은 빛 환경에서 자란 같은 식물의 잎을 비교할 것이고, 저조도 식물이 광합성을 위한 빛 포착의 효율성을 증가시키기 위해 적응한 것을 관찰할 것입니다.

식물은 독립 영양 동물입니다. 즉, 에너지를 얻기 위해 음식을 먹을 필요가 없습니다. 그들은 태양 에너지를 포착하고 화학 결합 에너지로 전환함으로써 대사 활동에 필요한 에너지를 얻습니다. 이 과정을 광합성 그리고 주로 식물의 잎에서 수행됩니다. 분명히, 직사광선을 받는 잎이 많을수록 성장, 번식 등을 위해 더 많은 에너지가 포착됩니다. 나무와 같은 3차원 구조는 일부 잎이 다른 잎에 의해 잠재적으로 음영 처리됩니다. 나무가 햇빛이 가장 바깥쪽 잎사귀를 지나 내부 잎사귀에서 광합성을 자극하도록 하는 메커니즘을 갖는 것이 가장 효율적일 것입니다.

많은 종의 나무는 햇빛이 캐노피 내부로 침투할 수 있도록 적응되어 높은 광합성 속도를 유지하기 위해 그늘진 잎사귀에 흡수됩니다. 광도와 광합성 사이의 관계는 곡선이므로 잎이 최대 속도로 광합성을 하기 위해 전체 햇빛에 있을 필요는 없습니다. 약 250 w/m 2 의 햇빛을 받는 모든 잎은 부분적으로 그늘이 진 경우에도 더 많이 노출된 잎과 마찬가지로 광합성을 합니다.

큰 캐노피가 있는 나무는 내부 잎의 과도한 음영을 피하기 위해 적응할 수 있습니다. 나무 전체가 광합성을 최대화하도록 돕는 방법 중 하나는 외부 잎이 내부로 더 많은 빛을 허용하도록 모양을 만드는 것입니다. 더 깊은 층의 잎은 대부분의 전투를 차단할 수 있는 모양입니다(그림 2). 또한, 캐노피 가장자리의 잎은 강렬한 빛이 잎을 더 깊이 침투하기 때문에 광합성 세포의 더 두꺼운 층이 있습니다. 이 실습에서는 외부(태양) 잎과 내부(그늘) 잎 사이에 잎 모양의 차이가 있는지 여부를 조사합니다. 실험실의 이 부분은 Bgy 32 클래스에 의해 실행됩니다. 또한 Bgy 32 클래스는 잎의 두께가 나무에서 잎의 위치와 상관 관계가 있는지 확인하기 위해 잎 크기에 대한 잎 무게의 차이를 결정합니다. Bgy 34 등급은 태양과 그늘 잎의 광합성 효율을 결정합니다. 또한 분광광도계를 사용하여 성공적인 광합성에 가장 중요한 역할을 하는 분자인 엽록소의 농도에 차이가 있는지 확인합니다. 차이점을 발견하면 나뭇잎의 위치와 일치하는지 여부를 결정하고 나무가 가능한 한 광합성을 수행하도록 돕는 것이 우리의 임무입니다. 마지막으로, 당신이 숨쉬는 산소를 공급해 준 나무에 매일 감사하는 것은 당신의 평생 과업이 될 것입니다.

그림 1. 캐노피의 위치와 관련된 잎 모양의 변화. (A) 태양 잎은 더 깊은 부비동을 갖는 경향이 있습니다. (B) 그늘 잎은 큰 돌출부와 얕은 부비동을 가지고 있습니다.

실험적 절차: 이 실험에는 네 부분이 있습니다. 1 잎 온도 및 증산 측정 귀하의 그룹이 큐빗 시스템으로 광합성 측정을 시작하고 절차에 편안함을 느끼면 각 그룹의 2명의 학생이 목련 또는 레드의 태양 잎 10개와 그늘 잎 10개에서 증산 및 잎 온도를 측정해야 합니다. 단풍 나무. 데이터는 이 유인물의 끝에 있는 차트에 기록할 수 있습니다. 2. 태양과 그늘 잎의 광합성 측정 아래의 큐빗 시스템 사용에 대한 자세한 지침을 참조하십시오. 3. 엽록소 a/엽록소 b 비율 광합성 측정에 사용하는 태양과 그늘 잎을 버리지 마십시오. 우리는 이 잎에서 총 엽록소를 추출하고 엽록소 a 대 엽록소 b 비율을 빠르게 결정할 것입니다. "광합성 측정" 섹션 뒤에 나열된 이 절차에 대한 설명을 참조하십시오. 4. 잎 면적 측정 및 신선/건조 중량(Bgy 32 등급) Worthen 박사의 Bgy 32 클래스가 이 데이터를 수집합니다. 가능한 한 빨리 사용 가능하게 만들겠습니다. 2. 태양과 그늘 잎에서 광합성 측정:

각 학생 팀은 Red Maple 또는 Magnolia 태양 식물에서 태양 잎 하나와 그늘 잎 하나에 대한 광합성 측정값을 수집합니다. 실제 광합성 측정을 수행할 준비가 될 때까지 이 잎을 수집하지 마십시오.

(1) 강사가 설명한 대로 Qubit System 광합성 패키지의 구성 요소를 배열하고 조명 기구의 바닥이 리프 챔버 표면에서 11cm 떨어진 곳에 위치하도록 합니다. 계속 진행하기 전에 조광기 컨트롤을 최소 설정으로 밀어 조명이 꺼져 있는지 확인하십시오.

(2) 컴퓨터를 켜고 O를 보정합니다.2 및 광 센서. 두 센서의 출력을 보려면 "시작" 버튼을 클릭하십시오.

일반 실내 공기에서 20.7%. 스크루 다이버를 사용하여 앰프 상자의 게인 컨트롤을 조정하여 화면의 디스플레이가 다음을 읽도록 합니다.

(3) 불을 끈 상태에서 태양 잎을 잎실 내부에 밀봉하여 잎의 일부가 O에 의해 가려지지 않도록하십시오.2 센서 또는 가스 입구 및 출구 포트. 잎이 너무 커서 챔버 내에서 완전히 봉인되지 않아도 문제가 되지 않으며 "초과"가 결과에 영향을 주지 않고 챔버 밖으로 튀어나올 수 있습니다. 챔버를 닫을 때는 나비 나사를 손가락으로 꽉 조이십시오.

(4) 페트리 접시가 잎 부분의 대부분을 덮도록 챔버 상단에 놓고 접시에 물을 채웁니다.

(5) "시작" 버튼을 클릭합니다. 버튼이 "중지" 버튼으로 바뀌고 데이터가 화면의 두 그래프와 화면 하단에 숫자로 나타나기 시작합니다. 초기 O2 농도에 가까워야 한다.

20.7% 오2, 초기 광자 플럭스는 0에 가까워야 합니다.

(6) 빨대를 사용하여 비닐봉지를 과도하게 부풀려 이음매에 압력이 가해지지 않도록 주의하면서 숨을 내쉬면서 비닐봉지를 부풀립니다. 제공된 루어 락 플러그로 가방을 밀봉하십시오. 대사 상태에 따라 내쉬는 호흡에는 16~18%의 O가 포함되어야 합니다.2, 및 3~5% CO2. 인간의 정상적인 조건에서 한 분자의 CO2 O의 모든 분자에 대해 호흡에서 생성됩니다.2 호흡에 18% O가 포함되어 있으면 소비됩니다.2 또한 2.75% CO를 포함해야 합니다.2 즉, 대기 O2 농도(20.7%) 마이너스 호흡 O2 농도(18%) + CO2 실험실 농도(일반적으로 0.05%).

(7) 백의 튜브에서 루어 락 플러그를 제거하고 이 튜브를 리프 챔버의 윗면에 있는 가스 포트 중 하나에 부착합니다. 숨이 챔버를 통해 플러시되도록 가방을 부드럽게 누르십시오. 약 10초 동안 플러싱한 후 입구 포트에서 백을 제거하고 백을 밀봉한 다음 제공된 루어 락 플러그로 리프 챔버의 두 포트를 밀봉합니다. O의 감소를 관찰하십시오.2 stab1e 값에 도달할 때까지 컴퓨터 화면에서 읽기(

(8) O2, 화면의 판독값이 안정된 값에 도달한 경우 조광기 컨트롤을 최대 설정으로 밀어 조명을 켭니다. 화면 하단의 조도 판독값을 기록한 다음 조광기 컨트롤을 최소 설정으로 밀어 즉시 조명을 끕니다.

(9) 컴퓨터 화면에서 "중지" 버튼을 클릭하여 데이터 수집을 중지합니다. 이제 위쪽 O의 축에 표시되는 값의 범위를 조정해야 합니다.2 가장 낮은 값은 호기의 값에 가깝고 가장 높은 값은 대기 pO의 값보다 약간 높도록 그래프2. 마우스를 사용하여 현재 그래프에 표시된 가장 낮은 값을 클릭합니다. 값이 강조 표시되어 새 번호를 입력할 수 있습니다. O보다 0.5단위 낮은 숫자를 선택하십시오.2 호흡의 집중. 그런 다음 O에 표시된 가장 높은 숫자를 클릭합니다.2 축을 만들고 이것을 22% O로 변경합니다.2. 또한, 빛 응답 그래프의 가장 높은 값을 램프를 켰을 때 측정한 값보다 10단위 높은 값으로 조정합니다.

(10) 실험은 두 부분(태양 잎과 그늘 잎)으로 이루어지며 각 부분은 약 60분 완료합니다. 마우스를 사용하여 존재하는 최대값을 강조 표시한 다음 60을 입력하여 두 그래프의 시간 축을 최대 60분으로 조정합니다. "Enter"를 누르거나 화면의 아무 곳에서나 마우스를 클릭하여 변경 사항을 구현합니다.
참고: 실험에 60분이 넘게 걸리면 60분 후에 수집된 데이터를 저장할 수 없습니다. 실험이 시작된 후 이를 예상하면 60분 동안 데이터를 계속 수집한 다음 "중지" 버튼을 사용하여 데이터 수집을 중지합니다. 아래 18번 항목에 따라 데이터를 저장한 다음 "시작" 버튼을 눌러 데이터 수집을 다시 시작하십시오. 다른 파일 이름을 사용하여 데이터의 두 번째 부분을 저장합니다. 또는 데이터 수집을 중지한 후 메뉴에서 "데이터"를 선택한 다음 "데이터 A & THORN 데이터 B"를 선택하여 데이터의 첫 번째 부분을 데이터 A에서 데이터 B로 전송합니다. 데이터 수집을 다시 시작하고 실험을 완료하십시오. 데이터의 두 번째 부분은 데이터 A로 수집됩니다. 데이터 A와 데이터 B는 함께 또는 별도로 화면에 표시될 수 있습니다("데이터" 메뉴의 옵션 참조). 데이터의 각 부분에는 '데이터 A를 다른 이름으로 저장'을 선택하여 별도의 파일 이름을 지정해야 합니다. " 및 "데이터 B를 다른 이름으로 저장합니다. " 파일 메뉴 아래에 있습니다. (11) 컴퓨터 화면에서 "시작" 버튼을 클릭합니다. 리프 챔버에서 플러그를 제거하고 가스백에서 호흡으로 챔버를 다시 플러시합니다. 영형2 챔버의 농도는 낮은 값에서 안정적입니다.

(12) 조광기 컨트롤을 최대 출력으로 밀어 잎을 조명하고 O의 변화를 관찰하십시오.2 챔버 내 농도. 실험 전에 잎이 거의 어둠(예: 실내 조명)에서 유지되었다면 O의 변화가 거의 없을 것입니다.2 조명의 처음 3 - 5분 동안 판독. 이것은 광합성이 일어나기 위해 필요한 임계 풀 크기에 도달할 때까지 광합성 대사산물이 합성되는 광합성의 "유도 기간"에 해당합니다. 이것이 달성되면 O의 부분압2 (PO2) 챔버에서 O로 증가합니다.2 광합성에서 방출된다. 광합성 유도 기간 후, pO2 챔버에서 처음에는 천천히 상승한 다음 선형으로 증가합니다.

(13) 5~10분 동안 상승의 선형 부분을 관찰한 후, 불빛을 끄세요 그리고 챔버에서 루어 록 플러그를 제거합니다. 가스 백을 챔버 입구 포트에 부착하고 백을 부드럽게 눌러 챔버를 10초 동안 플러시한 다음 루어 락 플러그로 챔버와 가스 백을 다시 밀봉합니다.

(14) 조명을 다시 켜고 출력을 초기 강도의 약 80%로 줄입니다. 이것은 조광기 제어가 조정될 때 광 센서 디스플레이의 응답을 관찰하여 달성할 수 있습니다.

(15) 이후 조명을 켜고, 잎은 이미 광합성으로 유도되기 때문에 광합성은 거의 즉시 시작되어야 합니다. pO의 증가를 측정2 5 - 10분 동안 챔버의. 그런 다음 14단계를 반복합니다.

(16) 램프의 출력을 초기의 60%로 줄이고 초기 빛의 100, 80, 60, 40, 20%와 동일한 수의 광도에서 광합성 속도를 측정할 때까지 단계 15 및 16을 반복합니다. 산출.

