Aký typ fotosyntézy má kukurica a prečo je to dôležité?

Fotosyntéza je jedinečný dej na Zemi, pri ktorom vzniká kyslík (O₂) a organické látky procesom viazania slnečnej energie a jej premeny na chemickú energiu. Tento proces udržuje relatívne stály pomer O₂ a CO₂ v ovzduší. Je to autotrofný spôsob výživy, typický pre zelené rastliny obsahujúce asimilačné farbivá, ako sú chlorofyly a karotenoidy. Tieto farbivá absorbujú rôzne časti spektra viditeľného svetla.

Samotný názov fotosyntéza pochádza z gréckych slov "fotos" (svetlo) a "synthessis" (viazanie, zlučovanie). Ide o biochemický proces, pri ktorom rastliny, riasy a niektoré prokaryoty zachytávajú energiu slnečného žiarenia a využívajú ju na fixáciu oxidu uhličitého (CO₂) a tvorbu sacharidov. Fotosyntéza je považovaná za najdôležitejší proces na Zemi pre existenciu súčasného života. Fotosyntetizujúce organizmy fixujú ročne približne 17,4 × 10¹⁰ ton uhlíka.

Fotosyntéza prebieha v dvoch hlavných fázach:

Svetelná fáza (fotochemická fáza): Prebieha v chloroplastoch a vyžaduje prítomnosť asimilačných farbív, svetelného žiarenia (vlnová dĺžka 400-700 nm) a fotosyntetických enzýmov. Počas tejto fázy sa energia svetelného žiarenia premieňa na energiu chemickej väzby vo forme adenozíntrifosfátu (ATP) a redukovaného nikotínamidadeníndinukleotidfosfátu (NADPH). Rozlišujeme cyklickú a necyklickú fosforyláciu.
Tmavá fáza (Calvinov cyklus): Komplex enzymatických reakcií, ktoré nevyžadujú prítomnosť svetla.

Typy fotosyntézy a kukurica

Rastliny sa rozdeľujú podľa spôsobu fixácie CO₂ na:

C3 rastliny: Primárnym akceptorom oxidu uhličitého je molekula RuBP (ribulóza 1,5-bifosfát). Po naviazaní oxidu uhličitého vzniká nestabilný 6-uhlíkový medziprodukt, ktorý sa rozpadne na dve molekuly 3-uhlíkovej kyseliny 3-fosfoglycerovej. Väčšina rastlín mierneho pásma patrí do tejto skupiny.
C4 rastliny: Prvým akceptorom CO₂ je fosfoenolpyruvát (PEP), ktorý sa mení na oxalacetát (malát), 4-uhlíkovú zlúčeninu. Kukurica patrí medzi C4 rastliny, rovnako ako proso a cukrová trstina. Tieto rastliny produkujú veľa sacharidov. Tento proces sa nazýva Hatch-Slackov cyklus. Karboxylácia prebieha v mezofylových chloroplastoch.
CAM rastliny: Tento cyklus je charakteristický pre sukulenty (púštne rastliny) a prejavuje rytmus deň a noc v dôsledku výkyvu teplôt. V noci vytvárajú rezervu CO₂ vo forme malátu alebo oxalacetátu a prebieha Hatch-Slackov cyklus.

Porovnanie fotosyntézy C3, C4 a CAM rastlín.

Fotosyntéza: Porovnanie C3, C4 a CAM

Faktory ovplyvňujúce fotosyntézu

Fotosyntézu ovplyvňuje viacero faktorov:

Svetlo: Jeho kvalita (farba), intenzita a čas pôsobenia sú dôležité. Listy rastlín absorbujú len 2-3 % svetla, zvyšok prepúšťajú alebo odrážajú.
Oxid uhličitý (CO₂): Jeho koncentrácia v ovzduší je okolo 0,03 %. Zvýšenie alebo zníženie koncentrácie môže spomaliť alebo zastaviť fotosyntézu.
Voda (H₂O): Je dôležitá pre život samotného fotosyntetizujúceho organizmu a je donorom elektrónov v priebehu fotosyntetickej reakcie. Z vody pochádza aj kyslík, ktorý sa pri fotosyntéze uvoľňuje.
Teplota: Optimálna teplota pre fotosyntézu sa líši v závislosti od druhu rastliny.

Význam koreňového systému pre fotosyntézu kukurice

Starostlivosť o kukuricu siatu sa sústreďuje na nadzemnú časť rastliny, s cieľom vytvoriť a udržať dostatočnú listovú plochu ako zdroj fotosyntézy pre produkciu biomasy a úrody. Avšak, vyvinutý koreňový systém je vitálny orgán, ktorý je kľúčový pre výkonnosť rastlín. Zodpovedá za ukotvenie rastliny v pôde, musí si poradiť s nedostatkom alebo nedostupnosťou živín, deficitom, ale aj nadbytkom vlahy, aj nápormi vetra na steblo a tiež rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami pôdy.

Moderné šľachtenie viedlo k zvýšeniu produktivity kukurice a k výrazným zmenám v niektorých znakoch a vlastnostiach nadzemnej časti rastliny, ale korešpondujúce zmeny na koreňovej sústave nie sú preskúmané a dostatočne známe.

Vývoj koreňového systému kukurice

Pri pozdĺžnom reze kukuričného zrna sú vidieť základy vegetatívnych orgánov. Na jednej strane je budúce steblo so základmi listov pokryté koleoptylou a na protiľahlej strane základ korienka s koreňovou čiapočkou pokrytý tenkou blanou tzv. koleorízou. Pri dostatočnom objeme vody v zrne a dostatočnej teplote pôdy ako prvá začína rásť koleoríza. Jej úlohou je preraziť oplodie a dostať sa von zo zrna. Zároveň sa aktivuje aj základ hlavného primárneho koreňa. Ten pokračuje v raste, aj keď koleoríza už prestane byť aktívna a preniká cez ňu do voľnej pôdy. Na opačnom póle zrna vyrastá veľmi podobným spôsobom smerom nahor koleoptyla a vzápätí z nej hneď steblo.

Súčasťou primárnej koreňovej sústavy kukurice sú aj ďalšie embryonálne korene, ktoré sa objavujú veľmi krátko po vyklíčení hlavného koreňa. Potom, ako prerastú cez oplodie, rastú najprv smerom nahor, ale rýchlo sa stáčajú nadol pôsobením gravitropizmu. Jej vetvenie vytvára laterálne korene, ktoré sa znova a znova vetvia. Nielen rast do dĺžky, ale práve rýchle vetvenie koreňov má značný význam, pretože zväčšuje makroskopickú plochu koreňa a spolu s koreňovými vláskami zohráva dôležitú úlohu pri absorpcii živín a vody. V tomto období sú rastliny zraniteľné. Približne dva týždne po klíčení sa začína rozvíjať sekundárna koreňová sústava. Je tvorená adventívnymi koreňmi, ktoré sa zakladajú v praslenoch okolo prvých 6 bazálnych uzlov stebla ešte pod povrchom pôdy.

Počet a priemer adventívnych koreňov v jednotlivých praslenoch sa zvyšuje s rastúcou hrúbkou stebla. Tieto korene sa v pôde vetvia a uplatňujú sa v stratégii získavania vody z povrchových vrstiev. Najmä v druhej polovici vegetačného obdobia efektívne zachytávajú rosu, ktorá sa vyzráža na listoch a stečie po steble až na zem. Vyššie nadzemné prasleny sú tvorené už vzdušnými koreňmi. Plnia hlavne mechanickú funkciu. Sú oporou pre rastlinu a do určitej miery bránia poľahnutiu, lebo spevňujú steblo ako vonkajšia kostra. Absorbčnú funkciu začnú plniť až vtedy, keď sa dostanú do pôdy a rozvetvia sa.

Distribúcia koreňov a jej význam

Distribúcia koreňov v pôde determinuje schopnosť kukurice získavať nové zdroje pre metabolizmus a úspešný rast a vývin. Rast stebla a koreňovej sústavy v priaznivých podmienkach tesnejšie koreluje na vertikálnej osi než horizontálnej. Počet koreňov sa zdvojnásobil medzi rastovou fázou 3 a 6 plne vyvinutých listov a znova medzi fázou 6 a 9 plne vyvinutých listov. Tomuto prudkému rozvoju zodpovedá obdobie prihnojovania kukurice. Dodané živiny sú teraz najefektívnejšie využité. V neskorších fázach už zvyšovanie počtu koreňov nebolo také výrazné.

Moderné hybridy potrebujú oveľa viac vody na tvorbu úrody, pretože aj tá je dnes oveľa vyššia. Zmena schopnosti kukurice získať vodu súvisí so zmenami v architektúre koreňov. Uhol vetvenia je ostrejší, takže korene smerujú viac nadol ako do šírky, čo im umožňuje získať extra priestor vo vertikálnom smere a dosiahnuť tak nové zdroje vody. Táto schopnosť sa uplatňuje najmä v podmienkach deficitu zrážok.

Priestor, kde korene kukurice môžu získať potrebné živiny, je obmedzený. Najfrekventovanejšia je zóna do 0,25 - 0,30 m hĺbky, kde najaktívnejšie prebieha mineralizácia, dochádza k interakcii s aplikovanými hnojivami, zrážkami, ev. závlahou. Obrovským konkurentom v tejto oblasti sú buriny.

Metabolizmus rastlín

Metabolizmus rastlín je súbor všetkých reakcií prebiehajúcich v rastlinách, ktoré zahŕňajú premenu látok a energií. Rozlišujeme autotrofné a heterotrófne rastliny. Autotrofné rastliny (vrátane kukurice) majú schopnosť meniť anorganické látky na organické prostredníctvom fotosyntézy. Heterotrófne rastliny sú odkázané na autotrofné organizmy.

Ochrana kukurice

Kukurica je plodina náročnejšia na starostlivosť. Na začiatku rastu ohrozujú rastlinky kukurice nielen nízke teploty, ale aj nízka konkurenčná schopnosť voči burinám. Herbicídna ochrana kukurice spočíva v aplikácii ochranných prostriedkov pred vzídením (preemergentne) a po vzídení plodiny (postemergentne).

Kukurica má niekoľko významných škodcov z ríše hmyzu, ako napríklad kukuričiar koreňový a víjačka kukuričná. Proti týmto škodcom sa dajú použiť agrotechnické, chemické alebo biologické spôsoby ochrany. Medzi choroby kukurice patria listové choroby, fuzariózy a snete. Najvhodnejšou ochranou je používanie odolných hybridov kukurice, morenie osiva a dodržiavanie zásad pre striedanie plodín.

Výživa kukurice

Kukurica je plodina náročná na výživu. Predpokladom ekonomického hnojenia je, aby každý agronóm najskôr dokonale poznal pestovateľské podmienky vybraného stanovišťa. Je dobré si hneď na začiatku uvedomiť, že limitujúcim faktorom pre tvorbu úrody sú živiny. Kukurica dobre reaguje na organické hnojivá, ktoré treba použiť už na jeseň, spolu s aplikáciou fosforu a draslíka.

tags: #aký #typ #fotosyntézy #má #kukurica