Fotoszintzis IV A fotoszintzis lettani s kofiziolgiai vonatkozsai

Fotoszintézis IV. A fotoszintézis élettani és ökofiziológiai vonatkozásai

A fotoszintézis fiziológiai és ökológiai vonatkozásai Limitáló környezeti tényezők: fény, CO 2, hőmérséklet -legfontosabb metabolikus lépések: Rubisco aktivitás a Ru. BP regenerációja trióz-P metabolizmus

A fény • • Energia fluxus (W, J) helyett foton fluxus sűrűség (molm-2 s-1) PAR: fotoszintetikusan aktív sugárzás (400 -700 nm, 2000 μmol m-2 s-1 teljes napfényben) Abszorbeált, transzmittált és reflektált fény (10 -15% veszteség)

Az összes beeső fényenergia %-os hasznosulása…

A levél által elnyelt, átengedett és reflektált fény %-os arányai

A távoli vörös tartomány jelentősége…

Az árnyék elkerülése szármegnyúlás „fény növények” „árnyék növények” 0, 2 0, 4 Pfr/Pössz 0, 6

A szomszéd érzékelése

A levél hőmérsékletének szabályozása A Bowen arányszám Bowen arány: Közvetlen (vezetéssel és áramlással) hőleadás evaporációs hőleadás A Bowen arányszám -alacsony, ha van transzspiráció és a levél és a levegő hőmérséklete megegyezik (pl. öntözött pázsit); -- negatív, ha a transzsiráció következtében a levél hőmérséklete kisebb, mint a levegőé (pl. gyapot levél); -- nagy (végtelen), ha zártak a sztómák (pl. sivatagi növények, kaktuszok)

A levél anatómiája fényen és árnyékban • Rosta-hatás, fényvezetés, fényszórás • Kloroplasztisz rendeződés és levélmozgás • Nap-követő mozgás, dia- és paraheliotropizmus • • A fény spektrális megoszlása árnyékban: a fitokróm szerepe • kompetícíó és adaptáció

A levél anatómiája a fényintenzitástól függően Fényen nőtt levél Árnyékban nőtt levél

A fénylevelek nagyméretű oszlopos alapszövettel és több sejtsoros mezofillummal rendelkeznek: így optimálisan hasznosítják a fényt. Az árnyéklevelekben a fénybegyűjtő komplex aránya nagyobb a reakciócentrumhoz viszonyítva, mint a fénylevelekben.

A fotoszintetikus apparátus komponenseinek aránya erős és gyenge fényben

A jobb fénykihasználást szolgálja a kloroplasztiszok mozgása is A „szűrőhatás” Felülnézetből: (a) árnyékban; (b) átlagos fényintenzitáson; (c) fénystressznél

Az epidermisz réteg sejtjei mint fénykollektorok

Sok fajnál a levéllemez fénykövető mozgást mutat: heliotropizmus Eredeti pozíció 4 óra ferde irányból való megvilágítás után Diaheliotropizmus: fénykövető mozgás (maximális besugárzás) Paraheliotropizmus: fénytől való elfordulás (minimális besugárzás)

A fotoszintézis intenzitásának napszaki változása burgonyánál

Napszaki változások az Opuntia ficus-indica esetében

A fényintenzitás szerepe • Fényintenzitás és [CO 2], O 2 • Hőmérséklet, a kvantumhasznosítás hőmérséklet függése

A CO 2 fixáció a fényintenzitás függvényében • A CO 2 fixáció a fényintenzitás függvényében: a dózisgörbe • • kompenzációs pont ("sötét légzés") • lineáris szakasz (kvantumhatásfok!) • telítődés (metabolikus hatásfok)

A fotoszintézis intenzitása a fényintenzitással növekszik: a kompenzációs pontnál a légzés CO 2 termelése egyenlő a fotoszintézis CO 2 fogyasztásával

A fénynövények fotoszintetikus hatékonysága magasabb telítődési értéket mutat és kompenzációs pontjuk is magasabban van, mint az árnyéknövényeké

Egy árnyéknövény fotoszintézisének intenzitása

Fotoszintézis és komponensei ökológiai méretekben

Nagy fényintenzitás (fénystressz) esetén reaktív oxigén formák keletkeznek, ami degradálja a fotoszintetikus apparátust: fénygátlás

A fotoszintézis fénygátlása (fotoinhibíció)

Akceptor oldali fotoinhibíció Donor oldali fotoinhibíció P 680+/Feo. Tyr. Z+/P 680+

A xantofill (VAZ) ciklus Szerepe: Energia disszipáció, nem -fotokémiai kioltás

A xantofill (VAZ) ciklus Sztróma p. H optimum: 7, 5 Lumen p. H optimum: 5, 2

A széndioxid • Biokémiai reakciói a parciális nyomástól (mólfrakció x össznyomás) függenek • - az üvegház hatás • -kutikula (átjárhatatlan) • -gáz fázis: sztómanyílás • sztóma alatti üreg • sejtközötti légterek • - folyadék fázis: sejtfal, citoszól, kloroplasztisz • limitáló tényező: a sztómaellenállás (regulálható!)

CO 2 asszimiláció az intercelluláris CO 2 konc. (ci) függvényében • - ci számolható a CO 2 asszimiláció (A) és sztómaellenállás (r), ill. vezetőképesség (g = 1/r) ismeretében: • • • ci = ca - (1. 6 AP/g), ahol ca = CO 2 parciális nyomása a levegőben, P = atmoszférikus nyomás. C 3 -as és C 4 es növények, CO 2 -kompenzációs pont • Vízhasznosítási hatékonyság (WUE) • WUE = A/E = (ca - ci)/1. 6(ei - ea) • E = evaporáció, e = a víz parciális nyomásai. • 1/WUE = transpirációs hányados

C 3 és C 4 levélszerkezet • A C 4 -es növények anatómiája szembeszökően különbözik a C 3 -as növényekétől. • Csak a C 4 -es növényekben találhatók a jellegzetes morfológiájú hüvelyparenchima (bundle sheath) vagy Kranz sejtek. • A széndioxid elsődleges kötését a foszfoenolpiroszőlősav (PEP) karboxiláz enzim katalizálja a mezofill sejtek citoplazmájában.

C 3 -as és C 4 -es növények fotoszintézise a fényintenzitás (A) és az intercelluláris tér CO 2 koncentrációjának (B) függvényében B A C-4 C-3 Fényintenzitás

C 3 -as és C 4 -es növények fotoszintézise a külső és az intercelluláris tér CO 2 koncentrációjának függvényében

A C 4 -es növények fotoszintetikus hatékonyságának hőmérsékleti optimuma magasabb értéknél található, mint a C 3 -as növényeké

A kvamtumhasznosítási tényező

12 C és 13 C megkülönböztetés Atmoszférikus CO 2 : 12 C – 98, 9% 13 C – 1, 1% 14 C – 10 -10% -izotóp összetétel, δ 13 C‰ = (Rminta/Rstandard – 1) x 1000 -izotóp diszkrimináció, Δ 13 C‰ = (Rlevegő/Rnövény – 1) x 1000 -C 3 -as növények δ 13 C = -28‰ rubisco: δ 13 C = -30‰ -C 4 -es δ 13 C = -14‰ PEP karboxiláz: δ 13 C = -2 - -6‰ CAM növények: δ 13 C = a két érték között (vízellátottságtól függően) -a C 4 -es út 7 millió évvel ezelőtt fejlődött ki.

12 C és 13 C megkülönböztetés

Köszönöm a figyelmet!