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.
Osmóza – Pronikání 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.
hypertonické – prostředí 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:
- apoplastická cesta – přes BS a mezibuněčnými prostory=intercelulárami je rychlejší.
- 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 CO2 – RUBISCO.
- 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=kvašení–při nedostatku O2 : z Hexózy → laktát nebo etanol + CO2 + energie (nebezpečné produkty pro rostlinu, musí být rychle odbourány)
- Oxidační pentózový cyklus– dodává energii a CO2 , z Hexózy → Pentóza + CO2 + 2 NADPH
Mitochondrie
- Citrátový = Krebsův cyklus – rozklad 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
- autotrofní = schopnost vytvářet si z jednoduchých látek, složité látky, schopnost mají zelené rostliny.
- 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
- 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:
- makrobiogenní – C,O,H,N,S,K,P,Mg,Ca,Fe – stavební funkce
- 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 :
- a) embryonální – dělením buněk dochází ke zvětšování jejich počtu (meristémy, kambium a felogen).
- b)prodlužovaní – buňky se již nedělí, jen vakuoly zvětšují svůj objem a později splývají v jednu velkou.
- c)diferenciační – se buňky tvarově odlišují, rozrůzňují k vykonávání specializovaných funkcí.
- 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
- Vnější faktory růstu –světlo, 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 rostliny – Části 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 růstu – Růst 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
- a) krátkodenní– rostliny krátkého dne (méně než 12 hodin světla) kukuřice, rýže, chryzantéma
- b) dlouhodenní- rostliny dlouhého dne (více než 12 hodin světla) obilniny, špenát, ředkvička, salát
- c) neutrální- hrachor, fazol, rajče
- 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
- fylogeneze – vývoj od nejprimitivnějších k nejsložitějším organismům
- ontogeneze – od splynutí pohlavních buněk po zánik, odlišná u živočichů
dělí se na 4 fáze:
- embryonální – od vzniku zygoty splynutí spermie a vajíčka) po dozrání semene
- vegetativní – od klíčení semene – vznikají pouze vegetativní orgány
- období dospělosti – kvetení, tvorba gamet nebo spor – schopnost pohlavního rozmnožování
- 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
- FYZIKÁLNÍ – Mohou být vykonávány jak živými, tak i odumřelými částmi rostlin.
- a) Hygroskopické pohyby– Způsobeny bobtnáním a propustnosti buněčných stěn (otvírání šišek jehličnanů za sucha – zavírání za vlhka, spirálovité kroucení lusků)
- 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.
- VITÁLNÍ – Jsou výsledkem životních projevů rostliny
- 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.
- b) Ohyby -Pouze část rostliny se ohne. Růstové-ohýbání kořene -nevratné, turgorové ty jsou vždy vratné.
- 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).