Ro–lina a –rodowisko...Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice...
Transcript of Ro–lina a –rodowisko...Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice...
ROŚLINA A ŚRODOWISKOFizjologia i Regulacja Metabolizmu
Jarosław Szczepanik
Zakład Ekofizjologii Molekularnej Roślin,Instytut Biologii Eksperymentalnej i Biotechnologii Roślin
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
FIZJOLOGIA I REGULACJA METABOLIZMU:PLAN WYKŁADÓW
1 Organizm a środowisko (rośliny i zwierzęta, W) – 13 II2 Fotosynteza i oddychanie (rośliny, WKC) – 20 II3 System przewodzący (rośliny, WKC) – 27 II4 Odżywianie, układ pokarmowy (zwierzęta, WKC) – 5 III5 Układ krążenia i oddechowy (zwierzęta, WKC) – 12 III6 Gospodarka wodna i mineralna (rośliny, WKC) – 19 III7 Gospodarka wodna i mineralna (zwierzęta, WKC) – 26 III8 Przekazywanie sygnału (rośliny, WKC) – 2 IV9 Przekazywanie sygnału (zwierzęta, WKC) – 16 IV10 Ruch (rośliny, WKC) – 23 IV11 Ruch (zwierzęta, WKC) – 30 IV12 Stres (rośliny i zwierzęta, W) – 7 V13 Rozmnażanie (rośliny i zwierzęta, W) – 14 V
W – wykład, K – konwersatorium, C – ćwiczenia
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
FIZJOLOGIA I REGULACJA METABOLIZMU:TEMATY KONWERSATORIÓW
20 II:W: Fotosynteza i oddychanieK: Czy rośliny odniosą korzyść ze zmian klimatu?
27 II:W: System przewodzącyK: Biologia roślin pasożytniczych, autotrofia w świecie zwierząt
19 III:W: Gospodarka wodna i mineralnaK: Reakcje roślin na zanieczyszczenie metalami ciężkimi
2 IV:W: Przekazywanie sygnałuK: Komunikacja międzyosobnicza u roślin
23 IV:W: RuchK: Biologia roślin drapieżnych
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Plan prezentacji
1 WstępDefinicja i zakres badań fizjologii roślinSpecyfika budowy i funkcji organizmu roślinnego
2 Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślinŚwiatłoWodaTemperaturaWłaściwości gleby
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Czym jest przyroda?
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Czym jest przyroda?
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Czym jest przyroda?
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Miejsce fizjologii wśród nauk biologicznych
Poziom organizacji Aspekt strukturalny Aspekt funkcjonalny
Cząsteczki biochemiaGeny genetyka biologia molekularnaKomórki cytologia biologia komórkiOrganizm anatomia fizjologiaGatunek taksonomia ewolucjonizmBiocenoza ekologia autoekologia
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Obszary zainteresowań fizjologii roślin
Aspekt poznawczy Aspekt praktyczny
roślina w zmiennym środowisku roślina w zmiennym środowiskunaturalnym przekształconym przez człowieka
procesy rozwojowe podstawy plonowaniafotosynteza, oddychanie
procesy transportowe wymagania wodne i glebowegospodarka wodna i mineralna
oddziaływanie ze środowiskiem odporność na stresyreakcje roślin na zmiany klimatu
przepływ informacji na poziomie wczesne wykrywanie zagrożeńkomórki i organizmu i reakcji na stresy
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Królestwo roślin na drzewie życia
Barton i in., 2007
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Komórka roślinna
Linka, 2007
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Komunikacja wewnątrzkomórkowa
Stromule – chloroplastowy system przekazywania informacji
Kwok i Hanson, 2003
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Symplast i komunikacja międzykomórkowa
Lucas, 1995
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
System przewodzący – jeden układ koordynującywiększość czynności życiowych rośliny
Linka, 2007
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Roślina jako system niejednorodny troficznie
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Rośliny jako haplo-diplobionty
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Widmo promieniowania elektromagnetycznego
UV-C – 0,18–0,29 µm (bakteriobójcze)UV-B – 0,29–0,32 µmUV-A – 0,32–0,38 µm (fotochemiczne)
zakres widzialny – 0,38–0,78 µm (fotochemiczne)IR-A – 0,78–1,50 µm (termiczne)
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Zróżnicowanie wymagań świetlnych roślin
Skiofity – rośliny cieniolubne< 50% pełnego światła
Heliofity – rośliny światłożądne100% pełnego światła
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Fotomorfogeneza
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Wrażliwość roślin na światło
Salisbury i Ross, 1975
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Receptory światła u roślin
Hornitschek i in., 2009
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Model rytmów okołodobowych
Kondo i Ishura, 1999
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Zróżnicowanie wymagań wodnych roślin
kserofit – siedlisko suche
mezofit – siedlisko umiarkowane
hygrofit – siedlisko wilgotne
hydrofit – roślina wodnaJ. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Stadium rozwojowe a głębokość pobierania wody naprzykładzie Quercus emoryi
Wiliams i in., 1999
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Względna wrażliwość różnych procesów w roślinie nastres wodny
Pugnaire, 1999
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Przystosowania roślin do suszy
Rośliny wrażliwe na suszę Rośliny odporne na stres wodny
Ogólne cechy budowy
słabiej rozwinięty system przewodzący i korzeniowy, dobrze rozwinięty system przewodzący i korzeniowy,aparaty szparkowe po obu stronach liści aparaty szparkowe tylko po spodniej stronie liści
Mechanizmy i cechy pozwalające na unikanie stresu suszy
dostosowanie cyklu rozwojowego do dostępności wydajny system przewodzący (rozwinięte korzenie, szerszewody w środowisku naczynia, gęstsze użyłkowanie, skrócenie międzywęźli)
organy podziemneograniczenie transpiracji (zamykanie szparek, małapowierzchnia liści),magazynowanie wody (sukulenty)
Mechanizmy i cechy pozwalające na tolerancję stresu suszy
brakprzejście w stan anabiozy, mechanizmy naprawcze,mechanizmy naprawcze,akumulacja substancji ochronnych
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Stres zatopienia systemu korzeniowego
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Skutki niedoboru tlenu (hipoksji/anoksji) dla roślin
akumulacja produktówfermentacji
uszkodzenia błon komórkowych
zaburzenia funkcjonowaniasystemu przewodzącego
brak pobierania, wymywaniei rozcieńczanie nutrientów
rozwój mikroorganizmów
nadprodukcja etylenu
epinastia
usychanie i zamieranie pędów
ACC – kwas 1-aminocyklopropano-1-karboksylowy,prekursor etylenu
Jackson, 1997
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Reakcje korzeni systemu korzeniowego na zatopienie
1. Kontrola2. Napowietrzanie plus etylen3. Hypoksja4. Anoksja
Marschner, 1995
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Występowanie roślin w zależności od temperatury
Gusta i in., 1996
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Temperatura czynnikiem determinującymwystępowanie roślin
Podbielkowski, 1997
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Granice odporności wybranych roślin (A) i organóweukaliptusa (B) na wysoką temperaturę
Kreeb, 1979
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Odporność na wysoką temperaturę gatunkówsaharyjskich i sawannowych
Kreeb, 1979
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Wpływ transpiracji na temperaturę wewnętrzną liścia
A – liść kontrolny; B – liść odcięty; L – temperatura powietrza; R – granicaodporności (~ 46 ◦C)
Kreeb, 1979
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Temperatura a lotne związki organiczne
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Stres niskiej temperatury
mróz – < 0 ◦C
chłód ostry – 0–10 ◦C
chłód umiarkowany – 10–15 ◦C
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Granice odporności roślin na mrózGatunek/grupa roślin Temperatura [ ◦C]
Rośliny borealne, arktyczne i alpejskie:sosna wejmutka, góry -76rośliny drzewiaste, Syberia -60limba, góry -47Cochlearia fenestrata, Arktyka -46
Pąki roślin drzewiastych, Europa środkowa:brzoza brodawkowata -47buk -29grab, jesion, dąb -27klon -21
Młode liście roślin klimatu umiarkowanego:leszczyna -16grab -5buk, dąb -2ostrokrzew -1
Gatunki śródziemnomorskie:cyprys -15oliwka -11wawrzyn -10oleander -9rozmaryn -7
Gatunki tropikalne +10
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Uszkodzenia roślin podrównikowych w niskiejtemperaturze
Gatunek Pierwsze uszkodzenia Martwe blaszki liściowepo upływie: po upływie:
Episcia bicolor 12 h 4 dniSciadocalyx warszewicii 24 h 5 dniEranthemum tricolor 48 h 5 dniSanchezia nobilis 1–4 dni 8–10 dniRheo discolor 8 dni 27 dniBertolonia marmorata 12 dni 20 dniDaedalacanthus sp. 20 dni 30–35 dni
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Rośliny uprawne a klimat
Rośliny uprawne z klimatu chłodnego:
gorczycagrochjęczmieńkapustowatelenowiespszenicarzepasałataziemniakżyto
Rośliny uprawne z klimatu gorącego:
bawełnadyniafasolakukurydzaogórekpaprykapomidorryżsłoneczniksojatytoń
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Sezonowa aktywność roślin drzewiastych
Sakai i Larcher, 1987
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Hartowanie na mróz u rzepaku
Sakai i Larcher, 1987
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Właściwości podłoża wpływające na wzrost i rozwójroślin
zawartość nutrientówodczyn (pH)zasolenieelewacja i nachylenie podłożawilgotność i stopieńnapowietrzenia gleby
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Torfowisko nakredowe – ubogie zbiorowisko nabogatym podłożu
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Rozkład gleb o dużym zasoleniu
Pessarakli, 1999
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Wytrzymałość roślin uprawnych na zasolenie
Kreeb, 1979
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin
Roślina a środowisko – podsumowanie
Podbielkowski, 1997
J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko