1 / 28

Ekologie fotosyntézy

Ekologie fotosyntézy. Fotosyntéza. přeměna zářivé energie Slunce na energii chemických vazeb → primární produkce organické hmoty světelná (fotochemická) a temnostní (biochemická) reakce 1 mol přijatého CO 2 – energetický zisk 479 kJ. hraniční vrstva. Světelná reakce ( Hillova reakce).

israel
Download Presentation

Ekologie fotosyntézy

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Ekologie fotosyntézy

  2. Fotosyntéza • přeměna zářivé energie Slunce na energii chemických vazeb → primární produkce organické hmoty • světelná (fotochemická) a temnostní (biochemická) reakce • 1 mol přijatého CO2 – energetický zisk 479 kJ hraniční vrstva

  3. Světelná reakce (Hillova reakce) • zachycení světelných kvant pigmenty fotosystémů I a II • fotosystém I – reakční centrum 700 nm, fotosystém II – 680 nm • elektrony získané fotolýzou vody → zpětná redukce chlorofylu • elektron-transportní řetězec v membránách tylakoidů → vznik ATP a redukce NADP+ na NADPH2

  4. Calvinův cyklus – C3-cesta • redukce CO2 a syntéza uhlíkatých sloučenin s vysokým energetickým obsahem ve stromatech chloroplastů • fixace CO2 na ribuloso 1,5-bisfosfát (RuBP), enzym Rubisco (ribuloso 1,5-bisfosfát karboxyláza/oxygenáza) • nestabilní C6-sloučenina se rozpadá na C3 triosofosfát – kyselinu fosfoglycerovou • následuje redukce na glyceraldehyd-3-fosfát za účasti ATP a NADPH

  5. Sluneční záření

  6. Měřené křivky

  7. Barviva a fytochromy • nejen chlorofyl – karotenoidy, xantofyly, anthokyany • kvantové procesy • fytochrom – vnímání kvality světla

  8. Kvantovost procesů

  9. Podzim a barvy listů Evropa Severní Amerika (antokyany)

  10. Ekologie fotosyntézy – sluneční záření • Relativní ozářenost (relativní světelný požitek) • Iz = I0.e-k.LAI k –exktinkční koeficient, LAI – leaf area index boreální les

  11. Světelná křivka fotosyntézy • kvantový výtěžek fotosyntézy Φ= produkce O2/absorbovaná světelná kvanta • respirace, kompenzační a saturační bod

  12. Slunné vs. stinné listy • různý kompenzační bod a saturační hodnota PAR • velikost listové plochy, tloušťka palisádového mezofylu  SLA • počet chloroplastů a obsah chlorofylu, velikost a počet průduchů

  13. Heliofyty vs. sciofyty

  14. Ekologie fotosyntézy – dostupnost CO2 • koncentrace CO2 v atmosféře relativně stabilní (380 ppm, 38 Pa) • rychlost difúze JCO2 = c/r, kritický především odpor průduchů • A-pi křivka saturace CO2(A – asimilace, pi – parciální tlak CO2 v listu) • C3 rostlinypi obvykle ~ 25 Pa • Oxygenační aktivita Rubisca – fotorespirace • běžné ztráty ca 20% získaného CO2 • ↓ piCO2 ~↑ fotorespirace

  15. Ekologie fotosyntézy – teplota • Nízké teploty limitují především rychlost reakcí Calvinovacyklu • vysoké teploty zvyšují respiraci a oxygenační aktivitu Rubisca

  16. Cesta dikarboxylových kyselin – C4-cesta • Prostorové oddělení primární fixace CO2 a syntézy uhlíkatých látek • vazba CO2 v mezofylu na fosfoenolpyruvát, PEP-karboxyláza, primárním produktem kyselina oxaloctová (OAA) • v buňkách pochev cévních svazků CO2 vázán na RuBP (tj. Calvinův cyklus) Kranzova anatomie listů

  17. C3- vs. C4- rostliny

  18. C3- vs. C4-rostliny

  19. C3- vs. C4-rostliny

  20. C3- vs. C4-rostliny

  21. C3- vs. C4-rostliny • C4 – Kranz-anatomielistů (věnčitý obal cévních svazků) • 7,500 krytosemenných rostlin, 19 čeledí (Poaceae, Cyperaceae, Portulacaceae, Amaranthaceae, Chenopodiaceae), některé řasy • vyšší afinita PEP-karboxylázy vůči CO2 → minimální fotorespirace • C3 – standardní anatomie listu • převážná většina vyšších rostlin všech podnebných oblastí • oxygenační aktivita Rubisca → ca 20% ztráty fotorespirací Bothriochloaischaemum

  22. CAM – Crassulacean Acid Metabolism • časové oddělení primární fixace CO2 a syntézy uhlíkatých sloučenin • v noci fixace přes PEP, hromadění ve formě malátu ve vakuole • ve dne malát dekarboxylován, uvolněný CO2 zpracován v chloroplastech Calvinovým cyklem

  23. CAM rostliny • velká centrální vakuola, sukulence pletiv, denní cyklus obsahu malátu (pH), minimální fotorespirace • ~17,000 rostlin, 35 čeledí (Agavaceae, Bromeliaceae, Cactaceae, Orchidaceae, Euphorbiaceae, Aizoaceae, Crassulaceae, epifytické kapradiny, submerzní makrofyta) • fakultativní CAM, CAM jen v listech, a další..

  24. Diskriminace izotopů uhlíku 13C neznečištěného vzduchu = –7‰ rozdílná diskriminace Rubisco a PEP-karboxylázy stabilních izotopů 13C a 12C C3 rostliny v průměru 13C = –27‰ (rozpětí –23‰ až–36‰) C4 rostliny v průměru 13C = –13‰ (rozpětí –10‰ až–18‰) CAM rostliny v rozpětí 13C C3 až C4 rostlin vodní rostliny 13C v rozpětí – 11‰ až–50‰

  25. Evoluce metabolických cest uhlíku opakovaný vznik C4 a CAM v evoluci vyšších rostlin přechodné typy C3/C4CAM, C3C4, C3 a C4 ekotypy, C3 a C4 v pletivech téže rostliny (kukuřice), fakultativní CAM C4 CAM CAM C4 CAM C4 C4 CAM CAM C4 CAM CAM CAM CAM C4 CAM CAM CAM C4

  26. CAM vodních makrofyt • Isoëtes, Lobeliadortmana • cirkadiánní změny koncentrace malátu a pH v buňkách • Isoëtes – nejstarší evoluční linie s CAM

  27. Fotosyntéza vodních rostlin • nízký příkon radiace (eufotická zóna) – záření ubývá exponenciálně • koncentrace plynů roste s tlakem nad hladinou a klesající teplotou, klesá s obsahem rozpuštěných solí • CO2 ve vodě snadno rozpustný, ale difúze asi 10,000x pomalejší • pH vody určuje zastoupení forem uhlíku – CO2 HCO3-  CO32- • při pH > 9 schází volný CO2

  28. Adaptace vodních rostlin • příjem uhlíku celým povrchem listu  maximálně dělené listy (Myriophyllum, Ceratophyllum, Batrachium, Hottonia) • zvětšení poměru povrch/objem • redukce hraniční vrstvy • příjem HCO3- • aktivní příjem a převod na CO2 v buněčné stěně pomocí karbonát-anhydrázy (sinice, řada zelených řas) • vylučování H+ lokální zvýšení acidity  posun rovnováhy směrem k volnému CO2 („polární“ makrofyta, Characeae) • využití CO2 z organického sedimentu –Isoëtes, Litorellauniflora, Lobeliadortmana

More Related