Fyziologie rostlin Vodn reim 2 Transpirace asimilace CO

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Transpirace, asimilace CO 2 a tepelná bilance listu Jiří Šantrůček Katedra fyziologin rostlin Přírodovědecká fakulta JU lab. B 353; e-mail: jsan@umbr. cas. cz

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 O čem byla řeč minule: * voda a evoluce suchozenských rostlin hydrostabilní (homoiohydrické) vs. hydrolabilní (poikilohydrické) rostliny; vakuóla, kutikula, průduchy * vlastnosti vody (vodíková vazba, kohese, měrné výparné teplo) * * * cesty transportu vody mechanismy (hnací síly) toku vodní potenciál, stav vody v rostlině ekofyziologické důsledky anatomie cév izotopy vody, hydraulický výtah

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 O čem bude řeč: Výměna vody, CO 2 a tepla mezi listem a atmosférou * transpirace, její význam * výpar * difuse - evoluční důsledky, fyzikální základ * koncept odporu a vodivosti

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 „Účel“ transpirace Voda přitéká do listu a neustále se z něj ztrácí - PROČ? Směna vody za CO 2 („trade off“) CO 2 Chlazení listu Doprava minerálních látek, signálů? H 2 O

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Denní chod transpirace Ztrácí se voda z listu skutečně NEUSTÁLE ? Photosynthesis (umol m-2 s-1) transpiration photosynthesis

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Výměna vody a CO 2 mezi listem a atmosférou - přehled Trade-off vody za CO 2 a anatomie listu („anatomie transpirace“)

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar Elementární úvahy o výparu • • Proč se voda vypařuje? Proč se vzduch může nasytit vodní parou? Kolik vody se vejde do m 3 vzduchu? Proč se těleso při výparu z povrchu ochlazuje? • Kolik vody se za den vypaří z oceánů? A kolik z vegetace Země?

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar Kolik vody se vejde do m 3 vzduchu?

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar Earth: The Water Planet Kolik vody se vypaří ze světových oceánů za 1 s? Seventy percent of the Earth surface is covered by oceans where evaporation takes place.

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar Na čem závisí výpar ? • vlhkosti vzduchu a teplotě povrchu (rozdílu koncentrací vodní páry těsně u povrchu/listu a v míchané atmosféře) - hnací síle difuse • tloušťce nemíchané vrstvy vzduchu (rychlosti větru); obecněji na odporu dráhy pro difusi

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse

Difuse Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse • Stochastický proces. • Hnací silou je gradient koncentrace (volné energie) látky. • Transpirace a doprava CO 2 do chloroplastu jsou procesy ovládané difusí. • Kapacita přenosu - musí být řádově blízká rychlosti enzymatických reakcí (cm v plynech, desítky m v kapalinách).

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse Evoluční důsledky difuse • List = tenká planparalelní „deska“ o síle 0, 20, 6 mm. • Chloroplasty „namačkány“ na vnější stěny buněk mezofylu.

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse Anatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuse

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse Anatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuse Gossipium hirsutum, ADAX, ESEM Gossipium hirsutum, ABAX, ESEM

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákon Kolik látky prodifunduje myšlenou rovinou za 1 s? • prvně úspěšně vyřešil Adolf E. Fick 1855; analogie Ohmova zákona (gw=1/rw)

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporů Odporový model výměny plynů • Odpory uspořádané v serii se sčítají rs ra rt=rs+ra gs=1/rs • Odpory uspořádané paralelně se sčítají v jejich inverzních hodnotách • Vodivost je inverzní k odporu 1/rt=1/rs+1/rc gc=1/rc gs=1/rs

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákon Hnací síly výměny plynů a tepla mezi listem a atmosférou Hnací síly: Rozepsat na tabuli

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporů Difusní dráhy výměny plynů a tepla A rc

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporů CO 2 hladovění chloroplastů = důsledek transportních odporů pro CO 2 v listu

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Kvantitativní stránky difuse – Adaptace listu Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci více než odpor pro asimilaci CO 2 Příčný řez listem Ficus elastica. Detail spodní epidermis. Barveno gencianovou modří. Foto M. Šimková, 2003 20 m Když se prodlouží obě dráhy - krátká pro H 2 O a delší pro CO 2 o stejný kousek (odpor předprůduchové dutiny), zpomalí to významnější měrou ztrátu vody než příjem CO 2.

Povrch listu - předprůduchová dutina Teorie ra CO 2 ra rsa rs rs H 2 O ri rc Relativní změna odporu vyvolaná „přidáním“ předprůduchové dutiny: ri rc

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci CO 2 Banksia serrata, Foto M. Šimková, 2003 Banksia serrata

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci CO 2 Banksia serrata, Foto M. Šimková, 2003

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - 2. Fickův zákon Jak rychlá je difuse? Cdetekce · 2 DH 2 O= 2, 4 · 10 -5 m 2 s-1 DCO 2= 1, 5 · 10 -5 m 2 s-1 Dw. CO 2= 1, 7 · 10 -9 m 2 s-1 kteplo = 2, 2 · 10 -5 m 2 s-1 cdetekce 2 m

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ? • Protože náběhová strana desky v proudu vzduchu (okraj listu) má vždy tenčí hraniční vrstvu, a proto nižší teplotu než střed listu. • Síla hraniční vrstvy nemíchaného vzduchu má velký význam pro výměnu plynů mezi listem a okolím a tepelnou bilanci listu.

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ?

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ? = kinematická viskozita vzduchu (m/s) l

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva Ekofyziologické důsledky síly hraniční vrstvy

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Transpirace a energetická bilance listu a rostliny

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Radiační a energetická bilance listu Je list ve dne teplejší než vzduch? Proč se v noci vytváří na listu jinovatka? Radiační bilance den noc Energetická bilance L= E =2, 5 MJ kg-1

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Energetická bilance listu Bowenův poměr Tok latentního tepla L: Bowenův poměr = H/L teplé oceány: 0, 1 =2, 5 MJ kg-1 Tok „pocitového“ tepla (sensible heat): H zemědělské plodiny: 1, 0 pastviny: 1, 2 aridní oblasti (subtropy): 2, 0 - 6, 0

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Výpar z vlhkých povrchů, hladiny vody Za jak dlouho uschne prádlo na balkóně? Penmann-Monteithova rovnice

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Regulace výdeje vody průduchy

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Je asimilace CO 2 závislá na otevření průduchů ?

Průduchy - morfologie a anatomie Hustota průduchů: řádově 101 až 102 mm-2 Plocha štěrbin: ~ 1 % plochy listu 100 m

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Průduchy - morfologie a anatomie

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Průduchy - morfologie a anatomie

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Průduchy - morfologie a anatomie tráva Cibule – vnější ústí st. póru Cibule – vnitřní ústí st. póru

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Průduchy - morfologie a anatomie

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy Průduchy - multisensorický hydraulický ventil - reakce průduchů na podněty vnějšího prostředí Homework Kapitola 2. 8. 3. a dále (str. 78 -88) Fyziologie rostlin (Procházka a kol. , Academia 1998)

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Měření výdeje vody rostlinou a porostem

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO 2 Potometr

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO 2 Lyzimetry

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO 2 IRGA gazometrie

Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO 2 Eddy-covariance