Poslední úprava: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D. (17.04.2018)
Přednáška i praktikum pro pokročilé studenty. Probírají se fotosyntetická produktivita rostlin a využití dopadajícího záření, energetická bilance listu a porostu, globální změny klimatu a jeho dopady, skleníkový efekt, struktura fotosyntetického aparátu (list, chloroplast, fotosyntetické pigmenty a primární procesy fotosyntézy, fixace oxidu uhličitého, fyziologie fotosyntézy, fotorespirace, fotoinhibice a ochranné mechanismy, xanthofylový cyklus, charakteristiky rostlin C3, C4 a CAM, struktura a funkce průduchů, fotosyntéza a dýchání
Doporučuje se, kromě uvedených prerekvizit, předem absolvovat buď přednášku z Anatomie rostlin nebo z Anatomie a morfologie rostlin.
Poslední úprava: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D. (17.04.2018)
The lecture and practical training for advanced students. The lectures concern plant photosynthetic production, radiation interception and absorption, efficiency of photosynthetic energy conversion, quantum yield and requirement, leaf and canopy energy budget, global climate changes, structure of the photosynthetic apparatus (leaf, chloroplast), photosynthetic pigments and primary processes of photosynthesis, photosynthetic gas exchange, physiology of photosynthesis, photorespiration, photoinhibition, xanthophyll cycle, characteristics of C3,C4 and CAM plants, photosynthesis and respiration.
Literatura
Poslední úprava: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D. (17.04.2018)
Procházka, S. a kol.: Fyziologie rostlin. Str. 124-197. Academia, Praha 1998. ISBN 80-200-0586-2.
Baker, N.R. (ed.): Photosynthesis and the Environment. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1996. ISBN 0-7923-4316-6.
Larcher, W.: Physiological Plant Ecology. 4th Ed. Springer - Verlag, Berlin 2003. ISBN 3-540-43516-6.
Leegood, R.C., Sharkey, T.D., von Caemmerer, S. (eds.): Photosynthesis: Physiology and Metabolism. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2000. ISBN 0-7923-6143-1.
Nátr, L.: Rostliny, lidé a trvale udržitelný život člověka na Zemi. Karolinum, nakladatelství UK, Praha 1998. ISBN 80-7184-681-3.
Nátr, L.: Koncentrace CO2 a rostliny. ISV nakladatelství, Praha 2000. ISBN 80-85866-62-5.
Nátr, L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva.- ISV nakladatelství, Praha 2002. ISBN 80-85866-92-7
Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)
zkouška probíhá ústní formou, pro splnění je potřeba především pochopení probíraných problematik
Sylabus -
Poslední úprava: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D. (17.04.2018)
1. Úvod
Fotosyntéza v kontextu fyziologie rostlin. Fotosyntetická produktivita na Zemi. Účinnost fixace sluneční energie rostlinami. Kvantový výtěžek a požadavek. Hlavní druhy plodin zabezpečující produkci potravin.
2. Energetická bilance listu a porostu.
Záření, fotony, energie kvanta, sluneční záření : spektrum, fyziologické účinky jednotlivých částí spektra. Energie přijímaná, vydávaná a pohlcená listem.
3. Skleníkový efekt
Podstata skleníkového efektu, změny koncentrace CO2 a ostatních skleníkových plynů. Možnosti omezování účinku skleníkového efektu na Zemi. Vliv CO2 na rostliny (primární a sekundární), ekologické důsledky, předpokládaný budoucí vývoj.
4. Fotosyntetické struktury
List, chloroplast, thylakoidní membrána. Fotosyntetické struktury prokaryot, endosymbiotický původ plastidů eukaryot. Plastidy hlavních skupin řas a vyšších rostlin, vzájemné přeměny. Chloroplasty: struktura, funkce, změny během ontogenese.
5. Fotosyntetická barviva a primární procesy fotosyntézy
Chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny. Absorpce energie kvanta molekulou chlorofylu. Fotosyntetický přenos elektronů (cyklický a necyklický), protonový gradient a fotofosforylace.
6. Fotosyntetická fixace CO2
Rubisco a její aktivace, Calvinův cyklus, oxygenázová aktivita Rubisco, tvorba škrobu nebo sacharosy, transport asimilátů z chloroplastů. PEPkarboxyláza a fixace CO2 u rostlin C4 a CAM.
7. Fyziologie fotosyntézy
Rychlost čisté a hrubé fotosyntézy. Fotorespirace. Vliv světelného záření, koncentrace CO2 a O2, teploty, zásobení vodou a minerálními živinami na rychlost čisté fotosyntézy. Fotoinhibice a ochranné mechanismy, xanthofylový cyklus. Fotosyntéza během ontogenese listu a rostliny, vliv inzerce listů, heterogenita na listové čepeli.
8. Fotosyntéza jako difuse CO2
Cesta CO2 do listu, cesta vodní páry z listu. Odvození difusních odporů/vodivostí proti/pro přenos vodní páry a CO2, metody jejich stanovení.
9. Průduchy
Stavba, výskyt a četnost průduchů. Mechanismy otevírání a zavírání průduchů. Vliv vnějších a vnitřních faktorů na vodivost průduchů.
10. Fotosyntéza a dýchání
Úloha dýchání při růstu rostlin, vztah dýchání a fotosyntézy, fotorespirace. Biochemie a fyziologie dýchání. Jednotlivé složky dýchání: růstová, udržovací, transportní, absorpční, asimilační.
11. Fotosyntéza u rostlin in vitro
Specifita kultivačních podmínek. Anatomické a fyziologické charakteristiky rostlin in vitro. Fotosyntéza během přenosu rostlin do podmínek ex vitro a během aklimatizace.
12. Metody měření rychlosti fotosyntézy
Metody gravimetrické, gazometrické, fluorometrické, využití 14C a stabilních isotopů, isotopový poměr delta 13C. Matematické modely. Dálkový průzkum Země. Růstová analýza. Metody měření listové plochy.
Praktická cvičení
Kombinace kyslíkové elektrody a fluorescence chlorofylu pro souběžné měření fotosyntetické a fotochemické aktivity listu (turnusově na konci semestru).
Poslední úprava: RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D. (17.04.2018)
1. Introduction
Photosynthesis in the context of plant physiology. Photosynthetic productivity on earth. Efficiency of fixation of solar energy and energy conversion by plants. Quantum yield and quantum requirement. Main crops in food production.
2. Energy budget of leaf and canopy
Radiation, photons, energy of a quantum, solar radiation: spectrum, physiological effects of individual spectral parts. The radiation intercepted, emitted and absorbed by the leaf.
3. Global climate change, greenhouse effect
Principle of greenhouse effect, changes in CO2 concentration and concentrations of other greenhouse gases. Possibilities for restriction of the greenhouse effect on the earth. Impact of changes in CO2 concentration on plants (primary and secondary), ecological consequences, expected future development.
4. Photosynthetic structures
Leaf, chloroplast, thylakoid membrane. Photosynthetic structures of prokaryotes, endosymbiotic origin of eukaryotic plastids. The plastids of main algal groups and of vascular plants, mutual plastid transformations. Chloroplasts: structure, functions, changes during leaf ontogeny.
5. Photosynthetic pigments and primary processes of photosynthesis
Chlorophylls, carotenoids, phycobilins. Absorption of radiation by chlorophyll molecules. Photosynthetic electron transport (cyclic, non cyclic), proton gradient and photophosphorylation.
6. Photosynthetic CO2 fixation
Rubisco and its activation, Calvin cycle, oxygenase activity of rubisco, formation of starch or saccharose, transport of assimilates out of the chloroplasts. PEP carboxylase and CO2 fixation in C4 and CAM plants.
7. Physiology of photosynthesis
Net and gross photosynthetic rates. Photorespiration. Effect of photosynthetically active radiation, CO2 and O2 concentrations, temperature, plant and soil water status, and mineral nutrition on net photosynthetic rate. Photoinhibition and protective mechanisms, xanthophyll cycle. Photosynthesis during leaf and plant ontogeny, as affected by leaf insertion level or by leaf blade heterogeneity.
8. Photosynthesis as CO2 diffusion pathway
Transport of CO2 into the leaf, transport of water vapour out of the leaf. Estimation of diffusion resistances/conductances against/for water vapour and CO2 transport, methods of measurement.
9. Stomata
Structure of stomata and stomatal density. Mechanisms of stomatal opening and closing. Influence of environmental and internal factors on stomatal conductance.
10. Photosynthesis and respiration
Role of respiration in plant growth, relationships between respiration and photosynthesis, photorespiration. Biochemistry and physiology of respiration processes. Components of respiration: growth, maintainance, transport, absorption, and assimilation respiration.
11. Photosynthesis in plants under in vitro conditions
Specificity of in vitro conditions. Anatomical and physiological characteristics of in vitro-grown plants. Photosynthesis during transfer of plants to ex vitro conditions and during acclimatization.
12. Techniques in bioproductivity and photosynthesis
Gravimetric, gasometric and fluorometric methods, methods using 14C and stable isotopes (carbon isotope discrimination ratio delta 13C). Remote sensing methods. Photosynthesis models. Plant growth analysis. Methods of leaf area measurement.
Practical training
Photosynthetic and photochemical activities of a leaf will be measured simultaneously by an oxygen electrode and a PAM fluorometer.
