Fyziologie rostlin – maturitní otázka (2)

Otázka: Fyziologie rostlin

Předmět: Biologie

Přidal(a): Isabelllka

> Zabývá se procesy v rostlinném těle

Biogenní prvky:

Makrobiogenní: uhlík, vodík, kyslík, fosfor, vápník, hořčík, draslík,…
Mají většinou stavební funkci, tvoří 99 hmoty organismů, desítk až desetiny procent sušiny
Mikrobiogenní: Cu, Zn, Cl, Mo, B, Co, V( kovy, ..) mají katalytickou funkci, tisíciny % sušiny

Sušina= zbytek látky získaný pro zahřátí na 100- 105 stpňů
Popelovina= zbytek látky po spálení (anorg.látky, org. shoří)

VODA

60-80% hmoty živých rostlinných buněk tvoří voda
Základní reakční prostředí pro všechny metabolické děje
Transpirační funkce
Zdroj látek pro fotosyntézu
Tepelný izolátor
Obsah v rostlině je závislý na stáří rostliny
Příjem a transport v ní rozpuštěných látkách
Zdroj kyslíku při fotosyntéze

Vodní režim

Na pohybu vody v rostlině se podílí :
- difúze (permeabilní prostředí) a
- osmóza (semipermeabilní prostředí)
- bobtnání( hydratace) = vazba vody na org. makromolekuly( např. na celulózu v buň. stěnách, na škrob v cytoplazmě, ..)

Příjem vody:

Nižší rostliny: celým povrchem těla
Vyšší rostliny: kořenovým systémem(kořenovými vlásky)
Mimokořenový příjem: vzdušné kořeny, listy

Kořenový příjem:

Pasivní
- u olistěných rostlin, voda difunduje buň. stěnami a mezibuněčnými prostory -> apoplastická cesta
- Difúzi umožňuje koncentrační spád, který je způsoben transpirací( vypařováním vody) -> rychlý způsob příjmu, není spotřebovávána energie
Aktivní:
- jediný způsob, jak mohou přijímat vodu rostliny bez listů, u olistěných probíhá jen v malé míře
- osmotické vlásky nasávají vodu, ta putuje do základní cytoplazmy a pak do vakuol, kde je předávána další buňce -> symplastická cesta
- pomalý způsob, spotřebovává se energie (protože voda musí přejít přes semipermeabilní membránu

Faktory, které ovlivňují příjem vody

Optimální teplota: 20-25 stupňů
Půdní vlhkost
Velikost půdních částic
Vlhkost vzduchu
Koncentrace živin
Obsah kyslíku

Vedení vody

voda je vedena cévními svazky
na vedení se podílí:
- kořenový vztlak = tlak, vytlačující vodu do výše položených pletiv
- difúze
- osmóza

v cévních svazcích voda vytváří souvislý transpirační proud, což umožňuje tzv. koheze ( soudržnost molekul vody- mezi molekula vody jsou vodíkové můstky), adheze (přilnavost molekul vody na stěnu cév), kapilarita (vzlínavost)

Výdej vody

Transpirace
- odpařování vody z nadzemních orgánů – nevyžaduje energii
- 99% je transpirace průduchová (stomatární) -> průduchy se otevírají a zavírají
- 1% přes pokožku- kutikulární (neregulovaná)
Gutace
- vytlačování vody v kapalném stavu (kapky), při velké vzdušné vlhkosti – pozastavena transpirace
- čočinky, nemohou se otevírat a zavírat, odpařování kvůli kořenovému vztlaku
Faktory ovlivňující výdej: Teplota, vlhkost a pohyb vzduchu, množství vody v rostlině a v půdě

Rozlišuje rostliny na

hydatofyta – vodní rostliny
aerofyta – suchozemské
hygrofyta= roste n trvale zamokřených stanovištích
helofyta = bahnité půdy
mezofyta = středně vlhká stanoviště pro rostliny -> luční rostliny, listnaté dřeviny
xerofyta = velmi suchá stanoviště
sukulenty= extrémně suchá stanoviště
halofyta = stanoviště s velkou koncentrací soli

Minerální výživa rotlin

Hydroponie = pěstování rostlin v živných roztocích (saláty)

Hnojiva

přirozená (statková) = hnůj, močůvka, kompost , hnojivy vytvořeno zvířaty
umělá (průmyslová) = ve formě uměle vyrobených granulí, roztoků, …

Mixotrofie = smíšený typ výživy fotosyntetizujících rostlin (masožravky – fotosyntetizují, ale protože z půdy nezískají dostatek dusíku, proto ho musí přijmout z živočišných bílkovin)

