FIZJOLOGIA ROŚLIN

1. Rodzaje wody występującej w glebie:

1. higroskopijna

2. błonkowata

3. kapilarna

4. grawitacyjna

2. Rodzaje soli mineralnych występujących w glebie:

1. roztwór glebowy

2. kompleks sorpcyjny

3. minerały

3. Sposoby pobierania wody i soli mineralnych

1. sposoby:

• dyfuzja

• osmoza

• pęcznienie - uwadnianie hydrofilowych koloidów (np. celulozy, pektyn, skrobi, wielocukrów zapasowych), które przyciągają cząsteczki wody, łączą je wiązaniami wodorowymi i tworzą wokół siebie otoczki wodne; następuje odwracalne zwiększenie masy i objętości oraz wydzielenie ciepła

• transport aktywny

4. Podział transportu różnych substancji w organizmach żywych

• transport bliski

• transport daleki

5. Przewodzenie wody i soli mineralnych w roślinie (odbywa się w drewnie)

1. pobieranie

• wody

• dyfuzja przez ścianę komórkową → osmoza przez błonę komórkową

• potencjał wodny to miara zdolności komórek rośliny do pochłaniania lub oddawania wody:

Ψ = P_o - cT [Pa]

gdzie: Ψ - potencjał wodny P_o - ciśnienie hydrostatyczne (turgorowe), cT - ciśnienie osmotyczne

Czysta woda ma Ψ = 0, a roztwór ma Ψ < 0. Woda zawsze przemieszcza się z gradientem potencjałów - od miejsca o potencjale wyższym do miejsca o potencjale niższym. W przypadku roślin lądowych największy potencjał ma roztwór glebowy, a najmniejszy atmosfera dzięki czemu woda stale przepływa od gleby, przez roślinę do atmosfery.

• soli mineralnych

• dyfuzja z wodą i adsorpcja w ścianie komórkowej i na powierzchni błony → transport aktywny lub transport wspomagany

2. transport w poprzek korzenia

• transport przez śródskórnię i okolnicę odbywa się drogą apoplastyczną lub symplastyczną

• dodatkowo w śródskórni znajdują się żywe komórki przepustowe, gdyż martwe komórki śródskórni o zgrubiałych ścianach uniemożliwiają dalszy transport (budowa śródskórni umożliwia za to różnicę potencjału wodnego między korą pierwotną a walcem osiowym)

3. transport daleki przez elementy drewna

• mechanizm pasywny

• na skutek transpiracji wzrasta stężenie soku komórkowego, a maleje ciśnienie hydrostatyczne komórek liści - rośnie potencjał wodny komórek liści

• powoduje to osmotyczne przenikanie wody z komórek sąsiednich i z elementów drewna - ubytek wody w ksylemie wywołuje podciśnienie hydrostatyczne, które zasysa wodę do góry (siła ssąca)

• mechanizm ten napędzany jest energią cieplną Słońca i energią wiatru

• sprawcą pobierania i transportu wody przez roślinę są liście, a nie korzeń

• mechanizm aktywny

• wykorzystywany przy słabej transpiracji (np. zimą, w nocy)

• na skutek energii z ATP następuje transport aktywny jonów z komórek walca osiowego korzenia do światła naczyń - wzrost stężenia roztworu w ksylemie powoduje osmotyczne przenikanie do niego wody z gleby, co wywołuje nadciśnienie hydrostatyczne, które pcha wodę do góry (parcie korzeniowe)

• przejawem parcia korzeniowego są: gutacja i płacz roślin

4. transport przez tkanki liścia zakończony transpiracją

• transpiracja kutykularna

• parowanie wody z kutykuli, która pęcznieje poczym oddaje parę wodną do atmosfery i pobiera nową wodę z komórek skórki

• im grubsza kutykula, tym słabsza transpiracja (dlatego u roślin siedlisk suchych i gorących ta transpiracja prawie nie występuje)

• popularna zwłaszcza u hydrofitów i higrofitów

• transpiracja szparkowa

• parowanie wody z miękiszu asymilacyjnego gąbczastego i palisadowego

• dyfuzja powstałej pary wodnej w przestworach międzykomórkowych

• oddanie pary wodnej do atmosfery przez aparaty szparkowe; mechanizm otwierania się aparatów szparkowych:

• transport aktywny jonów K⁺ i Cl^- do komórek szparkowych dzięki pompie H⁺ ATP-azowej

• hydroliza skrobi - powstała glukoza przekształca się w jabłczan

• jabłczan i jony obniżają potencjał soku komórkowego, co powoduje osmotyczne przenikanie wody do komórek szparkowych

• wzrost turgoru komórek szparkowych i otwarcie się aparatów szparkowych

• transpiracja przetchlinkowa

• występuje u roślin zdrewniałych

• para wodna oddawana do atmosfery przez występujące w korku przetchlinki (nie mają zdolności do otwierania się i zamykania)

5. bilans wodny

• stan optymalny: bilans wodny zrównoważony

• bilans dodatni występuje, gdy zwiędnięte rośliny pobierają gwałtownie po suszy wodę

• bilans ujemny występuje np. w okresach suszy (w roślinie występuje wtedy wewnętrzny deficyt wody, skutkiem może być więdnięcie)

• podział roślin ze względu na bilans wodny:

• hydrostabilne

• bilans wodny zrównoważony

• gromadzą wodę zapasową w organach spichrzowych

• szybka reakcja aparatów szparkowych na odwodnienie

• ograniczenie transpiracji w ciągu dnia

• rozbudowany system korzeniowy

• np. drzewa, niektóre trawy

• hydrolabilne

• bilans ujemny przez dłuższy czas

• nie gromadzą wody zapasowej

• powolna reakcja aparatów szparkowych na odwodnienie

• nieograniczenie transpiracji w ciągu dnia

• słabo rozbudowany system korzeniowy

• np. zielne rośliny dwuliścienne, niektóre trawy

6. Przewodzenie asymilatów w roślinie (odbywa się w łyku)

• transport m.in. sacharozy, alkoholi i aminokwasów od donorów do akceptorów

• liście znajdujące się w dolnej części rośliny przewodzą asymilaty do korzeni - transport w dół

• liście znajdujące się w górnej części rośliny przewodzą asymilaty do wierzchołka wzrostu pędu i młodych liści - transport w górę

• kwiaty i nasiona w zależności od usytuowania mogą być zaopatrywane zarówno przez dolne jak i górne liście

• w obrębie tej samej wiązki sitowej ruch substancji odżywczych odbywa się dwukierunkowo

• przebieg:

• załadunek w strefie wysokiego ciśnienia hydrostatycznego

• transport aktywny asymilatów z miękiszu asymilacyjnego przez komórki przyrurkowe i ich przenikanie przez plazmodesmy do rurek sitowych

• wzrastające stężenie powoduje spadek potencjału wodnego (a więc wzrost siły ssącej) rurek sitowych i woda z naczyń przenika do rurek sitowych (tworzy się wodny roztwór zwany sokiem floemowym, który transportowany jest dalej przez łyko)

• transport bierny daleki, siłą motoryczną transportu biernego jest gradient ciśnienia pomiędzy strefą załadunku a rozładunku

• rozładunek w strefie niskiego ciśnienia hydrostatycznego

• transport aktywny asymilatów z rurek sitowych od razu do komórek organu docelowego

• malejące stężenie powoduje wzrost potencjału wodnego rurek sitowych i woda z rurek sitowych przenika do naczyń

• kondensacja sacharozy do skrobi

7. Wzrost umożliwiany jest przez:

1. mechanizm wzrostowy

2. mechanizm turgorowy

8. Ruchy roślin

W przypadku roślin poruszają się organy, nie zaś cała roślina (ruch jednokomórkowych organizmów lub gamet to taksja).

1. tropizmy

• fototropizm

• termotropizm

• geotropizm

• tigmotropizm

• chemotropizm

2. nastie

• fotonastia

• termonastia

• sejsmonastia

• chemonastia

• nyktinastie

Ruchy organów roślinnych mogą występować w kombinacjach np. rośliny owadożerne (owad powoduje sejsmonastię i zostaje uwięziony, związki azotowe zawarte w ciele owada powodują chemonastię i zostają wydzielane soki trawienne), otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych (połączenie fotonastii i chemonastii)

9. Składowe wzrostu roślin:

1. podziały komórek

2. wydłużanie komórek

3. różnicowanie komórek

10. Rośliny wytwarzają niewielkie ilości regulatorów wzrostu i rozwoju (hormony roślinne). Uczestniczą one w regulacji wielu procesów, działając synergistycznie lub antagonistycznie.

Podział hormonów roślinnych:

1. aktywatory wzrostu i rozwoju (działanie synergistyczne)

• auksyny

• powstają w stożkach wzrostu łodygi i młodych liściach, a występują w całej roślinie (większe ilości auksyn działają hamująco na wydłużanie komórek, wrażliwe są m.in. korzenie i pędy boczne)

• działają pobudzająco (w niskich stężeniach) lub hamująco (w dużych stężeniach)

• stymulują wydłużanie komórek i podziały komórkowe, tworzenie korzeni przybyszowych, rozwój owoców (umożliwiają wyhodowanie owoców partenokarpicznych), rozwój drewna, rozwój zalążni i kwiatu żeńskiego

• hamują wzrost pędów bocznych, wzrost wydłużeniowy korzeni, opadanie liści

• gibereliny

• powstają w młodych i szybko rosnących organach np. nasiona, owoce, wierzchołkowe odcinki pędu i korzenia

• stymulują wydłużanie komórek i podziały komórkowe, wzrost międzywęźli (przywracają karłowatym roślinom normalny wzrost), kwitnienie, rozwój kwiatów pręcikowych, rozwój owoców (umożliwiają wyhodowanie owoców partenokarpicznych), przerywają stan spoczynku nasion

• zwiększają gromadzenie się auksyn

• cytokininy

• powstają w organach, w których zachodzą intensywne podziały komórkowe np. korzenie, młode liście, nasiona

• stymulują podziały komórkowe, wzrost objętościowy komórek, różnicowanie się chloroplastów, kiełkowanie, przyspieszają cytokinezę, opóźniają proces starzenia się oraz odmładzają liście pobudzając je do produkcji chlorofilu, wpływają na kierunek transportu metabolitów

• współdziałają z auksynami przy organogenezie (w zależności o stężeń obu związków powstawała tkanka przyranna, rozwijały się korzenie lub pędy)

• etylen

• przyspiesza dojrzewanie owoców, starzenie się tkanek, opadanie liści, kwiatów, owoców

• hamuje wzrost siewek

2. inhibitory wzrostu i rozwoju (działanie antagonistyczne)

• inhibitory fenolowe

• kwas abscysynowy

• powstaje w organach starzejących się i będących w spoczynku

• powoduje spoczynek pąków i nasion (inhibitor kiełkowania), hamuje wzrost komórek i wydłużanie pędów, fotosyntezę i syntezę chlorofilu

• przyspiesza opadanie liści, kwiatów, owoców

• etylen

• przyspiesza dojrzewanie owoców, starzenie się tkanek, opadanie liści, kwiatów, owoców

• hamuje wzrost siewek

powleka cząsteczki gleby i jest przez nie utrzymywana z olbrzymią siłą, większą niż siła ssąca korzenia (stąd jest niedostępna dla roślin)

powleka cząsteczki gleby i jest przez nie utrzymywana z dużą siłą, większą niż siła ssąca korzenia (stąd jest niedostępna dla roślin)

wypełnia cienkie kanaliki występujące w glebie (stąd jest dostępna dla roślin) i jest w nich utrzymywana dzięki napięciu powierzchniowemu

wypełnia cienkie kanaliki występujące w glebie (stąd jest dostępna dla roślin) i spływa w dół pod wpływem siły grawitacji aż do wody gruntowej, a miejsce po niej wypełnia powietrze

składa się z wody i rozpuszczonych w niej soli mineralnych; jony są łatwo dostępne dla roślin, ale stanowią jedynie część zapasu substancji mineralnych w glebie

składa się z cząsteczki gleby i związanych na jej powierzchni jonów wymiennych (mogą być wymieniane z jonami z roztworu wodnego lub korzenia)

związki nierozpuszczalne w wodzie; składają się z jonów niewymiennych (nie mogą być wymieniane z innymi jonami), które dostępne dla roślin stają się dopiero po procesach wietrzenia i rozpuszczania minerału

z komórki do komórki przez plasmodesmy, powolny

z organu do organu, szybki

przemieszczanie w obrębie martwych elementów - ścian komórkowych i przestworów międzykomórkowych; w nim następuje masowy przepływ wody z solami mineralnymi do drewna

przemieszczanie przez protoplasty kolejnych komórek połączonych plazmodesmami

wydzielanie przez liście wody zawierającej śladowe ilości soli mineralnych i innych związków (np. cukrów) w stanie ciekłym w atmosferze dobrze wysyconej parą wodną, odbywa się przez szparki wodne; w ten sposób rośliny pozbywają się nadmiaru wody i soli mineralnych

wyciekanie z uszkodzonej tkanki naczyniowej wody zawierającej śladowe ilości soli mineralnych i innych związków (np. cukrów) w stanie ciekłym - tzw. sok roślinny (np. po przecięciu łodygi)

wyparowywanie wody z powierzchni liści (wyróżniamy dwie powierzchnie transpiracji liści: zewnętrzną tworzoną przez skórkę górną i dolną oraz wewnętrzną tworzoną przez miękisz asymilacyjny); określana przez intensywność (w gramach wyparowanej wody na jednostkę powierzchni lub czas) i współczynnik transpiracji (w litrach wody, którą zużyła roślina w czasie jednego sezonu wegetacyjnego, aby wyprodukować 1kg suchej masy), które zależą od gatunku rośliny, wieku rośliny, światła, temperatury, wilgotności powietrza, pH gleby i nawożenia

wiotczenie i zwisanie liści oraz niezdrewniałych łodyg z powodu utraty turgoru (jeśli proces jest przejściowy podczas np. krótkotrwałej suszy mówimy o więdnięciu przejściowym, w innym przypadku konsekwencją jest śmierć)

polega na nierównomiernym wzroście dwóch przeciwległych stron danego organu wywoływany auksynami (np. pod wpływem oświetlenia jednej części rośliny - w części zaciemnionej gromadzą się auksyny, stąd szybciej ona rośnie, a roślina kieruje się w stronę światła)

polega na zmianach ciśnienia turgorowego, co skutkuje zmianą rozmiarów komórek (wzrost ciśnienia → większa komórka)

ruch całego ciała wyraźnie ukierunkowany i ściśle związany z kierunkiem działania bodźca (ruch w kierunku bodźca to taksja dodatnia, w kierunku przeciwnym - taksja ujemna)

ruchy wygięciowe organów wyraźnie ukierunkowane i ściśle związane z kierunkiem działania bodźca, długotrwałe, polegają na mechanizmie wzrostowym np. łodyga zwraca się do słońca (wyginanie w kierunku bodźca to tropizm dodatni, w kierunku przeciwnym - tropizm ujemny); wyróżnia się także plagiotropizm - ustawienie się pod pewnym kątem względem bodźca (w tym diatropizm - ustawienie się pod kątem prostym względem bodźca)

reakcja na światło; dodatni - łodyga, ujemny - korzeń, diafototropizm - liście; wyróżnia się także heliotropizm - reakcja na światło słoneczne

reakcja na zmiany temperatury

inaczej grawitropizm; reakcja na siłę ciążenia; dodatni - korzeń, ujemny - pęd, plagiogeotropizm - korzenie boczne

inaczej haptotropizm; reakcja na bodziec mechaniczny

reakcja na czynnik chemiczny; wyróżnia się także hydrotropizm - reakcja na wodę

ruchy organów niezależne od kierunku bodźca, lecz od budowy organów, krótkotrwałe, polegają na mechanizmie turgorowym np. kwiat otwiera się na świetle, a zamyka gdy go brak

reakcja na światło

reakcja na zmiany temperatury; dotyczy kwiatów (polega na ich zamykaniu się lub otwieraniu)

reakcja na bodziec mechaniczny; dotyczy liści (u ich nasady znajdują się wypełnione wodą tzw. poduszeczki wodne, które po dotknięciu opróżniają zawartość powodując ułożenie się liści parami i zwisanie ku dołowi) i pręcików

reakcja na czynnik chemiczny

reakcja na czas; dotyczy liści asymilacyjnych, pręcików i płatków korony (polega na ich opadaniu w nocy) i jest reakcją na czas żerowania owadów

inaczej elongacja

nabywanie właściwości strukturalnych i funkcjonalnych

kwas indolilo-3-octowy (IAA)

owoce powstające bez zapłodnienia i wytworzenia nasion

ABA

8

---