• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Pory roślin ujawniają swoje sekrety

    14.07.2010. 22:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Badania naukowe finansowane ze środków unijnych przyczynią się do przemyślenia na nowo sposobu, w jaki rośliny uwalniają parę wodną do atmosfery w procesie zwanym transpiracją. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences mają znaczenie dla dziedzin tak różnorodnych jak prognozowanie pogody, zmiany klimatu, rolnictwo czy hydrologia.

    Źródłem unijnego wsparcia prac był projekt LIFT (Fluorescencja przejściowa wzbudzana laserowo - podejście oparte na teledetekcji w celu skalowania i ilościowego określenia skuteczności wykorzystania światła czynnego fotosyntetycznie w ekosystemach), 3-letnie stypendium dla wyjeżdżających naukowców Marie Curie, który otrzymał 250.000 EUR z budżetu Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Liście roślin są wyposażone w maleńkie pory w kształcie warg zwane szparkami, przez które rośliny uwalniają parę wodną do atmosfery. Ten proces chłodzi i nawilża atmosferę nad roślinnością oraz wpływa na klimat i opady atmosferyczne. Ponadto przez szparki pobierany jest dwutlenek węgla (CO2), który rośliny wykorzystują w fotosyntezie. Zasadniczo rośliny są w stanie zmienić rozwartość szparek, aby regulować tempo pobierania CO2 i uwalniania pary wodnej. Szparki mają zatem istotny wpływ na wydajność roślin, zmiany klimatu i obieg wody.

    Jednakże wskazanie mechanizmów kontrolujących rozwartość szparek okazało się trudne. Dlatego też opisy reakcji szparkowej wykorzystywane w modelach komputerowych zmian klimatu są raczej ubogie.

    "Naukowcy badają szparki od co najmniej 300 lat" - zauważa Joseph Berry z Carnegie Institution w USA. "To niesamowite, że nie mamy dobrego rozeznania, co do mechanizmów regulacyjnych, które kontrolują otwieranie się lub zamykanie szparek w reakcji na stale zmieniające się środowisko."

    Częściowo problem wiąże się z faktem, że regulacja transpiracji zachodzi w szerokim zakresie skal, począwszy od turbulencji atmosferycznych po kanały w błonach komórkowych tworzące pory szparkowe.

    Dalsze komplikacje wynikają z faktu, że jest ona badana przez dwie odrębne dyscypliny, które tradycyjnie przyjmowały zdecydowanie odmienne podejścia do problemu. Meteorologowie przyjęli podejście odgórne, badając ilość energii potrzebną na przykład do odparowania wody. Z kolei fizjologowie roślin zwykle koncentrują się na układach czuciowych i ruchach kontrolujących rozwarcie szparek.

    Dotychczas naukowcy byli przekonani, że komórki szparkowe wokół szparek dostosowywały rozmiar porów w reakcji na światło i inne sygnały środowiskowe. Niemniej ostatnie badania przeprowadzone przez naukowców z Niemiec i USA pokazują, że to energia pochłaniana przez barwniki i wodę głęboko wewnątrz liścia tak naprawdę kieruje tempem utraty wody przez szparki.

    Doświadczenia przeprowadzone przez zespół wskazują na to, że epiderma liścia jest niezwykle czuła na różnicę między tempem transpiracji a tempem wytwarzania pary wodnej wewnątrz liścia.

    "To oznacza, że aktualny model tego, co skłania szparki do zmiany rozwarcia musi ulec zmianie" - zauważa stypendysta Marie Curie, Roland Pieruschka z Carnegie Institution (obecnie w Centrum Badawczym Jülich w Niemczech). "Przez długi czas naukowcy byli przekonani, że ciepło słoneczne absorbowane przez barwniki, przemieszcza się z jednej komórki do drugiej, aż dotrze do jamy poniżej szparek, gdzie jak sądzono zachodzi parowanie. Prawdopodobnie do pewnego stopnia tak właśnie jest, niemniej zaprezentowane tutaj wyniki są bardziej spójne z naszą hipotezą, że znaczna część tego ciepła jest przenoszona przez przestrzenie powietrzne w liściu, które są nasycone parą wodną."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Transpiracja szparkowa – transpiracja zachodząca poprzez aparaty szparkowe. Para wodna początkowo znajdująca się w przestrzeniach międzykomórkowych przedostaje się do komory powietrznej i na drodze dyfuzji, przez szparki wydostaje się na zewnątrz. Udział tego rodzaju transpiracji jest zwykle wysoki – 80% transpiracji ogółem. Parowanie szparkowe może wykazywać rytmikę dobową w związku z cyklem zamykania i otwierania szparek przez rośliny. Jest to zależne od: Suchorośla, suchorosty, sklerofity (gr. sklēros – twardy, phyton – roślina) – kserofity przystosowane do życia w warunkach gorących i suchych za sprawą bardzo wydajnej gospodarki wodnej. W przeciwieństwie do sukulentów nie są przystosowane do gromadzenia wody, w okresach kiedy jest jej pod dostatkiem. Ich adaptacje związane są z możliwością znacznego ograniczenia transpiracji w okresie niedostatku wody i bardzo intensywną gospodarką wodną w okresach jej dostępności. Posiadają bardzo rozwinięty i głęboki system korzeniowy, którego masa zwykle jest dużo większa od masy pędu nadziemnego. Dzięki temu, a także wysokiej wartości osmotycznej soku komórkowego i dużej ilości szparek – rośliny te pobierają wówczas wielkie ilości wody z podłoża. Ciśnienie osmotyczne w ich komórkach czasami wynosi nawet 100 atm. Para wodna jest jednym z najważniejszych gazów w powietrzu. W atmosferze Ziemi, para wodna jest elementem cyklu hydrologicznego. Para wodna tworzy się przez parowanie wody albo przez sublimację lodu. W atmosferze para wodna kondensuje lub resublimuje tworząc mgły lub chmury.

    Hipoteza geochemiczna - jest jedną z hipotez dotyczących powstania wody na ziemi. W odróżnieniu od hipotezy solarnej zakłada, że woda powstaje we wnętrzu skorupy ziemskiej i zostaje uwolniona z magmy w procesach wulkanicznych. Obecność wody w magmie wynosi ok. 1-8%. Para wodna w gorącej magmie w temperaturze poniżej wartości krytycznej ulega skropleniu tworząc roztwory hydrotermalne. Kiedy wulkan jest aktywny woda zostaje uwolniona do atmosfery lub hydrosfery. Wody, które powstały z krzepnięcia magmy, nazywamy wodami juwenilnymi. Transpiracja – czynne parowanie wody z nadziemnych części roślin. Rośliny transpirują przez aparaty szparkowe (transpiracja szparkowa), przez skórkę (transpiracja kutykularna) i przez przetchlinki (transpiracja przetchlinkowa).

    Live steam to model, napędzany za pomocą pary świeżej otrzymywanej z pary wodnej pod ciśnieniem, otrzymuje się przez ogrzewanie wody w kotle. Para wodna służy do obsługi kotłów stacjonarnych lub ruchomych elementów. Elektrownia regulacyjna (lub zbiornikowa) to typ elektrowni wodnej wyposażony w zbiornik gromadzący spiętrzoną za pomocą zapory lub jazu wodę. Pozwala on zwiększyć ciśnienie i spad, zwiększając możliwą do wykorzystania energię wody. Hydroelektrownia taka jest też niezależna od chwilowego dopływu oraz pozwala w znacznym zakresie regulować ilość przepływającej przez turbiny wody, a tym samym ilość wytwarzanej energii elektrycznej. Powstały przed zaporą sztuczny zbiornik wodny pełni także istotną funkcję przeciwpowodziową.

    Kriofor - szklane urządzenie, za pomocą którego można zaprezentować zjawisko parowania i wrzenia wody pod zmniejszonym ciśnieniem . Kriofor składa się z dwóch połączonych wygiętą rurką szklanych zbiorników. W jednym zbiorniku znajduje się trochę wody, resztę objętości wypełnia nasycona para wodna (brak powietrza). Drugi, pusty zbiornik podczas pokazu jest zanurzany w mieszaninie oziębiającej (kawałki lodu zmieszane z solą kuchenną) lub w ciekłym azocie. W niskiej temperaturze para wodna zestala się (resublimuje) na wewnętrznych ściankach zbiornika, wskutek czego ciśnienie pary maleje. Przy intensywnym chłodzeniu można zaobserwować wrzenie wody, po pewnym czasie woda w zbiorniku zamarza. Woda wrze, ponieważ w niskiej temperaturze obniża się temperatura parowania, a zamarza dlatego, że na skutek znacznego obniżenia ciśnienia pary wodnej w zbiorniku, woda gwałtownie paruje, a parując, pobiera ciepło obniżając temperaturę wody aż dochodzi do krzepnięcia pozostałej wody. Cykl ksantofilowy – zachodzi w błonach tylakoidów i jest jednym z mechanizmów chroniącym rośliny przed fotoinhibicją. Podczas oświetlania roślin silnym światłem barwniki fotosyntetyczne absorbują więcej energii świetlnej niż jest konieczne do przeprowadzania fotosyntezy. W przypadku gdy energia wzbudzenia chlorofilu nie może być przekazana do centrum reakcji chlorofil ze stanu singletowego przechodzi do stanu trypletowego, co prowadzi do wytwarzania reaktywnych form tlenu – tlenu singletowego. W silnym świetle jeden z barwników wchodzących w skład kompleksów antenowych – wiolaksantyna przekształcany jest w zeaksantynę. Reakcja ta katalizowana jest przez deepoksydazę wiolaksantyny, a produktem pośrednim reakcji jest anteraksantyna. Reakcja ta rozpoczyna się, gdy na skutek działania fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów do wnętrza tylakoidu (lumen) zostanie przeniesiona znaczna ilość jonów wodorowych – następuje zakwaszenie wnętrza tylakoidu. Powstała zeaksantyna posiada zdolność do przejmowania energii z wzbudzonego chlorofilu w stanie trypletowym i rozpraszania jej w postaci ciepła. Chroni to fotoukłady przed uszkodzeniem podczas nadmiernego oświetlania.

    Gejzer – rodzaj gorącego źródła, które gwałtownie wyrzuca słup wody i pary wodnej o temperaturze wrzenia. Woda z gejzerów ogrzewana jest w procesie hydrotermalnym przez magmę zalegającą kilka kilometrów pod powierzchnią ziemi. Wybuchy gejzerów są dość regularne, ale dla każdego źródła odstępy pomiędzy kolejnymi wybuchami są inne. Woda może być wyrzucana na wysokość nawet 30-70 m.

    Obieg tlenu w przyrodzie, cykl tlenu – cykl biogeochemiczny, który opisuje cyrkulację tlenu i jego związków chemicznych (głównie dwutlenku węgla) w biosferze. Ogólnie cykl ten wygląda tak, że tlen jest pobierany z atmosfery przez wszystkie organizmy żywe, a następnie wykorzystywany w procesie oddychania komórkowego. Produktem ubocznym tej reakcji jest dwutlenek węgla, uwalniany z powrotem do atmosfery, z której jest pobierany przez rośliny i zamieniany z powrotem w tlen w procesie fotosyntezy.

    Dodano: 14.07.2010. 22:12  


    Najnowsze