Pomiar oddychania - metoda fotometryczna. Polega na pomiarze za pomocą analizatora gazowego zmian stężenia CO2 w powietrzu wchodzącym do kamery z rośliną i opuszczającym tę kamerę. Parametrem mierzonym jest absorpcja podczerwonego promieniowania która jest uzależniona od ilości CO2 w kuwecie pomiarowej. Promieniowanie podczerwone emitowane przez Lampe zostaje skierowane przez zwierciadła do kuwet, kontrolnej wypełnionym gazem nie pochłaniającym CO2 i pomiarowej przez która przepływa powietrze, w którym asymiluje roślina a następnie do dwóch części detektora D1 i D2. Promieniowanie podczerwone docierające do D2 poprzez kuwetę kontrolną powoduje nagrzanie i rozszerzenie się znajdującego się w tej części odbiornika gazu i wygięcie elastycznej membrany. Wiązka promieniowania podczerwonego przechodząca przez kuwetę pomiarową dochodzi do drugiej części detektora D2 częściowo osłabiona ponieważ CO2 znajdujące się w powietrzu w kuwecie pomiarowej częściowo je pochłonie. Gaz znajdujący się w D1 będzie się mniej rozszerzać. Ciśnienie w D1 a tym samym ruch membrany będzie zależeć od stężenia CO2 w kuwecie pomiarowej. Membrana tworzy okładkę ruchomą kondensatora elektrycznego. Druga okładka jest nie ruchoma. Podczas ruchu membrany będzie się zmieniać odległość okładek a tym samym pojemność kondensatora. Zmiany pojemności powodują zmiany w przepływie prądu ,a odpowiednio wzmocnione przez wzmacniacz mogą zostac odczytane na skalibrowanej skali aparatu jako stężenie CO2 wyrażone w ppm lub %objętościowych. Analizator gazowy może pracować w układzie zamkniętym ,otwartym lub dyferencyjnym.
Pomiar oddychania - metoda fotometryczna. Polega na pomiarze za pomocą analizatora gazowego zmian stężenia CO2 w powietrzu wchodzącym do kamery z rośliną i opuszczającym tę kamerę.
Intensywność oddychania: Rd lub Pn = L * [∆c] / 3600 * 22,4 * A
gdzie: Rd (Pn) - intensywność oddychania w μmol CO2*m-*2s-1; L - przepływ powietrza w dm3*h-1; ∆c - różnica stężenia CO2 w powietrzu dopływającym do kuwety bez rośliny i w jej obecności w μl*l-1; A - powierzchnia asymilacyjna badanego organu lub całej rośliny w m2.
Oddychanie- utlenienie biologiczne rozklad substratow w obecności tlenu i kumulacja energi w postaciATP
Ćw.1 Zróżnicowanie intensywności oddychania (metoda fotometryczna = analizator gazów w podczerwieni).
Gazy dwuskładnikowe (zbudowane z 2 pierwiastków) mają zdolność adsorpcji promieniowania podczerwonego = cieplnego. Pochłaniając to promieniowanie gazy te powiększają swoją objętość. Takiej właściwości nie mają gazy zbudowane z jednego pierwiastka.
Za pomoca analizatora gazow pracującego w układzie zamkniętym można oznaczyc intensywność wydzielania CO2przez rozne organy(np. jak w cw. Nasiona such nasiona napeczniale i niasiona kiełkujące). Nasiona suche- intensywnosc oddychania minimalna, ograniczaja do minimum oddychania by nie było strat materiałow zapasowych. Nasiona napeczniale- w 1fazie kielkowania nasiona pobieraja H2O uruchmiaja hydrolize dyfuzja tlenu( najpierw oddychani beztlenowe poniżej tlenowe) Nasiona kiełkujące- potrzebna do wzrostu substraty oddechowe i energia dlatego wystepuje u nich intensywniejsze oddychanie. Wraz ze starzeniem intensywność oddychania jest coraz mniejsza.Intenstynosc oddychania wyrazamy wzorem:Rd=(Ck- Cp)*Vn/ t(s)* sztuk nasion. Otrzymane wyniki wyrazamy w umolachCO2*m-2*s-1
Ćw.2 Wpływ temperatury na intensywność oddychania tlenowego
Podkiełkowane nasiona w doświadczeniu poddaliśmy tem. Z zakresu 5-55. W tem. 35 intensywność oddychania była nawieksza- jest to optymalna temp. dla tego procesu. W tem. Maksymalnej 55 nastapila denaturacja i brak możliwości innych przemian .Temp minimalna w cw. 5 zalezy od strefy klimatycznej i pory roku intensywność oddychania jest bardzo niska. Temp minimalna jest rozna w naszym klimacie przyjmujemy 0-1 C. Wraz ze wzrostem temp. intensywność oddychania rosnie az do 35 C a pozniej znowu maleje.
Wpływ temperatury: optymalna = 35stC, maksymalna = ok. 50stC (gwałtowne obniżenie intensywności procesów), minimalna = kilka stopni powyżej 0stC.
Prawo van Hoffa - wzrost temperatury o 10stC powoduje przyspieszenie reakcji od 2 do 2,5 raza.
Temperaturą optymalną dla fotosyntezy dla większości roślin uprawnych jest 25stC. Fotosynteza musi dominować nad oddychaniem. Jeśli rośliny będą uprawiane w zbyt wysokich temperaturach to należy uważać, żeby gwałtownie nie wzrosło oddychanie. Należy obniżać temperaturę w szklarni w nocy.
Abioza - śmierć kliniczna
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Chemizm oddychania tlenowego:
związki złożone związki proste (hydroliza)
cukry proste pirogronian (glikoliza - cytoplazma)
pirogronian acetylo CoA (oksydacja dekarboksylacja - membrany mitochondriów)
utlenianie acetylo CoA i rozpad substratu na CO2 i H2O (cykl Krebsa - matrix mitochondriów)
utlenianie końcowe = łańcuch oddechowy powstawanie ATP (przenośniki e - membrany mitochondriów)
Pirogronian:
-dekarboksylaza pirogronianowa aldehyd octowy fermentacje
-oksydaza pirogronianowa acetylo CoA oddychanie tlenowe
Fermentacje beztlenowe:
-alkoholowa C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
-mleczanowa C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
Substraty oddechowe: tłuszcze (kwas palmitynowy 130 cz.); cukrowce (glukoza 38 cz.); aminokwasy (kwas glutaminowy 23 cz.)
Powstawanie ATP - transport elektronów powoduje gradient protonowy w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej. Umożliwia to biosyntezę z ADP do ATP.
Czynniki wpływające na intensywność oddychania:
A) wewnętrzne: rodzaj organu, tkanki(mlode aktywne- intensywniej oddychaja); stadium rozwojowe rośliny, organu (na początku sezonu w fazie wzrostu intensywne oddychanie); stopień uwodnienia(uwodnione oddychaja intensywniej); dostępność substratu;
B) zewnętrzne: tlen ok. 21% - oddychanie tlenowe; ok. 10% -fermentacja/tlenowe/; ok. 0-5% - oddychanie beztlenowe
; CO2 - jego wzrost hamuje intensywność oddychania; temperatura; światło(w dzien intensywność oddychania jest mniejsza); jony(aktywatory enzymow deficyt hamuje dalsze reakcje); czynniki stresogenne: H2O stres suszy glebowej, dehydrotacja tkanki, zalanie - warunki anaerobowe, niedobór składników mineralnych, infekcje patogenów i inwazje szkodników, zranienia.
Rola procesu oddychania:
1) dostarczanie energii:
-chemiczne - zmagazynowanie w ATP i innych koenzymach wysokoenergetycznych wykorzystywana do: 1)biosyntez produktów końcowych, 2)aktywnego pobierania składników pokarmowych, 3)aktywnego transportu jonów, 4)utrzymywania struktur komórkowych głównie błon białkowo-lipidowych i potencjałów elektrochemicznych, 5)resyntez składników strukturalnych, 6)utrzymywanie aktywności metabolicznej;
1-3 oddychanie wzrostu; 4-6 oddychanie podtrzymujące-zachowawcze
-cieplne;
-elektryczne - zużywana do zjawisk bioelektrycznych;
-mechaniczne - zużywana do ruchów roślin;
-świetlna - zużywana do zjawiska bioluminiscencji;
2) dostarczanie związków pośrednich do różnych szlaków metabolicznych.
Stres- zmiana funkcji organizmu w odpowiedzi na czynnik stresowy uzalezniona od czasu trwania i natężenia bodźca. Początkowa rekacja na stres krótkotrwały jest wzrost oddychania bo potrzeban jest reakcja obronna. Długotrwały stres- wyczerpania substratow oddechowych, obniżenie intensywności oddychania.
Cw.1 Wpływ zasolenia na kielkowanie i wzrost siewek.
Stres zasolenia- nieprawidlowa ochrona roślin zbyt duzo nawozow i srodkow ochrony solenie zima. Halofity- sa odporna na wysoki stopien zasolenia. Glikofity- rośliny uprawne sa wrażliwe. W wypadku tego stresu nakładają się dwa czynniki- toksyczność pierwiastkow i deficyt H2O. Rośliny odporne staraja się nie pobierac soli bądź gromadzic ja w pewnych rejonach komorki lub wydzielac ja specjalnymi otworami. Zahamowane pobieranie wody przez rośliny lupina przy większych stężeniach NaCL.Wzrost zasolenia odbija się tez na wzroście siewek -zachamowane podzialy i wzrost elongacyjny zahamowany wzrost czesci nadziemnych i korzeni.W cw zastosowano 60 i 120 stezenie soli co sopwodowala efekt inhibicyjny który nasilal się wraz ze wzrostem zasolenia.
Cw.2 Konduktrometryczna metoda oceny stopnia uszkodzen mrozowych.
W cw. Gałązki derenia poddaliśmy następującym temp. pokojowa lodowka 5 zamrazarka -10 -18. W niskich temp. zmienia się struktura blon zmiejsza się ich przepuszczalność powinno wiecej wyciec elektrolitow czyli elektro przewodnictwo wzrasta zanika selektywność blon. Uszkodzenia mrozowe związane sa z deficytem wody. Nastepnie gałązki poddane były gotowaniu co spowodowala maksymalne uszkodzenia zabicie tkanki- całkowity wyciek elektrolitow wzrost elektroprzewodnictwa.
Cw.3 Badanie odporności roslim na deficyt wody
Stres suszy-deficyt wody. Wyróżniamy dwie grupy roślin odpornych na deficyt wody: Kserofity- tolerancja na stres-ograniczaja parowanie np. sosna pelargonia- maja pogrubiona blyszczaca skorke kutner i wloski. Sukulenty-unikają stresu- gromadza wode i unikaja deficytu np. aloes. Pszenica, kukurydza-mlode liscie potrzebuja wody maja cienka skorke brak zabezpieczenia przed parowaniem utrata wody stosunkowo najwieksza.
Cw.4 Wplyw ołowiu.
Pod wpływem ołowiu korzonki traca wode i zamieraja maleje ich długość. Fasola jest stosunkowo wrazliwa w przeciwieństwie do kukurydzy która jest stosunkowo odporna. Rośliny posiadaja mechanizm odporności- rośliny staraja się przytrzymac olow w ścianach lub starszych czesciach roślin bądź w wakuoli.
