FOTOSYNTEZA
3. Wpływ czynników
środowiskowych
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
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
