3 Temperatur

BIO-104 Komparativ fysiologi

  • Presentasjon av temperatur-homeostase i planter.
  • Joachim Tänner.

Læringsutbytte for studenter

  • Studenten skal kunne:
    • Forstå de fysiologiske effektene temperatur har for planter.
    • Forstå effektene av ekstreme temperaturer (kaldt og varmt).
    • Ha oversikt over hvordan plantevekst og utvikling reguleres gjennom temperatur.

Ressurstilgang i vaskulære planter

  • Faktorer som påvirker plantevekst:
    • H2O, mineraler, O2, CO2, lys, sukker, temperatur, vind.
    • Ekstreme forhold kan påvirke transpirasjon.

Microalger

  • Viktige planter som lever i vann med lav temperatur (ca. -2 til +25 °C).
  • Kan være svært små: fra 2 μm til 10 μm i størrelse.

Homeostase i planter

  • Opprettholdelse av et stabilt indre miljø.
    • Regulering av temperatur, vannbalanse, næringsopptak, bevegelse (tropisme), pigmentmengde, biokjemisk sammensetning.
    • Plantehormoner spiller en viktig rolle.

Enzymaktivitet og temperatur

  • Økning i temperatur fører til økt enzymaktivitet, men for høye temperaturer kan føre til enzyms nedbrytning.
    • Forholdet mellom enzymaktivitet og temperatur:       I = Enzymaktivitet       II = Proteindenaturering       III = I – II (typisk temperaturrespons ved enzymkontrollerte reaksjoner).

Høy temperatur og fotosyntese vs. respirasjon

  • Begge hemmer ved høy temperatur, men fotosyntese hemmer tidligere enn respirasjon.
    • Temperaturs kompenseringspunkt: der opptak av CO2 er lik emisjon av CO2.
    • Karbohydrater reserver brukes over dette punktet, som nås tidligere i C3 planter enn i C4 og CAM planter.

C3 vs. C4/CAM planter

  • I C4 og CAM planter fikses CO2 av PEP karboksylase uten affinitet for O2.
  • Rubisco kan legge til O2 i stedet for CO2, med økt relativ affinitet for O2 ved høyere temperatur.

Temperaturtoleranse hos planter

  • Store forskjeller mellom arter:
    • Arctic og alpine planter kan vokse ved T<0 °C med T-optimum rundt 10 °C.
    • Tempererte planter har minimum T rundt 5 °C, optimum T 25-35 °C, maksimal T 35-40 °C.
    • Tropiske planter kan ha maksimum T på 45-55 °C.
    • Termofile og acidofile rødalger som Cyanidium caldarium kan tåle opp til 70-80 °C.

Stomata og transpirasjon

  • Vanntap gjennom stomata og evaporativ kjøling kan redusere temperatur med opptil 10 °C.
  • Ved temperaturer over 40 °C kan mange planter syntetisere varmesjokkproteiner for beskyttelse.

Temperaturens innvirkning på stomata

  • Temperaturens effekt på fotosyntese og respirasjon, samt CO2-konsentrasjon i bladene:
    • Moderat temperatur (f.eks. morgen):
      • Økt fotosyntese, redusert CO2, stomata åpnes, evaporativ kjøling.
    • Høy temperatur (f.eks. midt på dagen):
      • Økt metabolisme, mer for respirasjon enn fotosyntese, CO2 akkumuleres, stomata lukkes, varme akkumuleres.

Kald temperatur

  • T > 0 °C:
    • Redusert enzymaktivitet (f.eks. for bananer ved T<13 °C).
    • Redusert membranflyt.
  • T < 0 °C:
    • Iskrystaller dannes utenfor cellene, årsaker til dehydrering og membranskader.

Frostherdighets mekanismer

  • Undercooling tillater protoplasma å være flytende ved noen °C < 0.
    • Manipulasjon av oppløste stoffer kan øke frostmotstand.
    • Økt membranflyt kan oppnås ved økning av umettede fettsyrer, kan induseres av eksponering for moderate lave temperaturer (frostherding).

Thermonasty

  • Temperaturindusert åpning og lukking av blomster (tulipaner, krokuser).
    • Veksten varierer med temperaturstigning og fall.

Dormans

  • Knopper og frø kan være i dyp søvn, forhindrer aktivering.
    • Vernalisering: induksjon av blomstring/budsprett/germinasjon ved eksponering for lave temperaturer.

Klimaforandringer i jordsbruk

  • I veksthuslandbruk øker gartnere CO2 for optimal vekst.
    • Ufordelaktig at samme prinsipp ikke nødvendigvis fungerer globalt under økt atmosfærisk CO2 selv med rikelig næringsstoffer.