Trofická struktura, energetika

ve fotosyntéze)
• Fyzikální charakteristika
– 40 – 60 % GR
– vlnová délka 360 – 760 nm (400 – 700 nm)
– fotosynteticky nejvyužitelnější záření λ = 555 nm
Energetická účinnost fotosyntézy
– 1 mol glukózy = 2,8 . 10
6
J
– pro fixaci 1 molekuly CO
2
je potřeba 8 molů
fotonů - na zabudování 6 molů CO
2
(z kterých
vznikne 1 molekula glukózy) je potřeba 48 molů
fotonů
– 1 mol fotonů (λ = 460 nm) = 260 . 10
3
J
224,0
000 260 . 48
000 800 2
==ϕ
Proměnlivost záření jako zdroje x
charakter fotosyntetického aparátu
• Pravidelná proměnlivost v přísunu záření
– denní a roční rytmy (střídání období nasycení a
nedostatku) – kromě pólů, resp. rovníku
–důsledky – pohyby listů, opadávání, tvorba
různého typu listů v průběhu ontogeneze ...
• Nepravidelná proměnlivost
– zastínění oblaky, jinými listy, ...
–důsledky – patrovitost s rozdílným postavením
nebo morfologií listů, heterofýlie, ...
Absorpce záření porostem
Velikost fotosyntetického
aparátu
• Index listové plochy
Leaf area index (LAI)
velikost listové plochy ve vztahu k plošné
jednotce půdy
pšenice 8-10, ječmen 9-11
cukrovka 3-4
brambory 2-3
Velikost fotosyntetického
aparátu
• Integrální listová pokryvnost
Leaf area duration (LAD)
vyjádření indexu listové plochy v časovém měřítku
souvislost s délkou vegetace (raností) odrůd
Index listové plochy (LAI) cukrovky
Jursík, 2004
Příklad různé LAD u hybridů
kukuřice
• Rychle dozrávající hybridy
– rychlý nárůst listové plochy (sušiny)
– obsah škrobu v zrnu se zpočátku navyšuje velmi rychle, později
dochází ke zpomalení nárůstu
– vhodné pro pěstování v chladnějších a vlhčích oblastech
•Rovnoměrně dozrávající hybridy
– hybridy s postupným dozráváním, přechodné formy
• Stay-green hybridy
– dlouho zůstává zachován fotosyntetický aparát
– kontinuální tvorba asimilátů
– pomalé dozrávání - nutné delší vegetační období
– riziko nedosažení potřebného obsahu sušiny při sklizni
Vlivy působící na absorpci záření
rostlinami
• Odražené záření (albedo)
– sníh 0,9
– povrch půdy 0,1 – 0,2
– zapojený porost 0,2
– lesní porosty 0,06 – 0,2
• Vlivy působící na velikost albeda
– úhel dopadajícího záření na porost
– postavení listů (vertikální x horizontální)
– vertikální struktura porostu
Vlivy působící na absorpci záření
porostem
Pronikání záření do porostu
– extinkce (postupná absorpce v porostu)
– vyjádření extinkčním koeficientem
• úzké a vertikálně orientované listy – nižší hodnoty,
pomalejší absorpce
• velké listy s malým úhlem vůči povrchu – vyšší
hodnoty, rychlejší absorpce
Absorpce záření porostem
LAI.k
0 e.II
−
=
I = ozářenost v určité hloubce porostu
Io = ozářenost nad porostem
k = extinkční koeficient (0,5 - 0,9)
LAI = kumulativní pokryvnost listoví od povrchu porostu do příslušnéhloubky
Podle Monsi a Saeki in Nátr, 2003
0,84řepka olejka
0,88tolice vojtěška
0,93vigna
0,76jetel plazivý
0,61čirok obecný
0,59třtina cukrová
0,57kostřava rákosovitá
0,51rákos obecný
krostlinný druh (extinkční koeficient)
Vlivy působící na absorpci záření
rostlinami
Absorpce záření listy:
• 3 složky toku slunečního záření: Q = Q
R
+ Q
A
+ Q
T
– odraz (reflexe) – 0,1
– pohlcení (absorpce) – 0,8
– prostup (transmise) – 0,1
• závislost absorpce listem na vlnové délce (části spektra):
–UV záření – 0,99
– modrofialová a červenooranžová – 0,9
– zelená – 0,5
–NIR záření – 0,05 - 0,25
• hodnoty složek záření v oblasti FAR (PAR):
– odraz (reflexe) 0,06 - 0,12
– prostup (transmise) – 0,1 – 0,2
Agrotechnické postupy regulace
světelného požitku
• Architektura porostu
– horizontální struktura - spon
– vertikální struktura
– postavení asimilačních orgánů
Plošné rozmístění rostlin
• Řádkový výsev
– úzké do 12,5 cm (obilniny, řepka, další běžné
polní plodiny)
–středně široké 15 – 30 cm (zeleniny, ...)
– široké nad 45 cm (okopaniny, zeleniny, kukuřice)
• Pásový výsev
–v řádku
– spojením více řádků
• Výsev na široko
–zrniny
• Výsadba v pravidelném sponu
–křížový (zelenina, ovocné stromy)
– hnízdový (zelenina)
Agrotechnické postupy regulace
světelného požitku
• Délka vegetační doby
– ozimé x jarní plodiny
– pozdní x rané odrůdy
– agrotechnické lhůty výsevu
Agrotechnické postupy regulace
světelného požitku
•Účinnost fotosyntetického aparátu
– regulace zaplevelení – odstranění
konkurence
– ochrana proti chorobám a škůdcům –
poškození listového aparátu
–výživa, především N
Maximální fotosyntetická kapacita
• vyšší u rostlin, které nemívají zdroje (vodu,
světlo, živiny) jako limitující faktor
• nižší u pouštních rostlin, stínomilných,
mechů ...
• s rostoucí PAR (FAR) vyšší u rostlin s
fotosyntézou typu C
4
než C
3
rychlost fotosyntézy, která probíhá při plném nasycení
dopadajícím zářením (světelný saturační bod), při
optimální teplotě, vysoké relativní vlhkosti, normální
koncentraci plynů, ...
•Světelný kompenzační bod
– intenzita osvětlení, při které se rychlost
fotosyntézy vyrovná respiraci
Krátkodobá max. rychlost růstu a
fotosyntetická účinnost v různých pásmech
přeměna
PAR %
rychlost
g/m
2
/den
plodinapřeměna
PAR %
rychlost
g/m
2
/den
plodina
5,931kukuřice7,624kukuřice
8,437třtina c.4,220hrách
3,311palma ol.9,827sója
3,715maniok3,718pšenice
6,751čirok7,340srha
3,023rýže9,531cukrovka
4,627bavlník5,423brambor
5,638kukuřice4,323jetel
Podle Cooper, 1975
Základní typy fotosyntézy
• Fotosyntéza typu CAM (Crassulacean Acid Metabolism)
– první produkt asimilace kyselina jablečná (malát) vzniká
v noci za účasti enzymu PEPs (fosfoenolpyruvát
karboxyláza)
– malát se hromadí ve vakuole
– ve dne se z malátu uvolňuje CO
2
– zabudová se do asimilátů v Calvinově cyklu s pomocí
enzymu rubisco
• Hlavní zástupci – sukulenty a epifyty
– Echinocactus, Ferocactus, Opuntia, Tillandsia
Ekologické rozdíly mezi druhy s
různými typy fotosyntézy
Reakce na teplotu prostředí:
• u druhů C3 vzrůstá s teplotou rychle respirace
• nad 30 °C vyšší kvantový výtěžek C4 rostlin
• pod 22 °C vyšší výtěžek u C3 rostlin