Μελέτη φωτοσυνθετικών και υδατικών παραμέτρων των φύλλων ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΥΠΟΔΟΜΩΝ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΕΩΝ ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ 5η Εργαστηριακή άσκηση Μελέτη φωτοσυνθετικών και υδατικών παραμέτρων των φύλλων του φυτού Vicia faba υπό την επίδραση έλλειψης νερού ΑΘΗΝΑ 2017

Η ξηρασία, ως κλιματικός παράγων, είναι το αποτέλεσμα του συνδυασμού της περιορισμένης διαθεσιμότητας νερού (από την ατμόσφαιρα ή/και από το έδαφος) και της απώλειάς του (μέσω της εξατμισοδιαπνοής). Επιπτώσεις σε όλα τα επίπεδα οργάνωσης ενός φυτικού οργανισμού. Εμφανή συμπτώματα σε σύντομο χρονικό διάστημα και οφείλονται σε διαταραχές ορισμένων λειτουργιών Συμπτώματα κοινά σε όλα τα φυτά Αποτελούν ταυτόχρονα και τους στοιχειώδεις μηχανισμούς εγκλιματισμού για την αντιμετώπιση του κινδύνου πλήρους αφυδάτωσης

Επιπτώσεις στη φωτοσυνθετική λειτουργία Υδατική καταπόνηση Κλείσιμο των στομάτων Περιορισμός ρυθμού εισόδου του CO2 από την ατμόσφαιρα Μείωση ρυθμού φωτοσυνθετικού αναβολισμού

Επιπτώσεις στη φωτοσυνθετική λειτουργία Υδατική καταπόνηση + υψηλής έντασης φωτεινή ακτινοβολία Η συλλεγόμενη ενέργεια από τους χλωροπλάστες δεν χρησιμοποιείται για την παραγωγή φωτοχημικού έργου Ανάπτυξη επιζήμιου ενεργειακού περισσεύματος στα φωτοσυστήματα Αύξηση κινδύνου συσσωρευμένων οξειδωτικών βλαβών στους χλωροπλάστες Μείωση της φωτοσυνθετικής ικανότητας (φωτοαναστολή)

Σκοπός Στόχος της παρούσας άσκησης είναι η διερεύνηση της επίδρασης της υδατικής καταπόνησης στις υδατικές και φωτοσυνθετικές παραμέτρους φύλλων κουκιού (Vicia faba).

Υλικά & Μέθοδοι Με την εμφάνιση ορατών συμπτωμάτων υδατικής καταπόνησης προσδιορίζονται οι εξής παράμετροι: Σχετικό περιεχόμενο σε νερό 2. Άνοιγμα στοματίων 3. Φωτοσυνθετική ταχύτητα και ταχύτητα διαπνοής 4. Φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος ΙΙ και φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων υπό διαφορετικές εντάσεις φωτός

Προσδιορισμός του σχετικού περιεχόμενου σε νερό (RWC) Το σχετικό περιεχόμενο σε νερό δίδει χρήσιμες πληροφορίες, σε συνδυασμό με το δυναμικό του νερού, για την υδατική κατάσταση των ιστών. RWC = πραγματικό περιεχόμενο σε νερό/περιεχόμενο σε νερό σε πλήρη σπαργή Δηλ. RWC = νωπό βάρος-ξηρό βάρος / κορεσμένο βάρος-ξηρό βάρος Για τις ανάγκες της άσκησης, για να μετρηθεί το RWC υπολογίζεται το νωπό βάρος δύο ομάδων δίσκων που έχουν αποκοπεί από φύλλα: Στην πρώτη ομάδα λαμβάνεται γρήγορα το νωπό βάρος, ενώ στη δεύτερη λαμβάνεται το κορεσμένο βάρος, αφού προηγουμένως οι δίσκοι έχουν επιπλέυσει σε απιονισμένο νερό για 24 ώρες. Στη συνέχεια οι δίσκοι τοποθετούνται σε κλίβανο (στους 80ο C) ώστε να υπολογιστεί και το ξηρό τους βάρος.

Μέτρηση του εύρους του στοματικού πόρου–κατασκευή εκμαγείων φύλλου 1 cm3 σιλικονούχου υλικού απλώνεται σε τρυβλίο Petri και αναμειγνύεται με τη βοήθεια σπάτουλας με 1-2 σταγόνες στερεωτικού. Λεπτό στρώμα μίγματος απλώνεται επάνω στο υπό εξέταση φύλλο. Μετά από 10 min το στερεοποιημένο πλέον στρώμα της σιλικόνης (που αποτελεί το εκμαγείο της επιφάνειας του φύλλου) απομακρύνεται από το φύλλο προσεκτικά με τη βοήθεια λαβίδας με λεπτά άκρα. Στο εκμαγείο απλώνουμε άχρωμο στιλβωτικό νυχιών. Μετά από 2-3 min ξεφλουδίζουμε το στρώμα του στιλβωτικού από τη σιλικόνη με τη βοήθεια λαβίδας, το απλώνουμε σε αντικειμενοφόρο, προσθέτουμε μια σταγόνα νερού, καλύπτουμε με καλυπτρίδα και παρατηρούμε στο μικροσκόπιο το αποτύπωμα της επιδερμίδας.

Μέτρηση φωτοσυνθετικής ταχύτητα και ταχύτητας διαπνοής με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φωτοσύνθεσης

Μέτρηση φωτοχημικής απόδοσης του φωτοσυστήματος ΙΙ α. Αρχή λειτουργίας Φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος ΙΙ (ΦPSII): ικανότητα του φύλλου για τη διεξαγωγή των φωτεινών αντιδράσεων της φωτοσύνθεσης. Αποτελεί έναν πολύ ευαίσθητο δείκτη τόσο για τη φωτοσυνθετική ταχύτητα όσο και για τους παράγοντες καταπόνησης που την περιορίζουν. Φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων: μέτρο της ροής ενέργειας από το PSII υπό τη μορφή ηλεκτρονίων που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή χημικής ενέργειας προς χρήση στη φωτοσύνθεση. Μέτρηση μέσω του φθορισμού της χλωροφύλλης.

Φθορισμός χλωροφύλλης Κάθε φωτόνιο που απορροφάται από τις χλωροφύλλες αντιπροσωπεύει την ενέργεια η οποία θα χρησιμοποιηθεί για τη φωτοσύνθεση. Για διάφορους λόγους δεν χρησιμοποιείται το σύνολο αυτής της ενέργειας με αποτέλεσμα να δημιουργείται μια περίσσεια ενέργειας. θερμική απόσβεση κυρίως μέσω του κύκλου των ξανθοφυλλών Περίσσεια ενέργειας Φθορισμός της χλωροφύλλης Η μελέτη των αλλαγών στην ένταση του φθορισμού της χλωροφύλλης παρέχει πληροφορίες για τη σχετική συνεισφορά των άλλων δύο δρόμων διοχέτευσης της ενέργειας δηλαδή αυτών του φωτοχημικού έργου και της θερμικής απόσβεσης. Η πρώτη διαδικασία σχετίζεται άμεσα με τη φωτοσύνθεση ενώ η δεύτερη έχει σημαντικό φωτοπροστατευτικό ρόλο για τα φυτά.

Μέτρηση φωτοχημικής απόδοσης του PSII με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φθορισμού χλωροφύλλης

Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) Προσδιορισμός του σχετικού περιεχόμενου σε νερό (RWC) A. Σχετικό περιεχόμενο σε νερό (RWC) well watered   drought stressed Replicate Fresh weight (g) Saturated weight (g) Dry weight (g) 1 0.114 0.163 0.015 0.095 0.202 2 0.148 0.208 0.011 0.374 0.652 0.031 3 0.347 0.464 0.028 0.238 0.408 0.024 4 0.224 0.34 0.012 0.127 0.213 0.017 5 0.214 0.244 0.019 0.206 0.372 0.013 6 0.178 0.237 0.014 0.192 0.314 0.037 7 0.199 0.016 0.106 0.218 8 0.145 0.21 0.229 0.444 B. Παράμετροι ανταλλαγής αερίων Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) An (μmol CO2 m-2 s-1) E (mmol H2O m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) -1.255 0.925 -1.356756757 -0.12 0.06 -2 46 4.91 0.933333333 5.260714286 1.01 0.28 3.607142857 92 6.896666667 1.116666667 6.176119403 1.49 0.4 3.725 184 10.28333333 1.2 8.569444444 1.65 0.153333333 10.76086957 460 12.59 1.333333333 9.4425 1.83 0.166666667 10.98 920 14.78 1.766666667 8.366037736 2.66 0.22 12.09090909 1840 16.72 2.54 6.582677165 1.79 0.324 5.524691358 Γ. Παράμετροι φθορισμού χλωροφύλλης ΦPSII ETR 30 0.776 9.8 0.76 9.3 70 0.795 23.4 0.763 21.8 0.73 56.4 0.694 51.6 301 0.618 78.2 0.57 69 457 118.6 0.567 101.9 736 0.397 122.7 0.327 94.4 1121 0.303 142.9 0.113 58.1

Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) Μέτρηση φωτοχημικής απόδοσης του PSII με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φθορισμού χλωροφύλλης A. Σχετικό περιεχόμενο σε νερό (RWC) well watered   drought stressed Replicate Fresh weight (g) Saturated weight (g) Dry weight (g) 1 0.114 0.163 0.015 0.095 0.202 2 0.148 0.208 0.011 0.374 0.652 0.031 3 0.347 0.464 0.028 0.238 0.408 0.024 4 0.224 0.34 0.012 0.127 0.213 0.017 5 0.214 0.244 0.019 0.206 0.372 0.013 6 0.178 0.237 0.014 0.192 0.314 0.037 7 0.199 0.016 0.106 0.218 8 0.145 0.21 0.229 0.444 B. Παράμετροι ανταλλαγής αερίων Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) An (μmol CO2 m-2 s-1) E (mmol H2O m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) -1.255 0.925 -1.356756757 -0.12 0.06 -2 46 4.91 0.933333333 5.260714286 1.01 0.28 3.607142857 92 6.896666667 1.116666667 6.176119403 1.49 0.4 3.725 184 10.28333333 1.2 8.569444444 1.65 0.153333333 10.76086957 460 12.59 1.333333333 9.4425 1.83 0.166666667 10.98 920 14.78 1.766666667 8.366037736 2.66 0.22 12.09090909 1840 16.72 2.54 6.582677165 1.79 0.324 5.524691358 Γ. Παράμετροι φθορισμού χλωροφύλλης ΦPSII ETR 30 0.776 9.8 0.76 9.3 70 0.795 23.4 0.763 21.8 0.73 56.4 0.694 51.6 301 0.618 78.2 0.57 69 457 118.6 0.567 101.9 736 0.397 122.7 0.327 94.4 1121 0.303 142.9 0.113 58.1

Μέτρηση φωτοχημικής απόδοσης του PSII με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φθορισμού χλωροφύλλης

Μέτρηση φωτοχημικής απόδοσης του PSII με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φθορισμού χλωροφύλλης

Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) Μέτρηση φωτοσυνθετικής ταχύτητα και ταχύτητας διαπνοής με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φωτοσύνθεσης A. Σχετικό περιεχόμενο σε νερό (RWC) well watered   drought stressed Replicate Fresh weight (g) Saturated weight (g) Dry weight (g) 1 0.114 0.163 0.015 0.095 0.202 2 0.148 0.208 0.011 0.374 0.652 0.031 3 0.347 0.464 0.028 0.238 0.408 0.024 4 0.224 0.34 0.012 0.127 0.213 0.017 5 0.214 0.244 0.019 0.206 0.372 0.013 6 0.178 0.237 0.014 0.192 0.314 0.037 7 0.199 0.016 0.106 0.218 8 0.145 0.21 0.229 0.444 B. Παράμετροι ανταλλαγής αερίων Qleaf (μmol quanta m-2 s-1) An (μmol CO2 m-2 s-1) E (mmol H2O m-2 s-1) WUE (μmol CO2 (mmol H2O)-1) -1.255 0.925 -1.356756757 -0.12 0.06 -2 46 4.91 0.933333333 5.260714286 1.01 0.28 3.607142857 92 6.896666667 1.116666667 6.176119403 1.49 0.4 3.725 184 10.28333333 1.2 8.569444444 1.65 0.153333333 10.76086957 460 12.59 1.333333333 9.4425 1.83 0.166666667 10.98 920 14.78 1.766666667 8.366037736 2.66 0.22 12.09090909 1840 16.72 2.54 6.582677165 1.79 0.324 5.524691358 Γ. Παράμετροι φθορισμού χλωροφύλλης ΦPSII ETR 30 0.776 9.8 0.76 9.3 70 0.795 23.4 0.763 21.8 0.73 56.4 0.694 51.6 301 0.618 78.2 0.57 69 457 118.6 0.567 101.9 736 0.397 122.7 0.327 94.4 1121 0.303 142.9 0.113 58.1

Μέτρηση φωτοσυνθετικής ταχύτητα και ταχύτητας διαπνοής με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φωτοσύνθεσης

Μέτρηση φωτοσυνθετικής ταχύτητα και ταχύτητας διαπνοής με χρήση φορητού οργάνου μέτρησης φωτοσύνθεσης

Υπολογισμός του δείκτη της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE)