Fyziologie rostlin

Fyziologie rostlin

= Obor botaniky

Studuje životní funkce a individuální vývoj rostlin

Zabývá se vnitřními procesy v rostlině

Témata

• Metabolismus
• Výživa
• Rozmnožování
• Růst a vývin
• Dráždivost pohyby

Ekologická valence

= Soubor životních podmínek

Každý organismus má jiné životní podmínky

Můžeme ji vyjádřit pomocí Gaussovy křivky – zleva doprava: hranice existence, ekologické minimum, ekologické optimum, ekologické maximum, hranice existence

Ekologické minimum a maximum jsou tzv. stresové oblasti

Liebigův zákon minima: Limitující faktor je vždy ten, který je v minimu

Euryvalentní / euryekní druhy = odolnější organismy (mají větší rozmezí podmínek)

Stenovalentní / stenoekní druhy = méně odolné organismy (mají menší rozmezí podmínek)

Výživa rostlin

Způsob výživy

Autotrofie $\times$ heterotrofie

Saprofytismus = rozkladači zbytků odumřelých organismů, destruenti/reducenti

Parazitismus – nemá vůbec chlorofyl – např. kokotice

Poloparazitismus – má chlorofyl, zároveň parazituje – např. jmelí

Mixotrofie – masožravé rostliny, (trávicími šťávami rozloží mouchu)

Symbióza

Mutualismus = rostlina, která sedí na jiné rostlině, ale neparazituje

Rostliny jsou schopné přijímat látky pouze v kapalné a plynné podobě

Fotosyntéza a respirace

Vodní režim

Voda je pro rostliny nepostradatelná

Na pohybu vody se podílí:

• Difuze (přes permeabilní prostředí)
• Osmóza (přes semipermeabilní prostředí)
• Hydratace (bobtnání)

Způsob cesty vody:

• Symplastická cesta:
  Z buňky do buňky přes membrány
  Pomalá, krátké vzdálenosti
  Nutno dodat energii

• Apoplastická cesta:
  Přes buněčnou stěnu a volné prostory
  Rychlá, delší vzdálenosti

1. Příjem vody:
   Celým povrchem těla – u nižších rostlin (řas) a vodních rostlin

   • Pasivní:
     Prostřednictvím transpirace
     Apoplastická cesta
     Rostlina má listy, vodu vydává
     Je rychlejší, nespotřebovává energii
   • Aktivní:
     Symplastická cesta
     Přes cytoplazmatickou membránu
     Je pomalejší, spotřebovává energii
     Faktory ovlivňující příjem:
   • Teplota (optimum $20 - 25 \space°\text{C}$)
   • Půdní vlhkost (optimum $60 - 70 \space \%$)
   • Velikost půdních částic (lehká půda = písčitá, střední, těžká půda = jílovitá)
   • Obsah kyslíku v půdě
   • Koncentrace živin v půdě
   • Clhkost vzduchu

2. Vedení vody:
   Difuzí a osmózou – z buňky do buňky, pomalé, symplast, apoplast
   Cévními svazky – souvislý proud v xylému: koheze (soudržnost), adheze (přilnavost), kapilarita (vzlínavost), kořenový vztlak

3. Výdej vody:

   • Transpirace = vypařování:
     Výdej vodní páry hlavně listy
     Kutikulární – celým povrchem listů (méně než $10 \space \%$ celé transpirace)
     Stomatární – štěrbinami průduchů
     Intenzita transpirace = rychlost odpařování vody
   • Gutace:
     = Výdej kapalné vody
     Hydatody = vodní skuliny – neuzavírají se
     Během nízké teploty a vysoké vzdušné vlhkosti (ráno)
     Zastavení transpirace

   Vnitřní faktory ovlivňující intenzitu transpirace:

   • Kutikula – stavba, tloušťka, chemické složení
   • Průduchy – velikost, počet, postavení, velikost průduchové štěrbiny
   • Listy – stáří, počet, stav
     Vnější faktory ovlivňující intenzitu transpirace:
   • Teplota vzduchu – vyšší teplota $\to$ intenzivnější transpirace
   • Vlhkost vzduchu
   • Pohyb vzduchu
   • Světlo
   • Voda v půdě
   • Prach, kouřové plyny

   Vodní bilance rostlin = poměr mezi příjmem a výdejem
   Vodní deficit $\to$ turgor klesá, vadnutí může být reverzibilní nebo ireverzibilní

Vztah rostlin k vodě:

Hydatofyta = vodní rostliny
Aerofyta = suchozemské rostliny

Minerální výživa

Příjem minerálních látek: kořenový $\times$ mimokořenový

Makrobiogenní prvky: uhlík, kyslík, vodík, dusík, fosfor, síra, draslík, hořčík, vápník, ...

Mikrobiogenní prvky: železo, mangan, zinek, chlor, molybden, sodík, křemík, bor

Hnojiva: statková (hnůj, močůvka, kompost, kejda, zelené hnojení), průmyslová (dusíkatá, fosforečná, draselná, vápenatá)

Humus = odumřelé zbytky rostlin (a taky je to pomazánka)

Etiolované listy = listy bez chlorofylu

Růst rostlin

= Nevratné kvantitativní změny během života

Není u rostlin omezený časem

Podstata: rozmnožování a zvětšování buněk

Fáze růstu

1. Embryonální (zárodečná):
   Hlavně meristémy
   Vzniklé buňky jsou slabé, malé, tenkostěnné, mají hodně vakuol a velké jádro

2. Elongační (prodlužovací):
   Buňky se nedělí, spojení vakuol
   Velké požadavky na příjem vody

3. Diferenciační (rozlišovací):
   Probíhá současně ve všech fázích
   Totipotentní schopnost DNA = každá buňka má DNA pro všechny účely
   Diferenciace pletiv

Periodicita růstu

1. Denní:
   Den – pomalý růst
   Noc – rychlejší růst, produkce auxinů

2. Roční:
   Periodicita klidu a vegetativního období (v létě rostou rostliny rychleji)

Faktory růstu

1. Vnitřní: fytohormony
2. Vnější:
   Světlo, teplo, kyslík, voda, živiny, UV záření (brzdí růst), znečištěné prostředí
   Etiolizace = růst za světlem

Růstová korelace = vzájemná souvislost mezi jednotlivými rostlinnými orgány a jejich růstem

Apikální dominance (vrcholová nadvláda) = po odstranění horní větve začne jiná větev růst nahoru a nahradí původní horní větev

Regenerace = zahojení zranění rostlin, vzniká kalus (mrtvé buňky, které obrostou zranění)

Vývin rostlin (ontogeneze)

= Kvalitativní změny od zygoty po smrt

Fáze vývinu

1. Embryonální:
   Od zygoty ke zralému semeni
2. Vegetativní:
   Od klíčení semene po vytvoření vegetativních orgánů
   Pouze nepohlavní rozmnožování
3. Dospělost:
   Vytvoření generativních orgánů
   Rozmnožování pohlavní i nepohlavní
4. Stárnutí:
   Převládají katabolické procesy
   Žádné množení, odumření

Životní cyklus

• Efeméry:
  Vývoj trvá pouze několik týdnů
• Ozimy:
  Naseje se na podzim, vyklíčí, přezimuje, kvete, sklizeň
• Jednoleté:
  Ontogeneze trvá 1 rok, přezimuje semeno
  Např. salát, hrách, ředkev, rajče
• Dvouleté:
  Během 1. roku vytvoří vegetativní orgány, během 2. roku probíhá kvetení
  Např. mrkev
• Trvalky (pereny):
  1. Monokarpické – plodí 1 za život
  2. Polykarpické – plodí víckrát za život

Vegetativní klid (dormance) = snížení fyziologických funkcí způsobené fytohormony, buď vynucené, nebo z vnitřních příčin

Klíčení semen = přechod z období klidu do období růstu, je vyvoláno vnějšími faktory (vlhko, teplo, kyslík)

Vernalizace (jarovizace) = dlouhodobé působení nízkých teplot, "nastartuje" růst rostliny

Fotoperiodismus = nároky rostlin na kvetení související s délkou dne, dlouhodenní rostlina má delší fotoperiodu, krátkodenní má kratší fotoperiodu

Rozmnožování rostlin

= Množivost

Obecná vlastnost rostlin

1. Nepohlavní (asexuální) rozmnožování

Může dojít k diferenciaci, ale menší, než u pohlavního rozmnožování

Nový jedinec vzniká z části těla rodičovského organismu

Nový jedinec je klon

Dělení buňky (u jednobuněčných organismů)

Pučení – vnější = bez oddělení kolonie, vnitřní

Schizogonie = mnohonásobné dělení jader, pak celá buňka

Fisiparie = rozpad mnohobuněčného těla na segmenty, původní jedinec ztrácí individualitu, strobilace

Fragmentace – od rodičovského organismu se postupně oddělují fragmenty/části, např. u řas

Vegetativní rozmnožování – tvorba speciálních orgánů (hlízy, cibule, šlahouny, ...)

Tvorba spor/výtrusů – speciální haploidní částice, tvoří se ve sporangiích, výtrusnicích

Izospory (nejsou rozlišené) $\times$ anizospory (jsou rozlišené)

Mikrospora $\times$ makrospora

Aplanospora (není pohyblivá) $\times$ zoospora (je pohyblivá)

Umělé způsoby nepohlavního rozmnožování rostlin:

• Řízkování
• Očkování
• Roubování
• Hřížení

2. Pohlavní rozmnožování

Na vzniku nového jedince se podílejí 2 rodičovské organismy

Energeticky náročnější, než nepohlavní rozmnožování

Splynutí/fertilizace/oplození haploidních rozmnožovacích pohlavních buněk – gamet

Vznik diploidní zygoty

Izogamety – jsou stejnocenné, izogamie

Anizogamety – liší se velikostí, pohyblivostí

Anizogamie:

• Samičí gamety (makrogamety) – vaječná buňka, oosféra
• Samčí gamety (mikrogamety) – spermatická buňka, spermatozoid

Gamety se tvoří (= gametogeneze) v pohlavních orgánech, gonádách, gametangiích (oogeneze, spermatogeneze)

Jednodomá (na dané rostlině je jeden květ samčí a jeden samičí) $\times$ dvoudomá (jedna rostlina tvoří jen samčí květy, druhá jen samičí)

Hermafrodit (má obě pohlaví) $\times$ gonochorista (má pouze jedno pohlaví)

Pohlavní dimorfismus = organismy stejného druhu s různým pohlavím vypadají odlišně

Gametofyt = všechny buňky jsou haploidní

Sporofyt = všechny buňky jsou diploidní

V rostlině se střídají gametofyty a sporofyty

Dráždivost a pohyby

Dráždivost/Iritabilita = schopnost organismu vnímat vnitřní i vnější signály a reagovat na ně

Živočichové mají receptory, je u nich lokomoce (= pohyb z místa na místo), jsou řízeni nervovou soustavou

Rostliny mají pomalejší reakce, většinou nemají lokomoční pohyb (mají ji pouze některé nižší rostliny), jsou vázány kořenovým systémem na jedno místo, jsou řízeny chemicky

Pasivní pohyby

• Pozitivní – např. opylování

• Negativní

Aktivní pohyby

• Fyzikální:
  Mají fyzikální podstatu, rostlina je příliš neovlivňuje

  • Hygroskopické – např. bobtnání dřeva u šišky
  • Kohézní – např. bobtnání buněčné stěny u výtrusnice a její prasknutí (výtrusy vypadávají ven)
  • Eplozivní/Mrštivé – např. vysoký turgor v lusku netýkavek

• Vitální:

  • Lokomoční/Taxe:
    = Pohyb z místa na místo
    • Chemotaxe – pohyb za chemicky příznivějším prostředím
    • Fototaxe – pohyb za světlem
    • Geotaxe – pohyb podle zemské přitažlivosti (např. kořeny)
    • Termotaxe – pohyb za teplem nebo před teplem
  • Ohyby:
    • Autonomní:
      = Samovolné
      • Nutační = nevratné
      • Variační = vratné
    • Indukované:
      • Nastie (= neorientované):
        Např. fotonastie (rozevírání květů), termonastie, tigmonastie (podnět: dotek), seismonastie, nyktinastie (spánkové pohyby, např. šťavel)
      • Tropismy (= orientované)
        Buď pozitivní (za podnětem), nebo negativní (pryč od podnětu)
        Např. fototropismus (= otáčení za světlem), chemotropismus (u kořenů rostlin), geotropismus (pozitivní u hlavního kořene, negativní u stonku), tigmotropismus (podnět: dotek)