Sylabus
1. Fyziologie rostlin (FR) jako obor experimentální botaniky: Předmět a metody FR, znaky vymezující rostliny a jejich funkce mezi živými organismy (evoluční význam charakteristických struktur: celulózní buněčná stěna, chlorofyl, vakuola, průduchy, meristémy, semena), hierarchická struktura rostlin. Osobnosti dějin FR. 2. Regulátory rostlinného růstu (RRR) / fytohormony (FH) Vysvětlení pojmů RRR a FH, základní odlišnosti rostlinných a živočišných FH. Stimulátory a retardanty. Historie objevů hlavních tříd FH (auxiny, cytokininy, gibereliny, etylen, kys. abscissová). Místa syntézy FH v rostlině, transport FH. Specifikace metabolického / biologického účinku jednotlivých typů RRR / FH, jejich signálních drah , příklady: vliv na růstové a vývojové procesy, transport, stresové reakce. Úloha FH v interakcích rostlina x prostředí, rostlina x mikroorganismy. Využití FH a RRR v rostlinných biotechnologiích i v konvenční zemědělské praxi. 3. Fotosyntéza 1 .Význam fotosyntézy (potraviny, krmiva, suroviny, energie, složení atmosféry)
Sluneční záření: spektrum (energie kvanta, vliv teploty na vyzařovanou energii, zákon Stefanův-Boltzmanův, Wienův zákon posuvu), fyziologické účinky jednotlivých spektrálních oblastí. Tok hmoty a energie: koloběh látek (org. látky, O2, CO2), výměna hmoty, energie a informací mezi rostlinou a obklopujícím ji prostředím. Auto- hetero- a mixotrofie.Základy energetické bilance listu, formy energie přijímané a vydávané listem. Fotosyntetické struktury: chloroplasty a pigmenty (chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny). Fixace zářivé energie (přenos elektronů, tvorba ATP, redukce NADP+) a CO2, fotorespirace. Rostliny C3, C4 a CAM (charakteristické struktury a procesy). 4. Fotosyntéza 2. Vliv vnějších (koncentrace CO2, ozářenost, teplota, O2) a vnitřních (obsah minerálních živin a vody, anatomické struktury, stáří) faktorů na rychlost fotosyntézy. Růstová analýza (LAI, RGR, NAR). Charakteristika produktivity porostů (pokryvnost listoví, prostorová orientace listů, sklizňový index). Skleníkový efekt na Zemi a vliv zvyšující se koncentrace CO2 na globální změny klimatu.Transport a distribuce asimilátů, mechanizmus transportu, sink. 5. Dýchání. Stavba mitochondrií, glykolýza, Krebsův cyklus, oxidativní fosforylace, dýchání rezistentní ke kyanidu. Vliv vnějších a vnitřních faktorů na rychlost dýchání. Vztah mezi fotosyntézou a dýcháním. Složky dýchání (udržovací, růstová, transportní, dýchání spojené s příjmem a asimilací nitrátu. Účinnost růstu. Principy metod měření rychlosti fotosyntézy, fotorespirace a dýchání. Matematické modely fyziologických procesů (fenomenologické a funkční, příklady jednoduchých i komplexních modelů). Metabolizmus sacharidů, bílkovin, tuků, heterocyklických a aromatických látek. 6. Vodní provoz 1: Obsah vody v rostlinách, vodní sytostní deficit. Fyzikální vlastnosti vody významné pro život rostlin. Význam koheze a adheze pro výstup vody v kapiláře, aplikace na vstup vody do rostlin. Jistoty a pochybnosti kohesní teorie. Vodní potenciál a jeho složky (osmotický, tlakový, gravitační a matriční), vodní potenciál vodní páry ve vzduchu. Uplatnění vodního potenciálu v příjmu, vedení a výdeji vody. Vodní potenciál jednotlivých složek celého systému "Půda - rostlina - atmosféra". Transpirace jako difuze vodní páry, odvození difuzních odporů (hraniční vrstvy, průduchů, intercelulár, mesofylu) a způsoby jejich stanovení. Stavba a funkce průduchů, vliv vnějších faktorů na otevřenost průduchů, metabolické principy otevírání a zavírání průduchů..Význam vodního provozu rostlin pro pěstování rostlin a životní prostředí.Principy metod měření příjmu, transportu a výdeje vody. 7. Minerální výživa: Obsah prvků v rostlinách, změny během ontogeneze, závislost na jejich obsahu ve vnějším prostředí. Příjem, funkce a utilizace iontů. Koloběh N, P, K v přírodě. Půda a její složení, přeměny N sloučenin v půdě. Dusík: asimilace a význam pro rostlinu, vliv na rychlost čisté fotosyntézy. Diazotrofní organismy. Symptomy deficitu živin. Testy pro stanovení stavu zásobení rostlin minerálními živinami. Zákon minima. Listová analýza (anorganické rozbory živin), hnojení a jeho význam v produkci potravin i vliv na životní prostředí. 8. Růst a vývoj rostlin. Základní pojmy: růst a vývoj rostlin, životní cyklus rostlinných buněk. Růstové fáze: dělení, růst dlouživý a objemový, diferenciace, stárnutí, smrt. Projevy růstu a způsoby jejich měření. Diferenciace buněk, pletiv a orgánů. Vnitřní a vnější činitelé růstu. Vývojové fáze, etapy: embryonální, juvenilní, zralosti, stárnutí. Dormance pupenů, plodů a semen, základní mechanismy. Vývojový účinek záření, vliv na tvorbu květů a hlíz, vliv na klíčení semen. Receptory záření červeného, modrého a UV. Fytochrom: charakteristika a biologická funkce. Fotomorfogeneze a skotomorfogeneze. Vývojový účinek teploty: vernalizace, stratifikace.Vegetativní a reproduktivní fáze vývoje: fotoperiodizmus, rostliny krátkodenní, dlouhodenní, neutrální. Jarovizace x fotoperiodická regulace kvetení. Úloha FH a "nehormonálních" látek v indukci kvetení. Molekulárně-biologické aspekty kvetení, homeotické geny. 9. Pohyby rostlin Molekulárně-buněčné principy pohybů jednobuněčných a mnohobuněčných organismů. Vnitrobuněčné pohyby rostlin, projevy a mechanismy."Pohyby" fyzikální a pohyby vitální: lokomoční a paratonické. Tropizmy: typy, příklady, mechanizmy geotropizmu a fototropizmu. Nastie: typy, příklady, mechanizmy. 10. Fyziologie stresu: základní typy stresu, průběh stresové reakce, adaptace na stres. Příklady a mechanismy různých typů abiotického stresu: teplotní (vysoká teplota), chladový, vodní stres, mrazové poškození, nedostatek kyslíku, vliv zasolení/osmotický stres. Účinek těžkých kovů, interakce nízkého pH a hliníku. Účinky dalších xenobiotik. Společné mechanizmy stresových reakcí, stresové proteiny, resistence x tolerance. Bioremediace. Typy biotického stresu: alelopatie, interakce s býložravými živočichy, působení patogenních mikroorganizmů. Signalizace rostlina x patogen: elicitory, fytoalexiny / fytoanticipiny. Patotoxiny. Kombinovaný účinek patogenů, pasivní a aktivní ochrana. Hypersensitivní reakce. Programovaná buněčná smrt a její úloha v životě rostliny. Saprofytizmus, parazitizmus. Symbiotická fixace molekulárního dusíku: symbioza nodulující, nenodulující a asociativní. Interakce rostlina x symbiont: signalizace a selektivní genová aktivace. Mykorhiza: typy a principy interakce rostlina x symbiont. 11. Generativní a vegetativní rozmnožování rostlin in vivo, příklady, typy a principy regeneračních procesů. Buněčná teorie Schleiden / Schwann, její postupné experimentální ověření metodologií explantátových kultur (EK). Základní techniky EK: buněčné kultury, somatická a pylová embryogeneze, organogeneze, somatická hybridizace, transgenní rostliny. Rostlinné biotechnologie v zemědělství a lesnictví: explantátové ozdravování, množení a šlechtění kulturních rostlin, produkce primárních a sekundárních metabolitů. Přínosy a rizika genových manipulací. 12. Praktická cvičení. Principy a interpretace metodických postupů z praktických cvičení.
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.