FOTOSYNTEZA

3. Wpływ czynników

środowiskowych

• Światło

• Stężenie dwutlenku węgla
• temperatura

Czynniki środowiskowe wpływające na

intensywność fotosyntezy

Jedynie 5% energii świetlnej

docierającej do rośliny ulega

konwersji do cukrów

łubin

soja

Indukowane światłem ruchy liści (ang. solar tracking) zapewniają maksymalną

absorpcję kwantów światła i decydują o wysokim plonowaniu roślin.

Zachodzą dzięki zmianom turgorowym komórek

motorycznych poduszeczek znajdujacych się u

nasady ogonka blaszki liściowej.

Za percepcję czynnika świetlnego odpowiadają

dwie chromoproteiny: fitochrom i kryptochrom

Budowa anatomiczna liścia sprzyja maksymalnej

absorpcji światła

1.

Bezbarwna skórka przepuszczalna dla światła; wypukłe komórki dają efekt

soczewki i ogniskują światło.

2.

Miękisz palisadowy z wydłużonymi

przylegającymi do siebie komórkami;

nieliczne chloroplasty absorbują tylko

część energii (efekt sita); centralna

część zajmowana przez wakulę

stanowi kanał przepuszczający

kwanty światła tylko w kierunku

leżących głębiej komórek miękiszu

gąbczastego.

Podobne zadanie spełnia ściana

komórkowa (ułożone równolegle do osi

komórki mikrofibryle pełnią rolę

światłowodów)

3. Miękisz gąbczasty z dużymi

przestrzeniami

międzykomórkowymi

wypełnionymi wodą i powietrzem

– interfaza woda/powietrze

odbija i rozczepia światło

zmieniając kierunki fal

świetlnych (tzw. rozproszenie

światła) zwiększając

prawdopodobieństwo absorpcji

kwantów.

Wpływ światła na intensywność fotosyntezy

Świetlny

punkt

kompensacyjny

to

takie natężenie światła, przy którym

ilość CO

2

pochłaniana w fotosyntezie

równoważy ilość CO

2

wydzielanego w

oddychaniu

Świetlny

punkt

wysycenia

to takie

natężenie światła, po przekroczeniu

którego intensywność fotosyntezy nie

wzrasta

Rośliny dzielą się na cieniolubne

(niskie wartości punkt kompensacyjnego i punktu wysycenia)

i

światłolubne

(wysokie wartości punkt kompensacyjnego i punktu wysycenia)

Nadmierne światło

powoduje gwałtowny spadek natężenia fotosyntezy. Jest to

zjawisko tzw.

fotoinhibicji

Dlatego jeśli nasłonecznienie jest zbyt duże wytwarzane są struktury

anatomiczne ograniczające absorpcję energii:

przeźroczyste włoski

Mogą odbić i rozpraszać aż 40% padającego na liście światła

Duże wypukłe komórki

epidermalne o nieregularnym

kształcie

kryształy krzemowe w

wakulach komórek

epidermalnych agawy

hipoderma

grube warstwy wosków,

Wakuole komórek epidermalnych niektórych liści zawierają duże ilości antocyjanów, barwników

absorbujacych promieniowanie UV

Zawartość antocyjanów jest szczególnie duża w młodych liściach

szczególnie wrażliwych na fotoinhibicję

Ciemność

Niskie Wysokie

Natężenie promieniowania

apostrofia

rano

wieczorem

w południe

parastrofia

epostrofia

apostrofia

epostrofia

parastrofia

Ilość absorbowanej energii kontrolowana jest także przez

ruch liści i chloroplastów

Inne adaptacje roślin do warunków świetlnych:

• stosunek chlorofilu a:b (znacznie wyższy w liściach nasłonecznionych),

• ilość Rubisko (znacznie wyższa w liściach nasłonecznionych

• ilość ksantofili, szczególne zeaksantyny i wiolaksantyny.

słońce

cień

• grubość liści i liczba warstw miękiszu palisadowego,

Zmiany stężenia zeaksantyny, wiolaksantyny i

anterakasantyny podczas ekspozycji roślin

naświatło

Cykl ksantynowy

•

cząsteczki wiolaksantyny i zeaksantyny zlokalizowane są w

zewnetrznej warstwie układu anten LHCII
• wzrost ilości zeaksantyny powoduje zwiekszenie ilości
rozproszonej energii

rozpraszanie

energii w formie

ciepła

przekazywanie

energii do

centrum reakcji

fotochemicznej

Przemiana wiolaksantyny w zeaksantynę

powoduje protonację anten LHCII,

dezorganizację układu i rozpraszanie

energii świetlnej

Także izopreny zabezpieczają chloroplasty przed destrukcją

świetlną

Dowody na ochronną funkcję izoprenów

1] hamowanie syntezy izoprenów -> uszkodzenia

2] traktowanie roślin izoprenami -> zapobiega uszkodzeniom

3] mutanty z zahamowana syntezą izoprenów -> uszkodzenia

4] synteza izoprenów stymulowna światłem i wyższą temperaturą liścia.

• Światło

• Stężenie dwutlenku węgla

• temperatura

Czynniki środowiskowe wpływające na

intensywność fotosyntezy

WPŁYW STĘŻENIA CO

2

NA INTENSYWNOŚĆ FOTOSYNTEZY

Wartości punktów kompensacyjnych

(ppm CO

2

)

C

3

Pszenica 52-90
Słonecznik 42-50
Cebula 90
Tytoń 48
Pomidor 75

C

4

Kukurydza 3-5
Trzcina cukrowa 7
Amaranthus edulis 5

• Światło
• Stężenie dwutlenku węgla

• temperatura

Czynniki środowiskowe wpływające na

intensywność fotosyntezy