fyziologie rostlin - vodní režim 2
DESCRIPTION
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2. Transpirace, asimilace CO 2 a tepelná bilance listu. Jiří Šantrůček Katedra fyziologie a anatomie rostlin Biologická fakulta JU lab. B353; e-mail: jsan @umbr.cas.cz. Fyziologie rostlin - Vodní režim 2. O čem byla řeč minule: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Transpirace, asimilace Transpirace, asimilace COCO22 a tepelná bilance listu a tepelná bilance listu
Jiří Šantrůček
Katedra fyziologie a anatomie rostlinBiologická fakulta JU
lab. B353; e-mail: [email protected]
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
O čem byla řeč minule: * voda a evoluce suchozenských rostlin
hydrostabilní (homoiohydrické) vs. hydrolabilní (poikilohydrické) rostliny; vakuóla, kutikula, průduchy
* vlastnosti vody (vodíková vazba, kohese, měrné výparné teplo)
* cesty transportu vody * mechanismy (hnací síly) toku* vodní potenciál, stav vody v rostlině* ekofyziologické důsledky anatomie cév* izotopy vody, hydraulický výtah
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
O čem bude řeč:
Výměna vody, CO2 a tepla mezi listem a atmosférou
* transpirace, její význam * výpar* difuse - evoluční důsledky, fyzikální
základ* koncept odporu a vodivosti
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 „Účel“ transpirace
Směna vody za CO2 („trade off“)
Chlazení listu
Doprava minerálních látek, signálů?
H2O
Voda přitéká do listu a neustále se z něj ztrácí - PROČ?Voda přitéká do listu a neustále se z něj ztrácí - PROČ?
CO2
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Denní chod transpirace
Ztrácí se voda z listu skutečně NEUSTÁLE ?Ztrácí se voda z listu skutečně NEUSTÁLE ?
Ph
otos
ynth
esis
(u
mol
m-2 s
-1)
transpirationphotosynthesis
Trade-off vody za COTrade-off vody za CO22 a anatomie listu („anatomie transpirace“) a anatomie listu („anatomie transpirace“)
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Výměna vody a COVýměna vody a CO22 mezi listem a atmosférou - přehled mezi listem a atmosférou - přehled
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
VýparVýpar
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar
Elementární úvahy o výparuElementární úvahy o výparu
• Proč se voda vypařuje?
• Proč se vzduch může nasytit vodní parou?
• Kolik vody se vejde do m3 vzduchu?
• Proč se těleso při výparu z povrchu ochlazuje?
• Kolik vody se za den vypaří z oceánů? A kolik z vegetace Země?
Kolik vody se vejde do mKolik vody se vejde do m33 vzduchu? vzduchu?
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Výpar
Na čem závisí výpar ?Na čem závisí výpar ?
• vlhkosti vzduchu a teplotě povrchu (rozdílu koncentrací vodní páry těsně u povrchu/listu a v míchané atmosféře) - hnací síle difusehnací síle difuse
• tloušťce nemíchané vrstvy vzduchu (rychlosti větru); obecněji na odporu dráhy odporu dráhy pro difusipro difusi
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse
DifuseDifuse
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse
DifuseDifuse
• Stochastický proces.• Hnací silou je gradient koncentrace (volné
energie) látky.
• Transpirace a doprava CO2 do chloroplastu jsou procesy ovládané difusí.
• Kapacita přenosu - musí být řádově blízká rychlosti enzymatických reakcí (cm v plynech, desítky m v kapalinách).
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse
Evoluční důsledky difuseEvoluční důsledky difuse
• List = tenká planparalelní „deska“ o síle 0,2-0,6 mm.
• Chloroplasty „namačkány“ na vnější stěny buněk mezofylu.
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse
Anatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuseAnatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuse
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Difuse
Anatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuseAnatomie listu = evoluční důsledek zákonů difuse
Gossipium hirsutum, ADAX, ESEM Gossipium hirsutum, ABAX, ESEM
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákonKvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákon
Kolik látky prodifunduje myšlenou rovinou za 1 s?Kolik látky prodifunduje myšlenou rovinou za 1 s?
• prvně úspěšně vyřešil Adolf E. Fick 1855; analogie Ohmova zákona
Erc
J
EcgJx
cDJ
dxdc
DJ
w
ww
www
www
www
(gw=1/rw)
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporůKvantitativní stránky difuse - Koncept odporů
Odporový Odporový model výměny plynů model výměny plynů
• Odpory uspořádané v serii se sčítají
• Odpory uspořádané paralelně se sčítají v jejich inverzních hodnotách
• Vodivost je inverzní k odporu
rs ra
rt=rs+ra
gs=1/rs
1/rt=1/rs+1/rc
gs=1/rs
gc=1/rc
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákonKvantitativní stránky difuse - 1. Fickův zákon
Hnací sílyHnací síly výměny plynů a tepla mezi listem a výměny plynů a tepla mezi listem a atmosférou atmosférou
HH
CO
COCO
w
ww
rT
HJ
r
cAJ
rc
EJ
2
2
2
T
c
c
CO
w
2
Hnací síly:
Rozepsat na tabuli
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporůKvantitativní stránky difuse - Koncept odporů
Difusní dráhy výměny plynů a teplaDifusní dráhy výměny plynů a tepla
A
rc
law
mlac
law
aH
ggg
rrrr
rrr
krr
111
COCO2 2 hladovění chloroplastů = důsledek hladovění chloroplastů = důsledek
transportních odporů pro COtransportních odporů pro CO22 v listu v listu
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - Koncept odporůKvantitativní stránky difuse - Koncept odporů
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 Kvantitativní stránky difuse – Kvantitativní stránky difuse – Adaptace listuAdaptace listu
Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci více než odpor pro asimilaci COodpor pro transpiraci více než odpor pro asimilaci CO22
Když se prodlouží obě dráhyKdyž se prodlouží obě dráhy - - krátká pro Hkrátká pro H22OO a delší pro CO a delší pro CO22 - -
o stejný kousek (odpor předprůduchové dutiny), zpomalí to o stejný kousek (odpor předprůduchové dutiny), zpomalí to významnější měrou ztrátu vody než příjem COvýznamnější měrou ztrátu vody než příjem CO22 . .
2020mm
Příčný řez listem Ficus elastica.
Detail spodní epidermis. Barveno gencianovou modří.Foto M. Šimková, 2003
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci COodpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci CO22
Banksia serrata, Foto M. Šimková, 2003 Banksia serrata
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující Předprůduchová dutina = evoluční „vynález“ zvyšující odpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci COodpor pro transpiraci relativne k odporu pro asimilaci CO22
Banksia serrata, Foto M. Šimková, 2003
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstvaKvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva
Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ?Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ?
• Protože náběhová strana desky v proudu vzduchu (okraj listu) má vždy tenčí hraniční vrstvu, a proto nižší teplotu než střed listu.
• Síla hraniční vrstvy nemíchaného vzduchu má velký význam pro výměnu plynů mezi listem a okolím a tepelnou bilanci listu.
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstvaKvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva
Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ?Proč je jinovatka často jen na okrajích listů ?
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Kvantitativní stránky difuse - hraniční vrstvaKvantitativní stránky difuse - hraniční vrstva
Ekofyziologické důsledky síly hraniční vrstvyEkofyziologické důsledky síly hraniční vrstvy
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Transpirace a Transpirace a energetická energetická
bilance listu a bilance listu a rostlinyrostliny
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Radiační a energetická bilance listu
Je list ve dne teplejší než vzduch?Je list ve dne teplejší než vzduch? Proč se v noci vytváří na listu jinovatka? Proč se v noci vytváří na listu jinovatka?
L=E
=2,5 MJ kg-1
RadiaRadiační bilanceční bilanceEnergetická bilanceEnergetická bilance
denden nocnoc
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 : Energetická bilance listu
Bowenův poměrBowenův poměr
teplé oceány:0,1
zemědělské plodiny:1,0
pastviny:1,2
aridní oblasti (subtropy):
2,0 - 6,0
w
asT
r
eeEL l
Bowenův poměr = H/L
H
al
rTT
H
Tok latentního tepla L:
Tok „pocitového“ tepla (sensible heat): H
=2,5 MJ kg-1
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Regulace výdeje Regulace výdeje vody průduchyvody průduchy
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
Je asimilace COJe asimilace CO22 závislá na otevření průduchů ? závislá na otevření průduchů ?
100 m
Průduchy - morfologie a anatomiePrůduchy - morfologie a anatomie
Hustota průduchů:řádově 101 až 102 mm-2
Plocha štěrbin: ~ 1 % plochy listu
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
Průduchy - morfologie a anatomie Průduchy - morfologie a anatomie
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
Průduchy - morfologie a anatomie Průduchy - morfologie a anatomie
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
Průduchy - morfologie a anatomie Průduchy - morfologie a anatomie tráva Cibule – vnější ústí st. póru
Cibule – vnitřní ústí st. póru
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
Průduchy - morfologie a anatomie Průduchy - morfologie a anatomie
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Regulace transpirace průduchy
PrůduchyPrůduchy- multisensorický hydraulický ventil- multisensorický hydraulický ventil
- reakce průduchů na podněty vnějšího prostředí- reakce průduchů na podněty vnějšího prostředí
HomeworkKapitola 2.8.3. a dále (str. 78-88) Fyziologie rostlin (Procházka a kol., Academia 1998)
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2
Měření výdeje Měření výdeje vody rostlinou a vody rostlinou a
porostemporostem
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO2
PotometrPotometr
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO2
Lyzimetry Lyzimetry
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO2
IRGA gazometrieIRGA gazometrie
Fyziologie rostlin - Vodní režim 2 - Metody měření transpirace a asimilace CO2
Eddy-covarianceEddy-covariance