КПД зелёного листа

Раздел: Наука

Две трети поверхности земного шара занимают моря и океаны. Да и на материках бесчисленное количество озер, рек, водоемов, увлажненной поверхности почвы, куда так или иначе проникает солнечный свет. Все эти места населены микроскопическими водорослями, относящимися к различным семействам, родам, видам и обладающими разными свойствами. Их очень много. За последние годы пристальное внимание ученых привлекла к себе пресноводная одноклеточная водоросль — хлорелла.

Свободно живущие клетки этой водоросли обладают фотосинтетическим аппаратом — хроматофором (одно из разновидностей хлоропластов), содержащим хлорофилл.

Особое свойство хлореллы в том, что клетки ее обитают в водной среде и благодаря этому для них не существует проблемы недостаточного водоснабжения, а также быстрых и резких чрезмерных колебаний температуры внешней среды. Питательные вещества — углекислый газ, элементы минерального питания клетки водоросли получают непосредственно из окружающей жидкой среды, усваивая их всей своей поверхностью. Начальные продукты питания и продукты фотосинтеза производятся и используются на месте, в одной и той же клетке, без сложных транспортировок из одних органов в другие, без необходимости создавать сложные транспортные системы и органы, связывающие растения с почвой и воздушной средой. Живая клегка водоросли несет обязанности я органа размножения. Она дает автоспоры — зачаточные образования, из которых возникают дочерние клетки. Каждая дочерняя клетка, осуществляя фотосинтез, растет и в свою очередь достигает больших размеров и зрелости. Внутри ее образуются две, четыре, а в хороших условиях 16 автоспор ( 14). Разрывая оболочку материнской клетки, они выпадают в жидкую среду, давая новое поколение дочерних клеток, содержащих много хлорофилла и способных опять быстро начать энергичный фотосинтез, расти и осуществить такой же жизненный цикл, как и клетки предшествующих поколений. У очень активных форм никл жизни определяется 8 часами. Таким образом, за сутки могут завершить жизнь три поколения, дав начало четвертому.

Если даже в среднем каждая клетка будет цавать 4 дочерних, то и при этом суточный коэффициент размножения, а следовательно, и умножения органического вещества за счет фотосинтеза может достигнуть 64. Такой быстрый фотосинтез и прирост биомассы может осуществляться в очень благоприятных условиях и, в частности, тогда, когда плотность суспензий очень невелика, например, не свыше 2—3 млн, клеток в см3 жидкости. В этом случае суспензия почти прозрачна, свет проникает в ее глубину без особых препятствий, все клетки освещаются, не мешая друг другу, и не проявляется борьба между ними за углекислоту и минеральное питание. Однако

начальная биомасса клеток в жидкости в этом случае ничтожна и даже суточное увеличение ее в 64 раза не может дать сколько-нибудь значительной продукции. В благоприятных условиях, благодаря быстрому размножению клеток, плотность суспензии быстро и сильно возрастает и в конце концов может достигнуть одного, двух .и больше миллиардов клеток в 1 смг. При этом суспензил приобретают очень высокую оптическую плотность, свет может проникать внутрь суспензии на глубину не больше 1—2 мм, остальные клетки не получают света, но дышат и расходуют органические вещества. Кроме того, им начинает не хватать элементов минерального питания и в конце концов рост плотности суспензии или нарастание биомассы прекращается ( 15).

Наибольшее абсолютное нарастание органических веществ в результате фотосинтеза происходит при некоторой оптимальной при данных условиях плотности суспензии. Коэффициент размножения клеток при этом хотя и снижается, но зато исходная масса в суспензии достаточно велика и даже при сниженных коэффициентах размножения общий результат фотосинтеза оказывается наивысшим.