(17) 모든 측정을 완료한 후 "중지" 버튼을 클릭하여 실험을 중지합니다.

(18) 메뉴에서 "파일"을 클릭하고 "다른 이름으로 저장..."을 선택하여 데이터를 저장합니다. 데이터에 적절한 파일 이름을 지정하고 디스크 또는 실험실 강사가 할당한 하위 디렉토리에 저장합니다.

(19) 챔버에서 페트리 접시를 제거하고 식물에서 잎을 분리하고 장착 브래킷에서 잎 챔버를 분리합니다. 이 작업을 수행하는 동안 램프의 뜨거운 표면이나 부속품을 만지지 않도록 주의하십시오. 방에서 잎사귀를 제거하고 이 잎사귀를 Bgy 32 학생들에게 줍니다. 이 학생들은 이제 이 잎의 무게와 잎 면적을 결정할 것입니다.

(20) 가스백(필요한 경우)을 숨으로 채우고 챔버에 그늘막을 놓습니다. 위의 12~19단계를 반복합니다.

데이터 분석
2 센서는 O의 부분압만 측정합니다.2 리프 챔버에 존재하는 경우 이 O가 발생하는 비율을 측정하지 않습니다.2 % 생산. 광합성과 같은 프로세스의 속도는 단위 시간당 해당 프로세스의 제품 증가(또는 프로세스의 기질 감소)의 비율로 표시됩니다. 실험에서 광합성 속도를 측정하려면 pO의 증가를 측정해야 합니다.2 시간의 함수로 큐벳 내에서. 이것은 O의 기울기를 측정하여 달성됩니다.2 그래프의 X 축이 최소로 표시될 때 % O의 비율을 제공하는 응답2 분당 데이터 분석 절차는 다음과 같습니다.
(1) 태양잎에 대해 수집된 데이터가 포함된 파일을 엽니다. 데이터 파일과 함께 저장된 보정을 로드할지 여부를 묻는 명령 상자가 나타납니다. "예"라고 대답하십시오. 데이터는 실험이 끝날 때 저장했을 때와 똑같이 화면에 나타납니다.

(2) 메뉴에서 "분석"을 마우스로 길게 클릭하여 선택합니다. "데이터 A 분석"을 선택한 다음 마우스 버튼을 놓습니다. 마우스를 움직여 그래프의 데이터 포인트를 따라 이동할 수 있는 수직선이 그래프에 나타납니다. 수직선을 움직이면 화면 하단의 디지털 디스플레이가 정확한 O를 표시하도록 변경됩니다.2 각 그래프의 선이 위치한 지점의 농도, 조도 및 시간 값.

(3) 수직선을 잎사귀를 높은 광도에 노출시킨 지점으로 이동하고 다음 질문에 답하십시오.2 챔버의 농도가 관찰되었습니까?

(ii) 광합성을 하지 않는 이유2 빛이 공급되는 순간 진화가 시작된다?

(iii) O 이후2 잎에서 진화가 시작되어 챔버 O가 증가했습니다.2 농도가 선형적으로 계속됩니까? (4) 챔버 O 증가의 선형 부분 동안 광합성 속도 측정2 집중. 이렇게 하려면 수직선을 O의 점으로 이동하십시오.2 측정을 시작하려는 데이터 위치에 마우스 버튼을 클릭하고 누르고 있습니다. 분석하고자 하는 데이터 부분으로 마우스를 이동한 후 마우스 버튼을 놓습니다. 이 절차 중에 데이터의 선택된 부분이 강조 표시됩니다.

(5) 메뉴 내에서 마우스를 클릭한 상태로 다시 "분석"을 선택합니다. "분석" 메뉴에서 "맞춤"을 선택하고 마우스 버튼을 놓습니다. 데이터에 적용할 수 있는 수학적 적합 유형과 관련된 옵션을 제공하는 명령 상자가 화면 하단에 나타납니다. 기본 옵션은 직선(y = bO + b1 * t)에 대한 방정식으로 방정식의 왼쪽에 실선 원으로 표시됩니다. 다른 방정식을 선택한 경우 방정식 옆에 있는 열린 원을 마우스로 클릭하여 선형 방정식을 다시 선택합니다. (6) "맞춤 시도"를 클릭합니다. 선택한 데이터로 선형 회귀가 만들어지고 화면의 오른쪽 상단에 방정식이 나타납니다. 이것은 bO(y축에서 회귀선의 절편) 및 b1(선의 기울기)에 대한 값을 제공합니다.

(7) "결과"를 클릭하여 b1의 매우 정확한 측정값을 얻고 "결과 및 토론" 섹션의 탭 1e에 기록합니다.

(8) "확인"을 클릭하여 "맞춤" 명령 상자로 돌아간 다음 "맞춤 유지"를 선택합니다. 명령 상자가 사라지고 화면에 이전에 선택한 데이터가 강조 표시됩니다.

(9) 수직선을 다음 데이터 세트의 선형 부분으로 이동하여 다음으로 가장 낮은 광도에서 광합성 속도를 측정합니다. 선택한 데이터 세트의 시작 부분을 클릭하고 마우스 버튼을 누르고 있습니다. 이전에 강조 표시된 데이터가 사라집니다. 분석할 데이터의 일부를 가로질러 선을 이동한 다음 마우스 버튼을 놓습니다. 화면의 방정식은 선택한 데이터 범위에 대한 새로운 bO 및 b1 값을 반영하도록 변경됩니다. 메뉴에서 "분석"을 선택한 다음 "결과에 맞게"를 선택합니다. 결과 및 토론 섹션의 tab1e에 b1의 새 값을 기록합니다.

(10) 데이터 세트의 각 조명 강도에 대해 포인트 8과 9를 반복한 다음, 쉐이드 리프로 수집된 데이터 세트를 사용하여 전체 절차를 반복합니다. 실험의 모든 부분에 대한 광합성 속도를 m mol O 단위로 표현2/m 2 /sec 아래에 설명된 대로.

수행한 각 회귀의 각 b1 값은 O의 증가율을 나타냅니다.2 시간에 따른 챔버의 농도. 따라서 이러한 b1 값 각각은 분당 %O로 표시되는 광합성 속도입니다. 그러나 광합성은 일반적으로 m 몰의 O로 표현됩니다.2 단위 시간당 단위 잎 면적당 진화, 즉 단위 m mole O2 /m 2 /분 이 변환을 수행하려면 다음 절차가 필요합니다.

b1 값이 다음과 같다고 가정합시다. NS 즉, O2 챔버의 농도 증가 NS% 오2/분 NS%O는 10,000X PPM(100만분의 1)에 해당합니다.2 이는 차례로 다음과 같습니다. 1O의 0,000x m L2 챔버의 가스 L당.

표준 온도 및 압력(STP)에서 모든 기체 1m몰은 22.413mL를 차지하므로 온도에서 NS 실험실의 10,000NS m L O2 포함: 10,000X ¸ [(273+T)/273) x 22.413] m 몰의 O2

이 수 = ym 몰의 O2 (즉, y는 O의 m 몰 수입니다.2 분당 챔버의 가스 리터당 생성됨).

광합성 속도를 얻으려면 이제 리터로 표시된 챔버의 부피를 곱해야 합니다. 챔버는 닫혔을 때 내부 부피가 0.047L로 고정되도록 설계되었습니다. 따라서 이 예에서 광합성 속도는 0.047m mole/O2/분/잎. 잎 면적 특정 기준으로 이 비율을 표현하려면(예: m mole O2/min) Bgy 32 학생들이 얻은 잎의 면적(m 2 )으로 값을 나눌 필요가 있습니다. 다음 섹션에 제공된 표에 데이터를 기록하십시오.

실험에 사용된 각 광도에서 광합성 속도를 계산했을 때, 데이터를 y축에 광합성을 표시하고 x축에 광도를 그래프로 표시합니다. 실험실 유인물의 끝에 있는 데이터 시트와 함께 이 그래프를 제출하십시오.

일반화 된 잎에 대한 광합성 광 응답 곡선은 아래에 나와 있습니다. 낮은 광도에서 광합성은 빛이 증가함에 따라 선형적으로 증가합니다. 이것은 이러한 강도에서 광합성 속도가 광 반응 속도에 의해 제한되기 때문입니다. 최대 광합성 속도를 유지하는 데 필요한 ATP와 환원제를 생성하기 위해 불충분한 광자가 잎에 공급되고 있습니다. 더 높은 광도에서는 단위당 광합성 속도의 증가가 더 적으며 광합성은 실험에 사용된 가장 높은 광도에서 광포화에 도달합니다. 이러한 조건에서 광합성의 광 반응은 최대화되고 광합성 속도는 CO 공급에 의해 제한됩니다.2 광합성 암반응을 공급하기 위해, 또는 광합성 효소의 회전율에 의해.

특정 식물의 광합성 광 반응 곡선은 많은 요인의 영향을 받으며 곡선의 구성 요소에 대한 연구는 식물의 생리학 및 생태 생리학에 대해 많은 것을 알려줄 수 있습니다. 광 응답 곡선의 중요한 측면은 다음과 같습니다. 질문은 이 실험실 유인물 끝에 있는 실험실 보고서 양식에 답할 수 있습니다. (NS) 빛 보정 포인트: 광합성 속도가 0인 지점에서 x축을 가로채기 위해 광응답 곡선의 선형 부분을 외삽합니다. 이때의 광도를 광보상점이라고 하며, 광합성에 의한 O2 생성과 호흡에 의한 O2 소모가 균형을 이루는 광도를 나타낸다.

(ii) 어두운 호흡의 비율: 빛 응답 곡선의 선형 부분을 외삽하여 0 광도에서 y축을 가로채면 이 지점에서 음의 광합성 속도는 "어두운" 호흡 속도의 추정치를 제공합니다. 암호흡을 추정하는 이 방법을 비판하고 직접 측정할 수 있는 방법을 제안하십시오.

(iii) 광화학 효율: 광화학적 효율은 잎이 흡수하는 빛의 단위 증가당 달성되는 광합성 속도의 증가로 정의할 수 있습니다. 실험에서 잎에 의한 흡광도를 측정하지 않고 잎을 통해 투과된 빛의 양만 측정했습니다. 그러나 광화학 효율의 정성적 측정은 여전히 ​​광 응답 곡선의 초기 기울기를 계산하여 수행할 수 있습니다. 광화학 효율을 보다 정확하게 측정하기 위해 실험 설계를 어떻게 변경할 것인지 토론하십시오.

(iv) 광합성의 광포화점: 광 응답 곡선이 안정되는 광도를 광합성의 광포화점이라고 합니다. 이 시점에서 광도의 증가는 광합성 속도의 증가를 일으키지 않으므로 광 공급 이외의 다른 요인이 광합성 과정을 제한해야 합니다. 이러한 요소에는 다음이 포함됩니다. (i) CO 공급2 잎에

(ii) 광합성을 위해 공급된 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 잎의 능력(잎의 광인산화 능력에 따라 다름.

(iii) CO를 고정하기 위해 광인산화로부터 에너지를 사용하는 잎의 능력2 (광합성의 "암흑 반응"에 관여하는 효소의 양과 전환율에 따라 다름). 실험에서 광포화점을 측정했습니까? 그렇지 않다면 왜 전투포화점에 도달하지 못했다고 생각하는가? 광포화점에 도달하면 CO가2 이 시점에서 광합성을 제한하는 주요 요인은 공급이었습니까? 이것을 어떻게 테스트하시겠습니까? 호흡에는 CO 농도의 약 100배가 포함되어 있음을 기억하십시오.2 분위기에서.

3. 엽록소의 정량 NS 그리고 NS 분광광도법에 의한 비율

대부분의 식물 잎은 우리 눈에 녹색으로 보이지만 일반적으로 녹색 잎의 엽록체에는 다양한 색상의 여러 색소가 존재합니다. 엽록소 NS 그리고 NS 녹색을 제공하고 광합성에 필요한 빛 에너지를 흡수합니다.

엽록체의 엽록소와 밀접하게 관련된 또 다른 색소 그룹인 카로티노이드는 노란색에서 빨간색이며 광합성을 위해 빛 에너지를 모으는 역할을 하는 것 같습니다. 카로티노이드는 또한 광산화로부터 엽록소를 보호하는 데 도움이 됩니다.

엽록소 a와 b는 중앙에 킬레이트화된 금속으로 Mg 2+를 포함하는 테트라피롤 안료입니다. 다른 구조는 동일하지만 엽록소 a는 엽록소 b가 포르밀기를 갖는 위치에 메틸기를 갖는다. 메틸 그룹은 엽록소 b보다 비극성, 상대적으로 소수성인 용매에 대해 엽록소에 약간 더 친화력을 제공합니다. 이러한 친화력의 차이는 크로마토그래피 기술에 의한 분리를 가능하게 하고 엽록소 a 및 b의 정량에 사용할 약간 다른 흡수 영역을 생성합니다.

엽록소 추출:
1. 실험의 이 부분에서 태양과 그늘 잎 샘플을 분리하여 보관하십시오. 태양 또는 그늘 잎을 작은 조각으로 자르고 무게를 잰다. 태양 잎 무게: __________________________

그늘 잎 무게:__________________________________ 2. 잎 조각을 절구에 넣고 백사장 "꼬집음"을 추가하고 10ml의 아세톤을 추가합니다. 유봉을 사용하여 식물 재료를 분쇄하십시오.

3. 이 추출물을 원심분리 튜브에 넣고 추출물을 2500RPM에서 2분 동안 원심분리합니다.

4. 원심분리 후 목장 피펫을 사용하여 일부 아세톤 추출물을 유리 분광 광도계 큐벳으로 옮깁니다. 큐벳을 1/2에서 2/3까지 채워야 합니다.

5. 아세톤을 블랭크로 사용하여 분광 광도계를 보정합니다. 엽록소의 흡광도 측정 NS 663 nm 및 엽록소 용액 NS 645 nm에서 용액. 다음 차트에 데이터를 기록하십시오. 식물 재료의 출처(예: 나무): ______________________

태양 잎 그늘 잎
663 nm 엽록소에서의 흡광도 NS
645 nm 엽록소에서의 흡광도 NS

용액의 안료 농도가 높을수록 주어진 파장에서 시료에 흡수되는 빛의 비율이 커집니다. 이 관계는 Beer-Lambert 법칙에 의해 정량적으로 표현됩니다.

NS = e C l 또는 C =NS/ 엘 A = 흡광도 = 광학 밀도 또는 OD

e = 재료와 파장에 따라 달라지고 다른 양을 서로 관련시키는 밀리몰 흡광 계수(L/mmol-cm 단위).

C = 용액 농도(mmol/L)

l = 광로 길이(cm) 밀리몰 흡광 계수를 알고 있는 경우 이 방정식을 사용하여 용액 내 안료 농도를 계산할 수 있습니다. 소광 계수는 다음과 같은 참고서에서 찾을 수 있습니다. 생화학 연구용 데이터. 우리가 사용하는 용매(아세톤)의 경우 C = 75.05 L/mmol-cm(클로로필) NS 663 nm에서, C = 클로로필의 경우 47.0 L/mmol-cm NS 645nm에서 예를 들어 큐벳의 평균 광로 길이는 1cm입니다. 그러므로:

아세톤 용액에서 이들 안료의 농도를 mmol/L 또는 m mol/L 단위로 표시하십시오.

우리는 신선한 조직의 일부로 엽록소의 양을 결정하기를 원하기 때문에 이 샘플이 10ml의 아세톤에 용해되었으며 여기에 무게를 잰 잎 조직 샘플의 모든 색소가 포함되어 있다는 점을 고려해야 합니다. 그러므로:


Chl NS =[아663 / (75.05 ml/m mol-cm)(1 cm)] X 10 ml X 총 조직 중량(g) = ?? (NS663) m mol/g 신선한 중량의 양
Chl b =[A645 /(47.0 ml/ m mol-cm)(1 cm) ]X 10 ml X 총 조직 중량(g) = ??(A.45) m mol/g 신선한 중량 이 양을 계산하십시오. Chl 양의 비율을 결정하십시오. NS Chl에게 NS.

식물 재료의 출처(예: 나무): ___________________________

태양 잎 그늘 잎
m mol/g 신선 중량 엽록소 NS
m mol/g 신선 중량 엽록소 NS
염소 비율 NS / Chl NS

결과 및 토론을 위한 워크시트

______________________________

______________________________

______________________________

날짜: ______________________

파트 1: 잎 온도 및 증산 측정

샘플링되는 나무 종: _____________________________________________________

서식지 및 잎 수 확산율(mmol/m2/sec) 잎 온도 ( o C) 라이트 플루언스(m mol/m 2 /sec)
일 #1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
태양 평균
그늘 #1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
음영 평균

완료되면 학급과 평균을 공유하십시오.


나무 서식지 평균
확산율(mmol/m2/sec)
평균 잎 온도
( o C)
평균
라이트 플루언스(m mol/m 2 /sec)
그룹 1 메이플
그늘
그룹 2 메이플
그늘
그룹 3
단풍
그늘
그룹 1 목련
그늘
그룹 2 목련
그늘
그룹 3 목련
그늘

1. 이 두 식물 종에서 잎의 확산 속도(증산), 잎 온도, 태양광 및 그늘에서 빛의 세기(강도)에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있습니까? 증산의 목적은 무엇입니까? 교과서를 사용하여 이 질문에 답하십시오.


2. 태양과 그늘 잎의 광합성 측정:

태양 잎 그늘 잎
조도
(m mol quanta/m2/sec)
b1 광합성 속도
(m 몰 O2.m 2 .초)
b1 광합성 속도
(m 몰 O2.m 2 .초)

그래프를 제출하는 것을 잊지 마십시오.

2. 암호흡을 추정하는 이 방법을 비판하고 직접 측정할 수 있는 방법을 제안하십시오.


3. 실험에서 광포화점을 측정했습니까? 그렇지 않다면 왜 전투포화점에 도달하지 못했다고 생각하는가? 광포화점에 도달하면 CO가2 공급이 이 시점에서 광합성을 제한하는 주요 요인이었습니까? 이것을 어떻게 테스트하시겠습니까? 호흡에는 CO 농도의 약 100배가 포함되어 있음을 기억하십시오.2 분위기에서. 4. 일조량과 그늘진 식물의 광보상점을 비교한다. 차이점은 그늘 식물의 저조도에 대한 적응을 나타냅니까?


5. 그늘 식물은 낮은 조명 수준에서 광자를 효과적으로 포착하도록 조정될 수 있지만 태양 식물보다 광합성에서 이러한 광자를 더 효과적으로 활용합니까? 데이터를 사용하여 답변을 확증하십시오.


6. 태양광 식물과 그늘 식물의 최대 광합성 속도와 광포화점이 다른 이유를 설명하십시오.


7. 광합성 속도가 잎 면적 기준이 아니라 잎 엽록소의 단위 질량당으로 표현된다면 태양과 그늘 잎의 빛 반응 곡선이 어떻게 다를 것으로 예상합니까?


8. 암호흡의 비율은 양지 식물과 그늘 식물에서 다른가요? 귀하의 답변에 댓글을 작성하십시오. 암호흡을 추정하는 방법을 비판하고 직접 측정할 수 있는 방법을 제안하십시오.

9. 낮은 조명 환경에 대한 그늘 잎의 비생리학적 적응을 식별할 수 있습니까? 3. 엽록소의 정량 그리고 분광광도법에 의한 b 비율

식물 재료의 출처(예: 나무) ___________________________________________ 태양 잎 무게: ________________________________

그늘 잎 무게: ______________________________

태양 잎 그늘 잎
663nm 클로로필 a에서의 흡광도
645nm 클로로필 b에서의 흡광도
태양 잎 그늘 잎
m mol/g 생중량 엽록소 a
m mol/g 신선 중량 엽록소 b
염소 비율 NS / Chl NS

클래스 데이터:

나무 서식지 염소 비율 NS /Chl NS
그룹 1 메이플
그늘
그룹 2 메이플
그늘
그룹 3 메이플
그늘
그룹 1 목련
그늘
그룹 2 목련
그늘
그룹 3 목련
그늘

10. 잎마다 엽록소 a와 엽록소 b의 농도 차이가 보이나요? 교과서를 참고 자료로 사용하여 관찰된 차이점에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있습니까?


11. 두 잎에서 엽록소 a와 엽록소 b의 비율은 어떻게 변했습니까? 이러한 관찰에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있습니까?


4. 잎 면적 측정 및 신선/건조 중량(Bgy 32 등급) 태양 또는 그늘에서 자라는 단풍나무와 목련 나무의 태양 및 그늘 잎의 평균 잎 면적, 평균 잎 건조 중량 및 특정 잎 면적

나무 평균 잎 건조 중량(gm) 평균 잎 면적
(cm 2 )
특정 잎 면적
(cm2/gm)
단풍
그늘
단풍
그늘
목련
그늘
목련
그늘

12. 양지식물의 잎면적, 생중량, 건조중량에서 어떤 경향을 보십니까? 교과서를 참고 자료로 사용하여 이러한 차이점과 태양과 그늘 잎에서 광합성을 최대화하기 위한 중요성을 설명하십시오.


과학자들은 '더 친환경적인' 행성을 위해 광합성을 해킹하려고 합니다.

과학자들은 식물이 태양광을 설탕으로 바꾸는 방법(광합성으로 알려진 과정)을 사람과 산업을 위한 에너지를 생산하는 더 깨끗한 방법의 모델로 보고 있습니다. 그들의 연구는 사람들이 식물이 더 효율적으로 광합성을 하도록 도울 수 있는 방법을 제안하기도 합니다.

Xurzon/iStock/게티 이미지 플러스

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2019년 12월 5일 오전 6시 45분

광합성은 호흡이 사람에게 하는 것처럼 식물에도 자연적으로 발생합니다. 이 과정은 이산화탄소, 물 및 햇빛의 간단한 성분을 에너지로 변환합니다. 광합성을 통해 식물이 자랄 수 있습니다. 결과적으로 우리는 지구에서의 삶의 기초로 광합성에 의존합니다.

Carina Baskett는 광합성에 대해 처음 배웠을 때를 회상합니다. 그녀는 "이것이 정말 마법 같다"는 느낌을 기억합니다.

그녀는 현재 클로스터노이부르크에 있는 오스트리아 과학 기술 연구소에서 식물 생물학자로 일하고 있습니다. "식물이 공기, 물, 빛(우리가 항상 걸어 다니는 것)을 취하고 그것을 전 세계의 에너지와 음식으로 바꾸고 있다는 것은 정말 놀랍습니다."

태양의 에너지는 맨살에 닿을 때 따뜻함을 느끼게 합니다. 그러나 햇빛이 식물의 잎에 닿으면 더 많은 일을 합니다. 그것은 한 유형의 에너지를 다른 유형의 에너지로 변환하는 화학 반응에 동력을 제공합니다. 그 식물 잎에는 많은 양의 물이 들어 있습니다. 그 물은 수소 원자에 결합된 산소 원자로 이루어져 있습니다. 태양 에너지는 결합이 분리될 정도로 물 분자 내부의 전자를 자극할 수 있습니다.

이것은 물에서 산소를 빼앗는 반응을 촉발합니다. 그리고 그것은 우리 모두가 호흡하는 공기 중의 산소가 됩니다.”라고 Baskett는 설명합니다. 한편, 그녀는 “물 속의 수소가 [공기 중의] 이산화탄소와 뭉쳐서 설탕이 된다”고 말한다.

사람과 다른 모든 동물은 이 당(포도당)을 음식의 에너지원으로 사용합니다. 식물은 우리 몸이 에너지로 전환할 수 있는 음식이 됩니다. 본질적으로 광합성은 우리가 존재할 수 있는 이유라고 Baskett는 설명합니다.

광합성이 그녀와 다른 과학자들을 매료시키는 이유는 미스터리가 아닙니다. 많은 사람들이 이제 그것에 대해 더 많이 알고, 모방하고, 개선하기를 원합니다.

깜박이는 식물

광합성의 기초는 잘 알려져 있습니다. 식물의 녹색 색소인 엽록소는 햇빛을 이용해 당을 만듭니다. 그러나 식물이 프로세스와 효율성을 제어하는 ​​방법에 대해서는 아직 배울 것이 많습니다. 아비하이 다농을 입력합니다. 그는 이스라엘 Rehovot에 있는 Weizmann Institute of Science의 식물 생물학자입니다. 그는 식물이 광합성을 어떻게 조절하는지 연구합니다. 작년에 발표된 논문에서 아이사이언스, 그의 팀 그러한 과정 중 하나를 설명했습니다. 그는 그것을 식물이 "깜빡이는 것"이라고 설명합니다.

"너무 많은 빛은 실제로 식물의 세포를 태울 수 있습니다."라고 Danon은 말합니다. 그는 너무 많은 빛에 노출된 식물을 전기를 가지고 노는 사람에 비유합니다. “갑자기 조도가 높아지면 어떻게 처리합니까? 화상을 입나요?”

모든 정원사는 식물 종들이 특정 양의 햇빛 아래서 살기에 적합하다는 것을 알고 있습니다. 그러나 조명 조건은 자연스럽게 바뀝니다. 구름은 하늘을 가로질러 이동하고, 바람은 나뭇잎을 뒤덮고, 태양의 위치는 하루 종일 움직입니다. 광합성이 이러한 변화에 어떻게 적응하는지 연구하기 위해 Danon은 저조도에서 그의 실험실에서 겨자 식물을 연구했습니다.

한 테스트에서 그는 10분마다 빛의 강도를 높였습니다. 떠오르는 태양을 흉내내기 위함이었습니다. 빛이 바뀌자 Danon은 식물의 형광성을 측정했습니다(Fluor-ESS-ents). 이것은 광합성에 의해 방출되는 빛 에너지의 한 형태입니다. 형광을 측정함으로써 Danon은 다양한 수준의 빛에서 얼마나 많은 광합성이 발생했는지 알 수 있었습니다.

날이 밝아지면서 Danon은 광합성이 꾸준히 증가할 것으로 예상했습니다. 대신 패턴이 깜박임에 더 가깝습니다. 광합성은 느려졌다가 다시 약간 올라갑니다. 아래로, 그리고 위로. 몇 번이고 조금씩, 강화되는 빛에 적응했다.

