Ekologiefyziologie fotosyntézy PHOTOSYNTHESIS nWhat affects photosynthesis? nLight intensity: as light increases, rate of photosynthesis increases n n light intensity PHOTOSYNTHESIS nWhat affects photosynthesis? nCarbon Dioxide: As CO2 increases, rate of photosynthesis increases n carbon dioxide PHOTOSYNTHESIS nWhat affects photosynthesis? nTemperature: nTemperature Low = Rate of photosynthesis low nTemperature Increases = Rate of photosynthesis increases nIf temperature too hot, rate drops n temperature Ekologie fotosyntézy - sluneční záření ~AUT0038 ~AUT0033 nHeliofyty vs. sciofyty •Využití slunečních skvrn –variabilní intenzita a délka (ca 40-60% celkového příkonu záření podrostu) –fotosyntetická indukce - aktivace fotosyntetického aparátu –sciofyty - vysoká efektivita ~AUT0054 Figure 2 Ekologie fotosyntézy - sluneční záření ~AUT0039 ~AUT0044 ~AUT0049 ~AUT0139 •listová plocha •tloušťka mezofylu, poměr sklerenchym. pletiv ® hmotnost sušiny na plochu •počet chloroplastů a obsah chlorofylu, počet a rozměr průduchů •světelný kompenzační bod a saturační hodnota PhAR Slunné vs. stinné listy Dostupnost CO2 - vliv rostlin na koncentraci plynů ~AUT0175 •Obsah CO2 ve vzduchu není pro rostliny limitujícím faktorem •limitní koncentrace CO2 mohou být ve vodě •v porostech při povrchu půdy je vlivem respirace půdních (mikro)organismů a kořenů koncentrace CO2 zvýšená Změny koncentrace CO2 v lesním společenstvu během dne v zimě a v létě ~AUT0041 Ekologie fotosyntézy - dostupnost CO2 ~AUT0128 •Koncentrace CO2 v atmosféře relativně stabilní (0.035%, 350 ppm, 35 Pa) •Fickův zákon - difůze přímo úměrná konc. gradientu a nepřímo úměrná sumě odporů JCO2 = Dc/Sr, kritická především difůze přes průduchy •CO2 saturační křivka (A-pi křivka - A - asimilace, pi - parciální tlak CO2 v listu) - C3 rostliny pi obvykle ~ 25 Pa, C4 ~ 10 Pa (vyšší afinita PEP vázat CO2) •kompenzační bod - čistá asimilace rovna nule (fotosyntéza = respirace) Photosynthesis3 Evoluce C4 rostlin nC4 možná odpověď na klesající koncentrace CO2 nLambers et al. pozdní Miocén před 5-8 mil. lety (trávy snad až 30 Mya) ~AUT0094 C4 photosynthesis_evolution Teplotní křivka fotosytézy n optimum%20temperature%20affecting%20photosynthesis nhttp://fhs-bio-wiki.pbworks.com/w/page/12145771/Factors-effecting-the-rate-of-photosynthesis Limiting+factors+on+photosynthesis Teplotní křivka – mezidruhové rozdíly nhttp://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/14-2-1-photosynthesis Fig%2014 Vysoká teplota v kombinaci s CO2 nhttp://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/14-2-1-photosynthesis figure Fotosyntéza a transpirace nhttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1413-70542006000400012 n3a12fig01 Metody meření senzitivity fotosyntézy vůči vysokým teplotám n Fig. 1. Fig. 2. nhttp://jxb.oxfordjournals.org/content/58/8/2133/F8.large.jpg F8 Ekologie fotosyntézy - zásobení vodou ~AUT0077 ~AUT0081 Photosynthesis6 Evoluce CAM rostlin ~AUT0024 ~AUT0025 bromeliad-epiphyte nDeficit vlhkosti – suchozemské r. ndeficit CO2 – vodní makrofyta Ekologie fotosyntézy - výživa ~AUT0078 ~AUT0083 ~AUT0085 Evoluce fotosyntézy nProkaryotické organismy - anoxygenní formy fotosyntézy, zdrojem elektronů H2S, H2, organické látky nHalobacterium halobium - nejjednodušší forma fotosyntézy, absorbce záření (pigmentoproteinový komplex), gradient H+ → syntéza ATP noxygenní fotosyntéza - před ca 2.5 mld lety nsinice, řasy, vyšší rostliny - zdrojem elektronů voda, produkce O2 ~AUT0055 ~AUT0061 Evoluce metabolických cest uhlíku nC4 a CAM opakovaně v průběhu evoluce nrůzné míry přechodu C3/C4®CAM, C3®C4, C3 a C4 ekotypy, C3 a C4 v pletivech téže rostliny (kukuřice), fakultativní CAM FlaveriaC3_C4_low Diskriminace izotopů uhlíku nd13C neznečištěného vzduchu = -7‰ nrozdílná diskriminace Rubisco a PEP-karboxylázy stabilních izotopů 13C a 12C nC3 rostliny v průměru d13C = -27‰ (rozpětí -23‰ až -36‰) nC4 rostliny v průměru d13C = -13‰ (rozpětí -10‰ až -18‰) nCAM rostliny v rozpětí d13C C3 až C4 rostlin nvodní rostliny rostliny d13C v rozpětí -11‰ až -50‰ npaleobotanika, analýza tkání herbivorů nBarbour et al. – z křídy fosilní pletiva rostlin s 13C signálem ~C4/CAM ~AUT0088 ~AUT0011 ~AUT0010 Aeonium n AeoniumPhylogeny_Tree Photosynthesis7 Aeonium nobile Ekologie C3 a C4 rostlin nRůzná odpověď na prostředí, především záření a teplotu ngeografické rozšíření nkompetiční schopnosti nfenologie ~AUT0092 ~AUT0093 ~AUT0095 ~AUT0135 Fotosyntéza vodních rostlin nNízký příkon radiace (eufotická zóna) nkoncentrace plynů roste s tlakem nad hladinou a klesající teplotou, klesá s obsahem rozpuštěných solí nCO2 ve vodě snadno rozpustný, ale difúze asi 10,000x pomalejší oproti vzduchu ® nedostatečné zásobování CO2 k listům ns rostoucím pH vody se posouvá doprava rovnováha (H2CO3) ¬® H2O + CO2 ¬® H+ + HCO3- ¬® 2H+ + CO32-, při pH > 9 schází volný CO2 ~AUT0097 energie - zareni pronikani do vody Adaptace vodních rostlin na příjem uhlíku nPříjem celým povrchem stélky - maximálně dělené listy (Myriophyllum, Ceratophyllum, Batrachium) nredukce hraniční vrstvy - snižuje ji proudění vody, zmenšení plochy listů npříjem HCO3- naktivní transport (sinice, řada zelených řas) npřevod na CO2 v buněčné stěně pomocí enzymu karbonát-anhydrázy (Elodea canadensis) nprotonový polární transport - vylučování H+ ® lokální zvýšení acidity ® posun rovnováhy směrem k volnému CO2 (Characeae, makrofyta) nvyužití CO2 z organického sedimentu - příjem kořeny a rozvod skrze kanálky k listům (Isoëtes, Litorella uniflora, Lobelia dortmana) ~AUT0012 CAM vodních makrofyt ~AUT0014 ~AUT0015 ~AUT0016 •CAM submerzních makrofyt –cirkadiánní změny koncentrace malátu a pH v buňkách –popsáno u Isoëtes howellii –CAM jako dodatečný zdroj ~AUT0022 Isoëtes andicola ~AUT0100 ~AUT0104 nSemiterestrická rostlina - listy bez průduchů, velmi silná kutikula ® nulová výměna plynů s atmosférou npříjem CO2 kořeny z organického sedimentu nCAM v noci - malý příjem CO2 ze sedimentu a recyklace respiratorního CO2, dodatečný metabolismus k dennímu C3 Teplotní křivka fotosytézy n optimum%20temperature%20affecting%20photosynthesis nhttp://fhs-bio-wiki.pbworks.com/w/page/12145771/Factors-effecting-the-rate-of-photosynthesis Limiting+factors+on+photosynthesis Teplotní křivka – mezidruhové rozdíly nhttp://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/14-2-1-photosynthesis Fig%2014 Vysoká teplota v kombinaci s CO2 nhttp://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/14-2-1-photosynthesis figure Fotosyntéza a transpirace nhttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1413-70542006000400012 n3a12fig01 Metody meření senzitivity fotosyntézy vůči vysokým teplotám n Fig. 1. Fig. 2. nhttp://jxb.oxfordjournals.org/content/58/8/2133/F8.large.jpg F8