Ro–lina a –rodowisko...Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice odporności roślin na mróz Gatunek/grupa roślin Temperatura [ C] Rośliny borealne, arktyczne

ROŚLINA A ŚRODOWISKOFizjologia 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 Organizm a środowisko (rośliny i zwierzęta, W) – 13 II2 Fotosynteza i oddychanie (rośliny, WKC) – 20 II3 System przewodzący (rośliny, WKC) – 27 II4 Odżywianie, układ pokarmowy (zwierzęta, WKC) – 5 III5 Układ krążenia i oddechowy (zwierzęta, WKC) – 12 III6 Gospodarka wodna i mineralna (rośliny, WKC) – 19 III7 Gospodarka wodna i mineralna (zwierzęta, WKC) – 26 III8 Przekazywanie sygnału (rośliny, WKC) – 2 IV9 Przekazywanie sygnału (zwierzęta, WKC) – 16 IV10 Ruch (rośliny, WKC) – 23 IV11 Ruch (zwierzęta, WKC) – 30 IV12 Stres (rośliny i zwierzęta, W) – 7 V13 Rozmnażanie (rośliny i zwierzęta, W) – 14 V

W – wykład, K – konwersatorium, C – ćwiczenia

J. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko


FIZJOLOGIA I REGULACJA METABOLIZMU:TEMATY KONWERSATORIÓW

20 II:W: Fotosynteza i oddychanieK: Czy rośliny odniosą korzyść ze zmian klimatu?

27 II:W: System przewodzącyK: Biologia roślin pasożytniczych, autotrofia w świecie zwierząt

19 III:W: Gospodarka wodna i mineralnaK: Reakcje roślin na zanieczyszczenie metalami ciężkimi

2 IV:W: Przekazywanie sygnałuK: Komunikacja międzyosobnicza u roślin

23 IV:W: RuchK: Biologia roślin drapieżnych



Plan prezentacji

1 WstępDefinicja i zakres badań fizjologii roślinSpecyfika budowy i funkcji organizmu roślinnego

2 Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślinŚwiatłoWodaTemperaturaWłaściwości gleby



Czym jest przyroda?



Czym jest przyroda?



Czym jest przyroda?



Miejsce fizjologii wśród nauk biologicznych

Poziom organizacji Aspekt strukturalny Aspekt funkcjonalny

Cząsteczki biochemiaGeny genetyka biologia molekularnaKomórki cytologia biologia komórkiOrganizm anatomia fizjologiaGatunek taksonomia ewolucjonizmBiocenoza ekologia autoekologia



Obszary zainteresowań fizjologii roślin

Aspekt poznawczy Aspekt praktyczny

roślina w zmiennym środowisku roślina w zmiennym środowiskunaturalnym przekształconym przez człowieka

procesy rozwojowe podstawy plonowaniafotosynteza, oddychanie

procesy transportowe wymagania wodne i glebowegospodarka wodna i mineralna

oddziaływanie ze środowiskiem odporność na stresyreakcje roślin na zmiany klimatu

przepływ informacji na poziomie wczesne wykrywanie zagrożeńkomórki i organizmu i reakcji na stresy



Królestwo roślin na drzewie życia

Barton i in., 2007



Komórka roślinna

Linka, 2007



Komunikacja wewnątrzkomórkowa

Stromule – chloroplastowy system przekazywania informacji

Kwok i Hanson, 2003



Symplast i komunikacja międzykomórkowa

Lucas, 1995



System przewodzący – jeden układ koordynującywiększość czynności życiowych rośliny

Linka, 2007



Roślina jako system niejednorodny troficznie



Rośliny jako haplo-diplobionty



Widmo promieniowania elektromagnetycznego

UV-C – 0,18–0,29 µm (bakteriobójcze)UV-B – 0,29–0,32 µmUV-A – 0,32–0,38 µm (fotochemiczne)

zakres widzialny – 0,38–0,78 µm (fotochemiczne)IR-A – 0,78–1,50 µm (termiczne)



Zróżnicowanie wymagań świetlnych roślin

Skiofity – rośliny cieniolubne< 50% pełnego światła

Heliofity – rośliny światłożądne100% pełnego światła



Fotomorfogeneza



Wrażliwość roślin na światło

Salisbury i Ross, 1975



Receptory światła u roślin

Hornitschek i in., 2009



Model rytmów okołodobowych

Kondo i Ishura, 1999



Zróżnicowanie wymagań wodnych roślin

kserofit – siedlisko suche

mezofit – siedlisko umiarkowane

hygrofit – siedlisko wilgotne

hydrofit – roślina wodnaJ. Szczepanik BiBS, FiRM: Roślina a środowisko


Stadium rozwojowe a głębokość pobierania wody naprzykładzie Quercus emoryi

Wiliams i in., 1999



Względna wrażliwość różnych procesów w roślinie nastres wodny

Pugnaire, 1999



Przystosowania roślin do suszy

Rośliny wrażliwe na suszę Rośliny odporne na stres wodny

Ogólne cechy budowy

słabiej rozwinięty system przewodzący i korzeniowy, dobrze rozwinięty system przewodzący i korzeniowy,aparaty szparkowe po obu stronach liści aparaty szparkowe tylko po spodniej stronie liści

Mechanizmy i cechy pozwalające na unikanie stresu suszy

dostosowanie cyklu rozwojowego do dostępności wydajny system przewodzący (rozwinięte korzenie, szerszewody w środowisku naczynia, gęstsze użyłkowanie, skrócenie międzywęźli)

organy podziemneograniczenie transpiracji (zamykanie szparek, małapowierzchnia liści),magazynowanie wody (sukulenty)

Mechanizmy i cechy pozwalające na tolerancję stresu suszy

brakprzejście w stan anabiozy, mechanizmy naprawcze,mechanizmy naprawcze,akumulacja substancji ochronnych



Stres zatopienia systemu korzeniowego



Skutki niedoboru tlenu (hipoksji/anoksji) dla roślin

akumulacja produktówfermentacji

uszkodzenia błon komórkowych

zaburzenia funkcjonowaniasystemu przewodzącego

brak pobierania, wymywaniei rozcieńczanie nutrientów

rozwój mikroorganizmów

nadprodukcja etylenu

epinastia

usychanie i zamieranie pędów

ACC – kwas 1-aminocyklopropano-1-karboksylowy,prekursor etylenu

Jackson, 1997



Reakcje korzeni systemu korzeniowego na zatopienie

1. Kontrola2. Napowietrzanie plus etylen3. Hypoksja4. Anoksja

Marschner, 1995



Występowanie roślin w zależności od temperatury

Gusta i in., 1996



Temperatura czynnikiem determinującymwystępowanie roślin

Podbielkowski, 1997



Granice odporności wybranych roślin (A) i organóweukaliptusa (B) na wysoką temperaturę

Kreeb, 1979



Odporność na wysoką temperaturę gatunkówsaharyjskich i sawannowych

Kreeb, 1979



Wpływ transpiracji na temperaturę wewnętrzną liścia

A – liść kontrolny; B – liść odcięty; L – temperatura powietrza; R – granicaodporności (~ 46 ◦C)

Kreeb, 1979



Temperatura a lotne związki organiczne



Stres niskiej temperatury

mróz – < 0 ◦C

chłód ostry – 0–10 ◦C

chłód umiarkowany – 10–15 ◦C



Granice odporności roślin na mrózGatunek/grupa roślin Temperatura [ ◦C]

Rośliny borealne, arktyczne i alpejskie:sosna wejmutka, góry -76rośliny drzewiaste, Syberia -60limba, góry -47Cochlearia fenestrata, Arktyka -46

Pąki roślin drzewiastych, Europa środkowa:brzoza brodawkowata -47buk -29grab, jesion, dąb -27klon -21

Młode liście roślin klimatu umiarkowanego:leszczyna -16grab -5buk, dąb -2ostrokrzew -1

Gatunki śródziemnomorskie:cyprys -15oliwka -11wawrzyn -10oleander -9rozmaryn -7

Gatunki tropikalne +10



Uszkodzenia roślin podrównikowych w niskiejtemperaturze

Gatunek Pierwsze uszkodzenia Martwe blaszki liściowepo upływie: po upływie:

Episcia bicolor 12 h 4 dniSciadocalyx warszewicii 24 h 5 dniEranthemum tricolor 48 h 5 dniSanchezia nobilis 1–4 dni 8–10 dniRheo discolor 8 dni 27 dniBertolonia marmorata 12 dni 20 dniDaedalacanthus sp. 20 dni 30–35 dni



Rośliny uprawne a klimat

Rośliny uprawne z klimatu chłodnego:

gorczycagrochjęczmieńkapustowatelenowiespszenicarzepasałataziemniakżyto

Rośliny uprawne z klimatu gorącego:

bawełnadyniafasolakukurydzaogórekpaprykapomidorryżsłoneczniksojatytoń



Sezonowa aktywność roślin drzewiastych

Sakai i Larcher, 1987



Hartowanie na mróz u rzepaku

Sakai i Larcher, 1987



Właściwości podłoża wpływające na wzrost i rozwójroślin

zawartość nutrientówodczyn (pH)zasolenieelewacja i nachylenie podłożawilgotność i stopieńnapowietrzenia gleby



Torfowisko nakredowe – ubogie zbiorowisko nabogatym podłożu



Rozkład gleb o dużym zasoleniu

Pessarakli, 1999



Wytrzymałość roślin uprawnych na zasolenie

Kreeb, 1979



Roślina a środowisko – podsumowanie

Podbielkowski, 1997


Documents

Ro–lina a –rodowisko...Wstęp Czynniki determinujące wzrost i rozwój roślin Granice odporności roślin na mróz Gatunek/grupa roślin Temperatura [ C] Rośliny borealne, arktyczne