Fotosyntéza Co je fotosyntéza? Zde lze vidět tok látek důležitých v rámci fotosyntetické asimilace Důležité jsou i minerály i když se přímo reakce neúčastní (strukturní hledisko) Význam fotosyntézy ´Rostlina ´Fixace energie a CO2, zásobní látky, meziprodukty ´Růst, tvorba biomasy ´Zelené části rostlin přes den – hlavní zdroj energie pro metabolismus ´Prostředí ´Základní zdroj C-látek ´Primární produkce (rostlin, porostů, ekosystémů, biosféry) ´Změny c CO2/O2 v atmosféře (global. klima – historie/současn.) Má zásadní vlin na tok látek (hlavně uhlíku) a koncentrace CO2 a O2 Na úrovni rostliny: •Fixace energie a CO[2], zásobní látky, meziprodukty •Růst, tvorba biomasy •Zelené části rostlin přes den – hlavní zdroj energie pro metabolismus (respirace za tmy) Na úrovni prostředí: -Zásadní vliv na globální cykly uhlíku (zdroj C sloučenin) -Historické a současné změny CO2/O2 v atmosféře – global clima change Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (UAV/satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity a základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (letecké či satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity na základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Voluntometrie - Warburgova přístroje (respirometru) - princip je založen na změnách tlaku za konstantního objemu (uzavřená nádoba) v důsledku změn koncentrace CO2/O2. Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (letecké či satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity na základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (letecké či satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity na základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (letecké či satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity na základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Měření rychlosti fotosyntézy ´Gravimetrické metody (přírůstek hmotnosti fotosynt. objektu, hromadění asimilátů) ´Voluntometrické metody (změny tlaku a objemu – kapilára napojená na komoru s objektem) ´Gazometrické metody (IRGA [CO2, H2O] napojen na komoru s objektem) ´Oxymetrické metody (O2 Clarkova elektroda, popř. optoda, koncentrace O2 v kapalném vzorku) ´Fluorometrické metody – primární procesy f. (fluorometr, měření indukované fluorescence chlorofylu) ´Metody dálkového průzkumu – nepřímé metody (letecké či satelitní snímkování - odhad aktuální aktivity na základě vegetačních indexů [obsah Chl, vlhkost,..]) Dálkový průzkum - nepřímé metody, které se musí validovat přímými... Měření rychlosti fotosyntézy gazometricky ´Měříme pokles koncentrace CO2 v okolí rostliny vyvolaný fotosyntetickou fixací molekul CO2. ´Hlavním analytickým přístrojem je IRGA ´ ´Měření celkové fotosyntetické bilance (orgán, rostlina porost) ´Čistá fotosyntéza ´ PN = PG – R [mmol CO2 m-2 s-1] – CO2 vždy uvádíme ´ ´R - respirace ´PG - hrubá fotosyntéza ´PN - čistá fotosyntéza ´ ´ Měření rychlosti fotosyntézy gazometricky ´Faktory ovlivňující rychlost fotosyntézy: ´Teplota ´Záření – intenzita, spektrální složení ´Koncentrace CO2, O2 ´Dostupnost vody ´Dostupnost minerálních živin – N, P, … ´Stupeň ontogeneze (počet a velikost asimilačních orgánů) ´Fyziologický stav rostlin (např. působení stresu) ´Adaptace (obsah chl vs. záření, fotoprotektivní mechanismy) Světelná křivka fotosyntézy měřena gazometricky ´Měření PN za různých intenzit ozářenosti (0 – 2 000 mmol m-2 s-1) ´Princip: Zjištění aktuálního stavu fotosyntetického aparátu rostlin na základě stanovení závislosti mezi rychlostí čisté fotosyntézy a množstvím dostupného záření >> světelná křivka fotosyntézy ´ Light response curve (LRC, LC), PI curve ´Parametry (Rd, Ic, Is, PN max) ´ ´Ozářenost – světelné záření dopadající na fotosynteticky aktivní části rostlin (PAR, E, I, PPFD,..) ´W m-2 ´mmol (photons) m-2 s-1 = mE (photons) m-2 s-1 ´ Rd - temnotní respirace Ic - kompenzační ozářenost Is - saturační ozářenost Pnmax maximální rychlost čisté fotosyntézy Skripta: Prof. Gloser Světelná křivka fotosyntézy Rd fotoinhibice V průběhu postupného zvyšování ozářenosti listu můžeme popsat jednotlivé významné body křivky: V tomto pořadí: Rd Ic Is a Pn max Při dalším zvyšování ozářenosti často dochází k fotoinhibici Zde na popsat příklad změny parametrů LC Praktické návody Úloha: Reakce fotosyntézy rostlin na světlo: Měření světelné křivky fotosyntézy C3 a C4 rostlin ´ ´Rostlinný materiál: ´C3: slunečnice roční (Helianthus annuus) ´C4: kukuřice setá (Zea mays) Úloha: Reakce fotosyntézy rostlin na světlo: Měření světelné křivky fotosyntézy ´Měřící aparatura: ´Stavebnicový systém na měření výměny plynů mezi rostlinami a prostředím (Qubit Systems, Kanada). Systém zahrnuje: ´• IRGA analyzátor ´• trubicový průtokoměr (rotametr) ´• membránové čerpadlo ´• kolona s vysoušedlem pro absorbci vodní páry ´• plastový vak naplněný vzduchem (zdroj CO2 o konstantní koncentraci) ´• zdroj záření s plynulou regulací (světlo emitující diody - LED) ´• uzavíratelná měřící komora ´• (mřížka pro stanovení velikosti listové plochy) ´ Měřící gazometrická aparatura ´ Měřící gazometrická aparatura Obsah obrázku interiér, přeplněné Popis se vygeneroval automaticky. Obsah obrázku projektor Popis se vygeneroval automaticky. Měření světelné křivky fotosyntézy 1.Propojte součásti systému podle schématu a zapněte IRGA 2.Změřte referenční koncentraci CO2 - propojte výstup z průtokoměru přímo k vysoušecí koloně - seřiďte průtokoměr na tok 0.3 l/min - počkejte na ustálení signálu z IRGA, odečtěte hodnotu koncentrace CO2 (ppm) 3.Připojte listovou komoru do systému, umístěte do ní list a těsně uzavřete 4.Na listovou komoru připojte světelný zdroj 5.Zapněte světelný zdroj na maximální hodnotu (PAR = 1250 (µmol m-2 s-1) a pozorujte změny koncentrace CO2 6.Počkejte na ustálení signálu z IRGA, odečtěte hodnotu koncentrace CO2 a zapište do tabulky 7.Upravte intenzitu ozářenosti na nižší hodnoty dle záznamové tabulky a měření dle bodu 6 opakujte. 8.Nakonec zdroj vypněte a listovou komoru zastiňte pro měření (dle budu 6) za tmy. 9.Změřte plochu listu v komoře. Úloha: Reakce fotosyntézy rostlin na světlo: Měření světelné křivky fotosyntézy ´