Back to chapter

34.10:

צריכת אור

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Light Acquisition

Languages

Share

צמחים מציגים גיוון בולט בצורת העלה, בגודל ובכיוון. העלים של ריבס נוי של Gunnera manicata גדלים אופקית, ומשתרעים עד 2.5 מטר על 4 מטר, בעוד כמה עשבים מגדלים להבים קצרים אנכיים אל הקרקע. מדוע יש מגוון כזה באדריכלות העלים?אור השמש חיוני ליצירת גלוקוז במהלך פוטוסינתזה. לפיכך, צמחים צריכים ללכוד ביעילות את אור השמש כדי לשגשג. עלים הם מבנים צמחיים מיוחדים, עמוסים בתאים רבים המכילים כלורופלסט הלוכדים אור שמש.באופן כללי עלים גדולים יותר על צמחים גבוהים יותר לוכדים יותר אנרגיית אור עם זאת, עלים גדולים מאבדים יותר מים לאידוי ומגדילים את דרישות המים הכוללות. בעוד שצמחים גבוהים יותר מתמודדים עם פחות תחרות על האור, הם זקוקים לשורשים והתאמות משמעותיים יותר להובלת מים למרחקים ארוכים. עלים גדולים נפוצים בסביבות רטובות;לדוגמא, הרוברב הענק מקורו ביערות הגשם ההרריים של ברזיל.לעומת זאת, צמחים החיים בסביבות צחיחות פיתחו אסטרטגיות להפחתת איבוד המים שלהם ככל האפשר. זו הסיבה שעלים של צמחי מדבר כמו קרוזוט הם קטנים יחסית ומציגים שטח פנים קטן יותר. פילוטקסיה, או סידור עלים על גבעול צמח, עוזר לייעל את לכידת האור.בצמחים בעלי פרחים, העלים מסודרים לרוב באחת משלוש דרכים:מסובכות, מתחלפות או הפוכות. ניתן להעריך את היעילות של לכידת האור על ידי קביעת מדד שטח העלים. מדד שטח העלים הוא שטח הפנים של כל העלים ביחס לשטח הקרקע שמתחת לצמח.צמחים עם מדדי שטח עלים של כ-7 מדגימים לכידת אור יעילה;עלים נוספים ומדדים גבוהים יותר גורמים להצללה וגיזום של עלים תחתונים. מורפולוגיית העלים וגודלם מעוצבים על ידי לחצי הברירה המופעלים על ידי הסביבה ועל ידי ההיסטוריה האבולוציונית הייחודית של מיני הצמחים, וכתוצאה מכך המגוון של מבני העלים הלוכדים ביעילות אור שמש ועורכים פוטוסינתזה.

34.10:

צריכת אור

In order to produce glucose, plants need to capture sufficient light energy. Many modern plants have evolved leaves specialized for light acquisition. Leaves can be only millimeters in width or tens of meters wide, depending on the environment. Due to competition for sunlight, evolution has driven the evolution of increasingly larger leaves and taller plants, to avoid shading by their neighbors with contaminant elaboration of root architecture and mechanisms to transport water and nutrients.

Because larger leaves are more susceptible to water loss, the biggest leaves are typically found in plants where rainfall is plentiful. In the driest environments, chloroplasts of succulents are located in the stem of the plant, minimizing evaporation. The orientation of leaves to the sun can also influence light acquisition. In exceptionally sunny environments, horizontally oriented leaves are susceptible to excessive dehydration. In these environments, like those of grasslands, leaves may be oriented vertically to capture light when the sun is low in the sky, thereby reducing sun damage.

Light capture can also be optimized by the positioning of plant leaves with respect to the stem; the arrangement of leaves on a stem is called phyllotaxy. Alternate phyllotaxy describes the scenario in which a single leaf emerges from a single position on the stem. Some plants demonstrate opposite phyllotaxy, in which two leaves emerge in opposing directions from the same location. Whorled phyllotaxy is when several leaves emerge from the same point on a stem. The plant hormone auxin controls the pattern in which leaves emerge from the plant stem.

The Leaf Area Index (LAI) is a representation of light capture efficiency. By measuring the one-sided, horizontal surface area of the leaves on a plant and dividing that by the horizontal ground area the plant covers, a ratio is generated. Typically, a higher LAI indicates more efficient light capture. However, over a LAI greater than seven appears to cause shading and pruning of lower leaves, having no additional effect on light acquisition. In practice, measurement of LAI is often accomplished via satellite imaging and is used to measure the productivity of an ecosystem.

Suggested Reading

Traas, J. Phyllotaxis. Development. 2013 Jan 15;140(2):249-53. [Source]

Blancon, J. et al. A High-Throughput Model-Assisted Method for Phenotyping Maize Green Leaf Area Index Dynamics Using Unmanned Aerial Vehicle Imagery. Front Plant Sci. 2019 Jun 6;10:685. [Source]