Danon은 "미안한 것보다 안전한 접근 방식을 취하고 있습니다."라고 설명합니다. 그는 공장이 실제 변화에 적응하기 전에 최악의 조건을 예상하고 있었다고 말했습니다.

Danon은 인간의 눈이 갑작스럽고 밝은 햇빛에 어떻게 반응하는지 비교하지 않을 수 없었습니다. 화창한 날 밖에 나가면 동공이 수축합니다. 그 반응은 우리 주변의 중요한 것들을 여전히 볼 수 있도록 하는 동시에 손상으로부터 우리의 눈을 보호합니다.

식물은 움직일 수 없으므로 "깜박임"은 밝은 태양 아래서 타거나 표백되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 식물의 광계(안테나로 생각할 수 있음)는 조도가 변할 때 등록합니다. 이 안테나는 줄어들고 그 과정에서 광합성이 감소합니다. 이 수축은 또한 전체 식물을 손상시킬 수 있는 갑작스러운 변화로부터 그들을 보호합니다.

Danon은 식물이 할 수 있는 일에서 영감을 받았습니다. “만일 식물이 이런 종류의 매우 정교한 응답하고 수억 년 동안 성공적이었습니다. 아마도 우리 자체 엔지니어링에 도움이 될 것입니다.”라고 그는 말합니다.

인공 광합성

과학자들은 이미 광합성을 모방하거나 모방하기 시작했습니다. 그들의 인공적인 과정은 또한 빛을 사용하여 에너지를 위해 산소와 수소를 분리합니다. 꿈은 결국 화석 연료를 대체하는 것입니다.사람들이 식물이 하는 것처럼 태양, 공기 및 물에서 에너지를 만들 수 있다면 지구 온난화 이산화탄소 방출을 줄일 수 있습니다. 또한 재생 에너지의 거대한 새로운 원천을 만들 수 있습니다.

많은 연구자들은 오늘날의 탄소 기반 화석 연료에 대한 "녹색" 대체물로서 태양광 연료(태양광으로 만든 연료)를 찾습니다. 여기에는 석유, 가스 및 석탄이 포함됩니다.

태양 연료는 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 화석 연료에서 배출되는 배출물을 "재활용"하기 위해 이산화탄소를 사용하는 전통적인 탄소 기반 연료처럼 보일 수 있습니다. 광합성의 화학 산물인 수소와 산소는 자동차가 전기로 작동할 수 있도록 하는 연료 전지에 전력을 공급할 수 있습니다. 또한 태양 에너지는 햇빛을 배터리에 저장할 수 있는 전기로 변환할 수 있습니다. 태양 연료가 어떤 형태를 취하든 첫 번째 단계는 물을 기본 구성 요소로 나누는 것입니다.

Julien Warnan은 "자연에는 이러한 힘이 있습니다."라고 설명합니다. 그는 영국 케임브리지 대학에서 태양 연료에 관해 Erwin Reisner와 함께 일하는 화학자입니다. 자연은 이를 효율적으로 수행하는 방법을 알아내는데 많은 시간이 걸렸다고 그는 지적합니다. 그는 물의 구성 요소를 나눌 때 엔지니어가 "좀 더 제한적"이라고 말합니다. "모두가 이를 수행하기 위해 다양한 도구를 개발하려고 노력하고 있습니다."

작년에 저널에 자연에너지, Warnan의 팀은 햇빛을 사용하여 물을 나누는 새로운 방법을 설명했습니다. Warnan은 아이디어가 "물과 공기를 함께 상자에 넣는 것"이라고 설명합니다. 그런 다음 추가합니다. 촉매. 이것은 화학 물질이 반응하도록 촉발할 수 있는 일부 물질입니다. 나중에 그는 "당신은 이 상자에 빛을 비춰요. 그리고 나오는 것은 자동차나 비행기에 넣는 것과 같은 연료입니다.”

전 세계의 과학자들은 장치를 실험하고 있습니다. 장치를 인공 잎으로 생각하십시오. 잎의 과정과 마찬가지로 물을 수소와 산소로 분해합니다. Warnan의 팀이 먼저 한 것은 아닙니다. 그러나 그들은 다른 유형의 촉매로 이를 수행했습니다. 그것은 식물이 화학 반응을 시작하는 데 사용하는 것과 동일합니다.

그들은 실험실에서 화학 물질로 촉매를 만드는 것이 아니라 식물에서 촉매를 추출합니다. 이는 태양 연료를 만드는 데 더 적은 가혹한 화학 물질이 들어갈 것임을 의미합니다. 그러나 사람들이 식물처럼 쉽게 물에서 태양열 연료를 생산할 수 있으려면 더 많은 작업이 필요합니다.

Warnan은 "발전소의 가장 큰 장점은 고장이 났을 때 항상 [촉매]를 재생하고 보충할 수 있다는 것입니다. "우리는 할 수 없습니다." 따라서 이러한 유형의 태양 연료는 "여전히 매우 비싸다"고 그는 지적합니다.

설명자: 촉매란 무엇입니까?

따라서 가까운 장래에 태양열 연료로 연료를 보충할 것으로 기대하지 마십시오. 현재 장치는 충분한 햇빛을 저렴하게 수확할 ​​수 없습니다. 그래서 식물은 훌륭한 교사입니다. 수백만 년 동안 광합성을 해오면서 그들은 이미 그것을 효율적으로 수행하는 방법을 알아냈습니다.

에너지 분석가들은 사람들이 2050년까지 지금보다 두 배나 많은 에너지를 사용할 것이라고 예측합니다. 인공 잎은 인류가 화석 연료에 의존하지 않도록 하는 한 가지 방법이 될 수 있습니다.

해킹 식물

오늘날 거의 80억 명의 사람들이 지구를 공유하고 있습니다. UN은 2050년까지 이 온난화된 세상에 97억 명의 사람들이 살게 될 것이라고 추산합니다. 그들은 식량과 에너지에 대한 수요를 한계까지 확장할 것입니다.

광합성은 식물에 필요한 만큼 잘 작동하도록 진화했습니다. 한 그룹의 과학자들은 이제 광합성을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 이번에는 사람들을 위한 것입니다. RIPE는 Realizing Photosynthetic Efficiency의 약자로, 세계적인 연구 활동입니다. 더 많은 작물을 생산할 수 있는 방식으로 광합성을 "해킹"하는 것을 목표로 합니다.

Amanda Cavanaugh는 어바나에 있는 일리노이 대학의 식물 생화학자입니다. 그녀는 RIPE와 함께 일합니다. 그녀의 연구는 광합성에 큰 영향을 미치는 하나의 작은 효소에 초점을 맞추고 있습니다. Rubisco(Rew-BIS-koh)로 알려져 있습니다.

"많은 신용을 얻지는 못했지만 틀림없이 세계에서 가장 중요한 직업을 가지고 있습니다."라고 그녀는 말합니다.

Rubisco는 공기 중 이산화탄소를 잡아 당이나 포도당으로 전환하는 데 도움을 줍니다. 이것이 식물을 동물의 성장을 촉진하는 에너지 변환 시스템으로 만드는 과정입니다.

모든 광합성 생명체는 Rubisco 효소에 의존한다고 Cavanaugh는 말합니다. 그녀는 "매우 중요하지만 그 역할을 특별히 잘하지는 않는다"고 덧붙였습니다.

그녀는 식물이 광합성 중에 저지르는 흔한 실수에 대해 이야기하고 있습니다. 약 5번 중 1번은 식물이 이산화탄소 대신 공기에서 산소 분자를 "잡아 들" 것입니다. 이는 실수로 커피에 설탕 대신 소금을 넣는 것과 같습니다. 따라서 식물은 하루의 에너지를 만드는 대신 독성 화합물을 생산합니다.

식물은 원치 않는 화합물을 재활용하는 방법을 생각해 냈습니다. 그러나 이렇게 하는 것은 식물이 성장에 투입할 수 있는 에너지를 사용합니다. Cavanaugh는 과학이 Rubisco의 실수를 수정하는 방법을 알아낼 수 있다면 농업이 연간 2억 명을 더 먹일 수 있을 것이라고 추정합니다.

"수년 동안 사람들은 더 나은 Rubisco를 엔지니어링할 수 있다는 가능성에 매료되었습니다."라고 그녀는 말합니다. 그렇게 하면 농부들이 “더 적은 땅에서 더 많은 식량을 재배”할 수 있습니다. 그리고 그것이 "식물 생물학자의 궁극적인 목표"라고 그녀는 주장합니다.

Rubisco가 잘못된 화합물을 만들 때 식물은 이를 제거합니다. 이러한 원치 않는 화학 물질을 식물 세포 내의 3가지 다른 구조로 운반하여 이를 수행합니다. Cavanaugh와 그녀의 동료들은 이 "재활용" 과정을 식물의 귀중한 에너지와 시간을 낭비하는 것으로 보았습니다. "우리는 속도를 높일 수 있는 방법이 있는지 궁금했습니다."라고 그녀는 말합니다.

일리노이 대학의 RIPE 과학자들은 식물 광합성을 보다 효율적으로 만들기 위해 농업부의 연구원들과 협력하고 있습니다. 그들은 Rubisco로 알려진 효소의 역할에 초점을 맞추기 시작했습니다.
IGBIllinois/YouTube

알아내기 위해 그녀와 그녀의 동료들은 온실에서 담배 공장과 함께 일했습니다. (담배는 식용 작물이 아니지만 빨리 자라기 때문에 사용했습니다.) 연구자들은 약간 다른 유전적 특성을 가진 식물을 테스트했습니다. 그런 다음 그들은 이 식물이 자라는 데 필요한 이산화탄소를 "굶주리게" 했습니다. 식물의 루비스코는 실수를 많이 했다.

이러한 조건에서 번성한 식물은 독성 화합물을 가장 잘 재활용하는 것으로 판명되었습니다.

그런 다음 과학자들은 농장에서 슈퍼 재활용자를 키웠습니다. 이 담배 식물은 평소보다 40퍼센트 더 크게 자랐습니다. 연구원들은 지난 1월 4일에 그들의 엔지니어링 업적을 설명했습니다. 과학.

다음 단계는 담배에서 배운 교훈을 감자, 완두콩, 대두와 같은 작물에 적용하는 것입니다. Cavanaugh는 이 광합성 핵을 식용 식물로 옮기는 성공 가능성에 대해 흥분하고 있습니다.

Cavanaugh는 “광합성은 생명에서 가장 잘 이해되는 생물학적 과정 중 하나입니다. “하지만 우리가 그것에 대해 모르는 것이 너무 많습니다. 이제 정말 깔끔한 방식으로 열리기 시작했습니다.”

파워워드

농업 식품, 연료, 화학 물질 및 의약품을 포함하여 인간이 필요로 하는 식물, 동물 또는 균류의 성장.

대기 지구 또는 다른 행성을 둘러싸고 있는 가스의 외피.

원자 화학 원소의 기본 단위. 원자는 양전하를 띤 양성자와 전하를 띠지 않는 중성자를 포함하는 조밀한 핵으로 구성됩니다. 핵은 음전하를 띤 전자 구름에 의해 궤도를 돌고 있습니다.

생물학 생물에 대한 연구. 그들을 연구하는 과학자들은 다음과 같이 알려져 있습니다. 생물학자들.

노예 (화학에서) 분자 내 원자 또는 원자 그룹 간의 반영구적 부착. 참여하는 원자 사이의 인력에 의해 형성됩니다. 일단 결합되면 원자는 하나의 단위로 작동합니다. 구성 요소 원자를 분리하려면 열이나 다른 유형의 방사선으로 분자에 에너지를 공급해야 합니다.

탄소 원자 번호 6을 가진 화학 원소. 지구상의 모든 생명체의 물리적 기초입니다. 탄소는 흑연과 다이아몬드처럼 자유롭게 존재한다. 석탄, 석회석 및 석유의 중요한 부분이며 화학적으로 자가 결합하여 화학적, 생물학적 및 상업적으로 중요한 분자를 엄청나게 많이 형성할 수 있습니다.

이산화탄소 (또는 CO2) 모든 동물이 흡입하는 산소가 그들이 먹은 탄소가 풍부한 음식과 반응할 때 생성되는 무색, 무취의 가스입니다. 이산화탄소는 또한 유기물(석유나 가스와 같은 화석 연료 포함)이 연소될 때 방출됩니다. 이산화탄소는 온실 가스로 작용하여 지구 대기에 열을 가둡니다. 식물은 광합성 동안 이산화탄소를 산소로 변환합니다. 광합성은 스스로 양분을 만드는 데 사용하는 과정입니다.

촉매 화학 반응이 더 빨리 진행되도록 돕는 물질. 예로는 백금 및 이리듐과 같은 효소 및 원소가 있습니다.

유기체의 가장 작은 구조 및 기능 단위. 일반적으로 맨눈으로 보기에는 너무 작아서 막이나 벽으로 둘러싸인 물 같은 액체로 구성되어 있습니다. 크기에 따라 동물은 수천에서 수조 개의 세포로 구성됩니다. 효모, 곰팡이, 박테리아 및 일부 조류와 같은 대부분의 유기체는 단 하나의 세포로 구성됩니다.

