Energetický metabolismus rostlin

RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.

MB130P17

Syllabus:

1. Úvod

Fotosyntéza v kontextu fyziologie rostlin. Fotosyntetická produktivita na Zemi. Účinnost fixace sluneční energie rostlinami. Kvantový výtěžek a požadavek. Hlavní druhy plodin zabezpečující produkci potravin.

2. Energetická bilance listu a porostu

Záření, fotony, energie kvanta, sluneční záření : spektrum, fyziologické účinky jednotlivých částí spektra. Energie přijímaná, vydávaná a pohlcená listem.

3. Skleníkový efekt

Podstata skleníkového efektu, změny koncentrace CO2 a ostatních skleníkových plynů. Možnosti omezování účinku skleníkového efektu na Zemi. Vliv CO2 na rostliny (primární a sekundární), ekologické důsledky, předpokládaný budoucí vývoj.

4. Fotosyntetické struktury

List, chloroplast, thylakoidní membrána. Fotosyntetické struktury prokaryot, endosymbiotický původ plastidů eukaryot. Plastidy hlavních skupin řas a vyšších rostlin, vzájemné přeměny. Chloroplasty: struktura, funkce, změny během ontogenese.

5. Fotosyntetická barviva a primární procesy fotosyntézy

Chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny. Absorpce energie kvanta molekulou chlorofylu. Fotosyntetický přenos elektronů (cyklický a necyklický), protonový gradient a fotofosforylace.

6. Fotosyntetická fixace CO2

Rubisco a její aktivace, Calvinův cyklus, oxygenázová aktivita Rubisco, tvorba škrobu nebo sacharosy, transport asimilátů z chloroplastů. PEPkarboxyláza a fixace CO2 u rostlin C4 a CAM.

7. Fyziologie fotosyntézy

Rychlost čisté a hrubé fotosyntézy. Fotorespirace. Vliv světelného záření, koncentraceCO2 a O2, teploty, zásobení vodou a minerálními živinami na rychlost čisté fotosyntézy. Fotoinhibice a ochranné mechanismy, xanthofylový cyklus. Fotosyntéza během ontogenese listu a rostliny, vliv inzerce listů, heterogenita na listové čepeli.

8. Fotosyntéza jako difuse CO2

Cesta CO2 do listu, cesta vodní páry z listu. Odvození difusních odporů/vodivostí proti/pro přenos vodní páry a CO2, metody jejich stanovení.

9. Průduchy

Stavba, výskyt a četnost průduchů. Mechanismy otevírání a zavírání průduchů. Vliv vnějších a vnitřních faktorů na vodivost průduchů.

10. Fotosyntéza a dýchání

Úloha dýchání při růstu rostlin, vztah dýchání a fotosyntézy, fotorespirace. Biochemie a fyziologie dýchání. Jednotlivé složky dýchání: růstová, udržovací, transportní, absorpční, asimilační.

11. Fotosyntéza u rostlin in vitro

Specifita kultivačních podmínek. Anatomické a fyziologické charakteristiky rostlin in vitro. Fotosyntéza během přenosu rostlin do podmínek ex vitro a během aklimatizace.

12. Metody měření rychlosti fotosyntézy

Metody gravimetrické, gazometrické, fluorometrické, využití 14C a stabilních isotopů, isotopový poměr δ 13C. Matematické modely. Růstová analýza. Metody měření listové plochy. Moderní přístup kombinace kyslíkové elektrody a fluorescence chlorofylu pro měření fotosyntetické a fotochemické aktivity listu.

Studijní literatura:

Larcher, W.: Physiological Plant Ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. Fourth Edition. – Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 2003. ISBN 3-540-43516-6.

Lawlor, D.W.: Photosynthesis. Third Edition. BIOS Scientific Publishers, Oxford, UK 2001. ISBN 1-85996-157-6.

Luštinec, J., Žárský, V.: Úvod do fyziologie vyšších rostlin. Kap. 5: Fotosyntéza. Kap. 6: Respirace. – Univerzita Karlova v Praze, Nakladatelství Karolinum, Praha 2003. 262 stran. Cena 275,- Kč. ISBN 80-246-0563-5.

Malkin, R., Niyogi, K.: Photosynthesis. – In: Buchanan, B., Gruissem, W., Iones, R. (Eds.): Biochemi stry and Molecular Biology of Plants. Pp. 568-628. American Society of Plant Physiologists, Rockville, MD, U.S.A. 2000.

Nátr, L.: Rostliny, lidé a trvale udržitelný život člověka na Zemi. – Karolinum, nakladatelství Univerzity Karlovy, Praha 1998. 136 stran. ISBN 80-7184-681-3.

Nátr, L.: Koncentrace CO 2 a rostliny. – ISV nakladatelství, Praha 2000.

257 stran, cena 195,- Kč. ISBN 80-85866-62-5.

Nátr, L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva. – ISV nakladatelství, Praha 2002. 423 stran, cena 389,- Kč. ISBN 80-85866-92-7.

Nátr, L.: Země jako skleník: Proč se bát CO 2 ? - Academia, Praha 2006. (Průhledy, sv. 2). 142 stran, cena 150,- Kč. ISBN 80-200-1362-8.

Pavlová, L.: Fyziologie rostlin, část II: Rostlina a energie, str. 13-86. – Nakladatelství Karolinum, Univerzita Karlova v Praze 2005, cena 280,- Kč, ISBN 80-246-0985-1.

Procházka, S. a kolektiv: Fyziologie rostlin. Pp. 124-197. – Academia, Praha 1998.

Raghavendra, A.S. (Ed.): Photosynthesis. A Comprehensive Treatise. – Cambridge University Press, Cambridge 1996.

Voet, D., Voetová, J. G.: Biochemie. Pp. 657-691. Victoria Publishing, Praha 1995.