Je zelené světlo pro rostliny neužitečné?  
Kdyby odpověď zněla jednoznačné ano, nevznikly by následující řádky, které se snaží napravit jeho pošramocenou pověst zkaženou ledabylým výkladem zeleného zbarvení rostlin.

Příklad jak sítkový efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je znázorněn model listu, ve kterém je chlorofyl obsažen rovnoměrně. Ve spodní části obrázku je chlorofyl zakoncentrován pouze v polovině modelu listu, přičemž zbylá část bez chlorofylu světlo vůbec neabsorbuje. U červeného světla po zahrnutí sítkového efektu klesla pohltivost z 90 % na 49,5 %, ale u zeleného světla klesla pohltivost z 20 % jen na 18 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)
Příklad jak sítkový efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je znázorněn model listu, ve kterém je chlorofyl obsažen rovnoměrně. Ve spodní části obrázku je chlorofyl zakoncentrován pouze v polovině modelu listu, přičemž zbylá část bez chlorofylu světlo vůbec neabsorbuje. U červeného světla po zahrnutí sítkového efektu klesla pohltivost z 90 % na 49,5 %, ale u zeleného světla klesla pohltivost z 20 % jen na 18 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)

Pomocí osudu viditelného světla dopadajícího na listy se vysvětluje zbarvení rostlin následovně. V bílém světle obsažené fotony modrého a červeného záření rostlina pohlcuje a zachycenou energii směřuje do reakčních center fotosyntézy, aby poháněla známou chemickou rovnici přeměny oxidu uhličitého a vody na glukózu a kyslík, zatímco těmi zelenými pohrdá. Nechává je procházet svými pletivy, nebo odrážet se od nich. Ty pak dopadají v nadbytku na sítnici pozorovatele a vytvoří vjem o zeleném zbarvení. Kdokoli obeznámený s výše popsaným principem bez doplnění o reálnou bilanci musí dospět k závěru, že zelené světlo postrádá pro rostliny význam.

 

 

Příklad jak détour efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je délka optické dráhy rovna tloušťce modelu listu. U spodní části obrázku je optická dráha odrazy uvnitř modelu listu prodloužená trojnásobně. U červeného  záření nastane malé zvýšení pohltivosti z 90 % na 99,9 %, ale u zeleného záření pohltivost vzroste výrazně z 20 % na 48,8 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)
Příklad jak détour efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je délka optické dráhy rovna tloušťce modelu listu. U spodní části obrázku je optická dráha odrazy uvnitř modelu listu prodloužená trojnásobně. U červeného záření nastane malé zvýšení pohltivosti z 90 % na 99,9 %, ale u zeleného záření pohltivost vzroste výrazně z 20 % na 48,8 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)

 

Dojem o jeho bezcennosti prohlubuje i zjištění, že rostliny jemu vystavené se chovají stejně jako by byly umístěny ve tmě. Začnou blednout, přestanou vyvíjet listy a spustí dlouživý růst ve snaze překonat domnělou stínící překážku. Kdežto zbylé části viditelného elektromagnetického záření vyvolávají spíše opačné reakce. Jsou totiž pro ně nositelem signálu z prostředí, kterým získávají informace pro regulaci svého růstu a vývoje. Podcenění zelené částí spektra šlo až tak daleko, že ho rostlinní fyziologové začali využívat při experimentech jako bezpečné osvětlení, kterým si mohou vesele na pokusné objekty svítí a nenaruší výsledek pokusu. To už dnes neplatí a i zelené světlo je prokazatelně biologicky účinné. Nicméně zřejmě nezprostředkovává žádnou zásadní regulační funkci, a proto ve snaze vylepšit jeho image je potřeba se přesunout k disciplíně, kde se bude posuzovat příspěvek do fotosyntézy.

 

Na první pohled se zdá, že postavení zeleného světla jako loosera nezachrání ani objektivní zkoumání absorpčního spektra v roztoku izolovaného fotosyntetického barviva rostlin chlorofylu. Slabá absorpce v zelené oblasti potvrzuje pouze malý význam pro fotosyntézu. Přitom k obratu náhledu stačí provést podobné pozorování na živém materiálu a reálně změřit kolik světla bude pohlceno pletivy. V listu salátu uvízne 50 % zeleného světla a skrz list stálezelených dřevin ho neprojde až 90 %. V prvním případě se pohltí polovina a v druhém dokonce podstatná část záření. Tedy mnohem víc než by vyplývalo z absorpčního spektra chlorofylu. Pro srovnání odpovídající hodnoty pohltivost pro modré a červené světlo leží v rozmezí 85-95 %.

