LA FOTOSINTESI E LA RESPIRAZIONE DELLE PIANTE: METODI E TECNICHE STRUMENTALI

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Alfonso Franco
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1 LA FOTOSINTESI E LA RESPIRAZIONE DELLE PIANTE: METODI E TECNICHE STRUMENTALI La fotosintesi è quel processo che converte l energia luminosa in energia chimica ed è effettuata esclusivamente dalle piante, dalle alghe e da alcuni batteri. La fotosintesi clorofilliana è l insieme delle reazioni durante le quali le piante verdi producono sostanze organiche a partire da CO 2 e dall acqua, in presenza di luce.

2 La foglia è l organo della pianta dove avviene principalmente la fotosintesi

3 La respirazione, invece, è il processo inverso della fotosintesi: dai composti organici si ottiene energia (in forma di ATP) e si libera anidride carbonica. Radici, fusto, rami sono le parti della pianta dove avviene la gran parte della respirazione

4 Scambio di gas tra la pianta e l atmosfera

5 Perché misurare la fotosintesi e la respirazione? Produttività in termini di prodotto alimentare o di energia di una pianta o comunità vegetale. produttività netta di una pianta o di una comunità vegetale differenza tra la quantità di glucosio prodotto dall attività fotosintetica e persa a causa dell attività respiratoria

Stress quali elevate temperature, scarsità di acqua e di nutrienti, presenza di metalli pesanti, la competizione con le vicine piante o con i microrganismi, causano variazioni notevoli sui processi

6 Stress quali elevate temperature, scarsità di acqua e di nutrienti, presenza di metalli pesanti, la competizione con le vicine piante o con i microrganismi, causano variazioni notevoli sui processi di fotosintesi e di respirazione di una pianta che, a loro volta, si ripercuotono negativamente/positivamente sulla produttività di una pianta. Comprendere i meccanismi di tali modificazioni è fondamentale per i genetisti ed i biologi molecolari che sono in grado di modificare il genoma per migliorare le risposte della pianta agli stress ambientali.

7 Come misurare la fotosintesi e la respirazione di una pianta? il sistema dello scambio gassoso per quantificare i processi di fotosintesi e di respirazione fornisce un quadro informativo migliorare soprattutto per le risposte macroscopiche di una pianta intera all ambiente Il sistema degli scambi gassosi misura indirettamente l attività fotosintetica o respiratoria mediante le misure della concentrazione di CO2, flusso di gas ed altri parametri.

8 Il sistema chiuso il flusso di aria circola in un circuito attraverso le cuvette. Quando una foglia è racchiusa nella camera, la concentrazione di anidride carbonica diminuirà, per effetto dell attività fotosintetica

9 A= ( c b cs ) V L Δt A: velocità netta di assimilazione dell anidride carbonica in mol CO2 m-2 s-1 cb: concentrazione di anidride carbonica all inizio della misurazione espressa in mol mol- 1; cs: la concentrazione di anidride carbonica alla fine della misurazione espressa in mol mol-1; L: area fogliare espressa in m2; V: volume di aria dentro il sistema espresso in mol; Dt: durata della misurazione espressa in secondi.

10 Camera fogliare. Questa è la camera dove trova alloggiamento la foglia su cui si misura l attività fotosintetica. Viene utilizzata una camera ermeticamente chiusa per evitare che fattori ambientali quali PAR, concentrazione di anidride carbonica, vapor acqueo siano modificabili dall esterno e non più controllabili. La camera fogliare è costruita da diversi materiali e al suo interno sono posti dei sensori e dei ventilatori. I ventilatori servono per mantenere uniforme la concentrazione di CO2. I sensori servono per controllare i parametri ambientali quali la temperatura, l umidità ed anche la radiazione.

11 La pompa. La funzione della pompa è quella di rifornire il sistema di un flusso di aria continuo. Il flusso può essere deviato verso un disseccante per evitare un eccesso di uimidità prima che entri nell analizzatore.

12 L analizzatore dei gas ad infrarossi (Infrared Gas Analyzer, IRGA). Determina, ad ogni secondo, delle misurazioni esatte della concentrazione di anidride carbonica che proviene dalla camera fogliare. Il principio di funzionamento di tale analizzatore si basa sul fatto che l anidride carbonica è un forte assorbente di radiazione infrarossa. Quindi, una sorgente di infrarosso viene irradiata attraverso la camera del campione (sample chamber) fino ad un rilevatore. L energia che arriva al rilevatore è la totale energia che entra nel sistema meno quella assorbita nella camera del campione. Il principale problema è la discriminazione tra la CO2 e gli altri gas che assorbono IR. Gli ultimi IRGA utilizzano dei rilevatori sensibili solamente alle bande di assorbimento della CO2. Un altro problema è quello dovuto all assorbimento di IR da parte sia della CO2 sia del vapor acqueo. Comunque, questo problema è superato utilizzando un dissecante.

13 Computer. Nel computer è presente un software che gestisce i parametri dell analizzatore e permette l elaborazione dei dati

14 Il sistema aperto La misurazione della fotosintesi è basata sulla differenza di anidride carbonica ed acqua di un flusso di aria che fluisce attraverso una camera dove è posta la foglia. In tale sistema, l aria è prelevata dall esterno ed è introdotta nel sistema durante il periodo di misurazione.

15 A= u e c b u L s c s A: velocità netta di assimilazione dell anidride carbonica in mol CO2 m-2 s-1 cb: concentrazione di anidride carbonica all inizio della misurazione espressa in mol mol-1; cs: la concentrazione di anidride carbonica alla fine della misurazione espressa in mol mol-1; ue: la velocità del flusso di aria in entrata espresso in mol s-1; us: velocità del flusso di aria in uscita espresso in mol s-1; L: area fogliare espressa in m2.

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