Stres solny- nadmierne stężenie soli min. w podłożu
Efekt stresu:
-zaburzenie pobierania H2O(gdy uniknie pobierania Na+Cl-=deficyt wodny; zbyt niski▲ψk roztwór glebowy/kom. Korzenia
-zatrucje jonami Na+Cl-(gdy zwiekszone pobieranie jonów= toksyczność)
-naruszenie równowagi jonowej- stres osmotyczny- dezintegracja membran, blokada kanałów jonowych, zaburzenia ruchu ap. Szparkowych, inaktywacja ATP-azy
-spada aktywnośćenzymów regulowanych przez potas( synteza białek, kw. Nukleinowych)
-spadek asymilacji CO2
-rośnie oddychanie, wieksze zapotrzebowanie na energię
-zmiany w transporcie i dystrybucji asymilatów(akumulacja asymilatów w loiściach, zahamowany eksport)
-zachamowanie wzrostu szczególnie najmłodszych części roślin
Mechanizmy odporności
-obniżenie pobierania jonów
-tolerancja na pobieranie jonów(akumulacja Na w liściach K w pędach wydzielenie nadmiaru przez korzenie akumulacja w wakuoli gruczoły wydzielnicze)
Mechanizmy adaptacyjne
-adaptacje osmotyczne(utworzenie równowagi osmot. Wakuola/cytoplazma)
-indukcja specyficznego białka OSMOTYNA (ABA-mRNA)
-zmiany w zawartości hormonów
-zmiany w składzie lipidów w membranach
Stres mrozowy- działanie temp. mrozowych powoduje deficyt wody w kom. Wynikający z przepływu wody zgodnie z gradientem potencjału wody, przez błone komórkowa do ściany kom. I przestrzeni miedzykom.
Obiawy stresu
-zamarzanie wody w komórce lub w przestworach międzykom.
-zmiany fazy lipidów i zawartości białek w błonach kom.
-denaturacja lub dysocjacja białek
-zachamowanie fotosyntezy
-wzrost intensywności oddychania
Mechanizm odporności-zabezpieczenie kom. Przed krystalizacja wody w jej wnętrzu= minimalizacja ośrodków krystalizacji lodu.
Mechanizmy adaptacyjne
-wzrost przepuszczalności błon dla H2O
-wzrost zawartości H2O związanej, spadek temp. zamarzania
-zmiany w zawartości cukrów
-hydroliza białek
-wzrost zaw. Kompleksów cukry+ białka
-zmiany w zawartości regulatorów wzrostu
Stres wywołany ołowiem
-zaburzenia w tworzeniu chloroplastów
-spadek fotosyntezy
-spadek aktywności PS I
-spadek aktywności PS II
-spadek transpiracji
-wzrost oporów szparkowych
-zaburzenia wymiany gazowej
Stres wodny
Błony kom.
-odwodnienie kom.
-zmiany w strukturze białek i lipidów
-wzrost przepuszczalności błon
-spadek aktywności enzymów
Fizjologia komórki
-spadek transpiracji, wzrost ABA- zamykanie ap. Szparkowych
-spadek fotosyntezy
-niewielkie zmiany intensywności oddychania mitochondrialnego
-wzrost fotooddychania
-zmiany w metabolizmie: zahamowanie syntezy i stymulacja rozkładu skrobi, wzrost syntezy sacharozy
-spadek turgoru = więdnięcie roślin
-ograniczenie wzrostu części nadziemnej rośliny
-rozbudowa systemu korzeniowego
Reakcje fizjologiczne na stres wodny
-odbiur sygnału przez korzenie
-obnirzenie turgoru, regulacje osmotyczne
-obniżenie potencjału wody w liściu
-zmnieszenie przewodności szparkowej (dla CO2)
-obniżenie stężenia CO2 w komórkach liścia
-obniżenie intensywności fotosyntezy
Reakcja na stres suszy-mechanizm odporności
+wzrost stężenia soku kom: wzrost niskocząsteczkowych subst. Rozpuszczalnych w wodzie
-↑aminokwasy,kwasy org.
-↑sorbitol
-↑K+, prolina osmotyna, specyficzne białka stresowe, inne związki czynne biologicznie
+zmiany w zawartości regulatorów wzrostu
- spadek cytokininy, gibereliny
-wzrost ABA(zamykanie szparek, zmiany w przepuszczalności membran)