Stara vprašanja Flashcards
Naštejte in opišite nekaj učinkov klimatskih sprememb (predvsem povečano koncentracije CO2) na fotosintezo.
Količina CO2 v atmosferi se trenutno povečuje za 0,5% vsako leto.
Učinki:
1) Povečana fotosintetska aktivnost:
- fotosinteza je odvisna od CO2.
- To se odrazi v večjem pridelku in tudi večji fertilizaciji.
- Vendar pa bodo imeli dolgoročni učinki negativen vpliv na fotosintezo.
- Fotosinteza se bo zaradi rubisca in organskega dušika na enoto listne površine zmanjšala.
- Pri nekaterih vrstah se lahko fotosinteza poveča tudi za 50%, če se trenutna količina CO2 v ozračju podvoji.
- Fotosinteza pri C4 rastlinah se naj sicer ne bi spreminjala.
2) Na dolgi rok lahko povečana količina CO2 poveča stopnjo rasti rastlin, vendar lahko omejujoči dejavniki ta efekt omilijo.
3) Rastline, ki rastejo v višjih koncentracijah CO2, imajo višjo koncentracijo ogljikovih hidratov, vendar nižje koncentracije rubisco-a in dušika. Imajo pa tudi večje razmerje med dušikom in strukturnimi proteini. To lahko vpliva na kvaliteto biomase.
4) Poveča se učinkovitost izrabe vode, kar je direktno povezano z zmanjšanjem stomatalne prevodnosti, ki jo povzroča visoka koncentracija listnih rež.
Opišite in pojasnite ultrastrukturne ali morfološke (modulacijske) prilagoditve kloroplastov na različne svetlobne razmere.
Pri močni modri svetlobi se kloroplasti postavijo vertikalno ob robovih celične stene, vzporedno s svetlobo in drug drugega senčijo in s tem manjšajo absorpcijo svetlobe. Pri šibki modri svetlobi in v temi se kloroplasti razvrstijo pravokotno na svetlobo, ob zgornji površini celic, tako, da lahko absorbirajo maksimalne količine svetlobe.
Kloroplasti senčnih listov imajo veliko anten in malo reakcijskih centrov glede na število kloroplastov.
Kloroplasti sončnih listov imajo male antene in veliko reakcijskih centrov.
To lahko interpretiramo kot adaptacijo, saj obe kombinaciji omogočata optimalen sprejem
svetlobe. Do teh razlik ne prihaja med senčnimi in sončnimi listi, ampak tudi znotraj lista.
Kloroplasti zgornje strani lista ustrezajo sončnemu tipu, medtem, ko spodnji del lista ustrezajo senčnemu tipu. Če list obrnemo z zgornjo stranjo navzdol, se tilakoidne strukture ustrezno spremenijo.
Za senčno morfologijo kloroplastov velja, da so grana tilakoide velike, veliko je stroma tilakoid.
Za sončno morfologijo kloroplastov pa velja, da so grana tilakoide male, stroma tilakoid pa je prav tako malo. Membrane v grani so tesno prilegajoče.
Pri sončnih je večje razmerje PSI proti PSII kompleksom kakor pa pri senčnih. Prav tako je večje razmerje klorofila a proti klorofilu b.
Predstavi pomen CAM fotosinteze.
Kisli metabolizem sočnic (to so rastline družine tolstičevke, kaktusi, mlečkovke, orhideje itd.).
Je adaptacija na sušo.
Listne reže so odprte samo ponoči, kar doprinese k manjšemu sevanju in manjši transpiraciji, to vodi v manjšo izgubo vode.
Značilna je majhna produkcija, a preživetje v zelo sušnih območjih (puščave, polpuščave).
Omogoča vezavo CO2 pri visokih koncentracijah kisika in visoki temperaturi, kjer bi sicer bila fotosinteza zaradi fotorespiracije nezadostna.
Za CAM je značilno, da sta procesa prve vezave CO2 in Calvinov cikel prostorsko ločena.
PEP- karboksilaza deluje ponoči, rubisco pa podnevi.
Ni palisadnih celic, mezofilne celice imajo velike vakuole (shranjevanje malične kisline čez noč).
Rastline imajo reže odprte samo ponoči, takrat je encim karboksilacije PEP- karboksilaza, ki veže CO2, nastane oksalacetat, nadalje malat, ki se v obliki malične kisline shrani v vakuolah mezofilnih celic.
Čez dan, ko so listne reže zaprte, se malat prenese v kloroplast, kjer se sprosti piruvat in vezan CO2, ki se vključi v Calvinov cikel. Piruvat se pretvori v škrob. Ponoči se nato iz škroba znova sproščajo trioze, ki se v citosolu pretvorijo v PEP.
Pojasni razlike med obligatnimi in fakultativnimi CAM metabolizmom ter med cikličnim in prostotočnim CAM metabolizmom- pojasni in predstavi posamezne primere ter njihov pomen.
OBLIGATNE CAM:
- Imajo CAM metabolizem v vseh razmerah.
- Npr. indijska figa.
FAKULTATIVNI CAM:
- Deluje glede na razmere v okolju- v vlažnih razmerah deluje C3, v sušnih pa CAM.
- Imajo znižano CO2 kompenzacijsko točko in reducirano fotorespiracijo.
- Primer fakultativnega CAM je ledena zel.
CIKLIČNI CAM:
- Pri cikličnem CAM metabolizmu so ponoči reže odprte, podnevi pa zaprte.
- CO2, ki se ponoči sprosti s fotorespiracijo, se s PEPc pretvori v malat in iz malata sprošča CO2 za rubisco.
- Primer: orhideja, kaktusi.
CAM - PROSTI TEK (idling):
- Skrajna suša: reže so zaprte ponoči in podnevi; ves CO2 nastal v respiraciji ponoči se veže v malat, ki je edini vir C čez dan.
- Primer: kaktusi.
Predstavi in pojasni kaj so RGR (relativna hitrost rasti), RI (relativno povečanje) in AI (absolutno povečanje) in kaj nam povedo o rasti rastlin?
RGR (relativna hitrost rasti):
- pove nam spremembo biomase glede na začetno biomaso v nekem časovnem intevalu.
- Če je indeks negativen, pomeni, da gre rastlina v destrukcijo.
- Če je pozitiven pa kaže indeks na rast rastline.
- Za merjenje se uporablja suha masa celotne rastline, vključno s koreninami.
Meritev rasti lahko prikažemo tudi kot indeks RI:
- ki pomeni relativno povečanje
- Rezultat RI nam prikaže rezultate pred in po meritvi rasti.
Lahko pa merimo tudi indeks AI:
- ki pomeni absolutno povečanje
- je enaka razliki med obravnavano rastlino in kontrolo.
Predstavi in pojasni mehanizme oz. reakcije toplotnega šoka v rastlinah. S katerimi stresnimi dejavniki so povezane?
Vročina povzroči DENATURACIJO PROTEINOV:
- Proteini se delno odvijejo iz terciarne strukture, pride do nastanka nefunkcionalnih polipeptidov.
- To pa aktivira transkripcijske faktorje, ki se vežejo na promotorje genov, ki kodirajo HSP.
Pri rastlinah, ki imajo T optimum med 15 in 25°C se mehanizem sproži pri +35°C.
Mehanizem je zgrajen iz:
- upočasnitev ekspresije genov za »običajne« mehanizme v rastlini in preusmeritev v tvorbo HSP;
- sinteza proteinov toplotnega šoka (HSP),
- opustitev produkcije HSP po 6- 8 urah,
- postopna obnovitev ekspresije genov za »običajne« mehanizme.
Najpomembnejši mehanizem termotolerance je nasičena produkcija HSP (PROTEINOV TOPLOTNEGA ŠOKA).
- Zviša se antioksidativna obramba, da deluje proti višji produkciji ROS.
- Zviša se koncentracija kompatibilnih topljencev, ki varujejo proteine prid razvijanjem in tako se začne odgovor na visoke T.
Funkcije HSP so, da:
- zaščitijo proteine,
- zaščitijo mRNA pred razgradnjo v HS- granulih,
- razgradijo prizadete proteine = kataliza proteolize nepovratno prizadetih proteinov (denaturiranih ali agregiranih).
Mehanizmi tolerance visokih T:
- spremenjena sestava membran,
- proizvodnja proteinov toplotnega šoka (HSP)
- ti pomagajo stabilizirati proteine in pozitivno vplivajo na metabolizem,
- akumulacija neproteinskih aminokislin,
- aktivacija encimov in pigmentov, ki ščitijo pred ROS (karotenoidi),
- biosinteza osmolitov in drugih zaščitnih substanc (glicin betain, sladkorji, izoprenoidi).
Kaj je to nukleacija ledu in kako je povezana z rastlinami?
Pod točko ledišča je prehod vode v trdno stanje mogoč le, ko so prisotna jedra kristalizacije vode- tako tvorbo ledenih kristalov imenujemo nukleacija ledu. Kristali torej nastanejo okoli nukleacijskih jeder.
Nukleacija ledu je lahko homogena ali pa heterogena.
Homogena nukleacija ledu je, ko se lahko povsem čista voda ohladi tudi na -38°C preden se s posebnim spontanim strukturiranjem vodnih molekul formirajo nukleacijska jedra.
Heterogena nukleacija ledu:
- hrapave površine sprožijo nastanek kristalov ledu že pri višjih T kot je točka ledišča,
- veliki polisaharidi, proteini, tudi bakterije (INA) ali glive pospešujejo nastanek ledenih kristalov- imenujemo jih nukleatorji ledu.
V zmrzali se v intercelularjih in ksilemu tvorijo ledeni kristali. Ti kristali lahko povzročijo mehanske poškodbe na rastlini.
Z antifriznimi proteini lahko rastlina zniža temperaturo pri kateri se začnejo pojavljati ti kristali.
Kako bi izmerili vodni potencial v rastlini s tlačno (Scholandrovo) komoro?
List oz. vejico pripnemo z gumjastim zamaškom in vstavimo v posebno komoro, ki je priklopljena na jeklenko s stisnjenim zrakom.
Ko vejico odrežemo, se prekine vodni stolpec in voda gre v tkiva.
Spreminjamo tlak in gledamo, kaj se dogaja z meniski v odrezanem delu lista.
Ko se meniski dvignejo nad odrezan nivo, odčitamo tlake in izmerimo Yw oz., ko voda doseže mesto, kjer smo vejico odrezali, je ta tlak enak vodnemu potencialu.
Pri meritvah vodnega potenciala upoštevamo njegovo dnevno spremenljivost, zato je pomembno, da merimo vedno ob istem času dneva (pred zoro, opoldan).
Izmerimo ksilemski vodni potencial- zmerjeni ksilemski potencial je dober približek vodnega potenciala rastline, zato, ker je ksilem v dobrem stiku z večino celic v rastlini. Ta metoda za merjenje vodnega potenciala se uporablja najbolj pogosto.
Vodni potencial poganjka je enak v celem poganjku, čeprav so prispevki različnih komponent vodnega potenciala v različnih celicah in tkivih različni.
V ksilemu je najpomembnejša komponenta negativni potencial tlaka oz. podtlak ali tenzija.
Osmotski tlak je zanemarljiv, zato poenostavimo, da je ksilemska tekočina čista voda. Vodni potencial sistema je torej enak potencialu tlaka oz. tenziji.
Katere meritve izvedemo z IRGA? Katere podatke o stanju rastline nam lahko posreduje ta naprava?
Sistem IRGA (infra red gas analyzer) meri porabo CO2 s spektrometrom.
Gre za sistem zaprte komore, v katero damo rastlino, v sami komori pa je zrak z znano koncentracijo CO2.
Rastlino osvetlimo z infrardečo svetlobo. To svetlobo absorbirajo molekule CO2, ki nastanejo v procesu fotosinteze.
Prepuščeno infra rdečo svetlobo zazna IR analizator plina na drugi strani vira svetlobe.
Večja je fotosinteza rastline -> nižja je koncentracija CO2 -> nižja je absorbanca IR svetlobe -> manjša je intenziteta prepustne svetlobe.
Metoda je nedestruktivna in se lahko uporablja tudi za merjenje vode, saj voda in CO2 absorbirata svetlobo.
qE- od E ali pH odvisno dušenje fluorescence; toplota; ksantofilni cikel.
Gre za odvajanje viška energije v obliki svetlobe daljših valovnih dolžin.
Nastane v času od 12 minuti.
Je od energije in pH neodvisno odvisno dušenje.
Sem spadajo fluorescenca, toplota, ksantofilni cikel. Je dominantna oblika dušenja.
Fluorescenca je zelo uporabna za ugotavljanje fiziološkega stanja rastlin.
Ksantofilni cikel je eden izmed najpomembnejših mehanizmov za odvajanje energije v obliki toplote, ki poteka v lipidni fazi tilakoidne membrane.
Ključna molekula mehanizma za odvajanje presežka energije v tem ciklu je ZEAKSANTIN.
Ksantofilni cikel sestavljata 2 reakciji, ki ju katalizirata 2 različna encima:
- epoksidaza (veže kisik)
- de-epoksidaza (odvzema kisik)
De-epoksidaza katalizira oz. pretvori violaksantin v zeaksantin, kateri nato zmanjša dostop svetlobe do FS II.
Obratno reakcijo pa katalizira epoksidaza.
De-epoksidacija je odvisna od močne osvetlitve in nizkega pH, epoksidacijo pa stimulira šibka svetloba, poteka pa v alkalnem pH.
Pri šibki svetlobi (senca) prevladuje VIOLAKSANTIN, na soncu pa prevladuje ZEAKSANTIN.
Večja vsebnost zeaksantina v tkivih kaže na to, da je bila rastlina v stresu.
Pojasni potek in pomen CAM metabolizma pri vodnih rastlinah?
Čeprav imajo rastline na voljo veliko vode, nekatere uporabljajo CAM.
Akumulirajo malat ponoči in imajo ponoči vrednosti fiksacije CO2, ki so podobne tistim čez dan, ko je CO2 oskrba iz vode zelo nizka.
CAM je prilagoditev na zelo nizke vrednosti CO2 v vodi in dovoljuje R
akumulacijo dodatnega CO2 ponoči.
Nekaj fiksiranega CO2 v malatu pride iz vode, kjer se akumulira kot posledica respiracije vodnih organizmov, nekaj pa ga je iz rastline respiracije preko noči.
CAM metabolizem je pri vodnih rastlinah prisoten zaradi počasnejše difuzije CO2 in posledično njegove omejene količine.
Sledijo istemu ciklu kot kopenske CAM rastline- ponoči poteka vezava CO2, podnevi pa njegovo sproščanje iz malata in vključevanje v Calvinov cikel. Zaradi kompeticije z ostalimi fotosintetskimi organizmi podnevi, imajo ponoči na voljo več CO2.
Predstavite in pojasnite kaj je to A/Q krivulja?
A-Q krivulja opisuje vpliv svetlobe na fotosintezo. Torej to je krivulja, kjer je prikazana svetlobna odvisnost listov. Meri se asimilacija CO2 pri čemer se povečuje jakost svetlobe.
Pri zelo majhni jakosti svetlobe, je fotosintetska asimilacija CO2 negativna zaradi dihanja v temi.
Ob določeni intenziteti svetlobe pa je asimilacija CO2 v ravnovesju enaka nastalemu CO2 pri dihanju in je zato neto fotosinteza enaka 0. To imenujemo svetlobna kompenzacijska točka.
Ločimo sončne in senčne liste za katere velja, da imajo senčni listi kompenzacijsko točko pri manjši svetlobni jakosti. Pri majhni jakosti osvetlitve se aktivnost fotosinteze tako pri sončnih kot tudi senčnih listih povečuje linearno z osvetlitvijo. Pri visoki intenziteti svetlobe pa pride do točke svetlobne nasičenosti- saturacije.
Fotosintetska vezava CO2 se pri tej točki ustali in tudi s povečanjem osvetlitve ne moremo doseči večje fotosinteze. Takrat svetloba ni več imejujoč dejavnik, ampak so to CO2, temperatura ter zmogljivost fotosintetskega aparata. Izkoristek C4 rastlin je večji, saj so sposobne izkoristiti najvišje svetlobne intenzitete, C3 rastline pa imajo manjši izkoristek zaradi hitrejšega svetlobnega nasičenja.
Z naraščanjem jakosti osvetlitve, narašča jakost fotosinteze do točke nasičenosti.
Pojasni kako se lahko rastline branijo pred rastlinojedimi insekti.
Proti herbivorom imajo rastline naslednje načine obrambe:
- direktna obramba z repelentom v trihomih (kopriva);
- polifenoli in tanini,
precipitirajo (denaturirajo) proteine in jih naredijo neuporabne za herbivore; - koreninski eksudat Tagetes (žametnica)- repelent za nematode (gliste itd.).
- Proti sesalskim herbivorom uporabljajo alkaloide in nekatere substance pri lišajih:
- vulpinska kislina in atranorin; depsidi v lišaju Cladonia ter lektini (metuljnice, mlečkovke)- aglutinacija eritrocitov.
Proti fitofagim (hranijo se z rastlinami) žuželkam:
- repelenti ali metabolni inhibitorji:
- motnje reprodukcije ali toksični učinki:
triterpeni, gorčični glikozidi, saponini, alkaloidi, prteazni inhibitorji, neprteinogene
AK (motnje proteinskega metabolima insektov) in steroidi.
- Fitoeksidoni so spolni hormoni, ki zavirajo razvoj insektskih larv.
- Najdemo v praprotih, Cycadaceae (sagovci), Taxaceae (tisovke), Podocarpaceae
(podokarpovke)…
- Proteinazni inhibitorji (PI)- v stročnicah, paradižniku…
- Blokirajo delovanje
proteolitičnih encimov pri herbivorih. - Žuželke, ki se z njimi hranijo slabše rastejo in se razvijajo.
- Ena izmed možnosti je alelopatija:
- pojav, kjer rastlina v okolje sprošča sekundarne
metabolite, ki vplivajo na rast, preživetje in razmnoževanje drugih organizmov ter se na tak način brani pred okužbo rastlinojedov. - Alelopatija vključuje tako pozitivne kot negativne učinke na/ med organizmi.
- Najpomembnejša pot sproščanja alelokemikalij je eksudacija- izločanje iz korenin.
- Alelokemikalije sproščene v tla, sodelujejo z organsko in anorgansko fazo tal, pa tudi z mikroorganizmi v tleh.
- Niz teh interakcij določa biološko rabo in fitotoksičnost alelokemičnih snovi.
- Primer: navadni oreh (izloča snov juglon), japonski dresni.
Predstavi detekcijo UV-A, UV-B in UV-C in njihovo biološko vlogo v rastlinah.
Rastline vsebujejo fotoreceptorje za detektecijo radiacije. Rastline imajo UV-B senzor in 2 senzorja za UV-A svetlobo (kriptokrom in fototropin 1 in 2), ki sodelujejo s fitokromom in določajo občutljivost rastline za vidno UV svetlobo.
UV-A, UV-B rastline detektirajo s pigmenti.
- UV-A= kriptokrom,
- UV-B= UV-B fotosenzor (fotomorfogeneza).
Biološka vloga: spremembe morfologije= nižje dolžine stebla, površina listov in suhe mase; zvijanje listov debelina listne kutikule, listov in nastajanje aksilarnih brstov; indukcija sinteze antocianinov.
Predstavi anatomske in morfološke spremembe v rastlinah, ki nastanejo pod vplivom UV-A in/ ali UV-B sevanja.
Anatomske in morfološke spremembe:
- nižje dolžine stebla, površina lista,
- zvijanje listov,
- nižja suha masa,
- povečanje debeline lista, kutikule,
- nastajanje aksilarnih brstov,
- indukcija sinteze antocianinov.
Ob daljši izpostavljenosti UV-B (distres) pride zaradi ROS do posrednih poškodb DNK.
Zaradi tega se tvorijo tiaminski dimeri v molekulah DNA. Pravimo, da pride do tiaminske dimerizacije in sončevih opeklin.
UV-B vpliva tudi na fotosintezo:
- zmanjša fotosintetsko
učinkovitost (vpliv na fiksacijo CO2 in fotofosforilacijo), - razgradna D1 proteina,
- razgradnja rubisca in inaktvacija,
- denaturacija proteinov
- vpliva tudi na biomembrane (peroksidacija lipidov),
- fotooksidira avksine.
Predstavi fiziološke učinke UV-A in/ ali UV-B sevanja na nivoju celic in celičnih
komponent.
UV svetloba lahko poškoduje DNA, zaradi česar se tvorijo tiaminski dimeri v molekulah DNA.
Pravimo, da pride do tiaminske dimerizacije in sončevih opeklin.
UV svetloba vpliva tudi na fotosintezi tako, da:
- zmanjša njeno učinkovitost (vpliva na fiksacijo CO2 in fosforilacijo),
- razgradi D1 protein (PSII je občutljivejši od PSI),
- razgradi in inaktivira Rubisco ter denaturira proteine
- UV svetloba vpliva tudi na biomembrane, kjer se lipidi
peroksidirajo, - povzroča tudi fotooksidacijo avksinov in nastajanje ROS
- spremeni se tudi sestava voskov, listi so tanjši.
Predstavi zaščitne mehanizme rastlin pred UV-A in/ali UV-B sevanjem.
Sekundarni metabolizem:
- aktivacija UV-B receptorjev in biosinteza ključnih pigmentov sekundarnega metabolizma: zaščitnih filtrov= UV-absorbirajočih snovi: voski v kutikuli, fenolne snovi kot so flavonoidi.
Lovilci prostih radikalov:
- povečana kapaciteta sistema antioksidantov.
Encim DNA- fotoliaza popravlja napake DNA (aktivacija po osvetljevanju z UV-A ali modro svetlobo), odpravljanje ROS.
Encimi: askorbat peroksidaza, SOD, glutation reduktaza, endonikleaze, DNA- plimeraza I, ligaza.
Rastlina zloži liste vertikalno, da je stik s svetlobo čim manjši. Ti listi vsebujejo pulvine, ki omogočajo rastlini, da spremeni pozicijo svojih listov.
Premikajo se lahko kloroplasti na manj obsevane, vertikalne strukture celice in se obrnejo s sprednjo stranjo proti svetlobi. V manjši svetlobi so kloroplasti postavljeni v pozicijo v kateri je večja površina izpostavljena svetlobi.
Sončni in senčni listi.
Kako vplivata UV-A in/ali UV-B sevanje na reprodukcijo rastlin?
Sevanje lahko direktno vpliva na reprodukcijo rastlin:
- povečana obarvanost cvetov in plodov;
- spremeni se število in velikost cvetov;
- povečana produkcija nektarja in spremenjena fenologija.
Vse to vpliva tudi na opraševalce in frugivore, kar vpliva na reproduktivni uspeh rastlin.
UV-B lahko vpliva na reprodukcijo rastline tudi tako, da vpliva na opraševalce in raznaševalce semen.
Kaj je to FACE in kaj OTC?
FACE= free air CO2 enrichment experiments= vpliv povišanih koncentracij CO2 kot jih
predvidevamo čez 25- 50 let. Tukaj se izvajajo eksperimenti na prostem. Dodajajo se različne koncentracije CO2.
OTC= open top chamber. Gre za sobe brez strehe, kjer se naravno izmenjava zrak in vlaga (dež).
(slike v zapiskih)
Kako sproščanje latentne toplote med zamrzovanjem ščiti rastline?
Voda ima veliko specifično toplotno kapaciteto. Zato se T v rastlinski celici (zelena) spreminja počasneje kakor T zraka (črna).
Zamrzovanje se začne v apoplastu, pri tem nastanaju ledu se sprosti latentna toplota, ki lahko za nekaj ur preprečuje, da bi notranje T padale tako hitro kot T zraka.
V zmerno toplem podnebnem pasu to za več ur preprečuje zamrzovanje citoplazme ponoči, takrat, ko T padejo pod 0°C. Ta zamik v zamrzovanju je ravno dovolj dolg, da se prepreči zamrzovanje do začetka dneva, ko se T zraka spet dvigne nad 0°C.
Rastline poškropimo z vodo pred zmrzaljo- zamrzovanje zunanje vode med hladnimi nočmi sprosti dovolj latentne toplote, da preprečimo, da bi rastlini notranje T padle pod ledišče.
Kakšna je razlika med piranometrom in radiometrom?
PIRANOMETER:
- meri totalno globalno sončevo sevanje..
- Senzor je zaščiten z ishmetričnim
kvarčnim steklom, ki ne prepušča dolgovalovnega termičnega sevanja;
RADIOMETER:
- meri neto sončevo sevanje, to je sevanje zemlje in atmosfere.
- Senzor je na več straneh je zaščiten s hemisferičnim polietilenom, ki prepušča dolgovalovno termično svetlobo.
Kako bi izmerili PAR?
PAR sevanje je del elektromagnetnega sončevega sevanja, ki je ključen za fotosintezo.
PAR bi izmerili s kvantnim radiometrom oz. senzorjem oz. kvantnim metrom. Le- ti merijo
gostoto fotosinteznega fotonskega toka sončeve svetlobe. Sestavljen je iz fotocelic in filtrov.
Sestavlja Si- fotocelica, nad katero je filter 400- 700 nm, steklo pa služi kot termična zaščita in bel difuzor.
Kakšen je pomen ksenobiotikov za uspevanje kulturnih rastlin?
Ksenobiotiki so organizmu tuje biološko aktivne substance.
Lahko sprožijo obrambne
interakcije, ki škodijo organizmu ali vodijo v smrt.
Te so lahko
- naravne (sekundarni produkti),
- industrijska onesnažila
- agrokemikalije (pesticidi, fungicidi, herbicidi).
Rastlinski ksenobiotiki so največkrat pesticidi.
Med pesticidi so za rastline najbolj pomembni herbicidi.
Herbicidi blokirajo specifične reakcije, kot je npr. blokiranje sprecifičnih encimov, blokirajo reakcijski kompleks PSII ali pa v rastlini tvorijo proste radikale.
Problem pri pesticidih je selektivnost. Ti bi nam naj ubili plevel, vendar ne vplivali na kulturne rastline, vendar pa kulturne rastline niso vedno sposobne detoksifikacije herbicidov.
Trenutno so na trgu sistemi z 2 komponentoma- herbicidi in sredstva za zaščito pred herbicidi, slednji naj bi aktivirali obrambne mehanizme pri kulturnih rastlinah, da se lahko spopade s herbicidom. Težave nastajajo, če pesticid deluje na procese, ki so podobni v kulturni rastlini in v plevelni vrsti.
Poznamo 2 modela delovanja herbicidov:
- tip 1: toksični učinek je posledica direktne interakcije ksenobiotika s tarčnim sistemom; njegova inhibicija povzroči škodo (inhibicija GS s fosfonitricini),
- tip 2: toksični učinek ni direkten, posledice nastanejo posredno z reakcijo rastline (ROS).
Sekundarni stres povezan s prebitki svetlobe je nastanek ROS. Kje nastajajo in kakšni so njihovi mehanizmi za odstranjevanje?
ROSi (reaktivne oblike kisika) so zelo reaktivne oblike kisika, ki na svojih orbitalah vsebujejo vsaj en neparen elektron (ni parnega elektrona).
Nastanejo v FS I.
Del FS I je FERODOKSIN, ki velja za močnega reducenta in reducira molekularen kisik do superoksida, ki je toksičen za membrane. Nastanejo pri prenosu elektronov ter, ko klorofil prehaja v triplet stanje.
Nastanejo zaradi močne svetlobe, ranitve, sensence, herbicidov, ozona, suše, patogenov, vrožine, mrazu, težkih kovin…
Antenska barvila vodijo do reakcijskega centra, v katerem je klorofil A.
Sam klorofil v osnovnem stanju ni zmožen oddati elektrona prenašalcem, zato mora preiti v vzbujeno stanje, torej triplet stanje klorofila v reakcijskem centru. Ko je klorofil v triplet stanju, lahko odda elektron sosednji molekuli (prenašalcu).
Klorofil v triplet stanju je zelo reaktiven in lahko sproži nastajanje ROS, saj je kisik v neposredni bližini in nastaja z oksidacijo vode.
Takrat nastopita dve obliki »rešitelja« in to sta dve poti encimskega odstranjevanja ROS-ov.
1) SOD (superoksidna dismutaza):
- katalizira reakcijo superoksidnega aniona na vodikov peroksid in kisik
- Ima antioksidativno vlogo v skoraj vseh celicah, ki so izpostavljene
kisiku - Ker je superoksid prvi produkt univalentne redukcije kisika in tudi prva skupina, ki se tvori v številnih bioloških sistemih, velja SOD kot primarna obramba proti kisikovim radikalom.
2) Askorbat- glutationski cikel:
- encimsko odstranjevanje: v tem primeru glutation reduktaza regulira askorbat peroksidazo, ki pretvori peroksid v vodo
Odstranje ROS-ov je lahko encimsko (v kloroplastu, mitohondriju, peroksisomih- reakcije v katerih nastaja voda) in neencimsko.
Neencimsko odstranjevanje pa poteka s posebnimi molekulami:
- Ena od teh je tkaoferol (vitamin E), ki odstranjuje ROS. Molekule kisik vežejo, same se pa ne spreminjajo.
- fenolni derivati (flavonoidi, kumarini),
- karotenoidi v membranah,
- askorbinska kislina,
- poliamini
Pri nastajanju reaktivnih kisikovih spojin lahko pride do poškodb pigmentov, lipidov, nukleinskih kislin, membran, organeli lahko izgubijo funkcionalnost, zato so mehanizmi za odstranjevanje le- teh zelo pomembni za rastlino.
