Sistematska botanika-01

T. Nikoli Sistematska botanika - Uvod 1


Toni Nikoli prof. dr.

kolegij: BO4035 (2+4+0) 7 ECTSPredavanja BO6 (Maruliev trg 20/2)Praktikumi 8P2 (Maruliev trg 20/1)

Maruliev trg 9a/2 (Botaniki vrt, vea zgrada II kat)tel. 4898-064, ([email protected])

konzultacije i upiti: ponedjeljkom 09.00-10.00 hnajava mailom

Asistenti

Ivana Reetnik dr. sc., Martina Crnjak, dipl. biol. tel. 4898-091 ([email protected])Maruliev trg 9a/2 (Botaniki vrt)


PredavanjaObavezna, bez evidencije

Praktina nastavaObavezna, do 2 opravdana

izostanka u semestru. Evidencija! Turnusi!

Terenska nastavaNa kraju smestra

Izrada zbirke150 herbarskih primjeraka

Organizacija kolegija:


kuta predmetna stakalca (20 kom. po studentu) pokrovna stakalca kutija ileta dvije laboratorijske iglice pinceta (kapaljka) krpica mapa (fascikl) A4 papiri pribor za pisanje i crtanje.

Pribor i materijal za praktinu nastavu:


Redovito pohaanje predavanja Redovito pohaanje praktine

nastave Izraena herbarska zbirka

(kolokvij zbirke) Pismeni kolokviji I, II, III Usmeni ispit (prema rezultatima)

Program:

1. Uvod, definicije2. Povijesni prikaz3. Nomenklatura i determinacija4. Makroklasifikacija5. Izmjena generacija6. Mahovine7. Papratnjae8. Kolokvij I9. Golosjemenjae I10. Kritosjemenjae I11. Kritosjemenjae II12. Kritosjemenjae III13. Kolokvij II14. Kritosjemenjae IV15. Kritosjemenjae V16. Kritosjemenjae VI17. Kritosjemenjae VII18. Kolokvij III

Obaveze i polaganje ispita:

Pravila ponaanja: ne kasniti, uobiajena disciplina, pitati sve, nositi priborOdravanje kolokvija: izvan redovite satnicePrag: 70%


1. Nikoli, T. (2013): Sistematska botanika -raznolikost i evolucija biljnog svijeta. Alfa d.d. 2013, 1-882. Zagreb (udbenik).

2. Nikoli, T. (2013): Praktikum sistematske botanike - raznolikost i evolucija biljnog svijeta. Alfa d.d. 2013, 1-256, Zagreb (udbenik).

Obavezna:

1. Nikoli, T. (1996): Herbarijski prirunik. Zagreb: kolska knjiga d.d. (terenska nastava)

2. Domac R. (1994): Flora Hrvatske. Prirunik za odreivanje bilja. kolska knjiga, Zagreb. (terenska nastava)

3. ugar I. (1990): Latinsko-hrvatski i hrvatsko-latinski botaniki leksikon. JAZU, Zagreb.

4. Nikoli, T. (2006): Flora. Prirunik za inventarizaciju i praenje stanja. Dravni zavod za zatitu prirode, Zagreb. (terenska nastava)

5. Nikoli, T.; Kovai, S. (2008): Flora Medvednice. 250 najeih vrsta Zagrebake gore. kolska knjiga d.d. & Prirodoslovno-matematiki fakultet Sveuilita u Zagrebu, Zagreb, 4-543. (terenska nastava)

6. Kovai, S.; Nikoli, T. i sur. (2008): Flora jadranske obale i otoka - 250 najeih vrsta. kolska knjiga d.d. & Prirodoslovno-matematiki fakultet Sveuilita u Zagrebu, Zagreb, 4-558. (terenska nastava)

Terenska nastava:

popust 10% uz listu


Obavezna:

1. Sistematska botanikahttp://hirc.botanic.hr/sist-bot/sist-bot-home.htm

2. Botaniki Praktikum On-linehttp://www.botanic.hr/praktikum/home.htm

Neobavezna i druga:

1. Flora Croatica Database2. Bibliografija flore Hrvatske3. Internet Directory for Botany4. Sredinja bioloka knjinica

Sve na jednom mjestu:http://www.botanic.hr


http://hirc.botanic.hr/fcd


BOTANIKI PRAKTIKUM ON-LINESadri obraen praktikumski materijal


- osim iz radoznalosti

1. Biljke provode fotosintetske procese

2. Biljke kisikom koje stvaraju, omoguuju nastanak ozonskog sloja

3. Biljke su jedina iva bia na planeti koja mogu u jedinstvenoj kemijskoj reakciji iz anorganskih sastojaka (CO2 i H2O) proizvesti organske spojeve uz sunevu svjetlost kao izvor energije.

4. Biljke su uglavnom dominantna sastavnica veine ekosustava

5. Biljke kao dio ekosustava, utjeu na nastanak tla, protok vode, klimu, proiavanje zraka i vode, sprjeavaju erozije i poplave, te omoguuju ispravno kruenje mnogih elemenata u biosferi (plinova, mikroelemenata)

K: 18 - 22


- osim iz radoznalosti

sabire biljke za hranu uzgaja biljke za hranu uzgaja biljke kao stonu hranu sabire i uzgaja biljke kao materijal sabire i uzgaja biljke za gorivo sabire i uzgaja biljke za proizvodnju ljekova sabire i uzgaja biljke kao dodatak hrani sabire i uzgaja biljke za preobrazbu okolia sabire i uzgaja biljke za druge namjene

Prema podacima FAO-a za 2004., godinja etva itarica u svijetu dosee 2.270.359,82 x103 tona, a plodova i razliitog povra 1.383.649,05 x103 tona.

Iz biljaka se neposredno namiruje 65-95% potreba ljudi za kalorijama, te 30-79 potreba za proteinima (ovisno o podruju).


EVOLUCIJA FILOGENIJA

TAKSONOMIJA

Identifikacija Nomenklatura

Klasifikacija

vrste hierarhija kategorijejedinke i populacije

jednoznano imenovanje, standardizacija, nomenklaturna

pravila, razvoj standarda

jedinke, kategorije, kljuevi za determinaciju, monografije,

ikonografije, opisi

Prouavanje:

izvori varijabilnosti diferencijacija populacija reproduktivna izolacija postanak i porijeklo vrsta hibridizacija biogeografija ...

Prouavanje:

divergencija adaptivna radijacija procesi vrijemenski slijedovi prostorna distribucija rekonstrukcije ...

S I S T E M A T I K A

K: 22-55


1. omoguuje razumijevanje evolucijskih procesa na planeti

2. svakodnevna sastavnica ekologije, molekularne biologije, agronomije, farmacije i drugih primjenjenih i teorijskih znanosti i pod disciplina

3. nuna za razumijevanje i izmjenu informacija o prirodi

4. temeljna ljudska metodologija rada s podacima

5. omoguuje rad s bioraznolikosti (ouvanje)

6. ima ulogu informacijskog sustava7. uzrokom je razvoja specifinih

matematikih i informatikih podruja8. omoguuje odrivo gospodarenje

prostorom i planiranje opstanka9. sastavna je komponenta etnobotanike10. i dr. Goli ovik (Arbutus andrachne L.)


1. Sistematski, tj. filogenetski informativne osobine, poeljno poznatog evolucijskog tijeka, osnova su gradnje dendrograma, filograma i klasifikacijskog sustava openito!

2. Svaka osobina potencijalno moe biti informativna na nekoj klasifikacijskoj razini

3. Izvori informativnih osobina vrlo brojni, dolaze iz razliitih biolokih disciplina!

Morfologija biljaAnatomija biljaCitologijaGenetikaMolekularna biologijaSistematikaPaleobotanikaFitokemijaEkologijaFiziologija biljaPalinologijai dr.

Kako akumuliramo podatke u sistematskoj botanici?

K: 86 - 125


A/ Kvalitativne:A1- binarne, osobina koja uvijek ima samo dva diskretna stanja. Npr. osobinafilotaksija listova u neke skupine moe biti samo izmjenina i nasuprotna. A2 - nominalne neureene, osobina koja moe imati vie od dva diskretna stanja. Npr. osobina boja cvijeta u neke skupine moe biti bijela, crvena, plava i roza.

B/ Kvantitativne:B1 - nominalne ureene, osobina koja moe imati vie od dva diskretna stanja, no vrijednosti stanja su meuovisna i redoslijed je znaajan. Npr. osobina veliina xmoe imati stanja mala, srednja, velika i jako velika.B2 - meristike, osobina koja moe poprimiti cjelobrojnu vrijednost unutar nekog raspona. Npr. osobina broj plodnih listova odreuje koliko plodnih listova gradi ginecej u cvijetu neke svojte, pa ih moe npr. biti 1 (npr. Prunus), 2 (npr. Salix), 3 (npr. Lilium), 4 (npr. Parnassia), 5 (npr. Oxalis), 6 (npr. Butomus), itd.B3 - kontinuirane, osobina koja moe poprimiti bilo koju vrijednost u rasponu od 0 do (ne samo cjelobrojnu). Kontinuirane osobine su najee povezane uz mjerenje nekog svojstva (npr. duljine, irine, mase, povrine, volumen, trajanje, koncentracije, i sl.). Npr. osobina duljina donje usne nekog cvijeta moe biti bilo koja vrijednost unutar raspona od npr. 6,00 mm do 12,5 mm. Unutar ovog raspona postoji neizmjerna broj moguih vrijednosti, tj. stanja za ovu osobinu.


diverzitet evolucija - vrijeme

2. Kladogram ili filogram (filogenija, srodnost)

?

Osobina Kod Stanjaboja 1 crvena

2 s. zelena3 t. zelena4 crna5 s. plava6 t. plava7 oker8 siva

oblik 1 krug2 kvadrat3 trokut

slinost

1. Dendrogram (slinost, razliitost)


Izolacija, promjene uvijeta, selekcija, divergencija, ... evolucija

K: 59 - 83

Video clip:Web Geol


Raflezija (Rafflesia, porodica Rafflesiaceae) je rod koji sadri 15-ak vrsta tropa june Kine, Butana, Tajlanda, Malajskog poluotoka, Filipina, Sumatre, Bornea i zapadne Malezije.

Otkrivena je krajem 18. stoljea u kinim umama Indonezije. Ove neobine biljke nemaju korijen, ni stabljiku, a ni listove. Obligatni endoparaziti korijena i puzajuih izdanaka drvenastih vrsta penjaica

roda Tetrastigma (Vitaceae). Razvijaju se unutar tkiva domadara u obliku filamentoznih haustorija i u cijelosti

ovise o njemu. Jedini dio raflezije koji se moe vidjeti izvan domadara je cvijet najvei u

kritosjemenjaa! Promjer u pojedinih vrsta > 1 m i mase do 10 kg. Od trena pojave pupova do zavretka opraivanja i oplodnje moe proi i ~ 250

dana. Cvjetni pup veliine glavice kupusa postupno se otvara tijekom 24 48 sati i

ostaje otvoren 3 5 dana. Izgledom i bojom, osobito mirisim po trulom mesu privlai kukce opraivae.

U roku od est do osam mjeseci razviju se plodovi. Rasprostiranje - mnoge umske ivotinje: mravi, termiti, vjeverice, mievi, svinje, slonovi i dr. kao konzumenti koji ire sjemenke izmetom ili kao pasivni prenosioci.

Uspjeno prenesena sjemenka nai e se na korijenu ili stabljici domadara te klijanjem razviti haustorije.

Prvo cvjetanje uslijedi nakon 3 4,5 godina od inokulacije. Horizontalni prijenos gena HGT, prijenos izmeu vrsta koje uope nisu

srodne. Filogenetska analiza mitohondrijskih (matR) i jezgrinih lokusa (18S ribosomalne

DNA i PHYC) nedvojbeno smjeta porodicu Rafflesiaceae u red Malpighiales. Meutim mitohondrijski nad1B-C povezuje rafleziju s njezinim domadarom,

rodom Tetrastigma (Vitaceae ). Raflezija je dio svojeg genoma dobila od biljke na kojoj parazitira. Nain ovog

prijenosa jo uvijek nije jasan.Video clip!


podporodica

rod

vrsta

podvrsta

porodica

2 x skupina B

3 x skupina C

5 x skupina D

8 x skupina F

1 x skupina A

Idealna klasifikacija odraz je filogenije, tj. srodstvenih odnosa. Idealna skupina je monofiletska, tj. Svi lanovi vode porijeklo od istog pretka

K: 39 - 55


TAKSONOMSKE ZAVRETCI TAKSONOMSKE KATEGORIJE JEDINICEhrvatski latinski zavreci razlike

Carstvo regnum -ota Plantae

Potcarstvo subregnum -bionta Cormobionta

Odjeljak phylum -phyta stablaice Spermatophyta -mycota gljive

Pododjeljak subphylum -phytina stablaice Magnoliophytina -mycotina gljive

Razred classis -opsida stablaice Magnoliopsida (-atae) stablaice (Magnoliatae) -phyceae alge -mycetes gljive

Podrazred subclassis -idae Asteridae

Taksonomske kategorije u njihova uporaba dogovorena je Kodom botanike nomenklature!


TAKSONOMSKE ZAVRETCI TAKSONOMSKE KATEGORIJE JEDINICEhrvatski latinski zavreci razlike

Nadred superordo -anae Asteranae (=Synandrae)

Red ordo -ales Asterales

Podred subordo -ineae *

Porodica familia -aceae Asteraceae

Potporodica subfamilia -oideae *

Tribus tribus -eae Anthemideae

Rod genus * Achillea

Sekcija sectio, sect. * sect. Achillea

Serija series, ser. * *

(Agregat) (agregatum, agg.) * Achillea millefolium agg.

Vrsta species, spec., sp. * Achillea millefolium L.

Podvrsta subspecies, subsp. * subsp. sudetica (Opiz) Weiss

Varijetet varietas, var. * *

Forma forma, f. * f. rosea


Obzirom na: (1) broj koritenih osobina, (2) nain njihova tretmana i (3) naina analize sadraja razlikuju se tri glavna pristupa sistematske botanike i posljedine klasifikacije:

Umjetna Prirodna Filogenetska

Fenetska klasifikacija,numerika taksonomija

(dendrogrami, statistika)

Kladistika(kladogrami, specifina

statistika)


Odabir to veeg broja osobina za

usporedbu

jedinke, populacije,vrste, rodovi, ...

Opis ili mjerenje osobina, kodiranje

stanja osobina (metode i tehnike sabiranja

podataka)

Os./OTU 1 2 3 4 5 ... ... ... ... n1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 02 1 1 2 2 3 3 4 1 2 23 2 2 4 3 3 5 1 2 2 34 3 3 4 5 6 5 7 8 8 105 2,3 2,4 2,1 2,2 2,2 2,6 2 2,1 2,2 2,8... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

n ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Matrica slinosti, razliitosti, korelacije

Metode izraunavanje slinosti, razliitosti,

zdruenosti i sl.

OTU 1 2 3 4 5 ... ... ... ... n1 1,02 0,5 1,03 0,5 0,3 1,04 0,2 0,4 0,4 1,05 0,0 1,0 0,2 0,1 1,0... ... ... ... ... ... 1,0... ... ... ... ... ... ... 1,0... ... ... ... ... ... ... ... 1,0... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,0n ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,0

Osnovna matrica podataka

Metode nalaenja skupina

Metode grupiranja(clustering methods)

0 2 4 6 8 10

Euklidska udaljenost

C. pyramidalisC. pyramidalisC. pyramidalisC. pyramidalisC. pyramidalisC. pyramidalisC. debarensis

C. retinaC. waldsteinianaC. waldsteinianaC. waldsteiniana

C. velebiticaC. jordanovii

C. rotundifoliaC. velebitica

C. hercegovinaC. justinianaC. justinianaC. velebitica

C. tommasinianaC. tommasiniana

C. hercegovinaC. cespitosaC. velebiticaC. velebitica

C. rotundifoliaC. justinianaC. velebitica

C. marchesettiiC. albanica

C. scheuchzeriC. justinianaC. velebitica

P

o

p

u

l

a

c

i

j

a

Scatterplot (Factor coordinates of cases, based on correlations (Campanula-sdt (-pyramidalis) in Campanula-strani.stw) in

Workbook10 10v*344c)

Factor 1

F

a

c

t

o

r

3

Svojta: C. velebiticaSvojta: C. rotundifoliaSvojta: C. waldsteinianaSvojta: C. justinianaSvojta: C. marchesettiiSvojta: C. hercegovinaSvojta: C. scheuchzeriSvojta: C. casepitosaSvojta: C. tommasinianaSvojta: C. debarensisSvojta: C. reatinaSvojta: C. jordanoviiSvojta: C. albanica

-6 -4 -2 0 2 4 6-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Tumaenje odnosa OTU-aRazumijevanje varijabilnostiTumaenje uloge osobinaKreiranje klasifikacijskog sustava i dr.

1

4

1

2

3

5

687

9

12

Metode ordinacije(PCA, PCO, MDS i dr.)10

11

Fenetski pristup K: 41 - 45


jedinke, populacije,vrste, rodovi, ...

Odabir svojti (OTU)(ingroup, outgroup)

Odabir i definiranje osobina i stanja

osobina, kodiranje

Utvrivanje homoplazije

Mjerenje diskretnosti

Mjerenje korelacije

Utvrivanje nizova i polarnosti

Davanje znaenja osobinama

Meu matrica osobina

Os./OTU 1 2 3 4 5 ... ... ... ... n1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 02 1 1 2 2 3 3 4 1 2 23 2 2 4 3 3 5 1 2 2 34 3 3 4 5 6 5 7 8 8 105 2,3 2,4 2,1 2,2 2,2 2,6 2 2,1 2,2 2,8... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

n ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Osnovna matrica podataka

0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 30 0 1 2 3 0 0 1 1 1 0 0 1 2 3 0 0 1 5 51 1 0 1 2 1 1 0 1 1 1 - 0 1 2 1 1 0 5 52 2 1 0 1 2 1 1 0 1 2 - - 0 1 2 5 5 0 13 3 2 1 0 3 1 1 1 0 3 - - - 0 3 5 5 1 0

A DB C

Konstruiranje kladograma

metoda tedljivosti metoda najmanje udaljenost metoda najvee vjerojatnosti i dr.

Stabla podudarnosti:

tona podudarnost veinska podudarnost polu podudarnost i dr.

Mjerenje pouzdanosti:

Indeks homoplazije (CI) Indeks razlaganja (DI) Mjera stalnosti (bootstrap) i dr.

