Кіріспе
Фотобиология – тірі организмдердегі жарықтың (техникалық тұрғыдан иондаушы емес сәулелену) пайдалы және зиянды өзара әрекеттесуін ғылыми зерттеу. Бұл салаға фотофизика, фотохимия, фотосинтез, фотоморфогенез, визуалды өңдеу, циркадтық ритмдер, фотоқозғалыс, биолюминесценция және ультракүлгін сәулеленудің әсерлерін зерттеу кіреді. Иондаушы және иондаушы емес сәулелену арасындағы шекара әдетте фотон энергиясы 10 ЭВ-тан жоғары деп есептеледі, бұл оттегінің бірінші иондану энергиясына және шамамен 14 ЭВ-қа тең сутектің иондану энергиясына сәйкес келеді. Фотон молекулалармен жанасқанда, бұл молекулалар фотондағы энергияны сіңіріп, қозуға түседі. Содан кейін олар айналасындағы молекулалармен әрекеттесіп, молекулалық құрылымдардың «фотохимиялық» және «фотофизикалық» өзгерістерін тудырады. == Фотобиологияның бұл саласы жарық пен материяның физикалық өзара әрекеттесуіне назар аударады. Молекулалар өз энергиялық қажеттіліктеріне сәйкес келетін фотондарды сіңіргенде, олар валентті электронды негізгі күйден қозу күйіне көтереді және олардың реакциялық қабілеті артады. Бұл өте жылдам процесс, бірақ әртүрлі процестер үшін маңызды. == Фотобиологияның бұл саласы жарықтан келетін энергияны сіңіретін молекуланың реакциялық қабілетін зерттейді. Сондай-ақ, осы энергияның не болатынын зерттейді, ол жылу немесе флуоресценция түрінде шығарылуы мүмкін, нәтижесінде молекула негізгі күйіне оралады. Фотохимияның 3 негізгі заңы бар: 1) Фотохимияның бірінші заңы: Бұл заң фотохимиялық реакцияның жүзеге асуы үшін жарық сіңірілуі қажет екенін түсіндіреді. 2) Фотохимияның екінші заңы: Бұл заңға сәйкес, әрбір сіңірілген фотон бір ғана молекуланы белсендіреді. 3) Бунсен-Роскоудың өзара байланыс заңы: Бұл заң фотохимиялық реакцияның соңғы өнімдеріндегі энергия бастапқыда жүйе сіңірген жалпы энергияға пропорционалды болады деп түсіндіреді.
Photobiology is the scientific study of the beneficial and harmful interactions of light (technically, non ionizing radiation) in living organisms. The field includes the study of photophysics, photochemistry, photosynthesis, photomorphogenesis, visual processing, circadian rhythms, photomovement, bioluminescence, and ultraviolet radiation effects. The division between ionizing radiation and non ionizing radiation is typically considered to be a photon energy greater than 10 eV, which approximately corresponds to both the first ionization energy of oxygen, and the ionization energy of hydrogen at about 14 eV. When photons come into contact with molecules, these molecules can absorb the energy in photons and become excited. Then they can react with molecules around them and stimulate "photochemical" and "photophysical" changes of molecular structures. ==
This area of Photobiology focuses on the physical interactions of light and matter. When molecules absorb photons that matches their energy requirements they promote a valence electron from a ground state to an excited state and they become a lot more reactive. This is an extremely fast process, but very important for different processes. ==
This area of Photobiology studies the reactivity of a molecule when it absorbs energy that comes from light. It also studies what happens with this energy, it could be given off as heat or fluorescence so the molecule goes back to ground state. There are 3 basic laws of photochemistry:
1) First Law of Photochemistry: This law explains that in order for photochemistry to happen, light has to be absorbed. 2) Second Law of Photochemistry: This law explains that only one molecule will be activated by each photon that is absorbed. 3) Bunsen Roscoe Law of Reciprosity: This law explains that the energy in the final products of a photochemical reaction will be directly proportional to the total energy that was initially absorbed by the system.
Өсімдік фотобиологиясы
Өсімдіктердің өсуі мен дамуы жарыққа өте тәуелді. Фотосинтез – Жердегі тіршілік үшін ең маңызды биохимиялық процестердің бірі және ол өсімдіктердің фотондардан энергияны пайдаланып, оны NADPH және ATP сияқты молекулаларға түрлендіру арқасында ғана мүмкін болады, содан кейін көмірқышқыл газын бекітіп, өсімдіктер өсуі мен дамуы үшін қолдана алатын қанттарға айналдырады. Алайда, фотосинтез ғана жарықпен итермеленетін өсімдік процесі емес, фотоморфология және өсімдіктердің фотопериоды сияқты басқа да процестер вегетативтік және репродуктивтік өсуді реттеуде, сондай-ақ өсімдіктердің екіншілік метаболиттерін өндіруде маңызды рөл атқарады.
Фотосинтез
Фотосинтез – фототрофты жасушалардың жарық энергиясын химиялық энергияға түрлендіріп, оны көмірсулардың көміртекті байланыстарында сақтайтын биохимиялық реакциялардың тізбегі. Бұл процесс фотосинтездік өсімдік жасушаларының хлоропластарында жүзеге асады, онда тилакоидтар деп аталатын құрылымдардың мембраналарында жарық сіңіретін пигменттер орналасқан. PAR (Фотосинтездік белсенді сәуле) μmol s−1m−2 бірлігімен өлшенеді және өсімдіктер фотосинтез үшін пайдалана алатын беттік бірлікке шаққандағы микромольдер мен уақыт бойынша сәулелі жарықтың қарқынын және интенсивтілігін көрсетеді.
Фотобиологиялық белсенді сәулелену (PBAR)
Фотобиологиялық белсенді сәулелену (PBAR) – PAR-дың өте кеңейген және оны қамтитын жарық энергиясының диапазоны. Фотобиологиялық фотон ағыны (PBF) – PBAR-ды өлшеуге қолданылатын өлшем бірлігі.
Фотоморфогенез
Бұл процесс өсімдіктердің морфологиялық дамуымен байланысты, ол жарық арқылы жүзеге асырылады және 5 түрлі фоторецепторлармен бақыланады: UVR8, Криптохром, Фототропин, Фитохром r және Фитохром fr. Жарық жапырақ мөлшері және сабақтың өсуі сияқты морфогендік процестерді басқара алады. Жарықтың әртүрлі толқын ұзындығы өсімдіктерде әртүрлі өзгерістерге алып келеді. Мысалы, қызыл және алыс қызыл жарық сабақтың өсуін және жерден шығып келе жатқан көшеттердің түзулануын реттейді. Кейбір зерттеулер қызыл және алыс қызыл жарықтардың помидордың тамыр жүйесінің массасын, сондай-ақ жүзім өсімдіктерінің тамыр түру процентін арттыратынын көрсетеді. Ал көк және ультракөк сәулелер өсімдіктің өніп-өсуін және созылуын, сондай-ақ стоматалық басқару және қоршаған орта стресіне жауап беру сияқты басқа да физиологиялық процестерді реттейді. Соңында, жасыл жарыққа сіңіретін пигменттердің жетіспеуіне байланысты өсімдіктер үшін қол жетімді емес деп есептелген. Алайда, 2004 жылы жасыл жарықтың стоматалық белсенділікке, жас өсімдіктердің сабағының созылуына және жапырақтардың кеңеюіне әсер ететіні анықталды.
Екіншілік өсімдік метаболиттері
Бұл қосылыстар – өсімдіктердің биохимиялық процестерінің бөлігі ретінде түзілетін химиялық заттар. Олар өсімдіктерге белгілі бір функцияларды орындауға және түрлі қоршаған орта факторларынан қорғануға көмектеседі. Мысалы, антоциандар, флавоноидтар және каротиндер сияқты кейбір метаболиттер өсімдік тіндерінде жинақталып, оларды ультракүлгін сәулеленуден және өте жоғары жарық қарқындылығынан қорғайды.