Fotosyntetická aktivita a dostupnost asimilátů při rozdílné spektrální kvalitě světla

Julie POLÁŠKOVÁ

Bachelor's thesis

Photosynthetic activity and availability of assimilates at different spectral light quality

Abstract:

V této práci bylo stanoveno několik cílů. Zaprvé, bylo potřeba zjistit, zda je modré a červené záření zodpovědné za zvýšenou fotosyntetickou aktivitu u rostlin ječmene jarního (Hordeum vulgare) oproti zelenému záření. Zadruhé, mělo být stanovováno množství sušiny v listech, a pomocí anthronové metody zjišťováno množství nestrukturních sacharidů (NSC). Také bylo úkolem zjistit, zda je množství nasyntetizovaných fenolických látek ovlivněno dostupností primárních asimilátů vznikajících při fotosyntéze, proto byla zjišťována korelace mezi množstvím NSC (nebo kultivační rychlostí asimilace CO2 (fotosyntézy)) a množstvím fenolických látek. Nakonec měl být změřen poměr C/N v listech. V experimentu byly použity rostliny ječmene jarního pěstované při modrém, zeleném a červeném záření o vysoké intenzitě (HI, 400 ?mol m-2 s-1) a nízké intenzitě (LI, 100 ?mol m-2 s-1), pomocí gazometrické metody byly zjišťovány hodnoty kultivační rychlosti asimilace CO2, průduchové vodivosti a koncentrace CO2 v podprůduchové dutině (Ci), také byly vytvořeny světelné křivky fotosyntetické asimilace CO2. Stanovení NSC bylo provedeno pomocí spektrofotometrické metody, obsah fenolických látek byl převzat od korelující bakalářské práce od Radomíra Pecha (2018). C/N poměr byl stanovován na prvkovém analyzátoru na pracovišti CVGZ AV' C v.v.i. Brno. Nejvyšší hodnota kultivační rychlosti asimilace CO2 byla naměřeny u zelené HI varianty (5 ?mol m-2 s-1). U modré HI, modré LI a červené HI byly hodnoty nižší (3 ?mol m-2 s-1). Průduchová vodivost byla nejvyšší při modrém záření (HI ~ 0,2 mmol m-2 s-1; LI ~ 0,3 mmol m-2 s-1), u ostatních variant byla hodnota velice nízká (do ~ 0,1 mmol m-2 s-1). Nejvyšší hodnoty asimilace CO2 při měnící se intenzitě PAR byly zaznamenány při modré HI a zelené HI variantě (~ 12 - 14 ?mol m-2 s-1), nejnižší hodnoty byly naměřeny u červené LI a zelené LI varianty (~ 5,5 - 8 ?mol m-2 s-1). Množství sušiny bylo u všech variant podobné (~ 6 - 11 %), statistický rozdíl nebyl prokázán. Množství NSC se mezi všemi variantami průkazně nelišilo (0,8 - 1,55 mg NSC / g listu). Vzájemná korelace mezi obsahem fenolických látek a obsahem NSC nebyla prokázána. Vzájemná korelace byla nalezena mezi obsahem fenolických látek a rychlosti asimilace CO2 za kultivačních podmínek u červené a zelené HI a LI varianty. U modré varianty tato korelace nebyla nalezena. Hodnoty poměru C/N byly téměř u všech variant vzorků podobné (~ 5,5 - 6), průkazně vyšší hodnota byla zaznamenána u červené HI varianty (~7,5). Hypotéza zvýšené fotosyntetické aktivity za modrého a červeného záření byla potvrzena pouze částečně. Zelené záření ukázalo, že i když způsobilo nepatrné otevření průduchů, stejně jako tomu bylo u červeného záření, dokáže indukovat vyšší rychlost asimilace CO2 než červené záření, a při vyšší intenzitě zeleného záření dokonce vyšší rychlost asimilace CO2 než u modrého záření. Nebyl prokázán vztah mezi fotosyntetickou aktivitou, obsahem NSC a fenolických látek skrze analýzu korelace.

Abstract:

For this work, several goals were set. Firstly, it was necessary to determine if blue and red light were responsible for an increased photosynthetic activity in spring barley plants (Hordeum vulgare) compared to green light, which was, until recently, considered to be not used by plants that much. Secondly, the amount of dry matter in the leaves was determined and the anthron method was then used for finding out the amount of non-structural carbohydrates (NSC). Another goal was to find out if the amount of synthesized phenolic compounds was influenced by the availability of primary photosynthetic assimilates. Therefore, the correlation between the amount of NSC (or the cultivation rate of CO2 assimilation (photosynthesis)) and the amount of phenolic compounds was also looked into. Finally, the C/N ratio in the leaves was measured. In this experiment, spring barley plants were grown under blue, green and red light in high intensity (HI, 400 ?mol m-2 s-1) and in low intensity (LI, 100 ?mol m-2 s-1); using the gasometric method, the cultivation rate of CO2 assimilation, stomatal conductance and intercellular CO2 concentration of leaves (Ci) were determined, and light curves of photosynthetic CO2 assimilation were also set. The NSC content was set using the spectrophotometric method, the content of phenolic compounds was cited from the correlating bachelor thesis by Radomír Pech (2018). The C/N ratio was determined on an element analyzer at the CVGZ AV, C v.v.i. Brno. The highest CO2 assimilation rate was detected at green HI variant (5 ?mol m-2 s-1). The values of blue HI, blue LI and red HI were lower (3 ?mol m-2 s-1). Stomatal conductance was the highest in plants with blue light exposure (HI ~ 0.2 mmol m-2 s-1; LI ~ 0.3 mmol m-2 s-1); the stomatal conductance for the other variants was very low (to ~ 1 mmol m-2 s-1). The highest values of CO2 assimilation at changing PAR intensity were recorded in blue HI and green HI variants (~ 12 - 14 ?mol m-2 s-1), the lowest values were measured in red LI and green LI variants (~ 5.5 - 8 ?mol m-2 s-1). The amount of dry matter was similar in all sample variants (~ 6 - 11%). The amount of NSC did not differ significantly among all variants (0.8 - 1.55 mg NSC / g of leaf). There was no a relationship between the amount of phenolic compounds and NSC. A relationship between the amount of phenolic compounds and CO2 assimilation in the red and the green HI and LI variants was found, in the blue variant was not. The C/N ratio values were similar for all sample variants (~ 5.5-6), slightly higher values were observed in the red HI variant (~ 7.5). The hypothesis of increased photosynthetic activity under blue and red light was only partially confirmed. Green light, although it caused a slight opening of stomata as the red light did, showed that it can induce a higher rate of CO2 assimilation than red light, and the higher intensity of green light caused even higher CO2 assimilation rate than blue light. There was no correlation between photosynthetic activity, NSC content and phenolic compounds through the correlation analysis.

Keywords

Fotosyntéza, PAR, Hordeum vulgare, fenolické látky, nestrukturní sacharidy, spektrální kvalita záření, asimilace CO2, průduchová vodivost.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 6. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 15. 8. 2019
• Supervisor: Mgr. Daniel Vrábl, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Applied Physics / Biophysics