Vylepšování fotosyntézy

Podobné dokumenty
Modulace fotosyntézy, zvyšování produktivity genetickými modifikacemi, biotechnologie, umělá fotosyntéza,

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

FOTOSYNTÉZA. Mgr. Alena Výborná Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_01_1_07_BI1

MB130P68 Globální změny a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013. Lubomír Nátr. Lubomír Nátr

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

Fotosyntéza Ekofyziologie. Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR Laboratoř fotosyntézy v Třeboni

FYZIOLOGIE ROSTLIN VÝŽIVA ROSTLIN 1) AUTOTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN 2) HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

1- Úvod do fotosyntézy

SPOTŘEBA ENERGIE ODKUD BEREME ENERGII VÝROBA ELEKTŘINY

Oxid uhličitý, biopaliva, společnost

FOTOSYNTÉZA. soubor chemických reakcí,, probíhaj v rostlinách a sinicích. z CO2 a vody jediný zdroj kyslíku ku pro život na Zemi

značné množství druhů a odrůd zeleniny ovocné dřeviny okrasné dřeviny květiny travní porosty.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Fotosyntéza světelná fáze. VY_32_INOVACE_Ch0214.

Ekosystém. tok energie toky prvků biogeochemické cykly

Pěstování energetických plodin pro výrobu bioplynu

Sluneční energie. Základní energie - celkové množství přiváděné k Zemi cca 1350 W.m % se odrazí do kosmického prostoru 15 % pohlceno atmosférou

MB130P68 Globální změny a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013. Lubomír Nátr. Lubomír Nátr

METABOLISMUS SACHARIDŮ

22. Čím je významná publikace SIlent spring

Fotosyntéza Světelné reakce. Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR Laboratoř fotosyntézy v Třeboni

Fyziologie rostlin. 9. Fotosyntéza část 1. Primární fáze fotosyntézy. Alena Dostálová, Ph.D. Pedagogická fakulta ZČU, letní semestr 2013/2014

VY_32_INOVACE_ / Projevy a podmínky života Život na Zemi Projevy života

FOTOSYNTÉZA. CO 2 a vody. - soubor chemických reakcí. - probíhá v rostlinách a sinicích. - zachycení a využití světelné energie

Zemědělské systémy I týden

Ekologie fotosyntézy

Indikátory pro polní plodiny v rámci výzkumného záměru

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

SLEDOVÁNÍ VZTAHU MEZI OBSAHEM ENZYMU RUBISCO A KONCENTRACÍ CO 2 V CHLOROPLASTU

Obnovitelné zdroje energie

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

CZ.1.07/1.5.00/ Digitální učební materiály III/ 2- Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

MB130P68 Globální změny a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013. Lubomír Nátr. Lubomír Nátr

Energetické zdroje budoucnosti

Nové směry v rostlinných biotechnologiích

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností. průduchů. Stomatální limitace rychlosti transpirace a rychlosti. Efektivita využití vody

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

aneb Fluorescence chlorofylu jako indikátor stresu

VLIV DÁVKY A FORMY DUSÍKATÉ VÝŽIVY NA VÝNOS A OBSAH DUSÍKATÝCH LÁTEK V ZRNU

Každá molekula kyslíku kterou právě dýcháme vznikla někdy v nějaké rostlině. Každý atom uhlíku našeho těla byl kdysi včleněn fotosyntézou do nějaké

Fotosyntéza ve dne Ch_054_Přírodní látky_fotosyntéza ve dne Autor: Ing. Mariana Mrázková

Možnosti a potenciál energetického využití sluneční energie

Veřejná deklarace ČEZ k udržitelnosti rozvoje a reinvestici povolenek

Správná zemědělská praxe a zdravotní nezávadnost a kvalita potravin. Daniela Pavlíková Česká zemědělská univerzita v Praze

DYNAMIKA PROMĚNLIVOSTI KONVERZNÍHO FAKTORU ZA TYPICKÝCH DNŮ

6. Tzv. holocenní klimatické optimum s maximálním rozvojem lesa bylo typické pro a) preboreál b) atlantik c) subrecent

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

VY_32_INOVACE_12_ENERGETICKE PLODINY

Testování Nano-Gro na pšenici ozimé Polsko 2007/2008 (registrační testy IUNG, Pulawy) 1. Metodika

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

Energie fotonů je předávána molekulám chlorofylu A, který se zachyceným fotonem excituje (uvolní se energeticky bohatý elektron).

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.9.A.22 EU OP VK. Obnovitelné zdroje

okolo 500 let př.n.l. poč. 21.stol

Máte rádi kuřata??? Jiří Hanika. Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Praha

Využití zásoby živin a primární produkce v eutrofních rybnících

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností průduchů. fotosyntézy Efektivita využití vody Globální změna klimatu Antitranspiranty

Umělá fotosyntéza. Michael Hagelberg. Tomáš Polívka, Ústav fyzikální biologie

Meteorologické faktory transpirace

MB130P60 Globální změny, fotosyntéza a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013. Lubomír Nátr. Lubomír Nátr

Obnovitelné zdroje energie

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

VÝNOS A KVALITA SLADOVNICKÉHO JEČMENE PŘI HNOJENÍ DUSÍKEM A SÍROU. Ing. Petr Babiánek

Nedostatek energetické biomasy

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Název zkoušky Zkouška je: Forma Počet témat. Praxe povinná praktická zkouška 10. Chov zvířat povinná ústní zkouška 25

Fotosyntéza a Calvinův cyklus. Eva Benešová

CZ.1.07/1.5.00/ Digitální učební materiály III/ 2- Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Digitální učební materiál

ZMĚNA KLIMATU A JEJÍ DOPADY NA RŮST A VÝVOJ POLNÍCH PLODIN

Biologie 30 Metabolismus, fotosyntéza, dýchání, glykolýza, kvašení

Bioplynová stanice. Úvod. Immobio-Energie s.r.o. Jiráskovo nám. 4 Tel.: Plzeň Fax: contact@immobio-energie.

Otázky k předmětu Globální změna a lesní ekosystémy

HLAVNÍ PROBLÉMY V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ

Metodika indikátor. torů. Bilance energie. prof. Ing. Jan Křen, K

Pokřivená ekologie biopaliva

Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/

Obchodní akademie a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Písek

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Odhady růstu spotřeby energie v historii. Historické období Časové zařazení Denní spotřeba/osoba kj (množství v potravě)

lní vývoj a další směr r v energetickém Mgr. Veronika Bogoczová

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

Stimulace osiva čiroku pro praktické využití a poznatky s výživou u kukuřice

B METABOLICKÉ PROCESY

Anaerobní testování energetických hybridů kukuřice

Koloběh látek v přírodě - koloběh dusíku

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

Česká energetika a ekonomika Martin Sedlák, , Ústí nad Labem Čistá energetika v Ústeckém kraji

Energetické problémy

BIOLOGIE OCEÁNŮ A MOŘÍ

VŠB-TU OSTRAVA. Energetika. Bc. Lukáš Titz

Xtra výnos, Xtra kvalita, Xtra profit.

Metodické pokyny k pracovnímu listu č. 10 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE VYUŽÍVANÉ ČLOVĚKEM 9. ročník

Význam organických hnojiv pro výživu rybniční biocenózy

Fotosyntézu lze schematicky vyjádřit: hv CO H 2 O (CH 2 O)+ O 2 + H 2 O. Rozčlenění pochodů v chloroplastu na membránové a enzymové:

ANALÝZA POTENCIÁLU BIOMASY V ČR S RESPEKTOVÁNÍM POTRAVINOVÉ BEZPEČNOSTI

Pracovní list č. 3 téma: Povětrnostní a klimatičtí činitelé část 2

DUSÍKATÁ VÝŽIVA JARNÍHO JEČMENE - VÝSLEDKY POKUSŮ V ROCE 2006 NA ÚRODNÝCH PŮDÁCH A MOŽNOSTI DIAGNOSTIKY VÝŽIVNÉHO STAVU

Transkript:

Vylepšování fotosyntézy

Využití fotosyntézy potraviny energie (paliva) Obojího bude podle predikcí potřebovat lidstvo čím dál tím víc.

Energetické využití fotosyntézy potřeba nahrazení fosilních paliv ne vše se dá nahradit např. jadernou energií paliva u dopravních prostředků nejdou často nahradit elektřinou

Energetické využití fotosyntézy Různé nápady zpracování biomasy (sinice, řasy, rostliny) na paliva (např. bionafta) zachycování oxidu uhličitého z elektráren řasami pěstování řas v odpadních vodách přímá produkce paliv (uhlovodíků a pod.) řasami či sinicemi zatím mizerná účinnost produkce vodíku fotosyntetickými organismy jen při stresu produkce zajímavých látek řasami (léčiva...) má potenciál

Potraviny Predikce, kolik bude lidstvo potřebovat Současný trend zvyšování výnosů Světový průměr výnosů (Long S.P., Marshall-Colon A., Zhu X.-G. (2015) Meeting the Global Food Demand of the Future by Engineering Crop Photosynthesis and Yield Potential. Cell 161:56 66.)

