Fizjologia roślin

1. Fizjologia roślin mgr Ilona Maciniak

2. Odżywianie się autotrofów (foto- i chemosytnetza) • Transport asymilatów • Odżywianie mineralne roślin • Czynniki warunkujące wzrost i kwitnienie roślin • Ruchy roślin • Hormony roślinne

3. Fotosynteza • Historia • Definicja • Fazy fotosyntezy • Budowa chlorofilu • Wpływ czynników na fotosyntezę

4. Fotosynteza- historia • Joseph Priestley- rośliny mogą naprawiać powietrze zepsute przez palące się świece • Jan Ingenhousz- „naprawianie” zepsutego powietrza odbywa się przy udziale światła • William Mayer- rośliny pochłaniają energię świetlną i zmieniają ja w energię chemiczną • Melvin Calvin, Andrew Benson- przedstawienie procesu fotosyntezy (Nagroda Nobla)

5. Fotosynteza- definicja • To proces polegający na przenikaniu CO₂ i H₂O przy użyciu energii świetlnej oraz barwnika (chlorofilu), w wyniku tego procesu wytwarzane są cukry proste (glukoza) oraz tlen. • Zmiana energii świetlnej w energię wiązań chemicznych.

6. Reakcja chemiczna fotosyntezy: 6 H₂O + 6CO₂ C₆H₁₂O₆ + 6O₆ -2872 KJ

7. Fotosynteza bez wody • Przeprowadzają ją bakterie purpurowe 12H₂S + 6CO₂ C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O

8. Fazy fotosyntezy: • Jasna (zależna od światła)- faza przemiany energii • Zachodzi w błonach tylakoidów gran plastydów • Dochodzi do pobudzenia fotosystemu PSI i wybicia z niego elektronów, które przenoszone są przez NADP+ i przyjmuje postać NADPH. Na fotosystemie PSI brakuje więc 1 elektronu. • PSI otrzymuje elektrony z pobudzonego PSII, wędrówka elektronów powoduje przemieszczanie się jonów wodorowych ze stromy do wnętrza kanału tylakoidu. Po zewnętrznej stronie tylakoidu jest niedobór protonów, a we wętrzu nadmiar. • PSII uzupełnia elektrony z wody. • Rozpad wody prowadzi do powstania 2H⁺ i ½O₂ i 2 elektronów (fotoliza zachodzi na świetle)

9. Niecykliczny transport elektronów • Jony H⁺ mogą wracać do stromy przez kompleksy CF (białko sprzeające – synteza ATP) • Jony wodorowe oddają swoją energię do ADP, powstaje ATP. • Bakterie purpurowe przeprowadzają fosforylację fotosyntetyczną cykliczną ponieważ posiadają PSI • Powstanie sił asymilacyjnych ATP i NADPH jest warunkiem zajścia fazy ciemnej!!!!!

10. Ciemna (Cykl Calvina) • KARBOKSYLACJA • REDUKCJA • REGENERACJA

11. Karboksylacja • Przyłączenie CO₂ do rybulozo-1,5- bisfosforanu (RuBP) • Reakcję tą katalizuje rubisco (karboksylaza rybulozobisfosforanowa) • RuBP rozpada się na dwie cząsteczki trójwęglowego kwasu 3-fosfogicerynowego (fosfoglicerynian, PGA)

12. Redukcja • PGA ulega aktywacji, a potem redukcji do aldehydu 3- fosfoglicerynowego (PGAl)

13. Regeneracja • 5/6 cząsteczek PGAl zużywanych jest do odtworzenia RuBP • 1/6 cząsteczek to zysk netto fotosyntezy. Powstają z niej: • Glukoza • Ketokwasy • Kwasy tłuszczowe

14. Fotosynteza roślin C₃ i C₄ • U roślin, których akceptorem CO₂ jest RuBP nazwano roślinami C₃ • U roślin stref zwrotnikowych akceptorem CO₂ jest fofsoenolopirogronian (PEP) (zw. 3 węglowy), a produktem reakcji jest szczawiooctan (zw. 4 węglowy).

15. Rośliny C₄ • U roślin tych następuje dwustopniowe przyswajanie CO₂: • Wiązanie CO₂ przez PEP- proces zachodzi w mezofilu liściowym (drobne chloroplasty): • CO₂ związany w kwas jabłkowy jest transportowany do chlorenchymy otaczającej wiązki przewodzące. • Następuje dekakboksylacja kwasu, której produktami są kwas pirogronowy i CO₂ • Powstały CO₂ włączony jest do cyklu Calvina, a kwas pirogronowy wraca do mezofilu.

