W reakcjach procesów fotosyntezy rośliny uwalniają tlen. Co jest jednak zrozumiałe tlen jest dla roślin niezbędny by zapewnić proces oddychania. Dzięki temu uzyskują energię niezbędną do wytworzenia substancji koniecznych dla prawidłowego funkcjonowania swoich organizmów. Jako źródła energii używane są różne związki zawierające węgiel. Najogólniej reakcję taką można zapisać jako:
SUBSTRAT + O
2 → PRODUKT + CO
2 + ENERGIA
Kontynuując przegląd zagadnień związanych z wpływem temperatury na metabolizm roślin chciałbym pokazać jak oddychanie zależy od temperatury.
Fizjologia roślin, red. Monika Kozłowska, str. 338-339
9.3.2. Czynniki zewnętrzne
Do czynników środowiskowych wpływających na intensywność oddychania należą: temperatura, tlen, dwutlenek węgla, światło, woda, składniki mineralne, czynniki chorobowe oraz wywołujące urazy mechaniczne i zranienia. Trzeba jednak pamiętać, że wymienione czynniki wpływają zarówno na intensywność oddychania, jak i na przebieg innych procesów, od których oddychanie jest uzależnione, bądź na które ma ono wpływ.
Temperatura oddziałuje na intensywność oddychania głównie poprzez regulację aktywności enzymów oraz stanu fizjologicznego komórek, lepkości cytoplazmy i szybkości dyfuzji, np. tlenu oraz dwutlenku węgla. Dla oddychania można wyróżnić trzy kardynalne punkty temperaturowe: temperaturę minimalną, optymalną i maksymalną. Optimum temperaturowe dla oddychania znajduje się w przedziale od 30°C do 35°C i jest wyższe od optimum temperaturowego dla fotosyntezy. Najniższa temperatura, w której przebiega ten proces, wynosi z reguły -10°C, chociaż części zimujące, np. igły roślin szpilkowych, oddychają w temperaturze -20°C, a nawet niższej. W temperaturze powyżej 35°C następuje początkowy skokowy wzrost intensywności oddychania spowodowany prawdopodobnie wyłączeniem się systemów regulujących proces, a następnie intensywność oddychania drastycznie spada. Przyczyną spadku jest niekorzystny wpływ temperatury na białkową strukturę enzymów. Ponadto intensywność tego procesu maleje wraz z upływem czasu tym szybciej, im temperatura jest wyższa od optymalnej. Natomiast intensywność oddychania w warunkach temperatury optymalnej zasadniczo nie zmienia się z upływem czasu, pod warunkiem stałego dopływu substratów oddechowych. Wzrost temperatury o 10°C w przedziale od minimalnej do optymalnej zwiększa szybkość oddychania od 1.4 do 3 razy (Q10 = 1.4-3.0). Wartość tego współczynnika dla oddychania komórek roślinnych zmienia się w różnych zakresach temperatur i zależy od rodzaju i wieku tkanki oraz od natężenia innych procesów biochemicznych. Na ogół niższe wartości Q10 dotyczą temperatur zbliżonych do wartości optymalnych (ryć. 9.16). U wielu roślin klimatu umiarkowanego zbyt wysoka temperatura w nocy wpływa niekorzystnie na plonowanie. W takich warunkach utlenianie materii organicznej spowodowane intensywnym oddychaniem nie jest rekompensowane jej przyrostem w procesie fotosyntezy w ciągu dnia. Powstaje zbyt mało asymilatów potrzebnych do wzrostu liści, korzeni, bulw, nasion czy owoców. Utrzymanie odpowiedniej temperatury w ciągu nocy ma istotne znaczenie szczególnie w uprawach pod osłonami, zwłaszcza w okresie wiosennym i jesienią, kiedy czynnikiem ograniczającym fotosyntezę jest deficyt światła.
Nietypowy wpływ temperatury na intensywność procesu oddychania zaobserwowano w bulwach ziemniaka - wzrost intensywności oddychania w tych organach następuje w temperaturze około 1°C. Jest to spowodowane szybkim przekształcaniem skrobi w monosacharydy, czyli gromadzeniem substratów oddechowych.
Kolejną interesującą sprawą jest wzajemna relacja procesów fotosyntezy i oddychania.
Fizjologia roślin, red. Monika Kozłowska, str. 363-364
10.5. Wpływ warunków środowiska na produktywność
Produktywność roślin jest głównie wypadkową wydajności procesu fotosyntezy i intensywności procesu oddychania. Fotosynteza jest uzależniona od takich czynników środowiska, jak światło, temperatura, zaopatrzenie roślin w wodę i składniki mineralne. Często także czynnikiem ograniczającym proces fotosyntezy jest dostępność dwutlenku węgla. W warunkach naturalnych czynniki regulujące natężenie fotosyntezy zwykle znacznie odbiegają od poziomu optymalnego. Ulegają one zmianom nie tylko w cyklu rocznym lub dobowym, ale także w znacznie krótszych odstępach czasu. Na przykład w niektórych rejonach Polski odnotowano skrajne wahania temperatury wynoszące w ciągu roku 70°C (średnia roczna amplituda 20°C), a w ciągu doby 35°C (średnia dobowa amplituda 10°C). Poszczególne rośliny rosnące w zespole lub poszczególne liście danej rośliny mogą znajdować się w różnych warunkach i wykazywać różną intensywność fotosyntezy. Niekorzystne warunki środowiska modyfikują także dystrybucję asymilatów i zaburzają wiele innych procesów fizjologicznych, pośrednio związanych z fotosyntezą.
Bardzo istotnym dla produktywności roślin czynnikiem środowiska jest światło, gdyż od długości jego działania w ciągu doby, natężenia i składu spektralnego zależy wydajność fotosyntezy. W nocy fotosynteza całkowicie ustaje, natomiast oddychanie przebiega nadal, a więc w tym okresie sucha masa rośliny nie zwiększa się, tylko podlega okresowemu zmniejszeniu. Wciągu dnia te straty masy zostają uzupełnione, gdyż na ogół intensywność fotosyntezy znacznie przewyższa intensywność oddychania. W warunkach, w których dostępność wody i temperatura nie ograniczają fotosyntezy, tj. w bezchmurne letnie dni, najwyższa intensywność procesu przypada w okresie przedpołudniowym, natomiast najniższa rano i wieczorem. W południe czynnikiem ograniczającym może być mała dostępność dwutlenku węgla, ze względu na zamykające się aparaty szparkowe. Istnieje jednak możliwość, że na skutek zmniejszonego natężenia promieniowania lub ograniczonego dostępu światła roślina nie powiększy swojej masy, gdyż ilość asymilatów powstających w procesie fotosyntezy ulegnie całkowitemu zużyciu podczas oddychania. Taka sytuacja może wystąpić w dni pochmurne, a także w wypadku nadmiernego zachwaszczenia lub zlej struktury łanu.
Przyrost biomasy roślin zależy również od temperatury. Zakresy optymalnej temperatury dla fotosyntezy i oddychania są różne. W strefie klimatu umiarkowanego, w maju, temperatura w ciągu dnia jest już dość wysoka, a nocą jeszcze niska. W takich warunkach intensywność fotosyntezy w dzień jest duża i znacznie przewyższa intensywność oddychania, natomiast intensywność oddychania nocą jest mała. Konsekwencją tego są duże przyrosty biomasy w tym okresie (ryć. 10.5). Natomiast w czerwcu i lipcu temperatura jest wysoka zarówno w dzień, jak i w nocy. Ponieważ w dzień temperatura często przekracza wartość optymalną dla fotosyntezy, intensywność tego procesu spada. W takich warunkach termicznych wzrasta intensywność oddychania i jest zużywana duża ilość asymilatów. Ponadto wyższe temperatury w czerwcu i lipcu zwiększają intensywność transpiracji i ewaporacji wody z gleby. W roślinach może wystąpić deficyt wody, którego następstwem będzie zamykanie aparatów szparkowych. Ograniczony dostęp dwutlenku węgla do komórek mezofilu ogranicza proces fotosyntezy, co niewątpliwie wpłynie niekorzystnie na przyrost biomasy.
Jak widać iglaki znowu górą. Przyznam, że te informacje są naprawdę ciekawe. Sądziłem bowiem, że w ujemnych temperaturach rośliny przechładzają wodę i wchodzą w stan hibernacji. A tu okazuje się, że takie iglaki jak gdyby nigdy nic sobie fotosyntezują i oddychają podczas mrozów. Choć wodę i tak muszą przechłodzić. Ponieważ rośliny nie są stałocieplne to procesy te na pewno zachodzą z bardzo małą intensywnością.
Ciekawe jest to jest u roślin zimozielonych takich jak np. rododendrony czy laurowiśnie. No i oczywiście u palm, a zwłaszcza w trachycaprusów. Dobrze byłoby mieć palmę GMO z wprowadzonymi genami od iglaków.
Autor
Wątek: Jak oddychanie roślin zależy od temperatury (Przeczytany 20125 razy)