Fyziolgia rastln loha 1 Opte mechanizmus vodnho reimu

Fyziológia rastlín

• Úloha č. 1 • Opíšte mechanizmus vodného režimu a minerálnej výživy rastlín a uveďte fyziologický význam stavebných prvkov. • Úloha č. 2 • Porovnajte rast a vývin rastlín, vysvetlite podstatu rastových a vývinových procesov a faktory, ktoré ich ovplyvňujú.

• Úloha č. 1 • Vysvetlite princíp rastlinného metabolizmu (anabolizmus, katabolizmus, asimilácia, disimilácia). Charakterizujte spôsob výživy rastlín(autotrofia, heterotrofia, parazitizmus, poloparazitizmus, symbióza, mixotrofia) • Úloha č. 2. • Porovnajte primárne a sekundárne procesy fotosyntézy. Porovnajte fotosyntézu a dýchanie

Vodný režim • Voda – tvorí 70 -80% hmotnosti • Funkcie: transport látok • rozpúšťadlo • zúčastňuje sa na metabolických procesoch (fotosyntéza, dýchanie) • termoregulácia • pri procesoch oplodnenia a šírení plodov

• Vodná bilancia = predstavuje pomer medzi prijatou a vydanou vodou • Vodný deficit = množstvo vody, ktoré rastline chýba na je plné nasýtenie, pri nadmernom vyparovaní • Vodný režim zahŕňa : a. príjem vody b. vedenie vody c. výdaj vody.

Prijímanie vody • Nižšie rastliny a vodné vyššie rastliny prijímajú vodu celým povrchom tela. Suchozemské vyššie rastliny prijímajú vodu koreňovou sústavou, hlavne koreňovými vláskami. Príjem vody prebieha 2 spôsobmi: a. Apoplastickou cestou (pasívne) cez bunkové steny a voľnými medzibunkovými priestormi, bez spotreby energie. Je rýchlejší a prebieha u rastlín, ktoré už majú listy

• B. Symplastickou cestou (aktívne) prebieha z bunky do bunky cez cytoplazmat. membránu a cytoplazmu, pričom sa spotrebuje energia. Je to pomalší proces, u rastlín, ktoré ešte nemajú na jar listy.

• • Faktory, ktoré ovplyvňujú príjem vody: Teplota pôdy – znižovaním teploty sa príjem vody zníži Ekologické sucho – pri mrazoch Koncentrácia pôdneho roztoku- vysoká koncentrácia osmoticky aktívnych látok zabraňuje príjmu vody Fyziologické sucho – kyslé, ílovité a mastné pôdy Intenzita transpirácie – čím viac vody rastliny vydávajú, tým viac vody prijímajú Obsah kyslíka v pôde- čím intenzívnejšie rastliny dýchajú, tým viac vody prijímajú Kyprenie pôdy = suché zalievanie

Vedenie vody • Voda, ktorú rastlina príjme sa rozvádza po celom tele. Cievnaté rastliny na to majú vytvorené vodivé pletivá, cievne zväzky. transpiračný prúd asimilačný prúd Faktory, ktoré ovplyvňujú vedenie vody sú: transpirácia koreňový výtlak kohézia adhézia kapilarita

Výdaj vody • Rastlina vydáva vodu 2 spôsobmi: • A. transpirácia= odparovanie vody z listov Prebieha prevažne cez deň Pasívny proces, nevyžaduje prísun energie. Prieduchová transpirácia – cez prieduchy Kutikulárna transpirácia – cez kutikulu • B. gutácia = vo forme kvapiek vody s minerálnymi látkami, cez hydatódy. Prebieha, keď je vzduch nasýtený vodnými parami, prevažne v noci a ráno.

• • Faktory, ktoré ovplyvňujú výdaj vody: obsah vody v rastline stav listov a prieduchov teplota vzduchu vlhkosť vzduchu svetlo Transpiračný kvocient =množstvo vody v litroch spotrebované rastlinou za vegetačné obdobie na 1 kg suchej hmotnosti vyjadruje nároky rastliny na vodu a produkciu biomasy Intenzita transpirácie = množstvo vody vyparenej rastlinou za časovú jednotku

Minerálna výživa • • • Príjem živín z vonkajšieho prostredia koreňová výživa mimokoreňová výživa – postreky poprašovanie hnojenie ekologický problém - prehnojovanie

• Kvantitatívna analýza – sleduje množstvo látok prítomných v rastline • sušením sa odparí voda a ostane sušina – organické +anorganické látky • žíhaním sa rozložia organické látky a ostane popol – anorganické látky

• Kvalitatívna analýza – zisťuje prítomnosť prvkov v rastline • Využívajú sa živné média pieskové kultúry vodné kultúry- hydropónia pletivové kultúry poľné kultúry

• Biogénne prvky – nevyhnutné pre život rastliny • Makroelementy =makrobiogénne prvky • C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe • Mikroelementy =mikrobiogénne prvky • Mn, B, Cl, Cu, Zn, B, Co. . .

Metabolizmus rastlín Anabolizmus Asimilácia=syntéza látok Endergonické reakcie=spotreba energie Vznik energeticky bohatých látok=asimiláty Napr. fotosyntéza čiže vznik glukózy z CO 2 Katabolizmus Disimilácia = rozklad látok Exergonické reakcie= uvoľňuje sa energia Napr. rozklad bielkovín na AK rozklad cukrov dýchanie oxidácia glukózy na CO 2

Výživa rastlín Podľa spôsobu získavania energie rozlišujeme: 1. Heterotrofné organizmy – nemajú schopnosť viazať a premieňať slnečnú energiu na energiu chemických väzieb v organických látkach. Musia prijímať hotové organické látky. 2. Autotrofné organizmy – majú schopnosť samy si vytvárať organické látky. patrí tu chemosyntéza a fotosyntéza

Heterotrofia • heteros=iný, trofein =živiť sa • A. parazitizmus – vzťah dvoch organizmov, kde parazit odoberá živiny hostiteľovi a tým ho oslabuje. • Znaky parazitických rastlín: • listy malé, šupinaté, žlté, oranžové, fialové • korene premenené na haustória • hostiteľovi odoberajú minerálne aj organické látky

• kukučina škodí ďateline

• zubovník škodí na koreňoch listnatých drevín

• záraza škodí na koreňoch lúčnych rastlín

• • Význam parazitizmu: 1. biologcký boj proti škodcom 2. z hľadiska evolúcie 3. zachovanie biologickej rovnováhy v prírode

• B. poloparazitizmus = hemiparazitizmus • u zelených rastlín, ktoré haustóriami prenikajú do dreva hostiteľa a odoberajú len vodu a minerálne látky • organické látky si tvoria fotosyntézou

• Imelo biele

• c. saprofytizmus je získavanie organických • látok z tiel odumretých organizmov. • Saprofyty ich rozkladajú – humifikácia • - mineralizácia • až na jednoduché anorganické látky. • Znaky saprofytov: nezelené rastliny • hnedé až fialové • na rozkladajúcom sa substráte • Význam: zabezpečujú obeh látok v prírode • sú to reducenty

• Koralica

• Hniezdovka

• D. symbióza – obojstranne výhodné spolužitie dvoch alebo viacerých rastlín. • tento spôsob sa vyvinul z parazitizmu • symbiotické druhy si dopĺňajú chýbajúce zložky výživy napr. vody, uhlíka, dusíka

• Mykoríza = symbióza húb s koreňmi vyšších rastlín. huba poskytuje vodu a minerálne l. strom poskytuje organické l. =sacharidy napr. hríb dubový + dub

• Lichenizmus – spolužitie rias alebo siníc s hubou. • riasy a sinice poskytujú organické l. • huby poskytujú vodu a minerálne l.

• Spolužitie hľúzkovitých baktérii a koreňov bôbovitých rastlín ( fazuľa, bôb, hrach). baktérie viažu atmosférický dusík a bôbovité rastliny z neho tvoria bielkoviny bôbovité r. poskytujú sacharidy význam – zelené hnojenie

• • • E. mixotrofia je autotrofno-heterotrofný, zmiešaný spôsob výživy mäsožravé rastliny majú zelenú časť - fotosyntéza žijú na pôdach s deficitom dusíka, ktorý čerpajú z tiel živočíchov (hmyzu, pavúkovcov)

• A. lepkavé žliazky = tentakuly alebo trichomy • B. špeciálne pasce • Chytenú koriť po chytení do pasce rozložia enzýmami, zvyšky sú po otvorení pasce odstránené napr. vetrom.

• Rosička

• Tučnica

• bublinatka

• krčiažnik

• mucholapka

• • Význam mäsožravých rastlín: vo farmaceutickom priemysle v medicíne – dýchacie a tráviace problémy, liečba nádorových ochorení v kozmetike pestujú sa v labor. podmienkách - in vitro 250 druhov, sú ohrozené, zákonom chránené

Autotrofia • Autos=sám, trofein=živiť sa • Väčšina zelených rastlín je autotrofných, teda sú schopné fotosyntézy. • Sú producenty organickej hmoty (biomasy) • Fotosyntéza je biochemický proces, ktorý má zásadný význam pre existenciu života na Zemi. Autotrofné organizmy pri nej využívajú anorganické látky (CO 2 a H 2 O) a svetelnú energiu na syntézu organických látok sacharidov za súčasného uvoľňovania kyslíka.

Chemosyntéza • chemotrofia, prototrofia • fylogeneticky najstarší spôsob tvorby organických látok vyskytuje sa hlavne u mikroorganizmov, ktoré nemajú asimilačné pigmenty • energiu získavajú oxidáciou anorganických a organických látok Napr. nitrifikačné baktérie – obohacujú pôdu o dusík amoniak – nitrity - nitráty denitrifikačné baktérie – ochudobňujú pôdu o dusík rozkladajú nitráty, uvoľňujú dusík do atmosféry sírne baktérie

Fotosyntéza • Sumárna rovnica fotosyntézy: • 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O 6 + 602 +6 H 20

• Pigmenty fotosyntézy = asimilačné farbivá • Selektívne zachytávajú slnečnú energiu príslušnej vlnovej dĺžky • Prokaryotické organizmy –majú tylakoidy • Eukaryotické organizmy majú chloroplasty

• Asimilačné farbivá: chlorofyly • modrozelenýchlorofyl a • žltozelený chlorofyl b • chlorofyl c, d, e • karotenoidy • karotény - oranžové • xantofyly - žlté • fykobilíny • fykocyanín - modrý • fykoerytrín - červený

• farbivá sú zberače slnečnej energie, fotónov rôznej vlnovej dĺžky • konečným akceptorom energie je chlorofyl a, nazýva sa aktívny chlorofyl • u baktérií je baktériochlorofyl a baktérioviridín

• • • Zložitý proces fotosyntézy ma dve 2 fázy: 1. svetelná fáza (primárne procesy) , fotochemická závisí od svetla nastáva premena energie prebieha v tylakoidoch chloroplastov energia pohlteného svetelného žiarenia sa využíva na tvorbu ATP a NADPH+H+ potrebných na tmavú fázu.

• Podmienky: asimilačné farbivá • voda • svetlo 400 – 700 nm • koenzýmy • Rozlišujeme: cyklickú fotofosforyláciu • necyklickú fotofosforyláciu • Fotolýza vody – uvoľňuje sa molekulový kyslík, vodík sa viaže na NADP+ a vzniká NADPH+H+

Cyklická fotofosforylácia

Necyklická fotofosforylácia

• Výsledok: ATP • kyslík • NADPH+H+

• • • 2. tmavá fáza (sekundárne procesy), syntetická nezávisí od svetla, aj v tme prebieha v stróme chloroplastov nastáva premena látok, nastáva redukcia oxidu uhličitého na glukózu pričom sa využíva ATP ako zdroj energie, NADPH+H+ ako redukčné činidlo

• Podmienky: dostupnosť ATP a CO 2 • prítomnosť enzýmov , • NADPH+H+

• 1. spôsob – rastliny C 3 - Calvinov cyklus, 1961 • primárnym akceptorom CO 2 je Ru. BP je ribulóza 1, 5 -bifosfát

• proces vzniku je cyklický • 5/6 vstupných látok sa obnovuje a opäť viažu CO 2 • Z 1/6 Vzniká glukóza, ktorá polymerizuje na škrob

• 2. spôsob –C 4 rastliny –Hatch-Slackov cyklus • Primárnym akceptorom CO 2 je fosfoenolpyruvát, mení sa na oxalacetát (4 C) • typické pre niektoré jednoklíčnolistové

• • • Intenzita fotosyntézy závisí od mnohých faktorov: Vonkajšie faktory: svetlo s vlnovou dĺžkou 400 – 700 nm koncentrácia CO 2 teplota 25 -30°C voda a minerálne látky vnútorné faktory: celkový fyziologický stav rastliny množstvo chloroplastov vek listov minerálna výživa

• Význam fotosyntézy • jediný prírodný proces pri ktorom vznikajú organické látky • umožňuje život na uhlíkovom základe • umožňuje vznik fosílnych palív – široké využitie • kyslík sa uvoľňuje do atmosféry, kyslík sa na žiadnej inej planéte nenachádza v molekulovej podobe • vo vyšších vrstvách vzniká ozón, pohlcuje UV • umožňuje dýchanie, stály pomer O 2 a CO 2 v ovzduší

Dýchanie, respirácia • Princíp: • C 6 H 12 O 6 + 602 6 H 2 O + 6 CO 2 • chem. hľadisko: Ide o biologickú oxidáciu, teda štiepenie glukózy na CO 2 a oxidáciu vodíka na vodu • • • Podmienky: prítomnosť substrátu (glukóza, tuky, org. kys. ) prítomnosť kyslíka enzýmy prebieha v cytoplazme a v mitochondriách

4 fázy: • 1. anaeróbna glykolýza – bez kyslíka • 2. dekarboxylácia kyseliny pyrohroznovej – aeróbna • 3. Krebsov cyklus = cyklus 3 –uhlíkovej kyseliny citrónovej • Dýchací reťazec

Anaeróbne dýchanie – bez kyslíka 1. Anaeróbna glykolýza v cytoplazme glukóza kyselina pyrohroznová + H 2+ E je to neúplná oxidácia, pretože sa uvoľňuje málo energie (2 molekuly ATP), podstatná časť E ostáva viazaná v kyseline pyrohroznovej • prebieha vo všetkých ( anaeróbnych aj aeróbnych) organizmoch • •

• Ďalší rozklad kys. pyrohroznovej: 2 spôsoby: 1, bez kyslíka – pravé kvasenie (úplná oxidácia), - zabezpečujú ju mikroorganizmy ( baktérie, kvasinky, plesne) - mliečne kvasenie (štiepi sa na kys. mliečnu) - alkoholové kvasenie (štiepi sa na alkohol) - kys. pyrohroznová kvasný produkt+CO 2 +E

+ E 2 • 2, za prítomnosti kyslíka (aeróbne) • 2. Oxidačná dekarboxylácia • kys. pyrohroznová aktivovaná kys. octová CO 2+E • (acetykoenzým A) • prebieha v matrixe mitochondrií - acetylkoenzým A prechádza do 3. fázy -Krebsov cyklus C O

• 3. Krebsov cyklus – cyklus kys. citrónovej • – aktivovaná kyselina octová = ACKOA po naviazaní kyseliny oxaloctovej (4 C), dáva vznik kyseline citrónovej (6 C), jej postupnou oxidáciou ( odbúraním uhlíkov dekarboxylázami vo forme CO 2 a vodíkov dehydrogenázami) sa uvoľňuje produkt dýchania CO 2 ( 2 molekuly oxidu uhličitého) • Energia, ktorá sa uvoľní v Krebsovom cykle sa využije na tvorbu NADPH – enzýmy , ktoré prenášajú vodík do koncového dých. reťazca

• 4. Dýchací reťazec • sled reakcií pri ktorých sa energia uvoľnená v predchádzajúcich etapách využíva na tvorbu ATP – oxidatívna fosforylácia • je lokalizovaný na vnútornej membráne mitochondrií • celkový energetický zisk je 36 molekúl ATP, teda vzniká 36 makroergických väzieb

• Intenzita dýchania –je daná spotrebou kyslíka a produkciou CO 2 • Respiračný kvocient RQ je pomer vyprodukovaného CO 2 k spotrebovanému O 2 • napr. glukóza má RQ=1 • vyjadruje intenzitu dýchania

Biologický význam dýchania • Prejavy dýchania: zaparenie obilia • samovznietenie sena • hnitie ovocia • bioluminiscencia

Porovnanie fotosyntézy a dýchania Fotosyntéza • na svetle • v chloroplastoch • v bunkách s asimilačnými farbivami • syntéza organických látok • anabolizmus, asimilácia • energia sa spotrebúva • CO 2 sa spotrebúva • O 2 sa uvoľňuje Dýchanie • na svetle aj v tme • v mitichondriách • vo všetkých bunkách • • • štiepenie organických látok katabolizmus, disimilácia energia sa uvoľňuje CO 2 sa uvoľňuje O 2 sa spotrebúva