Symbióza

mykorrhiza = soužití kořenů vyšší rostliny s podhoubím hub, rostlina dodává asimiláty, rozvětvené podhoubí zlepšuje příjem vody a minerálů rostlinou
lichenismus = soužití řasy nebo sinice s houbou à vytvářejí lišejníky , soužití hlízkovitých bakterií s kořeny bobovitých rostlin

Růst rostliny

nezvratné přibývání hmotnosti spojené s růstem buněk a jejich zvětšováním
- Růst embryonální- vznik buňky z meristému, ve vzrostných vrcholcích
- Růst prodlužovací – zvětšování buněk, růst vakuol a tloustnutí buněčné stěny
- Růst diferenciační – specializace buněk, buňka už neroste

Vnitřní regulátory růstu

Fytohormony – slouží jako regulátory růstu, jsou nespecifické( v každé rostlině stejné)
- Stimulátory = urychlují růst, auxiny, giberliny
- Inhibitory = zpomalují růst

Vnější regulátory růstu

Teplota
- teplotní minimum ( při jaké teplotě je schopná rostlina zahájit svůj růst) , optimální teplota ( kdy roste nejrychleji) , teplotní maximum ( kdy svůj růst zastaví)
- Chladnomilné , teplomilné
- Jarovizace = aktivace enzymů nízkou teplotou à výsledkem je kvetení a tvorba plodu ( ozim, pšenice, …)
Světlo
- Zelená rostlina držená ve tmě ztrácí zelenou barvu à bledne = etiolizace
- Podle potřeby světla: Stínobytné, světlobytné
- Fotoperioda = délka denního osvětlení , rostliny dlouhodenní (nad 12 h, brambory, budou kvést jen když bude světla nejvíc) , neutrální( nekladou si nároky na délku osvětlení) , krátkodenní
Voda
Znečištění prostředí

Rozmnožování

Umožňuje zachování druhu
Rozlišujeme:
- Nepohlavní
- oddenky, cibulky, řízky, …
- Dělením buňky u jednobuněčných rostlin
- Pupeny ( mechy – prvoklíček)
- Tvorba spor
Pohlavní
- Dochází ke splynutí pohlavních buněk( gamet)
- Typy gamet:
  - Výtrusy ( spory) – vznikají ve výtrusnicích ( sporangiích) , jsou haploidní
    - Rozlišujeme:
      - izospory (stejnocenné),
      - anizospory (rozlišené fyziologicky na mikrosporu = samčí a makrosporu=samičí)
      - aplanospory ( nepohyblivé)
      - zoospory ( pohyblivé)
- Gamety ( pohlavní buňky) vznikají v gametangiích,
  - rozlišujeme:
    - izogamety ( stejnocenné), rozmnožování = izogamie
    - anizogamety ( liší se velikostí a pohyblivostí),rozmnožování=anizogamie
    - samičí gamety( buňka vaječná = oosféra)
    - samčí gamety( u nižších rostlin spermatozoid, u vyšších spermatická buňka=spermie) =oogamie

Gametogeneze

spermatogeneze
oogeneze

Rodozměna (metageneze)

střídání gametofytu pohlavní generace a sporofytu ( nepohlavní generace) v ontogenetickém vývoji rostlin
gametofyt je haploidní stélka, vytváří pohlaví orgány( gametangia), které jsou rozlišené na samčí pelatky( antheridia) a samičí zárodečníky ( archegonia) -> v nich vznikají gamety( izogamety,..)
sporofyt je nepohlavní generace, je diploidní, nese sporangia ( výtrusnice) , v nichž meiózou vznikají výtrusy( spory)

Metageneze:

Stejnotvará( izomorfická) – gametofyt a sporofyt jsou prakticky stejné ( morfologicky se neliší )
Různotvará( heteromorfická ) – gametofyt a sporofyt se morfologicky liší
Ve vývoji rostlin dochází k postupné redukci gametofytu( převažuje pouze u mechu) , u vyšších rostlin dochází k postupné redukci gametofytu a vzrůstající převaze sporofytu

Dráždivost a pohyby rostlin

Dráždivost (iritabilita) – schopnost rozpoznat a vhodně reagovat na změny jak vnějšího, tak vnitřního prostředí, reakce se projeví pohybem, nebo nástupem fyziologického procesu (kvetení, …) , vedení u rostlin podráždění zajišťují chemické látky( kapalné) , oproti vedení u živočichů je velmi pomalé
Pohyby rostlin- viditelná reakce na podráždění u rostlin

Fyzikální – na základě fyzikálních zákonů, u živých i neživých

Hydrokopické
- založeny na rozdílné schopnosti bobtnání buněčné stěny různých částí rostlin
- zavírání šišek jehličnanů ve vlhku a jejich otvírání za sucha
Explozivní
- vlivem nerovnoměrného vypařování vody v povrchové vrstvě nastává na povrchu pnutí, které vyvolá smrštění
Kohezní
- například otevírání výtrusnic kapraďorostů
- jsou založeny na soudržnosti vodního sloupce (přilnavost vody ke stěně)

Vitální – pouze u živých rostlin

Lokomoční (není u rostlin, protože většina rostlin má kořeny, které je drží v půdě)
- Pohyby v buňce
- Pohyb buněčného jádra, cytoplazmy nebo plastidů
- Pohyb celých buněk a kolonií
Taxe
- Přemisťování organismů v prostoru, vlivem jednostranného faktoru
- Např.:
  - Fototaxe – sinice se pohybují za světlem (pozitivní)
  - Chemotaxe – řasy unikají od nějaké chemické látky (pasivní) – krásnoočko
  - Aerotaxe – pohyb za kyslíkem
  - Hydrotaxe – za vodou
  - Termotaxe – za teplem
  - Geotaxe – za gravitací
Ohybové
- Samovolné
- Kývání stonků a kořene při růstu( opisují kružnici, elipsu, …)
Indukované
- Vyvolané určitým konkrétním podnětem
Nastie
- Neorientované, vratné
- Fotonastie – otvírání květů na světle a zavírání ve tmě – sasanka, sedmikráska,pampeliška
- Termonastie – otvírání květů v teple a zavírání v chladu – bledule, sněženka
- Seismonastie – spánkové pohyby, při otřesu se sklápějí listy – snížení rizika poškození (ochranná funkce) – citlivka
- Nyktinastie(spánkové pohyby) – způsobené střídáním dne a noci – šťavel kyselý, trnovník akát
Tropismy
- Růstové pohyby vyvolané jednostranně působícími faktory prostředí
- Reagují kladně nebo pozitivně
- Gravitropismus (geotropismus) – vyvolaný zemskou gravitací
- Hydrotropismus – v suchých půdách rostliny rostou za zdroje vláhy
- Fototropismus – reakce na sluneční svit
- Thigmotropismus – stonek se ohne při dotyku pevné opory – popínavé rostliny
- Chemotropismus – vyvolané chemickými látkami, rosta za větší koncentrací chemických látek

Fotosyntéza

složitý biochemický proces(anabolický.ze složitějších se tvoří jednodušší)
mění se světelná energie na chemickou, chem. Energie se ukládá do vazeb organických látek
látky vznikají z jednoduchých anorg.látek = vody a CO₂
fotosynteticky aktivní záření je 400-700 nm
chlorofyl a je jediný, kdo dokáže využít a transformovat světelnou energii na chemickou
ostatní pigmenty fotony pouze usměrňují k chlorofylu a
- chlorofyly – zelená barviva
- vyšší rostliny, zelené řasy – chlorofyly a, b
- hnědé řasy – chlorofyly a, c
- červené řasy – chlorofyly a, d
- bakterie – bakteriochlorofyly a, b

karotenoidy- žlutooranžové

xantofyly

karoteny

fykobiliny

fykoerytrin- červenofialový

fykocyanin- modrozelený

6 CO₂ + 12 H₂O + E -> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Velmi složitý proces reakcí
Dělíme na
- primární (světelné)
- sekundární (temnostní)

Světelná fáze

potřebuje přímé dodávky světla
probíhají na tylakoidech chloroplastů
zahrnují: cyklickou fotofosforylaci, necyklickou fotofosforylaci, fotolýzu vody
- fosforylace= vznik ATP z ADP
- ADP + fosfát( P) + E -> ATP + H₂O
- (P) + E – makroergická vazba = ADP~ P
- Cyklická fosforylace
  - FS1- vypudí elektrony které procházejí dál pomocí feredoxinu (přenašeč)
- Necyklická fosforylace
  - Spojena s fotolýzou vody
  - Vypuzené elektrony z fotosystému 2 do něj nevracejí, použijí se na tvorbu redukčního činidla, po vypuzení rovněž přecházejí systémem přenášečů a dochází k tvorbě ATP, chybějící elektrony v systému 2 jsou doplňovány z reakce fotolýzy vody, rovněž vodíky z fotolýzy vody jsou použity na tvorbu redukčního činidla
  - tvoří se ATP a redukční činidlo, do atmosféry se uvolňuje kyslík
- Fotolýza vody
  - H₂O -> 2H+ + 2 e^–+ ½ O₂
  - 2 H₂O -> 2 H+ + 2 OH^–
  - 2 OH^– – 2 -> ^– à H₂O + ½ O₂

