Jaké látky jsou rostlinou...
-
Upload
phungnguyet -
Category
Documents
-
view
225 -
download
0
Transcript of Jaké látky jsou rostlinou...
Jaké látky jsou rostlinou
transportovány?
1. Voda, obvykle přijímána kořeny z půdy
2. Minerální látky, obvykle přijímány kořeny z půdy
3. Asimiláty (nejčastěji sacharosa) z míst, kde probíhá fotosyntéza
nebo z míst, kde jsou uložené zásoby (např. z hlíz)
4. Plyny – oxid uhličitý, kyslík, vodní pára
5. Další, např. fytohormony
Na jaké vzdálenosti jsou látky v rostlinách transportovány ?
1. Na dlouhé vzdálenosti,
např. mezi orgány
pomocí vodivých
pletiv
2. Na střední vzdálenosti
– do vodivých pletiv a z
nich, na místa potřeby
3. Na krátké vzdálenosti -
do jednotlivých buněk
a z nich a mezi
jednotlivými
strukturami buňky
Jak se látky dostávají do buňky a z
buňky? A může rostlinná buňka
rozhodovat, jaké látky do buňky vstoupí
a jaké nikoliv?
Vakuola
Mikrotubuly
Mitochondrie
Ribosomy
Mikrofilamenta
Plasmodesmy
Golgiho
aparát Cytoplasmatická membrána
Buněčná stěna
Endoplasmatické
retikulum
Jádro
Jaderný obal
Jadérko
Rostlinná buňka je obklopena buněčnou stěnou, kterou musí transportované látky překonat. Buněčná
stěna je obvykle porézní a umožňuje transport látek do určité velikosti. Přes buněčnou stěnu obvykle
bez problémů prochází voda, minerální živiny, sacharosa, glukosa, fruktosa, organické kyseliny,
fytohormony a někdy i malé peptidy.
Co přes buněčnou stěnu projde a co nikoliv je dáno hlavně velikostí transportované látky, míra selekce
je tedy malá.
Vakuola
Mikrotubuly
Mitochondrie
Ribosomy
Mikrofilamenta
Plasmodesmy
Golgiho
aparát Cytoplasmatická membrána
Buněčná stěna
Endoplasmatické
retikulum
Jádro
Jaderný obal
Jadérko
Pod buněčnou stěnou je protoplast buňky ohraničen specifickou vrstvou, tzv.
cytoplasmatickou membránou neboli plasmalemou. Ta je tzv. selektivně propustná, to
znamená, že přes ni mohou projít pouze určité látky a jiné nikoliv.
Co způsobuje selektivní propustnost cytoplasmatické membrány?
Do lipidové vrstvy jsou ale na určitých místech
vložené bílkoviny, které fungují jako selektivní
transportéry, propouštějí pouze určité látky
nebo skupinu velmi podobných látek.
Základem membrány jsou dvě vrstvy
lipidů. Tato dvojitá vrstva je nepropustná
pro většinu látek, funguje jako bariera.
Které látky mohou volně
procházet? Pouze malé
molekuly, např. oxid
uhličitý, kyslík, částečně
voda. Větší molekuly nebo
ionty s elektrickým
nábojem projít nemohou.
Ostatní látky mohou přecházet jen pomocí bílkovinových transportérů. Jejich různé tvary
naznačují jejich selektivitu, stejně jako různobarevné kruhy ve spodní části obrázku; šipky
naznačují, že transport může probíhat jak do buňky, tak i z buňky ven. Některé transportéry
pouze umožňují přenos látky přes membránu, jiné však umožňují i akumulaci látek v buňce;
k tomu potřebují dodání energie.
transportéry
Vakuola
Mikrotubuly
Mitochondrie
Ribosomy
Mikrofilamenta
Plasmodesmy
Golgiho
aparát Cytoplasmatická membrána
Buněčná stěna
Endoplasmatické
retikulum
Jádro
Jaderný obal
Jadérko
Jak se látky dostávají do různých struktur uvnitř buňky?
Buňka obsahuje různé vnitřní struktury s různými funkcemi, např. buněčné jádro, chloroplasty, vakuolu,
mitochondrie. Tyto struktury mají na svých površích obaly z membrán podobných membráně na povrchu
buňky. I tyto membrány obsahují bílkovinové transportéry, které zajišťují transport do těchto struktur a z
nich. Každá membrána však obsahuje specifické transportéry, což umožňuje, aby se do různých buněčných
součástí dostávaly různé látky a tak v nich probíhaly různé procesy.
Vakuola
Mikrotubuly
Mitochondrie
Ribosomy
Mikrofilamenta
Plasmodesmy
Golgiho
aparát Cytoplasmatická membrána
Buněčná stěna
Endoplasmatické
retikulum
Jádro
Jaderný obal
Jadérko
Jak se mohou látky pohybovat na střední vzdálenosti, od buňky k buňce?
Buněčná stěna je porézní a buněčné stěny jsou vzájemně propojené. Látky do určité velikosti se mohou pohybovat
propojenými stěnami. Tato cesta je nenáročná, ale není možné účinně regulovat, které látky budou transportovány a
které nikoliv.
Druhá možnost je dána přítomností tzv. plasmodesmů. To jsou drobné otvory v buněčné stěně, kterými jsou
protoplasty buněk vzájemně propojeny. Transport plasmodesmy může buňka regulovat.
Plasmodesmy mezi dvěma buňkami
Buněčná stěna plasmodesmus
vakuola
cytoplasma
Schematické znázornění transportu mezi dvěma buňkami
Zeleně je znázorněn transport přes plasmodesmus, červeně transport buněčnou
stěnou
Schematické znázornění transportu mezi buňkami
Červeně je znázorněn transport buněčnými stěnami, modře nitrem buněk a skrze
plasmodesmy
Jak se mohou látky pohybovat na dlouhé vzdálenosti?
Pomocí vodivých pletiv. Vodivá pletiva tvoří vzájemně propojený
systém, který prochází celým tělem rostliny.
Ve vodivých pletivech se nacházejí dvě části, které se liší jak stavbou,
tak funkcí. Nazývají se xylém (dřevní část) a floém (lýková část).
sinky
sink
zdroje
xylém
floém
Xylémový transport probíhá od
kořenů tzv. vzestupným proudem do
nadzemních orgánů. Transportována
je zejména voda a minerální živiny
přijaté z půdy, v menší míře i některé
organické sloučeniny vznikající v
kořenech – na obrázku je znázorněn
červeně.
Floémem jsou transportovány
zejména asimiláty (obvykle ve formě
sacharosy), ale i voda a jiné organické
i anorganické látky. Floémový
transport (na obrázku je znázorněn
modře) probíhá různými směry, od
tzv. zdrojů, což jsou místa, kde
asimiláty vznikají, především se
jedná o listy, případně zásobní
orgány, k tzv. sinkům, což jsou místa,
kde se asimiláty spotřebovávají nebo
ukládají do zásoby.
Z Buchanan, B. B. et al :Biochemistry and
Molecular Biology of Plants. 2000
Pohled do cévy ze stonku okurky seté (Cucumis
sativus)
Troughton, Donaldson: Probing Plant Structure, 1972
Pohled do cévic douglasky (Pseudotsuga
menziesii) z Crang, Vassilyev Plant Anatomy, CD
Vodivé dráhy v xylému jsou cévy a cévice; obojí jsou tvořeny mrtvými buňkami, které
mají silné a pevné buněčné stěny. Transport probíhá kapilárami vzniklými v místech
odumřelého protoplastu
Z Mauseth, Am. J. Bot. 1994 a z Taiz,
Zeiger: Plant Physiology, 2002
Cévy jsou trubicovité útvary složené z
většího počtu buněk, které na sebe
navazují svými koncovými stěnami; ty
jsou v různé míře perforované. Vyskytují
se hlavně u krytosemenných rostlin
Cévice jsou úzké dlouhé buňky
typické pro nahosemenné rostliny a
kapradiny. Spolu s cévami se
vyskytují i u rostlin
krytosemenných. Transport z jedné
cévice do druhé probíhá přes
buněčnou stěnu v místech jejího
ztenčení.
Schéma floému krytosemenné rostliny
Sítkovice jsou složené z buněk, které jsou
spojeny svými koncovými stěnami. Ty
obsahují velké množství otvorů, které
mohou dosahovat značných velikostí.
Buňky tvořící sítkovice jsou živé, ale
nemají buněčné jádro.
Vodivé dráhy ve floému jsou sítkovice
Podélný řez floémem révy vinné (Vitis
vinifera) se třemi sítkovicemi
http://bomi.ou.edu/bot4283/
Spojení mezi buňkami v sítkovici
V listech všech rostlin a v kořenech a stoncích bylin tvoří
xylém a floém společné pruhy, nazývané svazky cévní. V
kořenech a stoncích dřevin a větších bylin se cévní svazky
vyskytují pouze ve mladých stoncích a kořenech.
O dřevinách podrobněji ve zvláštní přednášce.
Kde se nacházejí a jak vypadají svazky cévní v jednotlivých
orgánech rostliny?
V kořenech se nacházejí v
jejich střední části, kde se
střídají pruhy xylému a
floému.
xylém
floém
Ve stoncích a v listech je nejčastěji uložen xylém vedle floému
xylém
floém
Ve stoncích jsou cévní svazky často uspořádané do kruhu
Cévní svazek
Cévní svazek
Jetel
Podražec
Cévní svazek
Cévní svazek
Kukuřice
Pšenice
V některých stoncích jsou svazky roztroušené nebo umístěné ve více
kruzích
V listech tvoří svazky cévní hustou síť
Ficus pumila (fíkovník šplhavý) Parthenocissus quinquefolia (loubinec pětilistý)
Detail vodivých pletiv listu
V některých listech (např. u trav) je
uspořádání poněkud odlišné, nicméně i
zde tvoří svazky hustou síť
Jak se dostanou voda a minerální živiny z
půdy do xylému kořene?
Voda i minerální živiny musí překonat
vzdálenost od povrchu do středu kořene.
Nejvíce (ale nejenom) jsou voda i minerální
živiny přijímány v místech, kde se tvoří
kořenové vlásky, které zvyšují povrch kořene
©2013 Pearson Education, Inc.
Transport látek přijatých kořenem z
půdy do vodivých pletiv může
probíhat dvěma cestami – buněčnými
stěnami nebo nitrem buněk, přes
plasmodesmy. Cesta buněčnými
stěnami není účinně regulovatelná a do
vodivých pletiv by mohly vstupovat i
látky škodlivé. Proto je uzavřena
bariérou, tzv. endodermis, která je
schopna transport stěnou zastavit nebo
výrazně omezit. Transportované látky
mohou vstoupit do vodivých drah jen
pomocí plasmodesmů. Přitom musí
vstoupit do buněk přes membránu a
tento vstup může rostlina kontrolovat
endodermis
Transportéry v cytoplasmatické
membráně určují, které látky
projdou a dostanou se do xylému a
které nikoliv
látky nemohou projít
látky mohou projít
jedině skrz buňky
plantphys.info/plant_biology/lecppt/root.ppt
Jak může endodermis zastavit
transport buněčnými stěnami?
Díky speciální úpravě buněčné
stěny, tzv. Casparyho proužkům.
Ty jsou tvořené ligninem, který
ucpává póry ve stěně
k povrchu kořene ke xylému
Jak se dostanou voda a minerální živiny z kořene do nadzemní části?
Voda je transportována
xylémem. Tok vody
xylémem je vždy směrem
od kořenů vzhůru a je
poháněn transpirací.
Spolu s vodou jsou
unášeny i další látky,
především minerální
živiny, ale i některé
organické látky.
Podrobněji v samostatné
přednášce
Příjem vody z půdy
voda
Půdní částice
Kořenový vlásek
Buňky mesofylu
Prostor mezi buňkami
průduch
Koheze, adheze Koheze a adheze v xylému
Voda z listu je obvykle vydávána ve formě vodní páry průduchy a její výdej
je velmi dobře regulován otevíráním a zavíráním průduchů.
Hydatoda s několika póry na
okraji listu tavoly (Physocarpus)
Lersten, Curtis, Can. J. Bot. 1982
Někdy může být
voda vydávána i
jako kapalina tzv.
hydatodami. To jsou
útvary na koncích
listů zakončené
póry, což jsou velké
průduchy, které jsou
trvale otevřené.
Gutace na listu kontryhelu. Monika Štambergová, http://fotopribeh.avcr.cz/
sinky
sink
zdroje
xylém
floém
K čemu rostlina využívá vodu a minerální živiny?
Voda je zapotřebí ve všech živých buňkách
1. Účastní se řady chemických reakcí, např. ve fotosyntéze, ale
i při rozkladu (hydrolýze) látek
2. Je důležitá pro růst buněk, nachází se ve vakuolách, obaluje
bílkoviny atd.
3. Je vydávána ve formě vodní páry transpirací, tím umožňuje
transport látek v xylému, proti gravitaci
Minerální živiny jsou zapotřebí rovněž ve všech živých buňkách. Minerální látky, které jsou pro rostlinu nezbytné označujeme jako biogenní.
Podle potřebného množství rozlišujeme makrobiogenní a mikrobiogenní. Do
první skupiny patří uhlík, kyslík a vodík, které rostlina zabudovává v procesu
fotosyntézy v listech. Většinu minerálních živin rostliny přijímají kořeny jako
ionty. Mezi makrobiogenní patří dusík, který rostlina přijímá jako dusičnany
(NO3-) nebo amonné ionty (NH4
+), fosfor přijímaný jako fosforečnany (PO43-),
síra (SO42-), dále pak draslík (K+), vápník Ca2+, hořčík (Mg2+). Mezi
mikrobiogenní patří např. železo (Fe3+), měď (Cu2+), zinek (Zn2+), mangan
(Mn2+) a další
Jsou stavebními kameny důležitých sloučenin (bílkovin, nukleových kyselin,
chlorofylu, mnoha enzymů)
Podrobnější údaje o vodě a minerální výživě – viz samostatné přednášky
Jak jsou transportovány látky vzniklé fotosyntézou a jak se dostanou do floému v listu?
Látky vzniklé fotosyntézou jsou z mesofylových buněk transportovány jak buněčnými stěnami, tak nitrem buněk,
skrze plasmodesmy. Vodivá pletiva tvoří v listu hustou síť, takže dráha od buněk mesofylu k floému je tvořena jen několika buňkami. Ve floému je
transportována hlavně sacharosa; ta se v
místě spotřeby rozloží na glukosu a
fruktosu a dále se zpracovává nebo se
přemění na škrob a uloží se v zásobních
orgánech (hlízy, semena aj.)
mesofyl
sítkovice
Jak rostliny využívají cukry?
Cukry jsou zapotřebí ve všech živých buňkách.
1. Jsou základními stavebními kameny všech
důležitých látek (tuků, bílkovin, nukleových kyselin
aj.)
2. Jsou zdroji energie, kterou buňky uvolňují při
dýchání
3. Jsou ukládány v zásobních orgánech jako
rezervy
Nejdůležitější zásobní látkou rostlin je škrob. Škrob je polymer tvořený velkým
počtem molekul glukosy. V buňkách tvoří tzv. škrobová zrna, která se tvoří v
plastidech amyloplastech
Škrobová zrna z hlízy bramboru Škrobová zrna v buňkách oddenku kosatce
Vzorec dvou složek škrobu – amylosy a amylopektinu
Škrobová zrna a
zásobní bílkoviny v obilce pšenice
Škrobová zrna z klíčící obilky
ječmene – EM snímek
Jak jsou rostlinou transportovány plyny?
Plyny (oxid uhličitý, kyslík, vodní pára) jsou na dlouhé vzdálenosti
transportovány tzv. mezibuněčnými prostorami mezi jednotlivými
buňkami(viz červené šipky a i na obr. vlevo). Ty jsou vzájemně propojené (viz
obr. vpravo) a tvoří systém umožňující rychlý transport plynů. Velikost
mezibuněčných prostor je různá podle toho, jakou funkci má orgán, ve kterém
se nacházejí a v jakém prostředí rostlina žije. Po vstupu do buněk jsou plyny
transportovány rozpuštěné ve vodě; tento transport je mnohem pomalejší.
Parenchym dřeně stonku bezu černého (Sambucus nigra)
www.sci.muni.cz/~anatomy/
Kořenové buňky, stejně jako
všechny živé buňky dýchají.
Z půdy přijímají kyslík a do
půdy vylučují oxid uhličitý.
Oba plyny mohou volně
procházet membránou na
povrchu protoplastu; na
delší vzdálenosti se pohybují
mezibuněčnými prostorami energie
Mezibuněčná prostora
H2O
V listech je situace složitější. Živé buňky v
listu v noci pouze dýchají, stejně jako buňky
kořene. Ve dne však buňky s chloroplasty
fotosyntetizují i dýchají, buňky bez
chloroplastů pouze dýchají. Navíc je z listů
vydávána vodní pára. Plyny vznikající jak
při dýchání, tak při fotosyntéze mohou být
využity v opačných procesech.
H2
O
Pro transport všech plynů do
listu a z listu slouží
mezibuněčné prostory, které
jsou v listu poměrně velké.
Rostliny rostoucí v mělkých vodách nebo v půdách trvale či dlouhodobě zaplavených musí řešit
speciální problém - nedostatek či úplnou absenci kyslíku v zaplavené půdě. V průběhu evoluce
u nich došlo k vytvoření speciálních transportních drah, jimiž jsou schopny dopravit plyny v
dostatečném množství z atmosféry do kořenů a naopak
Oblast s
nízkým
nebo
nulovým
obsahem
kyslíku
Porost naší nejběžnější mokřadní
rostliny rákosu obecného na břehu
rybníka Rožmberk
Jak vypadají transportní dráhy pro transport plynů u
těchto rostlin?
Transport je zajištěn
objemnými
mezibuněčnými
prostorami, které
jsou ve všech
orgánech, vzájemně
propojené a které
jsou prostřednictvím
průduchů propojené
s atmosférou.
Mezibuněčné prostory
(šipky) v listech
orobince (vlevo) a
puškvorce (vpravo)
Mezibuněčné prostory ve stoncích šáchoru (vlevo) a sítiny (vpravo)
Mezibuněčné prostory v kořenech rákosu (nahoře vlevo), ostřice (nahoře vpravo) a
puškvorce (dole)