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 C₃ rostliny, má tři fáze- fixace CO₂ akceptorem, redukce navázaného CO₂ za 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 CO₂ probíhá dvakrát

Rychleji

CAM-rostliny- sukulentní(pouštní, tučnolisté) rostliny, musí šetřit vodou -> průduchy otevírají v noci -> příjimají CO₂ a 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)