ekologija i ekoloŠki odgoj - unizg.hr
Post on 17-Nov-2021
2 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ZRAČENJE - SVJETLOST
- Sunčevo zračenje ili radijacija je izvor energije za sve životne procese te osigurava održavanje i
stabilnost procesa kruženja tvari, regulira toplinski i vodni balans i utječe na formiranje toplinskih
pojaseva (tj. klime) na Zemlji
- Elektromagnetski spektar Sunčevog svjetla koji je značajan za biološke procese:
1. Ultraljubičasto nevidljivo zračenje (UV, 100-390 nm); izrazito mutagena i fotodestruktivna svojstva na
mnoge biokemijske reakcije kod biljaka i drugih organizama, čine oko 9 % ukupnog Sunčevog zračenja,
ozon ga apsorbira
2. Vidljiva (tzv. bijela) svjetlost (390-760 nm); fotosintetski aktivna radijacija (FAR), ima najveći značaj za
biljke s obzirom na fotoenergetsko djelovanje u procesu fotosinteze, sudjeluje i u drugim fotobiološkim
procesima (fotoperiodizam, fotonastije…), čini oko 41% Sunčevog zračenja, gotovo se ne mijenja
prolaskom kroz atmosferu
3. Infracrveno nevidljivo zračenje (IR, 750-3 000 nm); ima prvenstveno toplinsko djelovanje, čini oko 50 %
ukupnog Sunčevog zračenja, dobro ga apsorbiraju vodena para i CO2 (biljke tek od oko 2 000 nm)
- UV zrake najkraćih valnih duljina su apsorbirane
već u stratosferi (ozonski omotač)
- Do Zemlje dolaze zrake valnih duljina oko 300 nm
- Vanjski, kutikularni dijelovi stanica epiderme i
epidermalne stanice biljaka ih upijaju i
predstavljaju efikasan UV filter prema
fotosintetičkom tkivu
Biljke slabo apsorbiraju IR zračenje
dužine 800-1000 nm, no zračenje preko
2000 nm apsorbiraju gotovo u
potpunosti
- Solarna konstanta (1360 W/m2) je
količina energije Sunčevog zračenja
na gornjoj granici atmosfere = 100%
Sunčevog zračenja
- Sunčeva radijacija se na putu do
Zemlje apsorbira, reflektira i propušta
- Do tla prosječno dođe manje od 50 %
Sunčevog zračenja
- Taj postotak zavisi o:
• oblačnosti
• geografskoj širini
• nadmorskoj visini
• godišnjim dobima
• mijenama dana i noći
• izloženosti ozračenog područja
- Suha tropska područja: najveća količina Sunčevog zračenja,
mala oblačnost, područje visokog tlaka zraka, sunce je
gotovo uvijek u zenitu, ukupno zračenje je uglavnom direktno
(malo difuznog svjetla), nema velikih promjena zračenja
tokom godine, oko 70 % solarne konstante
- Tropska područja s pravilnim izmjenama kišnih i sušnih
razdoblja: ukupno zračenje manje nego u sušnim dijelovima
iste geografske širine, vodena para ima snažan zaštitni efekt
od pretjeranog zračenja
- Umjerena zona sjeverne hemisfere: 50 % solarne konstante (u
podne, vedar dan, na nivou mora, na horizontalnoj površini)
- Polarna područja: čak 99 % Sunčeve energije se izgubi na
dugačkom putu kroz debeli sloj atmosfere pri upadnom kutu
zraka od samo 5 %
Utjecaji zračenja na biljke
1. Fotoenergetski utjecaj
2. Fotobiološki utjecaj
3. Fotodestruktivni utjecaj
4. Termički utjecaj
Pigmenti koji apsorbiraju zračenje
1) Klorofil (a i b): apsorbiraju 70 % u plavom i crvenom dijelu
spektra, imaju sposobnost prenositi i preuzimati energiju među
molekulama te se oslobađati viška energije ili pak nedostatak
energije nadoknaditi od karotenoida (biljke uspješno nastanjuju
i osvjetljena i neosvijetljena staništa)
2) Karotenoidi: apsorbiraju u plavom dijelu spektra, apsorbiraju
višak energije kraćih valnih duljina od klorofila ili klorofilima
predaju apsorbiranu energiju kad je to potrebno za fotosintezu,
također apsorbenti su svjetlosti u fototropskoj reakciji
3) Fitokrom: nalazi se u citoplazmi i receptor je za stimuliranje
gotovo svih fotogenetskih i fotoperiodičnih reakcija
Fotoenergetsko djelovanje zračenja
- Pigmentima lista apsorbirana Sunčeva energija postaje pokretačka snaga mnogobojnih
reakcija i biokemijskih procesa u okviru fotosinteze
- Na fotosintezu imaju utjecaj: količina svjetlosti, koncentracija CO2, temperatura (10-40 0C),
količina vode, mineralni elementi (N, P…)
- Tri metabolička puta vezivanja CO2 u
fotosintezi: C3, C4 i CAM
- Razlike među ovim putovima su u
spoju koji nastaje kao prvi produkt
fotosinteze
C4 biljke:
• U toplim, intenzivno osvijetljenim i suhim predjelima tropske i
subtropske klime, često na slanim staništima
• Optimum fotosinteze na 300-400C
• Fotosintetiziraju puno učinkovitije od C3 biljaka, jer jako
efikasno fiksiraju CO2 (prvi produkt je kiselina s 4 C atoma,
funkcioniraju istovremeno dva enzima Rubisco i PEP)
• Vrlo mala potrošnja vode
• Veća potrošnja energije od C3 biljaka, ali isplati se
• Često kod Poaceae (kukuruz, proso, šećerna trska, trave
savana...), Cyperaceae...
• Ponekad alternacija C3 i C4 fotosinteze (pojedinačni nalazi
kod kukuruza, vodene biljke), prijelazni tipovi asimilacije,
fakultativne C4 biljke...
CAM biljke:
• U ekstremnim uvjetima, intenzivno
zračenje, izraziti nedostatak vode,
optimum na 25-400C
• Pustinje, polupustinje, mediteranski
kamenjari
• Noću asimiliraju CO2 i pohranjuju ga u
vakuole (C-4 kiseline) te po danu vrše
fotosintezu
• Najčešće među porodicama
Crassulaceae (tustike), Cactaceae,
Bromeliaceae (ananas), Agavaceae…
• Neki epifiti i vodene biljke
• Obligatne i fakultativne CAM biljke
• Ponekad neki dijelovi biljke imaju C3, a
neki CAM asimilaciju
Vrsta fotosinteze Separacija početne fiksacije CO2 i Calvinovog ciklusaOtvorenost
pučiNajbolje prilagođene
C3 Nema separacije Danju Hladna i vlažna mjesta
C4
Separacija između stanica mezofila i štapićastih stanica
(prostorna separacija)Danju Vruća, sunčana mjesta
CAMSeparacija između dana i noći
(vremenska separacija)Noću Vrlo vruća, suha područja
Režim zračenja unutar vegetacijskog sklopa
- Prolaskom kroz vegetaciju smanjuje se i
mijenja kvaliteta zračenja
- Vršni dijelovi krošanja dobro apsorbiraju
kratke valne duljine, a emitiraju
duge/toplinske valove
- U listopadnim šumama dva svjetlosna
maksimuma (proljetni i jesenski)
Mješovita šuma
Šuma bora
Polje suncokretaPolje kukuruza
Lisni indeks
(LAI - Leaf
Area Index ) –
kvocijent
između
projekcijske
površine listova
i površine
staništa
Lovorove šume 12 (5-14)
Tajge 12 (7-15)
Žitarice 9 (6-11)
Tropske kišne šume 8 (6-16)
Listopadne šume 5 (3-12)
Makija 4 (4-12)
Livade i stepe 4 (2-9)
Savane 4 (1-5)
Repa 4
Vrištine 4
Tundre 2 (0,5-2,5)
Krumpir 2
Mjerenje raspoložive svjetlosti u prizemnom sloju šumske vegetacije
Svjetlometar
Hemisferna fotografija
Uređaj LAI 2200C i dr.https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/?gclid=Cj0KCQjw8rT8BRCbARIsALWiOvQbUY3Tvvsniv2tmy3z-xkTRb5mf5h3xQIl78FxyhHpQKSkDuIo0okaAk-7EALw_wcB
Tipovi biljaka u odnosu na svjetlost
- Užitak svjetla (L - Lichtgenuss) je relativni odnos osvjetljenja na staništu u odnosu na intenzitet pune
dnevne svjetlosti (bez obzira na trenutačnu, apsolutnu vrijednost)
- L = intenzitet svjetla na staništu / intenzitet pune dnevne svjetlosti, (može maksimalno biti 100 % ili 1/1)
- Lmin i Lmax – raspon u kojem biljka može uspijevati
- Kompenzacijska točka je trenutak u kojem se postiže ravnoteža između količina primljenog (ulazi u
fotosintezu) i otpuštenog CO2 (disanje) u biljci
1. Heliofiti ili biljke svjetla
2. Skiofiti ili biljke sjene
3. Poluskiofiti
1. Heliofiti
- Žive u uvjetima pune svjetlosti, Lmin i Lmax =1
- Biljke pustinja, stepa, livada, kamenjara, sipara, pašnjaka, visokih planina…
- Visoka kompenzacijska točka (u slučaju sjene, brzo ulaze u stanje „gladovanja”)
Stresni uvjeti na staništu
1) intenzivno zračenje
2) visoka temperatura
3) nedostatak vode…
Prilagodbe:
1. Razgranat korijenski sustav
2. Niska stabljika kratkih internodija
3. Listovi: mali, debeli (više slojeva palisadnog i spužvastog parenhima), urezani, razgranata nervatura
4. Preklapanje listova radi zasjene
5. Drveće ima bogato razgranatu krošnju i listove usmjerene na sve strane
6. Na listovima i/ili stabljikama pojava: gustog dlakavog pokrivača, debelog kutikularnog sloja na
površini vanjskih stanica, voštanih prevlaka, naslaga kristala soli
7. Sitne i brojne puči s donje, ali često i gornje strane lista
Kadulja
Žednjak
- U listopadnim šumama neki heliofiti koriste kratke periode intenzivnog zračenja (rano
proljeće, jesen): brzo završe svoj ukupni životni ciklus (proljetnice) ili imaju helioplastičan
odgovor na listanje šume (stvaraju se novi tanji listovi, mijenjaju fotosintetičke aktivnosti,
šumski cecelj = Oxalis acetosella)
Šafran
Šumski cecelj
Proljetni drijemovac
2. Skiofiti
- Na zasjenjenim mjestima, u okviru šumskog sklopa
- Najčešće su zeljaste biljke, rjeđe grmolike, česte paprati
- Lmin i Lmax < 1
- Brzo uspostavljaju kompenzacijsku točku (slaba fotosinteza i disanje)
- Uglavnom C3 biljke
- Nisu prilagođeni na puno svjetla (trpe zbog vodnog deficita, a ne
mogu povećati intenzitet fotosinteze nakon nekog nivoa)
- Efikasno apsorbiraju malu količinu Sunčeve energije
- Čest problem s mineralnim tvarima na staništu
pa je česta mikoriza, karnivori, paraziti…
Šumska kokoška (Neottia nidus-avis)
Ljuskava potajnica (Lathrea squamaria)Bršljan (Hedera helix)
Podagrasti jarčevac (Aegopodium podagraria)
- Prilagodbe:
1) Listovi: krupni, široki, cjeloviti (ili slabo
urezani), tanki, glatki, slabe nervature
2) Slabo razvijena ili nepostojeća kutikula i
dlakavost listova
3) Listovi često izmjenično položeni u
nodijima ili u rozetama
4) Puči samo sa donje strane lista
5) Malo slojeva parenhima u listu, ali puno
klorofila u kloroplastima (tamnozeleni
listovi)
6) Stabljika malog promjera, slabog ili
umjerenog grananja, dugačkih
internodija sa slabo razvijenim provodnim i
mehaničkim tkivom
7) Brza uspostava kompenzacijske točke
Obična bahornica (Circea lutetiana)
Mirišljava lazarkinja (Galium odoratum)
- Kod nekih vrsta sezonskilisni dimorfizam kodrazličitih svjetlosnih uvjetana šumskim staništima
Stoklasa (Hordeum murinum)3. Poluskiofiti
- Najbolje uspijevaju u uvjetima pune dnevne svjetlosti, ali
podnose i određeni stupanj zasjenjenosti (Lmin < 1, Lmax = 1)
- Rastu u prizemnim slojevima svijetlih listopadnih šuma, duž
puteva, na osojnim (koje nisu okrenute suncu) livadama…
- Npr. stoklasa (Hordeum murinum), pastirska iglica (Geranium
pratense) i dr.
Pastirska iglica (Geranium pratense)
Razvrstavanje drveća na ekološke
svjetlosne tipove
- U odraslom stanju svo drveće može
izdržati punu dnevnu osvijetljenost
gornjih dijelova krošnje
- Grane i pupovi u unutrašnjosti krošnje i u
donjim dijelovima stabla te mladice
drveća u prizemnom sloju razvijaju se u
uvjetima umjerene do izražene zasjene
- Svjetlosni tipovi određuju se prema
razvojnim fazama i adaptivnoj
sposobnosti mladica drvenastih biljaka
- Heliofitne vrste: hrast, lipa, breza,
topola…
- Skiofitne vrste: bukva, grab, smreka,
jela… Miris završetka škole :-)
Fotobiološki efekt zračenja
- Očituje se u djelovanju crvene i plave svjetlosti (fitokrom) kao stimulansa
za pokretanje različitih bioloških procesa
1) Biosinteza enzima, pigmenata i fitohormona
2) Indukcija fotomorfogenetskih procesa - realizacija specifičnog oblika i
strukture biljke
3) Fototropizam (heliotropizam) – orijentacijsko djelovanje svjetlosti, koja
utječe na smjer rasta pojedinog biljnog organa
https://www.youtube.com/watch?v=Ze8NV7cvW8k , https://www.youtube.com/watch?v=DhITXtENPrU
4) Fotonastične reakcije – pod utjecajem brzih i kratkotrajnih promjena
svjetlosti, reverzibilna pokretanja (pokretanje puči, otvaranje i zatvaranje
cvjetova) https://www.youtube.com/watch?v=2axoAf0MiLg
5) Reguliranje fotoperiodičnih reakcija – biljke kratkog i dugog dana
(cvjetanje, opadanje listova…)
Fotodestruktivno djelovanje zračenja
- Djelovanje kratkovalnih UV zraka (u velikim nadmorskim visinama, u tropskim područjima):
fotooksidativne reakcije i fotolezije (mutagena svojstva uzrokuju nepravilnost u razvoju biljke), biljke se
štite sintezom flavonoida i alkaloida te imaju zadebljale kutikularne slojeve, vertikalno položene listove,
povećanje slojeva mezofila…
- Iznenadno izlaganje biljaka izuzetno intenzivnoj jakoj bijeloj svjetlosti (npr. nakon požara, sječa šuma i
sl.): štetno pogotovo biljke sjene nisu sposobne iskoristiti ovu energiju, fotoinhibicija, mali prinos
biomase)
top related