光合作用的能源效率

的能量效率光合作用的能源存储的能量的比值光吸收。的化学能存储是包含在气态氧和之间的区别有机化合物产品和的能量水,二氧化碳和其他反应物。存储的能量只能估计,因为许多产品形成,这些随植物物种和环境条件。如果方程葡萄糖形成了早些时候用来近似实际的存储过程,一摩尔(即的生产。,6.02×10²³分子;缩写N)的氧气和六分之一摩尔葡萄糖结果的存储大约117千卡(千卡)的化学能。这个数量必须与光吸收的能量生产一摩尔的氧气为了计算光合作用的效率。

光可以被描述为一波又一波的粒子称为光子;这些都是单位的能量,或光广达电脑。的数量N光子被称为一个爱因斯坦。光的能量与长度成反比光子波;也就是说,波长越短,能量越大。能源(e)的光子的方程e=hc/λ,c是光的速度,h是普朗克常数,λ是光的波长。能源(E)的爱因斯坦E=Ne=Nhc/λ= 28600 /λ,什么时候E千卡,λ在纳米(纳米;1海里= 10⁻⁹米)。爱因斯坦的红光波长为680 nm的能量约42千卡。蓝光比红光波长要短,因此更多的能量。无论光线是蓝色或红色,然而,光合作用所需的相同数量的爱因斯坦是每摩尔氧气形成。太阳光谱的一部分使用的植物有一个估计的平均波长570 nm;因此,光的能量用于光合作用大约是28600/570,或50千卡每爱因斯坦。

为了计算能源参与光合作用的光量,需要另一个值:爱因斯坦的数量每摩尔的吸收氧气进化而来的。这就是所谓的量子要求。最低量子要求在最优条件下光合作用约为9。因此,使用的能源是9×50或450千卡每摩尔氧气进化而来的。因此,估计最大光合作用的能源效率的能源存储每摩尔氧气进化,117千卡,除以450,也就是117/450,或26%。

实际的比例太阳能存储在植物远小于最大光合作用的能源效率。一个农业作物的生物质(总干重)存储多达1%的太阳能总收到每年areawide基础是例外,尽管少数情况下高收益率(也许高达3.5%甘蔗)已报告。有几个原因区别光合作用的预测最大效率和实际存储在生物质能源。首先,超过一半的事件阳光由波长太长时间吸收,剩下的一些反映或树叶。因此,植物可以在最好的情况下吸收入射太阳光的只有34%。其次,植物必须进行各种生理过程等中非光合组织的根和茎;这些过程,以及细胞呼吸在植物的所有部分,使用起来储存能量。第三,有时阳光的光合作用超过植物的需要,导致糖和过剩的形成淀粉。当这种情况发生时,核电站的监管机制减缓光合作用的过程中,允许更多的吸收阳光未使用。第四,在许多植物、能源浪费的光呼吸的过程。最后,生长季节可能今年最后几个月;在不使用其他季节阳光了。此外,需要注意的是,如果农产品(如种子、水果、和块茎,而不是总生物量)是光合作用的能量转换过程的最终产品,效率进一步下降。

叶绿体绿色植物的光合作用单位

植物光合作用发生的过程完全在叶绿体。详细的研究这些细胞器的作用从英国生物化学家的工作日期罗伯特·希尔。大约1940山发现绿色颗粒从破碎的细胞可以产生氧气从水中获得光和一个的存在化合物,如草酸铁,能够作为电子受体。这个过程被称为希尔反应。在1950年代丹尼尔亚嫩河和其他美国生物化学家准备植物细胞碎片,不仅希尔反应而且储能的合成复合三磷酸腺苷发生。此外,辅酶辅酶ii作为最终电子受体,取代nonphysiological希尔所使用的电子受体。他的程序被进一步细化,这样小的孤立的各个部分叶绿体膜,或片晶可以执行希尔反应。这些小块的薄片被分散成小块太小,他们只进行光合作用的光反应过程。现在可以隔离整个叶绿体,也可以进行光合作用的完整过程,从光吸收,氧气形成,减少的二氧化碳形成的葡萄糖和其他产品。