PŘÍPRAVNÝ KURZ II. Fyziologie rostlin. PharmDr. Jan Kubeš, Ph.D. doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.

Transkript

1 PŘÍPRAVNÝ KURZ II Fyziologie rostlin PharmDr. Jan Kubeš, Ph.D. doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.

2 Krytosemenné rostliny Nejmladší, nejpočetnější, nejpokročilejší skupina s maximální redukcí gametofytu. bvykle mají kratší vývojový cyklus. Ve CS jsou průvodní buňky. Tvorba květů, dokonalá ochrana vajíček.

3 Krytosemenné rostliny Dvojité oplození: pylení je přenos pylového zrna z tyčinky: samosprašnost autogamie, cizosprašnost alogamie. Přenos pylu na bliznu se uskuteční pomocí hmyzu (entomogamie) či větrem (anemogamie). Pylové zrno vyklíčí v pylovou láčku diferenciace buňky láčkové (vegetativní) a 2 spermatických buněk (samčí gamety). 1. gameta + vaječná b. zygota zárodek; 2. gameta + zárodečný vak živné pletivo (endosperm).

4 LEKNÍNVITÉ NYMPHAEACEAE Salisb. Leknín bílý (Nyphaea alba) Stulík malý (Nuphar pumila) Viktorie královská (Victoria amazonica) ddělení: krytosemenné; Třída: nižší dvouděložné (Magnoliopsida)

5 PRYSKYŘNÍKVITÉ RANUNCULACEAE Juss. Blatouch bahenní (Caltha palustris) Čemeřice černá (Helleborus niger) Pryskyřník prudký (Ranunculus acer) Plamének vlašský (Clematis viticella) ddělení: krytosemenné; Třída: vyšší dvouděložné (Rosopsida)

6 BUKVITÉ FAGACEAE Dum. Buk lesní (Fagus sylvatica) Dub letní (Quercus robur) Kaštanovník jedlý (Castanea sativa)

7 BŘÍZVITÉ BETULACEAE S. F. Gray Bříza bělokorá (Betula pendula) lše šedá (Alnus incana)

8 LÍSKVITÉ CRYLACEAE Mirbel Líska obecná (Corylus avellana) Habr obecný(carpinus betulus)

9 HVZDÍKVITÉ CARYPHYLLACEAE Juss. Hvozdík kartouzek (Dianthus carthusianorum) Ptačinec prostřední (Stellaria media) Silenka širolistá (Silene latifolia)

10 MERLÍKVITÉ CHENPDIACEAE Vent. Lebeda hrálovitá Atriplex prostrata Řepa obecná Beta vulgaris skupina vulgaris Merlík bílý Chenopodium album

11 VRBVITÉ SALICACEAE Mirbel Vrba křehká (Salix fragilis) Topol černý (Populus nigra)

12 BRUKVVITÉ BRASSICACEAE Burnett Penízek rolní (Thlaspi arvense) Barborka obecná (Barbarea vulgaris) Řepka olejka (Brassica napus subsp. napus)

13 RŮŽVITÉ RSACEAE Juss. Tavolník (Spireaa sp.) Slivoň švestka (Prunus domestica) Hrušeň obecná (Pyrus communis) Růže šípková (Rosa canina)

14 BBVITÉ FABACEAE Lindl. Trnovník akát (Robinia pseudoacacia) Jetel plazivý (Trifolium repens) Hrách setý (Pisum sativum)

15 MIŘÍKVITÉ APIACEAE Lindl. Máčka ladní (Eryngium campestre) Mrkev obecná (Daucus carota) Bršlice kozí noha (Aegopodium podagraria)

16 BRUTNÁKVITÉ BRAGINACEAE Juss. Brutnák lékařský (Borrago officinalis) Kostival lékařský (Symphytum officinalis ) Pomněnka rolní (Myosotis arvensis)

17 LILKVITÉ SLANACEAE Juss. Kustovnice cizí (Lycium barbarum) Lilek brambor (Solanum tuberosum) Lilek potměchuť (Solanum dulcamara)

18 KRTIČNÍKVITÉ SCRPHULARIACEAE Juss. Divizna (Verbascum sp.) Rozrazil rezekvítek (Veronica chamaedrys) ( Plantaginaceae) Náprstník velkokvětý (Digitalis grandiflora) ( Plantaginaceae)

19 HLUCHAVKVITÉ LAMIACEAE Lindl. Dobromysl obecná (riganum vulgare) Hluchavka bílá (Lamium album) Levandule lékařská (Lavandula angustifolia)

20 HVĚZDNICVITÉ ASTERACEAE Martinov Heřmánek pravý (Matricaria recutita) Podběl obecný (Tussilago farfara) Pampeliška lékařská (Taraxacum sect. Ruderalia) Locika vytrvalá (Lactuca perennis)

21 RZDÍLY MEZI RSTLINAMI DVUDĚLŽNÝMI A JEDNDĚLŽNÝMI

22 RZDÍLY MEZI RSTLINAMI DVUDĚLŽNÝMI A JEDNDĚLŽNÝMI

23 LILIVITÉ LILIACEAE Juss. Vraní oko čtyřlisté (Paris quadrifolia), Chřest lékařský (Asparagus officinalis), konvalinka vonná (Convallaria majalis), Hyacint východní (Hyacinthus orientalis), Česnek medvědí (Allium ursinum), Lilie zlatohlavá (Lilium martagon)

24 VSTAVAČVITÉ RCHIDACEAE Juss Vstavač vojenský (rchis militaris) Tořič (phrys sp.) krotice bílá (Cephalanthera damasonium)

25 ŠÁCHRVITÉ CYPERACEAE Juss. Suchopýr úzkolistý (Eriophorum angustifolium) Skřípina lesní (Scirpus sylvaticus) střice obecná (Carex nigra)

26 LIPNICVITÉ PACEAE Barnhart pšenice setá (Triticum aestivum) ječmen obecný (Hordeum vulgare) žito seté (Secale cereale) oves setý (Avena sativa)

27 LIPNICVITÉ PACEAE Barnhart. 1.trojštět žlutavý (Trisetum flavescens) 2. ovsík vyvýšený (Arrhenatherum elatius) 3. chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) 4. srha laločnatá (Dactylis glomerata)

28 Fyziologie rostlin Funkce rostlinného organismu Rostlinná biochemie podstata fyziol. procesů + cytologie, histologie, anatomie jednota struktury a fce buňky, pletiv, orgánů

29 Fyziologie rostlin Fyziol. přeměny látek a energií Příjem H 2 a minerálních živin Fotosyntéza Dýchání Fyziol. změny tvaru (individuální vývin rostliny) Růst Diferenciace rganogeneze Rozmnožování Fyziol. pohybů a biologických rytmů Příčin změn místa nebo polohy Schopnost reagovat na vnější podráždění Podstata biologických rytmů

30 Sacharidy Monosacharidy jednoduché cukry HC H CH H 2 H C CH H CH H aldosy x ketosy; D- x L-; (+) x (-); x β; furanosy x pyranosy tetrosy (4C; erythrosa), pentosy (5C; ribosa, deoxyribosa; ribulosa), hexosy (6C; glukosa, fruktosa, ) H CH CH 2 H ligosacharidy 2-10 jednotek, glykosidická vazba CH 2 H H H H H H sacharosa (glc + fru), laktosa (glc + gal), maltosa (glc + glc) CH 2 H Polysacharidy škrob amylosa ( -1,4 glc) + amylopektin ( -1,6 glc) celulosa β-1,4 glc inulin, pektiny, slizy, gumy,

31 Lipidy Tuky a oleje estery triacylglycerolu a VMK: palmitová (16C), stearová (18C) Vosky estery jednosytných alifatických alkoholů a VMK Kutin kutikula Fosfolipidy přítomna kys. fosforečná + N látky (cholin, serin) n. inositol CH 3 H 3 C CH 3 Steroidy, steroly stigmasterol, β-sitosterol H estery vysokomolekulárních cyklických alkoholů s MK CH 3 CH 3 CH 3

32 AMK a bílkoviny - -aminokarboxylové kyseliny (alanin, cystein, serin, ) - peptidická vazba - primární, sekundární, terciární, kvartérní struktura Jednoduché Albuminy, globuliny Složené Nukleoproteiny, glykoproteiny, lipoproteiny, chromoproteiny, metaloproteiny Enzymy Biokatalyzátory; oxidoreduktasy, transferasy, hydrolasy,

33 Nukleové kyseliny - skládají se z 5C cukru (ribosa n. deoxyribosa) zbytku k. fosforečné a nukleové báze: NH 2 puriny: adenin, guanin (DNA, RNA) pyrimidin: cytosin (DNA, RNA), thymin (DNA), uracil (RNA), NH NH 2 N N N NH N NH N NH 2 H 3 C N NH NH cukr+báze nukleosid nukleosid + k. fosforečná nukleotid NH NH NH DNA párování: A+T, G+C; RNA párování: A+U; G+C

34 Voda - funkce, vlastnosti, význam Vlastnosti vody Měrné teplo Teplo vypařování Hustota Volná voda Vázaná voda Mobilní voda Dipólový moment Vodíkový můstek

35 VDNÍ REŽIM RSTLIN VDNÍ PTENCIÁL ψ W vyjadřuje rozdíly mezi chemickým potenciálem vody v systému a volné čisté vody při stejné teplotě a atmosférickém tlaku má vždy zápornou hodnotu a udává se v Pa nebo MPa

36 VDNÍ REŽIM RSTLIN SMTICKÝ PTENCIÁL ψ S roven tlaku, kterým by molekuly rozpuštěné látky tlačily na stěny uzavřeného prostoru, za dané teploty v plynném stavu MPa

37 VDNÍ REŽIM RSTLIN TLAKVÝ PTENCIÁL ψ P vyjadřuje napětí buněčné stěny, tzv. turgescenci, vznikající v důsledku osmotického přijmu vody buňkou jeho hodnoty jsou kladné; jako TURGR označuje se

38 VDNÍ REŽIM RSTLIN MATRIČNÍ PTENCIÁL ψ M vyjadřuje pokles chemického potenciálu vody vázané na struktury cytoplazmy a buněčné stěny působením rozhraní matrice v buňce má zápornou hodnotu

39 Vodní potenciál

40 Vodní potenciál Höflerův diagram vztahu hodnoty vodního potenciálu k relativnímu objemu buňky.

41 Fyzikální jevy v buňce

42 smotické změny smotické změny plazmolýza (hraniční, křečová), - deplazmolýza (plazmoptýza)

43 Transportní cesty

44 Příjem vody

45 Kořenový vztlak

46 Výdej vody rostlinou

47 Rozdělení rostlin RSTLINY HYDATFYTA AERFYTA HYGRFYTA MEZFYTA XERFYTA

48 Rostliny hydrolabilní

49 Rostliny hydrostabilní

50 b) aktivním transportem - primární elektroneutrální - elektrogenní - sekundární - uniport - symport - antiport Příjem živin Příjem živin rostlinou se uskutečňuje: a) nespecifickým transportem - difúze - usnadněná d.

51 Pasivní transport difúze plyny ( 2, N 2, C 2 ), voda, močovina malé hydrofilní molekuly bez náboje s Mr 200 lipofilní látky Koncentrační spád X látky s velkou molekulovou hmotností ionty (Na +, K + ) hydratační plášť

52 Pasivní transport usnadněná difúze Koncentrační spád

53 Aktivní transport Koncentrační spád ENERGIE

54 SYMPRT A ANTIPRT

55 Aktivní transport ATP + ADP + Pi

56 Rozdělení prvků

57 Průměrné obsahy popelovin

58 Rozdělení hnojiv

59 Ekologické rozdělení rostlin

60 Heterotrofní výživa

61 Látkový a energetický metabolismus rostlin

62 ATP - - P - P P - N N CH 2 H NH 2 N N H NAD + - P P - N N FAD H H H H 2 C CH 2 H P P H N N CH 2 H NH 2 N N H NADP + N + H H NH 2 - P P - N N NH 2 N N H 3 C N N H 3 C N NH N + H H NH 2 N N H H NH 2 H - P -

63 Fotosyntéza

64 Světelná fáze fotosyntézy

65 Temnostní fáze fotosyntézy

66 Spektrální složení světla

67 Fotosyntetická barviva

68 Chlorofyl a: X ethyl Y methyl b: X ethyl Y CH d: X CH Y methyl X H 3 C CH 3 N Mg N Y N N H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C n CH 2 CH 3 Β-karoten fykobiliny H 3 C CH CH H 2 C H 3 C H 3 C CH 3 H 3 C N H N H N N H

69 Z schéma fotosyntézy

70 Temnostní fáze fotosyntézy

71 C3 fixace C 2 Calvinův cyklus 3x 1 H 2 C C 2 HC 3 HC 4 5 H 2 C H H P 3x P ADP C 2 RuBisC 3x - C H 2 C C C HC H 2 C H H P P 3x 3x ATP H 2 C HC C - - C HC H 2 C H H P P ATP ADP 3x 1 H 2 C C 2 HC 3 HC 4 H H H 5 H 2 C P ribulosa-5-fosfát ribulosa-1,5-bisfosfát ZISK 1 G3P D SYNTÉZY 3-fosfoglycerát 5x HC HC H 2 C H P - NADP + - glyceraldehyd-3-fosfát - Pi NADPH 6x H 2 C HC H 2 C H P P 1,3-bisfosfoglycerát

72 C4 fixace C 2 Hatch-Slackův cyklus AMP ATP pyruvátfosfátdikinasa H 2 C C P - - C 2 HC 3 - C H 2 C C - C NADPH NADP + H 2 C H CH C PEP-karboxylasa - C malátdehydrogenasa C - Pi - - fosfoenolpyruvát oxalacetát malát mezofylové buňky buňky pochvy CS H 3 C - C C pyruvát jablečný enzym NADP + NADPH C 2 Calvinův cyklus

73 Faktory

74 Ekologické rozdělení rostlin

75 Dýchání rostlin

76 Respirační kvocient

77 Dýchání

78 Dýchání - glykolýza H 2 H C H H H H H P CH 2 H H H H H H 2 C H P H H H CH 2 P C C C C H H H H CH 2 P H H + H H C H CH 2 P CH 2 P Čistý výtěžek z 1 molekuly glukózy: 2 molekuly pyruvátu 2 molekuly ATP 2 molekuly NADH C - CH 3

79 Dýchání citrátový cyklus Pyruvát Acetyl CoA + 1 molekula NADH Čistý výtěžek z 1 molekuly AcCoA: 2 molekuly C 2 3 molekuly NADH 1 molekula GTP (ATP) 1 molekula FADH 2

80 Dýchací řetězec

81 Dýchací řetězec Energetický zisk: 1 mol NADH 3 mol ATP 1 mol FADH2 2 mol ATP 1 mol AcCoA 12 mol ATP 1 mol glukosy mol ATP, C 2 a H 2 (spálením se uvolní 2884 kj.mol -1 ; zužitkováno cca 40 %) Tuky β-oxidace AcCoA kys. palmitová (C16) 130 mol ATP

82 Anaerobní dýchání - kvašení

83 Kvašení alkoholové H 2 C H H H 2 ADP 2 ATP Kvašení mléčné H 2x H 2 C C - CH 3 H H H - C 2 2 NAD + 2 NADH + 2 H + 2 NAD + HC CH 3 H 2 C CH 3 H H H H H 2 ADP 2 ATP 2x C - CH 3 H 2x 2 NAD + 2 NADH + 2 H + 2 NAD + H 2x C CH 3 - H

84 Biosyntéza primárních metabolitů v rostlinách nukleotidy aminocukry, glykolipidy, glykoproteiny lipidy serin alanin AMK, pyrimidiny aspartát, další AMK, puriny, pyrimidiny cholesterol, MK hem, chlorofyl glutamát, další AMK, puriny

85 Biosyntéza sekundárních metabolitů v rostlinách terpeny, steroidy mevalonová k. fosfoenolpyruvát pyruvát acetylkoenzym A citronová k.; cyklické k. Fotosyntéza C U K R Y PENTÓ ZVÝ CYKLUS alkaloidy AMK mastné k. polyacetyleny poly-β-ketoacetylkoenzym A ketidy glykolýza malonylkoenzym A flavonoidy katechiny anthokyanidiny stilbeny šikimát chorismát aromatické AMK skořicová k. fenylpropanoidy antrachinony isochorismát gallotaniny, ellagotanniny

86 Faktory

87 Fáze růstu

88 Rozdělení regulátorů růstu H 3 C CH 3 H CH 3 CH 3 d) ABA H

89 Místa vzniku a distribuce fytohormonů

90 Fytohormony - účinek Auxiny (IAA) polární bazipetální transport, 5-15 mm/h vyvolání n. zesílení mitotické aktivity diferenciace zdřevnatělých elementů cév podpora tvorby advent. či postranních kořenů a cibulí potlačuje rašení úžlabních pupenů brání opadávání listů a plodů Gibereliny (GBA) H N H vrchol prýtu a kořene, mladé listy a embrya nižší koncentrace: rovnoměrný růst H H 3 C H H vyšší koncentrace: převaha prodlužovacího růstu nad tloustnutím ovlivnění květní indukce a dormance, indukce klíčení H brzdí tvorbu adventivních kořenů podpora syntézy IAA

91 Fytohormony - účinek Cytokininy (kinetin) rozklad n. syntéza z adeninu účinek za přítomnosti IAA, mohutné buněčné dělení urychlení klíčení dřeva stimulace diferenciace chloroplastů a syntézy chlorofylu N N H N stimulace růstu bočních pupenů řízení apikální dominance stimulace klíčení N N H brání opadávání listů a plodů Brassiny (brassinolid) Antistresová aktivita Růst za nízkých teplot, nedostatek živin, vody

92 Fytohormony - účinek Kyseliny abcisová (ABA, dormin) přirozený inhibitor koncentruje se v sítkovicích H 3 C CH 3 tvorba oddělovací vrstvy mezi řapíkem a stonkem H CH 3 inhibice klíčení, kvetení dlouhodenních rostlin urychlení stárnutí CH 3 H podpora tvorby hlíz brambor brzdění dělení a růstu buněk a anabolickcý procesů Ethylen přírodní regulátor zrání plodů tvorba stimulována IAA, ale ethylen tvorbu IAA tlumí

93 Periodicita růstu

94 Celistvost rostlin

95 Regenerace

96 Kritéria vývoje a vývojové fáze

97 Korelace

98 Dormance

99 Dormance

100 Klíčení

101 Životní cyklus

102 Fotoperiodismus

103 Rozdělení rostlin

104 Jarovizace

105 Pohyby rostlin

106 Pohyby rostlin pasivní Entomogamní p.z. Anemogamní p.z.

107 Fyzikální pohyby

108

109 Pohyby vitální

110 Pohyby vitální

111 Rozmnožování rostlin

112 Ekologie

113 Vegetační zóny Země

114 Vegetační stupně ČR

115 chrana přírody a krajiny v ČR

116 Doporučená literatura

117 Doporučená literatura Kincl, L. a kol.: Biologie rostlin. Fortuna, 304 s., 4. vydání. ISBN: Text je rozdělen do kapitol: Stavba rostlinné buňky, Stavba a funkce rostlinných orgánů, Systém a evoluce rostlin, Systém a evoluce hub. Nechybí ani problematika geneticky modifikovaných rostlin. Názornost zvyšují obrázky, grafy a tabulky.

118 Přehled použité literatury Aichele, D.: Co tu kvete?, Ikar Knižní klub, 1996 Alberts, B. a kol.: Základy buněčné biologie. Espero Publishing,Ústí nad Labem, 1998 Beneš, K.: Úvod do biologie buňky. JČU České Budějovice, 1994 Bolliger, Erben: Keře, Ikar Knižní klub, 1998 Buček, A.; Lacina, J.: Geobiocenologie II. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická universita, s. Culek, M. a kol.: Biogeografické členění České republiky II. díl. Praha: Agentura ochrany přírody a krajiny ČR, s. Dolejš, K. a kol: Základy fytotechniky, ČZU v Praze, 1999 Gloser, J.: Fyziologie rostlin. Masarykova univerzita. Brno, 1998 Grau, J.: Bobulovité, užitkové rostliny, Ikar Knižní klub, 1996 Jahodář, L.: Vybrané kapitoly z fyziologie rostlin pro farmaceuty. Karolinum, Kincl, M., Krpeš, V.: Základy fyziologie rostlin. stravská univerzita, nakladatelství Montanex, 2000 Kováč, J.: Kapitoly z rostlinné fyziologie, Pedagogická fakulta Ústí nad Labem, 1991

119 Přehled použité literatury Kremer, B., P.: Stromy, Ikar Knižní klub, 1998 Kryštín, J.: Rostlinná výroba, SPN Praha, 1985 Ledvina, M., Stoklasová, A.; Cerman, J.: Biochemie pro studující medicíny. Praha: Karolinum, 2004 Mader, S., S.: Biology. Biology of Plant Structure and Function. Part 4, WCB Publishers, 2000 Műnker: Plané rostliny střední Evropy, Ikar Knižní klub, 1998 Procházka, S. a kol.: Fyziologie rostlin, Academia Praha, 1998 Randuška, D.; Vorel, J.; Plíva, K.: Fytocenológia a lesnická typológia. Bratislava: Príroda, s. Rohwer: Tropické rostliny, Ikar Knižní klub, 2002 Rosypal, S.: Přehled biologie, SPN, Praha, 1987 Šebánek, J. a kol.: Fyziologie rostlin, SZN Praha, 1983 Tůma, J., Tůmová, L.: Fyziologie rostlin. Gaudeamus, VŠP Hradec Králové, 1998 Volf., F.: Zemědělská Botanika, SZN PRAHA, 1988 Zima, M. a kol. : Fyziológia rastlín, SPU Nitra, 1999

120 Přehled použité literatury

121 NASHLEDANU