Živá příroda. Aby život platil, musí všechny tyto podmínky fungovat současně!!! Organizace živé přírody

Transkript

1 Živá příroda Charakteristika živé přírody - živá příroda se vyznačuje biologickými vlastnostmi (zákonitostmi) o specifické chemické složení bílkoviny, nukleové kyseliny o schopnost metabolismu přijímají živiny i z neživé přírody o složitá stavba (uspořádání) o vázání se na biologické podmínky kyslík, teplota o dráždivost o pohyb (aktivní i pasivní) o přizpůsobení se podmínkám okolí (fylogeneze) o schopnost rozmnožování o schopnost vývinu (ontogeneze) o dědičnost a proměnlivost o organismus (jedinec, druh) o omezení prostorem a časem Aby život platil, musí všechny tyto podmínky fungovat současně!!! Organizace živé přírody Dělení dle složitosti těl organismů - nebuněční viry - jednobuněční kvasinky, trepka - kolonie jednobuněčných organismů - mnohobuněční člověk - kolonie mnohobuněčných organismů - individuum vyššího řádu včelstvo Lidstvo není individuem vyššího řádu!!! Přehled přirozeného systému živé přírody - věda o vývoji (evoluci) ŽP se nazývá evoluční biologie - základní jednotkou živé přírody je organismus ŽIVÉ SOUSTAVY - nebuněčné živé soustavy o viry o viroidy o priony - buněčné živé soustavy o PROKARYOTA doména BAKTERIE doména ARCHEA o EUKARYOTA doména EUKARYA říše ROSTLINY říše HOUBY říše CHROMISTA říše PRVOCI říše ŽIVOČICHOVÉ Nebuněční - praorganismy - viry 1 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

2 Viry - z lat. virus = jed - virologie, mikrobiologie - základem je nukleová kyselina nositelka dědičných informací o DNA viry o RNA viry - bílkovinný obal (kapsid) většinou kulovitý plášť - kapsomery makromolekuly bílkovin, z nichž je složen kapsid - velikostí se pohybují v řádu nanometrů nebo mikrometrů - virion nebezpečná množící se část viru - bakteriofágy o hlavička s nukleovou kyselinou o bičík díky němu projde do buňky nukleová kyselina a díky příchytným vláknům se přichytí k hostitelské buňce - lytický cyklus lýza (prasknutí) buňky - lyzogenní cyklus DNA se stává součástí genetické informace buňky - prokaryotické viry v bakteriích, užitečné člověku, bakteriofágy - rostlinné viry hnědavé skvrny na listech, zakrslost listů - ZOO viry vzteklina, drůbeží mor, mohou se přenést na člověka - chřipka, rýma, spalničky, HIV, herpes, bradavice, neštovice infekce = nákaza parazitismus = virus parazituje na hostiteli, zneužívá ho latentní fáze = vyčkávací fáze virogeneze = virus vklíněn do NA buňky lýze = roztrhnutí buňky patogenní viry = viry vyvolávající nákazu Viroidy - jednodušší živočišné buňky - nemají složité obaly - v podstatě jenom nukleová a ribonukleová kyselina - napadají rostlinné buňky Priony - napadají živočišné buňky - specifické infekční proteiny - způsobují smrtelná onemocnění - nemoc šílených krav - nejjednodušší živý systém (organismus) PROKARYOTA Doména ARCHEA - minimálně 1 buňka - prokaryotické buňky - nemají jádro, ale 1 molekulu DNA má podobu chromozomu nukleoid - stěna neobsahuje murrein - 1. mikroorganismy na Zemi - vyhovují jim extrémní podmínky - 4 skupiny o extrémně halofilní mají rády sůl, optimální prostředí 9% NaCl o metanogenní produkují metan, jsou anaerobní o hypertermofilní C optimální teploty o bez buněčné stěny kyselé prostředí (ph 2), v termálních pramenech Doména BACTERIA - min. 1 prokaryotická buňka s primitivním jádrem - velikost 0,3 9 nm - kok kulovité mikroorganismy 2 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

3 - pevný obal, rozpustný ve vodě - rozmnožují se mykózou - bakterie mohou žít v symbióze o Escherischia coli žije v tlustém střevě člověka 2 nm u přežvýkavců v bachoru a slezu na kořenech hlízkovitých rostlin slouží k likvidaci ropy, PVC mléčné výrobky kysání (tvaroh, sýr, kefír) alkohol destiláty ocet octové kvašení způsobuje kazy - nejvíce jich je v půdě mikroflóra o rozklad organických látek o zúrodňování půdy - z bakterií antibiotika - patogenní bakterie angína, zápal plic, tyfus, salmonela, TBC, obrna - bakterie způsobují hnisání - mohou se pohybovat v tekutém prostředí - specifické rozmnožování - 3 oddělení o grannegativní sinice prochloropfyha o granpozitivní Obecné schéma bakteriální buňky Sinice (Cyanobacteria) - vědní disciplína zaměřená na studium sinic a řas = fykologie (algologie) - 1. zmínky o řasách z roku 23 př. n. l stol. C Linné popsal 108 druhů řas - masové výskyty (vodní květy ve sladkých vodách atd.) - toxiny - alergeny otok dýchacích cest apnoe - asimilační barviva o fykocyanin původce modrozelené barvy o α karoten o ß karoten o chlorofyl o xantofyl o - fotosyntetizují - prokaryotní bakterie - oxyfototrofní metabolismus jsou autotrofní (soběstačné) - zásobní látky sinicový škrob, polyfosfátová zrna - absence pohlavního procesu rozmnožuj se pomocí hormogonií vytváření postranních řetězců - jednobuněčné i vláknité 3 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

4 - tylakoidy fotosyntéza - slizový obal (pouzdro) - drží je pohromadě - tvoří shluky/řetízky/kolonie buněk - chybí složité organely membránového charakteru (mitochondrie, chloroplasty ) - díky fotosyntéze produkují kyslík - vodní organismy - umí fixovat přírodní dusík zásobní látky pro fotosyntézu - chromatická adaptace Prochlorophytha - jednoduché jednobuněčné organismy - asimilační barviva chlorofyl a, chlorofyl b předchůdce zelených eukoaryot - jediné primitivní organismy s chlorofylem - 3 druhy, nejrozšířenější z nich žije na povrchu mořských sumek Doména EUKARYA Říše ROSTLINY (Plantae) - eukaryotická buňka o pravé jádro o membránové organely o semiautonomní = polosoběstačná Stavba rostlinné buňky - 0,1 0,01 mm - jádro o karyon, nukleus o karyoplazmatická membrána jsou v ní póry a jadérka o obsahuje DNA v chromozomech; řízení organismu ale zajišťují enzymy z jadérka o zřetelně ohraničené o diploidní počet chromozomů (pohlavní buňky mají haploidní chromozomy) - mitochondrie o energetická centra buňky o dělí a množí se nezávisle na jádře, mají vlastní DNA o buněčné dýchání - plastidy o dělí a množí se nezávisle na jádře, mají vlastní DNA o chloroplasty chlorofyl fotosyntéza zelené o chromoplasty ß karoten rozmnožování - oranžové o leukoplasty škrob zásobní látky bílkoviny - endoplazmatické retikulum s ribozomy o syntéza buněčných bílkovin o bez ribozomů je místem, kde se syntetizují glykolipidy - buněčná stěna - cytoplazmatická membrána o polopropustný obal buňky - cytoplazma o voda + anorganické i organické látky o viskózní tekutina, která vyplňuje obsah buňky - jadérko o RNA - Golgiho aparát o postsyntetická úprava bílkovin materiál pro stavbu buněčné stěny - vakuola o uvnitř je buněčná šťáva, funguje jako skladiště, odkladiště Eukaryotická buňka je semiautonomní = polosoběstačná - mitochondrie a plastidy dělí a množí se nezávisle na jádře mají vlastní DNA 4 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

5 Rozmnožování eukaryotických buněk mitóza - další dva typy dělení se nazývají meióza a amitóza - buněčné dělení (nepřímé) - dochází k rozdělení jádra karyokinezi - následuje rozdělení mateřské buňky citokineze - 4 fáze o profáze chromozomy se zkracují a ztlušťují vytváří se vřeténko o metafáze chromozomy se centromerami řadí do centrální roviny buňky o anafáze chromozomy se v místě centromery dělí na chromatidy chromatidy jsou přitahovány zkracováním vřeténka k opačným pólům buňky o telofáze dělicí vřeténko zaniká, protahují se chromozomy objevují se jadérka a tvoří se cytoplazmatická přepážka cytokineze, replikace DNA interfáze Meióza - pohlavní rozmnožování samčí gameta + samičí gameta = diploidní zygota mnohonásobným dělením (mitózami) vzniká organismus - při meióze vznikají gamety nebo spory - dvě dělení každé má 4 fáze o redukční dělení profáze 1 mizí blána jaderná a jadérko tvoří se chromatidové tetrády metafáze 1 tetrády se svými centromerami uspořádávají v centrální rovině buňky anafáze 1 tetrády se oddělují chromozomy se táhnou k opačným pólům buňky telofáze 1 mateřská buňka se dělí na dvě haploidní dceřiné buňky o ekvační dělení profáze 2 v každé dceřiné buňce se vytváří dělicí vřeténko metafáze 2 chromozomy se uspořádávají v centrálních rovinách buněk anafáze 2 centromery chromozomů se rozdělují chromatidy jsou taženy k opačným pólům buněk telofáze 2 obě dceřiné buňky se rozdělují dále na dvě haploidní buňky Vnitřní stavba těla rostlin Rostlinná pletiva - pletivo = soubor buněk se stejnou funkcí, stavbou, tvarem, velikostí a umístěním v rostlinném těle - 4 typy pletiv dle tloušťky buněčné stěny o parenchym tenkostěnné buňky s četnými mezibuněčnými prostorami o prosenchym jednosměrně protažené buňky o kolenchym tenkostěnné buňky ztloustlé v rozích o sklerenchym značně ztloustlé buněčné stěny 5 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

6 Dělivá pletiva - rostliny rostou po celý život - sekundární dělivá pletiva Trvalá pletiva - jejich buňky se už dále nedělí - krycí - vodivá - zpevňovací - základní Krycí pletiva - ochrana vnitřku rostliny před vnějším prostředím - zajištění kontaktu s okolím - nejjednodušší o prvotní pletivo krycí pokožka (epidermis) vrstva plochých buněk, které k sobě těsně přiléhají kutikula na plodech, listech ne na kořenech!!! průduchy (stomata) průduchová štěrbina reguluje (v závislosti na množství vody v rostlině a okolním prostředí) množství vody a plynů, umožňuje jejich výměnu a vypařování vody a plynů může jí regulovat teplotu okolo sebe reguluje množství vody ve vzduchu není v kořenech Součástí krycích pletiv jsou i chlupy trichomy Trichomy - krycí o ochranná fce - žláznaté o vylučují vodné roztoky anorganických látek a cukrů, sliz, silice a pryskyřičnaté látky - žahavé o při dotyku se ulomí vrchol chlupu a dochází k vystříknutí žahavé, mnohdy jedovaté látky Vodivá pletiva - zákl. fce je rozvod živin aj. v podobě roztoků po rostlině - vedou vodu a minerální látky z kořenů do listů vzestupný (transpirační) proud - vedou organické látky z listů do kořenů sestupný (asimilační) proud - svazky cévní o část dřevní (xylem) cévice (tracheidy) cévy (tracheje) o část lýková (floem) o bočné svazky (kolaterální) o dvojbočné svazky (bikolaterální) - svazky cévní o paprsčité (radiální) dřevní a lýkové části jsou vedle sebe v kořenech, které druhotně netloustnou o soustředné (koncentrické) dřevo obklopené lýkem/obráceně kapradiny/jednoděložné rostliny Voda transportovaná z xylemu do floemu v listech v něm zvyšuje turgor. Ten je snižován odtokem roztoku asimilátů na místa spotřeby. V kořenovém floemu, kde je již koncentrace asimilátů velmi malá, postupují molekuly vody zpět do xylemu. transpirace = výpar 6 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

7 Základní pletiva - parenchymatické buňky - vyplňují prostor mezi pletivy krycími a vodivými o pletiva asimilační chloroplasty o pletiva zásobní leukoplasty a škrobová zrna o pletiva vodní voda (kaktusy) o pletivo vzdušné (aerenchym) vzduch o pletivo vyměšovací př. mléčnice latex Idioblast = buňka v základním pletivu, která se nápadně liší od ostatních buněk tvarem, obsahem či zkorkovatěním buněčné stěny Rostlinné orgány - vegetativní (výživa, růst, výměna látek) o kořen o stonek o list - generativní (rozmnožování, rozšiřování) o květ o semeno o plod - homologické o různý vzhled, funkce, vnitřní stavba o stejný původ (listy a úponky u bobovitých rostlin) - analogické o podobný vzhled i funkce o různý původ (stonkové a listové úponky) Kořen - podzemní orgán, bez listů, bez pupenů - funkce o nasávací o vodivá o zásobní o rozmnožovací - orgán bez průduchů, fotosyntetických barviv, kutikuly heterotrofní orgán - asimiláty z nadzemních částí rostliny - založen už v zárodku semene - při klíčení vyrůstá nejdřív kořínek = radikula, vniká do půdy a mění se v hlavní kořen, ze kterého vyrůstají postranní kořeny (vodorovně; šikmo dolů) kořenový systém (různá velikost, tvar podle druhu rostliny, druhu půd, podmínek stanoviště) Kořenová soustava 1) hlavní + vedlejší kořeny (dvouděložné, nahosemenné r.) ALLORHIZIE 2) náhradní kořeny = adventivní (jednoděložné r.) HOMORHIZIE o hlavní kořen zastavuje růst, nahradí jej o druhotně netloustnou, přibližně stejně tlusté po celé své délce, svazčitá kořenová soustava o mohou vznikat i na stonku, listech (využití při vegetativním množení, zlepšení výživy rostlin) 7 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

8 Tvary kořene - nitkovitý - vláskovitý (klíčící rostlina) - válcovitý (křen) - vřetenovitý (mrkev) - srdcovitý (buk) - řepovitý (řepa) - hlíznatý (vstavačovití) Vnější stavba kořene - kořenová čepička (calyptra) o na vegetačním vrcholu o usnadňuje vnikání kořene do půdy - dělivá zóna (meristematická) o vrcholové původní meristémy - prodlužovací zóna o intenzivní růst kořene (prodlužování a zvětšování buněk) - absorpční zóna (zóna kořenového vlášení) o kořenové vlásky zvětšují absorpční schopnost kořene Vnitřní stavba kořene - primární a sekundární (u druhotně tloustnoucích kořenů) - kořenová pokožka (rhizodermis) o jednobuněčná, bez průduchů a kutikuly - primární kůra (cortex) o tři vrstvy vnější (exodermis) střední (mezodermis) vnitřní (endodermis) - pericykl (periakmbium) o zde se zakládají postranní kořeny - střední válec o paprsčitý cévní svazek o prvotní dřevo a lýko Přeměny kořenů - kořenové hlízy (orsej) zásobní fce - bulvy (řepa, celer) zásobní fce - vzdušné kořeny (tropické rostliny) příjem vzdušné vlhkosti - příčepivé kořeny (břečťan) přichycovací funkce - haustoria (parazité) - dýchací kořeny (bažinné rostliny) vyčnívají nad půdu - stahovací kořeny (cibuloviny) zatahují rostlinu hlouběji do půdy Hospodářský význam kořenů - potrava pro člověka (kořenová zelenina) - krmivo pro zvířata (krmná řepa) - farmaceutický průmysl (cukrová řepa, čekanka) Stonek - fukce o rozvádí vodu a živiny do listů o nese listy a květy, zajišťuje jim polohu o fotosyntéza o asimilace o zásobní fce o vegetativní rozmnožování o roste díky dělivým pletivům do délky sekundární meristémy do šířky kambium a felogen 8 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

9 Vnější stavba stonku - dužnatý byliny o stvol (sedmikráska) o stéblo (ječmen) o šlahoun (jahoda) o lodyha (kopretina) - dřevnatý dřeviny o strom (smrk) o keř (šípek) Větvení - vidličnaté - vrcholičnaté - hroznovité Vzrostný vrchol (= pupen) Vnitřní stavba stonku Příčný řez mladým stonkem Přeměny stonku - oddenek oddenková hlíza - stonková hlíza - hypokotylová buňka o něco mezi stonkem a kořenem, př. ředkvička - šlahoun - úponek (postranní kořeny) - trny - brachyrblast Hospodářský význam stonku - farmaceutický průmysl (konopí) - textilní průmysl (konopí, len) - potrava (petržel, pórek) - pícniny (trávy) - koření (kůra skořicovníku) - kosmetika (aloe vera) - korkové zátky (kůra - korek) - kalafuna (pryskyřice - míza z poraněného stonku) List - fuknce o nejproměnlivější orgán o zelený o plochý o ukončený růst o fotosyntéza o vypařování vody o výměna dýchacích plynů 9 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

10 Vnější stavba listu Vnitřní stavba listu Čepel - jednoduchá - celistvá - složená o dlanitá o speřená lichozpeřená sudozpeřená Řapík - přirůstá k čepeli a stonku - na spodní straně mohou být palisty Listová pochva - u travin - obepíná listy Metamorfózy listu - zásobní o cibule 1. list = suknice o děloha klíční listy - rozmnožovací o úponek - ochranná o trny - vyživující o masožravé rostliny dusíkaté látky dusík je potřebný pro tvorbu bílkovin Hospodářský význam listu - potrava - zelí, kapusta, cibule, špenát, salát, čaj - koření - vavřín (bobkový list), majoránka - léčiva - máta - průmyslové rostliny - tabák - pícniny - jetel, traviny Plod (+ semeno) - mnohobuněčný rozmnožovací orgán krytosemenných rostlin - vyživuje a chrání semena během zrání, často se podílí na jejich rozšiřování o semeno mnohobuněčný útvar, vzniká na mateřské rostlině po oplození vajíčka 10 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

11 osemení ochranná fce, vzniká přeměnou vaječných obalů živné pletivo (endosperm) obsahuje zásobní látky zárodek (embryo) nejmladší vývojové stadium rostliny kořínek (radikula) článek podděložní (hypokotyl) vzrostný vrchol dělohy o oplodí (stěna plodu), vzniká přeměnou plodolistů exokarp blanitá slupka, často charakteristicky zbarvená mezokarp střední vrstva, tvořena dužnatým až šťavnatým parenchymem endokarp vnitřní vrstva, blanitá (jádřinec) či sklerenchymatická (pecka) - souplodí = soubor plodů, vzniká z gynecea jednoho květu spojených květním lůžkem o malina, jahoda, šípek - plodenství = soubor plodů vzniklých z jednoho květenství o ananas, rybíz Šíření semen a plodů o vlastními silami autochorie vymršťování semen ze zralých plodů netýkavka o větrem anemochorie křídly (javor), chmýrem (pampeliška), chlupy (bavlník) o vodou hydrochorie kosatec o živočichy zoochorie na povrchu těla plody/semena mají příchytná zařízení (svízel) trávicím ústrojím plody/semena jsou roznášeny trusem (jeřáb) o člověkem antropochorie záměrně i nezáměrně Opylení a oplození - opylení o přenesení pylového zrna na bliznu větrem anemofilní rostliny hmyzem entomofilní rostliny vodou hydrofilní rostlliny - oplození o splynutí samčí haploidní pohlavní buňky se samičí diploidní zygota o dochází k němu v pestíku o jednosemenné rostliny cizosprašnost (allogamie) = opylení z jiného květu samoopylení (autogamie) = opylení ze stejného květu prvoprašnost (proterandrie) = tyčinky dozrají dříve prvobliznost (proterygonie) = blizny dozrají dříve o dvojité oplození krytosemenné rostliny spermatická buňka + buňka vaječná zygota zárodek spermatická buňka + centrální buňka zralého zárodečného vaku pletivo endospermatické (výživa zárodku) o oplozené vajíčko se mění v semeno o květní lůžko a semeník (pestík) se mění v plod Květ - přeměněná část prýtu/specifický orgán - metamorfovaný stonek květní lůžko - metamorfované listy květní části o rozmnožovací pestík samičí tyčinky samčí o obalné okvětní lístky koruna - barevná kalich - zelený 11 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

12 - plodolist o nahosemenné rostliny ho mají plochý - tyčinka o prašné váčky 2 prašná pouzdra s pylovými zrnky prašník nitka - pestík o blizna o semenník obsahuje vajíčka o čnělka - rostlina o jednodomá kukuřice samčí i samičí květy o dvoudomá kopřiva samčí/samičí květy Hospodářský význam květu - potravina - brukev, řepka, kedluben - lékařství - měsíček, lípa, bezinky - koření - hřebíček Květenství = soubor více květů na jedné rostlině - hroznovité o jednoduché hrozen chocholík klas jehněda palice hlávka úbor okolík o složené složený okolík složený klas složený hrozen - vrcholičnaté jednoramenný dvouramenný vrcholík mnohoramenný vrcholík srpek - hroznovitá z vrcholičnatých - vrcholičnatá z hroznovitých Biologické disciplíny - vědy podle skupin zkoumaných organismů o mikrobiologie zabývá se studiem mikroorganismů o botanika zabývá se studiem rostlin o zoologie zabývá se studiem živočichů o antropologie zabývá se studiem člověka - vědy studující určité vlastnosti živých organismů o anatomie zkoumá vnitřní stavbu těla a orgánů o morfologie zabývá se studiem tvarů organismů a jejich částí o fyziologie zabývá se studiem fcí živých soustav a jejich orgánů o genetika studuje dědičnost a proměnlivost organismů - vědy studující živé soustavy z obecného hlediska o obecná biologie studuje obecné vlastnosti a zákonitosti charakterizující všechny živé soustavy o vývojová biologie studuje a srovnává ontogenetický vývoj živých organismů o evoluční biologie věda o obecných zákonitostech biologické evoluce 12 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

13 Látkové složení rostlinného těla - voda - sušina (= zbytek rostlinného těla bez vody) o látky anorganické (neústrojné) o látky organické (ústrojné) - biogenní prvky o makrobiogenní C, O, H, N, K, Ca, P, S, Mg a Cl v nadbytku vůči ostatním hlavně stavební fce o mikrobiogenní Fe, B, Cu, Mo, Mn, Zn, Co, V katalycké fce součásti enzymů o prvky pro život postradatelné Si, Al, Cd, Pb - bílkoviny o katalytická, stavební a zásobní fce - cukry (sacharidy) o stavební a zásobní fce - nukleové kyseliny (DNA, RNA) o DNA - genetické informace o všech fyziologických a morfologických vlastnostech organismu o RNA se podílí na přenosu dědičných informací - tuky (lipidy) o zásobní a stavební fce o spolu s bílkovinami jsou základními stavebními složkami biomembrán Význam vody v rostlině - důležité rozpouštědlo - transport živin - zpevňuje rostlin vnitrobuněčným napětím - termoregulační fce Význam vody pro rostlinu - významné rozpouštědlo - transport látek - fotosyntéza, dýchání - termoregulace Vodní režim rostliny Příjem vody - nižší rostliny a rostliny ponořené do vody přijímají vodu celým povrchem svého těla - vyšší rostliny přijímají vodu pomocí kořenového systému kořenových vlásků - 2 způsoby o aktivně (symplasticky) z buňky do buňky přes membránu a cytoplazmu o pasivně (apoplasticky) pouze buněčnými stěnami a mezibuněčnými prostorami - je ovlivněn o teplotou půdy při snižování teploty se příjem snižuje o koncentrací půdního roztoku - osmoticky aktivních látek zabraňuje příjmu vody o intenzitou transpirace čím více vody rostlina vydává, tím více jí přijímá o obsahem kyslíku v půdě čím více rostlina dýchá, tím více vody přijímá Vedení vody - voda je rozváděna po celém rostlinném těle pomocí cévních svazků - proud vody od kořene nahoru nazýváme transpirační proud, jejž umožňuje o transpirace = odpařování vody o kořenový vztlak = tlak vytlačující vodu a látky v ní rozpuštěné z kořene nahoru o koheze = soudržnost vodního sloupce o kapilarita = vzlínání vody v úzkých trubicích (cévách a cévicích) o adheze = přilnavost vody ke stěnám cév 13 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

14 Výdej vody - transpirací odparem o kutikulární transpirace probíhá celým povrchem listů přes kutikulu o stomatární transpirace probíhá skrz průduchy, je regulovatelná - gutací ve formě kapek (hydatodami) o nastává při velké vzdušné vlhkosti, když je pozastavena transpirace - ovlivňuje ho o obsah vody v rostlině při jejím přebytku se průduchy otevírají o stav listů (průduchů) o teplota vzduchu s rostoucí teplotou transpirace stoupá o vlhkost vzduchu s rostoucí vlhkostí transpirace klesá o světlo zvyšuje transpiraci, průduchy se otvírají Osmotické jevy v buňce - jsou způsobeny osmózou pronikáním molekul vody přes plazmatickou membránu - buňka umístěná v hypertonickém prostředí (vyšší koncentrace rozpuštěných látek vyšší osmotickou hodnotou, než je koncentrace uvnitř buňky) o ztrácí vodu a smršťuje se o rostlinná buňka zmenší se jen buněčný obsah (díky buň. stěně je pevná) plazmatická membrána se odloučí od buněčné stěny nastává plazmolýza o živočišná buňka smrští se celá nastává plazmolýza - buňka umístěná v hypotonickém prostředí (nižší koncentrace rozpuštěných látek nižší osmotickou hodnotou, než je koncentrace uvnitř buňky) o nasává vodu a zvětšuje svůj objem o rostlinná buňka nepraská v buňce se zvětšuje vakuola vzniká turgor = tlak protoplastu na buněčnou stěnu o živočišná buňka praská nastává plazmoptýza Transpirace o stomatární transpirace 90% regulována otvíráním a zavíráním průduchů o kutikulární transpirace 10% - vypařování, výdej vody (skrz průduchy) - hydatoda už ztrácí schopnost otvírání a zavírání, jen otevřený výdej vody - gutace rostlinu opouští voda ve formě kapaliny o táhne vodu do rostliny o udržuje spád savého napětí a příjem vody pro rostlinu o je li průduch otevřen, látky mohou dovnitř i ven, hlavně CO 2 Metabolismus - soubor reakcí probíhajících v živých organismech zahrnující přeměnu látek i energie - metabolické procesy: o katabolické (rozkladné) exergonické děje složitější látky se štěpí na jednodušší uvolňuje se energie oxidace substrátu o anabolické (syntetické) endergonické děje z jednodušších látek vznikají složitější spotřebovává se energie redukce substrátu 14 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

15 Heterotrofní výživa rostliny - saprofyté o hemisaprofyté polosaprofyté fotosyntetizující rostliny výživu příležitostně doplňují saprofyticky o holosaprofyté úplní saprofyté nezelené rostliny živí se pouze saprofyticky - parazité o hemiparazité poloparazité schopnost fotosyntézy hostiteli odebírají vodu a minerální živiny o poloparazité úplní parazité nezelené rostliny hostiteli odebírají vodu, minerální látky a asimiláty - mixotrofité o přechod mezi autotrofií a heterotrofií o autotrofní rostlina vyžaduje přísun některých organických látek Fotosyntéza - jeden ze základních chemických procesů v živých soustavách zabezpečujících život na Zemi, při kterém autotrofní organismy využívají anorganické látky (CO 2 a H 2 O) a světelnou energii k syntéze organických látek (sacharidů) za současného vylučování kyslíku - foton = viditelná část světelného spektra - syntéza = přeměna jednoduchých minerálních látek na složitější organické - 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O O H 2 O - 2 fáze o primární (světelná) o sekundární (temnostní) - dala by se rozdělit i na 3 fáze o fotolýza vody o fotosyntetická fosforylace o zachycení světla chlorofylem a Primární fáze - závislá na světle - probíhá v membráně tylakoidů v chloroplastech - energie pohlceného světla je využita k tvorbě o ATP zdroj energie o NADPH + H + - redukční činidlo o fotolýze vody - světelná energie se dostane na molekulu chlorofylu a - ten jí přemění na energii excitovaných ("energeticky nabuzených až z obalu vystřelených") elektronů - tato forma energie je využita na syntézu ATP a na vznik energeticky bohatého NADPH + H + - to vznikne redukcí NADP právě těmi dvěma excitovanými elektrony a 2 vodíkovými kationty, které se uvolnily při fotolýze vody - 2 fotosystémy o fotosystém I uvolní se elektron, který buď redukuje NADP + na NADPH + H + (využit v sekundární fázi), nebo se vrátí zpět; část energie je využita k tvorbě ATP cyklická fosforylace o fotosystém II e - jdou do prvního fotosystému, nahradí uvolněné elektrony a tvoří ATP necyklická fosforylace Sekundární fáze - není závislá na světle - redukce oxidu uhličitého za vzniku sacharidů při využití ATP a NADPH + H + z primární fáze 15 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

16 - nejvýznamnější metabolickou cestou syntézy sacharidů je tzv. Calvinův cyklus o oxid uhličitý je postupně začleňován do organické sloučeniny o konečným produktem je sacharid o rostliny používající k syntéze sacharidů Calvinův cyklus se nazývají C 3 rostliny Uvolňování energie - anaerobní metabolismus o nevyžaduje přítomnost kyslíku o anaerobní glykolýza, na tu navazuje kvašení o při anaerobní přeměně glukózy na kys. pyrohroznovou se získají 2 ATP - aerobní metabolismus o vyžaduje přítomnost kyslíku o anaerobní glykolýza, na tu navazuje Krebsův cyklus a dýchací řetězec o při aerobní přeměně kyseliny pyrohroznové na vodu a oxid uhličitý se získá 36 ATP Glykolýza - děj, při němž se glukóza (6 atomů uhlíku) v buňce za anaerobních podmínek odbourává na pyruvát (3 atomy uhlíku, sůl kys. pyrohroznové) za uvolnění energie v podobě ATP - probíhá v cytoplazmě buňky - z 1 molekuly glukózy vznikají 2 ATP - pyruvát následně vstupuje do dalších reakcí o anaerobní podmínky kvašení (fermentace) kyselina mléčná (laktát) etanol o aerobní podmínky acetylkoenzym A (acetyl-coa) vstupuje do Krebsova cyklu Krebsův cyklus - sled reakcí, při kterých je acetyl-coa odbouráván na oxid uhličitý a redukované koenzymy (NADPH + H + + FADH 2 ), které dále vstupují do dýchacího řetězce - probíhá v mitochondriích - acetyl-coa se váže na oxalacetát za vzniku kys. citronové, která postupně ztrácí dva uhlíky (dekarboxylace) a dva vodíky (dehydrogenace) za vzniku 2 Co 2 za vzniku NADPH + H + + FADH 2 a obnovení oxalacetátu, který opět vstupuje do Krebsova cyklu. Calvinův cyklus - biochemický děj fixace a redukce oxidu uhličitého probíhající v temnostní fázi fotosyntézy (sekundární děje) za vzniku sacharidů - bývá nazýván také C 3 -cyklus ( 1. stabilním meziproduktem je tříuhlíkatý 3-fosfoglycerát) - CO 2 je za spotřeby NADPH a ATP ze světelné fáze fotosyntézy vázán na pětiuhlíkatý sacharid ribulóza- 1,5-bisfosfát za vzniku šestiuhlíkatého meziproduktu. Ten se rozpadá na dvě tříuhlíkaté karboxylové kyseliny, které se redukují na dvě molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu, z nichž se kondenzací vytvoří 1 molekula hexózy. - Z 6 molekul pentózy a 6 molekul CO 2 vznikne 6 molekul hexózy, z toho 1 molekula = čistý zisk a zbývajících 5 se opět přemění na 6 molekul pentózy (ribulóza-1,5-bisfosfát). Průběh cyklu Cyklus lze rozdělit na 3 fáze: 1. Karboxylace neboli fixace CO 2 na výchozí substrát - ribulóza-1,5-bisfosfát 2. Redukce vzniklého tříuhlíkatého meziproduktu na triózu glyceraldehyd-3-fosfát 3. Regenerace akceptoru ribulóza-1,5-bisfosfátu z trióz Počty molekul v následujícím popisu jsou uvedené pro jednu úplnou otáčku cyklu. 16 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

17 Karboxylace (Fixace CO 2 ) - Z pentózy a oxidu uhličitého vznikají za pomoci enzymu RuBisCO dvě triózy. - Ze tří molekul ribulosy-5-fosfátu (Rbu-5-P) se za pomoci fosforibulosa-kinasy a 3 ATP vytvoří 3 molekuly ribulosa-1,5-bisfosfátu (Rbu-1,3-P 2 ), který je substrátem. - 3 molekuly Rbu-1,5-P 2 reagují se 3 molekulami CO 2 za vzniku 6 molekul 3-fosfoglycerátu (3-P-Gri). - Karboxylace je katalyzována enzymem ribulosabisfosfát-karboxylasa/oxygenasa (RuBisCO). - Enzym 3-fosfoglycerát-kinasa za spotřeby 6 ATP přemění 6 molekul 3-P-Gri na 3 molekuly 1,3- bisfosfoglycerátu (1,3-P 2 -Gri). Karboxylace pomocí enzymu RuBisCO probíhá přes řadu meziproduktů. - Z C 3 uhlíku ribulosa-1,6-bisfosfátu se odejme proton. - Vzniká endiolát, který nukleofilně reaguje s CO 2. - Na vzniklou β-oxokyselinu se rychle aduje na uhlík C 3 a voda. - Vzniklý adiční produkt se štěpí na 2 molekuly 3-fosfoglycerátu. Redukce - 6 molekul 1,3-P 2 -Gri se pomocí 6 NADPH a enzymu glyceraldehyd-3-fosfát-dehydrogenasy zredukuje na 6 molekul glyceraldehyd-3-fosfátu (Gri-3-P). - 5 ze 6 molekul pokračuje v cyklu dále, 1 molekula je produktem fotosyntézy, ze kterého se poté syntetizují další látky (sacharidy, škrob, bílkoviny, ). Regenerace - Z pěti molekul trióz vznikají enzymatickými reakcemi tři molekuly pentóz. - Z 5 molekul Gri-3-P se musí vytvořit 3 molekuly Rbu-5-P. - Rce probíhají bez spotřeby další energie (ATP) nebo redukčních ekvivalentů (NADPH). Regeneraci můžeme rozdělit na 4 skupiny reakcí (v závorce jsou použité enzymy): - C 3 + C' 3 C 6 (aldolasa, bisfosfatasa) - C 3 + C 6 C 4 + C' 5 (transketolasa) - C' 3 + C 4 C 7 (aldolasa, bisfosfatasa) - C 3 + C 7 C 5 + C' 5 (transketolasa) - Z dvou molekul Gri-3-P se pomocí enzymu triosafosfát-isomerasa vytvoří 2 molekuly dihydroxyacetonfosfátu ( C' 3 ). - Výslednými pětiuhlíkatými látkami jsou 2 molekuly xylulosa-5-fosfátu ( C' 5 ), která se na Rbu-5-P převede enzymem fosfopentosa-epimerasa, a 1 molekula ribosa-5-fosfátu ( C 5 ), který se izomeruje ribosafosfát-isomerasou. Buněčné dýchání - biochemický proces, při kterém se uvolňuje chemická energie vazeb organických sloučenin za vzniku ATP. Jako odpadní produkty štěpení vzniká CO 2 a voda. - organismy, které zajišťují svoji potřebu energie dýcháním, se nazývají chemotrofní. - proces s opačným průběhem, než fotosyntéza V průběhu respirace je štěpena glukóza na dva tříuhlíkaté sacharidy, ty jsou oxidovány a jako odpadní produkt se uvolňuje oxid uhličitý. Vodíkové ionty a elektrony uvolněné při oxidaci jsou přenášené koenzymy NAD + a FADH, které jsou pohlcením vodíkových iontů a elekronů dočasně redukovány na NADH + H + a FADH 2. V poslední fázi jsou vodíkové atomy využity jako zdroj energie k syntéze ATP z ADP a následně reagují s kyslíkem za vzniku vody. - účinnost respirace je asi 68%, zbytek se uvolní jako teplo - u naprosté většiny organismů je akceptorem vodíkových atomů kyslík, vzniká tedy voda - u některých anaerobních prokaryot je akceptorem jiná částice, například síranový iont nebo oxid uhličitý Fáze buněčné respirace - glykolýza - Krebsův cyklus - dýchací řetězec (oxidativní fosforylace) 17 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

18 Glykolýza - její podstatou je odbourávání glukózy (6 C) na kyselinu pyrohroznovou (3 C) - probíhá za nepřístupu kyslíku anaerobně Krebsův cyklus - cyklus kyseliny citronové - kys. pyrohroznová je dekarboxylována a dehydrogenována Dýchací řetězec - odebrané vodíky jsou vzdušným kyslíkem oxidovány na vodu - uvolňuje se značné množství energie, která se ukládá do molekul ATP - část energie se uvolňuje jako teplo Při anaerobní přeměně glukózy na kys. pyrohroznovou se získají 2 ATP. Při aerobní přeměně kys. pyrohroznové na vodu a oxid uhličitý se získá 36 ATP. Aerobní odbourávání zásobních látek je tedy mnohem výhodnější. Faktory ovlivňující intenzitu buněčného dýchání - vnější o teplota prostředí optimální teplota je C při vyšších a nižších teplotách se dýchání zpomaluje o obsah kyslíku v prostředí o přítomnost látek působících jako jedy buněčného dýchání kyanidy, oxid uhelnatý, oxid siřičitý - vnitřní o fyziologický stav rostliny o stáří rostliny o obsah vody v pletivech o množství asimilátů schopných asimilace Kvašení (fermentace) - disimilační proces - anaerobní o alkoholové o máselné o mléčné - aerobní o octové o citrónové - malý zisk energie 2 ATP/1 přeměněná molekula glukózy glukóza kyselina pyrohroznová produkty kvašení 2 ATP glukóza kyselina pyrohroznová CO H 2 O 2 ATP 6 O 2 36 ATP 18 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

19 Vývin, vývoj a růst rostlin Rostliny rostou po celý život. Růst je způsoben dělením buněk i jejich vlastním růstem. Vývoj rostlin během života (ontogeneze), tedy vývoj od vzniku zygoty do smrti jedince, je ovlivňován genetickými vlivy a vlivy vnějšího prostředí. Fáze růstu na buněčné úrovni o zárodečná (embryonální) dělení buněk dělivých pletiv nárůst cytoplazmy buněk o prodlužovací (elongační) zvětšování objemu buněk (i více než 30krát) plošný růst buněčné stěny vznik centrálních vakuol množství cytoplazmy zůstává stejné o rozlišovací (deferenciační) buňky se stavbou i funkcí specializují v rámci různých pletiv a zvětšuje se objem buněk Fáze života vyšší rostliny o zárodečné (embryonální) období od vzniku zygoty po ukončení vývoje zárodku o růstové (vegetativní) období začíná klíčením semen končí založením pohlavních orgánů rostlina se rozmnožuje nepohlavně (vegetativně) o období dospělosti (reprodukční období) množení pohlavní nebo nepohlavní pomocí spor o stárnutí (senescence) zastavuje se schopnost rozmnožování snižuje se metabolická aktivita převažují katabolické děje končí smrtí Klíčení semen - podmínky o dostatečný přísun vody (první známka klíčení je bobtnání semen) o dostatek kyslíku pro metabolickou aktivitu o vhodná teplota a přítomnost světla nebo jeho absenci (např. tykev klíčí jen ve tmě) - mladá klíční rostlinka se vyživuje heterotrofně, posléze přechází na autotrofní výživu Periodicita růstu - růst rostlin není stejnoměrný, kolísá, ale vykazuje určitou periodicitu - denní periodicita růstu o vyznačuje se rychlým růstem v noci a sníženým za dne o ovlivňována změnami teploty, vlhkosti a přísunu živin - roční periodicita růstu o vyvolána změnami prostředí v ročních obdobích o střídá se vegetační období (období růstu) s vegetačním klidem (dormance) o v našich zeměpisných šířkách období vegetačního klidu nastává s nízkými teplotami v zimě, v jižních oblastech s nástupem sucha a horka v letních měsících o rostliny tropických deštných lesů rostou nepřetržitě celý rok - fotoperiodismus - reakce na délku dne - termoperiodismus - reakce na střídání teplot mezi dnem a nocí - dormance (z lat. dormire = spát) = vegetační klid, zástava růstu spojena s redukcí organismu (př. opad listů) o vynucená v nepříznivých podmínkách - nízké teploty, sucho rostlinu je možno donutit k růstu změnou podmínek o pravá nastává i v příznivých vnějších podmínkách projevem fyziologického stavu rostliny lze ji přinutit k růstu pouze vysokými dávkami fytohormonů 19 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008

20 o dormance semen rostlina vytvoří semena, zahyne a semena přežívají do příznivých podmínek, pak vyklíčí semena snášejí i extrémní podmínky Polarita růstu Na rostlině a jejích orgánech je vymezen vrcholový (apikální) a spodní (bazální) pól. Polarita souvisí s pohybem auxinu (viz níže), který proudí ve stonku směrem od vrcholu (apexu) ke spodní části (bázi). Regenerace (obnova) - při obraně rostlin, které jsou díky přisedlému způsobu života ohroženy poškozením - při vegetativním rozmnožování - nastává nahrazováním buněk činností dělivých pletiv nebo přeměnou trvalých pletiv na pletiva dělivá - regenerace fyziologická o náhrada částí těla, které se opotřebovaly, nebo které rostlina ztratila hojení jizev po opadlých listech korkem - regenerace patologická o náhrada poškozených či odříznutých částí hojení ran po odříznutých větvích hojivým pletivem (kalusem) Rozdělení rostlin podle délky života - monokarpické o plodí jen jednou, potom zahynou o efemery žijí jen část roku, pouštní rostliny, u nás osívka jarní(žije zjara asi měsíc) o ozimy klíčí na podzim, přezimují a další vegetační období plodí (ozimý ječmen) o jednoleté (annuely, letničky) během jednoho roku vyrostou, odplodí a zahynou o dvouletky (bieny) první rok rostou, druhý vykvetou, odplodí a zahynou (mrkev, divizna) o víceleté (plurieny) žijí několik let ve vegetativním stavu, poté odplodí a uhynou (agáve) - polykarpické o plodí víckrát za život, žijí desítky let o trvalky (pereny) plodí často již v prvním roce života zimu přečkávají jako oddenky, cibule... dřeviny - první plody až po několika letech (borovice osinatá - nejstarší přes 4600 let, nejstarší druh rostliny na světě) Regulace ontogeneze - korelace orgánů a vývin rostlin jsou ovlivňovány vnějšími a vnitřními faktory - vnější faktory o světlo důležité pro fotosyntézu, klíčení semen a kvetení etiolované (rostoucí ve tmě) rostliny mají světle žlutou barvu, málo vyvinutá mechanická pletiva a prodloužené lodyžní články rostlinná barviva absorbují světlo a vyvolávají růstové a vývojové změny karotenoidy a flavoproteiny ve vrcholové části stonku ovlivňují směr růstu dělení rostlin podle závislosti kvetení na světle krátkodenní o kvetou v krátkých dnech (světlo do 12 h) o chryzantémy dlouhodenní o kvetou v dlouhých dnech (14-16 h) o ředkvičky neutrální o kvetou za libovolné fotoperiody o sedmikráska, pampeliška 20 Markéta Pecharová Biologie 5.a 2007/2008