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