Ontogenéza • Je individuálny vývin jedinca od jeho zrodu až po smrť • zahŕňa kvantitatívne zmeny - rast • kvalitatívne zmeny - vývin • diferenciáciu • Životný cyklus – obdobie života rastliny od vzniku semena(výtrusu) po vznik nového semena (výtrusu) • Je jedným zo znakov dosiahnutej fylogenetickej úrovne Podľa dĺžky životného cyklu poznáme: efeméry jednoročné rastliny dvojročné rastliny trváce rastliny

Klíčenie • • • Je rast zárodku po istom období pokoja Znaky: príjem vody a napučanie intenzívne delenie intenzívne dýchanie Klíčivosť – je schopnosť semena vyklíčiť Podmieňujú ho genetické faktory, podmienky prostredia, inhibítory

Dormancia • Je obdobie vegetačného pokoja • Je to prispôsobenie rastliny nevhodným podmienkám napr. v zimnom období • Hlboká dormancia – je sprevádzaná spomaleným metabolizmom • napr. u púčikov, ktoré ani po prenesení do tepla nevykvitnú • Vynútená dormancia – nedobrovoľné predĺženie dormancie napr. pri nízkych teplotách

Rast • Je kvantitatívny nevratný proces pri ktorom vznikajú nové bunky, zväčšuje sa ich rozmer a hmotnosť • Rast u rastlín prebieha počas celého života rastliny • 1. meristematická fáza- intenzívne mitotické delenie buniek meristémov v rastových vrcholoch • zväčšuje sa počet buniek, sú malé, tenkostenné s veľkým jadrom • 2. predlžovacia fáza rastu - zväčšovanie objemu buniek, vakuolizácia buniek a splývanie vakuol do centrálnej vakuoly, prebieha o mnoho rýchlejšie • 3. diferenciačná fáza rastu- kvalitatívne zmeny, bunky sa • Tvarovo a funkčne špecializujú, vznikajú pletivá

Vnútorné činitele • Rastové látky, ktoré sú súčasťou regulačných mechanizmov • Stimulátory = rastové látky , ktoré urýchľujú rastové procesy Auxíny – najstaršie známe, urýchľujú klíčenie semien, zakoreňovanie odrezkov, rast bočných koreňov, známa je látka IAA, ktorá sa využíva v ovocinárskej a lesníckej praxi na tvarovanie kríkov a stromov Cytokiníny – podporujú delenie buniek, tvorbu chlorofylu Giberelíny –podporujú predlžovací rast, tvorbu kvetov a klíčenie semien

• Inhibítory – spomaľujú rastové procesy • kyselina abscisová – zastavuje tvorbu DNA a delenie buniek zabraňuje tvorbe púčikov • etylén • fenoly • herbicídy – chemické prostriedky na ničenie buriny

Vonkajšie činitele • A. vplyv teploty • Tepelné body – minimum, maximum, optimum sú rozdielne pre rôzne rastliny

• • • Chladnomilné (mrazuvzdorné) rastliny znášajú dobre nízke teploty napr. obilniny, polárna vegetácia -riasy, lišajníky Teplomilné (teplovzdorné) rastliny dobre znášajú vyššie teploty napr. citrónovník, figovník, melón, tabak, uhorka, broskyňa

• B. vplyv svetla • Etiolizácia – je rastlín za nedostku svetla • Znaky – listy sú drobné , neobsahujú chlorofyl dlhé a tenké stonky napr. klíčky zemiakov v pivniciach

• Fotoperiodizmus – je prispôsobenie sa rastliny striedaniu dňa a noci, čo vplýva na klíčenie, kvitnutie a opadávanie listov Krátkodenné rastliny – potrebujú krátke dni a dlhé noci napr. ryža, tabak, bavlník sója Dlhodené rastliny – potrebujú dlhé denné osvetlenie napr. zemiaky, obilniny, cukrová repa, špenát, mrkva a cibuľa Neutrálne plodiny – kvitnú bez ohľadu na dĺžku dňa napr. púpava, muškát

• Tieňomilné rastliny napr. machy, paprade • Svetlomilné rastliny napr, tabak, sója, slnečnica • C. vplyv znečisteného ovzdušia (viď ekológia)