4) Reakce rostlin k abiotickému stresu

Podobné dokumenty
10) Reakce rostlin k abiotickému stresu

6) Reakce rostlin k abiotickým stresům

6) Reakce rostlin k abiotickým stresům

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Fyziologie rostlin - maturitní otázka z biologie (3)

Vodní režim rostlin. Úvod Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy, lišejníky, kapradiny, vyšší rostliny) a homoiohydrické.

FYZIOLOGIE ROSTLIN. Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.:

Minerální výživa na extrémních půdách. Půdy silně kyselé, alkalické, zasolené a s vysokou koncentrací těžkých kovů

Mendělejevova tabulka prvků

Vodní režim rostlin. Obsah vody, RWC, vodní potenciál a jeho komponenty: Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy,

10. Minerální výživa rostlin na extrémních půdách

VODNÍ REŽIM ROSTLIN. Mgr. Alena Výborná Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_01_1_06_BI1

10) Reakce rostlin k abiotickému stresu

3) Membránový transport

3 a) Fyzikální principy. 5 Chemický potenciál (µ s ) (volná energie na jeden mol: J/mol) * = chemický potenciál roztoku s za standartních podmínek

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

Transport živin do rostliny. Radiální a xylémový transport. Mimokořenová výživa rostlin.

Stomatální vodivost a transpirace

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

VAKUOLY - voda v rostlinné buňce

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

Rostlinná buňka jako osmotický systém

Kvalita osiva ve vztahu k výkonu porostu

Průduchy regulace příjmu CO 2

Abiotický stres - sucho

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

Vodní režim rostlin. Transport kapalné vody

6) Reakce rostlin k abiotickým stresům

Síra. Deficience síry: řepka. - 0,2-0,5% SH, nedostatek při poklesu obsahu síranů pod 0,01% SH

Úvod do biologie rostlin Transport látek TRANSPORT. Krátké, střední, dlouhé vzdálenosti

Vakuola. Dutina uvnitř protoplastu, která u dospělých buněk zaujímá 30 až 90 % jejich

Dusík. - nejdůležitější minerální živina (2-5% SH)

d) Kanály e) Přenašeče a co-transportéry, mediátory difúze a sekundární aktivní transport f) Intracelulární transport proteinů

Obsah vody v rostlinách

Vodní režim rostlin. Vodní stres. Základní procesy ovlivněné vodním deficitem. Vznik vodního deficitu. Adaptace k suchu. Signály a jejich přenos


Biologie 31 Příjem a výdej, minerální výživa, způsob výživy, vodní režim

Funkce vody v rostlinném těle. Růstová (hydratační) Metabolická Termoregulační Zásobní Transportní (tranzitní) Volná a vázaná voda

Půda - 4 složky: minerálníčástice organickéčástice voda vzduch

7) Dormance a klíčení semen

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

ROSTLINNÁ FYZIOLOGIE OSMOTICKÉ JEVY

Vliv teploty. Mezofilní mik. Termoofilní mik. Psychrofilní mik. 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C teplota

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

Fyziologické a anatomické přizpůsobení sazenic na stres suchem - metody studia stresu

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

FOTOSYNTÉZA Správná odpověď:

Meteorologické faktory transpirace

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Regulace růstu a vývoje

Transport v rostlinách. Kateřina Schwarzerová Olga Votrubová

Vodní režim rostlin. Vodní stres. Vznik vodního deficitu, adaptace k suchu Signály a jejich přenos Základní procesy ovlivněné vodním deficitem

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností. průduchů. Stomatální limitace rychlosti transpirace a rychlosti. Efektivita využití vody

Fyziologie buňky. RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D.

Jana Fauknerová Matějčková

FOTOSYNTÉZA. soubor chemických reakcí,, probíhaj v rostlinách a sinicích. z CO2 a vody jediný zdroj kyslíku ku pro život na Zemi

Bakalářské práce. Magisterské práce. PhD práce

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

ROSTLINNÁ BUŇKA A JEJÍ ČÁSTI

Buňka. Autor: Mgr. Jitka Mašková Datum: Gymnázium, Třeboň, Na Sadech 308

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc 2008/11. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Fyziologické aspekty masožravosti u rostlin

Vyjádření fotosyntézy základními rovnicemi

Membránové potenciály

2012/2013. Fyziologie rostlin: MB130P14, kolektiv přednášejících Albrechtová a kol.

Biochemie dusíkatých látek při výrobě vína

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu:

Funkční anatomie ledvin Clearance

Produkce kyselin v metabolismu Těkavé: 15,000 mmol/den kyseliny uhličité, vyloučena plícemi jako CO 2 Netěkavé kyseliny (1 mmol/kg/den) jsou vyloučeny

7) Senescence a programová smrt buňky (PCD)

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu

prokaryotní Znaky prokaryoty

Vodní provoz rostlin

Úvod do biologie rostlin Buňka ROSTLINNÁ BUŇKA

Ekologie fotosyntézy

AUTOTROFNÍ A HETEROTROFNÍ VÝŽIVA ROSTLIN, VODNÍ REŽIM ROSTLIN, RŮST A POHYB ROSTLIN

Vodní provoz rostlin. Univerzita 3. věku, Jana Albrechtová

Text zpracovala Mgr. Taťána Štosová, Ph.D PŘÍRODNÍ LÁTKY

1- Úvod do fotosyntézy

Kořenový systém plodin jako adaptační opatření na sucho

Vodní režim rostlin. Regulace výměny plynů otevřeností průduchů. fotosyntézy Efektivita využití vody Globální změna klimatu Antitranspiranty

Úvod do biologie rostlin Úvod PŘEHLED UČIVA

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Fyziologický. Půda je zdrojem života, protože je sama živá.

Vodní režim rostlin. Transport vody v xylemu. Kohezní teorie. Transport půda-rostlina-atmosféra. Metody měření. Kavitace

glukóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Bílkoviny a rostlinná buňka

Vápník. Deficience vápníku: - 0,4-1,5% DW. - cytoplasmatická koncentrace vápníku velmi nízká (0,1-0,2µM)

o Retengo Plus, číslo povolení :

Anotace: Materiál je určen k výuce přírodopisu v 6. ročníku ZŠ. Seznamuje žáky se základní stavbou rostlinné a živočišné buňky.

Základy buněčné biologie

Transkript:

2010 4) Reakce rostlin k abiotickému stresu a) Vodní deficit b) Zasolení a osmotické přizpůsobení a jeho role v toleranci k suchu a zasolení 1 Jenks M et al. (2005) Plant Abiotic Stress. Blackwell Publishing Ashraf M et al. (2005) Abiotic Stresses. The Haworth Press Inc. http://www.haworthpress.com/store/product.asp?sku=5288 http://www.blackwellpublishing.com/book.asp?ref=1405122382

Stresové faktory působící na rostliny: 2 Stres = vnější faktor, který vykonává vliv nevýhodný pro rostlinu Biotické vyvolané jinými organizmy Abiotické vznikají vlivem přemíry či deficitu fyzikálních či chemických vlivů - přebytek vody či sucho - vysoká a nízká teplota - mnoho či málo světla - zasolení Rychle působící (minuty): tepelný stres Pomalu působící (dny až měsíce) : nedostatek vody půdě, nedostatek minerálních látek Pochopení mechanismů adaptace, aklimatizace a fyziologických procesů fungujících při stresech je důležité v zemědělství a ekologii. Update 2008 Muns R, Tester M (2008) Annu Rev Plant Biol 59: 651-681 Review o mechanizmech tolerance rostlin k zasolení

3 Tolerance ke stresu = schopnost rostliny překonat pro ni nepříznivé podmínky Pojmy tolerance a rezistence se často používají jako ekvivalenty tolerance je správnější Aklimatizace zvýšení tolerance rostliny ke stresu jako výsledek postupného vystavení stresovým podmínkám Adaptace geneticky determinovaná hladina tolerance získaná během selekce v průběhu mnoha generací

4 Stresy změna exprese genů a buněčného metabolismu Změny v buněčném cyklu a buněčném dělení, změny v endomembránovém systému a vakuolizaci buněk, změny v architektuře buněčné stěny. Změny v expresi genů zahrnují indukci signálních drah. V nich jsou zapojeny: - hormony (ABA, JA, etylén) - sekundární přenašeče (Ca 2+ ) Geny silně exprimované slabě exprimované Protein studium funkcí a mechanizmů exprese Centrum výzkumu transkripční a posttranskripční regulace exprese

5 Schopnost rostlin tolerovat stres závisí na: - intenzitě stresu - délce působení stresu - rychlost příchodu stresu - orgánu rostliny

6 Ztráty na zemědělské produkci způsobené abiotickými stresy: 65 80% Mechanizmy rezistence Znalost mechanismů rezistance Aplikace biotechnologických metod - časování životního cyklu - hluboké kořeny - vývoj stomat, trnů

7 a) Vodní deficit - nedostatek vody v prostředí - množství vody není omezeno, ale voda je pro rostlinu nedostupná (zasolení, nízké teploty, vysoká transpirace rostliny) Parametry popisující vodní stav rostliny: - vodní potenciál Φw - relativní obsah vody (RWC relative water content)

8 Vodní potenciál vyjadřuje úroveň s jakou je buňka, orgán, celá rostlina hydratovaná (schopnost odevzdávat vodu) Φw = Φs + Φp + Φg + Φm Φs = potenciál rozpuštěné látky (osmotický potenciál, solute potential) Je určen počtem částic rozpuštěných ve vodě. Φs Φ = [fí] => Φw Φp = tlakový potenciál (press potential) Odráží fyzikální síly působící na vodu v jejím prostředí. Φp => Φw Pozitivní tlak (turgor) PM tlačí na buněčnou stěnu Negativní tlak (tenze) PM tlačí na vodu v buňce, odchlipuje se od buněčné stěny Φg = gravitační potenciál (gravitional potential) Projevuje se pouze při transportu vody v rostlině na vzdálenost 5-10 m Φm = matriční potenciál (matric potential) Vysvětluje jak tvrdé povrchy interagují s vodou a potlačují Φw. Prakticky je velice malý.

9 Vodní potenciál - dovoluje předpovědět pohyb vody do a z rostlinné buňky Spontánní pohyb vody: vysoký Φw H 2 O nízký Φw 1. Buňka umístěna do čisté H 2 O 2. Buňka umístěna do koncentrovaného roztoku soli

10 Fyziologické a metabolické změny detekované v rostlinách vystavených vodnímu stresu ne vždy korelují se změnami Φw. Relativní obsah vody (RWC relative water content) Příjem vody kořeny pokrývá ztrátu vody listy => RWC = 85-95% Kritická hladina RWC < 50% => pletivo odumírá Obecně platí: Φw => RWC Vyjímky rostliny schopné udržovat vysoké RWC i při klesajícím Φw Rostliny schopné se osmoticky přizpůsobovat

b) Zasolení a osmotické přizpůsobení a jeho role v toleranci k suchu a zasolení 11 Zasolení (salinity stress) Vážný problém v zemědělství zasolení půdy drasticky snižuje výnos: pobřežní oblasti, záplavová území, nízko položená území Fotografie použity se svolením autorky Ivany Fellnerové (za tučný honorář)

12 Salinita se stanovuje měřením vodivosti půdy čistá voda má velice nízkou vodivost; konduktivita se zvyšuje se zvyšující se koncentrací solí

13 Kvalita (obsah solí) záplavové vody se liší Střední tok: 900 mg/l Horní tok: 50 mg/l Hoover dam

14 Podle schopnosti tolerovat vyšší hladinu soli rozdělujeme rostliny na: - halofyty (halophytes) velice tolerantní k zasolení (~ 1% světové flóry) - glykofyty (glycophytes; nonhalophytes) citlivé k zasolení Zemědělské plodiny citlivé k zasolení: - kukuřice - cibule - citrusy - salát - fazole Zemědělské plodiny méně citlivé k zasolení: - bavlník - ječmen Zemědělské plodiny tolerantní k zasolení: - cukrovka - palma datlová Update 2008 Flowers TJ, Colmer TD (2008) New Phytologist 179: 945-963 Review o halofytech a jejich toleranci k zasolení

15 Negativní efekt zasolení na rostliny: - nepřímý osmotický stres: kolem kořenů se zvyšuje osmotický tlak => snižuje se schopnost kořenů brát vodu, protože prostředí kořenových buněk se stává hypotonickým vůči roztoku kolem kořene Normální prostředí Zasolené prostředí Buňka kořene H 2 O Buňka kořene H 2 O Cytozol je hypertonický vůči prostředí Cytozol je hypotonický vůči prostředí

16 - přímý toxický efekt iontů akumulujících se v buňce: Na +, Cl -, SO 4 2- Normální prostředí Zasolené prostředí Buňka kořene Buňka kořene X Ca 2+ K + : 100-200 mm Ca 2+ nahrazován Na + Na + Na + : 1-10 mm Na+:K + : vysoký K + Optimální funkce enzymů Inhibice syntézy proteinů Funkce enzymů inhibována Změna permeability membrány Inhibice fotosyntézy: Na + a Cl - se akumulují v chloroplastech => metabolismus nebo fosforylace jsou inhibovány (e - transport je necitlivý k solím). Enzymy izolovány z halofytů mají stejnou citlivost k solím jako enzymy glykofytů => rezistence halofytů je důsledkem jiných mechanismů, než je rezistence metabolismu

