Globalna produkcja fotosyntetyczna obejmuje inżynierię genetyczną kluczowych enzymów związanych z asymilacją CO2 oraz tworzeniem i formowanie białek chloroplastowych.

• Głównym celem wszelkich zabiegów biotechnologicznych dotyczących modyfikacji fotosyntezy jest m.in. zwiększenie aktywności biologicznej na poszczególnych etapach, poszczególnych związków decydujących o produktywności roślinnej.

• Należy dążyć do ograniczenia strat energii w procesie fotooddychania oraz zwiększenie właściwości adaptacyjnych poszczególnych roślin jeśli chodzi o struktury membranowe na poziomie komórkowym.

• Należy poznać dokładniej sposoby związane z mechanizmami dotyczącymi regulacji wzrostu i rozwoju roślin oraz roli w tych procesach regulatorów wzrostu. Dążymy także do optymalizacji rozprowadzania asymilatów w roślinach.

• Wprowadzenie odmian roślin uprawnych w których budowa anatomiczna i morfologiczna pozwoli jak najefektywniej wykorzystać energię świetlną do produkcji związków organicznych w procesie fotosyntezy.

Ok. 15% energii wykorzystywanej przez człowieka na świecie pochodzi z energii zgromadzonej w biomasie. Obecnie opracowuje się specjalistyczne metody wykorzystywania energii zgromadzonej w celulozie. Wiadomo, że z 1 tony papieru można uzyskać około 0,5 tony glukozy, z której można wyprodukować ok. 250 litrów alkoholu.

Produktywność fotosyntetyczna - jest to pojęcie dynamiczne i oznacza ilość wyprodukowanych związków organicznych przez organizm roślinny. Można też zdefiniować to pojęcie jako intensywność z jaką rośliny gromadzą energię chemiczną w procesie fotosyntezy i w procesach związanych z przetwarzaniem, transportem i magazynowaniem tych związków.

Produkcyjność roślin (inaczej plon biologiczny) - oznacza to potencjalne możliwości wyprodukowania przez roślinę uprawną świeżej lub suchej masy na jednostkę powierzchni uprawy w okresie wegetacyjnym. W skład plonu biologicznego wchodzą wszystkie części rośliny, nawet te które po zbiorze są odrzucane lub pozostają w glebie.

Plenność - jest ot zdolność wytwarzania masy organów użytkowych lub określonej ilości biomasy, która stanowi produkt użytkowy czyly wykorzystywany do produkcji żywności lub innych produktów pochodzenia roślinnego.

Zależność pomiędzy produkcyjnością a plennością określana jest współczynnikiem plonowania

a - plon organów użytkowych

b - biomasa roślyny bez organów użytkowych

Na wartość tych parametrów wpływa:

• Czynniki klimatyczne

• temperatura

• stężenie CO2

• wilgotność powietrza

• cyrkulacja wiatru

• zanieczyszczenia powietrza o działaniu fitotoksycznym

• Czynniki glebowe związane z:

• składem chemicznym gleby

• strukturą gleby zasobnością w wodę fizjologicznie użyteczną

• dostępność składników mineralnych

• odczynem gleby

• stosunkami powietrzymie gleby

• mikroflora i mikrofauna gleby

• zanieczyszczenia gleby i wody glebowej składnikami szkodliwymi

• Struktura uprawy:

• rozstaw roślin w rzędzie

• odległość między rzędami

• obecność roślin konkurujących

• faza rozwojowa roślin

• Właściwości roślin uprawnych:

• cechy anatomiczno-morfologiczne związane są z:

• pokrojem roślin

• budowa i właściwości optyczne blaszek liściowych

• budowa, liczba i rozmieszczenie aparatów szparkowych

• ułożenie liści na łodydze

• ogólna powierzchnia asymilacyjna

• rodzaj i rozmiary systemu korzeniowego

• cechy o charakterze metaboliczno-fizjologicznym:

• długość okresu fotosyntezy

• sprawność fotosyntetyczna organów asymilacyjnych

• rodzaj reakcji karboksylacji (typ rośliny: C3, C4, CAM)

• intensywność oddychania oraz intensywność fotooddychania

• sprawność odprowadzania i transportu asymilatów

• aktywność akceptorów asymilatów (sprawność gromadzenia związków organicznych w tkankach i organach spichrzowych)

• gospodaraka wodna roślin, oszczędna lub rozrzutna (współczynniki transpiracji)

• szybkość starzenia się liści i całej rośliny

Parametry służące do oceny produktywności, produkcyjności ekosystemów naturalnych

• NAR - intensywność fotosyntezy netto

lub

NAR jest to wskaźnik intensywności produkcji biomasy przez jednostkę powierzchni liści w określonej jednostce czasu

dW - przyrost suchej masy

A - powierzchnia asymilacyjna rośliny

dt- czasu jaki upłynął między kolejnymi pomiarami

- masa rośliny (organu) na początku okresu badawczego

- masa rośliny (organu) na końcu okresu badawczego

- czas, jaki upłynął między oznaczeniem masy W1 i W2

- powierzchnia asymilacyjna rośliny na początku okresu badawczego

- powierzchnia asymilacyjna rośliny na końcu okresu badawczego

• LAI - wskaźnik powierzchni liści, określa gęstość ulistnienie roślin uprawnych; jest to suma powierzchni liści (oznaczona literą A) przypadająca na jednostkę powierzchni gleby (G)

Najczęściej wartość tego wskaźnika wynosi od 3 do 8 i zależy od rodzaju rośliny, fazy rozwojowej, gęstości siewu, sadzenia itd.

• CGR - wskaźnik szybkości przyrostu plonu; nazywany jest często produktywnością układu agroekologicznego, jest to przyrost suchej masy (dW) na jednostkę powierzchni gleby zajętej pod uprawę (g) w ciągu określonego czasu (dt)

lub
ponieważ przyrost plonu zależy od natężenia fotosyntezy netto i od wskaźnika powierzchni liści

• LAR - wskaźnik stopnia ulistnienia, jest to stosunek sumarycznej powierzchni liści (A) do suchej masy całej rośliny (W)

• RGR - wskaźnik względnej intensywności wzrostu; jest ot przyrost suchej masy całej rośliny lub określonych organów (dW) na jednostkę suchej masy rośliny (W) w ciągu określonego czasu (dt)

Cef - jest ot współczynniki efektywności fotosyntezy czyli stosunek CO2 wbudowanego w związki organiczne do ilości CO2 pobranego w procesie fotosyntezy

Współczynnik ten określamy na podstawie pomiarów pobierania CO2 przez rośliny i średniej dobowej akumulacji przez nie asymilatów

równanie fotosyntezy:

6CO2 + 6H2O + energia C6H12O6 + 6O2

6 moli pobranego CO2, czyli 6*44g=264g CO2, a efekt końcowy to 1 mol heksozy czyli 180g heksozy

180g:264g=0,68

1g pobranego CO2 został włączony w 0,68g cukru, Cef=0,68 jest to tzw. teoretyczna wartość współczynnika efektywności fotosyntezy

faktyczna wartość współczynnika Cef u roślin uprawianych u nas wynosi około 0,2 - 0,4

PAR (PhAR) - promieniowanie fotosyntetycznie czynne mieszczące się w przedziale 400 - 700nm lub wg innych źródeł 350 - 750nm

udział PAR w ogólnym promieniowaniu słońca zależy od warunków meteorologicznych, przy bezchmurnym niebie promieniowanie to stanowi około 50 % ogólnego promieniowania słońca, udział PAR może zmieniać się w granicach od 38 - 58%

Mówiąc o PAR że składa się ono z promieniowania bezpośredniego i promieniowania rozproszonego. Dlatego też miarą wykorzystania promieniowania PAR jest stosunek ilości energii magazynowanej w roślinach w postaci materiału organicznego do ilości energii słonecznej dochodzącej do rośliny lub łanu. Często mówimy że jest ot tzw. współczynnik wykorzystania PAR, który może być obliczony na podstawie sumy energii okresu wegetacji albo z całego roku. W uprawach polowych wartość tego współczynnika w okresie wegetacyjnym dochodzi maksymalnie do ok. 5%a szacuje się że może jego wartość dochodzić do 15% (do 25% - inne źródła)

Struktura łanu - jest to pojęcie, które dotyczy takich elementów jak: powierzchnia liści (szczególnie istotny jest stosunek zbiorowej powierzchni liści do powierzchni gleby czyli tzw. indeks liściowy LAI), kształt blaszki liściowej, ustawienie, orientacja przestrzenna liści, stopień wysycenia przestrzeni przez liście, wysokość łanu, równomierność rozłożenia blaszek liściowych.

Możliwość regulowania produktywności fotosyntetycznej to wiąże się także z takimi elementami jak: należy dokonać wyboru odmian o najwyższej produktywności, stosujemy zrównoważone nawożenie oraz odpowiednią gęstość wysiewu, wykonujemy odpowiednie zabiegi agrotechniczne i fitosanitarne.

---