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.

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.