Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)
description
Transcript of Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)
![Page 1: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/1.jpg)
Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)
Marie Hronková
PřF JčU
![Page 2: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/2.jpg)
Stres= vnější faktor, který má nepříznivý vliv na rostlinu
Resistance= tolerance,založená na
aklimaci= otužování
Adaptace= geneticky determinovaná odolnost- např. CAM metabolismus
![Page 3: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/3.jpg)
Vlivy okolí na rostlinu
sucho
Vysoké teploty
Nízké teploty
Záplavy (nedostatek kyslíku
CO 2
polutanty
zasolení
populace
?
![Page 4: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/4.jpg)
Sucho a desikace
Rozlišují se dvě základní strategie rostlin ve snaze přežít deficit vody: (i) vyhnutí se desikaci (schopnost udržovat hydratovanou tkáň i v období sucha, dessication postponement) a (ii) tolerance k desikaci (dessication tolerance, tj. přežití v desikovaném stavu). Kromě toho se často také odlišuje skupina rostlin, které „unikají“ suchu (drought escapers) časováním své vegetativní fáze do periody vlhka a přežíváním suchého období ve fázi semen.
![Page 5: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/5.jpg)
1) zastavit expansi listů
GR=m. (P-Y)
P=turgor
Y =tlak,kdy dochází k plastické deformaci buněčné stěny
m=roztažnost buněčné stěny
růst
Co může rostlina dělat?
opakovaný stres snižuje m a zvyšuje Y
Transpirace při zavírání průduchů klesá relativně rychleji než fotosyntéza, proto se i zvyšuje účinnost využití vody rostlinou (WUE). V konečné fázi stresu naopak klesá
rychleji fotosyntéza.
![Page 6: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/6.jpg)
2)Translokace asimilátů
Translokace asimilátů je ještě méně citlivá na postupné snižování vodního potenciálu rostliny.To dovoluje rostlinám redistribuovat zdroje při akutním stresu suchem (př. před opadem listů).
![Page 7: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/7.jpg)
3)Indukce opadu listů
Redukce listové plochy při stresu suchem
4)Růst kořenů do hlubších, vlhčích vrstev
![Page 8: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/8.jpg)
5)Uzavření průduchů-hydropasivní- hydroaktivní
Kyselina abscisová (ABA)-listy-kořeny-pH
![Page 9: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/9.jpg)
Osmotické přizpůsobení rostliny
Klesající matriční (vodní) potenciál půdy-hromadění iontů ve vakuole (neinhibují enzymy)-hromadění osmotik v cytoplasmě (aminokyselina prolin, cukry, složitější alkoholy-polyoly, glycin-betain-kvarterní amin)- dny, týdny
Deficit vody zvyšuje odpor toku vody-transport v půdě-transport ve stonku-embolie-kavitace (vod potenciál -1 až-2 MPa)-aquaporiny v kořeni a listu?
W= S+ P
pokles o 0,2-0,8 MPa
![Page 10: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/10.jpg)
Def
icit
vod
y m
ění a
bso
rpci
a d
isip
aci e
ner
gie
liste
m
(také rolování listů trav, změna sklonu vůči slunci: paraheliotropní (Eucalyptus), diaheliotropní,
Trichomy-chlupy, tvar a velikost listu,Kutikula-vosky-kutikulární transpirace 5-10% transpirace)
Indukce CAM syndromu při stresu suchem nebo zasolením u CAM fakultativních druhů (biochemické, strukturní i fyziologické změny) př. Mesembryanthemum crystallinum
Mechanické přizpůsobení
![Page 11: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/11.jpg)
6)Regulace genové exprese
Transkripční faktor DREB-DRE (dehydration response element)CBF-C repeat binding factor
ABRE-ABA response element
![Page 12: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/12.jpg)
Stres vysokou teplotou (heat stress, heat shock)
-Snížení absorpce radiace: optické vlastnosti povrchu listu (vosky, trichomy), vertikální orientace (rolování u trav)-tvar, velikost listu
Metabolické: saturace mastných kyselinprodukce ochranných proteinů (heat shock proteins HSP)
HSP byly prvně objeveny u Drosophila melanogaster. Např. když se sazenice soji přenesou z 25 oC do prostředí kde je 40 oC, během minut se začne syntetizovat skupina 30-50 nových proteinů, tzv. HSP(100,90,70,60,smHSP). Fungují jako molekulární chaperony - chrání správnou prostorovou organizaci enzymů a jiných proteinů před rozbalením a ztrátou aktivity.
Velikost od 15 do 30(smHSP) až 114 kDa ve vyšších rostlinách. Organelově specifické od jádra přes mitochondrie, chloroplasty,ER,cytosol.
![Page 13: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/13.jpg)
Teplota CAM (60-65 ˚C),většinou do 45 ˚C.
Rolování listů, zmenšení velikosti listové plochy, zmenšení odporu hraniční vrstvy
![Page 14: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/14.jpg)
Vysoké teploty- aktivace HSP (heat schock proteins)
Molekulární chaperony- stabilizace funkce buněčných proteinů, pH a metabolické homeostáze
![Page 15: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/15.jpg)
Extrémy teploty:chlad a mráz
Fyziologie rostlin - Stres
• Plodiny, které nesnášejí chlad (nadnulové teploty):
• Proč?: – Pomalá translokace asimilátů– Nižší respirace– Rychlá degradace a pomalá resyntéza
proteinů
– Struktura membrán (Nasycené m. kyseliny (bez dvojných vazeb) tuhnou při vyšších teplotách než nenasycené. Nasycenost je tedy vlastní spíše rostlinám tropického původu).
• Mráz: ledové krystalky „zabíjejí“ buňku.
![Page 16: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/16.jpg)
Nízké teploty a mráz („chilling“ a „ freezing“)
-Nízké teploty-změny vlastností membrán -zvýšení propustnosti pro ionty
Odolné rostliny mají více nenasycených mastných kyselin,tuhnou pomaleji
- Mráz-poškození mechanické-ledové krystaly v buňkách a orgánech-integrita buňky, mrazové sucho,cryoprotektanty-cukry
Odolné tvoří krystaly v mimobuněčných prostorách
„Antifreeze“ proteiny (podobné u ryb) THP-thermal hysteresis protein
RAB/LEA/DHN (RESPONSIVE TO ABA/ LATE EMBRYO ABUNDANT/DEHYDRIN)
-Dřeviny-dehydratace a „supercooling“,
dormance( ABA )- (-50až -100 ˚C)
-semena, spory hub (dehydratace-absolutní 0 neomezeně dlouho)
![Page 17: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/17.jpg)
Temperature of parenchyma cells in cucumber (Cucumis sativus) fruit during freezing. The temperature was recorded with an electronic device, a thermistor, inserted into a 5 × 20 mm cylinder of tissue and immersed in a coolant at –5.8°C. (A–B) Supercooling. (B–C) Release of heat during freezing in cell walls and intercellular spaces. (C–D) Supercooling. (D–E) Small heat spikes released during intracellular freezing of individual protoplasts. (After Brown et al. 1974.)
![Page 18: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/18.jpg)
Zasolení
Se zasolením se evidentně potýkala už první gramotná civilizace světa v Mezopotamii. Vyplývá to ze záznamů o podílu pěstování pšenice a ječmene. Pšenice je náchylná a neroste na zasolené půdě, ječmen snáší zasolení lépe. Kolem roku 2500 byl podíl pšenice už jen 15 %, kolem roku 2100 je 2%. Z roku 1700 už žádné záznamy o pšenici nejsou a výnos z polí proti roku 2400 klesl o 65%. Kolem roku 2000 bylo zaznamenáno, že se povrch půdy stával bílým.
![Page 19: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/19.jpg)
Zasolení Zdroje:-moře, mořské sedimenty )vnitrozemí-poště, polopouště- výpar
převládá nad srážkami) -člověk-intenzivní zemědělství, hnojiva, zavlažování, solení silnic
Vlivy na rostliny a na půdu-degradace půdní struktury, snížení pórovitosti a propustnosti, nízký vodní
potenciál (vysoký osmotický tlak)-obsah solí v půdní a závlahové vodě zvyšuje její elektrickou vodivostRostliny-halofyta- přirozeně rostou na zasolených půdách (Suaeda
maritima, Atriplex nummmularia) -glykofyta („sweet plants“)
kukuřice, obilniny, cibule, rýže, citrus , salát, fazole,bavlník, ječmen, cukrovka, datlovník
citlivéodolné
![Page 20: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/20.jpg)
Negativní vlivy vysoké koncentrace soli na rostliny
-osmotický efekt- nízký osmotický potenciál půdního roztoku- podobný půdnímu vodnímu deficitu -přizpůsobení
-toxicita iontů- Na+ , Cl-, SO4 2-
Poměr K+/ Na+ (100mM/< 10mM)-změna poměru+ vysoký obsah iontůInaktivace enzymů, inhibice syntézy proteinů, změna propustnosti plasmatické membrány-ztráty K+, , vliv na metabolismus uhlíku, fotofosforylaci
-Sekundární vlivy- narušení integrity membrány, produkce toxických molekul - reaktivní formy kyslíku, buněčná smrt
![Page 21: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/21.jpg)
Kyselé půdypříčiny-kyselé srážky, hnojení dusíkatými hnojivy,monokultury, odvoz biomasy
CaCO3- pufrovací schopnost, hydratované ionty Al –pH až 3,5-nepřímé vlivy- toxicita Al 3+, Fe 2+, Mn 2+
-vytěsnění Ca 2+ , Mg 2+ , K+
-P-nerozpustné sloučeniny s Al a Fe - N-nedostatek-nitrifikační bakterie citlivé na pH
Toxické látkyXenobiotika, SO2, ozonToxické kovy- Zn , Pb, Cd
![Page 22: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/22.jpg)
Salinita- Strategie redukce solného stresu Membránový transport Na+, K + a Ca 2+
proteinové řenašeče
120-200 mV
0-20 mV+
+
-odstranění nadbytku iontů z listů-kompartmentace ve vakuole
![Page 23: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/23.jpg)
Vzduch v půdě do hloubky několika metrů je za běžných podmínek podobně bohatý na kyslík jako v atmosféře. Ve špatně odvodněné půdě nebo při vytrvalých deštích se ale blokuje přístup a transport O2 a zásobeno je jen několik centimetrů na povrchu. Tehdy a při vyšší teplotě zvlášť, jsou kořeny rostlin deprivivány anoxií. Záplavy v zimě, během
dormance kořenů, většinu rostlin nepoškodí.
Hypoxie a anoxie
Rostliny vydrží v anoxických kořenových podmínkách po několik dní až měsíců podle druhu. Např. hrách je velmi citlivý na anoxii a po 24 hod zaplavení se silně sníží jeho růst. Naopak rýže je opačným extrémem – příkladem druhu, který při zaplavení vytváří speciální vzdušná pletiva v kořeni, kterými zásobuje kořen kyslíkem z atmosféry nad zemí
![Page 24: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/24.jpg)
Hypoxie a anoxie
![Page 25: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/25.jpg)
Anoxie
Normální zásobení kyslíkem Nedostatek kyslíku v půdě
Kořen kukuřice
Buňky korové Vzduchem vyplněné prostory v kůře vzniklé degenerací buněk kůry
![Page 26: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/26.jpg)
Obecné změny v reakci na stres
Tvorba stresových proteinů(molekulární chaperony-HSP,cold-induced, dehydration-induced protein-
dehydriny-LEA-late embryogenesis abundant protein, anaerobic stress protein-ASP, proteázy, ubikvitin)
Tvorba a odstraňování aktivních forem kyslíkuSingletový kyslík a superoxidový anion O2
-, silně oxidační hydroxylový radikál OH*, peroxid vodíku H2O2 – PSI-Mehlerova reakce, peroxidace lipidů, ochrana-karotenoidy, zeaxanthinový cyklus, -tokoferol-vit. E, enzymy SOD(superoxiddismutasa)
Tvorba “stresových“ fytohormonů (ABA, etylén, kyselina jasmonová, methyljasmonát, polyaminy)
Tvorba osmoregulačních sloučenin(cukry, polyalkoholy, jednoduché dusíkaté látky).
![Page 27: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/27.jpg)
Oxid uhličitý –změna klimatu
![Page 28: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/28.jpg)
Globální oteplování
![Page 29: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/30.jpg)
Tání ledovců
![Page 31: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/31.jpg)
Závěry:-zvýšení koncentrace CO2
-zvýšení teploty-tání ledovců-zvýšení hladiny světového oceánu-klimatické změny (povodně, hurikány, extrémní sucha)
Další změny související s nárůstem světové populace-odlesňování (kácení tropických deštných lesů)-využití CO2 pro tvorbu biomasy-spalování fosilních paliv-kapacita světového oceánu
Co s tím?
L. Nátr:Země jako skleníkProč se bát CO2?Academia Praha 2006-edice Průhledy
![Page 32: Rostlina a abiotický stres (změna klimatu)](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814e8a550346895dbc2a87/html5/thumbnails/32.jpg)
Děkuji za pozornost