Sekundární procesy

Nepotřebují přímé dodávky světla, probíhají souběžně s primárními procesy
Potřebují produkty primárních procesů à NADPH + H+, ATP
Probíhají ve stromatu chloroplastů
Mají cyklický charakter
Známé 3 typy (C₃– , C₄–_,CAM- rostliny)
Nejznámější je Calvinův cyklus- charakteristický pro C₃rostliny, má tři fáze- fixace CO₂ akceptorem, redukce navázaného CO₂za vzniku hexózy, regenerace akceptoru(ribulóza- 1,5-bisfosfát), je charakteristický pro většinu rostlin mírného pásu a řasy(nejsou moc výkonné ve výrobě biomasy, část těch hexóz je regeneruje na ten akceptor, regenerací akceptoru se snižuje výtěžek Calvinova cyklu)

Hatch- Slackův cyklus– akceptorem je fosfoenolpyruvát, proměnám přechází přes čtyřuhlíkaté sloučeniny(, C₄–_,), rostliny tropů a subtropů, fixace CO₂probíhá dvakrát

Rychleji

CAM-rostliny- sukulentní(pouštní, tučnolisté) rostliny, musí šetřit vodou -> průduchy otevírají v noci -> příjimají CO₂a fixují ho do malátu, malát skladují ve vakuolách, ve dne z malátu uvolňují CO_{2 ->} vstupuje do Calvinova cyklu

„prostě si přijímají CO₂ v noci(bo ve dne nemůžou, bo musí šetřit vodou à kdyby otevřely průduchy přes den tak kaput 😀 ) a ve dne ho využívají, bo ho mají v zásobě“

Fotosyntéza závisí na:

Vnitřní faktory- množství a kvalita chloroplastů, množství chlorofylu, stáří listů(čím starší, tím víc fotosyntéza ustává), minerální výživa
- Mladá rostlina dělá fotosyntézu lépe
Vnější faktory- světlo( záření a intenzita), koncentrace CO₂(do koncentrace 0,4% se zvyšuje fotosyntéza, když je víc, tak začíná klesat až úplně ustane), teplota( cca 25- 30 stupňů, u C₄ je vyšší), voda(nutná pro fotolýzu, vliv n otevírání průduchů -> málo vody=uzavřou, hodně vody= otevřené, tvar fazole)

Význam fotosyntézy= produkce organických látek, rostliny snižují množství CO₂

Fáze – anaerobní glykolýza
- Glukóza se štětpí na kys. Pyrohroznovou( její sůl pyruvát)
- Vytvoří se pouze 2 molekuly ATP
- Anaerobové přeměňují pyruvát kvašením na etanol nebo kyselinu mléčnou
Fáze – aerobní dekarboxylace
- Aerobové přeměňují pyruvát na acetyl CO-A(acetyl koenzym A)
- Odštěpuje se CO₂ a probíhá v matrix mitochondrie
Fáze – Krebsův ( citrátový cyklus)
- Vstupuje acetyl CO-A, který se přeměňuje dekarboxylací a dehydrogenací
- Vodíky se napojuji na přenašeče NAD+/NADH + H+(nikotinamiddinukleotid) 3 ATP
- FAD/FADH₂(flavinadenindinukleotid) 2 ATP
Fáze – Dýchací řetězec
- Je založen na transportu elektronů po membránových přenašečích na základě energetického spádu mezi H a O
- Do dých. Řetězce vstupuje H transportovaný NADH + H+ ( nebo FADH₂)
- Vodík H₂ se rozkládá na elektrony e^– a 2 protony H+ a na konci dých. Řetězce se pak slučuje s O₂ a H₂O
- Při transportu se uvolňuje energie à NAD 3 ATP, FAD 2 ATP
- Probíhá za aerobních podmínek na záhybech plazm. Membrány prokaryot a na kristách u eukaryot
- Vznik ATP v dýchacím řetězci- oxidační fosforylace
- Kvašení- 2 ATP, dýchání- 38 ATP (na jednu molekulu glukózy)

Další podobné materiály na webu: