Roslina a srodowisko eserved@d = *@let@token
advertisement
ROŚLINA A ŚRODOWISKO Fizjologia i Regulacja Metabolizmu Jarosław Szczepanik Zakład Ekofizjologii Molekularnej Roślin, Instytut Biologii Eksperymentalnej i Biotechnologii Roślin Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin FIZJOLOGIA I REGULACJA METABOLIZMU: PLAN WYKŁADÓW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Organizm a środowisko (rośliny i zwierzęta, W) – 13 II Fotosynteza i oddychanie (rośliny, WKC) – 20 II System przewodzący (rośliny, WKC) – 27 II Odżywianie, układ pokarmowy (zwierzęta, WKC) – 5 III Układ krążenia i oddechowy (zwierzęta, WKC) – 12 III Gospodarka wodna i mineralna (rośliny, WKC) – 19 III Gospodarka wodna i mineralna (zwierzęta, WKC) – 26 III Przekazywanie sygnału (rośliny, WKC) – 2 IV Przekazywanie sygnału (zwierzęta, WKC) – 16 IV Ruch (rośliny, WKC) – 23 IV Ruch (zwierzęta, WKC) – 30 IV Stres (rośliny i zwierzęta, W) – 7 V Rozmnażanie (rośliny i zwierzęta, W) – 14 V W – wykład, K – konwersatorium, C – ćwiczenia J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin FIZJOLOGIA I REGULACJA METABOLIZMU: TEMATY KONWERSATORIÓW 20 II: W: Fotosynteza i oddychanie K: Czy rośliny odniosą korzyść ze zmian klimatu? 27 II: W: System przewodzący K: Biologia roślin pasożytniczych, autotrofia w świecie zwierząt 19 III: W: Gospodarka wodna i mineralna K: Reakcje roślin na zanieczyszczenie metalami ciężkimi 2 IV: W: Przekazywanie sygnału K: Komunikacja międzyosobnicza u roślin 23 IV: W: Ruch K: Biologia roślin drapieżnych J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Plan prezentacji 1 Wstęp Definicja i zakres badań fizjologii roślin Specyfika budowy i funkcji organizmu roślinnego 2 Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Światło Woda Temperatura Właściwości gleby J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Czym jest przyroda? J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Czym jest przyroda? J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Miejsce fizjologii wśród nauk biologicznych Poziom organizacji Cząsteczki Geny Komórki Organizm Gatunek Biocenoza Aspekt strukturalny genetyka cytologia anatomia taksonomia ekologia J. Szczepanik Aspekt funkcjonalny biochemia biologia molekularna biologia komórki fizjologia ewolucjonizm autoekologia BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Obszary zainteresowań fizjologii roślin Aspekt poznawczy Aspekt praktyczny roślina w zmiennym środowisku naturalnym roślina w zmiennym środowisku przekształconym przez człowieka procesy rozwojowe fotosynteza, oddychanie podstawy plonowania procesy transportowe gospodarka wodna i mineralna wymagania wodne i glebowe oddziaływanie ze środowiskiem odporność na stresy reakcje roślin na zmiany klimatu przepływ informacji na poziomie komórki i organizmu wczesne wykrywanie zagrożeń i reakcji na stresy J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Królestwo roślin na drzewie życia Barton i in., 2007 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Komórka roślinna Linka, 2007 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Komunikacja wewnątrzkomórkowa Stromule – chloroplastowy system przekazywania informacji Kwok i Hanson, 2003 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Symplast i komunikacja międzykomórkowa Lucas, 1995 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin System przewodzący – jeden układ koordynujący większość czynności życiowych rośliny Linka, 2007 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Roślina jako system niejednorodny troficznie J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Rośliny jako haplo-diplobionty J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Widmo promieniowania elektromagnetycznego UV-C – 0,18–0,29 µm (bakteriobójcze) UV-B – 0,29–0,32 µm UV-A – 0,32–0,38 µm (fotochemiczne) zakres widzialny – 0,38–0,78 µm (fotochemiczne) IR-A – 0,78–1,50 µm (termiczne) J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Zróżnicowanie wymagań świetlnych roślin Skiofity – rośliny cieniolubne < 50% pełnego światła J. Szczepanik Heliofity – rośliny światłożądne 100% pełnego światła BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Fotomorfogeneza J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Wrażliwość roślin na światło Salisbury i Ross, 1975 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Receptory światła u roślin Hornitschek i in., 2009 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Model rytmów okołodobowych Kondo i Ishura, 1999 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Zróżnicowanie wymagań wodnych roślin kserofit – siedlisko suche hygrofit – siedlisko wilgotne mezofit – siedlisko umiarkowane hydrofit – roślina wodna J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Stadium rozwojowe a głębokość pobierania wody na przykładzie Quercus emoryi Wiliams i in., 1999 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Względna wrażliwość różnych procesów w roślinie na stres wodny Pugnaire, 1999 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Przystosowania roślin do suszy Rośliny wrażliwe na suszę Rośliny odporne na stres wodny Ogólne cechy budowy słabiej rozwinięty system przewodzący i korzeniowy, aparaty szparkowe po obu stronach liści dobrze rozwinięty system przewodzący i korzeniowy, aparaty szparkowe tylko po spodniej stronie liści Mechanizmy i cechy pozwalające na unikanie stresu suszy dostosowanie cyklu rozwojowego do dostępności wody w środowisku wydajny system przewodzący (rozwinięte korzenie, szersze naczynia, gęstsze użyłkowanie, skrócenie międzywęźli) organy podziemne ograniczenie transpiracji (zamykanie szparek, mała powierzchnia liści), magazynowanie wody (sukulenty) Mechanizmy i cechy pozwalające na tolerancję stresu suszy przejście w stan anabiozy, mechanizmy naprawcze, mechanizmy naprawcze, akumulacja substancji ochronnych brak J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Stres zatopienia systemu korzeniowego J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Skutki niedoboru tlenu (hipoksji/anoksji) dla roślin akumulacja produktów fermentacji uszkodzenia błon komórkowych zaburzenia funkcjonowania systemu przewodzącego ACC – kwas 1-aminocyklopropano-1-karboksylowy, prekursor etylenu brak pobierania, wymywanie i rozcieńczanie nutrientów rozwój mikroorganizmów nadprodukcja etylenu epinastia usychanie i zamieranie pędów Jackson, 1997 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Reakcje korzeni systemu korzeniowego na zatopienie 1. 2. 3. 4. Kontrola Napowietrzanie plus etylen Hypoksja Anoksja Marschner, 1995 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Występowanie roślin w zależności od temperatury Gusta i in., 1996 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Temperatura czynnikiem determinującym występowanie roślin Podbielkowski, 1997 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice odporności wybranych roślin (A) i organów eukaliptusa (B) na wysoką temperaturę Kreeb, 1979 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Odporność na wysoką temperaturę gatunków saharyjskich i sawannowych Kreeb, 1979 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Wpływ transpiracji na temperaturę wewnętrzną liścia A – liść kontrolny; B – liść odcięty; L – temperatura powietrza; R – granica odporności (~ 46 ◦ C) Kreeb, 1979 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Temperatura a lotne związki organiczne J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Stres niskiej temperatury mróz – < 0 ◦ C chłód ostry – 0–10 ◦ C chłód umiarkowany – 10–15 ◦ C J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice odporności roślin na mróz Temperatura [ ◦ C] Gatunek/grupa roślin Rośliny borealne, arktyczne i alpejskie: sosna wejmutka, góry rośliny drzewiaste, Syberia limba, góry Cochlearia fenestrata, Arktyka -76 -60 -47 -46 Pąki roślin drzewiastych, Europa środkowa: brzoza brodawkowata buk grab, jesion, dąb klon -47 -29 -27 -21 Młode liście roślin klimatu umiarkowanego: leszczyna grab buk, dąb ostrokrzew -16 -5 -2 -1 Gatunki śródziemnomorskie: cyprys oliwka wawrzyn oleander rozmaryn -15 -11 -10 -9 -7 Gatunki tropikalne +10 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Uszkodzenia roślin podrównikowych w niskiej temperaturze Gatunek Pierwsze uszkodzenia po upływie: Episcia bicolor Sciadocalyx warszewicii Eranthemum tricolor Sanchezia nobilis Rheo discolor Bertolonia marmorata Daedalacanthus sp. Martwe blaszki liściowe po upływie: 12 h 24 h 48 h 1–4 dni 8 dni 12 dni 20 dni J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko 4 5 5 8–10 27 20 30–35 dni dni dni dni dni dni dni Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Rośliny uprawne a klimat Rośliny uprawne z klimatu chłodnego: Rośliny uprawne z klimatu gorącego: gorczyca bawełna groch dynia jęczmień fasola kapustowate kukurydza len ogórek owies papryka pszenica pomidor rzepa ryż sałata słonecznik ziemniak soja żyto tytoń J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Sezonowa aktywność roślin drzewiastych Sakai i Larcher, 1987 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Hartowanie na mróz u rzepaku Sakai i Larcher, 1987 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Właściwości podłoża wpływające na wzrost i rozwój roślin zawartość nutrientów odczyn (pH) zasolenie elewacja i nachylenie podłoża wilgotność i stopień napowietrzenia gleby J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Torfowisko nakredowe – ubogie zbiorowisko na bogatym podłożu J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Rozkład gleb o dużym zasoleniu Pessarakli, 1999 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Wytrzymałość roślin uprawnych na zasolenie Kreeb, 1979 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Roślina a środowisko – podsumowanie Podbielkowski, 1997 J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko
