FYZIKA VE FYZIOLOGII ROSTLIN

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "FYZIKA VE FYZIOLOGII ROSTLIN"

Michal Bartoš
před 4 lety
Počet zobrazení:

2 FYZIKA VE FYZIOLOGII ROSTLIN Martina Špundová Katedra biofyziky PřF UP Olomouc

3 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH 1. chemický a vodní potenciál 2. transport vody v rostlinách 3. metody a přístroje pro stanovení vodního potenciálu a jeho složek FOTOSYNTÉZA 1. úvod 2. gazometrické měření rychlosti fotosyntézy 3. fluorescence chlorofylu a její využití při studiu stresů rostlin

4 VODA V (ROSTLINNÉ) FYZIOLOGII 1. struktura biomolekul 2. rozpouštědlo 3. prostředí pro biochemické reakce 4. substrát v biochemických reakcích (fotosyntéza) 5. regulace teploty (transpirace) 6. regulace turgidity rostlinných orgánů (růst, tvar orgánů, pohyb listů a květů) 7. transportní médium

5 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI VODY VODÍKOVÉ MŮSTKY 1. velké specifické teplo (4,2 kj kg -1 K -1 ) 2. velké skupenské teplo vypařování (při 25 C: 10,5 kj mol -1 ) ochlazování při transpiraci

6 OCHLAZOVÁNÍ PŘI TRANSPIRACI Kaňa, Vass 2008, Environ Exp Bot 64, Merlot et al. 2002, Plant J 30,

7 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI VODY VODÍKOVÉ MŮSTKY 3. velké povrchové napětí (při 20 C: 0,0728 N m -1 ) 4. kapilární jevy KOHEZE, ADHEZE -smáčivé povrchy: ELEVACE zakřivený povrch tlak (podtlak)

8 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH -samovolný tok vody mezi dvěma místy (v rostlině) pouze v případě, že voda má v těchto místech rozdílný chemický potenciál m w m w1 > m w2

9 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH chemický potenciál vody (J mol -1 ) m w = m w 0 + R T ln a w + V w p + m w g h R univerzální plynová konstanta (8,314 J mol -1 K -1 ) T teplota (K) a w aktivita vody V w parciální molární objem vody (1,8 * 10-5 m 3 mol -1 ) p... hydrostatický tlak

10 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH R T ln a w =... = - p V w m w = m w 0 - p V w + V w p + r w V w g h Y w = m w /V w VODNÍ POTENCIÁL Y w = -p + p + r w g h Y w = Y s + Y p + Y g

11 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH VODNÍ POTENCIÁL (MPa) Y w = Y s + Y p + Y g Y s osmotický potenciál Y p tlakový potenciál (kladný v buňkách, záporný v xylému) Y g gravitační potenciál

12 VODNÍ POTENCIÁL A JEHO SLOŽKY strom

13 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI VODY VODÍKOVÉ MŮSTKY 3. velké povrchové napětí (při 20 C: 0,0728 N m -1 ) 4. kapilární jevy KOHEZE, ADHEZE -smáčivé povrchy: ELEVACE zakřivený povrch tlak (podtlak)

14 TLAK POD ZAKŘIVENÝM POVRCHEM KAPALINY Laplaceův vztah pro kapilární tlak (kulová plocha): f i 2 s i p = = S R s... povrchové napětí R... poloměr křivosti povrchu (= poloměr kapiláry r při dokonalé smáčivosti) r h

15 DO JAKÉ VÝŠKY VYSTOUPÍ VODA V KAPILÁŘE? vodní sloupec v kapiláře bude v rovnováze, když: 2 s r = h ρ g h = 2 s r ρ g při 20 C: s = 0,073 N m -1 ρ = 998,2 kg m -3 g = 9,81 m s -2 1, h = = r d

16 DO JAKÉ VÝŠKY MŮŽE VYSTOUPIT VODA V ROSTLINĚ? průměr cévních elementů xylému: 100 mm h = = 0,3 m MÁLO! 10-4 průměr celulózových mikrokapilár v buněčné stěně mezofylových buněk: nm h = m teoreticky

17 TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH Transpiration - YouTube.url

18 MĚŘENÍ VODNÍHO POTENCIÁLU A JEHO SLOŽEK - PSYCHROMETR (Yw,( Ys) - TLAKOVÁ KOMORA (Yw)( - KRYOSKOPICKÝ OSMOMETR (Ys)( - TLAKOVÁ SONDA (Yp)(

19 PSYCHROMETRICKÉ MĚŘENÍ VODNÍHO POTENCIÁLU Yw w = (RT/Vw) ln (p/po) Yw w = (RT/Vw) ln (RH) p/po relativní vlhkost vzduchu p = aktuáln lní tlak vodní páry ve vzduchu, který je v rovnováze se vzorkem (MPa) po = tlak nasycené vodní páry (MPa) při p i teplotě T

20 PSYCHROMETRICKÉ MĚŘENÍ VODNÍHO POTENCIÁLU

21 TERMOČLÁNKOVÉ PSYCHROMETRY WESCOR C-52 Sample chamber WESCOR Dew Point Microvoltmeter, model HR-33T

22 TERMOČLÁNKOVÉ PSYCHROMETRY WESCOR Dew Point Microvoltmeter HR-33T+C-52 Sample chamber

23 TERMOČLÁNKOVÉ PSYCHROMETRY KALIBRACE

24 TERMOČLÁNKOVÉ PSYCHROMETRY WESCOR C-52 Sample chamber rozsah: to -8 MPa přesnost: 0.01 MPa ± 2% -přímé měření Ψ w -nepřímé měření Ψ p = Ψ w -Ψ s nevýhody: -dlouhé vyrovnávání -destruktivní měření

25 TLAKOVÁ KOMORA Y w = - P v komoře

26 TLAKOVÁ KOMORA PMS INSTRUMENT Company Model 600 Pressure Chamber Instrument Model 615 Pressure Chamber Instrument

27 TLAKOVÁ KOMORA PMS INSTRUMENT Company Portable pressure bomb

28 TLAKOVÁ KOMORA

29 TLAKOVÁ KOMORA

30 KRYOSKOPICKÝ OSMOMETR - osmotický potenciál l (Ψ( s ) roztoků - bod tánít

31 TLAKOVÁ SONDA - tlakový potenciál Ψ p v jednotlivých buňkách buňka zelené řasy Nitella

32 TLAKOVÁ SONDA - tlakový potenciál Ψ p v jednotlivých buňkách vyšší šších rostlin

33 BIOFYZIKA FOTOSYNTÉZY co je to FOTOSYNTÉZA? 6 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O O 2

34 KDE PROBÍHÁ FOTOSYNTÉZA? vnitřní struktura listu

35 mezofylová buňka chloroplast thylakoidní membrána

36 LOKALIZACE FOTOSYNTETICKÝCH REAKCÍ chloroplast světelné reakce temnotní reakce

37 GAZOMETRICKÉ METODY - CO 2,H 2 O, O 2 -IČanalyzátor CO 2

38 IČ ANALYZÁTOR CO 2 PRINCIP: - specifická absorpce heteroatomických molekul -hlavní absorpční pás CO 2 : 4.25 µm -dalšípásy: 2.66 a 2.77 µm -překryv s absorpčním spektrem vodní páry (2.7 µm)

39 IČ ANALYZÁTOR CO 2 ZDROJ IČ -Ni-Cr spirála C REFERENČNÍ CELA ANALYTICKÉ CELY DETEKTOR ABSORPČNÍ KOMŮRKY

40 IČ ANALÝZA CO 2 OTEVŘENÝ SYSTÉM RYCHLOST FOTOSYNTETICKÉ ASIMILACE CO 2 : air conditioning A N = f (C I -C O )/S f průtok vzduchu listovou komůrkou (C I -C O ) rozdíl koncentrace CO 2 na vstupu/výstupu z komůrky S plocha listu (v komůrce) -možnost regulace CO 2 a vodní páry

41 GAZOMETR LI-6400 (LICOR)

42 GAZOMETRICKÉ PARAMETRY RYCHLOST FOTOSYNTETICKÉ ASIMILACE CO 2 A N = f (C I -C O )/S [mmol CO 2 m -2 s -1 ] = [mol air s -1 ] [mmol CO 2 mol air -1 ] / [m 2 ] RYCHLOST TRANSPIRACE E = f (w O -w I )/S [mmol H 2 O m -2 s -1 ] = [mol air s -1 ] [mmol H 2 O mol air -1 ] / [m 2 ]