16. Wiązanie CO₂ przez rośliny C₄ odbywa się za pomocą dwóch akceptorów: pierwotnego (PEP) i wtórnego (RuBP). • Do roślin tych zaliczamy: • Kukurydzę • Sorgo • Trzcinę cukrową • Poryulakę pospolitą

17. Budowa chlorofilu • w centrum cząsteczki Mg • łańcuch fitolu

18. Wpływ czynników na fotosyntezę • Czynniki endogenne (wewnętrzne) • Ilość i rozmieszczenie aparatów szparkowych • Czynniki egzogenne (zewnętrzne) • Światło (heliofity- światłolubne, skiofity- cieniolubne) • Temperatura (25⁰C-35⁰C) • Stężenie CO₂ • Ilość wody • Pierwiastki mineralne

20. Chemosynteza • Zachodzi bez energii świetlnej • Ma istotne znaczenie w cyklach bigeochemicznych

21. Bakterie chemosyntetyzujące podzielono na: • Bakterie nitryfikacyjne: • bakterie z rodzaju Nitrosomonas (wykorzystują utlenianie amoniaku do azotynów - soli kwasu azotowego(IIII): 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + ENERGIA (ok. 664 kJ) bakterie z rodzaju Nitrobacter wykorzytują utlenianie azotynów do azotanów - soli kwasu azotowego(V)): 2HNO2 + O2 --> 2HNO3 + ENERGIA (ok. 151 kJ) • Bakterie siarkowe: • bakterie z rodzaju Beggiatoa (utleniają siarkowodór do czystej siarki: 2H2S + O2 --> 2H2O + 2S + ENERGIA (ok. 273 kJ) • bakterie z rodzaju Thiotrix (utleniają czystą siarke do kwasu siarkowego(VI) ): 2S + 2H2O + 3O2 --> 2H2SO4 + ENERGIA (ok. 1193 kJ) • Bakterie wodorowe: • bakterie z rodzaju Hydrogenomonas (utleniają wodór do wody ): 2H2 + O2 --> 2H2O + ENERGIA (ok. 479 kJ) • Bakterie żelaziste: • bakterie z rodzaju Ferrobacillus (utleniają sole żelaza(II) do soli żelaza(III) ): 2Fe(HCO3)2 + 1/2O2 + H2O --> 2Fe(OH)3 + 4CO2 + ENERGIA (ok. 168 kJ) • Bakterie tlenkowęglowe: • bakterie utleniające tlenek węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2): CO + O2 --> CO2 + ENERGIA; • Bakterie metanowe: • bakterie utleniające metan do dwutlenku węgla: CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O + ENERGIA (ok. 445 kJ)

22. Transport asymilatów • Wszystkie komórki odżywiane są w sposób stały • Związki pokarmowe w liściach muszą być transportowane do wszystkich komórek • Transport bliski- z komórki do komórki przez plazmodesmy • Transport daleki- przez floem rurki sitowe bez j. komórkowego i komórki przyrurkowe

24. Transport w górę i w dół • Liście górne i młodociane odżywiają stożek wzrostu • Liście dolne odżywiają roślinę aż do korzenia

25. Załadunek floemu (str 176) • Transport aktywny sacharozy z miękiszu asymilacyjnego przez komórki przyrurkowe do rurek sitowych • Przenikanie sacharozy z komórek przyrurkowych przez plazmodesmy do rurek sitowych • Spadający potencjał wody (wzrastająca siła ssąca)rurek sitowych powoduje, że część wody z naczyń przenika do rurek sitowych (rośnie więc ich turgor, tworzy się wodny roztwór sacharozy- sok floemowy)

26. Rozładunek floemu • Sacharoza przy użyciu dzięi ATP jest aktywnie transportowana z rurek sitowych do komórek miękiszowych korzenia (komórek akceptorowych sacharozy). • Maleje stężenie sacharozy, a podnosi się potencjał wody rurek sitowych. Woda zaczyna przepływać z rurek sitowych do naczyń. • Sacharoza kondensowana jest do skrobi.

27. Odżywianie się mineralne i gospodarka wodna • Woda i sole mineralne. • Przystosowanie roślin do pobierania wody. • Pobieranie wody i soli mineralnych. • Przewodzenie wody i soli mineralnych. • Bilans wodny. • Naworzenie roślin.

28. 1. Woda i sole mineralne • Woda występuje w glebie w czterech postaciach: • Niedostępna dla roślin: • Higroskopijna • Błonkowata • Dostępna dla roślin: • Kapilarna- dostępna dla roślin • Grawitacyjna- dostępna dla roślin • Roztwór glebowy- woda i sole mineralne • Kompleks sorbcyjnyjony- związane przez powierzchnię koloidalne gleby • Wymiana jonowa • Związki nierozpuszczalne

29. 2. Przystosowanie roślin do pobierania wody • Strefy korzenia • Strefa wierzchołkowa z czapeczką • Strefa wydłużeniowa (elongacji) • Strefa włośnikowa- pobieranie wody • Strefa wyrośnięta- korzenie boczne • Tkanka przewodząca (ksylem) • Cewki (trasport 1-1,4m/g) • Człony naczyń (40m/g- tranport dzięki siłom adhezji)

30. 3. Pobieranie wody i soli mineralnych • Dyfuzja • Osmoza • Pęcznienie • Transport aktywny

31. Potencjał wody (miara zdolności komórek roślinnych do pochłaniania wody albo jej oddawania) ψ= P₀ – cT (MPa- megapaskal) P₀- ciśnienie turgorowe cT- ciśnienie osmotyczne Potencjał wody czystej wynosi 0 Pa. Strona 129

32. a) Pobieranie wody • Pobieranie wody i transport w poprzek korzenia • Transport wzdłuż korzenia i łodygi • Transport w liściu i transpiracja

33. b) Pobieranie soli mineralnych • Dyfuzja jonów przez ścianę komórkową włośników • Przenoszenie jonów przez przenośniki białkowe • Transport jonów przez dyfuzję wspomaganą przez kanały jonowe (potasowe, wapniowe, chlorkowe)

34. 4. Przewodzenie wody i soli mineralnych • Transport w poprzek korzenia • Droga apoplastyczna- przemieszczanie przez martwe elementy (ściany komórkowe, przestwory międzykomórkowe) • Droga symplastyczna- wędrówka przez protoplasty • Śródskórnia (komórki przepustowe)- perycykl, naczynia lub cewki. • Transport daleki • Pobieranie wody zachodzi przez podciśnienie spowodowane transpiracją- MECHANIZM PASYWNY

35. Mechanizm pasywny • Podciśnienie hydrostatyczne- słup wody zostaje podciągnięty do góry • Mechanizm pasywny nie wymaga energii metabolicznej lecz napędzany jest energią słoneczną powoduje on parowanie wody i wytworzenie siły ssącej.

36. Mechanizm aktywny • Tłoczenie wody w górę przez drewno w momencie słabej transpiracji • W sylemie korzenia tworzy się dodatnie ciśnienie- parcie korzeniowe (energia do tego procesu powstaje poprzez oddychanie tlenowe i wytworzenie ATP) • Gutacja- płacz roślin

37. c) Transport w liściu • Transpiracja • Transpiracja kutikularna- im grubsza kutukula tym słabsza transpiracja • Transpiracja szparkowa: • Otwarcie a. szparkowych (światło, H₂O, Niskie stężenie CO₂) • Zamknięcie a. szparkowych (ciemność, brak H₂O, wysokie stęż. CO₂ • Transpiracja przetchlinkowa

38. Bilans wodny • Bilans zrównoważony (H₂O pob. = H₂O utrac.) • Dodatni (H₂O pob. >H₂O utrac.) • Ujemny (H₂O pob. <H₂O utrac.)

39. Naworzenie roślin • Szybszy wzrost, większa produkcja • Szkodliwość azotanów • Używanie nawozów z rozsądkiem

40. Czynniki warunkujące wzrost i kwitnienie roślin • Stadia rozwojowe roślin nasiennych • Stadium wegetatywne • Stadium generatywne

41. Stadium wegetatywne • Nasiona str. 207 • Spoczynek względny • Spoczynek bezwzględny • Kiełkowanie • Nadziemne (epigeniczne) • Podziemne (hipogeniczne) • Rozwój młodociany • Ustalenie bieguna korzeniowego i pędowego

44. Stadium generatywne • Wykształcenie: • Kwiatów • Owoców • Nasion • Rośliny monokarpiczne- kwitną tylko raz • Rośliny polikarpiczne- kwitną wiele razy

45. Ruchy roślin • Ruchy roślin powodowane są mechanizmami: • Wzrostowymi- np. jedna strona rośnie szybciej • Turgorowymi- zmiana ciśnienia turgorowego

46. Tropizmy-działanie bodźca (wyginanie organów w kierunku bodźca) • Fototropizm • Geotropizm • Tigmotropizm • Chemotropizm • Nastie-niezależne od działania bodźca • Nyktinastie • Sejsmonastie • Termonastie • Chemonastia

47. Hormony roślinne • Regulatory wzrostu i rozwoju: • Auksyny • Gibereliny • Cytokininy • Etylen • Kwas abscysynowy

48. http://www.msu.edu/~smithe44/calvin_cycle_process.htm http://www.missouriplants.com/Yellowalt/Portulaca_oleracea_plant.jpg http://www.zytostuletnie.pl/galeria.htm http://www.kostaryka.org/central2489/Centrum_pliki/a96m.jpg http://pl.wikipedia.org/wiki/Chemosynteza Strony www