Zemědělská botanika
Vít Joza
[email protected]
Botanika: její hlavní obory systematická botanika – popisuje, pojmenovává a třídí rostliny podle jejich příbuznosti do botanického systému
anatomie – zabývá se vnitřní stavbou rostlinného těla (zahrnuje cytologii – nauku o buňce – a histologii – nauku o pletivech)
– od rostlinné morfologie se liší pouze měřítkem studia
(tzn. zde potřebujeme mikroskop)
morfologie – studuje vnější stavbu rostlin; tvar, vývoj a přeměnu rostlinných orgánů
fyziologie – zkoumá životní pochody v rostlinách i jejich jednotlivých částech
Buňka • základní stavební a funkční jednotka živých organismů • nejmenší systém schopný sám o sobě života a rozmnožování • organismy mohou být jednobuněčné nebo mnohobuněčné • buňky vznikají buď dělením nebo splýváním
Eukaryotní rostlinná buňka • a) protoplazma – „živá“ část buňky • b) neprotoplazmatické součásti – „neživá“ část buňky
A) buněčná stěna B) cytoplazmatická membrána (plazmalema) C) protoplast (vnitřní část buňky)
Eukaryotní rostlinná buňka a) protoplazma
cytoplazma - nehomogenní systém zahrnuje útvary různého typu: endoplazmatické retikulum Golgiho aparát ribozómy cytoskelet
karyoplazma (jaderná hmota)
plastidoplazma (plastidy)
– symbiotický původ
chondrioplazma (mitochondrie)
– symbiotický původ
Eukaryotní rostlinná buňka
b) neprotoplazmatické („neživé“) součásti
vakuola buněčná stěna různé krystaly zásobní látky (škrobová zrna, tukové krůpěje, bílkovinové globule) vnitřní prostory organel a buněčné stěny
Eukaryotní rostlinná buňka
Endomembránové systémy buněk Cytoplazmatická membrána (plazmalema) důležitá pro regulaci transportu látek mezi vnějším a vnitřním prostředím
Endoplazmatické retikulum a) hladké (bez připojených ribozómů) – syntéza lipidů b) drsné (s připojenými ribozómy) – syntéza bílkovin (zejména určených pro export z buňky – např. exoenzymy, bílkoviny buněčné stěny) – zásobárna Ca+2 (četné regulační funkce v buňce)
Endomembránové systémy buněk Golgiho aparát • tvořen sloupci membránových vaků (dyktiozómy) • slouží k distribuci lipidů a bílkovin z ER po buňce • sekrece bílkovin z buňky (exocytóza) (zejména exoenzymy, bílkoviny buněčné stěny) • tvorba a exocytóza polysacharidů (zejména polysacharidy buněčné stěny – pektiny, hemicelulóza nebo polysacharidové slizy – kořenová čepička, lapací slizy masožravek) • zřejmě hraje důležitou roli i při transportu látek do vakuoly – intracelulární sekrece
Endomembránové systémy buněk Blána jaderná = karyotéka • zajišťuje oddělení karyoplazmy od cytoplazmy • je perforovaná = jaderné póry • transport bílkovin (histonů, enzymů pro tvorbu DNA a RNA) z cytoplazmy do karyoplazmy a opačně transport RNA • mizí při jaderném dělení
Tonoplast • hranice mezi cytoplazmou a obsahem vakuoly (buněčnou šťávou) = polopropustná membrána
Oleozómy • slouží k vnitrobuněčnému ukládání rezervních tuků
Vakuola • dutina v protoplastu, která je vůči cytoplazmě ohraničena membránou zvanou tonoplast • obsahuje buněčnou šťávu (neprotoplazmatická fáze) – vodný roztok roztok rozmanitých látek funkce vakuoly: udržuje stabilní podmínky v cytoplazmě (pH, koncentraci iontů a metabolitů) zásobní látky (organické i anorganické) detoxikační (ukládání zplodin buněčného metabolismu) komunikace s vnějším světem (barvy, chuť) regulace vodního režimu a růstu buněk
Cytoplazma • hlavní složkou jsou bílkoviny (40 – 50% sušiny) • 70 – 80% hm. tvoří voda (v semenech méně – okolo 10%)
funkce: a) zajišťuje průběh mnohých metabolických reakcí (glykolýza, tvorba sacharózy, redukce dusičnanů na dusitany atd.) b) vnitřní kostra buňky (vysoká viskozita) – trojrozměrná síť bílkovinových vláken zvaná cytoskelet: určuje vnitřní uspořádání buňky a zajišťuje transport organel a membrán je nezbytný při jaderném a buněčném dělení a pro formování konečného tvaru buněk
Cytoplazma cytoskelet: • určuje vnitřní uspořádání buňky a zajišťuje transport organel a membrán • je nezbytný při jaderném a buněčném dělení a pro formování konečného tvaru buněk
cytoplazma v buňce vodního moru kanadského (Elodea canadensis)
Semiautonomní organely mitochondrie & plastidy • v prvé řadě organelami fotosyntézy (přeměna energie světelné na energii chemickou), některé typy
plastidů však tuto schopnost druhotně ztratily • dvě membrány (vnitřní s tendencí se vchlipovat) • alespoň potenciálně schopné tvorby ATP
částečná autonomie ( endosymbiotická teorie) • nevznikají de novo, ale dělí se • vlastní genetický aparát (DNA, ribozómy – obdobné jako u prokaryot) • pouze 5–10 % bílkovin je v nich syntetizováno = částečná autonomie
Mitochondrie • v matrix jsou kristy • buněčné dýchání (Krebsův cyklus) spojené s tvorbou ATP
(adenosintrifosfát – univerzální přenašeč energie)
Plastidy Chloroplasty • vnitřní membrána vytváří složitý systém nazývaný tylakoidy (ty jsou již od vnitřní membrány odděleny)
v tylakoidech probíhají primární děje fotosyntézy! • ve stromatu (prostor mezi vnitřní membránou a tylakoidy) probíhají sekundární děje fotosyntézy (tvorba organických látek) • tylakoidy ve skupinách nad sebou = grana
Plastidy a) proplastidy – výskyt v zygotě • diferencují se podle lokalizace v buňce, vývojového stádia rostliny a působením faktorů vnějších (světlo) a vnitřních (fytohormony) b) chloroplasty • pro jejich vznik je zapotřebí světlo • obsahují soubor pigmentů schopných zachytit světelné záření = chlorofyl a, b, c, d c) etioplasty • vznikají pokud chybí světlo (např. klíční rostliny)
Plastidy d) chromoplasty • žlutě, oranžově, červeně zbarvené plastidy (obsahují karotenoidy – karoteny, xantofyly napomáhají při fotosyntéze a slouží k ochraně fotosyntetického aparátu) • nacházejí se především v generativních orgánech (květy, plody) • zbarvení je způsobeno karotenoidy • funkce signální, tvorba škrobu, mastných kyselin e) leukoplasty • neobsahují barviva, rezervní funkce (hlízy, oddenky, plody, semena) • především ukládání škrobu – škrobová zrna
Plastidy kromě chloroplastů tedy existují ještě další typy plastidů – vzájemně se mohou přeměňovat
Buněčné jádro •
řídící centrum eukaryotní buňky, uchovává genetické informace formou DNA
•
kontroluje syntézu proteinů (enzymů) a tím biochemické pochody v buňce
•
má dvojitou membránu, obsahuje chromozomy
Buněčná stěna •
hlavní složkou buněčné stěny je celulóza (tvoří ji mikrofibrily, které zajišťují odolnost buněčné stěny)
•
střední lamela, buněčná stěna (primární a sekundární)
Růst a vývoj rostlinných buněk
• •
neukončený růst rostlin po celý život aktivní dělivá pletiva = meristémy
buněčný cyklus rostlinné buňky • dělení 1. jaderné = karyokineze 2. buněčné = cytokineze
Jaderné dělení Mitóza •
•
•
•
profáze – spiralizace chromozómů, tvorba achromatického vřeténka metafáze – fragmentace jaderné blány, chromozómy jsou přesunuty do ekvatoriální polohy, a začínají se štěpit na dvě poloviny anafáze – dokončení rozdělení chromozómů, taženy k pólům pomocí achromatického vřeténka telofáze – despiralizace a vznik nové karyotéky dceřinné buňky
Buněčné dělení Po skončení jaderného dělení nastupuje interfáze, která se dále dělí na tři úseky – fázi G1, S a G2. Při fázi S dochází k replikaci DNA. Buňka roste, tvoří novou buněčnou stěnu.
Meióza • •
probíhá ve specializovaných pletivech určených k tvorbě gamet skládá se ze 2 buněčných dělení: při 1. se redukuje počet chromozomů na polovinu, po splynutí haploidních gamet (2.) se vytvoří diploidní zygota
Buněčné dělení
Meióza
Růst a vývoj rostlinných buněk
doporučené studijní materiály • • • •
Votrubová O. (1997): Anatomie rostlin. Karolinum, Praha. Kincl L. et al. (1997): Biologie rostlin. Fortuna, Praha. Kubát et al. (2003): Botanika. Scientia, Praha. Möllerová J. (2004): Cvičení z botaniky pro studium lesního a krajinného inženýrství a aplikované ekologie. ČZU, Praha. • Hadač E. et al. (1967): Praktická cvičení z botaniky pro pedagogické fakulty. SPN, Praha. • Kavina K. (1937): Anatomie rostlin. SPZI, Praha.
Děkuji za pozornost
