Fizjologia roślin

biologia
biotechnologia

obowiązkowe

w sali

Treścią wykładu będzie charakterystyka procesów życiowych, zachodzących w komórkach, tkankach i całym organizmie, zależności pomiędzy poszczególnymi procesami oraz integracja funkcji całej rośliny pod wpływem zmiennych warunków środowiskowych. Omawiana będzie aktywność fotosyntetyczna i oddechowa roślin, żywienie mineralne, procesy związane z transportem, gospodarką wodną. Ponadto: abiotyczne i biotyczne czynniki stresowe, odbieranie bodźców środowiskowych, transdukcja sygnału, sygnalizacja i rola fitohormonów w regulacji procesów wzrostu.

Wykład

Treścią wykładu będzie charakterystyka procesów życiowych roślin, zachodzących w komórkach, tkankach i całym organizmie, zależności pomiędzy poszczególnymi procesami oraz integracja funkcji całej rośliny, również pod wpływem zmiennych warunków środowiskowych. Omawiane będą następujące zagadnienia:

Sygnalizacja u roślin: elementy szlaku transdukcji sygnału. Dekodowanie sygnału wapniowego. Fitohormony i ruchy roślin. Rola fitohormonów w regulacji funkcji roślin. Rodzaje ruchów roślin: tropizmy, nastie, ruchy autonomiczne.

Rola światła w morfogenezie roślin. Receptory światła: fitochromy, kryptochromy, antocyjaniny, flawonoidy i ich funkcje w fotomorfogenezie.

Kwitnienie. Czynniki wpływające na indukcję kwitnienia u roślin. Wieloczynnikowy model kontroli kwitnienia.

Kiełkowanie. Skład chemiczny nasion. fazy kiełkowania i ich charakterystyka. spoczynek i jego ustępowanie.

Mechanizmy starzenia się roślin. Rośliny monokarpiczne i polikarpiczne. Rola hormonów, czynników środowiskowych i genetycznych w starzeniu się roślin i ich organów.

Aktywność fotosyntetyczna roślin. Budowa aparatu fotosyntetycznego różnych grup roślin. Reakcje świetlne: fotosyntetyczny transport elektronów i fotofosforylacja; wiązanie i redukcja CO2, cykl C3 i C4, CAM, fotooddychanie. Regulacja syntezy sacharozy i skrobi.

Oddychanie, roślinny łańcuch oddechowy i jego charakterystyczne cechy, wydajność oksydacyjnej fosforylacji, oddychanie cyjanoodporne i rola oksydazy alternatywnej, reaktywne formy tlenu, oddychanie na świetle, rola mitochondrów w procesie fotosyntezy i integracji metabolizmu komórki.

Odżywianie mineralne. Znaczenie makro i mikro elementów. Skutki niedoboru niektórych jonów (deficyt jonów fosforanowych). Mikoryza. Asymilacja i metabolizm azotanów. Wiązanie azotu atmosferycznego.

Woda w komórce i roślinie. Fizykochemiczne właściwości wody. Główne składowe potencjału wody. Dyfuzja, osmoza, przepływ masowy. Kanały wodne. Pobieranie wody z gleby i transport do ksylemu. Teoria kohezyjno-napięciowa. Aparat szparkowy i transpiracja.

Transport związków organicznych i nieorganicznych. Podstawowe mechanizmy transportu w roślinie. Apoplast i symplast. Transport krótkodystansowy i dalekodystansowy. Transport dalekodystansowy wody i substancji mineralnych w ksylemie.

Integracja funkcji rośliny. Sygnalizacja w roślinach: sygnały biochemiczne i biofizyczne. Przemieszczanie czynników transkrypcyjnych i RNA jako elementów regulacji rozwoju i reakcji odpornościowych roślin na stresy biotyczne.

Podstawowe zagadnienia stresu. Wrażliwość, odporność, adaptacja i aklimatyzacja. Główne czynniki stresowe środowiska. Wczesne reakcje oraz zmiany w metabolizmie. Stres oksydacyjny oraz fotoinhibicja. Rola hormonów oraz metabolitów wtórnych.

Ćwiczenia:

• Fotosynteza.

Charakterystyka fotosyntezy typu C3. Charakterystyka izolowanych chloroplastów. Reakcja Hilla. Spektrofotometryczny pomiar aktywności PSII.

• Oddychanie.

Pomiar natężenia oddychania korzeni przy pomocy elektrody tlenowej. Działanie inhibitorów oddechowych. Oddychanie cyjanoodporne. Oddychanie beztlenowe korzeni, oznaczenie zawartości etanolu i aktywności dehydrogenazy alkoholowej.

• Żywienie mineralne i gospodarka wodna.

Objawy niedoboru składników mineralnych. Wpływ pH podłoża na szybkość pobierania kationów i anionów. Pobieranie jonów amonowych w zależności od odczynu środowiska. Asymilacja azotu, oznaczanie aktywności reduktazy azotanowej. Wyznaczanie potencjału osmotycznego.

• Barwniki roślinne

Skład ilościowy i jakościowy barwników asymilacyjnych w zależności od różnych czynników środowiskowych i wieku rośliny. Rozdział barwników przy pomocy chromatografii cienkowarstwowej. Fluorescencja chlorofilu a, pomiary in vivo wydajności fotochemicznej i niefotochemicznej oraz kwantowej PSII liści w zależności od wieku roślin oraz roślin poddanych działaniu herbicydu.

• Kiełkowanie nasion

Rola fitochromu, gibereliny i kwasu abscysynowego w regulacji kiełkowania nasion sałaty. Aktywność α- amylazy oraz zawartość skrobi podczas kiełkowania ziarniaków jęczmienia. Przekształcanie tłuszczów w cukry podczas kiełkowania nasion roślin oleistych.

• Organogeneza roślin w warunkach in vitro

Indukcja organogenezy u lnu w kulturach in vitro. Rola hormonów w regulacji procesów organogenezy.

• Hormonalna regulacja wzrostu tkanek roślinnych

Rola auksyny w wygięciach tropicznych. Wpływ gibereliny na wydłużanie epikotyla karłowatego grochu. Dominacja wierzchołkowa

• Reakcja roślin na czynniki stresowe

Systemy antyoksydacyjne roślin: aktywność peroksydaz i stan redukcji askorbinianu. Oznaczanie poziomu peroksydacji lipidów w tkankach liści.

• Starzenie się tkanek

Rola cytokinin i etylenu w regulacji starzenia się liści. Starzenie się nasion.

• Funkcje systemu przewodzącego

Transport dalekodystansowy w roślinach. Przesyłanie fali potencjału pobudzenia w roślinie.

Literatura

1. Podstawy fizjologii roślin. J. Kopcewicz i S. Lewak. PWN 2012.

2. Introduction to plant physiology. W.G. Hopkins, N.P.A. Hüner. Wiley 2004.

3. Biochemistry and molecular biology of plants. Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL

Wiedza.

Student:

1. Zna funkcjonowanie struktur komórkowych i przedstawia najważniejsze zależności funkcjonalne zarówno między składowymi komórki, jak i między komórkami oraz rozumie funkcjonowanie organizmu jako całości ( K_W05, K_W06))

2. Zna różnorodność biologiczną na podstawowym poziomie i rozumie zjawiska i procesy przyrodnicze, które ją kształtują (K_W10).

3. Rozumie podstawowe kategorie pojęciowe terminologii biochemicznej, fizjologii roślin oraz biologii środowiskowej (K_W13)

4. Zna ogólne uwarunkowania środowiskowe życia oraz wpływ czynników środowiskowych na rozwój i funkcjonowanie organizmów żywych (K_W14)

5. Zna podstawowe techniki laboratoryjne oraz pomiarowe stosowane w fizjologii roślin (K_W15)

Umiejetności.

Student:

1. Stosuje podstawowe techniki i narzędzia badawcze biologii doświadczalnej oraz umie wyjaśnić zasady ich działania (K_U01)

2. Umie analizować otrzymane wyniki (K_U04)

3. Potrafi przedstawić otrzymane wyniki w formie pracy pisemnej (K_U08)

4. Uczy się samodzielnie zagadnień wskazanych przez opiekuna (K_U10)

Kompetencje społeczne.

Student:

1. Poszerza zainteresowania w obrębie nauk przyrodniczych (K_K01)

2. Rozpoznaje, na czym polega etyka badawcza oraz rzetelność w prowadzeniu badań i interpretacji uzyskanych wyników dla funkcjonowania społeczeństwa (K_K03)

2. Rozumie podstawowe zasady bezpiecznego eksperymentu biologicznego i umie postępować w stanach zagrożenia (K_K05)

3. Wykazuje umiejętność pracy w zespole i jest otwarty na nowe idee (K_K07)

Aktywny udział w ćwiczeniach, zaliczeniowe kolokwium testowe.

Egzamin testowy

Nie