 

Vedle modře a červeně jsou zeleně emitující diody zahrnuty v konstrukci zařízení pro kultivaci rostlin, se kterým experimentuje NASA pro zamýšlenou produkci potravin v mimozemských zahrádkách. Obrázek ukazuje pozemský pokus v Kenedyho vesmírného středisku. Kredit: NASA Kennedy, KSC-20160106-PH_CSH0001-0048, CC BY-NC-ND 2.0.
Vedle modře a červeně jsou zeleně emitující diody zahrnuty v konstrukci zařízení pro kultivaci rostlin, se kterým experimentuje NASA pro zamýšlenou produkci potravin v mimozemských zahrádkách. Obrázek ukazuje pozemský pokus v Kenedyho vesmírného středisku. Kredit: NASA Kennedy, KSC-20160106-PH_CSH0001-0048, CC BY-NC-ND 2.0.

 

Jak si ale vysvětlit rozpor mezi měřením ve zkumavce a reálným vzorkem? Soudí se, že na svědomí ho mají dva efekty v literatuře označované slovy sítkový a détour. Sítkový efekt počítá s tím, že chlorofyl není v listech uložen rovnoměrně jak při jeho zkoumání v kyvetě. Obsahují ho pouze buněčné organely chloroplasty, které tvoří na listové ploše pomyslnou šachovnici, kde se střídají místa absorbující světlo silně s místy se slabou absorpcí. Výsledná pohltivost takového uspořádání v porovnání s rozptýleným chlorofylem je sice obecně nižší, ale úbytek pohltivosti je vyšší pro silně absorbující se záření jako červené světlo a velmi malý pro nízko absorbující se záření jako je zelené světlo. Druhý efekt détour spočívá v prodloužení optické dráhy světla odrazy uvnitř listu. Silně absorbující se záření získá prodloužením optické dráhy malé navýšení pohltivosti, zatímco nízko absorbující se značné. Nejlépe dopad efektů dokumentují příklady na obrázcích.

 

Ke spravedlivému soudu nestačí pouze vědět o kolik záření zesláblo po průchodu listem, nýbrž i to co se stalo se zachycenou energií jim nesenou. Existují tři možnosti marnotratná přeměna v teplo, zpětná emise v podobě fluorescence a chvályhodné zpracování ve fotosyntéze. Ačkoli fluorescence chlorofylu je parazitní děj a snižující účinnost fotosyntézy, dovoluje nám nedestruktivně získat soubor parametrů o fotochemických a nefotochemických pochodech, které prozradí vše, co je potřeba k vyřešení otázky, kolik zachyceného světla chloroplasty uloží do chemických vazeb a kolik ji přijde vniveč. Z nich vyplývá, že absorbované červené a zelené světlo proces fotosyntézy využívá stejně efektivně. Zatímco efektivita u modrého světla pokulhává jako chromý kůň. Zejména protože ho kromě chlorofylu absorbují i jiné látky například flavonoidy obsažené ve vakuole místa bez návaznost na chloroplasty. Ani absorpce na karotenoidech uložených na tylakoidních membránách chloroplastu není výhra. Nepřenášejí fotosyntetická kvanta do reakčních center a pokud ano tak s mizernou účinností.

 

Další studium zaměřené na zjišťování příspěvku světla různých vlnových délek do procesu fixace oxidu uhličitého napříč listovým profilem mění pohled na užitečnost středobodu těchto odstavců ještě více. Ve fotosynteticky aktivní vrstvě listu nejblíže ke zdroji záření palisádovém parenchymu kraluje modré a červené světlo. Přičemž to červené cestou ztrácí svoji moc pomaleji. A však hlouběji od rovněž fotosynteticky aktivního houbového parenchymu bifaciálního listu již asimilační žezlo přebírá a nepustí světlo zelené. Střídání vlády v barevném sledu modrá, červená a zelená odráží schopnost záření pronikat mezenchymálním pletivem. Domnělá nedostatečnost zelného světla spočívající ve slabší absorpcí ho činní hlavním zdrojem “potravy” níže položených chloroplastů pro přeměnu oxidu uhličitého.

