Úloha fotorespirace při aklimaci smrku ztepilého na rozdílné radiační a teplotní podmínky

Bc. Veronika LEVÁKOVÁ

Master's thesis

The role of photorespiration in acclimation of Norway spruce to different light and temperature conditions

Abstract:

Tato diplomová práce je zaměřena na roli ochranných mechanismů, které zabraňují poškození fotosyntetického aparátu pod stresovými podmínkami, jako jsou nadměrná ozářenost a vysoká teplota. V této práci jsou prezentovány dva typy měření na výhonech rostlin smrku ztepilého (Picea abies [L.] Karst.). První je založeno na měření denních chodů fotosyntetických parametrů s použitím gazometrických a fluorescenčních metod a druhé je založeno na měření dynamiky odezvy gazometrických a fluorescenčních parametrů po změně aklimačních podmínek. Mikroklimatické podmínky během denní periody byly simulovány dvěma růstovými komorami. Za celou dobu experimentu byly v komorách simulovány tři aklimační režimy. U první komory byly nastaveny režimy LI-LT (nízká ozářenost a nízká teplota), HI-LT (vysoká ozářenost a nízká teplota), HI-HT (vysoká ozářenost a vysoká teplota) a u druhé komory režimy LI-LT (nízká ozářenost a nízká teplota), HI-HT (vysoká ozářenost a vysoká teplota), HI-HT2 (vysoká ozářenost a nejvyšší teplota). Jedním z hlavních cílů v tomto experimentu bylo nalézt příčiny polední deprese rychlosti asimilace CO2 (AN) během simulovaného denního průběhu mikroklimatických činitelů v růstové komoře. Polední depresi fotosyntézy, která se značně projevila v režimech s vysokou ozářeností a vysokou teplotou u druhé komory (HI-HT a HI-HT2), doprovázelo snížení hodnot průduchové vodivosti (Gs), snížení fotochemické účinnost PS II (Yield), snížení hodnot relativního transportu elektronů přes PS II (ETR) při současném zvýšení nezářivé disipace nadbytečné energie (D). Zvýšená nezářivá disipace tak snižuje nároky na fotorespiraci, jakožto fotoprotektivní mechanismus. U první komory (HI-HT) byla polední deprese rychlosti asimilace CO2 připsána pravděpodobně stomatálním limitacím, kdy při současném snížení AN došlo ke snížení Gs a intracelulární koncentrace CO2 (Ci). U první komory bylo v poledne dále pozorováno zvýšení fotorespirace. Z toho plyne, že jednou z hlavních příčin polední deprese AN u první komory se jeví odklon nadbytečných elektronů k neasimilačním cestám, pravděpodobně k procesům respiračním.

Abstract:

This diploma thesis is focused on the role of protective mechanisms which prevent damage of the photosynthetic apparatus under stress conditions such as high light intensities and high temperature. Two types of measurements on the shoots of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) are presented in this thesis. The first type is based on the measurements of daily course of photosynthetic parameters using the gas exchange and chlorophyll a fluorescence techniques. The second measurement is based on the study of speed of response of gas exchange and fluorescence parameters to the change of microclimatic conditions. The microclimatic conditions within the day were simulated by two growth chambers. Three acclimation regimes were simulated in this experiment. In the first growth chamber the following regimes were simulated: LI-LT (low light intensity and low temperature), HI-LT (high light intensity and low temperature), HI-HT (high light intensity and high temperature) and in the second growth chamber LI-LT (low light intensity and low temperature), HI-HT (high light intensity and high temperature), HI-HT2 (high light intensity and the highest temperature) conditions were simulated. One of the main aims was to find the reason of the midday depression of photosynthesis during the simulated daily conditions in growth chamber. We found out that in this experiment the midday depression of CO2 assimilation, which was found under conditions of high light intensities and high temperature in the second growth chamber (HI-HT and HI-HT2), was accompanied by a decrease of stomatal conductivity (Gs), potential quantum yield of PS II photochemistry (Yield), decline of apparent electron transport rate of PS II (ETR) and increased non-radiative dissipation (D) during noon. Increased non-radiative dissipation lowers demand on photorespiration to prevent the photosynthetic apparatus from photodamage. In the first growth chamber (HI-HT) depression in CO2 assimilation at midday was mostly attributed probably to stomatal limitation since the reduction in the net CO2 assimilation rate was followed by a significant reduction in stomatal conductance and decrease of intracellular CO2 concentration. In the first growth chamber (HI-LT and HI-HT) increase of photorespiration during noon was observed. Consequently, the main cause of midday depression was utilization of electrons in non-assimilatory pathways such as respiratory processes.

Keywords

denní chod fotosyntetických parametrů, fotorespirace, nezářivá disipace, polední deprese fotosyntézy, stomatální a nestomatální limitace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2008

Accessible from:: 18. 4. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2008
• Supervisor: Mgr. Michal Štroch, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics