Wykład 1 (16.02.2011)

1. Fizjologia roślin. Od teorii do nauk stosowanych (M.Kozłowska)

2. Fizjologia roślin. (J. Kopcewicz)

3. Fizjologia roślin (A.Szwejkowska)

4. Fizjologia roślin. Wprowadzenie (S. Lewak)

Fizjologia roślin to jest długotrwała podróż przypuszczalnie nigdy nie zakończona, prowadząca do pełnego zrozumienia istoty życia. Steward F.C (1971)
Teofrast z Erezu (370-285 p.n.e) - `Badanie nad roślinami', `Przyczyny powstawania i rozwoju roślin' - `Fizjologia roślin'.
Twórcą Instytutu Botaniki - Ferdynant Cohn
Teofil Ciesielski (1847-1926) - napisał pracę doktorską na temat zakrzywiania się korzeni.
Juliusz Sachs (1832-1987) - interesował się fizjologią roślin i zwierząt , chciał przenieść informacje dotyczące fizjologii zwierząt na fizjologię roślin.
Emil Godlewski (1847-1930) - wykazał istnienie ścisłej zależność między stężeniem węgla a intensywnością fotosyntezy.

Fizjologia roślin - cytologia , anatomia, morfologia, genetyka, biochemia, agrobiologia, agrotechnika, ekologia, biofizyka, biocybernetyka (system modelowania zjawisk zachodzących w roślinach).
Komórka roślinna w odróżnieniu od komórki roślinnej posiada ścianę komórkową.
Ściana pierwotna : pektyny i hemicelulozy , celuloza i białka.
Ściana wtórna: hemicelulozy, celuloza, lignina (związek aromatyczny - stabilizuje ścianę).
Dwie komórki przylegają do siebie, są zlepione za pomocą blaszki środkowej, która zbudowana jest z pektyn.
Ekspansyna białko ściany komórkowej odpowiedzialna za rozluźnienie struktury ściany.
Ekstensyna - białko ściany komórkowej stabilizujące strukturę ściany ( bogate w hydroksyprolinę).
Błona komórkowa (2warstwy) przechodzą przez nią białka strukturalne. Błona komórkowa i jej częśc lipidowa jest czynnikiem przekazującym informacje z wnętrza komórki na zewnątrz i odwrotnie, do najważniejszych nienasyconych kwasów tłuszczowych znajdujących się w błonie należą linolenowy i linolowy.
Plastydy - z pro plastydów powstają wszystkie inne plastydy (tioplasty, chloroplasty, leukoplasty i chromoplasty). Posiadają własne DNA
Mitochondrium - centrum energetyczne komórki.
Jądro komórkowe
Retikulum plazmatyczne (gładkie i szorstkie - rybosomy).
Aparat Golgiego - bierze udział w budowie ściany komórkowej.
Cytoplazma - ma odpowiednią strukturę - cytoszkielet (mikrotubule- rurki i mikrofilamenty- skręcone warkoczyki). Jest to zmieniająca się struktura.
Wakuola - jony, kwasy organiczne, aminokwasy, sacharyny, białka, barwniki, alkaloidy, związki fenolowe, ksenobiotyki. Zapewnia homeostazę komórkową.

Wykład 2 (23.02.2011)

Zawartość wody w organizmach roślinnych jest różna (np. płatki kwiatów 90-95%, owoce: grusza 84%, nasiona 9%). Cząsteczka wody jest dipolem mająca zdolność hydratacji innych cząsteczek, tworząc np. koloidy.
Typy wody glebowe: (woda higroskopowa i błonkowata - niedostępna, woda kapilarna - dostępna, woda grawitacyjna - dostępna). Woda do komórek roślinnej dostaje się na skutek specyficznej odmiany dyfuzji - osmozy. By mógł zaistnieć proces osmozy musi występować błona półprzepuszczalna, która przepuszcza jedynie rozpuszczalnik (woda), cząsteczki rozpuszczone nie mogą przewędrować z powrotem na drugą stronę błony półprzepuszczalnej. (osmometr Pfeffera).

potencjał osmotyczny= C i RT
C- stężenie
i - współczynnik aktywności
R - 0,00831 kg x MPa x mol x K
T - ^oK (^oC+273)

- substancje nierozpuszczalne w wodzie są osmotycznie nieczynne

Potencjał wodny = potencjał osmotyczny (S) + potencjał turgorowy (P) [+ potencjał matrycowy (m)] Potencjał matrycowy związany jest z uwodnieniem ściany komórkowej. [bar, MPa].
Oznaczanie potencjału osmotycznego
- metody fizyczne, krioskopowa - przy jakiej temperaturze pojawią się kryształki lodu.
- metoda psychometryczna - metoda prężności par
Komórki korzenie - 0,3 - 1,2 MPa
komórki łodygi 1,0-2,6 MPa
komórki halofitów -15 MPa
Potencjał turgorowy - napieranie protoplazmy na ścianę komórkową (badanie ciśnienia wewnątrz komórki).
Roztwory hipertoniczne - umieszczenie komórki w roztworze o wyższym stężeniu, niż stężenie panujące w komórce (plazmoliza), (cytoryza - kurczenie się całej komórki).
Roztwór hipotoniczny - umieszczenie komórki w roztworze o niższym stężeniu , niż panujące w komórce (komórka pęka).
Roztwór izotoniczny - stężenie roztworu jest takie samo jak stężenie w komórce.
Roztwór hipertoniczny - komórka zwierzęca kurczy się w tym roztworze, ale nie zachodzi plazmoliza, natomiast w komórce roślinnej dochodzi do plazmolizy
Roztwór hipotoniczny - komórki roślinne pęcznieją , komórki zwierzęce pękają pod wpływem tego roztworu.
Roztwór izotoniczny - spadek turgoru u komórek roślinnych, u zwierzęcych nie dochodzi do żadnych zmian.
Cząsteczki wody przenikają przez błonę komórkową dzięki specjalnym tunelom złożonych z białka (akwaporyn).
Transport długodystansowy (daleki) - woda z roztworu glebowego musi się dostać do liści.
- siła ssąca liści (transpiracja)
- ciśnienie korzeniowe (parcie) - najważniejsze jest w tym okresie kiedy drzewa nie posiadają liści, na wiosnę ciśnienie to się wzmaga, (przedostawanie się wody , przez włośniki > epiderma> komórki kory> endoderma> perycykl> wiązki przewodzące - transport symplastyczny), (transport apoplastyczny - po ściankach komórek).

Ważnym czynnikiem prze przewodzeniu wody odgrywa bardzo ważna rolę stężenie tlenu, stężenie soli mineralnych, odczyn środowiska i temperatura. Parcie korzeniowe odpowiedzialne jest także za gutację (wydzielanie wody w postaci ciekłej).

Wykład 3 (2.03.2011)
Transpiracja - siła ssąca liści

Kohezja - (30MPa) - wiązanie cząsteczek wody wewnątrz cewek.
Adhezja - przyleganie cząsteczek wody do ściany.
Szybkość przewodzenia wody
drzewa liściaste~ 20cm3/ h x cm2
d. iglaste ~ 5cm3/h x cm2
krew 40-50 cm3/sec
Metoda dendrometryczna - badanie zmiany średnicy pnia związana z przepływem wody, jeżeli woda jest gwałtownie pobierana średnica się zmniejsza, jeżeli intensywność pobierania wody jest niska to wtedy średnica pnia się zwiększa.
Susza fizjologiczna - występuje wtedy kiedy woda jest obecna w podłożu ale roślina nie jest w stanie jej pobrać:
- niska temperatura
- brak tlenu
- zasolenie
Transpirację dzielimy na kutykularną i szparkową.
Aparat szparkowy: typ fasolki i typ biszkopcika. Zasada działania oby dwu typów aparatów jest taka sama. Stopień parowania zależy od powierzchni aparatu.
Prawo Stephana -
Efekt brzeżny - duża zdolność wydzielania pary wodnej
Czynnikiem warunkującym otwieranie i zamykania aparatów szparkowych jest potencjał osmotyczny.
Przy dostępie światła i przy zamkniętym aparacie szparkowym , w plazma lemmie znajduje się receptor (białko - fototropijna, żółte białko zawierające witaminę B2). Fototropijna aktywuje pompę protonową (rozkłada ATP do ADP z wytworzeniem reszty kwasu fosforowego oraz z wydzieleniem protony H+). W zamian za wydzielenie protonu H+ roślina pobiera potas K+ (poprzez antysport). Pobierany jest także przez roślinę anion Cl - na zasadzie syn portu. Roślina syntezuje sobie anion (kwas fosfoendorpirogronowy →(CO2) kwas szczawiooctowy → (NADH + H+) kwas jabłkowy).
I etap: aktywacja H+ - ATPazy (pobieranie K+, Cl-, synteza jabłczanu - następuje napływanie wody i aparat szparkowy się otwiera.
II etap: synteza sacharozy, pobieranie sacharozy. W chloroplastach magazynowana jest skrobia, która przemienia się w sacharozę lub sacharoza może być pobierana z apoplastu - musi być pobrana wraz z H+ - czynnik stabilizujący otwarcie aparatu szparkowego.
Jeśli światło zanika dochodzi do dezaktywacji pompy protonowej. H+ wpływa do komórki, a jony Cl- i K+ , wychodzą z komórki. Jabłczan przekształca się w skrobię asymilacyjną. Podobnie jest z sacharozą, może ulec przemianie w skrobię lub wypłynąć na zewnątrz komórki.
- wysoki potencjał osmotyczny powoduje wyciekanie wody, spada turgor i aparat szparkowy się zamyka.
- w południe aparaty szparkowe zamykają się, przez szparkę wchodzi CO2 a H2O wychodzi. 1 cząsteczka CO2 →500 cząsteczek H2O
Kwas apsysynowy ABA (hormon stresowy) - idzie wraz z prądem transpiracyjnym do liści i do aparatów szparkowych i powoduje zamkniecie komórek szparkowych. Wraz z receptorami szparkowymi otwiera pompy potasowe i powoduje wypłynięcie potasu na zewnątrz.

Transport asymilatów:
Jeden z najważniejszych problemów fizjologicznych. Transport wody odbywa się w jednym kierunku, natomiast transport asymilatów odbywa się w wielu kierunkach.
Nagonasienne - realizowany przez komórki sitowe (brak płytek sitowych, pory sitowe wypełniają struktury błoniaste - pory zamykane są przez kalozę - wielocukier, brak biąłka floemowego, komórki białkowe pełnią funkcję komórek towarzyszących)
Okrytonasienne (rurki sitowe wraz z płytkami sitowymi, pory otwarte, białko floemowi, komórki towarzyszące - źródło ATP).
Rurki sitowe nie posiadają jądra a tym samym nie są totipotentne.
Skład soku floemowego - najważniejszy cukier transportowy to sacharoza, aminokwasy, cukry redukujące, keto kwasy, fosforany, chlorki, azotany, jony, auksyny, cytokininy, siarczany, fosforany, węglowodany.
Do rurek sitowych musi się dostać sacharoza, pomagają tutaj komórki towarzyszące, transport sacharozy może odbywać się poprzez apoplast lub plazmodesm. Odbywa się to poprzez symport przez rurki sitowe.
Teoria Muncha (1930) - teoria masowego przepływu.

Wykład 4 (9.03.2011)

P, S, N, K, Ca, Mg, Fe - makroelementy
Mo, B, Cu, Mn, Zn - mikroelementy
Czynniki zewnętrze wpływające na pobieranie soli mineralnych:
- temperatura
- pH
- obecność O2
- stężenie soli mineralnych
- obecność innych jonów (antagonizm jonów)
Prawo Liebiga - czynnik będący minimum ogranicza inne czynniki.
Transport soli mineralnych odbywa się ksylemem a także floemem (odzyskiwanie substancji ze starych liści - transport wtórny).
Rola S:

• Wchodzi w skład aminokwasów (cysteina, cystyna, metionina)

• Kwas lipoinowy, koenzym A

• Grupa -SH białek decyduje o ich aktywności enzymatycznej

• Olejki gorczyczne, glukozynolany

• Pobierana w postaci SO₄^2- ( S⁶⁺→(ferrodoksyna i ATP)→S²⁺ )

Rola K+:

• Regulacja potencjału osmotycznego

• Aktywator enzymów (fotosynteza, synteza skrobi)

• Aktywuje syntezę kwasów nukleinowych

• Reguluje przemianę związków azotowych ( brak K+ powoduje nagromadzenia się amin np. putrescyny)

• Wpływa na indukcję reduktazy azotanowej

• Zwiększa odporność roślin na infekcje grzybowe i bakteryjne

Rola P:

• Składnik błon komórkowych - fosfolipidy

• Wchodzi w skład substancji wysoko energetycznych np. ATP

• Wchodzi w skład kwasów nukleinowych

• HPO₄^2- + H ↔H₂PO₄^- (pobierana forma zależy od pH)

• Potas przechowywany jest w nasionach w postaci kwasu fitynowego (mezoinozytol - prekursor kwasu fitynowego)

Rola Mg²⁺:

• Aktywacja enzymów (np. ATP - az)

• Wchodzi w skład chlorofilu

• Bierze udział w syntezie kwasów nukleinowych

Rola Fe:

• Aktywuje enzymy (akonitaza, synteza chlorofilu)

• Wchodzi w skład cytochromów, oksydazy cytochromowej, peroksydazy itp.

• Fe³⁺→Fe²⁺

• Żelazo proteidy, ferrodoksyna, nitrogeneza, i reduktaza azotynowa, fito ferrytyna

• Związki chelatowe, EDTA, aminokwasy , związki organiczne

Rola Ca ²⁺:

• Aktywacja enzymów

• Aktywacja białek regulatorowych (kalmodulina)

• Wchodzi w skład ściany komórkowej (pektynian wapnia)

• Wtórny przekaźnik informacji komórkowej

• Kalmodulina + 4Ca²⁺ - bez połączenia z jonami Ca²⁺ jest nieaktywna, po przyłączeniu jonów wapnia może aktywować enzymy np. kinazy białkowe (fosforylacja)

Wykład 5 (16.03.2011)

Mo - łączy się z azotem
B - budowa ściany komórkowej, wzrost łagiewki, znamię słupka jest słodkie, należy dodać kwasu borowego żeby kiełkowało
Cu - oddychanie, oksydaza cytochromowa, plastocyjanina
Mn - fotosynteza wody
Zn - synteza tryptofanu - prekursor syntezy auksyn, wzrost
Co - witamina B12
Ni - stymuluje ureazę, rozkładając mocznik
mocznik →(ureaza)→NH₃ + CO₂
NO - rodnik nitrozylowy, łączy się z aminokwasami i powoduje tworzenie się nowotworów.
Pierwotna synteza aminokwasów:
COO^- COO^- -CH+NH₂- CH₂+(NAD⁺+H₂O )- CH₂- COO^- glutaminian↓
|
C=O
|
CH₂ + NH₃ + NADH+H⁺ ↔(dehydrogenaza glutaminowa)
|
CH₂
|
COO^-
2-oksyglutaran

- odbywa się w plastydach i cytoplazmie i przy wysokim stężeniu NH₃

-Wysokie stężenie NH₃

Organizmy wiążące N₂:
1. Bakterie wolno żyjące (Azotobacter, clostridium)
2. Bakterie symbiotyczne (Rhizobium)
3. Sinice wolno żyjące (Nostoc muscorum)
4. Sinice symbiotyczne (Anabaena azollae, Nostoc punctiforme)
5. Promieniowce symbiotyczne (Actinomycetes, Frankia)
6. Fotoautotrofy bakteryjne (Rhodospirallium Rubens)

N₂ + H₂ → (200 ^o C + 20 MPa)→ NH₃

Rośliny amidowe (lucerna) - syntezują asparaginę.
Rośliny ureidowe (fasola, soja) - biosynteza puryn, powstawanie kwasu alantoinowego.
Mikoryza:

• Ektomikoryza (grzyb nie wnika do tkanek roślinnych)

• Endomikoryza (stępki grzyba wnikają do tkanek roślinnych)

↙ ↘

Strzępki wytwarzają przegrody poprzeczne

Strzępki grzyba nie wytwarzają przegród poprzecznych, mikoryza pęcherzykowato - arbuskularna

- mikoryza ułatwia pobieranie fosforu

E= 58log
- równanie Nersta dla jonów

Wykład 6 (23.03.2011)
Fotosynteza

Czynniki zewnętrzne determinujące fotosyntezę:

• Temperatura

• Światło (intensywność i barwa)

• Stężenie CO₂

• Uwodnienie

• Odżywianie mineralne

1. Światło (µM x m^-2 x s^-1 ), 400 - 700 nm (PAR, luxy)

• 0,5 - 3,5 % świtała jest pochłonięte i użyte fotosyntezie

• UV ma negatywne działanie na aparat fotosyntetyczny
  UV C (200 - 290 nm) - nie dociera do ziemi (lampy UV)
  UV B (290 - 320 nm) - powoduje mutacje, pojawienie się dziury ozonowe spowodowane jest wzrostem UV B. Niszczy komórki CD 4 odpowiedzialne za układ odpornościowy. Decyduje o wielkości plonów. Odpowiedzialny jest za powstawanie czerniaków. Kutner u roślin odbija promieniowanie UV B. Flawonoidy i cyjano-… pochłaniają UV B (kolorowe kwiaty także).
  UV A (320 - 400 nm)

• Barwa światła - ważna jest dla roślin żyjących w toni wodnej (do 400 m głębokości dociera światło zielone). Glony wytworzyły dodatkowy barwnik współpracujący z układem chlorofilowym (fukoksantyna i fitoerytyna - absorbują barwnik zielony - adaptacja dnomatyczna).

2. Temperatura

• Na przykładzie świerku:
  opt. 20^oC
  max. 37^oC

• Rośliny tropikalne:
  opt. 35-40^oC

3. Stężenie CO₂

• Punkt kompensacyjny: fotosynteza = oddychaniu

• Prawo Blackman'a - czynnik będący minimum ogranicza działanie innych czynników

Rośliny

↙ ↘

Cieniolubne Światłolubne

↘ ↙

Różnią się punktem kompensacyjnym

Dobowy rytm fotosyntezy:

Chlorofil (a i b) - ogonek fitowy zauważony jest w błonie tylakoidów Do syntezy chlorofilu niezbędne jest światło. Karotenoidy (karoten, luteiny, ksantyna) - pełnią ochronną rolę w stosunku do kompleksu białko - chlorofil.

Cykl Calvina - Bensona
Enzymy: RUBiSCO (Rybuloza-1,5-bifosforan), 6-węglowy, nietrwały związek pośredni, 3-fosfogliceryna. Typ roślin C3.

Cykl Hatcha i Slacka (typ C4)
fosfoendopirogronian > (karboksylacja i dehydrogenaza jabłczanowa)> jabłczan

C3	C4	CAM
- miękisz gąbczasty i palisadowy	-miękisz fotosyntetyczny, - wiązka (komórki pochwy około wiązkowej > synteza kwasu jabłkowego - transportowany jest do komórek pochwy i tam ulega karboksylacji i wchodzi w cykl Calvina - Bensona	- następuje jeden i drugi cykl. Cykl Hatcha - Slacka zachodzi w cytoplazmie w nocy. W dzień kwas jabłkowy jest karboksylowany, wnika do chloroplastów i zachodzi cykl Calvina - Bensona

C3	C4	CAM
Akceptor RuBP	PEP - mezofil, RuBP - wiązka	PEP - noc, RuBP - dzień
Jeden typ chlorofilu	Dwa typy chlorofilu	-
Fotorespiracja aktywna	-	-
p.kom CO2 - 30-80 ppmCO2	↓10ppmCO2	↓5ppmCO2
Szparki otwarte w dzień	dzień	noc
Produktywność średnia ~30t/ha	~120 t/ha	niska
Pszenica, ziemniak, sosna	Kukurydza, trzcina cukrowa,	Agawa, kaktus

- do cytoplazmy - fosfotrioza (reszta kwasy Pi, TPT)
- z chloroplastu do cytoplazmy (związek trójwęgolwy - szlak dzienny)
- oksygenazy - rozbijają cząsteczkę pod kierowaniem O₂
- chloroplast, peroksysom, mitochondrium - biorą udział w oksygenazie, zachodzi tylko w roślinach C3.

Wykład 7 (30.03.2011)
Fotosynteza

• 2 typy fotosynteza

• PS I

• PS II (ważniejsza)

Fosforylacja cykliczna:
- jak powstaje ATP - teoria chemoosmotyczna Mitchella

• Fosforylacja substratowa

• Fosforylacja oksydacyjna

• Fosforylacja fotosyntezująca

- Mitchel:

• Etap 1: transport elektronów napędza pompę, która pompuje protony na druga stronę błony.

• Etap 2: gradient protonowy jest wykorzystywany przez syntazę ATP do produkcji ATP.

Oddychanie:

• Temperatura

• Stężenie O₂

• Zawartość H₂O

- oddychanie: klimakteryjne, nieklimakteryjne

- rozkład wegowodanów > glukoza> (glikoliza)> kwas pirogronowy

↙ (dehydrogenaza mleczanowa, NADH>NAD+) = kwas mlekowy

↘(dehydrogenaza pirogronowa, uwalniania CO₂) = aldehyd octowy (dehydrogenaza alkoholowa, NADH>NAD+) = etanol

- β-oksydacja
- Cykl pentozowy DNA, RNA (pentoza)

- roślin nie da się zatruć cyjankiem

Oksydacja polifenolowa:

Polifenol ½ O₂
↓ ↓
Chinon H₂O

Oksydaza flawinowa:

Substrat FAD
↑ ↑
substrat H₂ FAD

Oksydazy końcowe roślin:	synteza	ATP KCN
Oksycaza cytochromowa	+++	+
O. alternatywne	++	-
Polifenolowa	-	+
Kwasu askorbinowego	-	+
Glikolanowa	-	-

Wykład 8 (13.04.2011)
Kiełkowanie

Kiełkowanie - przejście z rozwoju embrionalnego w rozwój wegetatywny.

Substancje zapasowe

Węglowodany	Tłuszcze	Białka
Fasola	Rzepak	Orzech
Trawa	Rącznik	Soja
Groch	Słonecznik	Gryka

*gluten - prowadzi do zaburzeń w funkcjonowaniu jelita cienkiego
*rącznik - zawiera w swoich nasionach rycynę, która jest szkodliwa
1. Warunki konieczne do kiełkowania

• temperatura

• światło

• woda

• stężenie CO₂ i O₂

*szkarłat - zboże alternatywne, zawiera doskonale przyswajalne białka i skrobię

1. Światło
- działanie stymulujące na kiełkowanie (np. sałata)
- działanie hamujące na kiełkowanie (np. nasiona szkarłatu, czarnuszka)

- najwięcej energii płynie z fosforylacji oksydatywnej

Spoczynek względny - spowodowany jest czynnikami zewnętrznymi (woda, temperatura, itp.)
Spoczynek bezwzględny - jeżeli spełniamy wszystkie warunki zewnętrzne, nasiona nie kiełkują, to powodem mogą być inhibitory (np. kwas absysynowy), twarda pokrywa lub niedorozwój zarodka.
Stratyfikacja (Rosaceace) - wykazują spoczynek bezwzględny. Stratyfikacja zapobiega spoczynkowi bezwzględnemu. Powoduje ona właściwe kiełkowanie.