17 Rostliny citlivé k zasolení se brání nadměrnému množství solí v půdě omezením transportu iontů do stonku a listů Aby se ionty dostaly do xylému musí místo apoplastické cesty (Casparian proužky brání v pohybu iontů) použít cestu symplastickou přes membránu. Na + se dostávají do kořene pasivně (díky elektrochem. potenciálu) => buňky musí transportovat Na + z buňky aktivně. Buňky jsou schopny samy regulovat množství Na + v buňce Část Na + je rovněž absorbována z transpiračního proudu Další redukce množství Na + v listu Atriplex solné žlázy

18 NaCl nejběžnější sůl, která vyvolává stres => transportní systém umožňující kompartmentaci Na + do vakuoly je velmi důležitý. Vysoká [Na + ] Příjem K + buňkou pomocí high-affinity transportéru HKT1 je inhibován a pouze Na + je pouštěn tímto transportérem ALE: Ca 2+ zvyšuje K + / Na + selektivitu => K + je přednostně transportován do buňky => zvyšuje toleranci k zasolení

19 H + -ATPáza iniciuje rozdíl ph a membránový potenciál přes plazma membránu a tonoplast. Zajišťuje sílu (H + elektrochemický potenciál) pro sekundární transport iontů. Aktivita H + pumpy se zvyšuje salinitou a indukovanou expresi genů. Buňka má sílu bránit se nadměrnému zasolení tím, že transportuje nadbytečný Na + z buňky ven a do vakuoly SOS1 Na + -H + antiporter SOS1 - regulován produkty SOS2, SOS3 SOS2 - serine/threonine kináza aktivovaná Ca 2+ přes SOS3 SOS3 - protein fosfatáza regulována Ca 2+ Vakuolární kompartmentace Na + je zprostředkována Na + - H + antiportem AtNHX1

20 Osmotické přizpůsobení a jeho role v toleranci k suchu a zasolení Osmotické přizpůsobení biochemický mechanismus umožňující aklimatizaci k suchu a zasolené půdě Φw v kořenech < Φw v půdě Rostlina je schopna brát vodu z půdy Rostlina je schopna se osmoticky přizpůsobovat v případě, kdy je schopna regulovat svůj potenciál rozpuštěné látky (Φs), tj. zvyšovat počet rozpuštěných látek v buňce, tj. snižovat vodní potenciál v buňce.

21 Osmotické přizpůsobení zahrnuje: - metabolické změny - snížení asimilace nizkomolekulárních org. sloučenin - zvýšení syntézy nizkomolekulárních org. sloučenin Kompatibilní rozpuštěné látky = osmolyty - prolin - alanin betain, glycin betain, prolin betain - dymetylsulfoniopropionát - manitol, pinitol

22 Osmoticky aktivní anorganické látky ionty: Nabité, váží se ke kofaktorům, substrátům, membránám, enzymům Toxické: změna vlastností, vstup do hydratační obálky proteinů => denaturace proteinů Organické osmolyty tendenci být nabity neutrálně při fyziol. ph Nevstupují do hydratační obálky proteinů

Kompatibilní osmolyty nemusí se akumulovat ve vakuole 23 Zůstávají v cytoplazmě Schopnost cytoplazmy dosáhnout osmotické rovnováhy s vakuolou Kompatibilní osmolyty se akumulují i v jiných organelách, podle potřeby Existence přenašečů a transportérů (např. transportéry prolinu)

24 Ochranná funkce některých kompatibilních osmolytů - osmoprotekce Přímé důkazy osmoprotekce u bakterií. Rostliny transgenní rostliny syntetizující vysokou hladinu glycin betainu se vyznačují zvýšenou tolerancí k abiotickým stresům - Glycin betain chrání Rubisco enzym před inaktivacemi solemi a tak před destabilizací komplexu fotosystému II - Antioxidační aktivity likvidace OH. sorbitolem, manitolem, prolinem Update 2008 Chen THH, Murata N (2008) TIPS 13: 499-505 Review o úloze glycin betainu v toleranci rostlin k abiotickým stresům