1 Fizjologia roślin mgr Ilona Maciniak

2 Odżywianie się autotrofów (foto- i chemosytnetza)Transport asymilatów Odżywianie mineralne roślin Czynniki warunkujące wzrost i kwitnienie roślin Ruchy roślin Hormony roślinne

3 Fotosynteza Historia Definicja Fazy fotosyntezy Budowa chlorofiluWpływ czynników na fotosyntezę

4 Fotosynteza- historiaJoseph 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)

5 Fotosynteza- definicjaTo 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.

6 Reakcja chemiczna fotosyntezy:6 H₂O + 6CO₂ C₆H₁₂O₆ + 6O₆ KJ

7 Fotosynteza bez wody Przeprowadzają ją bakterie purpurowe12H₂S + 6CO₂ C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O

8 Fazy fotosyntezy: Jasna (zależna od światła)- faza przemiany energiiZachodzi 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)

9 Niecykliczny transport elektronówJony 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!!!!!

10 Ciemna (Cykl Calvina) KARBOKSYLACJA REDUKCJA REGENERACJA

11 Karboksylacja Przyłączenie CO₂ do rybulozo-1,5- bisfosforanu (RuBP)Reakcję tą katalizuje rubisco (karboksylaza rybulozobisfosforanowa) RuBP rozpada się na dwie cząsteczki trójwęglowego kwasu 3-fosfogicerynowego (fosfoglicerynian, PGA)

12 Redukcja PGA ulega aktywacji, a potem redukcji do aldehydu 3- fosfoglicerynowego (PGAl)

13 Regeneracja 5/6 cząsteczek PGAl zużywanych jest do odtworzenia RuBP1/6 cząsteczek to zysk netto fotosyntezy. Powstają z niej: Glukoza Ketokwasy Kwasy tłuszczowe

14 Fotosynteza roślin C₃ i C₄U 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).

15 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.

16 Do roślin tych zaliczamy: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

17 Budowa chlorofilu w centrum cząsteczki Mg łańcuch fitolu

18 Wpływ czynników na fotosyntezęCzynniki endogenne (wewnętrzne) Ilość i rozmieszczenie aparatów szparkowych Czynniki egzogenne (zewnętrzne) Światło (heliofity- światłolubne, skiofity- cieniolubne) Temperatura (25⁰C-35⁰C) Stężenie CO₂ Ilość wody Pierwiastki mineralne

19

20 Chemosynteza Zachodzi bez energii świetlnejMa istotne znaczenie w cyklach bigeochemicznych

21 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 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)

22 Transport asymilatów Wszystkie komórki odżywiane są w sposób stałyZwiązki 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

23

24 Transport w górę i w dół Liście górne i młodociane odżywiają stożek wzrostu Liście dolne odżywiają roślinę aż do korzenia

25 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)

26 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.

27 Odżywianie się mineralne i gospodarka wodnaWoda i sole mineralne. Przystosowanie roślin do pobierania wody. Pobieranie wody i soli mineralnych. Przewodzenie wody i soli mineralnych. Bilans wodny. Naworzenie roślin.

28 1. Woda i sole mineralne Roztwór glebowy- woda i sole mineralneWoda 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 sorbcyjnyjony- związane przez powierzchnię koloidalne gleby Wymiana jonowa Związki nierozpuszczalne

29 2. Przystosowanie roślin do pobierania wodyStrefy 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)

30 3. Pobieranie wody i soli mineralnychDyfuzja Osmoza Pęcznienie Transport aktywny

31 ψ= P₀ – cT (MPa- megapaskal) P₀- ciśnienie turgorowe 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

32 a) Pobieranie wody Pobieranie wody i transport w poprzek korzeniaTransport wzdłuż korzenia i łodygi Transport w liściu i transpiracja

33 b) Pobieranie soli mineralnychDyfuzja jonów przez ścianę komórkową włośników Przenoszenie jonów przez przenośniki białkowe Transport jonów przez dyfuzję wspomaganą przez kanały jonowe (potasowe, wapniowe, chlorkowe)

34 4. Przewodzenie wody i soli mineralnychTransport 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. Transport daleki Pobieranie wody zachodzi przez podciśnienie spowodowane transpiracją- MECHANIZM PASYWNY

35 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.

36 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

37 c) Transport w liściu TranspiracjaTranspiracja 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

38 Bilans wodny Bilans zrównoważony (H₂O pob. = H₂O utrac.)Dodatni (H₂O pob. >H₂O utrac.) Ujemny (H₂O pob.

39 Naworzenie roślin Szybszy wzrost, większa produkcjaSzkodliwość azotanów Używanie nawozów z rozsądkiem

40 Czynniki warunkujące wzrost i kwitnienie roślinStadia rozwojowe roślin nasiennych Stadium wegetatywne Stadium generatywne

41 Stadium wegetatywne Nasiona str. 207 Kiełkowanie Rozwój młodocianySpoczynek względny Spoczynek bezwzględny Kiełkowanie Nadziemne (epigeniczne) Podziemne (hipogeniczne) Rozwój młodociany Ustalenie bieguna korzeniowego i pędowego

42

43

44 Stadium generatywne Wykształcenie:Kwiatów Owoców Nasion Rośliny monokarpiczne- kwitną tylko raz Rośliny polikarpiczne- kwitną wiele razy

45 Ruchy roślin Ruchy roślin powodowane są mechanizmami:Wzrostowymi- np. jedna strona rośnie szybciej Turgorowymi- zmiana ciśnienia turgorowego

46 Tropizmy- działanie bodźca (wyginanie organów w kierunku bodźca)Fototropizm Geotropizm Tigmotropizm Chemotropizm Nastie- niezależne od działania bodźca Nyktinastie Sejsmonastie Termonastie Chemonastia

47 Hormony roślinne Regulatory wzrostu i rozwoju: Auksyny GiberelinyCytokininy Etylen Kwas abscysynowy

48 Strony www http://www.msu.edu/~smithe44/calvin_cycle_process.htm