Transcript Fizjologia roślin

Fizjologia roślin
mgr Ilona Maciniak
 Odżywianie się autotrofów (foto- i
chemosytnetza)
 Transport asymilatów
 Odżywianie mineralne roślin
 Czynniki warunkujące wzrost i kwitnienie
roślin
 Ruchy roślin
 Hormony roślinne
Fotosynteza
• Historia
• Definicja
• Fazy fotosyntezy
• Budowa chlorofilu
• Wpływ czynników na fotosyntezę
Fotosynteza- historia
• Joseph Priestley- rośliny mogą naprawiać
powietrze zepsute przez palące się świece
• Jan Ingenhousz- „naprawianie” zepsutego
powietrza odbywa się przy udziale światła
• William Mayer- rośliny pochłaniają energię
świetlną i zmieniają ja w energię chemiczną
• Melvin Calvin, Andrew Benson- przedstawienie
procesu fotosyntezy (Nagroda Nobla)
Fotosynteza- definicja
• To proces polegający na przenikaniu
CO₂ i H₂O przy użyciu energii świetlnej
oraz barwnika (chlorofilu), w wyniku
tego procesu wytwarzane są cukry
proste (glukoza) oraz tlen.
• Zmiana energii świetlnej w energię
wiązań chemicznych.
Reakcja chemiczna fotosyntezy:
6 H₂O + 6CO₂
C₆H₁₂O₆ + 6O₆ -2872 KJ
Fotosynteza bez wody
• Przeprowadzają ją bakterie purpurowe
12H₂S + 6CO₂
C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O
Fazy fotosyntezy:
• Jasna (zależna od światła)- faza
przemiany energii
• Zachodzi w błonach tylakoidów gran plastydów
– Dochodzi do pobudzenia fotosystemu PSI i wybicia z
niego elektronów, które przenoszone są przez
NADP+ i przyjmuje postać NADPH. Na fotosystemie
PSI brakuje więc 1 elektronu.
– PSI otrzymuje elektrony z pobudzonego PSII,
wędrówka elektronów powoduje przemieszczanie się
jonów wodorowych ze stromy do wnętrza kanału
tylakoidu. Po zewnętrznej stronie tylakoidu jest
niedobór protonów, a we wętrzu nadmiar.
– PSII uzupełnia elektrony z wody.
– Rozpad wody prowadzi do powstania 2H⁺ i ½O₂ i 2
elektronów (fotoliza zachodzi na świetle)
– Niecykliczny transport elektronów
– Jony H⁺ mogą wracać do stromy przez kompleksy
CF (białko sprzeające – synteza ATP)
– Jony wodorowe oddają swoją energię do ADP,
powstaje ATP.
– Bakterie purpurowe przeprowadzają fosforylację
fotosyntetyczną cykliczną ponieważ posiadają PSI
– Powstanie sił asymilacyjnych ATP i NADPH jest
warunkiem zajścia fazy ciemnej!!!!!
• Ciemna (Cykl Calvina)
– KARBOKSYLACJA
– REDUKCJA
– REGENERACJA
Karboksylacja
• Przyłączenie CO₂ do rybulozo-1,5bisfosforanu (RuBP)
• Reakcję tą katalizuje rubisco (karboksylaza
rybulozobisfosforanowa)
• RuBP rozpada się na dwie cząsteczki
trójwęglowego kwasu 3-fosfogicerynowego
(fosfoglicerynian, PGA)
Redukcja
• PGA ulega aktywacji, a potem redukcji do
aldehydu 3- fosfoglicerynowego (PGAl)
Regeneracja
• 5/6 cząsteczek PGAl zużywanych jest do
odtworzenia RuBP
• 1/6 cząsteczek to zysk netto fotosyntezy.
Powstają z niej:
• Glukoza
• Ketokwasy
• Kwasy tłuszczowe
Fotosynteza roślin C₃ i C₄
• U roślin, których akceptorem CO₂ jest
RuBP nazwano roślinami C₃
• U roślin stref zwrotnikowych akceptorem CO₂
jest fofsoenolopirogronian (PEP) (zw. 3
węglowy), a produktem reakcji jest
szczawiooctan (zw. 4 węglowy).
Rośliny C₄
• U roślin tych następuje dwustopniowe
przyswajanie CO₂:
– Wiązanie CO₂ przez PEP- proces zachodzi w
mezofilu liściowym (drobne chloroplasty):
• CO₂ związany w kwas jabłkowy jest transportowany do
chlorenchymy otaczającej wiązki przewodzące.
• Następuje dekakboksylacja kwasu, której produktami są
kwas pirogronowy i CO₂
– Powstały CO₂ włączony jest do cyklu Calvina, a
kwas pirogronowy wraca do mezofilu.
• Wiązanie CO₂ przez rośliny C₄ odbywa
się za pomocą dwóch akceptorów:
pierwotnego (PEP) i wtórnego (RuBP).
• Do roślin tych zaliczamy:
– Kukurydzę
– Sorgo
– Trzcinę cukrową
– Poryulakę pospolitą
Budowa chlorofilu
- w centrum cząsteczki Mg
- łańcuch fitolu
Wpływ czynników na fotosyntezę
• Czynniki endogenne (wewnętrzne)
• Ilość i rozmieszczenie aparatów szparkowych
• Czynniki egzogenne (zewnętrzne)
• Światło (heliofity- światłolubne, skiofity- cieniolubne)
• Temperatura (25⁰C-35⁰C)
• Stężenie CO₂
• Ilość wody
• Pierwiastki mineralne
Chemosynteza
• Zachodzi bez energii świetlnej
• Ma istotne znaczenie w cyklach
bigeochemicznych
• Bakterie chemosyntetyzujące podzielono na:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Bakterie nitryfikacyjne:
bakterie z rodzaju Nitrosomonas (wykorzystują utlenianie amoniaku do azotynów - soli kwasu
azotowego(IIII):
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + ENERGIA (ok. 664 kJ) bakterie z rodzaju Nitrobacter wykorzytują
utlenianie azotynów do azotanów - soli kwasu azotowego(V)):
2HNO2 + O2 --> 2HNO3 + ENERGIA (ok. 151 kJ)
Bakterie siarkowe:
bakterie z rodzaju Beggiatoa (utleniają siarkowodór do czystej siarki:
2H2S + O2 --> 2H2O + 2S + ENERGIA (ok. 273 kJ)
bakterie z rodzaju Thiotrix (utleniają czystą siarke do kwasu siarkowego(VI) ):
2S + 2H2O + 3O2 --> 2H2SO4 + ENERGIA (ok. 1193 kJ)
Bakterie wodorowe:
bakterie z rodzaju Hydrogenomonas (utleniają wodór do wody ):
2H2 + O2 --> 2H2O + ENERGIA (ok. 479 kJ)
Bakterie żelaziste:
bakterie z rodzaju Ferrobacillus (utleniają sole żelaza(II) do soli żelaza(III) ):
2Fe(HCO3)2 + 1/2O2 + H2O --> 2Fe(OH)3 + 4CO2 + ENERGIA (ok. 168 kJ)
Bakterie tlenkowęglowe:
bakterie utleniające tlenek węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2): CO + O2 --> CO2 + ENERGIA;
Bakterie metanowe:
bakterie utleniające metan do dwutlenku węgla: CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O + ENERGIA (ok. 445 kJ)
Transport asymilatów
• Wszystkie komórki odżywiane są w sposób stały
• Związki pokarmowe w liściach muszą być
transportowane do wszystkich komórek
– Transport bliski- z komórki do komórki przez
plazmodesmy
– Transport daleki- przez floem rurki sitowe bez j.
komórkowego i komórki przyrurkowe
• Transport w górę i w dół
– Liście górne i młodociane odżywiają stożek
wzrostu
– Liście dolne odżywiają roślinę aż do korzenia
Załadunek floemu
(str 176)
• Transport aktywny sacharozy z miękiszu
asymilacyjnego przez komórki przyrurkowe do
rurek sitowych
• Przenikanie sacharozy z komórek
przyrurkowych przez plazmodesmy do rurek
sitowych
• Spadający potencjał wody (wzrastająca siła
ssąca)rurek sitowych powoduje, że część wody
z naczyń przenika do rurek sitowych (rośnie
więc ich turgor, tworzy się wodny roztwór
sacharozy- sok floemowy)
Rozładunek floemu
• Sacharoza przy użyciu dzięi ATP jest
aktywnie transportowana z rurek sitowych do
komórek miękiszowych korzenia (komórek
akceptorowych sacharozy).
• Maleje stężenie sacharozy, a podnosi się
potencjał wody rurek sitowych. Woda
zaczyna przepływać z rurek sitowych do
naczyń.
• Sacharoza kondensowana jest do skrobi.
Odżywianie się mineralne i gospodarka wodna
1. Woda i sole mineralne.
2. Przystosowanie roślin do pobierania wody.
3. Pobieranie wody i soli mineralnych.
4. Przewodzenie wody i soli mineralnych.
5. Bilans wodny.
6. Naworzenie roślin.
1. Woda i sole mineralne
• Woda występuje w glebie w czterech postaciach:
– Niedostępna dla roślin:
• Higroskopijna
• Błonkowata
– Dostępna dla roślin:
• Kapilarna- dostępna dla roślin
• Grawitacyjna- dostępna dla roślin
•
•
•
•
Roztwór glebowy- woda i sole mineralne
Kompleks sorbcyjnyjonyWymiana jonowa
Związki nierozpuszczalne
związane przez powierzchnię koloidalne gleby
2. Przystosowanie roślin do pobierania wody
• Strefy korzenia
•
•
•
•
Strefa wierzchołkowa z czapeczką
Strefa wydłużeniowa (elongacji)
Strefa włośnikowa- pobieranie wody
Strefa wyrośnięta- korzenie boczne
• Tkanka przewodząca (ksylem)
• Cewki (trasport 1-1,4m/g)
• Człony naczyń (40m/g- tranport dzięki siłom
adhezji)
3. Pobieranie wody i soli mineralnych
• Dyfuzja
• Osmoza
• Pęcznienie
• Transport aktywny
• Potencjał wody (miara zdolności komórek
roślinnych do pochłaniania wody albo jej
oddawania)
ψ= P₀ – cT (MPa- megapaskal)
P₀- ciśnienie turgorowe
cT- ciśnienie osmotyczne
Potencjał wody czystej wynosi 0 Pa.
Strona 129
a) Pobieranie wody
• Pobieranie wody i transport w poprzek korzenia
• Transport wzdłuż korzenia i łodygi
• Transport w liściu i transpiracja
b) Pobieranie soli mineralnych
• Dyfuzja jonów przez ścianę komórkową włośników
• Przenoszenie jonów przez przenośniki białkowe
• Transport jonów przez dyfuzję wspomaganą przez
kanały jonowe (potasowe, wapniowe, chlorkowe)
4. Przewodzenie wody i soli mineralnych
a) Transport w poprzek korzenia

Droga apoplastyczna- przemieszczanie przez martwe
elementy (ściany komórkowe, przestwory
międzykomórkowe)
Droga symplastyczna- wędrówka przez protoplasty


Śródskórnia (komórki przepustowe)- perycykl, naczynia lub
cewki.
b) Transport daleki

Pobieranie wody zachodzi przez podciśnienie
spowodowane transpiracją- MECHANIZM PASYWNY
Mechanizm pasywny
• Podciśnienie hydrostatyczne- słup wody
zostaje podciągnięty do góry
• Mechanizm pasywny nie wymaga energii
metabolicznej lecz napędzany jest energią
słoneczną powoduje on parowanie wody i
wytworzenie siły ssącej.
Mechanizm aktywny
• Tłoczenie wody w górę przez drewno w
momencie słabej transpiracji
• W sylemie korzenia tworzy się dodatnie
ciśnienie- parcie korzeniowe (energia do tego
procesu powstaje poprzez oddychanie
tlenowe i wytworzenie ATP)
• Gutacja- płacz roślin
c) Transport w liściu
• Transpiracja
• Transpiracja kutikularna- im grubsza kutukula
tym słabsza transpiracja
• Transpiracja szparkowa:
• Otwarcie a. szparkowych (światło, H₂O, Niskie stężenie
CO₂)
• Zamknięcie a. szparkowych (ciemność, brak H₂O,
wysokie stęż. CO₂
• Transpiracja przetchlinkowa
Bilans wodny
• Bilans zrównoważony (H₂O pob. = H₂O utrac.)
– Dodatni (H₂O pob. >H₂O utrac.)
– Ujemny (H₂O pob. <H₂O utrac.)
Naworzenie roślin
• Szybszy wzrost, większa produkcja
• Szkodliwość azotanów
• Używanie nawozów z rozsądkiem
Czynniki warunkujące wzrost i
kwitnienie roślin
• Stadia rozwojowe roślin nasiennych
– Stadium wegetatywne
– Stadium generatywne
Stadium wegetatywne
• Nasiona
str. 207
– Spoczynek względny
– Spoczynek bezwzględny
• Kiełkowanie
• Nadziemne (epigeniczne)
• Podziemne (hipogeniczne)
• Rozwój młodociany
– Ustalenie bieguna korzeniowego i pędowego
Stadium generatywne
• Wykształcenie:
– Kwiatów
– Owoców
– Nasion
• Rośliny monokarpiczne- kwitną tylko raz
• Rośliny polikarpiczne- kwitną wiele razy
Ruchy roślin
• Ruchy roślin powodowane są mechanizmami:
– Wzrostowymi- np. jedna strona rośnie szybciej
– Turgorowymi- zmiana ciśnienia turgorowego
• Tropizmy- działanie bodźca (wyginanie organów w
kierunku bodźca)
– Fototropizm
– Geotropizm
– Tigmotropizm
– Chemotropizm
• Nastie- niezależne od działania bodźca
– Nyktinastie
– Sejsmonastie
– Termonastie
– Chemonastia
Hormony roślinne
• Regulatory wzrostu i rozwoju:
– Auksyny
– Gibereliny
– Cytokininy
– Etylen
– Kwas abscysynowy
STRONY WWW
•http://www.msu.edu/~smithe44/calvin_cycle_process.htm
•http://www.missouriplants.com/Yellowalt/Portulaca_oleracea_plant.jpg
•http://www.zytostuletnie.pl/galeria.htm
•http://www.kostaryka.org/central2489/Centrum_pliki/a96m.jpg
•http://pl.wikipedia.org/wiki/Chemosynteza