GOSPODARKA WODNA ROŚLIN

Susza – stosunkowo długotrwały okres odznaczający się brakiem opadów atmosferycznych, małą wilgotnością powietrza, niskim stanem wody w rzekach, ewentualnie obecnością wody a nie możliwością jej pobrania.

Rodzaje suszy:

- susza atmosferyczna – długotrwały okres bezdeszczowej pogody i niskiej wilgotności powietrza, przy niskiej temperaturze

- susza glebowa- okres z niedostateczną zawartością wody w glebie,

- susza hydrologiczna- długotrwały okres ujemnego salda bilansu wodnego,

- susza fizjologiczna – woda jest w podłożu, ale nie może być pobrana.

Zawartość wody w tkankach:

Owoce soczyste: 85-95%

Miękkie liście: 80-90%

Korzenie 70-90%

Pień drzewa 50%

Suche nasiona 10-15%

Funkcje wody w roślinie:

- w komórce jest rozpuszczalnikiem substancji biologicznie czynnych,

- bierze bez[pośredni udział w wielu reakcjach chemicznych jako substrat lub produkt reakcji,

- odpowiada za strukturę makromolekuł,

- jest czynnikiem umożliwiającym tzw. szybki wzrost komórek i tkanek,

- bierze udział w przemieszczaniu się substancji w organizmie roślinnym związków mineralnych i niektórych metabolitów w ksylemie oraz produktów i substancji czynnych biologicznie we floemie,

- w niektórych przypadkach ochładza organizm,

Hydrofity- występują w środowisku bardzo wilgotnym lub całkowicie w wodzie.

Mezofity- pospolite rośliny łąkowe rosnące w klimacie umiarkowanym.

Kserofity- rośliny przystosowane do życia w warunkach niedostatecznego zaopatrzenia w wodę.

Transpiracja= czynne parowanie wody z nadziemnych części roślin

Rośliny transpirują przez:

- aparaty szparkowe (transpiracja szparkowa)

- skórkę (transpiracja kutykularna)

- przetchlinki (transpiracja przetchlinkowa)

Gutacja=płacz roślin – proces oddawania wody w postaci ciekłej wraz z solami mineralnymi

Czynniki wpływające na transpirację:

- Światło 0 czynnik inicjujący otwieranie się szparek i tym samym uruchamia proces transpiracji szparkowej ok 70% energii świetlnej ulega zamianie na energię cieplną i stymuluję transpirację

- temperatura- wpływa na intensywność transpiracji oddziaływujący na stopień otwierania się szparek

- niedosyt wilgotności powietrza

- dostępność wody glebowej

- ruch mas powietrza

- stężenie CO2

Mechanizm transpiracji wody przez aparaty szparkowe

MECHANIZM GLUKOZOWY

Niskie pH (ok 5) spowodowane pobieraniem CO2 do komórek mezofilu i akumulacji kwasu węglowego – intensywna fotosynteza – akumulacja skrobi fotosyntetycznej – niedobór osmotycznie czynnej glukozy- spadek turgoru – zamykanie aparatów szparkowych

pH = 7

Niedobór CO2 zużytego przez fotosyntezę – pH wzrasta do 7 – aktywacja fosfatazy skrobiowej – przemiana skrobi asymilacyjnej do glukozy – wzrost potencjału osmotycznego i turgoru – otwieranie aparatów szparkowych.

Mechanizm jonowy (jony K+)

Deficyt wody stymuluje syntezę kwasu ABA w liściach – ABA zwiększa przepuszczalność błon komórek aparatów szparkowych dla jonów potasowych – jony potasowe wpływają z komórek – spadek turgoru – zamykanie aparatów szparkowych.

Potrzeby wodne rośliny charakteryzuje współczynnik transpiracji = ilość wytranspirowanej wody potrzebnej do wyprodukowania kg suchej masy.

Współczynnik transpiracji zależy od:

- wilgotności gleby

- temperatura

- zasobności gleby w składniki mineralne – zmniejsza się wraz ze wzrostem zasobności

- rodzaju gleby – zwiększa się dla gleby lżejszych

- kwasowość gleby

Typowe wartości współczynnika transpiracji dla roślin uprawnych:

- burak cukrowy – 200-400 l/kg

- jęczmień, pszenica- 400-500 l/kg

- rzepak, groch, owies 600-700 l/kg

- trawy – 600-700 kg

- kapusta pastewna 700l/kg

Drogi przepływu wody w roślinie

• Apoplastyczna

• Symplastyczna

• Z wakuoli do wakuoli

Rodzaje transportu wody w roślinie (nigdy nie występują razem)

• Bierny

• Czynny – w perycyklu, kiedy nie ma liści na roślinie (drzewach)

Podział dotyczący wiązek przewodzących: (nie występują razem)

• Bliski

• Daleki

Pobieranie i transport wody w roślinie są uwarunkowane kilkoma mechanizmami:

- transpiracja- główny napęd warunkujący stały przepływ wody przez naczynia,

- siła ssąca liści- wywołana transpiracją, dzięki której H2O z naczyń podciągana jest efektywnie ku górze,

- parcie korzeniowe- siła wypierająca wodę z korzeni do naczyń (na wiosnę gdy brak jest jeszcze liści),

- kohezja – siły spójności między cząsteczkami H2O,

- osmoza- pozwala na pobieranie wody z gleby,



FOTOSYNTEZA

Najważniejszy proces zachodzący w zielonych roślinach. W tym procesie energia promienista słońca zostaje zamieniona na energię chemiczną związków organicznych czyli redukowanie związków węgla bogatych w wodór.

Barwniki fotosyntetyczne

Najpowszechniej występujące chlorofile:

- chlorofil a- niebieskozielony

- chlorofil b- żółtozielony

Stanowią przeważającą większość masy wszystkich barwników chlorofil a (niebieski) i chlorofil b (żółty) dają wrażenie optyczne koloru zielonego.

Różnice w budowie chlorofilu: A – CH3, B-CHO (grupa w pozycji 7)

Miejscem syntezy chlorofilu są plastydy.

Początkowym substratem służącym do syntezy chlorofili jest jeden aminokwas białkowy – kwas glutaminowy.

Oświetlenie roślin pozwala na zakończenie syntezy chlorofili i przekształcenie protylakoidów w tylakoidy.

Karetonoidy – barwniki roślinne żółte, czerwone i pomarańczowe. Występują w chloroplastach o chromatoforach

Pełnią pomocniczą rolę w procesie fotosyntezy, absorbują promieniowanie świetlne aby następnie przekazać energię stanu wzbudzonego na czapeczkę chlorofilu. Karotenoidy należą do naturalnych przeciwutleniaczy. Pełnią funkcję ochronną przed procesem fosfooksydacji.

Ksantofile- barwniki roślinne należące do karetonoidów. Ksantofile są pomocniczymi barwnikami fotosyntezy. Pełnią także funkcję przeciwutleniaczy, przez co chronią komórki, a zwłaszcza chloroplasty przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu.

Budowa chloroplastów

- dwie błony przepuszczalne,

Błona zewnętrzna dobrze przepuszczalna dla jonów

Błona wewnętrzna słabo przepuszczalna i tworzy liczne tylakoidy

- wnętrze chloroplastu wypełnia stroma chloroplastu

U chloroplastów bezgranalnych występują lamelle=tylakoidy stromy, czyli tylakoidy rozciągnięte wzdłuż całego chloroplastu

Wnętrze chloroplastu wypełnia substancja białkowa –stroma – koloid białkowy, niewielkie ilości DNA enzymy biorące udział w fotosyntezie.

Etap 1 Faza jasna fotosyntezy zachodzi w tylakoidach

Reakcje świetlne: rozkład H2O

Fotosyntetyczne transport elektronów

Wytworzenie siły fotosyntetycznej

NADPH i ATP

Etap 2 Faza ciemna Cykl Calvina- Belsona u roślin C3 zachodzi w stromie chloroplastów

Asymilacja i redukcja CO2: powstanie trioz, powstanie tetroz

Faza jasna fotosynteza:

- C3 – większość roślin uprawnych

- C4- etap poprzedzający + C3 – trzcina cukrowa i kukurydza

- C4+C3 – sukulenty, ananas



Faza jasna fotosyntezy:

1) PSII

2) PSI

a) Cykliczna

b) Niecykliczna

Budowa fotoukładu i anten peryferycznych:



PSII

Rdzeń – 250-300 cząsteczek chlorofilu

Trzon – polipeptyd D1 i D2 (32kDa)

4 cząsteczki chlorofilu a

2 cząsteczki B karotenu

Cytochrom b

Plastochinon

Antena- polipeptyd 232 aminokwasy

12-15 cząsteczka chlorofilu a i b

2 cząstki luteiny i fosfatydyloglicerol

PSI

Rdzeń - 200 cząsteczek chlorofilu

Trzon - 13 polipeptydów (4-85 kDa)

1 cząsteczka witaminy K i

1 cząsteczka chlorofilu a

Centrum żelazowo siarkowe

PORÓWNANIE

PSII PSI

Reduktor chlorofil utleniacz

ATP i NADPH energia ATP

Brak rozkładu woda rozkład z udziałem manganianu

Wnętrze tylakoidów protony wnętrze tylakoidów

Brak fosforylacja cykliczna uczestniczy

Brak tlen wytwarza

Przenośniki elektronów

Ferredoksyna- zawiera żelazo związane z siarką, najłatwiej ulega utlenianiu, dostarcza elektrony do NADP+

Fosforan dinukleotydunikotynoaminoadeninowego- zdolny do przenoszenia protonów wodoru i elektronów. Po zredukowaniu jeden z dwóch produktów ubocznych fotosyntezy

Główny enzym procesu fotosyntezy:

RuBISCO = karbodysmutoza= RuBP

karboksylaza/oksygenaza – 1,5 – bisfosforanu rybulozy

- 8 dużych 50-55 kDa i 6-8 jednostek małych 12-15 kDa

- masa 570 kDa

- za aktywność odpowiadają duże jednostki

- małe pełnią rolę regulatorową

- najbardziej rozpowszechnione białko

- 50% białek rozpuszczalnych liścia, 10 milinów ton na świecie



Porównanie fotosyntezy C4 i CAM

- anatomiczne i morfologiczne cechy roślin

Rośliny typu C4 Cecha Rośliny typu CAM

Kwiatostany męskie w postaci wiechy. Kwiatostany żeńskie osadzone na skróconych pędach bocznych, przekształconych w osadki i tworzących kolby. kwiat Zmodyfikowany pęd o licznych międzywęźlach

Ziarniaki do 400 sztuk nasiona W owocach występuje kilka tysięcy nasion o kształcie owalnym.

wiązkowy korzeń wiązkowy

Typowy dla traw Pokrój Kulisty lub kolumnowy

- różnice metaboliczne

Rośliny typu C4 cecha Rośliny typu CAM

PEP Pierwotny akceptor CO2 PEP

RuBP Wtórny akceptor CO2 RuBP

4-5 Zużycie ATP 5,5-6,5

2 Zużycie NADPH 2

Bardzo wysoka Intensywność fotosyntezy rzeczywista Bardzo niska

oszczędna Gospodarka wodna Bardzo oszczędna

Porównanie fotosyntezy C4, CAM i C3

C3 C4 CAM

fotooddychanie - - -

Punkt kompensacyjny 20-100 0-10 0-5

Intensywność fotosyntezy 500-1000 200-350 20-125

Anatomia liścia Komórki wokół

Wiązek przewodzących

Nie posiadają chlorofilu Dobrze wykształcona

Pochwa okołowiązkowa

Brak gram chloroplastów Komórki miękiszu asymilacyjnego