Ověření významu fotochemického reflektančního indexu pro stanovení účinnosti využití absorbované sluneční radiace a aktivity xantofylového cyklu

Bc. Hana JANČÍKOVÁ

Diplomová práce

Confirmation of importance of photochemical reflectance index for estimation of light use efficiency and activity of xanthophyll cycle

Anotace:

V této diplomové práci jsem se zabývala studiem spektrálně optických vlastností jehlic smrku ztepilého (Picea abies [L.] Karst.) pěstovaného při definovaných mikroklimatických podmínkách v růstových komorách na katedře fyziky PřF OU. Rostliny byly postupně během několikadenních period vystaveny vzrůstající ozářenosti a teplotě ve snaze zjistit, jakým způsobem se tyto potenciální stresové faktory ve svém působení doplňují. Aklimace na dané mikroklimatické podmínky probíhala nezávisle na sobě ve dvou komorách, kdy v jedné komoře se nejprve postupně zvyšovala ozářenost a posléze teplota a ve druhé komoře došlo k současnému zvýšení ozářenosti a teploty a posléze již pouze teploty. Hlavním cílem bylo sledování vztahu mezi fotochemickým reflektančním indexem (PRI) získaným ze spekter reflektance a vybranými fyziologickými parametry, jako je obsah fotosynteticky aktivních pigmentů, aktivita pigmentů xantofylového cyklu případně obsah vody či sušiny. Všechny změny byly sledovány v rámci denních chodů. Z analýzy obsahu a relativního zastoupení chlorofylů a karotenoidů (Chls, Car x+c) vyplývá, že s postupnou aklimací rostlin se celkový obsah Chls se vzrůstající ozářeností a teplotou mírně snižoval, naopak relativní obsah Car x+c se zvyšoval, což vypovídá o zvýšených nárocích na ochranu proti vysoké ozářenosti a teplotě. Dále byl pozorován denní průběh a změny v relativním zastoupení pigmentů xantofylového cyklu, kdy rostliny dlouhodobě vystavované inhibici PSII mají vyšší investice do fotoprotektivních pigmentů xantofylového cyklu a tedy větší poměr těchto pigmentů v deepoxidované, fotoprotektivní formě. Reflektanční spektra jehlic v rozsahu 400-1100 nm vykazovala charakteristický průběh, kdy ve viditelné oblasti záření jsou nejvíce ovlivněna obsahem pigmentů a v infračervené oblasti obsahem vody a sušiny v pletivech. Hodnoty PRI získané z jednotlivých reflektančních spekter vykazovaly relativně dobrou korelaci s hodnotami DEPS a relativními obsahy jednotlivých pigmentů xantofylového cyklu vztaženými na chlorofyly, kdy se hodnoty regresního koeficientu R2 pohybovaly od 0,2306 po 0,6763. Za určitých podmínek tedy PRI může pro jehlice smrku ztepilého sloužit ke sledování některých vybraných fyziologických parametrů popisujících jejich aktuální stav a tedy i stav celé rostliny.

Abstract:

This diploma thesis deals with study of spectral optical properties of needles of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) seedlings grown in the growth chambers under defined microclimatic conditions. During successive ten-days periods plants were exposed to changing irradiance and temperature to test common effect of these two possible stress factors. Acclimation to given microclimatic conditions were independent between these two chambers. In the first chamber plants were exposed to elevated irradiance and then to elevated temperature, in the second one to elevated irradiance together with temperature and then to more elevated temperature. The main goal was to observe the relation among photochemical reflectance index (PRI) obtained from reflectance spectra and selected physiological parameters such as content of photosynthetically active pigments, activity of xanthophyll cycle pigments, water content or dry mass content. All changes were observed during the diurnal course. Analysis of the content and relative representation of chlorophylls and carotenoids (Chls, Car x+c) revealed that the progressive acclimation to high irradiance and temperature leads to slight decrease of Chls content together with increase of relative content of Car x+c as a consequence of higher requirement for protection against elevated irradiance and temperature. Further, the diurnal course of changes of xanthophylls cycle pigments was observed. Plants have higher investment to photoprotective pigments after long-term inhibition of PSII and have higher proportion of these pigments in their deepoxide, photoprotective form. Needle reflectance spectra within 400-1100nm revealed the typical shape ? in the visible spectral region the reflectance was influenced by pigments and in the infrared mainly by water and dry mass content. Values of PRI obtained from particular reflectance spectra showed relative good correlation with DEPS and relative contents of xanthophyll cycle pigments expressed per Chls when the values of R2 varied from 0,2306 to 0,6763. Thus, in some cases PRI can be used for Norway spruce needles to observe selected parameters describing actual physiological state from the level of needle to the whole plant.

Klíčová slova

nadměrná ozářenost, zvýšená teplota, smrk ztepilý, fotosynteticky aktivní pigmenty, xantofylový cyklus, reflektance, fotochemický reflektanční index

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 6. 2008

Zveřejnit od: 23. 6. 2008

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 8. 2008
• Vedoucí: Mgr. Martin Navrátil, Ph.D.

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Aplikovaná fyzika / Biofyzika