 

Teď už je konečně možné kvalifikovaně odpovědět na otázku z úvodu. Opomíjená zelená složka viditelného světla byť skutečně není ve významu rovnocenným partnerem zbývajících složek zejména v regulační funkci, energeticky přispívá do procesu fotosyntézy. Má i svůj specifický fotosyntetický účinek v hlubších vrstvách listu, který nemůže být zastoupen světlem jiné barvy. Nevyužita zůstává pouze část zeleného záření. I když je slovo nevyužita správně zvoleno? Okouzlení z relaxaci navozující barvy, na kterou jsou mimochodem oči obratlovců nejcitlivější, svádí k pošetilé myšlence, že rostliny jsou zelené, proto aby udělaly radost nám živočichům. Přeci jenom kdyby se chtěly chovat sobecky a po vzoru Otesánka nenasytně spořádaly všechny sluneční paprsky, tak by nás během nedělní procházky lesem obklopoval ponurý svět v odstínech šedi a v horším případě v barvě tuše.

 

Literatura:

doi:10.1093/pcp/pcp034

doi: 10.1046/j.1365-3040.2000.00563.x

Datum: 19.06.2016
Tisk článku

Fyziologie rostlin - Hejnák Václav, kolektiv
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 165 Kč
cena: 165 Kč
Fyziologie rostlin
Hejnák Václav, kolektiv
Související články:

Špinavé ovzduší zvyšuje fotosyntézu rostlin     Autor: Jaroslav Petr (29.04.2009)
Fotosyntetické viry významnými výrobci kyslíku     Autor: Stanislav Mihulka (04.09.2009)
Jak by vypadaly rostliny v systému s dvěma Slunci?     Autor: Tomáš Hluska (21.04.2011)
„Eko-slimák“     Autor: Josef Pazdera (07.02.2015)
Jak z oxidu uhličitého vykouzlit metanol?     Autor: Stanislav Mihulka (11.02.2016)



Diskuze:

Při jaké hodnotě dotace na PV je lukrativnější pěstovat konopí nasvícené Na dubletem a zalévané pitnou vodou ve skříni spíše než na záhumenku?

Josef Hrncirik,2016-06-24 06:40:30

Odpovědět

Opravte si tu hrubici

Emilka K.,2016-06-21 08:23:19

"chromí kůň" je opravdu do očí bijící.

Odpovědět

Absorpce

Gordon Freeman,2016-06-19 20:47:58

"U červeného záření nastane malé zvýšení pohltivosti z 90 % na 99,9 %, ale u zeleného záření pohltivost vzroste výrazně z 20 % na 48,8 %."
"U červeného světla po zahrnutí sítkového efektu klesla pohltivost z 90 % na 49,5 %, ale u zeleného světla klesla pohltivost z 20 % jen na 18 %."
A není to třeba tím, že absorpce světla neprobíhá lineárně se vzdáleností, případně koncentrací? Podle Lamber-Beerova zákona je výsledná intenzita I = I_0 * exp(-a*d), kde I_0 je počáteční intenzita, "a" parametr absorpce (pro každou látku a danou frekvenci světla jiný), d je fyzická vzdálenost, kterou světlo musí urazit.
Z průběhu dané funkce není divu, že čím více se blížím 100% pohltivosti (I -> 0), tím vyšší musí být "d", aby byl rozdíl v intenzitě znát. Fakt objev...

Odpovědět


Re: Absorpce

Tomáš Hluska,2016-06-21 11:43:20

Kdepak. Absorbance je závislá na vzdálenosti lineárně práve přes Lambert-Beerův zákon
A = e(psilon).c.l
Ovšem jedná se o logaritmus transmitance A = -logT, která už souvisí s intenzitou procházejícího světla
T = I/I0
Ta uváděná pohltivost pak bude prostě obrácená hodnota transmitance.

U toho detour efektu jde o prosté ztrojnásobení dráhy, takže absorbance bude trojnásobná, avšak transmitance bude třetí mocnina. Tedy pro červené světlo nebude pohltivost 0.9, nýbrž 0.9^3 a obdobně pro zelené světlo místo 0.2 bude 0.2^3.
U toho sítkového efektu jde o prosté zprůměrování.

Odpovědět


Re: Re: Absorpce

Petr Kr,2016-06-21 14:13:07

Možná se mýlím, ale u pana Freemana mi to při 3 délkách dá z 90 na 99,9%. (také jednoduše: První dá 90, zbude 10. 90% ze zbytku - 10 dá 9 a zbude 1. 90% ze zbytku - 1 dá 0,9. Vysčítáno 90+9+0,9=99,9.) Nevím, co je to absorbance, transmitance a mocninance, ale 0,9^3 je 0,729. To vám vyšlo co? Ztrojnásobení délky je trojnásobná absorbce, tj. 270%? Možná je to na mne moc učené, ale já jsem pochopil spíš pana Freemana.

Odpovědět


Re: Absorpce

Václav Diopan,2016-06-21 17:35:13

Ty důležité věci už tu byly napsány. Já jsem se nechtěl pouštět do vysvětlování podstaty těch efektů jen demonstrovat jejich vliv. O tom jak velký je to objev to opravdu není.

Ale kdybych už musel napsal bych něco takovéto: Pokud máme u červeného světla pro náš list pohltivost 90 % tak z toho dopočítáním do 100 vyplývá transmitance 10 % a pro ni platí logT=epsilon*l*c. Pro dvojnásobnou koncentraci (chlorofyl se zakoncentroval do poloviny listu) tedy musí být transmitance 1% (pohltí se 99 %). Poloviny listu ale propouští všechno a neabsorbuje nic a druhá pohltí 99%. A tedy 99% z 50 % je 49,5 % plus žádná absorpce dělá pohltivost 49,5 %. atd.

Odpovědět

vezměme to odkonce

Tomáš Hluska,2016-06-19 18:14:09

Rostliny opravdu nejsou altruistické a nenechávají nám živočichům trochu toho světla pro potěchu. Kdyby mohly, tak sežerou všechno světlo. Proto je taky v lese (skoro) tma a proto se musí nižší listy (či rostliny) vyrovnávat s nedostatkem světla.
A řekl někdo, CO absorbuje zelené světlo, aby mohlo být využito ve fotosyntéze? Ono totiž žádné fotosyntetické barvivo v zelené oblasti moc neabsorbuje. A ono to zas tolik neznamená, že neprojde listem. Zkuste si prosvítit třeba ocelový plát a taky moc světla neprojde. A přesto asi nikdo nebude tvrdit, že to světlo nějak využívá.

Odpovědět


Re: vezměme to odkonce

Mojmir Kosco,2016-06-22 08:26:30

proč? vztahy mezi živočišnou a rostlinou říší jsou komplikované a provázené .Představa že by to rostliny zvládli bez například hmyzu jsou nereálné

Odpovědět


Re: vezměme to odkonce

Milan Krnic,2016-06-22 09:38:27

Tak ono, jako vždy, záleží na tom, jak se na to podíváme.
Z komplexního pohledu souvisí vše ze vším, a tedy, s mírným odstupem, i ten ocelový plát využívá i to dopadající světlo (třeba částice toho plátu, k dalším interakcím).

Odpovědět

světlo

Milan Krnic,2016-06-19 14:42:13

Děkuji za článek.
Hodilo by se srovnání efektivity pěstování pod různými světelnými zdroji, kterých je na trhu mnoho. Ale jednoduché to asi není.

Odpovědět


Re: světlo

Josef Šoltes,2016-06-19 22:29:07

To je snadné. Zajděte si na grower.cz. Je to sice Mekka pěstitelů marihuany, ale někteří to dotáhli ve vědeckém zkoumání velmi daleko a porovnávají kde co.

Odpovědět


Re: Re: světlo

Milan Krnic,2016-06-20 09:15:33

Zapomněl jsem uvést "věrohodné" :)

Odpovědět


Re: Re: Re: světlo

Tomáš Hluska,2016-06-21 11:45:04

Myslíte, že lidi, kteří se věnují pěstování rostlin takřka profesionálně nebudou mít věrohodné zdroje? Byť jde jen o empirická čísla.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: světlo

Milan Krnic,2016-06-22 06:46:58

Třeba mají, co já vím. Na žádné takové srovnání jsem nenarazil.
Kapitolou samo pro sebe budiž UVA a UVB.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: světlo

mirek mirek,2016-06-29 11:41:02

nejúčinnější světlo pro zelené rostliny je bílé - například cree cxb3590 hojně používané pro pěstování rostlin. zvolí se jen teplota v K (6000 na růst/3500květ) a jedem :) je užitečné ještě přisvítit nějakými 660 nebo 630 diodami ale vpodstatě to bohatě stačí...pochybuju že NASA používá nějaký takový čínský led panely jak na obrázku - tyhle svítí jak cirkus a jsou tak trochu "jedovaté"
ze začátku se led panely dělali stylem stačí modrá a červená, ale nakonec se zjistilo že bílý světlo je feerovější. jen tak btw když už se načal ten grower :D

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: světlo

Zdeněk Jindra,2016-07-09 16:31:11

Bílé LED mají nedostatek zeleného světla. Iluze bílé se dá vytvořit ze 2 spektrálních barev, pokud se vyskytují v L*a*b modelu naproti sobě kolem požadovaného bílého bodu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace