Άσκηση 7η: Ανατομικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά φύλλων σκιάς και φύλλων φωτός του φυτού αριά (Quercus ilex).

Transcript

1 Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσιολογίας Καταπονήσεων των Φυτών Άσκηση 7η: Ανατομικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά φύλλων σκιάς και φύλλων φωτός του φυτού αριά (Quercus ilex) Φύλλο Εργασίας Ονοματεπώνυμα μελών ομάδας: Αποτελέσματα: Κατεβάστε το αρχείο 'Askisi 7-Metriseis.zip' από τη διεύθυνση: 1) Συμπληρώστε τους μέσους όρους για τα φύλλα σκιάς και φωτός των παρακάτω παραμέτρων: φύλλα σκιάς φύλλα φωτός LMA (g cm -2 ) πάχος φύλλου (μm) [Chl] ολ (μg cm -2 ) Chla/b 2) Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων (ETR) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf) για τα φύλλα σκιάς και φωτός. 3) Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης της φωτοσυνθετικής ταχύτητας (Α) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf) για τα φύλλα σκιάς και φωτός.

2 Παραδοτέα-ερωτήσεις 1) Σχολιάστε τις διαφορές μεταξύ φύλλων σκιάς και φωτός όσον αφορά στη συγκέντρωση χλωροφυλλών και την ανατομία. Τα φύλλα σκιάς είναι λεπτότερα και μεγαλύτερα σε επιφάνεια. Ο λόγος ξηρής μάζας ανά επιφάνεια είναι μικρότερος. Οι ανατομικές αυτές τροποποιήσεις εξυπηρετούν τον εξορθολογισμό της φωτοσύνθεσης και τη μεγιστοποίηση της φωτοσυλλογής. Επίσης, τα φύλλα σκιάς έχουν μεγαλύτερη συγκέντρωση χλωροφύλλης ανά επιφάνεια και χαμηλότερο λόγο χλωροφύλλης a προς b. Υψηλότερες τιμές ολικής χλωροφύλλης σχετίζονται με μεγαλύτερα σύμπλοκα φωτοσυλλογής ενώ οι λόγος των δύο χλωροφυλλών δείχνει την αναλογία χρωστικών των φωτοσυλλεκτικών συμπλόκων προς τα φωτοσυστήματα. Και οι δύο αυτές παράμετροι σχετίζονται με τη μεγιστοποίηση της φωτοσυλλογής ανά φωτοσύστημα. 2) Ποιες διαφορές μπορείτε να εντοπίσετε μεταξύ των δύο κατηγοριών φύλλων στην καμπύλη απόκρισης της φωτοσύνθεσης (Α) και στην καμπύλη απόκρισης του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων (ETR) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf); Όσον αφορά στην καμπύλη της φωτοσυνθετικής ταχύτητας, παρατηρούμε μεγαλύτερη μέγιστη τιμή φωτοσύνθεσης στα φύλλα φωτός σε σχέση με τα φύλλα σκιάς. Τα φύλλα σκιάς έχουν μικρότερη τιμή αναπνοής και μεγαλύτερες τιμές φωτοσύνθεσης στις χαμηλές εντάσεις ακτινοβολίας. Όσον αφορά στην καμπύλη του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων, η ικανότητα του φύλλου φωτός για φωτοχημικό έργο είναι σαφώς μεγαλύτερη σε όλη την περιοχή εντάσεων ακτινοβολίας. Στις υψηλές εντάσεις ακτινοβολίας, τα φύλλα σκιάς εμφανίζουν μείωση του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων σε σύγκριση με χαμηλότερες εντάσεις. 3) Που οφείλονται οι παραπάνω διαφορές; Τα φύλλα φωτός διαθέτουν φωτοσυνθετική συσκευή η οποία τόσο στο επίπεδο της φωτοσυλλογής και των φωτοχημικών αντιδράσεων όσο και στο επίπεδο της αγωγιμότητας του CO 2 και της φωτοσυνθετικής του αναγωγής στους χλωροπλάστες είναι αποδοτικότερη αυτής των φύλλων σκιάς. Η υψηλότερη αυτή αποδοτικότητα αφορά ειδικότερα στις υψηλότερες τιμές έντασης προσπίπτουσας ακτινοβολίας. 4) Στην καμπύλη απόκρισης του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων (ETR) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf), τα φύλλα σκιάς εμφανίζουν μείωση σε υψηλές τιμές έντασης. (α) Πως ονομάζεται το φαινόμενο αυτό και (β) που οφείλεται; (α) φωτοπαρεμπόδιση (β) η φωτοπαρεμπόδιση είναι η μείωση της φωτονιακής απόδοσης της φωτοσυνθετικής συσκευής και οφείλεται στο υπερβολικό πλεόνασμα ενέργειας που απορροφούν τα κέντρα αντίδρασης των δύο φωτοσυστημάτων σε σχέση με τη δυνατότητά τους να αξιοποιήσουν αυτή την ενέργεια για την αφομοίωση του CO 2.

