Введение
Научное исследование влияния света на живые организмы. Фотобиология – это научное исследование полезных и вредных взаимодействий света (технически, неионизирующего излучения) в живых организмах. Эта область включает изучение фотофизики, фотохимии, фотосинтеза, фотоморфогенеза, зрительного восприятия, циркадных ритмов, фотодвижения, биолюминесценции и воздействия ультрафиолетового излучения. Граница между ионизирующим и неионизирующим излучением обычно определяется как энергия фотона, превышающая 10 эВ, что приблизительно соответствует первой энергии ионизации кислорода и энергии ионизации водорода, около 14 эВ. Когда фотоны взаимодействуют с молекулами, последние могут поглощать энергию фотонов и переходить в возбужденное состояние. Затем они могут реагировать с окружающими молекулами, вызывая "фотохимические" и "фотофизические" изменения в молекулярных структурах. == Данная область фотобиологии фокусируется на физических взаимодействиях света и вещества. Когда молекулы поглощают фотоны, соответствующие их энергетическим требованиям, валентный электрон переходит из основного состояния в возбужденное, и молекула становится значительно более реакционноспособной. Это чрезвычайно быстрый, но важный процесс для различных явлений. == Эта область фотобиологии изучает реакционную способность молекулы при поглощении энергии света, а также судьбу этой энергии – она может высвобождаться в виде тепла или флуоресценции, возвращая молекулу в основное состояние. Существует три основных закона фотохимии: 1) Первый закон фотохимии: для протекания фотохимической реакции необходимо поглощение света. 2) Второй закон фотохимии: каждая поглощенная фотон активирует только одну молекулу. 3) Закон взаимности Бунзена-Роско: энергия в конечных продуктах фотохимической реакции прямо пропорциональна общей энергии, первоначально поглощенной системой.
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.
Фотобиологические растения
Рост и развитие растений сильно зависят от света. Фотосинтез – один из важнейших биохимических процессов для жизни на Земле, и он возможен лишь благодаря способности растений использовать энергию фотонов и преобразовывать её в такие молекулы, как NADPH и ATP, для последующей фиксации углекислого газа и превращения его в сахара, которые растения используют для своего роста и развития. Однако фотосинтез – не единственный процесс в растениях, зависящий от света; другие процессы, такие как фотоморфогенез и фотопериодизм растений, крайне важны для регуляции вегетативного и репродуктивного роста, а также для производства вторичных метаболитов растений.
Фотосинтез
Фотосинтез определяется как серия биохимических реакций, которые фототрофные клетки осуществляют для преобразования энергии света в химическую энергию и сохранения ее в углерод-углеродных связях углеводов. Как широко известно, этот процесс происходит внутри хлоропластов фотосинтезирующих растительных клеток, где светопоглощающие пигменты находятся в мембранах структур, называемых тилакоидами. PAR измеряется в мкмоль с⁻¹ м⁻² и определяет скорость и интенсивность фотосинтетически активного излучения в микромолях на единицу площади и времени, которое растения могут использовать для фотосинтеза.
Фотобиологически активная радиация (PBAR)
Фотобиологически активная радиация (PBAR) — это диапазон световой энергии, включающий в себя и выходящий за пределы PAR. Фотобиологический фотонный поток (PBF) — это величина, используемая для измерения PBAR.
Фотоморфогенез
Этот процесс относится к развитию морфологии растений, которое опосредовано светом и контролируется 5 различными фоторецепторами: UVR8, криптохром, фототропин, фитохром r и фитохром fr. Свет может контролировать морфогенные процессы, такие как размер листьев и удлинение побегов. Различные длины волн света вызывают различные изменения в растениях. Например, красный и дальний красный свет регулируют рост стебля и выпрямление саженцев, пробивающихся из земли. Некоторые исследования также утверждают, что красный и дальнокрасный свет увеличивают массу корней помидоров, а также процент укоренения виноградных растений. С другой стороны, синий и ультрафиолетовый свет регулируют прорастание и удлинение растений, а также другие физиологические процессы, такие как контроль устьиц и реакции на экологический стресс. Наконец, ранее считалось, что растения не воспринимают зеленый свет из-за отсутствия пигментов, способных его поглощать. Однако в 2004 году было обнаружено, что зеленый свет может влиять на активность устьиц, удлинение стебля молодых растений и расширение листьев.
Вторичные метаболиты растений
Эти соединения – это химические вещества, которые растения вырабатывают в ходе своих биохимических процессов и помогают им выполнять определенные функции, а также защищаться от различных факторов окружающей среды. В частности, некоторые метаболиты, такие как антоцианы, флавоноиды и каротины, могут накапливаться в тканях растений для защиты от ультрафиолетового излучения и чрезмерно высокой интенсивности света.