1 2

3

4

5

67

89

Kladistiki pristup

K: 46 - 58

2 OTU 1 kladogram3 OTU 3 kladograma4 OTU 15 kladograma5 OTU 105 kladograma10 OTU 34.459.425 kladograma50 OTU 6,85 x 1081 kladograma


PLESIOMORFIJA - slinost u primitivnim osobinamanpr. apokarpni ginecej u por. Ranunculacae i RosaceaeAPOMORFIJA - slinost u odvedenim osobinamanpr. sinpetalni vjeni u por. Lamiaceae i AsteraceaeHOMOPLAZIJA - konvergencija i paralelizamPrefiksi:

AUTO- : odnosi se na jednu liniju ili svojtuSIN- : odnosi se na vie linija ili svojti

skup metoda namjenjenih rekonstrukciji filogenije temeljem obimnih ulaznihpodataka razliitih tipova; sloene matematiki, zahtjevne informatiki; rezultati u obliku kladograma

Angiosperm Phylogeny Websitehttp://www.mobot.org/MOBOT/Research/APweb/welcome.html


S

V

O

J

T

A

6

S

V

O

J

T

A

1

S

V

O

J

T

A

2

S

V

O

J

T

A

3

S

V

O

J

T

A

4

S

V

O

J

T

A

5

Prolost

SadanjostV

R

I

J

E

M

E

Zajedniki predak svojti 1-6

Apomorfna osobina(promjena iz predakog u odvedeno stanje)Divergencija

Nodij


Zajedniki predak svojti

5 i 6

Evolucijska linija ili grana

InternodijSinapomorfne osobine svojti

2 i 3


Zajedniki predak svojti 2 i 3

Divergencija

Autoapomorfne

osobine

korjen stabla

Terminologija kladograma


paralelizam

divergencija

konvergencija

Paralelizam+konvergencija=homoplazija

Terminologija kladograma i procesi


Sestrinske skupine(sister groups)

Parafiletska skupina

Monofiletskaskupina

Odnosi skupina

Terminologija kladograma i procesi


APG


Sistematski /filogenetski

problem


SabiranjeMaterijala

(uzorkovanje)


Odabir varijabli Kodiranje

MorfologijaAnatomijaCitologijaMolekularnaFitokemijaEkologijaFiziologijaPalinologijai dr.

Sabiranjepodataka

(mjerenja, analiza)

Osobine=varijable:

1. Binarne (0, 1)2. Nominalne (1, 2, 3, 4)3. Meristike (0, 2, 3, 4, ..., )4. Kontinuirane (0-)

Npr. sraslost vjenia:Slobodan (koripetalan)=0Srastao (sinpetalan)=1Npr. boja cvijeta:Bijeli=0, Crveni=1, Plavi=3Npr. broj pranika: 2, 3, 4, 6, 8Npr. broj kromosoma: 24, 26, 52Npr. promjer roke (mm): 2.34, 2.26, 3.01, ...


Uzorak Var 1 Var 2 Var 3 Var 4 ...... Var nA x x x x x xB x x x x x xC x x x x x xD x x x x x xE x x x x x xF x x x x x xG x x x x x x... x x x x x x... x x x x x xn x x x x x x

Matrica podataka


Statistika, kladistika,

biogeografska i dr.analiza

Tumaenjerezultata

Rekonstruiranje filogenije:

1. Razliiti ulazni podaci2. Sloene metode obrade3. Vizualizacija rezultata (filogrami, 2D,

3D grafikoni, i dr.)4. esto sloeno tumaenje rezultata5. Uzrono posljedine veze (zato je

tomu tako, filogeografija, utjecaj glacijacija, ....)


Primjena

1. Tumaenje postanka 2. Razumijevanje evolucijskih

procesa3. Nove vrste i druge taksonomske

kategorije4. Rekonstrukcije migracijskih

puteva5. Rekonstrukcije zbivanja u

prolosti (npr. ledena doba)6. Novi pouzdaniji klasifikacijski

sustavi7. Biogeografija8. Hibridizacije9. Konzervacija10. Razvoja specifinih metodologija

i tehnologija11. Ekonomski utjecaj(i)12. Planiranje odrivog gospodarenja

prostorom i planiranje opstanka13. i dr.

Documents

Sistematska botanika-01