Fizjologia roślin - ściąga 3

Wykład 6

Czynniki wpływające na proces fotosyntezy:

• Zewnętrzne:
  • Światło (jest czynnikiem bardzo zmiennym)- intensywność światła i długość fali świetlnej,
  • Dwutlenek węgla- zawartość CO2 w atmosferze wynosi 0,038%, jest poniżej wartości optymalnej,
  • Dostępność wody- odwodnienie protoplastu hamuje procesy metaboliczne, niedobór wody powoduje zamykanie szparek i ogranicza dostęp CO2,
  • Temperatura- zakres temperatur, w którym rośliny mogą prowadzić fotosyntezę 0-500C ; gatunki roślin różnią się optimum temperaturowym; w wysokiej temperaturze może dochodzić do uszkodzeń aparatu fotosyntetycznego i inaktywacji białek uczestniczących w fotosyntezie; u roślin typu C3
    wzrost temperatury nasila proces fotooddychania, którego skutkiem jest redukcja produktywności roślin; w niskich temperaturach obniża się tempa dyfuzji, zmniejsza się płynność błon tylakoidów i aktywność enzymów,
    
  • Zawartość składników mineralnych w glebie (szczególnie N, Mg, Fe, K, Mn, Cl).
• Wewnętrzne:
  • Anatomia liścia- wielkość i rozmieszczenie aparatów szparkowych; wielkość przestworów międzykomórkowych; budowa miękiszu palisadowego i gąbczastego,
  • Zawartość chlorofilu,
  • Rozmieszczenie chloroplastów.

Czynniki fotosyntezy:

• Światło- rośliny wykorzystują fale świetlne w zakresie 400-700nm (jest to tzw. promieniowanie fotosyntetyczne czynne- PAR); jedynie 4,5-5% całkowitej energii świetlnej padającej na liść zostaje zmagazynowane w asymilantach.

„Świetlny” punkt kompensacyjny- natężenie światła, przy którym fotosynteza i oddychanie przebiegają z taką sama intensywnością; roślina pobiera tyle CO2 ile wydziela się w procesie oddychania.

Przystosowania strukturalne liści roślin rosnących w różnych warunkach świetlnych:

• Silne promieniowanie:
  • Liście grubsze; więcej warstw komórek; mniej chlorofilu przypadającego na centrum reakcji fotochemicznej; więcej RUBISCO na jednostkę chlorofilu.
• Zacienienie:
  • Liście cieńsze; mniej warstw komórek; więcej chlorofilu przypadającego na centrum reakcji fotochemicznej; mniej RUBISCO na jednostkę chlorofilu.

Różnice te dotyczyć mogą indywidualnej rośliny eksponowanej na różne warunki świetlne, jak i różnych gatunków zamieszkujących tereny o różnej ekonomii świetlnej.

Gospodarka mineralna roślin

Podstawowe czynniki niezbędne roślinom do wzrostu i rozwoju: tlen, CO2, światło, temperatura, woda, minerały.

Klasyfikacja pierwiastków występujących w roślinach:

• Pierwiastki niezbędne,
• Pierwiastki korzystne (pożądane)- Na, Si, Co, V, Se, Al.,
• Pierwiastki zbędne (toksyczne)

Kryteria niezbędności składnika pokarmowego:

• Jeśli go brak, roślina nie może ukończyć swojego cyklu rozwojowego,
• Działanie składnika nie może być zastąpione przez żaden inny składnik,
• Musi on bezpośrednio uczestniczyć w odżywianiu rośliny jako część składowa metabolitu lub jako element niezbędny w funkcjonowaniu układów enzymatycznych.

Pierwiastki niezbędne:

• 17 pierwiastków uczestniczących w metabolizmie, których nie można zastąpić innymi,
• Ich niedobór lub brak powoduje zaburzenia w przebiegu procesów życiowych.
• Dzieli się je na:
  • Organogeny- węgiel, wodór, tlen,
  • Makroelementy- N, K, Ca, Mg, P, S; w roślinach stanowią ponad 0,1% ich suchej masy,
  • Mikroelementy- Cl, Fe, B, Mn, Zn, Cu, Mo, Ni; występują w ilościach około 1000- krotnie mniejszych niż makroelementy.

Pierwiastki zbędne (np. Al., As, Cd, Cr, Hg, Pb):

• Powodują poważne zaburzenia metabolizmu komórkowego,
• Ograniczają wzrost roślin,
• W wysokich stężeniach mogą powodować śmierć roślin.

Pierwiastki korzystne (Na, Co, Al., Si, Se, V):

• Nie są niezbędne, ale ich obecność w roślinach może wywierać korzystny wpływ na przebieg procesów życiowych,
• W szczególnych przypadkach mogą zastępować funkcje pierwiastków niezbędnych,
• Mogą zwiększać odporność roślin na czynniki stresowe (zasolenie, susza, metale ciężkie, patogeny, …).

Właściwości fizjologiczne i biochemiczne pierwiastków (ORGANOGENY):

• Pobieranie i transport- węgiel pobierany jest w postaci CO2; wodór pobierany jest w postaci H2O; tlen pobierany jest w postaci O2 i H2O,
• Funkcje fizjologiczne i właściwości biochemiczne- podstawowe składniki związków organicznych

Właściwości fizjologiczne i biochemiczne pierwiastków (NIEMETALE: N, S, P, B):

• Pobieranie i transport- pobieranie w postaci utlenionej (NO3-, SO42-, HPO42-,HPO4- , BO33-); azot również jako NH4+, chlor jako Cl-; transportowane w postaci jonów nieorganicznych lub związków organicznych, np. aminokwasów
• Funkcje fizjologiczne i właściwości biochemiczne- NO3-, SO42- redukowane są do -NH2 i –SH; ważne składniki związków organicznych (aminokwasów, białek, kwasów nukleinowych, fosfolipidów i innych); PO43- oraz BO33- tworzą estry z alkoholami (cukrami).

Właściwości fizjologiczne i biochemiczne pierwiastków (METALE ALKAICZNE- K, Mg, Ca, (Na)):

• Pobieranie i transport- pobierane w dużych ilościach jako kationy i w tej samej formie transportowane,
• Funkcje fizjologiczne i właściwości biochemiczne- wpływają na właściwości fizyczne koloidów; uczestniczą w osmoregulacji; tworzą wiązania jonowe ze związkami organicznymi; aktywują liczne enzymy.

Właściwości fizjologiczne i biochemiczne pierwiastków (METALE CIĘŻKIE- Fe, Mn, Mo, Zn, Cu, Ni):

• Pobieranie i transport- pobierane jako kationy lub chylaty metali (z wyjątkiem Mo pobieranego w postaci MoO42-) i w tej formie transportowane.
• Funkcje fizjologiczne i właściwości biochemiczne- wchodzą w skład układów Osydo-redukujących komórki, np. cytochromów, ferrodyksyny, plastocyjaninyi i innych; są ważnym składnikiem różnych enzymów, np. Ni występuje w ureazie, Mo w reduktazie azotanowej; aktywują liczne enzymy.

Ogólne niedobory pierwiastków mineralnych:

• Zahamowanie wzrostu,
• Chloroza- polegająca na zmniejszonej zawartości chlorofilu; liście są jasno-zielone lub żółte,
• Nekroza (martwica)- zamieranie, zasychanie części rośliny. Zasychać mogą całe liście, wierzchołki wzrostu łodyg lub pojawiać się nekrotyczne plamy i smugi na liściach,
• Zmiana zabarwienia łodyg i liści,
• Pojawienie się czerwonego lub fioletowego zabarwienia w skutek nadmiernej zawartości barwników antocyjanowych. Objaw ten występuje przy braku N i P,
• Zaburzenia w tworzeniu się nasion i owoców,

Lokalizacja objawów:

• Zależy od rychliwości danego pierwiastka, czyli od jego zdolności przemieszczania się w roślinie (reutylizacji);
• W przypadku pierwiastków ruchliwych (N. P, K, Mg) objawy niedoboru wyraźniej występują na liściach starszych,
• W przypadku deficytu mogą być one wycofywane ze starszych liści i kierowane do młodszych,
• Starsze liście wykazują wyraźne objawy chorobowe natomiast liście młodsze rozwijają się początkowo normalnie,
• W przypadku pierwiastków mało ruchliwych (Ca, Fe, B, S) objawy niedoboru występują wyraźniej na liściach młodszych.