화학적 인 고정된 비율과 구조로 결합(결합)하는 둘 이상의 원자로 형성된 물질. 예를 들어, 물은 두 개의 수소 원자가 하나의 산소 원자에 결합할 때 만들어지는 화학 물질입니다. 그것의 화학식은 H2O. 화학 물질은 또한 다른 화합물 간의 다양한 반응의 결과인 물질의 특성을 설명하는 형용사일 수 있습니다.

화학 반응 물리적 형태(고체에서 기체로)의 변화와는 반대로 물질의 분자 또는 구조의 재배열을 포함하는 과정.

엽록소 광합성을 수행하는 식물에서 발견되는 여러 녹색 안료 중 하나입니다. 이산화탄소와 물에서 설탕(식품)을 생성합니다.

동료 다른 동료나 팀원과 함께 일하는 사람.

화합물 (종종 화학의 동의어로 사용됨) 화합물은 두 개 이상의 화학 원소가 고정된 비율로 결합(결합)할 때 형성되는 물질입니다. 예를 들어, 물은 하나의 산소 원자에 결합된 두 개의 수소 원자로 이루어진 화합물입니다. 그것의 화학 기호는 H2영형.

수확고 (농업에서) 옥수수, 커피 또는 토마토와 같이 농부가 의도적으로 재배하고 키운 식물의 일종. 또는 이 용어는 농부가 수확하여 판매하는 식물의 일부에 적용될 수 있습니다.

전기 일반적으로 전자라고 하는 음으로 하전된 입자의 이동으로 인한 전하의 흐름.

전자 일반적으로 원자의 외부 영역을 도는 음전하 입자로, 고체 내의 ​​전기 운반체이기도 합니다.

엔지니어 과학을 사용하여 문제를 해결하는 사람. 동사로 엔지니어링한다는 것은 일부 문제 또는 충족되지 않은 요구를 해결할 장치, 재료 또는 프로세스를 설계하는 것을 의미합니다.

효소 생물이 화학 반응을 가속화하기 위해 만든 분자.

일으키다 (화학 및 물리학에서) 원자에 있는 하나 이상의 외부 전자에 에너지를 전달하는 것. 그들은 빛과 같은 일부 유형의 방사선 방출을 통해 추가 에너지를 발산할 때까지 이 더 높은 에너지 상태를 유지합니다.

형광 다른 파장의 빛을 흡수했다가 나중에 다시 방출하는 것. 다시 방출된 빛은 다음과 같이 알려져 있습니다. 형광.

화석 연료 석탄, 석유(원유) 또는 천연 가스와 같은 모든 연료는 박테리아, 식물 또는 동물의 부패된 잔해로부터 수백만 년에 걸쳐 지구 내에서 개발되었습니다.

계량기 어떤 것의 크기나 부피를 측정하는 장치. 예를 들어, 조수 게이지는 하루 종일 끊임없이 변화하는 해안 수위의 높이를 추적합니다. 또는 다른 것의 크기나 규모를 추정하는 데 사용할 수 있는 시스템이나 이벤트입니다. (v. 측정하다) 어떤 것의 크기를 측정하거나 추정하는 행위.

유전적인 염색체, DNA 및 DNA에 포함된 유전자와 관련이 있습니다. 이러한 생물학적 지시를 다루는 과학 분야를 유전학이라고 합니다. 이 분야에서 일하는 사람들은 유전학자입니다.

온실 식물이 자라는 벽과 천장 재료 역할을 하는 창문이 있는 빛으로 채워진 구조. 정해진 양의 물, 습도 및 영양분을 적용할 수 있는 통제된 환경을 제공하고 해충의 침입을 방지할 수 있습니다.

마구 자르기 (컴퓨팅에서) 일반적으로 데이터나 파일을 훔치거나 변경하기 위해 승인되지 않은(종종 불법) 컴퓨터에 액세스하는 것. 이것을 하는 사람을 해커라고 합니다. (Outside Computing) 프로세스를 인계받아 어떤 영리한 수단으로 제어하다.

수소 우주에서 가장 가벼운 원소. 기체로서 무색, 무취이며 인화성이 높습니다. 그것은 살아있는 조직을 구성하는 많은 연료, 지방 및 화학 물질의 필수적인 부분입니다. 그것은 단일 전자에 의해 궤도를 도는 단일 양성자(핵 역할을 함)로 구성됩니다.

분자 화학 물질의 가능한 최소량을 나타내는 전기적으로 중성인 원자 그룹. 분자는 단일 유형의 원자 또는 다른 유형으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 공기 중의 산소는 두 개의 산소 원자(O2), 그러나 물은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자(H2영형).

산소 지구 대기의 약 21%를 구성하는 가스. 모든 동물과 많은 미생물은 성장(및 신진대사)에 연료를 공급하기 위해 산소가 필요합니다.

광합성 (동사: 광합성) ​​녹색 식물과 일부 다른 유기체가 햇빛을 사용하여 이산화탄소와 물에서 음식을 생산하는 과정.

학생 (생물학에서) 눈의 어두운 중심. 동공은 실제로 빛이 통과하여 빛에 민감한 우리 눈의 일부인 망막에 부딪힐 수 있도록 하는 눈의 구멍입니다.

재활용 버려지거나 폐기물로 취급될 수 있는 어떤 것 또는 어떤 것의 일부에 대한 새로운 용도를 찾는 것.

규제하다 (명사. 규제) 행동으로 통제하다. 정부는 경찰과 법원이 시행하는 규칙과 규정(법률)을 작성합니다.

재생 에너지 수력 발전(물), 풍력 또는 태양열 발전과 같이 사용에 의해 고갈되지 않는 소스의 에너지.

루비스코 이 용어는 실제로 ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase의 약어입니다. 지구상에서 가장 흔한 단백질입니다. 효소로서의 역할에서 광합성에서 중추적인 역할을 합니다.

소금 산과 염기를 결합하여 만든 화합물(물도 생성하는 반응에서). 바다에는 "바다 소금"이라고 불리는 다양한 소금이 포함되어 있습니다. 일반적인 식탁용 소금은 나트륨과 염소로 만들어집니다.

태양 전지 태양 에너지를 전기로 변환하는 장치.

정교한 고급, 복잡 및/또는 우아한 것을 가리키는 용어.

생존하고 번식할 수 있는 자손을 생산할 수 있는 유사한 유기체의 그룹입니다.

기술 특히 산업, 또는 그러한 노력의 결과로 발생하는 장치, 프로세스 및 시스템에서 실용적인 목적을 위한 과학적 지식의 적용.

담배 많은 사람들이 시가, 담배 및 파이프에서 태우는 잎을 위해 재배되는 식물. 담배잎도 가끔 씹어먹습니다. 담배 잎의 주요 활성 약물은 강력한 각성제(및 독)인 니코틴입니다.

독성 독성이 있거나 세포, 조직 또는 전체 유기체에 해를 입히거나 죽일 수 있습니다. 그러한 독이 초래하는 위험의 척도는 독성입니다.

특성 어떤 것의 특징. (유전학에서) 유전될 수 있는 품질 또는 특성.

유아 (adj. and v. weaning) 어린 포유동물이 모유에서 다른 식품으로 전환하는 과정.

인용

신문: 케. Dalleet al. 첫 번째 행 전이 금속 착물을 사용한 전기 및 태양열 연료 합성. 화학 리뷰. 권. 119, 2019년 2월 15일, p. 2752. doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00392.

신문: P.F. South et al. 합성 글리콜레이트 대사 경로는 현장에서 작물 성장과 생산성을 자극합니다. 과학. 권. 363, 2019년 1월 4일, p. eaat9077. doi: 10.1126/science.aat9077.

신문: A. Tendler et al. 빛 수준의 단계적 증가에 대한 광합성의 접힘 변화 반응. 아이사이언스, 권. 2018년 9월 25일 8일 p. 126. 도이: 10.1016/j.isci.2018.09.019.

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실험 개요:

태양은 지구 온난화에서 물 순환에 이르기까지 일상 생활에서 중추적인 역할을 하는 재생 가능한 에너지원이며 우리 일상 생활의 필수적인 부분입니다. 태양도 식물의 성장에 중요한 역할을 한다는 사실을 알고 계셨습니까? 태양이 없다면 식물은 성장, 번식, 생존에 필요한 식량을 얻지 못할 것입니다.

식물이 살기 위해서는 세 가지 기본 요소가 필요합니다. 햇빛, 물, 이산화탄소입니다. 이라는 과정을 거쳐 광합성, 식물은 태양 에너지를 사용하여 이산화탄소, 토양 영양소, 물을 음식으로 전환합니다! 이 실험에서 우리는 1) 관찰할 것입니다. 발아 '바질'(조미료로 사용되는 허브) 식물이 나올 때 씨앗의 성장을 추적하고 2) 세 가지 다른 광원(전체 태양, 일부 태양, 제한적/태양 없음)에 노출된 바질 종자의 성장을 추적하고 광합성의 작용을 관찰합니다. ! 시작하기 전에 다음 세 가지 중요한 질문에 대해 생각해 보겠습니다.

씨앗이 햇빛이 제한적이거나 전혀 없는 식물로 자라고/발아/발전할 수 있습니까?
일부 또는 부분적인 햇빛으로 씨앗이 어떻게 자랄 것이라고 생각합니까? 식물이 성장한 지 2주가 지나면 어떤 모습일 것 같습니까?
세 가지 햇빛 노출 식물의 차이점은 무엇입니까? 식물이 어떻게 비슷할 거라고 생각하세요?


전자 운송 체인

1차 광화학 및 초기 2차 전자 전달 반응 중 몇 가지가 RC 복합체 내에서 발생합니다. 그러나 에너지 저장 과정이 완료되기 전에 추가적인 전자 전달 과정이 필요합니다. 여기에는 시토크롬이 포함됩니다. 기원전1 그리고 NS6f 복합체. 이 복합체는 II형 RC에서 광화학에 의해 생성되거나 I형 RC에서 순환 과정을 통해 생성된 퀴놀을 산화시키고 막을 가로질러 양성자를 펌핑하여 ATP를 만드는 데 사용되는 양성자 원동력에 기여합니다. 모든 광영양 유기체에는 사이토크롬이 있습니다. 기원전1 또는 NS6f 산소 생성 광 영양 생물의 FAP 문을 제외하고 일반적으로 유사한 구조의 복합체 (Yanyushin et al., 2005). 이 그룹에는 대체 복합체 III라고 하는 완전히 다른 유형의 복합체가 대신 포함됩니다. 이 복합체의 진화적 기원은 아직 명확하지 않습니다. 시토크롬이 기원전1 그리고 NS6f 복합체는 여러 면에서 유사합니다. 사이토크롬 1 그리고 f 소단위는 매우 다르며 거의 확실히 뚜렷한 진화적 기원을 가지고 있습니다(Baniulis et al., 2008).


파이토크롬 시스템과 적색/원적색 반응

NS 피토크롬 클로로필의 고리 모양의 테트라피롤 광흡수 헤드 그룹과 유사한 선형 테트라피롤 발색단을 가진 발색단백 계열입니다. 피토크롬에는 두 가지 광 상호 변환 가능한 형태가 있습니다. PNS 그리고 피정말로. NSNS 붉은 빛을 흡수 (

667 nm)이며 즉시 P로 변환됩니다.정말로. NS정말로 원적외선을 흡수(

730 nm)로 빠르게 다시 P로 변환됩니다.NS. 적색 또는 원적색으로 정의되는 빛의 미세한 차이는 이 반응에서 매우 중요합니다. 적색 또는 원적외선을 흡수하면 발색단의 모양이 크게 변하여 결합되어 있는 피토크롬 단백질의 구조와 활성이 변경됩니다. NS정말로 단백질의 생리학적 활성 형태이므로 적색광에 노출되면 생리학적 활성이 나타납니다. 원적외선에 노출되면 피토크롬 활동이 억제됩니다. 함께, 두 가지 형태는 피토크롬 시스템을 나타냅니다(그림 1).

그림 1. 생물학적으로 비활성인 형태의 피토크롬(Pr)은 적색광을 비추면 생물학적으로 활성인 형태인 Pfr로 전환됩니다. 원적외선 빛과 어둠은 분자를 다시 비활성 형태로 전환시킵니다.

피토크롬 시스템은 생물학적 전등 스위치 역할을 합니다. 환경 조명의 레벨, 강도, 지속 시간 및 색상을 모니터링합니다. 적색광의 효과는 원적외선을 시료에 즉시 비추어 가역적이며, 이는 색소단백질을 비활성 P로 전환합니다.NS 형태. 또한, P정말로 천천히 P로 돌아갈 수 있습니다.NS 어둠 속에서, 또는 시간이 지남에 분해. 모든 경우에 적색광에 의해 유도된 생리학적 반응은 역전됩니다. 활성 형태의 피토크롬(P정말로) 세포질의 다른 분자를 직접 활성화하거나 핵으로 이동하여 특정 유전자 발현을 직접 활성화하거나 억제할 수 있습니다.

일단 피토크롬 시스템이 진화하면 식물은 이를 다양한 요구에 맞게 조정했습니다. 여과되지 않은 완전한 햇빛은 원적외선보다 훨씬 더 많은 적색광을 포함합니다. 엽록소는 가시 스펙트럼의 적색 영역에서 강하게 흡수하지만 원적외선 영역에서는 흡수하지 않기 때문에 숲 바닥에 있는 다른 식물의 그늘에 있는 모든 식물은 적색이 고갈되고 원적색이 풍부한 빛에 노출됩니다. 원적외선이 우세하면 그늘진 잎의 피토크롬이 P로 변환됩니다.NS (비활성) 형태, 느린 성장. 숲 바닥에서 가장 가까운 음영이 없는(또는 음영이 덜한) 영역에는 더 많은 붉은 빛 잎이 노출되어 이 영역에 노출된 나뭇잎이 붉은 빛을 감지하여 P를 활성화합니다.정말로 형성하고 성장을 유도합니다. 요컨대, 식물 새싹은 피토크롬 시스템을 사용하여 그늘에서 빛을 향해 자랍니다. 조밀한 식물 군집에서 빛을 위한 경쟁이 매우 치열하기 때문에 피토크롬 시스템의 진화적 이점은 분명합니다.

종자에서 파이토크롬 시스템은 빛의 방향과 품질(음영 대 음영)을 결정하는 데 사용되지 않습니다. 대신 빛이 전혀 없는지 확인하는 데만 사용됩니다. 이것은 상추와 같은 매우 작은 씨앗을 가진 종에서 특히 중요합니다. 크기 때문에 상추 씨앗은 식량 비축량이 거의 없습니다. 그들의 묘목은 연료가 다 떨어지기 전까지 오랫동안 자랄 수 없습니다. 토양 표면 아래에서 1센티미터라도 발아하면 그 묘목은 결코 햇빛을 받지 못하고 죽을 것입니다. 어둠 속에서 피토크롬은 PNS (비활성 형태) 종자는 발아하지 않으며 토양 표면의 빛에 노출되어야만 발아됩니다. 빛에 노출되면 PNS P로 변환됩니다정말로 그리고 발아가 진행됩니다.

식물은 또한 계절의 변화를 감지하기 위해 피토크롬 시스템을 사용합니다. 광주기는 낮과 밤의 시간과 기간에 대한 생물학적 반응입니다. 그것은 개화, 겨울 새싹의 설정 및 식물 성장을 제어합니다. 계절적 변화를 감지하는 것은 식물의 생존에 매우 중요합니다. 온도와 빛의 강도가 식물의 성장에 영향을 주지만, 계절에 따라 달라지기 때문에 신뢰할 수 있는 계절 지표가 아닙니다. 낮의 길이는 일년 중 시간을 더 잘 나타내는 지표입니다.

위에서 언급했듯이 필터링되지 않은 햇빛은 적색광이 풍부하지만 원적외선이 부족합니다. 따라서 새벽에 잎의 모든 피토크롬 분자는 활성 P로 빠르게 전환됩니다.정말로 형태를 유지하고 일몰까지 그 형태를 유지합니다. 어둠 속에서 P정말로 형태가 천천히 P로 되돌아가는 데 몇 시간이 걸립니다.NS 형태. 밤이 길면(겨울처럼) 모든 P정말로 형태가 돌아간다. 밤이 짧은 경우(여름처럼) 상당한 양의 P정말로 일출에 남아있을 수 있습니다. P를 감지하여NS/NS정말로 새벽의 비율에 따라 식물은 낮/밤 주기의 길이를 결정할 수 있습니다. 또한 잎은 해당 정보를 며칠 동안 유지하여 전날 밤의 길이와 이전 며칠 밤의 길이를 비교할 수 있습니다. 밤이 짧다는 것은 밤이 길어지고 가을이 성큼 다가온 식물에게 봄을 의미합니다. 온도 및 물 가용성 감지와 함께 이 정보를 통해 식물은 연중 시간을 결정하고 그에 따라 생리를 조정할 수 있습니다. 단일(긴 밤) 식물은 이 정보를 사용하여 밤이 임계 길이(종종 8시간 이하)를 초과하는 늦여름과 초가을에 꽃을 피웁니다. 긴 낮(짧은 밤) 식물은 어둠이 임계 길이(종종 8~15시간) 미만인 봄에 꽃을 피웁니다. 모든 식물이 이러한 방식으로 피토크롬 시스템을 사용하는 것은 아닙니다. 낮 중립 식물의 개화는 낮의 길이에 의해 조절되지 않습니다.

원예사

원예가(horticulturist)라는 단어는 정원을 뜻하는 라틴어에서 유래했습니다.호르투스) 및 문화(문화). 이 직업은 환경 자극에 대한 식물의 반응에 대한 이해의 발전으로 혁명을 일으켰습니다. 이전에는 작물, 과일, 채소 및 꽃 재배자들이 계절에 따라 씨를 뿌리고 수확하는 시기를 정해야 하는 제약을 받았습니다. 이제 원예가는 환경 요인이 식물의 성장과 발달에 미치는 영향을 이해함으로써 식물을 조작하여 잎, 꽃 또는 과일 생산량을 늘릴 수 있습니다.

온실 관리는 원예가 교육의 필수 구성 요소입니다. 밤을 길게하기 위해 식물은 암막 그늘 천으로 덮여 있습니다. 장일 식물은 조기 개화를 촉진하기 위해 겨울에 붉은 빛을 조사합니다. 예를 들어, 청색 파장이 높은 형광(냉백색) 빛은 잎이 많은 성장을 촉진하고 묘목을 시작하는 데 탁월합니다. 백열등(표준 전구)은 적색광이 풍부하여 일부 식물의 개화를 촉진합니다. 과일 숙성 시기를 식물 호르몬을 적용하여 늘리거나 늦출 수 있습니다. 최근에는 다양한 기후에 적합하고 병해충 및 운송 손상에 강한 식물 품종의 개발에 상당한 진전이 이루어지고 있습니다. 외부 자극과 호르몬에 대한 식물 반응에 대한 지식을 실제로 적용한 결과 작물 수확량과 품질이 모두 향상되었습니다.

원예가는 민간 및 정부 연구소, 온실, 식물원, 생산 또는 연구 분야에서 일자리를 찾습니다. 그들은 유전학 및 식물 생리학에 대한 지식을 적용하여 작물을 개선합니다. 원예 경력을 준비하기 위해 학생들은 식물학, 식물 생리학, 식물 병리학, 조경 디자인 및 식물 육종 수업을 듣습니다. 이러한 전통적인 과정을 보완하기 위해 원예 전공은 경제학, 비즈니스, 컴퓨터 과학 및 커뮤니케이션에 대한 연구를 추가합니다.


8.2 광합성의 빛 의존 반응

이 섹션에서는 다음 질문을 살펴봅니다.

  • 식물은 햇빛으로부터 에너지를 어떻게 흡수합니까?
  • 빛의 단파장과 장파장의 차이점은 무엇입니까? 광합성에 어떤 파장이 사용됩니까?
  • 광합성은 식물 내에서 어떻게 그리고 어디에서 발생합니까?

AP ® 코스 연결

광합성은 빛 의존 반응과 빛 독립 반응 또는 캘빈 회로의 두 단계로 구성됩니다. 빛에 의존하는 반응은 빛을 이용할 수 있을 때 발생합니다. 광합성의 전체 방정식은 산화 환원 반응으로 이산화탄소가 환원되고 물이 산화되어 산소가 생성된다는 것을 보여줍니다.

빛 의존 반응은 엽록체의 틸라코이드 막에서 발생하는 반면 캘빈 회로는 엽록체의 기질에서 발생합니다. 틸라코이드 막에 내장된 두 개의 광계(PS I 및 PS II)는 태양 에너지를 포착하는 안료의 복합체입니다. 엽록소 NS 그리고 NS 가시광선 스펙트럼에서 보라색, 파란색 및 빨간색 파장을 흡수하고 녹색을 반사합니다. 카로티노이드 색소는 보라색-청록색 빛을 흡수하고 노란색-주황색 빛을 반사합니다. 낮의 길이와 온도와 같은 환경적 요인은 연중 특정 시기에 가장 많이 사용되는 색소에 영향을 미칩니다. 두 광계가 동시에 실행되지만 별도로 탐색하는 것이 더 쉽습니다. 포토시스템 II부터 시작하겠습니다.

빛의 광자는 PS II의 안테나 색소를 공격하여 광합성을 시작합니다. 비순환 경로에서 PS II는 PS I보다 약간 더 높은 에너지 준위에서 광자를 포착합니다. (빛의 파장이 짧을수록 더 많은 에너지를 전달한다는 점을 기억하십시오.) 흡수된 에너지는 엽록소를 포함하는 안테나 색소의 반응 중심으로 이동합니다. NS 엽록소를 증가시키고 NS 더 높은 에너지 준위로 전자. 전자는 1차 전자 수용체 단백질에 의해 수용된 다음 틸라코이드 막에 포함된 전자 수송 사슬로 전달됩니다. PS II에 흡수된 에너지는 물을 산화(분할)하기에 충분하여 산소를 대기로 방출합니다. 반응 중심 엽록소의 전자가 일련의 전자 운반체 단백질을 통과함에 따라 수소 이온(H + )은 화학삼투를 통해 막을 가로질러 틸라코이드 내부로 펌핑됩니다. (이것이 친숙하게 들린다면 그렇게 해야 합니다. 우리는 세포 호흡에서 세포 호흡에 대한 탐구에서 화학삼투를 연구했습니다.) 이 작용은 고농도의 H+ 이온을 생성하고, ATP 합성효소를 통해 흐르면서 ATP 분자가 형성됩니다. 이 ATP 분자는 광합성의 두 번째 단계인 캘빈 회로에서 탄수화물 합성을 위한 자유 에너지를 제공하는 데 사용됩니다. 전자 수송 사슬은 PS II와 PS I을 연결합니다. PS II에서 발생하는 현상과 유사하게 이 두 번째 광계는 두 번째 광자를 흡수하여 NADP에서 NADPH 분자를 형성합니다.+. NADPH에서 운반되는 에너지는 또한 캘빈 회로의 화학 반응에 동력을 공급하는 데 사용됩니다.

제시된 정보와 섹션에서 강조 표시된 예는 표에 표시된 것처럼 AP ® 생물학 커리큘럼 프레임워크의 빅 아이디어 2에 요약된 개념 및 학습 목표를 지원합니다. 커리큘럼 프레임워크에 나열된 학습 목표는 AP ® 생물학 과정, 탐구 기반 실험실 경험, 교육 활동 및 AP ® 시험 문제에 대한 투명한 토대를 제공합니다. 학습 목표는 필요한 내용을 7가지 과학 실습 중 하나 이상과 병합합니다.

빅 아이디어 2 생물학적 시스템은 성장, 번식 및 동적 항상성을 유지하기 위해 자유 에너지 및 분자 빌딩 블록을 사용합니다.
지속적인 이해 2.A 살아있는 시스템의 성장, 번식 및 유지에는 자유 에너지와 물질이 필요합니다.
필수 지식 2.A.2 진핵생물에서 광합성의 빛 독립 반응은 빛에 존재하는 자유 에너지를 포착하는 일련의 반응을 포함합니다.
과학 실습 1.4 학생은 상황을 분석하거나 질적 및 양적으로 문제를 해결하기 위해 표현과 모델을 사용할 수 있습니다.
과학 실습 3.1 학생은 과학적 질문을 제기할 수 있습니다.
학습 목표 2.4 학생은 표현을 사용하여 유기체가 자유 에너지를 포착, 저장 및 사용할 수 있도록 하는 메커니즘과 구조적 특징에 대한 과학적 질문을 제기할 수 있습니다.
필수 지식 2.A.2 진핵생물에서 광합성의 빛 독립 반응은 빛에 존재하는 자유 에너지를 포착하는 일련의 반응을 포함합니다.
과학 실습 6.2 학생은 과학적 실습을 통해 생성된 증거를 기반으로 현상에 대한 설명을 구성할 수 있습니다.
학습 목표 2.5 학생은 유기체가 자유 에너지를 포착, 저장 또는 사용할 수 있도록 하는 세포의 메커니즘과 구조적 특징에 대한 설명을 구성할 수 있습니다.
빅 아이디어 4 생물학적 시스템은 상호 작용하며 이러한 시스템과 상호 작용은 복잡한 속성을 가지고 있습니다.
지속적인 이해 4.A 생물학적 시스템 내의 상호 작용은 복잡한 특성을 초래합니다.
필수 지식 4.A.2 엽록체는 광합성을 통해 에너지를 포착하는 특수 소기관입니다.
과학 실습 6.4 학생은 과학적 이론과 모델을 기반으로 자연 현상에 대한 주장과 예측을 할 수 있습니다.
학습 목표 4.4 학생은 세포 소기관의 상호 작용에 대해 예측할 수 있습니다.
필수 지식 4.A.2 엽록체는 광합성을 통해 에너지를 포착하는 특수 소기관입니다.
과학 실습 6.2 학생은 과학적 실습을 통해 생성된 증거를 기반으로 현상에 대한 설명을 구성할 수 있습니다.
학습 목표 4.5 학생은 세포하 구조의 상호 작용이 어떻게 필수 기능을 제공하는지에 대한 과학적 증거를 기반으로 설명을 구성할 수 있습니다.
필수 지식 4.A.2 엽록체는 광합성을 통해 에너지를 포착하는 특수 소기관입니다.
과학 실습 1.4 학생은 상황을 분석하거나 질적 및 양적으로 문제를 해결하기 위해 표현과 모델을 사용할 수 있습니다.
학습 목표 4.6 학생은 표현과 모델을 사용하여 상황을 질적으로 분석하여 특수 기능을 가진 세포하 구조의 상호 작용이 필수 기능을 제공하는 방법을 설명할 수 있습니다.

교사 지원

이 섹션에서는 광합성의 전반부를 다룹니다. 이러한 반응은 빛 에너지를 포착하여 짧은 시간 동안 화학 물질에 저장하여 광합성의 후반부에 연료를 공급합니다. 이것은 또한 자유 산소가 방출될 수 있지만 이산화탄소는 포획되거나 고정되지 않는 곳입니다.

Science Practice Challenge Questions에는 AP 시험을 준비하는 데 도움이 되는 이 섹션에 대한 추가 시험 문제가 포함되어 있습니다. 이러한 질문은 다음 표준을 다룹니다.
[APLO 2.5][APLO 2.16][APLO 2.18][APLO 1.9][APLO 1.32][APLO 4.14][APLO 2.2][APLO 2.3][APLO 2.23][APLO 1.15][APLO 1.29]

빛은 어떻게 음식을 만드는 데 사용될 수 있습니까? 사람이 램프를 켜면 전기 에너지가 빛 에너지가 됩니다. 다른 모든 형태의 운동 에너지와 마찬가지로 빛은 이동하고 형태를 바꾸며 일을 할 수 있습니다. 광합성의 경우, 빛 에너지는 화학 에너지로 변환되며, 광독립영양생물은 탄수화물 분자를 만드는 데 사용합니다(그림 8.9). 그러나 독립 영양 생물은 햇빛의 몇 가지 특정 구성 요소 만 사용합니다.

빛 에너지 란 무엇입니까?

교사 지원

무지개가 무엇인지는 누구나 알고 있지만 일부 학생들은 무지개를 실제 광원에 연결하지 못할 수 있습니다. 프리즘과 같은 빛을 굴절시키는 방법을 구하고 이를 사용하여 구형 백열 전구, 새로운 형광 전구 및 실제 햇빛과 같은 여러 광원의 구성 요소를 분리합니다.

전자기 스펙트럼에 대해 논의할 때 누군가가 다이얼의 92.1 또는 1450과 같은 번호로 라디오 방송국을 설정할 때 실제로 라디오를 스테이션에서 사용하는 특정 스펙트럼 파장으로 설정한다는 사실을 포함합니다.

태양은 엄청난 양의 전자기 복사(태양 에너지)를 방출합니다. 인간은 이 에너지의 일부만 볼 수 있으므로 이 부분을 "가시광선"이라고 합니다. 태양 에너지가 이동하는 방식은 파동으로 설명됩니다. 과학자들은 파동의 연속적인 점 사이의 거리인 파장을 측정하여 파동의 에너지 양을 결정할 수 있습니다. 단일 파동은 마루에서 마루로 또는 골에서 골로와 같이 두 개의 연속 지점에서 측정됩니다(그림 8.10).

가시광선은 태양과 다른 별에서 방출되는 많은 유형의 전자기 복사 중 하나일 뿐입니다. 과학자들은 전자기 스펙트럼 내에서 태양으로부터 다양한 유형의 복사 에너지를 구별합니다. 전자기 스펙트럼은 가능한 모든 복사 주파수의 범위입니다(그림 8.11). 파장의 차이는 파장에 의해 전달되는 에너지의 양과 관련이 있습니다.

각 유형의 전자기 복사는 특정 파장으로 이동합니다. 파장이 길수록(또는 다이어그램에 더 많이 늘어날수록) 더 적은 에너지가 전달됩니다. 짧고 촘촘한 파도가 가장 많은 에너지를 전달합니다. 이것은 비논리적으로 보일 수 있지만, 무거운 밧줄을 움직이는 한 조각의 관점에서 생각하십시오. 길고 넓은 파도에서 밧줄을 움직이는 것은 사람의 노력이 거의 필요하지 않습니다. 짧고 촘촘한 파도에서 로프를 움직이게 하려면 훨씬 더 많은 에너지를 가해야 합니다.

전자기 스펙트럼(그림 8.11)은 X선과 자외선(UV) 광선을 포함하여 태양에서 발생하는 여러 유형의 전자기 복사를 보여줍니다. 더 높은 에너지의 파동은 조직을 관통하여 세포와 DNA를 손상시킬 수 있으며, X선과 자외선이 모두 살아있는 유기체에 해로울 수 있는 이유를 설명합니다.

빛의 흡수

교사 지원

각 파장에서 에너지 양의 차이와 에너지 포착을 위한 파장의 유용성을 강조합니다. "성장 빛"(실내에서 자라는 식물을 위한 인공 광원)에 무엇이 있는지 토론하십시오.

빛 에너지는 안료가 빛을 흡수할 때 광합성 과정을 시작합니다. 인간의 망막이든 엽록체의 틸라코이드이든 유기 색소는 흡수할 수 있는 에너지 수준의 범위가 좁습니다. 적색광으로 표시되는 것보다 낮은 에너지 준위는 궤도 전자를 채워질 수 있는 여기(양자) 상태로 올리기에 충분하지 않습니다. 청색광보다 높은 에너지 수준은 표백이라고 하는 물리적으로 분자를 분해합니다. 따라서 망막 색소는 700nm에서 400nm의 빛만 "보"(흡수)할 수 있으므로 가시광선이라고 합니다. 같은 이유로 식물의 색소 분자는 700nm에서 400nm의 파장 범위의 빛만 흡수합니다. 식물 생리학자는 이 범위를 식물에 대해 광합성 활성 복사라고 합니다.

인간이 백색광으로 보는 가시광선은 실제로 무지개 색으로 존재합니다. 프리즘이나 물방울과 같은 특정 물체는 백색광을 분산시켜 인간의 눈에 색상을 나타냅니다. 전자기 스펙트럼의 가시광선 부분은 색상의 무지개를 나타내며 보라색과 파란색은 파장이 더 짧으므로 에너지가 더 높습니다. 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서 빨간색으로 갈수록 파장은 더 길고 에너지는 더 낮습니다(그림 8.12).

안료 이해하기

교사 지원

잎에서 발견되는 엽록소와 카로티노이드의 유형과 기능에 집중하십시오. 그것들이 여름에 보이지 않는데도 어떻게 항상 거기에 있는지 토론하십시오. 그들은 가을에 볼 수 있습니다.

반원들에게 사람들이 여름과 겨울에 어떤 색 코트를 입는 경향이 있는지 묻는다. 그들이 왜 이것을 하는지 토론하십시오.

다양한 종류의 안료가 존재하며 각각은 가시광선의 특정 파장(색상)만 흡수합니다. 안료는 흡수할 수 없는 파장을 반사하거나 전달하여 해당 색상으로 나타납니다.

엽록소와 카로티노이드는 식물과 조류에서 발견되는 광합성 색소의 두 가지 주요 클래스이며 각 클래스에는 여러 유형의 색소 분자가 있습니다. 5개의 주요 엽록소가 있습니다. NS, NS, 그리고 NS 및 박테리오클로로필이라고 하는 원핵생물에서 발견되는 관련 분자. 엽록소 NS 그리고 엽록소 NS 고등 식물 엽록체에서 발견되며 다음 논의의 초점이 될 것입니다.

수십 가지의 다양한 형태를 가진 카로티노이드는 훨씬 더 큰 그룹의 안료입니다. 토마토의 붉은색(리코펜), 옥수수의 노란색(제아잔틴), 오렌지 껍질의 오렌지색(β-카로틴)과 같은 과일에서 발견되는 카로티노이드는 종자 유포자를 유인하기 위한 광고로 사용됩니다. 광합성에서 카로티노이드는 과잉 에너지를 처리하는 데 매우 효율적인 분자인 광합성 색소로 기능합니다. 잎이 완전한 태양에 노출될 때 막대한 양의 에너지를 처리하기 위해 빛에 의존하는 반응이 필요하며, 그 에너지가 적절하게 처리되지 않으면 심각한 손상을 입을 수 있습니다. 따라서 많은 카로티노이드가 틸라코이드 막에 상주하여 과도한 에너지를 흡수하고 해당 에너지를 열로 안전하게 발산합니다.

각 유형의 안료는 흡수 스펙트럼인 가시광선에서 흡수하는 특정 파장 패턴으로 식별할 수 있습니다. 그림 8.13의 그래프는 엽록소의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. NS, 엽록소 NS, 그리고 β-카로틴(파란색과 녹색 빛을 흡수)이라고 하는 카로티노이드 색소의 일종. 각 안료에 고유한 피크와 골이 있어 매우 구체적인 흡수 패턴을 나타냅니다. 엽록소 NS 가시 스펙트럼(파란색 및 빨간색)의 양쪽 끝에서 파장을 흡수하지만 녹색은 흡수하지 않습니다. 녹색은 반사되거나 투과되기 때문에 엽록소는 녹색으로 보입니다. 카로티노이드는 단파장 청색 영역에서 흡수하고 더 긴 황색, 적색 및 주황색 파장을 반사합니다.

많은 광합성 유기체는 이들을 사용하는 안료 혼합물을 가지고 있으며 유기체는 더 넓은 범위의 파장에서 에너지를 흡수할 수 있습니다. 모든 광합성 유기체가 햇빛에 완전히 접근할 수 있는 것은 아닙니다. 일부 유기체는 빛의 강도와 품질이 감소하고 깊이에 따라 변화하는 수중에서 자랍니다. 다른 유기체는 빛을 놓고 경쟁하면서 자랍니다. 열대 우림 바닥에 있는 식물은 들어오는 빛을 조금이라도 흡수할 수 있어야 합니다. 키가 큰 나무는 대부분의 햇빛을 흡수하고 나머지 태양 복사를 산란시키기 때문입니다(그림 8.14).

광합성 유기체를 연구할 때 과학자들은 흡수 스펙트럼을 생성하여 존재하는 색소의 유형을 결정할 수 있습니다. 분광광도계라고 하는 기기는 물질이 흡수할 수 있는 빛의 파장을 구별할 수 있습니다. 분광 광도계는 투과된 빛을 측정하고 흡수를 계산합니다. 잎에서 색소를 추출하고 이 샘플을 분광 광도계에 배치함으로써 과학자들은 유기체가 흡수할 수 있는 빛의 파장을 식별할 수 있습니다. 식물 색소를 식별하기 위한 추가 방법에는 고체 및 이동상에 대한 상대적인 친화도에 따라 색소를 분리하는 다양한 유형의 크로마토그래피가 포함됩니다.

빛 의존 반응의 작동 원리

교사 지원

Photosystems I과 II는 혼동될 수 있습니다. 두 시스템의 다이어그램을 얻고 이를 사용하여 경로의 단계를 진행하십시오. 일부 식물이 시스템의 순환 형태와 선형 형태를 사용하는 이유를 토론하십시오. 한 경로에서는 산소가 방출되고 다른 경로에서는 방출되지 않는 이유를 토론하십시오.

광 의존 반응의 전반적인 기능은 태양 에너지를 NADPH 및 ATP 형태의 화학 에너지로 변환하는 것입니다. 이 화학 에너지는 빛 독립적인 반응을 지원하고 설탕 분자의 조립에 연료를 공급합니다. 광 의존 반응은 그림 8.15에 나와 있습니다. 단백질 복합체와 색소 분자는 함께 작용하여 NADPH와 ATP를 생성합니다.

빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 실제 단계는 광계(photosystem)라고 하는 다중 단백질 복합체에서 발생합니다. 광계 II(PSII)와 광계 I(PSI)의 두 가지 유형이 틸라코이드 막에 내장되어 있습니다(그림 8.16). 두 착물은 산화 대상(즉, 저에너지 전자 공급의 소스)과 환원 대상(에너지화된 전자를 전달하는 장소)에 따라 다릅니다.

두 광계는 동일한 기본 구조를 가지고 있으며 광화학이 일어나는 반응 중심 주위에 엽록소 분자가 결합되어 있는 많은 안테나 단백질이 있습니다. 각 광계는 300-400개의 엽록소 혼합물을 포함하는 다중 안테나 단백질로 구성된 반응 센터로 햇빛의 에너지를 전달하는 빛 수확 복합체에 의해 제공됩니다. NS 그리고 NS 분자뿐만 아니라 카로티노이드와 같은 다른 안료. 엽록소 중 하나에 의한 단일 광자 또는 별개의 양 또는 빛의 "패킷"의 흡수는 해당 분자를 여기 상태로 밀어 넣습니다. 간단히 말해서, 빛 에너지는 이제 생물학적 분자에 의해 포착되었지만 아직 유용한 형태로 저장되지 않았습니다. 에너지는 엽록소에서 엽록소로 전달되어 결국(약 100만분의 1초 후) 반응 센터로 전달됩니다. 지금까지는 전자가 아닌 분자 사이에 에너지만 전달되었습니다.

시각적 연결

반응 센터에는 한 쌍의 엽록소가 있습니다. NS 특별한 성질을 가진 분자. 이 두 엽록소는 여기 시 산화를 겪을 수 있으며 실제로 광작용(photoact)이라고 하는 과정에서 전자를 포기할 수 있습니다. 반응 중심의 이 단계, 광합성의 이 단계에서 빛 에너지가 여기된 전자로 변환됩니다. 모든 후속 단계는 에너지 캐리어 NADPH에 전자를 전달하여 전자가 탄수화물 형태로 장기 저장을 위해 탄소에 침착되는 캘빈 회로로 전달하는 것을 포함합니다. 광합성 전자의 두 가지 주요 구성요소는 광계 II와 PSI입니다. 또한 시토크롬 복합체를 포함하는 수송 사슬. 두 개의 단백질 복합체로 구성된 효소인 시토크롬 복합체는 운반체 분자인 플라스토퀴논(Pq)에서 단백질 플라스토시아닌(Pc)으로 전자를 전달하여 틸라코이드 막을 가로질러 양성자를 전달하고 광계2에서 광계로 전자를 전달할 수 있습니다. PSI.

광계 II의 반응 중심(P680이라고 함)은 고에너지 전자를 한 번에 하나씩 1차 전자 수용체로 전달하고 전자 수송 사슬(Pq에서 사이토크롬 복합체에서 플라스토시아닌으로)을 통해 PSI로 전달합니다. P680의 누락된 전자는 물에서 저에너지 전자를 추출하여 대체되므로 물은 분할되고 모든 광작용 후에 광계 II가 다시 감소됩니다. 하나의 H 나누기2O 분자는 2개의 전자, 2개의 수소 원자, 1개의 산소 원자를 방출합니다. 이원자 O의 한 분자를 형성하려면 두 분자를 쪼개야 합니다.2 가스. 산소의 약 10%는 산화적 인산화를 지원하기 위해 잎의 미토콘드리아에서 사용됩니다. 나머지는 호기성 유기체가 호흡을 지원하는 데 사용하는 대기로 탈출합니다.

전자가 광계2와 광계2 사이에 있는 단백질을 통해 이동할 때 에너지를 잃습니다. 그 에너지는 막의 기질 쪽에서 틸라코이드 루멘으로 수소 원자를 이동시키는 데 사용됩니다. 이러한 수소 원자와 물을 분해하여 생성된 원자는 틸라코이드 루멘에 축적되어 이후 단계에서 ATP를 합성하는 데 사용됩니다. 전자는 PSI에 도달하기 전에 에너지를 잃어버렸기 때문에 PSI에 의해 다시 에너지를 공급받아야 하므로 다른 광자가 PSI 안테나에 흡수됩니다. 그 에너지는 PSI 반응 센터(P700이라고 함)로 전달됩니다. P700은 산화되어 고에너지 전자를 NADP+로 보내 NADPH를 형성합니다. 따라서 광계2는 ATP를 만들기 위한 양성자 기울기를 생성하는 에너지를 포착하고, PSI는 NADP+를 NADPH로 환원시키는 에너지를 포착합니다. 두 광계는 부분적으로 협력하여 NADPH 생산이 ATP 생산과 거의 같도록 보장합니다. 엽록체의 끊임없이 변화하는 에너지 요구량과 정확히 일치하도록 이 비율을 미세 조정하는 다른 메커니즘이 존재합니다.

에너지 운반체 생성: ATP

교사 지원

빛 의존 반응과 세포 호흡에서 ATP 생성 사이의 유사점에 대해 토론하십시오.

세포 호흡 동안 미토콘드리아의 막간 공간에서와 같이 틸라코이드 루멘 내부에 수소 이온이 축적되면 농도 구배가 생성됩니다. 고농도(틸라코이드 내강)에서 저농도(간질)로 수소 이온의 수동 확산은 세포 호흡의 전자 전달 사슬에서와 같이 ATP를 생성하는 데 활용됩니다. 이온은 확산과 모두 같은 전하를 띠고 서로 반발하기 때문에 에너지를 축적합니다.

이 에너지를 방출하기 위해 수소 이온은 댐의 구멍을 통해 물이 분출하는 것과 유사하게 모든 구멍을 통해 돌진합니다. 틸라코이드에서 그 구멍은 ATP 합성효소라고 하는 특수 단백질 채널을 통과하는 통로입니다. 수소 이온 흐름에 의해 방출된 에너지는 ATP 합성효소가 ATP 분자를 형성하는 ADP에 세 번째 인산염 그룹을 부착하도록 합니다(그림 8.16). ATP 합성 효소를 통한 수소 이온의 흐름은 이온이 반투과성 구조를 통해 고농도 영역에서 저농도 영역으로 이동하기 때문에 화학 삼투 현상이라고합니다.

학습 링크

이 사이트를 방문하여 애니메이션을 클릭하면 잎 내에서 광합성 과정을 볼 수 있습니다.

  1. PS I의 전자는 NADPH를 ext로 감소시킵니다.^+! .
  2. 광계2의 전자는 ext의 감소를 일으킵니다.^+ NADPH로.
  3. PS I의 전자는 ext의 감소를 일으킵니다.^+! NADPH에.
  4. ext의 산화를 일으키는 전자를 얻는다.^+! .

AP® 과정을 위한 일상적인 연결

기공이 봉인되면 산소는 어떻게 될까요( ext_2) 및 이산화탄소( ext_2) 광합성 잎의 수준은?

  1. 텍스트_2 레벨이 증가하고 ext_2 레벨이 감소합니다.
  2. 텍스트_2 레벨이 증가하고 ext_2 레벨이 감소합니다.
  3. 텍스트_2 및 ext_2 레벨은 둘 다 감소합니다.
  4. 텍스트_2 및 ext_2 레벨이 모두 증가합니다.

AP® 과정을 위한 과학 실습 연결

선생님이 3개의 데모를 설정했습니다. 각 설정에는 1%, 25% 및 60%의 세 가지 농도의 전분 용액으로 채워진 투명한 투석 백이 포함됩니다. 투석 튜빙은 물과 같은 작은 이온과 분자의 통과는 허용하지만 단백질과 같은 큰 분자의 통과는 허용하지 않는 구멍을 포함하기 때문에 반투과성입니다. 이러한 방식으로 투석 백은 반투성 세포막을 모델링합니다.

그것에 대해 생각

덥고 건조한 날 식물은 물을 절약하기 위해 기공을 닫습니다. 이것이 광합성에 미치는 영향을 예측하고 예측을 정당화하십시오.

교사 지원

재료: 투석백 3개, 중간 크기 비커 3개, 녹말 원액, 증류수, 요오드 점적기 병, 실, 저울 또는 저울

준비: 퍼센트 전분 용액을 준비하려면 사용하려는 용액의 부피(예: 100 ml)를 결정하고 원하는 퍼센트 농도에 해당하는 그램 단위의 용질 질량을 추가합니다.

퍼센트 용액 = [용질의 질량(g) / 용액의 부피(ml)] x 100

세 가지 농도 중 하나로 각 투석 백에 라벨을 붙입니다. 그런 다음 쉽게 열 수 있도록 투석 튜브를 적십니다. 백의 상단을 묶을 공간을 남기기 위해 채우는 방법의 약 3/4에 해당하는 용액으로 각 튜브를 채우십시오. 표준 실로 가방의 상단을 단단히 묶으십시오. 가방을 학생들 앞에서 먼저 무게를 측정하므로 아직 요오드 용액에 가방을 넣지 마십시오.

학생들이 참석한 상태에서 설정에 대한 세부 사항을 설명하고 요오드가 전분의 존재를 나타내는 지표로 어떻게 사용되는지 보여줍니다. 그런 다음 각 비커에 증류수로 약 4분의 3을 채웁니다. 요오드 농도에 따라 요오드 3~8방울을 첨가하고 용액이 노란색이 되도록 저어준다. 그런 다음 각 투석 백의 무게를 측정하고 학급이 볼 수 있는 차트에 무게를 기록합니다. 45분에서 1시간 동안 요오드 용액에 투석 백을 담그십시오. 그런 다음 가방을 꺼내 부드러운 수돗물로 조심스럽게 헹굽니다. 각 가방의 무게를 측정하고 그 결과를 칠판에 놓으십시오.

결과: 전분 분자는 투석 튜브를 통과할 수 없습니다. 그러나 요오드 용액은 비커에서 투석 주머니로 들어갈 수 있습니다. 이것은 전분 용액을 무색에서 보라색으로 바꿉니다. 백으로 확산되는 요오드의 양은 각 용액의 농도와 관련이 있습니다. 전분 농도가 증가함에 따라 더 많은 요오드 용액이 백으로 확산되어 백의 무게가 증가합니다.

Think About It 질문은 학생들이 세포 소기관과 구조의 상호 작용이 광합성 속도에 어떻게 영향을 미치는지 예측하기 때문에 학습 목표 4.4 및 과학 실습 6.4의 적용입니다.

가능한 대답:

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    • 저자: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • 게시자/웹사이트: OpenStax
    • 책 제목: AP® 과정을 위한 생물학
    • 발행일: 2018년 3월 8일
    • 위치: 휴스턴, 텍사스
    • 책 URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • 섹션 URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/8-2-the-light-dependent-reaction-of-photosynthesis

    © 2021년 1월 12일 OpenStax. OpenStax에서 제작한 교과서 콘텐츠는 Creative Commons Attribution License 4.0 라이선스에 따라 라이선스가 부여됩니다. OpenStax 이름, OpenStax 로고, OpenStax 책 표지, OpenStax CNX 이름, OpenStax CNX 로고는 Creative Commons 라이선스의 적용을 받지 않으며 Rice University의 명시적인 사전 서면 동의 없이 복제할 수 없습니다.


    어떤 유기체는 광합성을 할 수 있지만 다른 유기체는 할 수 없습니다. 독립 영양 생물은 자신의 음식을 생산할 수있는 유기체입니다. 단어의 그리스어 뿌리 독립 영양 "자신"을 의미 (자동) "피더"(트로피). 식물은 가장 잘 알려진 독립영양생물이지만 특정 유형의 박테리아와 조류를 비롯한 다른 식물도 존재합니다(그림 5.2). 해양 조류는 전 세계의 먹이 사슬에 막대한 양의 먹이와 산소를 제공합니다. 식물은 또한 햇빛과 이산화탄소의 탄소를 사용하여 탄수화물 형태의 화학 에너지를 합성하는 독립 영양의 한 유형인 광독립 영양 생물입니다. 광합성을 하는 모든 유기체는 햇빛을 필요로 합니다.

    그림 5.2 (a) 식물, (b) 조류, (c) 시아노박테리아라고 하는 특정 박테리아는 광합성을 수행할 수 있는 광독립영양생물입니다. 조류는 물의 광대한 지역에서 자랄 수 있으며 때로는 표면을 완전히 덮기도 합니다. (크레딧 a: Steve Hillebrand, U.S. Fish and Wildlife Service 크레딧 b: “eutrophication&hypoxia”/Flickr 크레딧 c: Matt Russell의 NASA 스케일 바 데이터)

    종속영양생물은 광합성을 할 수 없는 유기체이므로 다른 유기체를 소비하여 음식에서 에너지와 탄소를 얻어야 합니다. 단어의 그리스어 뿌리 종속 영양 "다른"(헤테로) "피더"(트로피), 그들의 음식은 다른 유기체에서 온다는 것을 의미합니다. 식품 유기체가 다른 동물일지라도 이 식품은 그 기원을 독립 영양체와 광합성 과정으로 거슬러 올라갑니다. 인간은 모든 동물과 마찬가지로 종속 영양 생물입니다. Heterotrophs는 직접 또는 간접적으로 autotrophs에 의존합니다. 사슴과 늑대는 종속 영양 동물입니다. 사슴은 식물을 먹고 에너지를 얻습니다. 사슴을 잡아먹는 늑대는 원래 그 사슴이 먹은 식물에서 나온 에너지를 얻습니다. 식물의 에너지는 광합성에서 나오므로 이 예에서 유일한 독립 영양 생물입니다(그림 5.3). 이 추론을 사용하여 인간이 먹는 모든 음식은 광합성을 수행하는 독립 영양체와 다시 연결됩니다.

    그림 5.3 광합성을 통해 탄수화물 분자에 저장된 에너지는 먹이 사슬을 통과합니다. 이 사슴을 먹는 포식자는 사슴이 소비하는 광합성 식물에서 유래한 에너지를 얻고 있습니다. (출처: Steve VanRiper, 미국 어류 및 야생 동물 관리국)


    안료의 흡수 스펙트럼

    팁: "Spec 20과 광합성 연구실의 또 다른 활동은 크로마토그램에서 밴드를 잘라내는 것입니다. 예를 들어 모든 카로틴 밴드를 가져와 소량의 용매에 담근 다음 용매를 시험관에 넣고 특정 색소에 대한 흡수 스펙트럼입니다. 다른 모든 색소 밴드에 대해서도 동일한 작업을 수행하십시오. 20명의 각 학생이 크로마토그램을 작성하면 추출할 색소가 많이 있습니다."
    바비 힌슨, 노스캐롤라이나주 샬럿의 프로비던스 데이 스쿨. 3/9/00



코멘트:

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