Fyziologie rostlin

Sylabus

1.Přednáška: Formování a struktura předmětu biologie rostlin, Buněčné základy specifik životní strategie rostlinného organizmu.

Definice oboru, předmět studia, metody. Teoretický i aplikační účel biologie rostlin. Filosofie udržitelného rozvoje i rostlin pro budoucnost. Globální problémy a vklad experimentální biologie rostlin: význam fotosyntézy, GMO pro zemědělství; Formování oboru "fyziologie rostlin" v kontextu rozvoje přírodních věd - Hook, Sachs, Liebig, Haberlandt, Němec. Buněčná teorie (Schleiden, Schwann, Sachs) v teorii a praxi. Principy regenerace rostlin in vitro. Specifické struktury a funkce buňky rostlinné: Plastidy, struktura a funkce. Endosymbiotický původ, Buněčná stěna - vznik, struktura, funkce mechanická, ochranná, signální. Vakuom. 2. Přednáška: Fotosyntéza I.

Obecný význam fotosyntézy pro život na zemi. Světlo jako elektromagnetické záření - fyzikální zákony. Evoluce fotosyntézy, fotosyntetické struktury, původ plastidů. Fotosyntetické pigmenty, absorpce fotonu a přenos energie. Elektrontransportní řetězec -proteinové komplexy na thylakoidní membráně. Cyklický a necyklický přenos elektronů. Calvinův cyklus, regulace aktivity enzymu Rubisco, fotorespirace. C4 a CAM fotosyntéza, princip, ekofyziologické aspekty. Fotosyntéza v porostu, fotoinhibice. 3.Přednáška: Fotosyntéza II. Dýchání

Fotosyntéza: Faktory ovlivňující rychlost fotosyntézy. Transport a distribuce asimilátů, mechanizmus transportu. Principy měření rychlosti hrubé a čisté fotosyntézy. Dýchání: Energetický metabolismus rostlin: fotosyntéza a dýchání, Význam dýchání pro rostliny, Stavba mitochondrií, Základní procesy respirace: glykolýza, Krebsův cyklus, oxidativní fosforylace, Dýchání rezistentní ke kyanidu, princip a význam, Faktory ovlivňující rychlost dýchání. Vztah mezi fotosyntézou a dýcháním, interakce chloroplastů a mitochondrií Složky dýchání (udržovací, růstová, …) 4. Přednáška: Vodní provoz

Funkce vody v rostlinách, adaptace pro život na souši. Fyzikální vlastnosti vody významné pro život rostlin. Obsah vody v rostlinách, transpirační koeficient. Příjem vody kořeny, symplast a apoplast, endodermis, akvaporiny. Význam koheze a adheze při transportu vody v rostlině. Výdej vody; transpirace jako difúze vodní páry, gutace. Stavba a funkce průduchů, faktory ovlivňující otevřenost průduchů. Vodní potenciál a jeho složky (osmotický, tlakový, gravitační a matriční). Rostliny homoiohydrické a poikilohydrické, ekofyziologické adaptace. 5. přednáška: Signalizace u rostlin I

Genová exprese a přenos signálu - základní pojmy a specifika rostlin. Typy signálu - externí, interní, biotické, abiotické. Úrovně komunikace v rostlinném těle. Přehled signálních drah u rostlin - receptory, receptorové kinázy, fosfolipidový signální systém, MAP kinázové kaskády, řízená proteolýza transkripčních faktorů. Neurobiologie" rostlin. Fytohormony - definice, porovnání s hormony živočišnými. Auxiny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, transport v rostlině, hlavní fyziologické účinky, apikální dominance, tropické odpovědi. Cytokininy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, buněčné dělení, apikální dominance. Gibereliny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, klíčení. Abscisová kyselina - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, dormance. Etylén - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, trojná odpověď. Brasinosteroidy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky.Kyselina salicylová, kyselina jasmínová - odpověď na patogeny. Další látky s růstově regulační funkcí - polyaminy, proteinové hormony, fenolické látky, karotenoidy. Interakce hormonálních signálů - auxiny-cytokininy při organogenezi, gibereliny-kyselina abscisová při dormanci a klíčení, úrovně interakce signálních kaskád spouštěných fytohormony 6. přednáška: Buněčné základy růstu a morfogeneze rostlin. Pohyby rostlin, rytmicita

Definice pojmů - růst, vývoj, morfogeneze, diferenciace, dediferenciace, totipotence. Mechanismy růstu buněk a rostlin - dělivý a elongační růst, typy elongačního růstu, polarita buněk a orgánů a mechanismy jejího navození a udržování. Buněčný cyklus - regulační faktory a mechanizmy, fáze cyklu, kontrolní body. Pohyby rostlin - fyzikální pohyby, vitální pohyby. Mechanismy, výkonné struktury, regulace. Rytmicita u rostlin - klasifikace rytmů, mechanismy regulace. 7. Přednáška: Rostlinné biotechnologie, využití transgenních rostlin v základním výzkumu a v zemědělství

Rostlinné biotechnologie: Metodologie klasického šlechtění rostlin, mutageneze, marker-assisted breeding. Principy přípravy geneticky modifikovaných rostlin. Somatická embryogeneze a organogeneze in vitro. Metody transformace rostlinných buněk. Využití transgenních rostlin ve výzkumu, inserční mutageneze, modulace exprese genů, fúze s reportérovými geny. Praktické využití transgenních rostlin; příklady, zhodnocení možných rizik. 8. Přednáška: Vývojová biologie I: embryogeneze, vegetativní fáze vývojeŽivotní strategie rostlin - usedlý způsob života, kontinuální diferenciace, absence kmenových buněk a poziční určení buněčného osudu, totipotence rostlinných buněk, buněčná stěna. Iniciace a regulace vývojových drah - genová exprese a její regulace, organizace DNA, transkripce, posttranskripční úrovně regulace genové exprese. Embryogeneze:Formování embrya po oplození (partenogeneze, apomixie, a další méně časté způsoby vzniku embryí), polarizace embrya, diferenciace a zakládání orgánů. Vegetativní fáze vývoje. Buněčné dělení a "pattern formation" - meristémy a jejich úloha ve vývoji rostlinného těla, zakládání a vývoj, vývoj kořene. Fotomorfogeneze - fytochrom a regulace červeným světlem (klíčení semen, informace o okolním porostu, délka dne a přechod do generativní fáze vývoje), fotofyziologie regulace růstu a vývoje modrým světlem (aktivita průduchů, stimulace asymetrického růstu), růstové regulátory . 9. Přednáška: Minerální výživa rostlin

Minerální výživa rostlin: vymezení pojmu. Historické milníky: A. Thaer, J. Liebig,. J. Sachs, V. Mitscherlich. Kriteria nezbytnosti prvků pro rostliny. Obsah prvků v rostlinách, zákon minima. Transportní mechanismy příjmu živin, aktivní a pasivní přenos přes membránu. Příjem, transport a utilizace iontů: dusík - redukce nitrátů, asimilace atmosférického N2), přeměny N sloučenin v půdě, jejich příjem a asimilace v rostlině. Půda a její složení, Funkce jednotlivých prvků v rostlinách, symptomy deficitu živin. Globální cykly minerálních živin C, N, P antropogenní vlivy na ně. 10. Přednáška: Vývojová biologie II:

Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin. Květní meristémy a květní orgány - apikální meristém, květní meristémy, květní orgány, regulace iniciace a tvorby květních orgánů (geny meristémové identity, katastrální geny, geny identity květních orgánů, ABC(DE…) model identity květních orgánů). Signály květní indukce - fotoperiodismus (cirkadiální rytmicita, role fytochromů a kryptochromů, regulace květní indukce světlem), vernalizace, chemické signály květní indukce (důkazy existence chemického přenosného signálu květní indukce, chemická podstata florigenu, role fytohormonů, multifaktoriální indukce kvetení). Regulace pohlavního rozmnožování - makrosporogeneze a makrogametogeneze, mikrosporogeneze a mikrogametogeneze, pylová embryogeneze, regulace procesů sporogeneze a gametogeneze na úrovni exprese genů, PCD a její úloha při vývoji reprodukčních orgánů, opylení, pylová inkompatibilita a cytoplasmatická samčí sterilita, oplození. Tvorba a růst plodů, vznik semen po oplození, vznik semen bez oplození, založení, růst a zrání plodů, klíčení semen. Nepohlavní rozmnožování. Dormance, senescence a programovaná buněčná smrt. Dormance - definice a význam, dormance pupenů, dormance semen. Stárnutí, programovaná buněčná smrt, úloha PCD ve specifických situacích vývoje a růstu rostliny). 11. Přednáška: Rostlina a stres.

Stresová biologie rostlin: Definice základních pojmů - stresor, stres, adaptace, aklimace , avoidance. Obecná strategie živých organizmů v reakci na stresové faktory prostředí . Strategie života rostlin - reakce na stres, stresové proteiny. Stres: induktor fenomenů senescence a (programované) buněčné smrti. Skupiny abiotických a biotických stresorů a stresových reakcí. Reakce rostlin na jednotlivé abiotické stresory. Reakce rostlin na jednotlivé biotické stresory. Těžké kovy (příjem, stres). 12. Přednáška: Rostlina v systémech, soužití s dalšími organismy.

Biologie ekosystémů zahrnujících vegetaci (rostliny) Rostliny - hierarchické úrovně zkoumání rostlin: vztah rostlin k dalším biotickým složkám ekosystému (- patogen- parazit - saprofyt, heterotrofní výživa, symbióza). Symbiózy: fixace vzdušného dusíku, mechanismy, různé typy soužití s diazotrofními organismy - nod

Anotace

Přednáška poskytuje základy fyziologie rostlin, a to na buněčné, orgánové, organismové i ekologické úrovni. Vysvětluje vztah mezi strukturami rostlin a jejich funkcemi. Pojednává o procesech růstu a vývoje s ohledem na funkci rostlinných hormonů. Podává přehled základů fotosyntézy, dýchání, minerální výživy, vodního režimu, transportu látek, pasivních i aktivních pohybů. Popisuje vztah mezi rostlinami a stresovými faktory okolního prostředí, se zvláštním zřetelem na biotické i abiotické stresy. Zabývá se procesy generativního rozmnožování a jeho regulace.

Je žádoucí předem absolvovat buď přednášku z Anatomie a morfologie rostlin nebo přednášky z Anatomie rostlin a Morfologie rostlin.