Růst a vývoj rostlin Daša Bastlová

1. Růst a vývoj rostlin Daša Bastlová

2. Fotoautotrofní organismy Zdroj energie, stavebních látek, vitamínů, minerálů pro heterotrofní organismy –základní článek potravního řetězce Klimatický a půdní význam Suroviny (dřevo-papír, stavby), vlákna-tkaniny, lana Sekundární metabolity-léky barviva, vonné látky-parfémy koření, pochutiny Fosilní zdroje energie (uhlí, ropa, zemní plyn, pohonné látky) Přeměna na jiné formy energie (mechanickou, elektrickou, energii chemických vazeb)

3. rostliny–mnohobuněčné eukaryotické organizmy celulóza v buněčné stěně plastidys dvěma obalovými membránami vakuoly meristémy – celoživotní přítomnost fotoautotrofní heterotrofní sekundárně saprofytické (+ symbióza s houbami) – hnilák (Monotropa) hlístník (Neottia) parazitické – kokotice (Cuscuta) přisedlé – pohyb (taxe) omezen jen na některá vývojová stadia pohyb orgánů (nastie a tropizmy) adaptované k životu na souši některé obojživelnénebo sekundárně žijí ve vodě rodozměna – střídání gametofytu - generace pohlavní (n) sporofytu – generace nepohlavní (2n) v životním cyklu

4. Růst rostlin • změna velikosti a tvaru v průběhu celého života • -nepohyblivost  plasticita (schopnost zadržet růst) • systémy příjmu a zpracování vnějších signálů Kvantitativní změny Kvalitativní změny vývoj růst změna suché hmotnosti výšky rostliny délky kořenů listové plochy objemu plodů (kladná/záporná) změny exprese genů diferenciace buněk nové struktury nové schopnosti ontogeneze Ontogeneze - časový sled růstových a diferenciačních změn mezi počátkem jedince a jeho smrtí (koordinované v čase prostoru podle genetické výbavy) Má diskontinuální charakter -aktivita-klid- v průběhu celého života rostliny Klidové období-adaptace na nepříznivé podmínky, rozšiřování druhu, přetrvávání druhu

5. Embryonální etapa Vegetativní etapa Generativní etapa Senescence Ontogeneze - fáze Juvenilní období Období dospělosti Od vzniku zygoty do zformování embrya (zárodku) Nemožný přechod do reproduktivní fáze –nezávislé na signálech z prostř. Přechod k vytvoření květních orgánů (gametofytu) až do oplození a vzniku nové zygoty-maxim. závislost na sign. prostř. -byliny Zakládání a zrání semen a zánik mateř. rostliny-autonom. regul. smrt

6. Život nevzniká ani nezaniká, život trvá. rodozměna (metageneze) – střídání generací v životním cyklu rostlin ♀ gameta spora gametofyt zygotasporofytspora ♂ gameta R! diploidní stav (2n) haploidní stav (n) generace nepohlavní (sporofyt) generace pohlavní (gametofyt) rodozměna u rostlin je heteromorfní gametofyt je stélka stélka nemá pravé cévní elementy, může však být velmi členitá Výtrusné rostliny (přesličky, kapradiny) – samostatný autotrofní jedinec Krytosemenné rostliny – redukován na 8 až 3 buňky U výtrusných rostlin žije i několik let sporofyt cévnatých rostlin je kormus (tělo) – má cévní svazky tělo tvoří orgány – kořen, prýt - stonek, listy, květy, semena, plody Růst teoreticky neomezený (až 4000 let)

7. rostliny jsou velmi heterogenní skupina organizmů mechorosty gametofyt i sporofyt jsou stélka (thallus) převažuje gametofyt nemají pravé cévní elementy (vodivá pletiva mají!) rozmnožují a rozšiřují se sporami (výtrusy) rostliny cévnaté gametofyt – stélka sporofyt – tělo (kormus) semenné rostliny –gametofyt silně redukován a závislý na sporofytu převazuje sporofyt mají pravé cévní elementy (lignifikované cévice, cévy) rozmnožují a rozšiřují se sporami (výtrusy)– r. výtrusné rozmnožují se sporamia rozšiřují sesemeny– r. semenné –nahosemenné–krytosemenné

8. Schéma životního cyklu mechu Plonik obecný (Polytrichum commune) 1 spora (n) 2 prvoklíček s pupenem 2a dospělý gametofyt nesoucí gametangia 3 pelatka (samčí) 4zárodečník s oosférou (samičí) 5 spermatozoid 6 štět s tobolkou (2n) Sporofyt barevné, gametofyt černobíle; R redukční dělení

9. samčí gametofyt se zralými pelatkami (antheridii) sporofyt = štět s tobolkou

10. Schéma životníhocyklu kapradiny 6 5 1 4 2 3 Kapraď samec (Dryopteris filix-mas) 1 výtrusy, 2 prokel (n) s rhizoidy, 3 pelatky (antheridium), 4 zárodečníky (archegonium), 5 sporofyt , 6 výtrusnice

12. gametofyt Schéma životního u Equisetum sporofyt (Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S.E.: Biology of Plants.- W.H. Freeman and CompanyWorth Publishers, NY USA 2003. Upraveno.)

14. Životnícyklus semenných rostlin Krytosemenné Nahosemenné sporofyt semenná šupina Podpůrná šupina sporofyt intergument pylové zrno se vzdušnými vaky

15. květ blizna čnělka koruna prašník mikrospory tyčinka pestík nitka megaspora soubor tyčinek v květu androeceum vajíčko semeník kalich soubor pestíků v květu gynoeceum Květy – jednopohlavné, oboupohlavné, sterilní (Asteraceae) Rostliny-jednodomé (kukuřice), dvoudomé (vrba)

16. Opylení a oplození vyšších krytosemenných rostlin. Samčí gametofyt Buňka rozmnožovací (generativní) Buňka láčková (vegetativní) Prašný váček Sekundární (zralý) zár. vak Primární zár. vak Samičí gametofyt Sekundární (zralý) zár. vak antipody Centrální jádra synergidy

17. Opylení Entomofilie - hmyzem Anamofilie -větrem Autogamie – vlastním pylem Alogamie – pyl jiné rostliny dichogamie (časově oddělené dozrávání blizen a prašníků) heterostýlie Kleistogamie – květ se neotevře

18. embryogeneze – vývoj embrya, probíhá ve vajíčku na mateřském sporofytu definice embrya – původní: základ rostliny obsažený v semeni embryo – vzniká ze zygoty buňka vaječná = oosféra splynutí gamet buňka spermatická zygota buňka bazální buňka apikální embryo suspenzor oplození – jednoduché – cévnaté výtrusné a nahosemenné rostliny dvojité – krytosemenné rostliny Vývoji embrya předchází vývoj endospermu

19. embryogeneze buňka apikální zygota buňka bazální

20. embryogeneze proembryo buňka apikální zygota buňka bazální suspenzor

21. embryogeneze proembryo buňka apikální protoderm epifýza zygota hypofýza buňka bazální centrální meristém suspenzor globulární stádium

22. embryogeneze proembryo buňka apikální protoderm epifýza zygota hypofýza buňka bazální centrální meristém suspenzor globulární stádium protoderm epifýza základní meristém prokambium srdčité stadium hypofýza

23. embryogeneze proembryo buňka apikální protoderm epifýza zygota hypofýza buňka bazální centrální meristém suspenzor globulární stádium protoderm epifýza základní meristém prokambium srdčité stadium zralé embryo hypofýza Pazourek J., Votrubová O.: Atlas of Plant Anatomy. – Peres Publ., Prague, 1997. Upraveno.

24. zrání embrya – ukládání zásobních látek dehydratace a tvorba ochranných proteinů (LEA = late embryo abundant) zvýšená koncentrace inhibičních látek – příprava na dormanci přeměna vajíčka a integumentů v semeno přeměna pestíku (nebo jen jeho části) v plod –začíná už při opylení Vývoj plodu korelován s vývojem embrya a semena

25. Stavba semene semeno - embryo zásobní pletivo – endosperm perisperm nepřítomna – zásobní látky v embryu testa (osemení) – ochrana embrya (endospermu) ukládání pektinů – sliz event. struktury sloužící rozšiřování semen Dvouděložné rostliny Jednoděložné rostliny

26. Klíčení tvorba semen a klid semen – důležitá adaptace na život na souši, na sezónní klima a na rozšiřování areálu Obnovení metabolické aktivity (dýchání, enzymatická a hormonální aktivita) nezbytné pro mobilizaci rezervních látek vedoucí k dalšímu vývoji embrya (prodlužování buněk radikuly a hypokotylu). Růst radikuly (viditelný projev klíčení) voda – bobtnání, hydratace b. stěn a membrán (strukturní změny), hydrolýza zás. látek (např. škrobu, bílkovin), vyplavení inhib. látek kyslík (vzduch) –respirace (získání ATP ze zásob. látek) teplota -optima

27. Klíčení - biochemické změny Působení giberelinu na klíčení obilek. 1 GA-zdrojem embryo (uvolnění vázaných GA) 2 Transport do aleuronové vrstvy 3 Produkce -amylázy 4 Hydrolýza škrobu v endospermu Několik hodin

28. obnovení růstu embrya – zvětšování buněk– buněčná stěna – syntéza strukturních polysacharidů – zvětšování počtu buněk – dělení buněk v meristémech – orientace v prostoru– gravitropizmus, fototropizmus klíčící semeno Arabidopsis thaliana Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn S.E.: Biology of Plants. – W. H. Freeman and Comp. Publ., 2005

29. Dvouděložné rostliny Jednoděložné rostliny Epigeické Hypogeické

31. Příčiny klidu semen Exogénne (vnější) Voda (bobtnání-fyzikální; začátek metabolické a růstové aktivity v embryu) Teplota (bobtnání, růst, kolísání, kardinální teploty, vysoká-požáry) Kyslík (energie-fosforylace, bažinné rostliny-glykolýza; hloubka setby) Světlo (urychluje) ekodormance Stratifikace– požadavek dlouhodobého působení snížených teplot –vlhká semena, teploty lehce nad nulou Endogénne (vnitřní) Nepropustnost povrchových vrstev–pro plyny (Fraxinus, Helianthus) - pro vodu (Fabaceae, Malvaceae, Convolvulaceae, Cuscutaceae) Mechanická pevnost testy- Amaranthus Nevyvinutost embrya – Ginko-oplození u semen odpadlých ze stromu, Corydalis-vývoj embrya 10 měsíců po odpadnutí z rostliny – dormance embryonálního typu Obsah inhibičních látek a hormonální regulace – často v dužnině plodů či osemení (rajče, petržel); vliv hustoty výsevu na klíčení, v osemení u druhů z aridních oblastí Vliv mateřské rostliny – význam výživy, pozice semene, stářím rostliny, vnější podmínky (stres) Dormance obalového typu

32. Skladba osemení Skarifikace – mechanické narušení osemení (leptání kys. Sírovou, broušení) u semen s dormancí obalového typu (bobovité, slézovité, cukrovka, jetel, líska)

33. Pozitivně fotoblastické Adonis vernalis Bellis perennis Fagus sylvatica Rumex crispus Negativně fotoblastické Forsythia suspensa Hedera helix Lamium amplexicaule Daucus carota Klíčení -světlo Semena, jejichž klíčení je řízeno světlem-fotoblastická kladně fotoblastické - světlem stimulované, absence aktivního fytochromu negativně fotoblastické – dostatek zásobních látek, nevhodné podmínky pro klíčení (např. aridní oblasti) Světelný signál zprostředkován fytochromem, hydratace

34. Záření • Viditelné záření (světlo) 400-750nm • - fotosyntéza • fototropizmus (odezva na gradient světla) • fotoperiodizmus (reakce na cyklické děje) • Fotomorfogeneze(sled růstových a vývojových změn indukovaných zářením, reakce na kvalitu světla) Dopadající záření rostlinou: -odraženo -pohlcováno Rostliny -,,pasti na světlo’’ Akčníspektra Červené záření (660-730nm) Modré záření (370, 450, 480nm) UV-B (280-320nm) receptory

35. Fytochrom Receptor červeného záření, jediný dobře prostudovaný Klíčení salátu -pokusy, které vedly k objevu fytochrómu 1936- Lewis Flint-klíčení semen salátu

36. Absorpční spektra obou forem fytochromu R (červené světlo) Pr Pfr biologicky aktivní FR (dlouhovlnné červené světlo)

37. Fytochrom Přirozeně syntetizovaná forma v rostlinách rostoucích ve tmě Rozpustný protein,250 kDa, dimer,chromofor-molekula pigmentu absorbující světlo phytochromobilin (lineármí tetrapyrrol)a apoprotein-polypeptidický retězec (125 kDa-monomer=holoprotein 125 kDa pigment protein Absorpce v modré oblasti

38. Syntéza fytochromu Pasivní transport Univerzální fotoreceptor (mechy, řasy, vyšší rostliny) Autokatalytický proces Vazba na receptor Temnotní reverze

39. Obsah fytochromu v jednotlivých částech klíčící rostlinky. Etiolovaný hrách Kendrick, Frankland 1983)

40. Ekologický význam poměru R/Fr Závislost klíčení na hloubce setby Klíčení v podrostu

42. Fytohormony • Růstové regulátory • Rostlinné hormony (fytohormony) auxiny, cytokininy, gibereliny, kys. abscisová, etylén • Látky s regulační aktivitou brassinosteroidy, polyamidy, kys. jasmonová, oligosacharidy, fenolické látky Syntéza na více místech Koncentrační závislost –stimulace –inhibice Méně specifické než živočišné hormony

43. místo(a) syntézy hormonu transport místo(a) účinku (cílové pletivo) degradace podnět z prostředí (např. nedostatek vody, světlo) syntéza nebo změna citlivosti vazba na receptor účinek (např. inhibice růstu) degradace Mechanizmus účinku rostlinných hormonů

44. Gibereliny 30-té roky choroba rýže bacane -výrazný dlouživý růst Původce choroby Gibberella fujikuroi

45. Gibereliny Struktura 30-té roky choroba rýže bacane -výrazný dlouživý růst Původce choroby Gibberella fujikuroi

46. syntéza v místech aktivního růstu, mladé rostoucí orgány 10-9 M, nezralá semena 10-6 M, kořeny Trasport xylémem i floémem Vnější signály-světlo, fotoperioda, teplota

47. Funkce giberelinů v rostlině -klíčení semen – mobilizace zásobních látek, ruší dormanci semen - nahrazení stratifikace a jarovizace - prodlužovací růst stonku - buněčné dělení v subapikální části stonku u růžicovytých rostlin • přechod z vegetativní do reproduktivní fáze

48. Embryonální etapa Vegetativní etapa Generativní etapa Senescence Ontogeneze - fáze Juvenilní období Období dospělosti Od vzniku zygoty do zformování embrya (zárodku) Nemožný přechod do reproduktivní fáze –nezávislé na signálech z prostř. Přechod k vytvoření květních orgánů (gametofytu) až do oplození a vzniku nové zygoty-maxim. závislost na sign. prostř. -byliny Zakládání a zrání semen a zánik mateř. rostliny-autonom. regul. smrt

49. Embryonální etapa Vegetativní etapa Generativní etapa Senescence Ontogeneze - fáze Juvenilní období Období dospělosti Od vzniku zygoty do zformování embrya (zárodku) Nemožný přechod do reproduktivní fáze –nezávislé na signálech z prostř. Přechod k vytvoření květních orgánů (gametofytu) až do oplození a vzniku nové zygoty-maxim. závislost na sign. prostř. -byliny Zakládání a zrání semen a zánik mateř. rostliny-autonom. regul. smrt

50. Děkuji za pozornost