Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 32. 9 september 1950 - Fotosyntesens utnyttjande, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
2 september 1950
781
Fotosyntesens utnyttjande
År 1923 publicerade Otto Warburg resultaten av sina
undersökningar över energiutbytet vid växters
assimilation, dvs. över fotosyntesens verkningsgrad. Han fann, att
65 % av infallande rött ljus absorberades. Detta betyder,
att fyra röda ljuskvanta behövs för frigörande av en
syremolekyl. om man räknar med reaktionen
C02 + Ha0 ,= 1/6 QH^Oe + 02 — 112 000 kal
Warburgs resultat stod oantastat i ca 12 år, men i mitten
av 1930-talet ifrågasatte James Franck dess riktighet och
blev ledare för en revolt mot fyrkvantateorin. Andra
forskare började undersöka fotosyntesens verkningsgrad,
många olika experimentella metoder användes, och olika
resultat har uppnåtts; 1938 ansåg t.ex. Manning m.fl., att
de funnit en energiförbrukning på 20—500 kvanta per
syremolekyl, Daniels m.fl. publicerade data på 20—50
kvanta rött ljus, och 1939 anmärkte Emerson, att det
kunde vara ett fel i Warburgs arbete. Han utförde egna
arbeten och konstaterade 1941, att den högsta tänkbara
verkningsgraden för fotosyntes är 20—30 % och att
processen fordrar minst 10—12 kvanta rött eller gult ljus per
syremolekyl. Denna uppfattning var allmänt accepterad,
tills Warburg 1946 publicerade ett nytt arbete, i vilket han
försvarade sina resultat, men många opponerade sig
fortfarande mot fyrkvantateorin, och bland dem var Franck
och Emerson. År 1948 inbjöd den senare Warburg till USA,
men efter sex månaders samarbete hade ingen av de båda
forskarna ändrat åsikt.
Fastställande av fotosyntesens effektivitet
Dean Burk vid National Cancer Institute kallades nu till
domare i striden; han inbjöd Warburg till sitt
laboratorium, och tillsammans med Hendricks genomförde de
en sådan förenkling av undersökningsmetoderna, att
försöken lätt kunde reproduceras av var och en, som hade
en lämplig ljuskälla och en enkel manometer. De lyckades
icke blott erhålla samstämmiga resultat utan kunde även
visa, att flera av de vanligen använda metoderna är
felaktiga. Av deras experiment framgick t.ex., att Chlorella
pyrenoides, en encellig grönalg, som vanligen används vid
dylika försök, skall arbeta i surt medium för att nå högsta
effekt och icke i alkaliskt, som man tidigare trott.
Den viktigaste av deras nyheter är kanske metoden att
samtidigt mäta verkningsgrad och assimilationsförhållande,
varmed menas kvoten av förbrukad kolsyra och utvecklat
syre. Ljusets kvantumintensitet mättes med en
tryckaktino-meter. Denna är grundad på oxidation av tiokarbamid
under inflytande av ljus vid närvaro av etylklorofyllid, ett
klorofyllderivat, som absorberar ljuset och överför dess
energi till oxidationsprocessen. Reagensen är lösta i
pyro-din, och lösningen tas i ett manometerkärl av samma typ
som de vid assimilationsförsöken använda. Ren syrgas
tillförs, och varje absorberat ljuskvantum förbrukar en
molekyl syre. Denna syrgasabsorption kan direkt
jämföras med syrgasutvecklingen vid fotosyntesen.
En annan viktig förenkling grundas på upptäckten, att
experimenten ej behöver utföras i fullständigt mörker utom
vid fastställande av den mätta ljuskällans intensitet. En
icke uppmätt allmänbelysning inverkar ej på resultatet, om
den hålles konstant. Man visade vidare, att det är
likgiltigt, om den kommer uppifrån, från sidan eller
underifrån eller om den består av rött eller vitt ljus. Härigenom
har det blivit möjligt att utföra långtidsexperiment till
skillnad från de tidigare utförda, som blott varade några mi-
Referat av uppsatser av R L Meyer & Cora G Ryerson i Chem.
Engng News 27 (1949) s. 3112, 3560.
nuter. Denna begränsning av tiden måste göras, därför att
cellernas andning och aktivitet i övrigt snabbt avtar vid
låg ljusintensitet, under det den kan upprätthållas vid
normal nivå, om den totala belysningen är tillräcklig.
Genom att använda allmänbelysning har man kunnat
övervinna den svårighet, som uppstår genom cellernas
andning. Vid frånvaro av ljus minskar denna syretrycket;
när ljus tillförs, sätter fotosyntesen in, och den s.k.
kompensationspunkten nås, när absorberat och utvecklat syre
håller jämvikt. Man måste därför ta hänsyn till
andningen vid beräkning av fotosyntesens effektivitet. Förr
antogs ofta, att ljus var en antikatalysator för andningen
och att denna därför upphörde, när ljus tillfördes;
andningen försummades, varigenom för låga värden på
verkningsgraden erhölls. Det kunde nu konstateras, att
andningen är oberoende av belysningen.
Som resultat av de utförda försöken fann man, att
mellan tre och fyra kvanta behövs för utveckling av en
molekyl syre. Då 112 000 kal behövs per mol syre och
ekvivalenten för rött ljus är ca 43 000 kal/molkvantum,
motsvarar fyra kvanta per molekyl ett energiutbyte av 65 %,
under de tre kvanta motsvarar 87 %. Detta är
maximalvärden, som blott kan uppnås under gynnsamma
betingelser. Om vätejonkoncentration, temperatur, ljusintensitet
eller näringsmedium är olämpliga, fås lägre värden.
Fotosyntesens utnyttjande
Det har alltså klart visats, att fotosyntes är en process
med mycket god verkningsgrad, och det ligger då nära
till hands att fråga, om den icke skulle kunna utnyttjas
praktiskt mer effektivt, än som nu sker. Man har beräknat,
att om fotosyntes utnyttjades på bästa sätt, Skulle man
kunna producera minst 2 500 t/ha organiska ämnen, men
vid modernt jordbruk kommer man blott upp till 250—
1 200 t/ha, och möjligheterna att fördubbla denna siffra
tycks ytterligt små. Orsakerna härtill torde främst vara
följande: De yttre betingelserna: näring, fuktighet,
temperatur och ljus, måste vara de bästa möjliga.
Användning av högre växter innebär betydande begränsningar av
mängden nyttigt material genom den oundgängliga
produktionen av rötter, stjälkar, blad eller frön, som i olika
fall är oanvändbara. De flesta kulturväxterna utnyttjar
blott en liten del av det infallande ljuset på våren, när
marken är bar och på hösten när bladen är gamla.
Användningen av själva jorden utgör en svårighet på grund
av dess varierande egenskaper, varigenom det ofta är ren
tur, om man lyckas åstadkomma gynnsammaste betingelser
för grödan. Användning av arbetsbesparande maskiner
hindras av det förhållandet, att de i de flesta fall blott
kan utnyttjas under en liten del av året, varigenom större
investeringar i maskiner knappast blir lönande.
Om man funderar över en utväg att övervinna eller
undvika dessa svårigheter, synes odling av mikroorganismer
mest lovande. Encelliga alger kan t.ex. växa i grunda
söt-vattensdammar, i vilka optimal koncentration av
näringsmedel kan upprätthållas; växttiden räcker, så länge
vattnet är flytande; och skördearbetet kan utföras
kontinuerligt med pumpar och centrifuger. Enligt nyligen utförda
beräkningar skulle det användbara solljuset absorberas till
90—95 % av en algsuspension innehållande några hundra
miljoner celler per cm2 yta. Maximal fotosyntes lär uppnås
med 20—80 miljoner celler per ml. Det effektivaste
djupet för chlorelladammar torde vara 2—15 cm beroende
på solljusets intensitet och cellkoncentrationen. Då
chlo-rellaceller vanligen sjunker till bottnen, måste man ordna
med svag omröring, ty alger, som ligger på bottnen, är
ineffektiva. Temperaturen bör vara 15—30°C, ty
organismens verksamhet avtar hastigt utanför dessa gränser.
Det inses lätt, att man kan tänka sig en kontinuerlig och
fullständigt atomatiserad odling av Chlorella, varigenom
man skulle uppnå en maximal produktion av organiskt
bundet kol för en given del av jordytan. Det har visat sig,
att man samtidigt uppnår bästa möjliga utnyttjande av
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
