Fyziologie rostlin

VODNÍ REŽIM ROSTLIN

 

Průměrný obsah vody v pletivech je asi 70-80% hmotnosti rostliny. Převážná část rostlin nemá schopnost tolerovat větší ztráty vody. Vodní režim zahrnuje procesy příjmu, vedení a výdeje vody. Největší množství je absorbováno v oblasti kořenového vlášení. Voda se v rostlině pohybuje ve směru: Půda – rostlina – atmosféra. Na příjmu a vedení vody se uplatňují hlavně procesy difuze a osmózy.

 

Difuze pronikání molekul vody z míst kde ji je více (půda – vyšší koncentrace) do míst kde jí je méně   (rostlina – nižší koncentrace). Při nadměrném suchu může probíhat i opačně. Platí i pro jiné látky.

OsmózaPronikání molekul vody do místa odděleného cytoplazmatickou m.

 

Turgor – tlak rozpínající se vakuoly na BS. Rostlina přijímá vodu, dokud není vakuola plně nasycená vodou. Prostřednictvím turgoru získává rostlina pevnost. Nadměrná ztráta vody – turgoru vede k vadnutí rostliny.

 

K příjmu vody dochází v prostředí:

hypotonickém – s malou koncentrací rozpuštěných látek (tedy více vody) než je ve vakuole – buňka nasává

a zvyšuje se turgor. V extrémním prostředí se buňka neustále zvětšuje a praská = plazmoptýza.

hypertonicképrostředí s velkým množstvím rozpuštěných látek, koncentrace je menší ve vakuole, proto se

voda dostává z buňky do prostředí a protoplast buňky se zmenšuje a odchlipuje od BS = plazmolýza.

 

 

Pohyb vody od rhizodermis až do cévních svazků se uskutečňuje 2 cestami:

  1. apoplastická cesta přes BS a mezibuněčnými prostory=intercelulárami je rychlejší.
  2. symplastická cesta z buňky do buňky přes plazmodesmy, je pomalý vyžaduje energii

 

 

Hlavními tažnými procesy vody v rostlině se uplatňují: transpirace, koheze, kořenový vztlak

Koheze: soudržnost molekul vody, brání přerušení vodního sloupce.

Transpirace: proces odpařování vody z nadzemních orgánů (listů). Nedůležitějším typem transpirace je

průduchová transpirace – voda je uvolňována prostřednictvím vodní páry do okolí

Kořenový vztlak: nasávaní a vytlačování vody směrem vzhůru. Je to energeticky náročný proces.

U nepoškozené rostliny se může projevit kořenový vztlak Gutací, vytlačování vody v kapalném

skupenství přes speciální buňky hydatody (jahodník kontryhel). Uplatňuje se časně z rána po

chladné noci, kdy je vzduch plně nasycen vodní parou a transpirace u rostlin není možná.

 

Vodní bilance: poměr mezi příjmem a výdejem vody, výdej je obvykle vyšší. Nadměrný výpar pak vede k vodnímu deficitu – k vadnutí rostliny. Každé vadnutí způsobuje rostlině vodní stres – projevuje se snížením růstu nadzemních částí až zastavením. Rostliny na vodní deficit reagují uzavřením průduchů (aby zamezily transpiraci, protože voda je důležitější než fotosyntéza).

FOTOSYNTÉZA

Rostliny čerpají energii z fotosyntézy. K tomu je potřeba energie ze slunečního záření k syntéze sacharidů z jednoduchých látek (CO2 a H2O). Tento proces probíhá v chloroplastech.

 

6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

 

Složitý soubor reakcí lze rozdělit na primární (přeměna sluneční energie) a sekundární děje (přeměna látek).

 

Primární děje: probíhají za světla v thylakoidních membránách chloroplastů, pohlcení světla a jeho přeměna na ATP, NADPH. (fotosynteticky aktivní záření je v rozmezí 400-700nm, z denního světla rostlina nejvíce spotřebuje modrofialové a tmavě červené světlo) v chloroplastech

Nejdůležitějším barvivem schopným využít zachycenou energii je chlorofyl a (b,c, karotenoidy a xantofyly)

 

Získaná energie se využije na rozklad H2O za uvolnění O2= fotolýza vody

Kationty H+ jsou pak využity pro vznik NADPH (energetická molekula): NADP+ + H+ + 2e → NADPH

 

Výsledkem primárních procesů F. je vznik ATP a NADPH a uvolnění H+ při fotolýze vody. Rostliny pak využívají tuto energii k redukci CO2 při syntéze sacharidů.

 

 

Sekundární děje: (redukce C), probíhají za světla i za tmy, podstatou jsou procesy spojené s fixací CO2 a

                                                    vznikem glukózy. Probíhají mimo thylakoidy, ve stromatu.

 

U většiny rostlin je akceptorem (enzymem), který reaguje s CORUBISCO.

  • Calvinův cyklus – potřeba energie pro přeměnu C – jeho fixace do organických sloučenin, dodávají ATP a NADPH, enzym RUBISCO (ribuloza-1,5-bifosfát) reaguje s CO2

 

  • Fotorespirace dýchání na světle, RUBISCO se může vázat i s O2 a to mnohem ochotněji než s CO2, kyslíku je mnohem více v chloroplastech, proto probíhá jak C.C. tak Fotorespirace

 

  • C4 rostliny pro zvýšení příjmu CO2 do listu, tyto rostliny mají okolo cévních svazků pochvy cévních svazků – ztlustlé buňky, malé vakuoly,hodně mitochondrií a chloroplastů,místo rubisca se zde uplatňuje PEP karboxyláza, která má mnohem větší fixovací schopnost k CO2 než Rubisco.

Je to hlavně u rostlin suchomilných (kukuřice, tropické trávy) , které musí při vyšších teplotách zavírat průduchy aby se neodpařovala voda, ale nemají tak CO2,, proto užívají tuto cestu fixace C4 : vzniká 4 uhlíkatá sloučenina a CO2 který se pak využívá pro C.C.

 

  • CAM rostliny- fixační cesta u sukulentních rostlin, probíhá ve 2 fázích, přes den a přes noc. Přes den kdy jsou průduchy zavřeny  vzhledem k nadměrnému teplu a výparu, dochází ke štěpení kys. jablečné až na pyruvát a CO2 (pro C.C.), v noci pak vzniká kys. jablečná která je uložená ve vakuole

 

Rychlost fotosyntézy se určuje jako množství spotřebovaného CO2  a vydaného O2

  • Vnější faktory: světlo, CO2, teplota, voda

SVĚTLO: rostoucí intenzita záření zvyšuje fotosyntézu, ale jen do určité úrovně, dokud nejsou chloroplasty

plně nasyceny zářením, pak může dojít k přehřátí rostliny a poškození fotosyntetického aparátu.

CO2:  pozitivně ovlivňuje průběh fotosyntézy

TEPLOTA: naše rostliny- optimum v rozmezí 15-25°C, zhruba při -1°C se u rostlin zastavuje

fotosyntéza a při více jak 30°C rychlost výrazně klesá.

VODA:  je zcela nezbytná, nedostatek se projevuje uzavřením průduchů, a zamezení přístupu CO2

 

  • Vnitřní faktory:  množství chlorofylu, stáří listů, minerální výživa…

Většina asimilátů vytvořená fotosyntézou je během dne zase prodýchána.