3 Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσιολογίας Καταπονήσεων των Φυτών Άσκηση 5η: Μελέτη φωτοσυνθετικών και υδατικών παραμέτρων των φύλλων του φυτού Vicia faba υπό την επίδραση έλλειψης νερού Φύλλο Εργασίας Ονοματεπώνυμα μελών ομάδας: Αποτελέσματα: Κατεβάστε το αρχείο 'Askisi 5-Metriseis.zip' από τη διεύθυνση: 1) Συμπληρώστε τους μέσους όρους του σχετικού περιεχομένου σε νερό (RWC) για τους δύο χειρισμούς: ποτισμένα φυτά απότιστα φυτά 2) Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης της φωτοχημικής απόδοσης του PSII (ΦPSII) και του ρυθμού ροής ηλεκτρονίων (ETR) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf) για τους δύο χειρισμούς. 3) α) Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης της φωτοσυνθετικής ταχύτητας (An) και της ταχύτητας διαπνοής (Ε) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf) για τους δύο χειρισμούς. β) Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE) από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (Qleaf) για τους δύο χειρισμούς.

4 Παραδοτέα-ερωτήσεις 1) Γιατί η φωτοχημική απόδοση (ΦPSII) του PS II μειώνεται αυξανομένης της έντασης της ακτινοβολίας και μάλιστα περισσότερο στα φύλλα των καταπονημένων φυτών; Είναι φυσιολογικό να μειώνεται η ΦPSII καθώς αυξάνεται η ένταση της ακτινοβολίας διότι σταδιακά επέρχεται ενεργειακός κορεσμός των φωτοχημικών κέντρων με αποτέλεσμα να μειώνεται η αποδοτικότητα της φωτοσυνθετικής συσκευής. Επιπλέον, επειδή στα καταπονημένα φυτά μειώνεται η αφομοίωση του CO 2, ο ενεργειακός κορεσμός της φωτοχημικής αλυσίδας επέρχεται σε μικρότερες εντάσεις ακτινοβολίας. 2) Γιατί η φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων μειώνεται αυξανομένης της έντασης της ακτινοβολίας στα φύλλα των καταπονημένων φυτών; Επειδή στα καταπονημένα φυτά υφίσταται μεγαλύτερος ενεργειακός κορεσμός της φωτοχημικής αλυσίδας, αυξάνεται η ενεργειακή περίσσεια και εμφανίζεται το φαινόμενο της φωτοπαρεμπόδισης. Πειραματικά, η φωτοπαρεμπόδιση εμφανίζεται ως μείωση του ETR σε υψηλές εντάσεις φωτός συγκριτικά με μικρότερες εντάσεις. 3) Πως η φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων σχετίζεται με τη φωτοσυνθετική ταχύτητα; Πως η ταχύτητα διαπνοής σχετίζεται με τη φωτοσυνθετική ταχύτητα; Μέσω της φωτοχημικής ροής ηλεκτρονίων παράγεται χημική ενέργεια από την οποία εξαρτάται η ολοκλήρωση των αντιδράσεων αφομοίωσης του CO 2. Η υψηλή ταχύτητα διαπνοής υποδηλώνει ταχύτερη ανταλλαγή αερίων επομένως και του CO 2 που αποτελεί το υπόστρωμα της φωτοσύνθεσης. 4) Εξετάζοντας συγκριτικά τις καμπύλες της διαπνοής και τις καμπύλες της φωτοχημικής ροής ηλεκτρονίων, ποια παράμετρος πιστεύετε ότι εξηγεί τη μείωση της φωτοσυνθετικής ταχύτητας στα φύλλα των καταπονημένων φυτών; Η παράμετρος της διαπνοής, και όχι αυτή του ETR, φαίνεται να εξηγεί τη μείωση της φωτοσύνθεσης στα φύλλα των καταπονημένων φυτών δεδομένου ότι, σε αντίθεση με το ETR, η ταχύτητα της διαπνοής δείχνει μεγάλη μείωση λόγω της καταπόνησης, ανάλογη με τη μείωση της φωτοσύνθεσης. 5) Τι μας δείχνει η παράμετρος της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE); Πως η υδατική καταπόνηση επηρεάζει την παράμετρο της WUE; Μέσω της παραμέτρου της WUE μπορούμε να εκτιμήσουμε την αποδοτικότητα με την οποία το φυτό χρησιμοποιεί τα αποθέματα νερού για την παραγωγή φωτοσυνθετικού έργου, δηλ. την αφομοίωση του CO 2.Η παράμετρος αυτή γενικά αυξάνεται στα φυτά υπό έλλειψη νερού.

5 Άσκηση 6η: Επίδραση υδατικής καταπόνησης σε φυσιολογικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά φυτών κριθαριού Φύλλο Εργασίας Ονοματεπώνυμα μελών ομάδας: Αποτελέσματα 1.Συμπληρώστε τους μέσους όρους των παραμέτρων για κάθε επίπεδο άρδευσης. ΥΓΡΟΤΕΡΟ Επίπεδο άρδευσης ΞΗΡΟΤΕΡΟ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Α Β C D LA LT VD SD k hp A max,a 2. Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης α) της μέγιστης φωτοσυνθετικής ταχύτητας A max,a από το δυναμικό του νερού του φύλλου Ψ leaf.και β) της μέγιστης φωτοσυνθετικής ταχύτητας A max,a από την υδραυλική αγωγιμότητα της k hp 3. Να απεικονιστεί η καμπύλη εξάρτησης α) της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE) από το δυναμικό του νερού του φύλλο Ψ leaf.και β) της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE) από την πυκνότητα των στομάτων SD

6 Παραδοτέα-ερωτήσεις 1) Αυξανομένου του επιπέδου υδατικής καταπόνησης ποιες παράμετροι αυξάνονται και ποιες μειώνονται; Αυξανομένου του επιπέδου υδατικής καταπόνησης μειώνονται οι LA, LT, k HP και Α max,a ενώ αυξάνονται οι VD και SD. 2) Αυξανομένου του επιπέδου υδατικής καταπόνησης η επιφάνεια (LA) και το πάχος (LT) του φύλλου μειώνονται. Που μπορεί να οφείλεται η μείωση αυτή; Τι συμβαίνει σε συνθήκες καταπόνησης στην πλειονότητα των φυτικών ειδών; Το τελικό μέγεθος του φύλλου εξαρτάται από τον συνολικό αριθμό των κυττάρων και το μέγεθος των κυττάρων, παράμετροι οι οποίες εξαρτώνται από τον ρυθμό της κυτταρικής διαίρεσης και διάτασης Υπό συνθήκες υδατικής καταπόνησης η δραματική μείωση της επιφάνειας και του πάχους του φύλλου πιθανότατα οφείλεται στη γενικευμένη σμίκρυνση των κυττάρων των ιστών του φύλλου. Έχει παρατηρηθεί ότι οι ιστοί φυτών σε συνθήκες υδατικής καταπόνησης παρουσιάζουν μείωση του κυτταρικού μεγέθους πιθανότατα λόγω της μειωμένης σπαργής, η οποία εμπλέκεται στον μηχανισμό διάτασης των κυττάρων. Υπό συνθήκες καταπόνησης τα φυτά επαναπρογραμματίζουν την ανάπτυξή τους Στην πλειονότητα των φυτικών ειδών υπό συνθήκες υδατικής καταπόνησης το πάχος αυξάνεται. 3) Πως συνδέεται η διάμετρος των αγγείων με την υδραυλική αγωγιμότητα; Ποιος κίνδυνος περιορίζεται μέσω του εγκλιματισμού των αγγείων του ξύλου (μείωση διαμέτρου); Εξ ορισμού η εξάρτηση της khp από τη διάμετρο των αγγείων είναι πολύ ισχυρή αφού ο διπλασιασμός της διαμέτρου δεκαεξαπλασιάζει την υδραυλική αγωγιμότητα του αγγείου. Όταν η διάμετρος των αγγείων του ξύλου παρουσιάσει μείωση έχει ως αποτέλεσμα και τη μείωση της υδραυλικής αγωγιμότητας. Ο κίνδυνος της δημιουργίας εμβολών εξαρτάται από το μέγεθος των αγγείων. Η μείωση της διαμέτρου των αγγείων και η αύξηση της πυκνότητας τους αποτελεί ένδειξη της ικανότητας εγκλιματισμού με στόχο τη μείωση του κινδύνου δημιουργίας εμβολών και την εξισορρόπηση των αναγκών αποτελεσματικής μεταφοράς και ασφαλούς μεταφοράς μέσω του αγωγού ιστού ε. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των εγκλιματισμένων φύλλων και πως αυτές οι δομικές τροποποιήσεις επηρεάζουν τη λειτουργία του φύλλου; Τα εγκλιματισμένα φύλλα είναι μικρότερα και λεπτότερα, με μικρότερα και στενότερα αγγεία καθώς και μικρότερα και περισσότερα στόματα. Οι δομικές τροποποιήσεις έχουν ως αποτέλεσμα τα φύλλα αυτά να έχουν χαμηλότερο ρυθμό φωτοσύνθεσης αλλά καλύτερη αποδοτικότητα χρήσης νερού. Οι δομικές τροποποιήσεις αποσκοπούν στην εξασφάλιση της επιβίωσης υπό αυτές τις συνθήκες μέσω της εξισορρόπησης των αναγκών για φωτοσύνθεση (ανάπτυξη) και εξοικονόμηση νερού (προστασία).