Amigdaliny lub promazyna (glikozyd) rozkładany przez glikozydazy powoduje powstanie HCN, który z kolei powoduje zahamowanie oksydazy cytochromowej, niewielkie dawki HCN mogą powodować produkcję enzymów trawiennych.
Skaryfikacje - uszkodzenie twardej okrywy (mechaniczne lub chemiczna - zanurzenie w stężonym H₂SO₄).

2. Stadia kiełkowania

• Pączkowanie (woda wchodzi między micele substancji zapasowej, wzrost ciężaru i objętości - siły imbiwicyjne).

• Faza aktywacji

• Faza mitoz (wzrost)

• 2 typy kiełkowania

• Hypogeniczne (liścień zostaje w glebie), koleopty (u traw) - okrywa pierwszego liścienia

• Epigeiczne (liścienie są wznoszone ponad hipokotyl)

1. Wzrost

• Temperatura

• Światło

• Stężenie O₂ CO₂

• Merystemy wzrostu

• Pierwotne:

• Apikalny (wierzchołkowy pędy i korzenia)

• Subapikalny (podwierzchołkowe)

• Interkalarne (trawy)

• Brzeżne i wierzchołkowe (liście)

• Wtórne:

• Boczny (kambium i fellogen) - przyrost na grubość

2. Przebieg embriogenezy

Zygota → Komórka apikalna → Stadium globularne → Stadium serduszka → Stadium torpedy

3. Zapylanie

• Wiatropylne (zboża, buraki, kukurydza)

• Owadopylne (grusza, gryka, ogórek)

4. Rozmnażanie wegetatywne

• Odkłady

• Szczepienia
  

Wykład 9 (20.04.2011)
Rola światła

1. Rola światła

• Funkcja energetyczna w fotosyntezie (energia elektryczna > wiązania chemiczne)

• Fotomorfogeneza (wygląd i kształtowanie rośliny)

2. Wpływ światła

• Formowanie blaszki liściowej

• Synteza chlorofilu (sosna potrafi syntetyzować chlorofil w ciemności)

• Kolenchyma i sklerenchyma - do ich postawania potrzebne jest światło

• Determinacja rozwoju

• Reakcje bardzo nisko energetyczne (VLFR)
  - hamowanie wzrostu koleoptylu owsa (nieodwracalne)

• Reakcje niskoenergetyczne (LFR) 1-1000 mmol m^-2
  - kiełkowanie nasion (sałata) - odwracalne
  - światło czerwone

• Reakcje wysokoenergetyczne (HIR)
  - de etiolacja
  - wzrost liścia (nieodwracalny)

3. Znaczenie barw

• Kolory „oczu” liści : niebieskie i żółte

• Oczy niebieskie - światło czerwone

• Oczy żółte - światło niebieskie

• Światło niebieskie (B₂)

• Krypto chromy (zawierają FAD), rozpuszczają białka jądrowe

• Synteza antocyjanów

• Hamuje wzrost wydłużeni owy

• Regulacja zegara biologicznego

• Fototropiny (zawierają FMN), B₂, związana z błonami

• Fototropizm

• Otwieranie aparatów szparkowych

• Ruch chloroplastów

• Rozwój liści

• Zeaksantyna (karotenoid)

• Błona tylakoidowa chloroplastów

• Ochronna rola barwników fotosyntetycznych przy nadmiernym oświetleniu

• Otwieranie aparatów szparkowych

• Cykl ksantofilowy
  zeaksantyna →^{niska intensywność światła →}wieloksantyna
  zeaksantyna ←_{bardzo wysoka intensywność światła} ← wieloksantyna
  - fotoinhibicja - hamowanie fotosyntezy przy dużym natężeniu światła

• Superchrom - receptor światła niebieskiego u paproci i mchów, światło to ma znaczenie dla płaszczyzny podziałowej, związane jest z syntezą ściany komórkowej, powoduje ruch włókien celulozowych.

• Światło czerwone

• Fitochromy (białka)
  P_red - fitochrom absorbujący światło jasnej czerwieni o dł. 600nm przechodzi w P_fr

P_r →^660nnm P_fr (przeprowadza szereg reakcji chemicznych)
P_r ← _{730 nm} P_fr
P_r - forma nieaktywna
P_fr - forma aktywna

• Procesy fizjologiczne (rola fitochromu)

• Zakwitanie

• Kiełkowanie nasion

• Wydłużanie łodygi

• Rozwój chloroplastów (światło czerwone)

• Synteza antocyjanów

• Działanie fitochromów:
  - działanie bezpośrednie - przepuszczalność błony (wzrost jonów aktywnych Ca²⁺ , dających szereg reakcji chemicznych)

4. Hormony roślinne (fitohormony)
   - mają działanie plejotropowe (wielokierunkowe)

• Stymulujące

• Auksyny

• Gibereliny

• Cytokininy

• Hamujące

• Kwas absysynowy

• Kwas jasmonowy

• Etylen

• Auksyny (stymulują wzrost) /IAA/- test Wenta służył do mierzenia substancji aktywnych
  
  

• Kwas 3- indolilooctwy

- wydłużanie komórek
- podział komórek
- dominacja pędu szczytowego
- indukcja korzeni
- opadanie liści
- synteza kwasów nukleinowych

• Prekursor auksyn - TRYPTOFAN

• U roślin występuje także kwas indolilo-3-masłowy

• Auksyna syntezowana jest ze stożka wzrostu i stąd spływa (z góry na dół) - transport polarny

• Reakcja na stężenie auksyn

a). pędy 10 ^-4 M
b). korzeń 10^-10 M
c). pąki 10^-8 M

• Odgrywa ważną rolę w tworzeniu owoców

• Mechanizm działania auksyn

• Bezpośrednie > aktywacja pompy protonowej (zakwaszanie ściany komórkowej > uwolnienie Ca²⁺ )

• Napływ wody do komórki

• Działanie aparatu genetycznego , aktywacja białek regulatorowych w odtworzeniu ściany (działanie na Aparat Golgiego → wzrost wydłużeni owy

Wykład 10 (4.05.2011)

• Gibereliny /GA₃/ - pochodne izoprenu (kwas giberelinowy)

• Wydłużanie

• Podział

• Kiełkowanie

• Przerywanie spoczynku

• Stymulacja kwitnienia

• Wpływ na syntezę kwasów nukleinowych

• Przełamanie genetycznej karłowatości

• Kwas giberelinowy nie jest toksyczny

• Cytokininy - hormon młodości

• Zeatyna - naturalna cytokinina

• Synteza w korzeniu

• Podział komórek

• Synteza białek, kwasów nukleinowych

• Synteza chlorofilu

• Kinetyka, benzyloaminopuryna - pochodne zeatyny

• Kwas absysynowy /ABA/ - hormon stresu, pochodna izoprenu

• Regulacja rozwarcia aparatów szparkowych

• Geotropizm korzeni

• Spoczynek pączków i nasion

• Odpadanie liści i owoców

• Etylen /E/, H₂C=CH₂

• Metionina → prekursor etylenu

• Wpływa na dojrzewanie i starzenie się owoców

• Zrzucanie liści

• Stymulacja kwitnienia ananasów

• Hamowanie wzrostu pędu, korzenia

• Tworzenie korzeni przybyszowych

• Kwas jasmonowy /JA/

• Reakcja nadwrażliwości

• Aminy

• Putrescyna, spermina, spermidyna - regulują wzrost

Wykład 11 (11.05.2011)
Kwitnienie

Fotoperiodyzm

Rośliny dnia krótkiego (SDP): - chryzantema - szkarłat - wilec wielokwiatowy

Rośliny dnia długiego (LDP): - koper ogrodowy - gorczyca - rzodkiewnik pospolity

Rośliny neutralne - ogórek - ryż siewny - bób, groch, pomidor

*florigen - czynnik odpowiadający za kwitnienie
*liść organ przyjmujący

[Ewokacja]
Induktor kwitnienia → wegetatywny wierzchołek wzrostu → zwiększenie ilości RNA → pierwsza faza mitoz → zwiększenie ilości Dna i białek histonowych → zmiany metaboliczne i hormonalne → zmiana ultrastruktur merystemu →
[Pyferencajcja]
→ druga faza mitoz → zmiany histologiczno - cytologiczne strefy dystalnej merystemu → generatywny wierzchołek wzrostu → ekspresja genów kwiatowych → zmiany hormonalne → inicjacja związków kwiatowych → morfogeneza kwiatów

- barwa czerwona decyduje o fotoperiodyzmie, ten sygnał odbiera fitochrom (wytwarzanie induktora kwitnienia - florigen).
Wernalizacja - działanie temperatury na proces kwitnienia, czynnikiem odbierającym jest stożek wzrostu (seler, owies, pszenica).

1. Faza alarmu
2. Faza restytucji
3. Faza odporności

Czynniki abiotyczne: temperatura, woda, gazy, minerały, promieniowanie
Czynniki biotyczne: działanie innych organizmów

Faza restytucji:

• Synteza substancji osmotycznie czynnych (prolina , mannitol, betanina, sorbitol

• Tworzenie specyficznych białek - krioprotektanty

• Osmotyny (niska temperatura)

• Dehydryny (LEA)

• Białka szoku cieplnego (HPS)

*glikofity - rośliny nielubiące NaCl
*halofity
*aerenchyma - duże przestrzenie

Szlak Hallwella - Asady
*demutaza ponadtlenkowa
*katalaza
*peroksydaza

- rozkład wolnych rodników
- przy dużym natężeniu światła (fotosynteza) tworzy się dużo wolnych rodników

Wykład 12 (18.05.2011)
Ruchy roślin

1. Tropizmy (wzrost)

2. Nastie (wzrost, turgor, kierunek związany jest z budową organów)

3. Taksje

4. Ruchy autonomiczne

5. Ruchy higroskopowe

TROPIZMY:
- zależy od kierunku działania bodźca

• Geotropizm (pęd - ujemny, korzeń- dodatni)

• Plagiogeotropizm (pędy boczne)

• Diageotropizm (kłącza rosnące równolegle do powierzchni ziemi)

- reakcja geotropijna (zeszyt)
- w tropizmach musi być działanie kierunkowe
- w kosmosie (brak grawitacji) roślina będzie rosła w różnych kierunkach

*1905 - na końcu korzenia są cząsteczki skrobi - dzięki temu roślina zna swoje położenie, uważano że ziarna skrobi to statolity, natomiast z biegiem czasu pod wpływem giberelin, usunięto skrobię i naukowcy doszli do wniosku, że te statolity to organelle komórkowe, które przesuwając się naciskają na plazma lemmę i powodują zwiększoną przepuszczalność dla auksyn, co wiąże się ze wzrostem)

* fototropizm - jeżeli światło działa z góry to rośliny rosną prosto , natomiast jeśli światło działa kierunkowo, to roślina rośnie do światła, światło inaktywuje auksyny i powoduje jej nierównomierne rozłożenie.

*chemotropizm - wzrost związane ze związkami chemicznymi (hydrotropizm - skierowanie się korzenia do miejsc gdzie jest więcej wody).

- barwa niebieska wpływa na wzrost (fototropiny)

NASTIE- ruch niezależny od działania bodźca.

*termonastia np. tulipan w niskiej temperaturze ma kwiat zamknięty , przy wysokiej otwarty.
↓ temperatura - szybciej rośnie część zewnętrzna od wewnętrznej i tulipan jest zamknięty
↑ temperatura - szybciej rośnie część wewnętrzna od zewnętrznej i tulipan się rozchyla

*tigmonastie - reakcja wąsów czepnych - amplifikacja sygnałów - reakcja na dotyk

TAKSJE - ruch organelli lub całego organizmu, np.
- Euglena viridis - reaguje na światło - fototaksja
- chloroplasty - fototaksja

RUCHY AUTONOMICZNE - niezależne od czynników zewnętrznych
- ruchy wzrostowe (ruch rotacyjny)
- ruch według zegara biologicznego

• Rytmy dobowe - światło (glony, grzyby, paprotniki, nasienne)

1h biologiczna = ok. 100min
1 min biologiczna = ok. 200 sec

RUCHY HIGROSKOPOWE - dotyczą organelli martwych

Wykład 13 (25.05.2011)
Kultury tkankowe

Kultury tkankowe - uprawa roślin (akseniczna - bez udziału bakterii) w środowisku aseptycznym (jałowym).

Pożywki: ciekłe i stałe ( z agarem).
Skład:
- mikro + makroelementy
- cukier (sacharoza)
- witaminy z grupy B
- fitohormony (auksyny i cytokininy)

• Kultury tkankowe jest to jedna z lepszych metod rozmnażania roślin ( In vitro)

• Totipotencja - każda komórka zawiera informacje o całym organizmie, z jednaj komórki można odtworzyć cały organizm

• Komórki rurek sitowych nie są zdolne do totipotencji, gdyż nie posiadają jądra komórkowego

• Dzięki kulturom tkankowym możemy wyizolować embriony (sztuczna embriogeneza)

Fuzje: protoplasty z liści, rozbicie tkanki na poszczególne komórki, za pomocą enzymów zostaje usunięta ściana komórkowa, następnie dochodzi do zapłodnienia (fuzja) - powstaje w ten sposób roślina odporna. Na protoplasty działa się poprzez szok elektryczny oraz wapniowy.

Rośliny transgeniczne:

1. Cząsteczkami Irydu lub Złota otacza się pożądany gen i zostaje on wstrzykiwany do komórki.

2. Za pomocą Agrobacterium. Bakteria ta bardzo łatwo wnika do genomu roślinnego. Wykorzystuje się jej właściwości, do jej DNA zostaje umieszczony pożądany gen i bakteria atakuje roślinę, a tym samym wprowadza owy gen. Tę metodę wykorzystuje się u roślin dwuliściennych.

Specyficzna (uboczna) przemiana materii:

• Alkaloidy (zawierają azot i mają silne właściwości działające na fizjologię organizmów, np. morfina)

• Garbniki i fenole

• Glikozydy (cukier + glikol)

• Olejki eteryczne (zapach, silne działanie bakteriobójcze)

• Saponiny (związki zmniejszające napięcie powierzchniowe)

• Trujące - powodują hemolizę erytrocytów, występują np. w kąkolu

• Nietrujące - np. w szpinaku

19

---