This page uses a neural machine assisted language translation

光合成:何が、どこで、どのように、そしてなぜ?

執筆者 | 10月 17, 2023 | blogs, グローライト | コメント0件

前書き。

光合成とは何か? 多くの人にとって、それは学んだり聞いたりしたことがあることだが、その詳細は長年にわたって私たちの耳から遠ざかっていた。 そこで、この素晴らしいプロセスに関する重要なポイントや用語をおさらいしておくと役に立つかもしれない。

生化学的なことは避けられないが、シンプルで扱いやすいものにしよう。 以下はそのトピックである:

  • 光合成とは何か?
  • 光合成はどこで行われるのか?
  • 光合成の仕組み
  • 光合成はなぜ重要なのか?

この記事を読み終わる頃には、プロ並みに光合成について要約できるようになっていることだろう。

 

MK350N Premium 商品画像

図1

光合成とは何か?

ご存知のように、光合成は植物が光からエネルギーを得て「糖」を生産するプロセスである。

植物は最終的にこれらの糖をエネルギーとして利用し、茎の成長、葉の生産、開花、結実など、多くの代謝目的に必要とされる。

 

室内園芸

図2

光合成はどこで行われるのか?

緑色植物の場合、光合成は植物の「緑色」の部分、すなわち葉で行われる。

図4を見てほしい。

 

  1. 葉は、外側の境界に包まれた植物細胞でできている。
  2. 葉の細胞の中には、葉緑体と呼ばれる小さな豆のようなものがある。
  3. 葉緑体の中にはチラコイドと呼ばれるパンケーキのようなものが積み重なっている。
  4. チラコイドには外膜があり、この膜の中で光合成の最初の部分が行われる。

図3(Albert Melu on Unsplash)

図4-光合成が行われる場所。

光合成の仕組み

光合成は、砂糖を作る小さな工場だと考えればいい。 工場はエネルギーや材料といった投入物を必要とする。

私たちの光合成工場では、葉は光、H2O(水)、C02(二酸化炭素)のエネルギーを使う。

そして出力は糖分と酸素である。 糖分は代謝のために植物に戻る。 酸素は重要な老廃物として排出され、私たちが呼吸する空気となる。

図5-光合成は工場のようなもの

図6 – 光合成のインプットとアウトプット

2つの工場の物語

実は、光合成は光反応と カルビンサイクルという2つの工場で成り立っている。

まず、チラコイド膜の光反応について説明する。 この工場の目標は、光エネルギーをより使いやすい形に利用することだ。

 

図7 – 光合成の2つの工場。

ライト・リアクションズ・ファクトリー – INPUTS

図9では、光がシステムに入ってくるのがわかる。 システムに入力された水を見ることもできる。 そして、酸素がシステムから出ていくのがわかるだろう。

図8 – チラコイド

図9 – 光反応入力

光反応 – エネルギーの蓄積

図11(赤丸)では、電子輸送と呼ばれるプロセスで、光からのエネルギーがH+と e-に 変換される。 それらは、加工を通して蓄積されたエネルギーや電気である。

図11(青丸)には、ATPと NADPHも示されている。 光合成の第2段階で使用される一時的なエネルギー貯蔵(バッテリー)である。 つまり、光合成の最初の部分は、第2工場で使うエネルギーを蓄えることを目的としている。

図10 – チラコイド

図11 – 光反応 – エネルギー蓄積

光合成の第2工場-カルビンサイクル

第2工場または第2段階は 糖を合成するところである。これはカルビンサイクルと呼ばれ、高名な生化学者メルビン・カルビンにちなんで名付けられた。

図13では、光反応プロセスで得られたATPとNADPHが、カルビンサイクルのインプットとして使われているのがわかる(EとDの文字)。

また、二酸化炭素もカルヴィン・サイクルで使用されることに注意しよう。 F). 最終生成物は糖3ホスホグリセリド(文字 G).

カルビンサイクルは、チラコイドのすぐ外側の葉緑体間質の空間で起こることに注意。

図12 – メルビン・カルビン

図13-2つの工場の物語-カルヴィン・サイクル。 (2023年9月5日)。 ウィキペディアで。 https://en.wikipedia.org/wiki/Calvin_cycle

クロロフィルはどうだろう?

光エネルギーを吸収するために不可欠な分子であるクロロフィルについては、まだ話す必要がある。

クロロフィルは色素分子で、色を反射して葉を緑色に見せることからそう呼ばれている。 他の色は、特に青と赤の部分で吸収される。

図14 – クロロフィル分子

図15 – ライト

チラコイド膜の光反応生産ラインに戻ると、PSIIとPSIモジュールがあることに気づくだろう。 ここにクロロフィルが存在する。

PSIIとPSIは2種類のクロロフィル、すなわちaとbを含んでいる。 クロロフィルはどちらも青と赤の光を吸収する。

しかし、植物は赤い光に最も敏感である。 PSIIは波長680nmの赤色光を最も効率よく吸収し、PSIは波長700nmの遠赤色光を最も効率よく吸収する。 主にクロルフィルaが関与している。

図16-PSIIとPSIのクロロフィル

光エネルギーとは何か?

