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LA PRODUTTIVITA’ Arena Carmen aa. 2016-2017 Processi negli ecosistemi •Fotosintesi e chemiosintesi = processi attraverso cui l’energia viene acquisita dai sistemi biologici; •Respirazione aerobia e Respirazione anaerobia liberano energia come ATP e dissipano piccole quantità di calore; •Fermentazione ha come risultato l’ossidazione di composti organici; •Decomposizione rappresenta la degradazione della materia organica morta Respirazione Respirazione aerobia: alla fine della catena di trasporto degli elettroni c’è l’ossigeno accettore Respirazione anaerobia: alla fine della catena di trasporto degli elettroni ci sono sostanze inorganiche quali accettori Fermentazione processo anaerobico in cui gli accettori di idrogeno sono sostanze organiche L’attività fotosintetica e chemiosintetica è dovuta agli organismi autotrofi CHEMIOAUTOTROFI FOTOAUTOTROFI I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI TERRESTRI i principali produttori primari sono rappresentati dalle piante vascolari un contributo meno importante è quello dato dalle briofite … … dalle alghe e dai cianobatteri del suolo I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI Negli ambienti acquatici le piante vascolari sono poche, mentre prevalgono le alghe rosse, verdi e brune, i cianobatteri ed i batteri La produttività degli oceani è in gran parte sostenuta dal plancton GLI AMBIENTI ACQUATICI ZONA EUFOTICA ZONA BATIALE ZONA ABISSALE In ambiente acquatico la LUCE costituisce un fattore che limita la fotosintesi LA ZONA EUFOTICA DEGLI AMBIENTI ACQUATICI Nella zona eufotica la produzione di materia organica prodotta per fotosintesi supera il consumo di materia organica per respirazione dunque P>R Il limite inferiore della zona eufotica è definito livello di compensazione LIVELLO DI COMPENSAZIONE : FOTOSINTESI = RESPIRAZIONE P=R I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI Già a 20 m di profondità arriva solo il 5-10% della radiazione incidente sulla superficie dell’acqua In acqua le radiazioni rosse vengono assorbite, quelle blu vengono diffratte mentre la luce verde penetra a maggiore profondità I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI La Posidonia oceanica è una pianta evoluta facente parte della famiglia delle Fanerogame forma estese praterie ed è strettamente condizionata dalla presenza della luce Nel mare le praterie di Posidonia sono ecosistemi ad elevata biodiversità e produttività; Posidonia è di grande importanza nella catena del detrito I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI Le alghe verdi L’alga verde Ulva, vive in acque superficiali, ha pigmenti simili alle piante superiori ed utilizza luce blu e rossa Le alghe brune L’alga bruna Sargassum può arrivare ad avere una biomassa di 5 tonnellate per miglio quadrato di superficie Essa vive in profondità fin dove penetra la luce per la fotosintesi (fino a circa 200 m in acque trasparenti) Le alghe rosse L’alga rossa Porphyra che vive in acque profonde ha pigmenti che permettono l’utilizzazione della luce verde I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI I batteri fotosintetici sono anaerobi obbligati vivono in acque anossiche ben illuminate, al di sotto dello strato di cianobatteri e alghe ed in acque anossiche molto profonde con poca disponibilità di luce Esistono batteri fotosintetici verdi e purpurei che si differenziano per il tipo di clorofilla e per i pigmenti accessori presenti LA PRODUTTIVITA’ PRIMARIA La produttività primaria di un ecosistema è la velocità alla quale l’energia viene trasformata in sostanza organica Organismi fotoautotrofi (piante, alghe, cianobatteri) l’energia radiante viene trasformata dall’attività fotosintetica in sostanza organica Organismi chemioautotrofi (batteri nitrificanti) l’energia chimica viene trasformata dall’attività chemiosintetica in sostanza organica Produttività - Produttività autotrofi primaria, legata all’attività degli - Produttività secondaria, legata all’attività degli eterotrofi - Produttività netta della comunità LA PRODUTTIVITA’ PRIMARIA Produttività primaria lorda velocità totale di fotosintesi (fotosintesi + respirazione) Produttività primaria netta velocità alla quale la materia organica prodotta viene immagazzinata meno quella utilizzata dal produttore per la respirazione La produttività è espressa come g di CO2 assorbita o di O2 prodotto o g di peso secco ed è riferita all’unità di superficie e all’unità di tempo LA PRODUTTIVITA’ SECONDARIA Ovvero velocità di immagazzinamento dell’energia a livello dei consumatori PIANTE E PRODUTTIVITA’ PRIMARIA La produttività primaria di un ecosistema dipende dalla fitomassa e varia da un ecosistema all’altro in funzione: radiazione solare, precipitazioni e temperatura stadi della successione ecologica disponibilità di nutrienti e CO2 produttività primaria tipo di vegetazione (erbacea, arbustiva o arborea) PRODUTTIVITÀ PRIMARIA NETTA NEGLI ECOSISTEMI TERRESTRI I principali fattori che influiscono sulla produttività primaria di un ecosistema terrestre sono le variazioni di temperatura e la disponibilità idrica Nel deserto la mancanza d'acqua limita la fotosintesi. Nella tundra artica o in alta montagna le basse temperature inibiscono la crescita delle piante. In aperto oceano, la mancanza di nutrienti riduce la capacità di queste aree di utilizzare l'abbondante quantità di luce e acqua. Le foreste tropicali, le barriere coralline, e gli estuari presentano elevati livelli di produttività perché hanno abbondanti rifornimenti di risorse Telerilevamento satellitare Metodo utilizzato per stimare la produttività in ambiente sia acquatico che terrestre La radiazione solare raggiunge la superficie del mare penetra negli strati superficiali (Irradianza) emissione di fluorescenza da parte del fitoplancton La radiazione emessa (Radianza) viene misurata da uno spettroradiometro posto su un satellite che ritrasmette le immagini a terra Il trattamento delle immagini permette di stimare la produzione primaria in modo sinottico in vasti tratti di mare LA FOTOSINTESI FOTOSINTESI: processo vitale per la biosfera Innesca il flusso di materia ed energia nell’ecosistema Arena Carmen aa. 2013-2014 LA FOTOSINTESI Piante verdi ed alghe CO2 + 2H2O luce (CH2O) + H2O + O2 Come avvengono gli scambi gassosi nella cellula vegetale? l’atmosfera primordiale era molto differente da quella attuale L’incremento di O2 ha reso possibile l’evoluzione di organismi aerobi pluricellulari STOMI La vita sulla terra era possibile solo agli organismi anaerobi unicellulari Protisti, piante, funghi e animali LA FOTOSINTESI Piante verdi ed alghe CO2 + 2H2O luce (CH2O) + H2O + O2 La fotosintesi avviene nei cloroplasti I tilacoidi sono un intricato sistema di membrane; essi si impilano a formare i grana Luce e Fotosintesi La luce che permette di vedere oggetti e colori è detta luce visibile LA FOTOSINTESI FASE LUMINOSA Avviene nelle membrane dei tilacoidi Durante la fase luminosa viene prodotto ATP per fosforilazione ossidativa e NADPH FASE OSCURA Avviene nello stroma LA FOTOSINTESI: FASE OSCURA IL CICLO DI CALVIN o CICLO C3 Nella fase oscura vengono utilizzate le molecole di ATP e NADPH prodotte nella fase luminosa FASE OSCURA: METABOLISMO C3, C4 e CAM C3 C4 CAM CAM Adattamento all’aridità Traspirazione durante la notte: VPD + basso Elevata efficienza dell’uso dell’acqua CAM obbligate o costitutive CAM facoltative o inducibili CAM Idling
