Fyziologické příčiny změn reflektance ve spektrální oblasti 530-570 nm

Bc. Barbora CIGÁNKOVÁ

Bachelor's thesis

Physiological causes of reflectance changes within spectral region of 530-570 nm

Abstract:

V této práci se zabývám reflektancí a jejím vztahem k fotosyntetické aktivitě a fyziologickému stavu rostlin. Ten může být ovlivněn mnoha faktory - teplotou, intenzitou záření atd. Ve své práci jsem stav rostliny sledovala hlavně z pohledu obsahu pigmentů a jejich aktivity v xantofylovém cyklu, tyto parametry byly následně korelovány s výsledky měření reflektance. Měření jsem prováděla na listech ječmene jarního (Hordeum vulgare L. cv. Bonus) a jeho mutantu (chlorina f2). Rostliny byly pěstovány v růstových komorách na katedře fyziky PřF OU při dvou ozářenostech, nízké (50 ?mol.m-2.s-1) a vysoké (1000 ?mol.m-2.s-1). Cílem práce bylo změřit reflektanci, sledovat její změny u obou typů ječmene při různé ozářenosti, spočítat z reflektančních spekter tzv. PRI (fotochemický reflektanční index) a sledovat jeho korelaci s obsahem vybraných fotosynteticky aktivních pigmentů a aktivitou pigmentů xantofylového cyklu. Při zpracování výsledků jsem sledovala jak rozdíl mezi divokým typem a mutantem ječmene, tak rozdíly u stejného typu ječmene, ale pěstovaného při jiné ozářenosti. Spektrofotometrické stanovení plošného obsahu pigmentů se v listech lišil u jednotlivých typů ječmene jarního, ale i při různých kultivačních ozářenostech. Obsah Chl a+b u stejného typu ječmene byl nižší u vzorků pěstovaných při nízké ozářenosti oproti vysoké ozářenosti. Velký rozdíl v obsahu je i mezi jednotlivými typy ječmene. U obsahu Carx+c jsou výsledky obdobné. Poměr Chl a+b/Carx+c je vyšší u obou typů ječmene vždy u vzorků pěstovaných při nízké ozářenosti. Snížení hodnoty tohoto poměru je následkem zvýšení množství karotenoidů při vysoké ozářenosti, které souvisí s většími nároky na ochranu proti vysoké ozářenosti. Další sledované hodnoty byly DEPS a zastoupení VAZ/Chl a+b stanovené HPLC analýzou. Nárůst podílu VAZ/Chl a+b i DEPS u všech rostlin pěstovaných při vysoké ozářenosti byl zapříčiněn z velké části nárůstem obsahu VAZ. Reflektanční spektra listů ječmene v rozsahu 400-1100 nm vykazovala charakteristický průběh, kdy větší rozdíly ve tvaru spekter divokého typu a mutantu hlavně v oblasti 500 ? 690 nm jsou způsobeny především rozdílným zastoupením pigmentů u těchto dvou typů vzorků. Poslední sledovaný parametr byla korelace PRI s DEPS a relativním zastoupením VAZ či obsahem karotenoidů. Výsledky ukazují, že PRI při určitých hodnotách DEPS a VAZ/Chl a+b může vykazovat lineární závislost, která však není univerzálně platná.

Abstract:

This thesis deals with reflectance and its relationship to the photosynthetic activity and physiological state of plants. The physiological state of plants may be influenced by various factors such the temperature, the intensity of radiation etc. In my work I mainly observed the state of the plants from the pigment content point of view and its activity in the xanthophyll cycle. These two parameters were subsequently correlated with the results of the reflectance measurements. For all experiments, the barley leaves (Hordeum vulgare L.cv.Bonus) and its mutant (chlorina f2) were grown in growing chambers at Faculty of Sciences of OU. Plants were cultivated under two irradiances ? low (50 ?mol.m-?.s-?) and high (1000 ?mol.m-?.s-?). The goals of this work were to measure the reflectance, to observe its changes in both types of barley at different irradiances, to derive the PRI (photochemical reflectance index) and to observe its correlation with the content of selected photosynthetically active pigments and activity of the xanthophyll cycle. While drawing the results I monitored both the difference between the wild type of barley, and its mutant as well as the differences in the same type of barley, however grown at different irradiance. The spectrophotometric assessment of the pigment content estimated per leaf area varied in different types of barley, but also in different cultivation irradiances. The content of Chl a+b in the same type of barley was lower than the samples grown at low irradiation in contrast to high irradiation. There is also a great difference in content between the individual barley types. The results are similar to the Carx+c content. The ratio of Chl a+b/Carx+c is higher in both barley types cultivated under low irradiance. The reduction in this value is a consequence of increasing the amount of Carx+c at high irradiance, which is connected to the higher requirement of protection against high irradiation. Other observed values were DEPS and VAZ/Chl a+b ratio determined by the HPLC analysis. The increase of VAZ/Chl a+b in all plants grown at high irradiance was mainly caused by the increase of VAZ. The reflectance spectra of the barley leaves ranging from 400 to 1100 nm showed a characteristic shape in which the differences between wild type barley and its mutant in the range of 500 ? 680 nm are caused above all by different pigment content in these two samples. The last observed parameter was the correlation of PRI with DEPS and relative representation of VAZ or carotene content. The results show that for some specific values of DEPS and VAZ/Chl a+b the dependence can be linear, however the correlation is not universally valid.

Keywords

Ječmen jarní, nadměrná ozářenost, reflektance, fotochemický reflektanční index

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 4. 2010

Accessible from:: 12. 4. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2010
• Supervisor: Mgr. Martin Navrátil, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biology / Experimental Biology