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

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

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

Toky energie v ekosystémech a evapotranspirace. Jakub Brom LAE ZF JU a ENKI o.p.s.

Faktory počasí v ekologii - úvod

Fyzikální podstata DPZ

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

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

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Ekosystém. tok energie toky prvků biogeochemické cykly

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

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

II. Rostlina a energie

Systémy pro využití sluneční energie

Vylepšování fotosyntézy

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

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

22. Čím je významná publikace SIlent spring

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

Energetický metabolismus rostlin. respirace

Obnovitelné zdroje energie Solární energie

Školení CIUR termografie

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

Vliv rostlin na povrchovou teplotu Země. ing. Pavel Oupický Oddělení optické diagnostiky Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.

Fotosyntéza (2/34) = fotosyntetická asimilace

Stručný úvod do spektroskopie

Záření absolutně černého tělesa

1- Úvod do fotosyntézy

1/55 Sluneční energie

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

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

Otázky k předmětu Globální změna a lesní ekosystémy

FOTOBIOLOGICKÉ POCHODY

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

Klimatické faktory. Kategorie klimatu:

Organizmy a biogeochemické cykly hlavních prvků (C,N,P) a látek (voda) v ekosystému. (Hana Šantrůčková, Katedra biologie ekosystémů, B 361)

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

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

LI-6400; Gazometrická stanovení fotosyntetických parametrů

Ekologie fotosyntézy

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

VLIV SPEKTRÁLNÍHO SLOŽENÍ FOTOSYNTETICKY AKTIVNÍ RADIACE NA INDUKCI FOTOSYNTÉZY TERMOOPTICKÝ JEV

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Co umí strom aneb o zeleni s trochou fyziky. Jan Pokorný ENKI, o.p.s. Ústav systémové biologie a ekologie AVČR

Energetika ekosystémů

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

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

Fyziologie rostlin - maturitní otázka z biologie (3)

LI-6400; Gazometrická stanovení fotosyntetických parametrů

ČLOVĚK A PŘÍRODA, PŘÍRODNÍ PODMÍNKY

DPZ - IIa Radiometrické základy

LI-6400; Gazometrická stanovení fotosyntetických parametrů

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory Proč vidíme viditelné světlo? (doplňkový materiál)

VYUŽITÍ SPALNÉ KALORIMETRIE VE VZTAHU ROSTLINA-PŮDA- ATMOSFÉRA. František Hnilička, Margita Kuklová, Helena Hniličková, Ján Kukla

DYNAMIKA PROMĚNLIVOSTI KONVERZNÍHO FAKTORU ZA TYPICKÝCH DNŮ

FYZIKA VE FYZIOLOGII ROSTLIN

Světlo jako elektromagnetické záření

ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Bezkontaktní termografie

Charakteristiky optického záření

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

Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. Dálkový průzkum Země

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

Autor: Katka Téma: fyziologie (fotosyntéza) Ročník: 1.

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

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

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

Energetika v ČR XVIII. Solární energie

Vodohospodářské důsledky změny klimatu

Sníh a sněhová pokrývka, zimní klimatologie

Název: Studium záření

Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická. Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. ZÁKLADY EKOLOGIE.

Možné dopady měnícího se klimatu na území České republiky

Fyzika svrchní atmosféry a její výzkum pomocí umělých družic (01)

LI-6400; Gazometrická stanovení fotosyntetických parametrů

ení k tvorbě energeticky bohatých organických sloučenin

Biosyntéza sacharidů 1

Faktory ovlivňující intenzitu záření. Spektrální chování objektů. Spektrální odrazivost. Spektrální chování. Spektrální chování objektů [ ]

Praktikum III - Optika

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

J i h l a v a Základy ekologie

Key words solar radiation, phytoactinometry, reflected radiation, spatial radiation

Podmínky působící na organismy: abiotické - vlivy neživé části prostředí na organismus biotické - vlivy ostatních živých organismů na život jedince, m

Využití sluneční energie díky solárním kolektorům Apricus

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

PRŮVODCE: Jak vybrat vhodné osvětlení do. akvária a terária. Jak vybrat optimální osvětlení do terária

Stojaté a částečně stojaté vlny

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

1/66 Sluneční energie

Aktivita CLIL Chemie I.

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

Měření množství dopadající energie světla. Fotoinhibice, fotopoškození a fotoprotekční mechanismy

Transkript:

MB130P68 Globální změny a trvalá udržitelnost. ZS 2012/2013 Globální změny klimatu a trvale udržitelný rozvoj 2. Biologické principy fotosyntetické produkce rostlin Lubomír Nátr Lubomír Nátr

2. Biologické principy fotosyntetické produkce rostlin Sluneční záření zajišťuje energii a potravu pro vše živé na Zemi. Co zajišťují rostliny pro lidstvo? Jak se tvoří biomasa v rostlinách: Fixace CO2 s využitím energie záření. Sluneční záření: spektrum, vlastnosti, význam pro rostliny, živočichy, člověka. Lubomír Nátr 2009

Jaderné reakce Záření O 2 CO 2 Biomasa FOTOSYNTÉZA Lubomír Nátr 2009

Jaderné reakce Záření O 2 CO 2 Biomasa FOTOSYNTÉZA The portion of Sun radiation energy fixed in photosynthesis Theoretical maximum: about 11 (22) % Global annual mean: 0,12 % Lubomír Nátr 2009 Why not more?

FOTOSYNTÉZA Jaderné reakce Záření O 2 CO 2 Biomasa Voda N, P. K, Ca, Mg, Kvalita půdy Lubomír Nátr 2009

Všežravci (i lidé) Masožravci Býložravci 0,1 % 1 % 10 % Producenti rostliny = 100 % Lubomír Nátr 2009

CO 2 H 2 O Fotoautotrophy Heterotrophy O 2 Assimilates Lubomír Nátr 2009

Záření (1) Sluneční (300 až 3000 nm) (2) Ultrafialové (<400 nm): A, B, C (3) Fotosynteticky aktivní radiace (FAR, PAR, 400 až 700 nm) (4) Infračervené (>700 nm) Jiné členění: Lubomír Nátr 2009 1 nm = 10-9 m (A) Krátkovlnné (300 až 3000 nm) (B) Dlouhovlnné (> 3000 nm) Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Sluneční záření ovlivňuje rostliny: 1.Přímo: (a) Umožňuje fotosyntézu PAR: 400 až 700 nm (b) Modifikuje velikost a složení struktur UV (<400 nm), PAR, IR (>700 nm) (c) Spoluurčuje rychlost vývoje rostlin Fotoperiodismus (krátký a dlouhý den) (d) Určuje směr růstu (fototropismus) (e) Poškozuje struktury a procesy UV nebo nadměrné celkové záření 1.Nepřímo: Ovlivňuje počasí a klima Země i Lubomír Nátr 2009 mikroklima dané lokality Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

SOLAR CONSTANT SOLÁRNÍ KONSTANTA 1373 W.m -2 ATMOSPHERE/ ATMOSFÉRA Temperate Region / Mírné pásmo: max. 1000 W.m -2 1000 1200 kwh. m -2.yr -1 6 8 kwh.m -2.day -1 EARTH SURFACE / ZEMSKÝ POVRCH

Lubomír Nátr 2009

In our conditions annually Only less than 1% of sun energy is fixed in biomass about 0.5-1 Kg/m2 Used for albedo, heating and evaporation 1kg of biomass contains only 0,5%of energy radiating on canopy

ENERGY IN BIOMASS Annual biomass production 0.5 % Out of total annual sun radiation Production: 1 kg dry mass / 1 m 2 1 kg contains/obsahuje 5 6 kwh

Albedo Albedo is the fraction of solar energy (shortwave radiation) reflected from the Earth back into space

E = h. c / λ E: energie 1 fotonu h: Planckova konstanta (6,626. 10-34 J s) c: rychlost světla ve vakuu (299800 km s -1 ) Λ: vlnová délka (m, 1 m = 1O 9 nm) E A = E N E A : energie 1 kvanta fotonů N: Avogadrovo číslo (6,022. 10 23 mol -1 ) E A420 = 292 kj mol -1 E A680 = 176 kj mol -1 Lubomír Nátr 2009 Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Stefanův-Boltzmannův zákon energie záření J = σ. T 4 σ: : Stefanova-Boltzmannova konstanta (5,670. 10-8 W m -2 K -4 ) T: teplota v kelvinech (273,15 o C ) Roste-li teplota tělesa, intenzita záření velmi rychle vzrůstá a jeho spektrum se posouvá k vyšším frekvencím. Lubomír Nátr 2009 Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Wienův zákon posuvu Λ = 3,6. 10 6 (nm K) / T(K) maxt T: teplota v kelvinech (pro maximum energie, konstanta = 2,9. 10 6 nm K) Λ max5800 = 620 nm Λ max290 = 12400 nm Každé těleso, jehož teplota je vyšší než absolutní 0 (T = 0 K = -273,15 o C), vydává záření, jehož složení závisí na teplotě tělesa. Největší počet emitovaných kvant (oblast s maximální hustotou toku fotonů) má vlnovou délku (λ max, ), pro kterou platí vztah daný Wienovým zákonem posunu pro maximální hustotu toku fotonů: Slunce má na povrchu teplotu 5800 K a maximální hustota toku fotonů leží v oblasti kolem 620 nm. Slunce vydává maximum energie v oblasti kolem 500 nm. Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké Lubomír fakulty Nátr 2009 Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Slunce má na povrchu teplotu 5800 K a maximální hustota toku fotonů leží v oblasti kolem 620 nm. Tok fotonů 160x10 21 140x10 21 120x10 21 100x10 21 80x10 21 60x10 21 1000 K 2000 K 3000 K 4000 K 5000 K 6000 K 40x10 21 20x10 21 0 0,0 200,0x10-9 400,0x10-9 600,0x10-9 800,0x10-9 1,0x10-6 1,2x10-6 Vlnová délka 1,4x10-6 1,6x10-6 1,8x10-6 Lubomír Nátr 2009 Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Kelvin Wm -2 nm 0,0000 0,0000 25,0000 0,0221 116000,0000 50,0000 0,3544 58000,0000 100,0000 5,6700 29000,0000 200,0000 90,7200 14500,0000 300,0000 459,2700 9666,6667 400,0000 1451,5200 7250,0000 500,0000 3543,7500 5800,0000 1000,0000 56700,0000 2900,0000 2000,0000 907200,0000 1450,0000 3000,0000 4592700,0000 966,6667 4000,0000 14515200,0000 725,0000 5000,0000 35437500,0000 580,0000 6000,0000 73483200,0000 483,3333 Katedra fyziologie rostlin Přírodovědecké Lubomír fakulty Nátr 2009 Univerzity Karlovy. Lubomír Nátr

Lubomír Nátr 2009

Dopadající sluneční záření (100%) Odražené sluneční záření (15%) Záření pohlcené listem (75%) Procházející sluneční záření (15%) Lubomír Nátr 2009

List, chloroplast, tylakoidní membrána Fotosyntéza Lubomír Nátr 2009

Energetická bilance listu (rostliny, porostu) Infračervené záření Lubomír Nátr 2009

Záření (světlo) Fotosyntéza: obecný přehled Zdroj e - a H + H 2 O, H 2 S aj. Substráty CO 2, NO 3- aj. Lawlor, 1993, uprav. Růst Absorpce pigmenty Přenos energie e - H + Odpad O 2, S Biochemie e - H + Přeměna energie zářivá chemická ADP+P i Přenos e - H + ATP Lubomír Nátr 2009 Donor e - Redukovaný akceptor (NADPH) Oxidovaný akceptor (NADPH)

Lubomír Nátr 2009

O 2 3C rubisco RuBP 5C 2C CO 2 Fotorespirace: pohlcování O 2 a výdej CO 2 Lubomír Nátr 2009

CO 2 3C PEPc 4C 4C rubisco 1C (CO 2 ) Buňky mezofylu 5C Lubomír Nátr 2009 Buňky parenchymatických pochev svazků cévních

CO 2 3C PEPc4C Buňky mezofylu 5 C 4C rubi sco 1C (CO 2 ) Buňky parenchymatických pochev svazků cévních Lubomír Nátr 2009

Lubomír Nátr 2009

Lubomír Nátr 2009

Lubomír Nátr 2009

Lubomír Nátr 2008

Rice Potato Sugar beet Cassava Barley Batate Soybean Oil plame Tomato Sorghum Orange Cabbage Coconut Bananas Bean Carrot Capsicum Lettuce Peas Lentil 600 500 400 300 200 100 P Wheat Maize 0 Production in 1996 (10 6 t)

Lubomír Nátr 2008