Dr. Michal Hála. Týdenní turnus. Prof. Jana Albrechtová Viničná 5, 2. patro, místnost 207 konzultační hodiny po dohodě em

25.2.2013

Fyziologie rostlin

MB130P1 MB130P 14

Prof. Jana Albrechtová Viničná 5, 2. patro, místnost 207 konzultační hodiny – po dohodě e-mailem

http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

Praktikum z Fyziologie rostlin

MB130C1 MB130 C14 4

Dr. Michal Hála [email protected] Týdenní turnus

Přednáška B130P14: Fyziologie rostlin. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr

Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, doc. Albrechtová

1

25.2.2013

Fyziologie rostlin

MB130P1 MB130P 14

Místo konání: Viničná 7, 2. patro, B7, Zoologická posluchárna, 14:50-17:15 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Téma: Formování a struktura předmětu biologie rostlin, Buněčné základy specifik rostlinné buňky. Fotosyntéza I. Fotosyntéza II. Dýchání Vodní provoz Signalizace u rostlin Minerální výživa rostlin Buněčné základy růstu a morfogeneze rostlin. Pohyby rostlin, rytmicita. Vývojová biologie I: Embryogeneze, vegetativní fáze vývoje Vývojová biologie II: Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin Rostlina a stres. Rostlinné biotechnologie; využití transgenních rostlin v základním výzkumu a v zemědělství Rostlina v systémech: soužití s dalšími organismy. Rektorský sportovní den

Přednášející

Jana Albrechtová

CZ: Datum 21.2.2013

Lukáš Fischer Lukáš Fischer Lukáš Fischer Jan Petrášek Jana Albrechtová Jan Petrášek

28.2 7.3. 14.3. 21.3. 28.3. 4.4.

David Honys

11.4. TEST

David Honys

18.4.

Jana Albrechtová Lukáš Fischer

25.4. 2.5.

Jana Albrechtová

9.5. 16.5.

Kolektiv vyučujících: prof. Jana Albrechtová garant

[email protected] Úvod, rostlinná buňka Minerální výživa Rostlina a stres Rostlina v systémech


Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

2

25.2.2013

Kolektiv vyučujících: Doc. Jana Albrechtová Dr. Lukáš Fischer Fotosyntéza, dýchání, Vodní provoz Biotechnologie



Kolektiv vyučujících: Doc. Jana Albrechtová Dr. Lukáš Fischer Dr. Jan Petrášek Signální dráhy, fytohormony



3

25.2.2013

Kolektiv vyučujících: Doc. Jana Albrechtová Dr. Lukáš Fischer Dr. Jan Petrášek Dr. David Honys Růst a vývoj rostlin – molekulární základy



Kolektiv vyučujících: Webová podpora kurzu: http://kfrserver.natur.cuni.cz/fr/



4

25.2.2013

Místnost - přednáška: čtvrtek, 14:50-17:15 Zoologická posluchárna B7, Viničná 7, 2. patro



Zkouška: Způsob klasifikace kurzu: B130P14 Známka za absolvování kurzu Fyziologie rostlin B130P14 pro odbornou biologii se skládá z několika součástí: 1. Semestrální test po první části kurzu, tj. na přednášce 11.4.2013 3. Zkouškový test: ve zkušebním termínu.



5

25.2.2013

Zkouška: Nutnou podmínkou pro připuštění ke zkoušce je složit semestrální test nad stanovený limit 54%. Za semestrální test je možno obdržet maximálně 100 procent. Klasifikace semestrálního testu: Test v semestru bude ve formě otázek a 4 odpovědí (1 správná). Semestrálním testem je možné získat bonus pro zkouškový test: 100%-85%: +8% pro zkouškový test 84%-70%: +4% pro zkouškový test 69%-55%: +0% pro zkouškový test méně než 54%: nutno psát test znovu. Celkový bonus za výsledek testu může vylepšit celkovou klasifikaci při zkouškovém testu. Přednáška B130P14: Fyziologie rostlin. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Zkouška: Studenti, kteří test napsali a nejsou spokojeni s výsledkem mají též možnost psát test znovu, avšak s následujícím rizikem: při rozhodnutí psát test znovu bude předchozí výsledek testu anulován, tj. dosáhnete-li horšího výsledku než při prvním pokusu, započítává se Vám výsledek druhý, nezávisle na předchozím výsledku. Zkouškový test Zkouškový test je pouze formou otázek (celkem 25) a je třeba vypsat odpověď. K celkovému počtu bodů získaných při závěrečném testu se připočítávají body získané za semestrální test v rozsahu 0-8% dle výsledků ze semestrálního testu. Výborně: 100%-85%: Velmi dobře: 84%-70%: Dobře: 69%-55%: Přednáška B130P14: Fyziologie rostlin. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


6

25.2.2013

Studijní materiály - česky: Pavlová L.: Fyziologie rostlin. - Karolinum, Praha 2005. Luštinec J., Žárský V.: Úvod do fyziologie vyšších rostlin. - Karolinum, Praha, 2003.

http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/pavlova/fyziologie_ rostlin/index.html (jednotlivé kapitoly jsou ke stažení ve formátu pdf)

(Procházka S. a kol.: Fyziologie rostlin. - Academia, Praha, 1998. – pozor, chyby!!! Kincl M., Krpeš V.: Fyziologie rostlin. - Ostravská Univerzita, 1994. Masarovičová E., Repčák M. a kol.: Fyziológia rastlín. - Univerzita Komenského Bratislava, 2002.) Přednáška B130P14: Fyziologie rostlin. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Studijní materiály - anglicky: Taiz L., Zeiger E.: Plant Physiology. - Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachusetts 2006, 4th edition. Salisbury F.B., Ross C.W.: Plant Physiology. - Waldsworth Inc., California, 1992.

Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants. - Am. Soc. Plant Physiol., Rockville, Maryland 2001.

Mohr H., Schopfer P.: Plant Physiology. - Springer, Berlin, 1995.



7

25.2.2013

Studijní materiály - anglicky: Taiz L., Zeiger E.: Plant Physiology. - Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachusetts 2006, 4th edition.

Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants. - Am. Soc. Plant Physiol., Rockville, Maryland 2001.

http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


www.plantphys.net



8

25.2.2013

Stromy jsou z kapustových listů, skály ze sladkých brambor, propast z chleba a nebe z purpurové čekanky. www.carlwarner.com/ http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Rýže, kokosový ořech, různé druhy obilí a purpurové nebe ze zelného listu. Pastýřská krajina. www.carlwarner.com/ http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


9

25.2.2013

Přednáška 1: Fyziologie rostlin - charakteristika oboru

– význam rostlin v přírodě a pro člověka: globální problémy, fotosyntéza, zemědělství

– historický přehled oboru - Specifické struktury a funkce buňky rostlinné:



Co jsou rostliny obecně?



10

25.2.2013

Co jsou rostliny obecně?

• Zelené? • Fotosyntetizující ?



Strom života Ernst Haeckel (1834-1919) “Ontogeneze opakuje fylogenezi”



11

25.2.2013

Strom života Monofyletický strom života

Strom života podle Haeckela

Ernst Haeckel's Monophyletic tree of organisms, 1866. Biologists at the time identified three major groups of species: animals, plants and protista; primitive, mostly unicellular, organisms. plus.maths.org/content/reconstructin g-tree-life http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Strom života Tradiční členění organismů (Whittaker 1969) • Monera (prokaryotes)/Bacteria + Archaea • • Protista •Animalia (Metazoa) • Plantae • Fungi ALE: skupiny nejsou monofyletické – tzn. nazahrnují jen potomky společného předka („Protista“ jsou sběrná skupina pro to, co se jinam nehodí. Některá jsou také zelená.) http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


12

25.2.2013

Strom nebo kruh života ?

Převzato: Cvrčková http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Fylogeneze The Tree of Life Web Project (ToL) is a collaborative effort of biologists and nature enthusiasts from around the world. On more than 10,000 World Wide Web pages, the project provides information about biodiversity, the characteristics of different groups of organisms, and their evolutionary history (phylogeny).

http://tolweb.org/

http://tolweb.org/Angiosperms/20646 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


13

25.2.2013

Fylogeneze

tellapallet.com/tree_of_life.htm Primárníí zdroje pro schéma: • The journal Science (13 June 2003: Vol. 300. no. 5626). •The NIH on-line taxonomy browser ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Ta xonomy/ )



Fylogeneze



14

25.2.2013

Fylogeneze



Co jsou rostliny obecně? Rostliny - červené řasy (Rhodophyta) - glaukofyty (Glaucophyta) - zelené rostliny (Viridiplantae)

http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Diversit y_of_plants_image_version_3.png

v plastidech chlorofyly A a B.



15

25.2.2013

Charakteristika zkoumaného objektu Charakteristické znaky rostlin : Fotoautotrofie 3 genomy unikátní stavba buňky: buň. stěna, vakuola, plastidy Nepohyblivost – sesilita Neukončený růst a organogeneze, totipotence Vysoká plasticita a regenerační schopnost Sekundární metabolity: lignin, alkaloidy… Nepřítomnost struktur analogických CNS http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Rostliny – sesilní organismy - žijí přisedle - Omezenou pohyblivost kompenzují schopností růstu směrem ke zdrojům, jako světlo, voda, živiny - množství strategií rostlin k překonávání stresových podmínek a množství energie vynaložené pro ochranu rostliny modularita rostlinného těla rostlina je složená z předem definovaných jednotek, které vznikají na různých místech a v různém čase dle vnějších a vnitřních podmínek. Základní vegetativní jednotkou stonku je fytomera: Růst rostlin je tzv. nedeterminovaný – t.j. neukončený, mohou vytvářet své tělo různými způsoby

list nod internodium úžlabní pupen

}

fytomera

převzato z přednášky Žárský a Kulich



16

25.2.2013

prostředí  rostlina neustálá výměna látek, energie, informací vzájemné ovlivňování Experimentální biologie rostlin = Fyziologie + anatomie + molekulární biologie rostlin



vztahy fyziologie rostlin k jiným vědním disciplínám:

základní složky jsou:

cytologie, anatomie, morfologie rostlin biochemie molekulární biologie discilíny blízké:

genetika ekologie a půdní biologie disciplíny metodicky využívané:

chemie – organická, fyzikální, analytická fyzika a biofyzika matematika – statistika, modelování fyziologie rostlin tvoří zázemí:

agronomie – rostlinná výroba, zahradnictví, lesnictví fytopatologie http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


17

25.2.2013

fyziologie rostlin je založena na pozorováních a experimentech ....a to na všech zmíněných úrovních studia! ......experimentální biologie rostlin

Metodický přístupy: molekulární, buněčná biologie, cytologie, biochemie, anatomie, kultury in vitro, terénní przkům, dálkový průzkum Země http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Charakteristika oboru:

fyziologie rostlin studuje životní procesy rostlin

fotosyntéza dýchání vodní režim rostliny minerální výživa transport látek v rostlině interakce s prostředím a stresové reakce růst a vývoj rostliny



18

25.2.2013

fyziologie rostlin

směřuje k poznání a pochopení rostliny jako optimálně funkčního, vnitřně koordinovaného celku existujícího v těsné interakci s prostředím prostředí  rostlina neustálá výměna látek, energie, informací vzájemné ovlivňování jak rostlina funguje a jakou má stavbu jaký je vztah struktury a funkce jak se fungování rostliny i její stavba mění - v závislosti na fázi vývoje rostliny - pod vlivem podmínek prostředí http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


různé hierarchické úrovně studia od molekul přes buňky k ekosystému ekosystém / rostlina jako porost celek

30m

4m

25 mm

orgán

2 mm

pletiva

0.75 mm

buňky

organely a subcelulární struktury

30 um

zvětšení http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


19

25.2.2013

Význam rostlin v přírodě rostliny – fotoautotrofní organizmy přenesly život na souš!!! absorbují zářivou sluneční energii a přeměňují ji na energii chemických vazeb energie chemických vazeb je použita: k asimilaci anorganických sloučenin do látek organických CO2, NO3-, SO42k tvorbě nových organických sloučenin s vyšším obsahem energie http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


rostliny (fotosyntetické organismy vůbec) jsou významný klimatický činitel

(cyanobacteria)

Lawlor, 1993 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


20

25.2.2013

energie chemických vazeb je využita v životních procesech rostlin samých životních procesech dalších heterotrofních organizmů



Význam rostlin pro člověka zdroj energie pro životní procesy – potrava rostlinná živočišná rostliny stojí na počátku potravního řetězce dodávají minerály do biosféry tvoří vitaminy produkují pochutiny léčivé látky

Kakaovník pravý Chininovník lékařský



21

25.2.2013

Význam rostlin pro člověka zdroj energie pro životní procesy – potrava rostlinná živočišná rostliny stojí na počátku potravního řetězce dodávají minerály do biosféry tvoří vitaminy produkují pochutiny léčivé látky zdroj surovin – dřevo, vlákna přírodní barviva třísloviny vonné esence pro průmysl http:/kfrserver.natur.cuni.cz/fr


Význam rostlin pro člověka fosilní energetické a surovinové zdroje uhlí, ropa, zemní plyn ........stromové kapradiny, plavuně, přesličky z doby karbonu – před 360 až 286 miliony let

energie v chemických vazbách stabilních organických sloučenin může být uchována po desítky milionů let

tyto zdroje jsou limitované, konečné a neobnovitelné!!!



22

25.2.2013

Význam rostlin pro člověka

Rostliny a rozkvět a pád lidské civilizace MB130P77, Doc. Lipavská, Katedra experimentální biologie rostlin, letní semestr

http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Čím je experimentální biologie rostlin zajímavá a jak nám může pomoci ….

Katedra Fyziologie rostlin, http://kfrserver.natur.cuni.cz

Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta

23

25.2.2013

Problémy lidstva v 21. století • Nárůst světové populace • Potravinová krize a hlad • Úbytek dostupnosti vody v krajině: dezertifikace • Globální klimatické změny Katedra Fyziologie rostlin, http://kfrserver.natur.cuni.cz


Problémy lidstva v 21. století Rostliny jsou důležitá součást řešení



24

25.2.2013

Problémy lidstva ve 21. století – nárůst světové populace



Problémy lidstva ve 21. století – nárůst světové populace

925 milionů lidí trpí podvýživou (2010)

http://www.fao.org/

Organizace pro výživu a zemědělství agentura OSN se sídlem v Římě, založená v roce 1945 Katedra Fyziologie rostlin, http://kfrserver.natur.cuni.cz


25

25.2.2013

Problémy lidstva v 21. století • Nárůst světové populace: Potravinová krize a hlad

Současné zemědělství: musí uživit stále více lidí



Problémy lidstva v 21. století • Nárůst světové populace: Potravinová krize a hlad

Současné zemědělství: limity a možnosti Půda:

hnojiva, znečištění půd, zasolení, těžké kovy, kyselost

Voda:

až 70% celkové světové spotřeby na zavlažování !

Produkční limity rostlin: šlechtění na objem i na kvalitu Produkční ztráty výnosu rostlin: škůdci, stresy, patogeny Katedra Fyziologie rostlin, http://kfrserver.natur.cuni.cz


26

25.2.2013

Problémy lidstva ve 21. století – nárůst světové populace Vyšší nároky na zemědělskou produkci: řešení: ROSTLINY - s vyšším výnosem - odolnější vůči patogenům - odolnější vůči faktorům prostředí (sucho, mráz, zaplavení)

...nové genotypy ŠLECHTĚNÍ, GENETICKY MODIFIKOVANÉ ROSTLINY

zlatá rýže – enzym pro syntézu β−karotenu, prekurzoru vitaminu A Katedra Fyziologie rostlin, http://kfrserver.natur.cuni.cz Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74

Univerzita v Praze, Přírodovědecká fakulta KatedraKarlova experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková


MB130P19I Biotechnologie a genové inženýrství rostlin – prof. Opatrný Zdeněk MB130P46 Molekulární genetika rostlin, Fischer Lukáš

Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

27

25.2.2013

Problémy lidstva ve 21. století – Nedostatek vody, dezertifikace, otevřený vodní cyklus např. Čína – extrémní sucha, písečné bouře



Problémy lidstva ve 21. století – klimatické změny, cyklus uhlíku, důležitost vegetace, odlesňování Nárůst koncentrace CO2 v atmosféře

pokles odlesňování v Brazílii v roce 2007 více než o polovinu (11 000 km2 ročně)



28

25.2.2013


MB130P60 Globální změny, fotosyntéza a trvale udržitelný rozvoj Albrechtová Jana , letní semestr



Problémy lidstva ve 21. století – vzdušné znečištění, kontaminace půdy – těžké kovy...

sokolovsko, výsypka Lomnice http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


29

25.2.2013

Čím je experimentální biologie rostlin zajímavá a proč je důležité o ní něco vědět? Praha, červen 2010

....a proč je důležité předávat to dál..... http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

Ekvádor, březen 2010 Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

Historie oboru

30

25.2.2013

Historický přehled Středověk ho uznával jako otce botaniky, otce taxonomie (rozdělení rostlin na jednoděložné a dvouděložné)

Theophrastus ~ -370 až -286 Titulní strana ilustrované Historia Plantarum vydaní z roku 1644 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Historický přehled Jan Baptista van Helmont (1577 – 1644) Člověk když jí, tak roste. Ale z čeho roste strom …?

Pokus s vrbou

Z vody. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


31

25.2.2013

Joseph Priestley (1733 – 1804) Velká Británie, duchovní, teolog a přírodní filosof

důkaz kyslíku, jako produktu fotosyntézy



Justus von Liebig (1809 – 1873) německý chemik mimo jiné: rozvoj chemie - zvláště v oblasti agrochemie a organické chemie příjem dusíku rostlinami v minerální formě zakladatel aplikace průmyslových hnojiv

Liebigův zákon minima: Rostliny jsou životně závislé na tom prvku, který je v jejich životním prostředí obsažen nejméně



32

25.2.2013

Charles Darwin (1809 – 1882)

1880, The Power of Movement in Plants

Experimenty s koleoptilí ovsa ..prokázaly existenci účinné látky podporující prodlužování buněk (Auxein = růst)


Julius von Sachs (1832 – 1887)


...chlorofyl není rozpuštěn v buňce ale lokalizován ve speciálních tělískách - chloroplastech

...první viditelný produkt fotosyntézy je škrob v podobě zrn v chloroplastech

hydroponická kultivace rostlin http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


33

25.2.2013

„buněčná teorie“ o funkční totipotenci somatických buněk mnohabuněčných organizmů SCHLEIDEN 1838 rostliny SCHWANN 1839 převzal pro živočichy

ZÁKLADNÍ a MINIMÁLNÍ jednotka schopná života chemický základ podobný, tvar a funkce značně odlišné buněčná teorie = bez buňky neexistuje život http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Gottlieb Haberlandt (1854 – 1945)

• fyziologická anatomie, zabývající se především vztahy mezi strukturou a funkcí • otec oboru in vitro kultivace rostlinných buněk, pletiv aorgánů • 1902 Hypotéza Totipotence rostlinných buněk ....dokázána až v roce 1965



34

25.2.2013

Gottlieb Haberlandt (1854 – 1945) Sběratel zklanání…

•Totipotence rostlinných buněk až 1965…..


MB130P11

Rostlinné explantáty


Lipavská Helena

35

25.2.2013

Bohumil Němec (1873 – 1966)

Již r. 1900 se postaral o senzaci: předložil hypotézu, podle níž rostliny vnímají zemskou tíži prostřednictvím posunu škrobových zrn.

Rektor UK, stál u zrodu PřF UK http://abicko.avcr.cz/cs/2006/4/12/bohumil-nemec-12.3.18737.4.1966.html http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Rudolf Dostál (1885 – 1973)

Vysoká škola zemědělská v Brně (nyní Mendelova zemědělská a lesnická univerzita) škola experimentální morfologie

Studium fytohormonů

...kontinuita – doc. Zažímalová (ÚEB AV ČR) http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


36

25.2.2013

Folke SKOOG, Carlos Miller základní model organogeneze základní regenerační strategie sporofytu ?? Auxin

:

cytokinin

poměr auxinů a cytokininů určuje morfogenní odpověď



M. Calvin (1911-1997) Nobelova cena za chemii 1961

Calvinův cyklus, fixace CO2



37

25.2.2013

Modelové rostliny

Modelové rostliny: ARABIDOPSIS Funkční genetika Arabidopsis - fenotypová analýza mutantních rostlin



38

25.2.2013

Modelové rostliny: ARABIDOPSIS - huseníček Haploidní sada 5 chromozómů, relativně malý genom -mapa genomu - mutanti: změněná sekvence DNA, fenotypová odchylka - WT Značení: Embryonální mutant gurke Příslušný lokus (gen) GURKE Bílkovina kódovaná tímto genem: Gurke http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Modelové rostliny: ARABIDOPSIS http://www.bioone.org/doi/book/10.1199/tab.book?cookieSet=1

http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová biology.kenyon.edu/.../Chap12/Chapter_12A.html foto od Jim Haselhof

39

25.2.2013

Modelové organismy Physcomitrella patens - čepenka odstálá

• • • •

zástupce nižších rostlin 511 Mb osekvenovaná 2006 hlavně pro studium vrcholového růstu a buněčné polarity

převzato z přednášky Žárský a Kulich http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Modelové organismy Zea mays – kukuřice setá • kulturní plodina •šlechtěna indiány již před 8700 lety •obrovský ekonomický význam •85% americké kukuřice je transgenní •oddělené samčí a samičí květenství • velký genom – 2300 Mb,10 chromosomů. Osekvenován v roce 2007. pomocí mozaikovitého černého zbarvení zrn kukuřice předpovídala Barbara McClintock existenci mobilních genetických elementů – transposomů. Ty mohou přerušit dominantní alelu W (bílá zrna) a umožnit funkci recesivní W+ (černá zrna). Když se transposom vyčlení z W, jeho funkce se obnoví.

převzato z přednášky Žárský a Kulich http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


40

25.2.2013

Modelové organismy Oryza sativa – rýže setá • opět zemědělské důvody • 466 Mb, 12 chromosomů • osekvenovaná v roce 2005 Až 20% kalorické spotřeby lidstva je právě z rýže

http://irri.org/ Další modelové organismy – s hospodářským významem: sója luštinatá, pšenice... převzato z přednášky Žárský a Kulich



Modelové organismy Populus trichocarpa -topol chlupatoplodý • • •

Model dřevin - velice důležité pro výzkum sekundárního těla rostlin Rychle rostoucí 550 Mb,19 chromosomů osekvenován v roce 2006, jako první dřevina

sklizeň topolů v americkém Oregonu. Těmto topolům je teprv 7 let! převzato z přednášky Žárský a Kulich http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

Wullschleger S. D. et.al. Plant Cell 2010:14:2651-2655 Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

41

25.2.2013

Modelové organismy

Published genomes in black. Species marked in lighter shades of gray are less complete or less available. Branch lengths are NOT proportional to anything

http://genomevolution.org/wiki/index.php/Sequenced_plant_genomes http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Modelové organismy A schematic of a Chlamydomonas cell (from transmission electron micrographs) showing the anterior flagella rooted in basal bodies, with intraflagellar transport (IFT) particle arrays between the axoneme and flagellar membrane, the basal cup-shaped chloroplast, central nucleus and other organelles

S. S. Merchant et al., Science 318, 245 -250 (2007) Published by AAAS http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


42

25.2.2013

Modelové organismy Chlamydomonády jako model studia biologie vyšších rostlin i živočichů Proteiny a geny „komplexu plastidového“ …rostliny Proteiny a geny „komplexu bičík/řasinky“ …živočichové včetně člověka



ZÁKLADNÍ PŘEDPOKLADY EXISTENCE BUŇKY • 1. TOK LÁTEK, CHEMICKÁ PŘEMĚNA A VÝDEJ • 2. TOK ENERGIE

•

Absorpce energie z okolí, její přeměna na volnou energii,využití volné energie, jen volná energiemůže vykonávat práci

•

Pro existenci buňky je nutný neustálý přílivenergie do buňky

• 3. TOK INFORMACE vnitřní paměť buňky –všechny informace determinující principy její struktury a funkcí •

replikace genetické informace

•

exprese genetické informace Buňky mohou selektivně vyuţívat různé části své genetické informace podle podnětů ze svého okolí



43

25.2.2013

Buněčná specifika rostlinných buněk Rozdíly mezi buňkami rostlinnými a živočišnými http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Buněčná specifika rostlinných buněk

Eukaryotní buňky: Rozdíly mezi rostlinnou a živočišnou buňkou :

před 1 400 000 000 lety http://sun.menloschool.org/~cweaver/cells/ http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


44

25.2.2013

Buněčná specifika rostlinných buněk Vakuola Buněčná stěna plastidy

nejen rostlinné, ale v mnohém jiné: * jádro * mitochondrie * cytoskelet Buchanan et al. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Jádro • nese a uchovává genetickou informaci • syntetizuje mRNA • skladovací a signální kompartment umožňující syntézu řadu regulačních makromolekul (siRNA, proteiny) chromatin jaderný obalkaryotheka jaderný pór jadérkonucleolus endoplazmatické retikulum http://course1.winona.edu/sberg/241f05/Lec-note/Cells.htm převzato z přednášky Žárský a Kulich, fyziologie rostlin http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


45

25.2.2013

remodelace chromatinu euchromatin – transkripčně aktivní

heterochromatin – kondenzovaný, transkripčně neaktivní

Histony H2A, H2B, H3 a H4 tvoří histonové jádro, kolem kterého se obtáčí DNA. Acetylace histonů chromatin rozvolňuje a umožňuje přístup transkripčnímu aparátu Deacetylace naopak chromatin kondenzuje převzato z přednášky Žárský a Kulich, fyziologie rostlin http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Jaderná membrána • ze dvou paralelních membrán • vnější membrána propojena s ER •slouží jako nukleační jádro cytoskeletu • až 30 % povrchu tvoří jaderné póry •jaderné póry zabezpečují specifický transport bílkovin a RNA do/z jádra.

převzato z přednášky Žárský a Kulich, fyziologie rostlin Samir S. Pater: http://video.google.com/videoplay?docid=6374761646657730470#



46

25.2.2013

Endomembránový systém 1. cytoplazmatická membrána 2. endoplazmatické retikulum 3. Golgiho aparát 4. jaderná membrána 5. tonoplast (vakuolární m.) 6. oleozómy

.....proč? Buchanan et al. 2OOO http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Membránové systémykompartmentace: Různé reakční prostory potřeba gradientů iontů (H+) pro energetické procesy v buňce Komunikace mezi kompartmenty – pomocí váčků hotovost látky v kompartmentu: pool Buchanan et al. 2OOO http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


47

25.2.2013

Cytoplasmatická membrána - plasmalema fosfolipidová dvouvrstva s obsahem sterolů a s mnoha proteiny transmembránové (prostupují membránou) periferní - zasahují do membrány jen částečně.

Plasmalema - propojena s buněčnou stěnou Důkazem toho jsou hechtovy provazce, které vznikají při plazmolýze

Hechtovy provazce

převzato z přednášky Žárský a Kulich, fyziologie rostlin http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Cytoplasmatická membrána - plasmalema 1) Je bariérou pro volnou difúzi látek rozpustných ve vodě

Hechtovy provazce

2) Svojí semipermeabilitou a přítomností různých transportních kanálů, pump a přenašečů řídí pasivní i aktivní transport látek mezi buňkou a jejím prostředím. 3) Podílí se na tvorbě buněčné stěny. 4) Prostřednictvím zvláštních receptorů přijímá signály z okolí a předává je do buňky.



48

25.2.2013

Endomembránový systém •Endoplazmatické retikulum •Golgiho aparát

nezbytný pro vznik buněčné stěny •hemicelulózy a pektiny syntéza v Golgiho aparátu •sekretorickými vezikuly doprava do buněčné stěny, stejně jako prekurzory ligninu



Endoplazmatické retikulum (ER) proměnlivý kompartment, složený z tubulů a cisteren funkčně rozlišujeme drsné a hladké ER •

drsné ER (vzhled způsoben množstvím ribozomů) - syntéza proteinů

•

hladké ER syntéza lipidů a dodává materiál pro všechny membrány endomembránového systému a plasmalemy

•

syntéza zásobních triacylglyceroly - tvorba tzv. oleosomů

ER slouží jako zásobárna vápníku, který po stimulaci některými signály vytéká z ER do cytoplasmy, v níž funguje jako tzv. druhý posel

drsné ER http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

hladké ER Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

49

25.2.2013

Endoplazmatické retikulum (ER) ER je výchozím kompartmentem endomembránového systému. Je velice univerzální a velice proměnlivý kompartment, složený z tubulů a cisteren. Funkčně rozlišujeme drsné a hladké ER. Drsné ER(vzhled způsoben množstvím ribozomů) je místem pro syntézu proteinů. Hladké ER je místem syntézy lipidů a dodává materiál pro všechny membrány endomembránového systému a plasmalemy. Materiál pro syntézu - mastní kyseliny, však pocházejí z plastidů. Také se zde syntetizují zásobní triacylglyceroly - tvorba tzv. oleasomů

drsné ER http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

kortikální ER v rostlinné buňce se neustále mění a pohybuje. Na videu jsou patrné tubuly i cysterny. Toto video vytvořili vaši spolužáci na kurzu naší katedry MB130C30 - Praktikum z rostlinné buňky pod vedením Dr. Schwarzerové

hladké ER Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

Golgiho aparát • centrum endomembránového transportu •syntéza, třídění a úprava makromolekul (glykosylace proteinů) •syntéza na polysacharidů buněčné stěny •tvořen z váčků - diktyosomů

GA rostlinné buňky zůstává aktivní i během mitosy (na rozdíl od živočichů) a produkuje váčky fragmoplastu



50

25.2.2013

Komunikace GA s ostatními kompartmenty

Tvorba váčků Golgiho komplexu http://www.skidmore.edu/academics/biology/plant_bio/photos/photos/cellbio/Golgi%20vesicle%20forming.jpg http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Komunikace GA s ostatními kompartmenty •vezikuly opouštějící GA a plasmalemu jsou obalené dalším typem coat proteinu clathrinem

obalový protein I (coat protein)

obalový protein II (coat protein)



51

25.2.2013

Komunikace GA s ostatními kompartmenty • transport mezi ER a Golgi je sprostředkován coat proteiny - COP •transport z ER do Golgi nazýváme anterogradální. Tento transport odehrává pomocí COP II vezikul. •transport z Golgi do ER nazýváme retrogradální a zabezpečují ho COP I proteiny •sestavování těchto váčků řídí malé GTPázy z rodiny ARF a SAR a také jejich GEFs a GAPs.

Curr Opin Plant Biol. 2009 Dec;12(6):660-9 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Komunikace GA s ostatními kompartmenty • GA komunikuje jak s plasmalemou, tak i s prevakuolárními kompartmenty (PVC) a recyklačními endosomy (RE) • identita endomembránových kompartmentů je zabezpečena pomocí malých GTPáz z rodiny RAB (rat brain) • vezikuly opouštějící GA a plasmalemu jsou obalené dalším typem coat proteinu - clathrinem (ccv=clathrin coated vesicles)



52

25.2.2013

Vakuoly: Ohraničené tonoplastem - jednoduchá membrána, specifické bílkoviny vodný roztok různých látek : neprotoplazmatická fáze – šťáva buněčná

Vznik z váčků GA, ER Meristematické buňky obsahují více drobných vakuol, diferencované zralé buňky obsahují většinou velkou centrální vakuolu. převzato od Dr. Votrubové

V jedné rostlinné buňce často existuje několik různých typů vakuol http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

Vakuola - funkce: 1.

Homeostáze cytoplazmy, např. pH jak protonové, tak vápníkové pumpy


zásobní vakuola obsahující proteiny

2. Zásobní 3. odpadní, detoxifikační (alkaloidy, silice a kaučuk ) málo rozpustné krystaly šťavelanu vápenatého 4. Interakce rostliny s prostředím anthokyany a další flavonoidy 5. Lysozomální kompartment

Lytická vakuola

6. Vodní hospodářství buněk 7. Růst buněk (turgor), stavební fce – vakuoly přispívají k pevnosti struktury pletiv a orgánů


aleuronová vrstva v obilce pšenice


53

25.2.2013

Vakuola – osmotický systém Hypotonický roztok

Izotonický roztok

Hypertonický roztok

Živočišná buňka

Lyzovaná

Svraštělá

Normální

Rostlinná buňka

Turgescentní (normální)

Ochablá

Plazmolyzovaná

http://knicelybiology.pbwiki.com/Chapter+9+Section+2:+Page+2



Vakuola – osmotický systém

Pokožka v roztoku 1% sacharozy

Plazmolýza pokožkových buněk Rhoeo discolor foto Schwarzerová a kol. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


54

25.2.2013

Peroxisomy ohraničené jednotkovou membránou, specializované na oxidační reakce katabolismus mastných kyselin b-oxidací, která u rostlin probíhá výlučně v peroxisomech peroxisom

nevznikají de novo - množí se zaškrcováním V listech se podílejí na fotorespiraci



Mitochondrie • •

stejně jako plastidy jsou semiautonomní organely s dvojitou membránou

• •

0,5-1 µm široké a 3 µm dlouhé ALE: velmi dynamické organely schopné změny tvaru a velikosti v řádu sekund (Bereiter-Hahn and Voth, 1994)

•

méně než u živočichů, metabolicky aktivní buňky jich však mají mnoho (třeba svěrací buňky průduchů)

•

stejně jako plastidy mají vlastní genom-chondriom a množí se dělením

•

vnitřní membrána je tvořena proteiny až z 70%

http://5e.plantphys.net/we11.03.01.html http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


55

25.2.2013

Ultrastruktura mitochondrie

matrix – prostor obklopen vnitřní membránou

kristy - vchlípeniny mezimembránový prostor



Cytoplasma • • • •

obsahuje minerální ionty (kromě vápníku) metabolity rozpuštěné plyny makromolekuly – bílkoviny, nukleové kyseliny

v cytoplasmě probíhá řada důležitých dějů: • translace a degradace bílkovin • signální dráhy

umělecká představa cytoplazmy – viskózní želatina plná proteinů

„Cytoplazma je velice viskózní a hustota koloidních částic je tak vysoká, že představa cytoplazmy jako vodného roztoku je nesprávná.“ převzato z přednášky Žárský a Kulich, fyziologie rostlin



56

25.2.2013

Cytoskelet: aktin a mikrofilamenty

Pollard et al.:Science. 2009 Nov 27;326(5957):1208-12. http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Cytoskelet: aktin a mikrofilamenty

cyklóza – proudění cytoplazmy a pohyb organel po aktinových vláknech http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


57

25.2.2013

Cytoskelet: Tubulin a mikrotubuly • dimer α a β tubulinu mikrotubul je zložený z přiléhajících protofilament •stabilní – (mínus) konec (stabilizován γ-tubulinem) •nestabilní + (plus) konec. •MAPS- microtubule associated proteins - umožňují mikrotubulům interagovat s plasmalemou, organizovat se do svazků a interagovat s organelami

Taiz and Zeiger, 2010



Motorové proteiny • po filamentech aktinu se pohybují myoziny • po mikrotubulech se pohybují kinesiny (v živ. buňce: kinesiny směrem k + konci a dyneiny směrem k – konci) Dyneiny ale u rostlin nejsou zatím (?) popsané (to neznamená, že neexistují :-) pohyb se odehrává za hydrolýzy ATP



58

25.2.2013

Buněčná stěna - není jen mechanický obal protoplastu!! - recepce vnjších podnětů chemických (pH, patogeny, symbionti) i fyzikálních (tlak, teplota) - skladovací, odpadní, ochranný kompartment (např. ukládání těžkých kovů) - vlastní signalizace dovnitř buňky např.

-interakce mikrofibril stěny a kortikálního MT cytoskeletu, - kotvení preprofázového prstence MT a fragmoplastu

- nezbytná pro buněčné dělení – preprofázový prstenec MT, fragmoplast

Taiz and Zeiger, 2010



Buněčná stěna - struktura Střední lamela

Primární buněčná stěna

Pektin Hemicelulozy (xyloglukany glukuronoarabinoxylany)

Plazmatická membrána

Celulozové mikrofibrily

MB130P34 Biologie rostlinné buňky, Žárský V. http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plants/cellwall.html http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


59

25.2.2013

Buněčná stěna

Replika (otisk) vnějšího listu plazmatické membrány

interakce mikrofibril stěny a kortikálního MT cytoskeletu

transportní váčky

celulozové mikrofibrily Buchanan a kol. 2000 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Celulóza syntéza celulózy terminálním komplexem v plazmalemě



60

25.2.2013

Celulóza

orientace mikrofibril - růst

mikrofibrila asi 3 nm silná tvořena 30 až 36 individuálními řetězci a může při počtu 14 000 glc jednotek dosáhnout délky 7um.




Buněčná stěna Plazmodesma Cytoplazma

Vrstevnatá sekundární stěna Střední lamela

Primární buněčné stěny a střední lamela na styku tří buněk Primární stěna

Buchanan a kol.


Střední lamela Vrstevnatá sekundární stěna Primární stěna



61

25.2.2013

Plasmodesmy – cytoplazmatické spoje skrz buněčnou stěnu

ER je konstitutivní součástí plasmodesmů středem kanálku plasmodesmu jehož stěny jsou tvořeny plasmalemou) prochází "potrubí" ER, zvané desmotubulus, z jedné buňky do druhé SYMPLAST soubor buněk propojený plasmodesmy může jej tvořit takřka celá rostlina http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Plasmodesmy – cytoplazmatické spoje skrz buněčnou stěnu

cytoplasmatická spojení protoplastů sousedních buněk vznikají už při buněčném dělění (primární) ale mohou i později (sekundární) de novo mohou být uzavírány



62

25.2.2013

Dělení rostlinné buňky (kořen huseníčku), vznik buněčné přepážky

© Matyáš Fendrych, Ústav experimentální botaniky AV ČR http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


Plastidy – semiautonomní organely

http://ultrastruktur.bio.lmu.de/de/forschung/tem/plastiden/index.html http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


63

25.2.2013

PLASTIDY nejrůznější struktury a funkce: proplastidy až gerontoplastidy, chloro-chromo-leuko-amyloplasty, metamorfóza plastidů - endosymbiotický původ,dvojitá membrána jako marker původu - semiautonomní,zaškrcování,spec.cytoskelet - plastom: vlastní cyklická dvojvláknová DNA v mnoha kopiích, nekóduje jen funkce související s barvivy či fotosyntézou (CMS aj.) - genový tok mezi jádrem a plastidy http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


PLASTIDY

BAREVNÉ: chromoplasty (v širším slova smyslu)

FOTOSYNTETICKY AKTIVNÍ chloroplasty FOTOSYNTETICKY NEAKTIVNÍ chromoplasty

Plastidy BEZBARVÉ: leukoplasty -dělení podle převažujících zásobních látek

Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74

amyloplasty (škrob) proteinoplasty (bílkoviny) elainoplasty (lipidy)

Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

64

25.2.2013

PLASTIDY http://ultrastruktur.bio.lmu.de/de/forschung/tem/plastiden/index.html

funkční dospělý chloroplast

etioplast (prolamelární těleso)

Proplastid

chromoplast

Amyloplast http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


PLASTIDY fotosynteticky aktivní = chloroplasty

lokalizace – hlavně listový mezofyl (ale i další....) http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


65

25.2.2013

PLASTIDY struktura chloroplastu mezimembránový prostor

Thylakoidy,stromatální grana thylakoid thylakoid

granum

membrána stroma vnitřní obalová membrána chloroplastu

Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74 http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html

lumen granum

Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

PLASTIDY

struktura chloroplastu

thylakoidy (lumen / stroma)

lipidová dvouvrstva membrány thylakoidu je nepropustná pro protony !! http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


66

25.2.2013

PLASTIDY

rozdíl mezi granálními (GT) a stromatálními (ST) thylakoidy: „zrna“ na GT jsou PS II

struktura chloroplastu



Endosymbiotická teorie o vzniku mitochonodrií a plastidů CHLOROPLASTY: K.S. Merežkovskij 1905: fotosyntetizující bakterie –sinice(Synecoccocus sp.?)„ 1920 –teorie symbiogeneze

Endosymbiotická teorie o původu mitochondrií a plastidů Nahoře – vznik mitochondrií pohlcením aerobní heterotrofní bakterie Dole – vznik chloroplastů pohlcením aerobní fotoautotrofní bakterie (sinice) Pohlcení prokaryotní buňky buňkou eukaryotní Vlevo – pohlcená buňka je strávena Vpravo – pohlcená buňka zůstává a stává se endosymbiontem

Převzato od Dr. Votrubové – nová skripta



67

25.2.2013

Endosymbiotická teorie o vzniku mitochonodrií a plastidů

Evoluce rostlinné buňky Endosymbiotický vznik organel

Převzato: doc. Cvrčková http:/kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prehled.html


MB130P30

Rostlinná cytologie

MB130P73

Biologie eukaryotické buňky

MB130P34

MB130C30

Biologie rostlinné buňky

Praktikum: Rostlinná buňka

Schwarzerová Kateřina Žárský Viktor

Žárský V.

Schwarzerová Kateřina

68

Dr. Michal Hála. Týdenní turnus. Prof. Jana Albrechtová Viničná 5, 2. patro, místnost 207 konzultační hodiny po dohodě em

Recommend Documents