光には、すべての光合成活動の動力となるエネルギーが含まれている。 光のエネルギーについて考えるとき、粒子としての光と波としての光という2つの視点から見ることができる。

 

図17 – スペクトロメーターからのスペクトル

粒子としての光

光を粒子として考えるとき、葉の上に落ちる光のしずくを想像することができる。 これらの液滴は光子と呼ばれる。

図20 – パーティクルとしての光

光の明るさや強さを 増すと、光子の数が増え、エネルギーが増加する。

図18 – 明るさまたは強さ

波としての光

光を波として考えるとき、色について考えるべきだ。 そして、私たちは色を波長で表現する。

周波数が高い波長は青色スペクトルの傾向があり、エネルギーが大きく、周波数が低い波長は赤色スペクトルの傾向があり、エネルギーが小さい。

図21 – 色、波長、エネルギー

光子には波長がある

光の各光子には関連する波長がある。 つまり、青い光子、赤い光子、緑の光子、黄色い光子などがある。 青い光子は赤い光子よりエネルギーが大きい。

PSIIは青色光子を非常に高いエネルギー源として吸収し、エネルギーの詰まったNADPHとATPを生成する。 キャノピーより上のほとんどの葉は、光合成に十分な量の青色光を受ける。

しかし、キャノピーの下にある葉は、まだ光合成に参加することができる。 実際、クロロフィルaの色域はクロロフィルbよりも広く、日陰でもできるだけ光を吸収できるようになっている。

図22 – 光子と波長

スペクトルPARメーターを使って光エネルギーを測定する。

スペクトルPARメーターを使って、栽培ライトや太陽からの光エネルギーを見ることができる。

図23に、光子の波長とその強度を示すスペクトル図を示す。

PSIIが利用できる高エネルギーの青色光子が豊富にあることがわかるが、青色は最適なクロロフィル吸収と一致していない。 スペクトルの形から、それがLED成長ライトであることがわかる。もしそれが「ダイナミック」LEDライトであれば、色は調整されなければならない。

 

LEDの光色と光合成のアライメント

図23 – 光子と波長

概要

光合成は、植物が多くの代謝機能に使用される重要な要素である 糖を作るためのプロセスである。 このプロセスは植物細胞の奥深く、チラコイド膜と呼ばれる場所に埋もれている。 それは、入力(光、水、CO2)と出力(酸素と砂糖)を持つ工場の生産ラインのようなものである。

光合成には、光反応とカルビンサイクルという2つの段階がある。光反応の段階では、光からのエネルギーを利用し、より利用しやすい形(ATPとNADPH)に変換する。

カルビンサイクルは、ATPとNADPHを使って糖を合成し、植物の成長、開花、結実といった後の代謝プロセスに利用する。

光合成は自然界の驚異のひとつであり、基本をよく理解することで、農家はパラメーターを微調整し、農業の生産性を向上させる自信を持つことができる。

次回は、植物が光を使ってどのように成長し、花を咲かせ、実をつけるかを紹介する。

 

 

図24 – 光合成

PG200NスペクトルPARメーター

スペクトルPAR測定により、農家や研究者は、生産物の品質、時期、量を向上させるために色パラメーターを微調整する際に、専門家による照明の利点を活用できる。

PG200NスペクトルPARメーター

ハンドブックシリーズ

フリッカーハンドブック

病院、オフィス、図書館などの公共の場所の視覚的安全に影響を与える、潜在的に深刻な照明アーティファクトであるフリッカーについて知っておくべきすべてのこと...

▸入手!

UPRtekについて

ユナイテッドパワーリサーチアンドテクノロジー

UPRtek(est。2010)は、ポータブルで高精度の光測定器のメーカーです。ハンドヘルド分光計、PARメーター、分光放射計、光校正ソリューション。

UPRtek HQ、R&D、製造はすべて台湾を拠点としており、認定されたグローバルリセラー

▸続きを読む

お知らせ

LEDまたは蛍光灯を使用する医療現場

分光計、分光光度計、分光放射計とは?

スペクトロメーター、分光光度計、分光放射計である。 しかし、これらの用語はあまりに同じように使われているため、1つの短い記事でその違いを明確にする義務があると考えた。

分光計 ▸ 分光光度計 ▸ 分光放射計

カテゴリー