Produkce biomasy rostlin (hospodářského výnosu plodin) Hospodářský výnos (g m -2 rok -1 ) Y P = P N. HI P N = S. ε i. ε c / k kde Y P : yield potential, hospodářský výnos (g m -2 rok -1 ) HI: harvest index, sklizňový index (podíl hospodářsky hlavního produktu a hmotnosti sušiny celé rostliny, porostu) P N : čistá fotosyntetická produkce S: roční suma slunečního záření (MJ m -2 rok -1 ) ε i : účinnost pohlcení (interception) záření dopadajícího na porost rostlinami ε c : účinnost přeměny (conversion) pohlceného záření ve fotosyntéze k: obsah energie v biomase (MJ g -1 )

Ilustrace pro podmínky ČR Charakteristické hodnoty: S = 500. 10 7 J m -2 rok -1 ε i = 0,8 ε c = 0,01 HI = 0,5 k = 17500 J g -1 ε i : účinnost pohlcení záření ε c : účinnost přeměny záření HI: podíl konzumovatelné biomasy k: obsah energie v biomase Produkce biomasy P N = (500. 10 7. 0,8. 0,01 / 17500) g m -2 rok -1 = = 2285 g m -2 rok -1 = = 2,285 kg m -2 rok -1 Hospodářský výnos Y P = P N. HI = 22,85 t ha -1 rok -1. 0,5 = 11,43 t ha -1 rok -1

Možnosti zvyšování produkce biomasy a výnosů polních plodin S - je určeno geografickou polohou ε i - je dáno fyzikálními vlastnostmi porostu - lze ovlivnit strukturou porostu dynamikou rozvoje listů během vegetace - pro moderní plodiny cca 0,8-0,9 HI - maximum je patrně 0,6 (dosaženo u obilnin) je třeba, aby zrní něco drželo ε c - cca 0,02 pro současné plodiny - teoreticky až 0,10 pro C3 0,13 pro C4

Možnosti zvyšování produkce biomasy a výnosů polních plodin S - je určeno geografickou polohou ε i - je dáno fyzikálními vlastnostmi porostu - lze ovlivnit strukturou porostu dynamikou rozvoje listů během vegetace - pro moderní plodiny cca 0,8-0,9 HI - maximum je patrně 0,6 (dosaženo u obilnin) je třeba, aby zrní něco drželo ε c - cca 0,02 pro současné plodiny - teoreticky až 0,10 pro C3 0,13 pro C4 výrazně zlepšeno během Zelené revoluce zatím téměř bez zlepšení

Proč fotosyntézu neoptimalizovala evoluce? selekce na přežití a rozmnožování, ne přímo na výnos podmínky v přirozeném porostu jiné než na poli konkurence, dostupnost minerálních látek (hnojiv), vody, světla... přizpůsobení jiné koncentraci CO 2 posledních 25 mil. let prům. koncentrace CO 2 220 ppm, dnes 2x tolik většina nárůstu za posledních 100 let

primární procesy Možnosti zlepšování fotosyntézy alternativní pigmenty (Chl d, f) redukce velikosti antén ve vyšších patrech porostu cytochromový komplex? fixace CO 2 lepší Rubisco CO 2 koncentrující mechanismy C4 fotosyntéza do C3 rostlin další karboxyzómy, pyrenoidy zpracování produktu fotorespirace (fosfoglykolátu) Evans J.R. (2013) Improving Photosynthesis. Plant Physiology 162:1780 1793.

Primární procesy fotosyntézy Běží celkem účinně při optimální ozářenost. Možnosti zlepšení: 1. Pigmenty využívající další části spektra teď je více než polovina slun. energie nevyužitelná Chl d, f ze sinic absorbce větších vlnových délek 2. Redukce velikosti antén fotosystémů ve vyšších patrech porostu zbytečně velké, pravděpodobně kvůli konkurenci hodně energie disipují, lepší by bylo její využití ve spodních patrech

Rubisco kompromis mezi rychlostí a schopností diskriminace kyslíku optimalizované ale na 220 ppm CO 2 technické problémy přesné měření aktivity (karboxylázové, oxygenázové) transformace rostlin jiným složité skládání atd.

Změna C3 na C4 fotosyntézu C4 fotosyntéza je účinnější (aspoň za vyšších teplot) asi 60x nezávisle v evoluci mohlo by to jít znovu zkouší se u rýže

Další mechanismy koncentrující CO 2 Zabudování transportérů HCO 3- do membrány plastidů samostatný efekt snížení kompenzační koncentrace CO 2, zvýšení aktivity rubisco a zlepšený růst v prostředí se suchým vzduchem (u Arabidopsis) v kombinaci s dalšími modifikacemi (analogicky pyrenoidu řas či karboxyzómu sinic) Pyrenoid kompartment ve stromatu plastidů řas obsahuje hlavně rubisco a jeho aktivázu protkán sítí tylakoidních trubiček obklopen škrobovým obalem (proti úniku CO 2?) Karboxyzóm mikrokompartment sinic rubisco, obalové proteiny, CA

Manipulace fotorespirační dráhy zpracování fosfoglykolátu eukaryota jen jedna dráha, prokaryota mají i jiné (kratší, se ztrátou méně energie) Kebeish R., Niessen M., Thiruveedhi K., Bari R., Hirsch H.-J., Rosenkranz R., Stäbler N., Schönfeld B., Kreuzaler F., Peterhänsel C. (2007) Chloroplastic photorespiratory bypass increases photosynthesis and biomass production in Arabidopsis thaliana. Nature Biotechnology 25:593 599.