 

DÝCHÁNÍ

Je to rozklad produktů fotosyntézy (cukrů-glukózy) za vzniku metabolitů a CO2

                              

Chloroplasty

  • Glykolýza vzniká za dostatku O2, z Hexózy →malát nebo pyruvát

Fermentace=kvašenípři nedostatku O2 : z Hexózy → laktát nebo etanol + CO2 + energie (nebezpečné produkty pro rostlinu, musí být rychle odbourány)

 

  • Oxidační pentózový cyklusdodává energii a CO2 , z Hexózy → Pentóza + CO2 + 2 NADPH

 

Mitochondrie

  • Citrátový = Krebsův cyklusrozklad Pyruvátu → Acetyl-CoA +CO2→ Citrát +CO2

Malátu → Oxalacetát

 

  • Oxidační fosforylace: z ADP→ATP (hlavní energetický zdroj pro rostlinu)

 

Faktory ovlivňující dýchání: teplota- se zvyšující roste i dýchání, ale jen tak do 45°C,pak se denaturují enzymy

                                            vlhkost- zvyšuje dýchání

 

FOTOSYNTÉZA DÝCHÁNÍ
Probíhá Jen v buňkách s chlorofylem Probíhá ve všech živých rostlinných buňkách
Probíhá jen na světle Probíhá na světle i ve tmě
CO2 a H2O vstupuje do fotosyntetických reakcí CO2 a H2O vystupuje z dýchání
Hromadí se energeticky bohaté zásobní látky Zásobní látky se spotřebovávají
O2 se uvolňuje O2 se spotřebovává

VÝŽIVA  ROSTLIN

  1. autotrofní = schopnost vytvářet si z jednoduchých látek, složité látky, schopnost mají zelené rostliny.

 

  1. heterotrofní = jako zdroj uhlíku využívají organické látky z okolí (ne CO2 jako autotrofní org.),

                         saprofyté – vyživují se na odumřelých organizmech a podílejí se na koloběhu látek v přírodě.

                         parazité – cizopasné rostliny čerpající org. látky z živých organizmů. Haustoria u jmelí

 

  1. mixotrofní =u masožravých rostlin (bílkoviny z hmyzu) mají speciální lapací aparát (rosnatka, láčkovka,

mucholapka) získávají dusík

4. Symbióza = soužití dvou organismů, oba mají prospěch, př. lišejníky – heterotrofní vřeckovýtrusná houba + autotrofní řasa nebo sinice = lichenizmus, Mykorhiza – symbióza kořenů vyšších rostlin a podhoubí hub.

 

Minerální výživa rostlin

Jednobuněčné organismy, vodní rostliny - příjem živin celým povrchem těla. Vyšší suchozemské rostliny - kořeny, kořenovým vlásením. Zdroj živin - pevná půda.

Biogenní prvky:

  1. makrobiogenní – C,O,H,N,S,K,P,Mg,Ca,Fe – stavební funkce
  2. mikroboigenní – Cu,Zn,Mn,Mo,B,Cl – součástí chem. procesů v rostlině

 

Makrobiogenní prvky:

Uhlík – stavební prvek, zdrojem CO2, z půdy kořeny HCO3

Kyslík – příjem jako O2 z ovzduší (dýchání) listy, v tělech – kyslík uvolněný štěpením H2O

Vodík – ve vodě – kořeny, metabolismus, stavební buňky

Dusík – N2, nemohou vázat (jen bakterie, sinice), hlízkové bakterie – v symbióze s bobovitými, nedostatek

dusíku – omezení růstu, bledé listy), hodně dusíku – mohutný růst, sytě zelené – např. kopřiva

Fosfor – z půdy H2PO4 a HPO4 – , metabolismus, součástí NK, ATP, vitamínů, nedostatek – bledé a malé

listy, zpomalení růstu, snížení tvorby plodů, fixovat pomáhají houby v symbióze

Síra – z půdy SO4 (sírany) – do aminokyselin a bílkovin, hodně v česneku a cibuli

Draslík -v buněčné šťávě vakuol, zvyšuje odolnost vůči nízkým teplotám a suchu, pohyby průduchů

Hořčík – v chlorofylu, aktivuje enzymy,. fotosyntézu, dýchání, syntéza NK, bílkovin…..

Vápník –  činnost buněčných membrán, aktivita enzymů, dělení buněk

Železo – dýchaní, fotosyntéza, v chloroplastech, nedostatek – žloutnutí listů, rychlý opad listů

 

Mikrobiogenní prvky:

Bór – nedostatek – narušení metabolismu cukrů, tvorba květů a plodů

Zinek –  aktivace enzymů, syntéza bílkovin a auxinu, nedostatek – narušení tvorby semen

Měď –  v semenech, součástí enzymů,

RŮST  ROSTLIN

 

Růst je nevratné zvětšování objemu a hmotnosti související s dělením buněk, jejich zvětšováním.

Rostliny mají na rozdíl od živočichů neukončený růst, což souvisí s jejich nepohyblivostí. Tři fáze růstu :

 

  1. a) embryonální – dělením buněk dochází ke zvětšování jejich počtu (meristémy, kambium a felogen).
  2. b)prodlužovaní – buňky se již nedělí, jen vakuoly zvětšují svůj objem a později splývají v jednu velkou.
  3. c)diferenciační – se buňky tvarově odlišují, rozrůzňují k vykonávání specializovaných funkcí.

 

 

  1. Vnitřní faktory růstu– patří zde rostlinné hormony ( fytohormony ). Rozlišujeme fytohormony růst

podněcující – stimulátory růstu  : auxiny ve vrcholech stonků.

cytokininy v kořenech.

gibereliny v nejmladších listech a kořenech.

 

Další fytohormony brzdící růst – inhibitory růstu:

kyselina abscisová – způsobuje opad listů a plodů, brzdí rozvíjení pupenů v době vegetačního klidu.

Etylen u dozrávajících plodů a v poranění, při opadu listů, květů a plodů,

zpomaluje růst kořene a stonku

 

 

  1. Vnější faktory růstusvětlo, teplota, dostatek vody a živin, znečištěné prostředí.

Světlo – je základním vnějším faktorem, bez něhož není možná fotosyntéza. Má vliv na utváření

nadzemní části rostliny. Při nedostatku světla dochází k etiolizaci – nápadnému

prodloužení stonků  v článcích, potlačení růstu listů a ztrátě zeleného zbarvení.

Teplota – ovlivňuje rychlost růstu. Optimální teplota – rostlina roste nejrychleji.

 Voda – je nezbytná, nejdůležitější. Také nedostatek živin je příčinou zakrnělého růstu rostlin.

Znečištěné prostředí ( voda, vzduch, půda ) – působí nepříznivě na růst rostlin a jejich orgánů.

 

 

 

Růstové korelace -Všechny části rostlinného těla tvoří jednotnou soustavu. Změna v jedné části rostlinného těla působí fyziologicky na části ostatní. Toto vzájemné působení a ovlivňování se nazývá korelace. Když je orgán ve spojení s celou rostlinou, chová se jinak, než když je od ní oddělen. Z listů na rostlině nevyrůstají kořeny. Když ale list oddělíme a dáme do vlhkého písku, po určité době z něho mohou vyrůst kořeny. Cílem korelace je to, aby byla dosažena rovnováha, která  byla nějakým způsobem porušena.

 

 

Regenerace rostlinyČásti těla, které rostlina ztratila, nebo se opotřebovaly, nahrazuje regenerací. Například jizvy po opadaných listech se hojí korkem a z pupenů vyrůstají nové listy. Při regeneraci ran se na stromech po odříznutí větví tvoří hojivé pletivo (kalus, kalóza), které ránu dobře zacelí.

Periodicita růstuRůst rostlin kolísá ve dne a v noci, a různých ročních obdobích, a za různých podmínek. V noci zpravidla zrychlují růst a ve dne zpomalují. V roční periodicitě se střídá vegetační období-růst, s vegetačním klidem. Je to ovlivněno teplotou, světlem a vlhkostí.

 

Fotoperioda = délka denního světla, která u rostlin stimuluje kvetení

  1. a) krátkodenní– rostliny krátkého dne (méně než 12 hodin světla) kukuřice, rýže, chryzantéma
  2. b) dlouhodenní- rostliny dlouhého dne (více než 12 hodin světla) obilniny, špenát, ředkvička, salát
  3. c) neutrální- hrachor, fazol, rajče
  4. d) mix- brambor- z hlediska kvetení dlouhodenní, a při tvorbě hlíz krátkodenní

 

Vernalizace = proces kdy se rostlina připravuje na tvorbu květů, musí předtím projít obdobím chladu.

 

 

VÝVOJ  ROSTLIN

 

  1. fylogeneze – vývoj od nejprimitivnějších k nejsložitějším organismům
  2. ontogeneze – od splynutí pohlavních buněk po zánik, odlišná u živočichů

 

dělí se na 4 fáze:

  1. embryonální – od vzniku zygoty splynutí spermie a vajíčka) po dozrání semene
  2. vegetativní – od klíčení semene – vznikají pouze vegetativní orgány
  3. období dospělosti – kvetení, tvorba gamet nebo spor – schopnost pohlavního rozmnožování
  4. období stárnutí – převládají katabolické děje – rozkladné, neschopnost pohl. rozmn., smrt rostliny

 

V průběhu ontogeneze nastává střídání vegetativní, reprodukční a odpočinkové – klidové fáze.

Klidová fáze = dormance = adaptace rostlin na nepříznivé podmínky

  • Dormance z vnitřních příčin – způsobeno produkcí fytohormonů inhibitorů
  • Dormance z vnějších příčin = vynucená dormance – rostlina se nachází v nepříznivých podmínkách

 

Klíčení semen = přechod z klidové fáze k růstu zárodku a vzniku klíční rostliny

  • Semena nejdříve přijímají vodu – bobtnají – semena mrtvá i živá
  • Podmínky klíčení – teplo, voda, vzduch

 

Životní cyklus rostlin trvá různě dlouhou dobu. Podlé délky cyklu se rostliny rozdělují na :

efeméry – celý vývoj od vyklíčení po tvorbu semen trvá jen několik týdnů – rozrazil břečťanolistý

jednoleté = letničky – 1 vegetační období (0,5roku) vytvoří vegetativní i generativní orgány (slunečnice,

hrách, obiloviny, konopí) pak hynou

dvouleté – v 1.roce vytvoří pouze vegetativní orgány, ve 2. generativní, (mrkev, cibule, česnek,..)

vytrvalé – plodí dokud nezestárnou- ovocné stromy

ozimy– růst začínají v chladném období, na zimu přezimují-obilniny

 

 

ROZMNOŽOVÁNÍ  ROSTLIN

 

nepohlavní  – vznikají geneticky totožné organismy

fragmentace stélky (rozpad těla, každý kousek doroste)

             výtrusy

             oddenky – (podzemní stonky – pýr)

oddenkové hlízy – brambory

kořenové hlízy – jiřiny, pivoňky

             šlahouny – jahodník

řízkování – (listové, stonkové, kořenové)

hřížení – (stonek do země – zakoření)

cibule- česnek

 

Pohlavní  rozmnožování – vzniká větší množství různých druhů. Primárně se ale rostliny rozmnožují

nepohlavně (jednodušší, rychlejší)

Dochází ke splývání 2 pohlavních buněk Þ zygota

izogamie – stejná velikost gamet

anizogamie – vaječné buňky nepohyblivé, spermatické pohyblivé (tvarově odlišné buňky)

oogamie – pohlavní buňky vznikají ve specializovaných pohlavních orgánech

samčí pohlavní orgán – pelatka (vyšší rostliny tyčinka)

samičí pohlavní orgán – zárodečník (u vyšších rostlin pestík)

 

téměř u všech rostlin se střídá pohlavní a nepohlavní rozmnožování = RODOZMĚNA (METAGENEZE)

 

2 typy rostlinného těla:

sporofyt – vznikají na něm spóry (mechy = štět s tobolkou, od kapraďorostu = celá zelená rostlinka)

gametofyt – vytváří gamety – pohlavní buňky (mechy = zelená rostlinka, kapraďorosty = prvoklíček).

 

POHYBY ROSTLIN

 

Málo rostlin má schopnost lokomočního pohybu (z místa na místo),  přesto jsou schopny pohybu.

Pohyb rostlin je většinou pomalý – nezaznamenatelný obyčejným pozorováním. Odlišujeme pohyby aktivní (vykonávají rostliny samy) a pasivní způsobené vnějšími faktory (vítr, voda, gravitace, živočichové )

 

PASIVNÍ  POHYBY–  přizpůsobení třeba vzdušnými vaky, háčky – př. roznos semen.

 

AKTIVNÍ POHYBY  –  vitální  a fyzikální

 

  1. FYZIKÁLNÍ – Mohou být vykonávány jak živými, tak i odumřelými částmi rostlin.
  2. a) Hygroskopické pohyby Způsobeny bobtnáním a propustnosti buněčných stěn (otvírání šišek jehličnanů za sucha – zavírání za vlhka, spirálovité kroucení lusků)

 

  1. b) Mrštivé (explozivní) -Například zralé tobolky netýkavky – jsou citlivé na dotyk, který vyvolá tlak turgoru v pletivu tobolky a tím se svinou chlopně a vymrští semena do okolí.

 

  1. VITÁLNÍ – Jsou výsledkem životních projevů rostliny
  2. a) Lokomoční ( taxe ) – Pohyb celého organismu z místa na místo. Pohyby jsou vyvolané podrážděním a jsou orientované –  pozitivní (směrem ke zdroji podráždění) x negativní (od zdroje podráždění)

např. fototaxe – listy s chloroplasty se natáčejí hranou při silném záření ke zdroji světla místo plochou.

 

  1. b) Ohyby -Pouze část rostliny se ohne. Růstové-ohýbání kořene -nevratné, turgorové ty jsou vždy vratné.

 

  1. c) Indukované Mohou být  růstové či turgorové. Vznikají z vnitřních  příčin = bez ohledu na vnější podmínky (kývavé pohyby lodyžek klíčních rostlinek, kruhové pohyby ovíjivých stonků před zachycením)

 

c 1) Tropismy – Orientované vůči zdroji podráždění   

 – Fototropismus – vyvoláno  jednostranným osvětlením. K pohybům dochází účinkem fytohormonů. Nadzemní části rostliny bývají kladně fototropické (natáčejí se ke zdroji), kořeny nereagují nebo jsou záporně fototropické.

 

 – Geotropismus – je vyvolán zemskou gravitací. Většina hlavních stonků je negativně geotropických (rostou směrem od země nahoru), hlavní kořeny naopak pozitivně geotropické (rostou do země). Receptorem – kořenová čepička, v ní uložen přesýpavý škrob.

 

 

c 2)  Nastie pohyby vyvolané změnou teplot, intenzity světla, otřesy…

 – Termonastie – Reakce na změnu teploty – otevírání květů (tulipán) v teplé místnosti, zavírání v chladu.

 

 – Fotonastie–  Reakce na změnu intenzity světla. Projevuje se otevíráním a zavíráním květů.

 

– Seizmonastie – Projevuje se sklápěním listů na dotek nebo otřes (šťavel, citlivka), sklápěním žláznatých chlupů (rosnatka) – pozorovatelné pouhým okem. Způsobené změnou turgoru.

 

 – Nyktinastie – spánkové pohyby, vyvolané střídáním dne a noci. Například sklápění listů na noc. (fazol).