43 SVĚTELNÉ KŘIVKY FOTOSYNTÉZY SLUNNÉ VS. STINNÉ ROSTLINY

44 SVĚTELNÉ REAKCE FOTOSYNTÉZY

45 CO SE DĚJE PO DOPADU SVĚTLA NA LIST? dopadající světlo odražené světlo chlorofylová fluorescence absorbované světlo FOTOSYNTÉZA teplo prošlé světlo

46 ABSORPCE CHLOROFYLŮ chlorofyl a absorpční spektra chlorofylů

47 CO SE DĚJE PO ABSORPCI FOTONU MOLEKULOU CHLOROFYLU? excitovaný stav FLUORESCENCE foton ENERGIE TEPLO PŘENOS ENERGIE základní stav molekula chlorofylu

48 FLUORESCENCE CHLOROFYLU emisní spektrum chlorofylu a 5000 intenzita fluor. [rel. j.] vlnová délka [nm]

49 MOLEKULY CHLOROFYLU V THYLAKOIDNÍCH MEMBRÁNÁCH antény (LHC) reakční centrum e - e - donor (H 2 O) akceptor

50 PŘENOS ELEKTRONŮ A PROTONŮ

51 stresový faktor FLUORESCENCE CHLOROFYLU V LISTU antény (LHC) FLUORESCENCE reakční centrum e - e - TEPLO FOTOSYNTÉZA donor (H 2 O) akceptor

52 FLUORESCENČNÍ INDUKCE CHLOROFYLU V LISTU tma světlo tma FOTOSYNTÉZA čas (min)

53 FLUORESCENČNÍ KAMERA F M 150 FLUORESCENCE, r.u F V F 0 F S F M TIME, seconds Photon Systems Instruments, s.r.o.

54 VLIV PATOGENNÍ HOUBY INDUKCE FOTOSYNTETICKÉHO ELEKTRONOVÉHO TRANSPORTU kontrolní list pšenice infikovaný list pšenice čas (s) J. Scholes, Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield

55 VLIV PATOGENNÍ HOUBY Lycopersicon spp. + Oidium neolycopersici

56 VLIV FOTOSYNTETICKÝCH HERBICIDŮ - deriváty fenylmočoviny, triazinu, karbamátů, -přerušení elektronového transportu mezi Q A a Q B herbicid

57 POUŽITÍ FLUORESCENČNÍCH METOD fluorescenční mikroskop měření pod vodou měření v porostu

58 MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU PROPUSTNOST LISTŮ PROPUSTNOST LISTU: λ = 650 (940) nm

59 MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU PROPUSTNOST LISTŮ ABSORPCE PROPUSTNOST SPAD

60 POHYB CHLOROPLASTŮ accumulation response (slabé světlo) avoidance response (intenzivní světlo) face position side position

61 POHYB CHLOROPLASTŮ face position side position

62 POHYB CHLOROPLASTŮ VLIV NA MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU face position side position PROPUSTNOST side position face position λ [nm] PROPUSTNOST SPAD

63 POHYB CHLOROPLASTŮ MĚŘENÍ POMOCÍ SPAD DENNÍ CHOD polní podmínky fytokomora

64 MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU ODRAZIVOST LISTŮ 740 nm 660 nm NIR - VIS NDVI = NIR + VIS

65 MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU ODRAZIVOST LISTŮ listopad

MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU ODRAZIVOST LISTŮ červen 2003 říjen 2003 http://en.

66 MĚŘENÍ OBSAHU CHLOROFYLU ODRAZIVOST LISTŮ červen 2003 říjen Gennaro Cappelluti

67 Tř. Svobody 26 Šlechtitelů

Podobné dokumenty

Život rostlin (i ostatních organismů) je neoddělitelně spjat s vodou stálou a nenahraditelnou složkou rostlinného těla. první rostliny vznikly ve vodním prostředí, kde velmi dlouho probíhala jejich evoluce;