Základy fyziológie rastlín
RNDr. Marek Vaculík, PhD.B2-120
RNDr. Zuzana Lukačová, PhD.B2-130
3. ročník uč. Bi-XX
2. ročník SB
ZS 2018/2019, P2, C3
prednáška – pondelok 8:10 – CH1-2
praktické cvičenia – B2 107
(Katedra fyziológie rastlín)
hodnotenie 80/20 – P/C– písomná a ústna skúška
počet kreditov: 5
Odporúčaná literatúra
E. Masarovičová, M. Repčák a kol. 2002. Fyziológia rastlín. UK v Bratislave
S. Procházka, I. Macháčková, J. Krekule, J. Šebánek a kol. 2003. Fyziologie rostlin. Academia Praha
L. Taiz, E. Zeiger. 2010. Plant Physiology. Sinauer Associates Maryland
Staršie učebnice:J. ŠebánekR. Hess
Čo je fyziológia rastlín?
komplexná vedná disciplína využívajúca poznatky z rôznych vedných odborov
– anatómia a morfológia
– bunková biológia (cytológia)
– molekulárna biológia
– biochémia
– genetika
– biofyzika
– ekológia, fenológia, (fyto)geografia, ...
zaoberá sa a objasňuje procesy a deje prebiehajúce vo vnútri rastlinného organizmu
prechod od viditeľného k neviditeľnému –od orgánov po bunky a ich štruktúry, subcelulárna úroveň, molekulárne princípy
tajný, resp. skrytý život rastlín
Aplikácia FR v praxi
Výsledky a poznatky nachádzajú široké uplatnenie v rôznych sférach ľudského života:
– poľnohospodárstvo – rastlinná produkcia, šľachtiteľstvo, ochrana rastlín
– rastlinné biotechnológie, GMO
– ekologické a environmentálne aspekty -fytoremediácie
Interakcie rastlín s okolitým prostredím
Vplyv abiotických a biotických faktorov na rast a vývin rastlín
Prednáška č. 1
Rastlina ako súčasť ekosystému
rastliny sú súčasťou bioty – živej zložky okolitého prostredia
vytvárajú vzťahy s prostredím a jeho jednotlivými zložkami
– vzťahy: pozitívne, pr. symbióza (mutualizmus)
neutrálne
negatívne, pr. parazitizus
jednotlivé zložky prostredia majú na rast a vývin rastlín rôzny vplyv
Rast – ireverzibilné zväčšovanie objemu biomasy a tvaru organizmu
– kvantitatívne zmeny
Vývin – postupné kvalitatívne zmeny a procesy prebiehajúce v rastline
– navonok sa nemusia prejaviť
pozor!
rozdiel medzi vývinom a vývojom(development)
Fylogenéza – vývoj rastlinného organizmu z evolučného hľadiska
Ontogenéza – individuálny život rastlinného organizmu, vývinové fázy – zahŕňa v sebe samotný rast a vývin
– realizovanie kvantitatívnych, ako aj kvalitatívnych zmien
Rastové faktory
ovplyvňujú celkový rast a vývin organizmu
1. abiotické - exogénne
(teplota, svetlo, gravitácia, voda, živiny, vietor, ...)
2. biotické – exo a endogénne
(parazity, iné organizmy, regulátory
rastu a vývinu – fytohormóny, ...)
Svetlo
jeden z najdôležitejších faktorov
tzv. limitujúci faktor – jeho nedostatok nemôže byť nahradený nadbytkom iného – dôležitosť najmä v procese fotosyntézy
fotobiologické procesy – absorbovanie E žiarenia s následnou aktiváciou chemických procesov vedúcich k celkovej reakcii rastlín
energia viditeľného žiarenia
(ƛ = 400 – 750 nm)
Fotomorfogenéza
všetky prejavy rastu a vývinu závislé od viditeľného žiarenia
zahŕňa predovšetkým diferenciáciu jednotlivých buniek a rast orgánov
Vybrané procesy fotomorfogenézy:– tvorba chloroplastov - plastogenéza
– etiolizácia a deetiolizácia
– rast zatienených orgánov
ak je svetla nedostatok, dochádza k etiolizácii - etiolované rastliny
ak je svetla nadbytok, dochádza k poškodeniu fotosystémov, príp. iných súčastí
Rastliny reagujú na svetlo
svetlo (žiarenie) – signál, ktorý indukuje zmeny v raste a morfogenéze
rastliny vedia vnímať „farbu“ a „silu“ svetla –rozdiely v spektrálnom zložení a intenzite žiarenia
majú na to vyvinuté špeciálne fotoreceptory
Fotoreceptory
Fytochrómy – fotoreceptory červeného svetla
červená oblasť spektra (660 – 730 nm)
- najaktívnejší priebeh fotobiologických procesov
farbivá schopné vyvolať fotobiologické javy
fotoreverzibilné chromoproteíny s molekulovou hmotnosťou 125 kDa a tetrapyrolovou štruktúrou
2 základné formy (konformácie) fytochrómu
fytochróm 660 – red (Pr; absorpčné maximum 660 nm)
fytochróm 730 – far red (Pfr; abs. max. 730 nm)
molekula fytochrómu má 2 časti:
– svetlo absorbujúca časť – chromofór
– veľká proteínová podjednotka - apoproteín
pre účinok je dôležitý pomer aktívnej formy (Pfr)
k celkovému obsahu fytochrómov
Fytochrómy
– vo všetkých rastlinných orgánoch (aj v koreni)
– v riasach, machoch, papraďorastoch, nahosemenných a aj krytosemenných rastlinách
reagujú už na veľmi nízku intenzitu ožiarenia 0,01 nmol m-2 s-1
v bunke sa nachádza neaktívna forma v cytoplazme, po aktivácii sa presúva do jadra
Reakcie fytochrómov podľa rýchlosti odpovede:
rýchle biochemické zmeny
– zmena aktivity proteínov, napr. fosforylácia, defosforylácia, zmena konformácie a pod.
pomalé morfologické odpovede
– zmeny v raste, iniciácia klíčenia, kvitnutia, pohyb za svetlom a pod.
Reakcie fytochrómov podľa intenzity ožiarenia:
1. odpoveď na veľmi nízky svetelný tok< 0,1 nmol m-2 s-1 (VLFR – very low fluence responses)
– napr. vnímanie žiarenia na začiatku dňa
2. odpoveď na nízky svetelný tok< 1 mmol m-2 s-1 (LFR)
– napr. stimulácia klíčenia, riadenie pohybov listov
3. odpoveď na vysoký svetelný tok
> 10 mmol m-2 s-1 (HFR)
– dlhodobé ožiarenie – syntéza antokyánov, indukcia kvitnutia
Fytochróm je dimér dvoch polypeptidov
rozpustný proteín, 250 kDa
je to dimér dvoch ekvivalentných podjednotiek
každá podjednotka má dva komponenty:– žiarenie absorbujúci pigment (chromofór)
– polypeptidový reťazec (apoproteín)
apoproteín a jeho chromofór = holoproteín
• Keď chromofór absorbuje žiarenie, izomerizuje sa z
jednej formy na druhú. Táto zmena konfigurácie má
za následok kinázovú aktivitu
• Fytochrómy majú proteínkinázovú aktivitu –
enzýmy, ktoré fosforylujú proteíny (prenášajú fosfor z
ATP na aminokyseliny) a spúšťajú celý sled reakcií
Funkcie fytochrómov:
ovplyvnenie rastových procesov
indukcia klíčenia, kvitnutia
predlžovanie hypokotylov, stoniek
zozelenenie etiolovaných rastlín
pohyb chloroplastov, zmena ich orientácie
kryptochrómy, fototropíny, superchróm
– fotoreceptory modrého svetla
modrá oblasť spektra 380 – 450 nm
ich odpovede nie sú reverzibilné
Funkcie:
zatváranie prieduchov
fototropizmy – orientovaný pohyb podľa dopadu svetla
inhibícia predlžovania hypokotylu
Receptory ultrafialového žiarenia
UV žiarenie (100 – 380 nm)
UV A 380 – 320
UV B 320 – 280
UV C 280 – 200
čím kratšie vlnové dĺžky, tým je škodlivejšie
spôsobuje zmeny v štruktúre DNA – napr. vznik tymínových dimérov
je zapojené do indukcie syntézy flavonoidov
Fotoperiodizmus
metabolická, rastová a vývinová odozva na dĺžku dňa
schopnosť rastlín „merať čas“
fotoperióda – doba, počas ktorej sú rastliny vystavené žiareniu v rámci 24 hod. cyklu
dĺžka dňa ovplyvňuje celý rad fyziologických procesov
indukcia kvitnutia, dĺžka internódií, jarovizácia, tuberizácia, dormancia, klíčenie semien, opad listov
Krátkodenné rastliny
pre indukciu kvitnutia potrebujú striedanie svetla a tmy
tmavá fáza musí byť dostatočne dlhá a nesmie byť prerušovaná
citlivosť individuálnych rastlín je rozdielna
ryža, tabak, chryzantéma, topinambur, vianočná hviezda – Poinsettia, vianočný kaktus - Schlumbergera
Dlhodenné rastliny
na indukciu kvitnutia potrebujú dlhší čas ožiarenia – viac ako 12 hod. – táto fotoperióda sa označuje ako kritická dĺžka dňa
kvitnutie dlhodenných rastlín sa dá docieliť aj počas krátkeho dňa, ak po západe slnka na rastliny aplikujeme FR žiarenie
zemiaky, jarné obilniny, cukrová repa, šalát, mrkva, cibuľa
Indiferentné rastliny
ich kvitnutie nezávisí od dĺžky dňa
vyskytujú sa vo všetkých zemepisných šírkach
rajčiak
zemiaky (Solanum tuberosum)
- dlhodenné z hľadiska kvitnutia
- pre tvorbu hľúz potrebujú krátky deň
krátkodenné a dlhodenné rastliny majú rôzne zastúpenie v rôznych geografických oblastiach sveta
póly – dlhodenné rastliny
rovník – krátkodenné rastliny
rastliny majú pamäť – niektoré druhy pochádzajúce z J pologule kvitnú u nás v zime
Teplota
spolu so svetlom jeden z najdôležitejších
faktorov
rastliny sú na zmenu teploty veľmi citlivé
väčšina rastlín toleruje teploty od +5 do
+35 °C
pri zvýšení teploty o 10 °C sa rýchlosť
rastu zvýši 2 – 3 krát – van Hoffov zákon
Teplota
optimálna – najvyššia rýchlosť rastu
minimálna – začiatok rastu
maximálna – rast sa zastavuje
tzv. kardinálne
body teploty
schopnosť adaptácie rastlín pri dlhotrvajúcich zmenených teplotách –zmena teplotného optima enzýmov
kardinálne body teploty sa menia počas vývinu rastliny
hrach siaty (Pisum sativum)– min. 1 – 5 °C
– opt. 20 – 25 °C
– max. 31 °C
Vegetačné termické konštanty
súčet priemerných denných teplôt počas vegetačného obdobia
určujú závislosť druhu od vonkajšej teploty
jarný jačmeň do 2500 °C
kukurica do 3000 °C
tabak do 3600 °C
teplomilné a chladnomilné rastliny
kritické = letálne teploty
mrazuvzdornosť
Termomorfózy
– zmeny v tvare (morfológii) vplyvom teploty
– alpínske rastliny – trichómy, vankúšovité formy, krátke stonky
Termoperiodizmus
stimulácia rastových a vývinových procesov vplyvom striedania denných a nočných teplôt
zemiak – zakladanie hľúz pri nízkej nočnej teplote
rajčiak –zakladanie plodov pri nízkej nočnej teplote
Jarovizácia (vernalizácia)
realizácia kvitnutia vplyvom nižšej teploty
teplotné štádium vo vývine jednoročných rastlín, ktorým prechádzajú v počiatočných štádiách ich vývinu
realizácia v rastovom vrchole
okrem nízkej teploty treba aj dostatok O2, prísun sacharidov a vody
oziminy
Gravitácia
Gravitropizmus
orientované pohyby rastlín v smere zemskej tiaže
rast koreňa – pozitívny geotropizmus
rast stonky – negatívny geotropizmus
VietorAnemomorfózy
– zmeny v raste a vývine v dôsledku prúdenia
vzduchu
jednosmerné vetry – zástavovité koruny
stromov
– vysoké pohoria, morské pobrežie, otvorené roviny
Voda a živiny prednáška Vodný režim rastlín
prednáška Minerálna výživa rastlín
magnetizmus a elektrické pole
lunárny vplyv
Rastové faktory
ovplyvňujú celkový rast a vývin organizmu
1. abiotické - exogénne
(teplota, svetlo, gravitácia, voda, živiny, vietor...)
2. biotické – exo a endogénne
(parazity, iné organizmy, regulátory
rastu a vývinu – fytohormóny, ...)
Regulátory rastu a vývinu, parazity, iné živočíchy
prednáška Rast a vývin rastlín I –mechanizmus účinku fytohormónov
prednáška Fyziológia stresu
Top Related