The lecture deals with the main ecological interactions of plants with exception of competition and mycorrhiza, namely herbivory, pollination and pathogens. Emphasis is placed on the introduction of basic ecological relationships, their influence on biological fitness and evolution of plants, both at the level of individual plant species and at the lavel of their communities.
The lecture is given by a team of lecturers from the Department of Botany consisting of Zdeněk Janovský (55% - pollination, herbivory of invertebrates), Eva Horčičková (20% - herbivory of vertebrates) and Tomáš Koubek (25% - fungal pathogens of plants, interactions with ants).
Last update: Janovský Zdeněk, RNDr., Ph.D. (06.01.2022)
Přednáška se věnuje hlavním ekologickým interakcím rostlin kromě kompetice a mykorhizy, konkrétně herbivorii, opylování a patogenům. Důraz je kladen na seznámení se základními ekologickými vztahy, jejich vlivem na fitness, potažmo evoluci rostlin, a to jak na úrovni jednotlivých druhů rostlin, tak i jejich společenstev.
Přednášku přednáší kolektiv přednášejících z kateder botaniky a zoologie ve složení Tomáš Koubek (33 % - houbové patogeny rostlin, mravenci, herbivorie bezobratlých), Jiří Hadrava (33% - paleoekologie interakcí, herbivorie bezobratlých, opylovači), Jakub Štenc (17% - opylovači) a Eva Horčičková (17 % - herbivorie obratlovců).
Bližší informace a materiály ke kursu jsou na Moodle předmětu: https://dl2.cuni.cz/course/view.php?id=2463
Last update: Koubek Tomáš, Mgr., Ph.D. (14.01.2025)
Literature -
Pollination
Dafni, A, Kevan, PG, Husband, BC (2005): Practical pollination biology, Enviroquest, Cambridge, Canada, ISBN 9780968012307
Herrera, CM, Pellmyr, O (2002): Plant Animal Interactions: An Evolutionary Approach, Wiley Blackwell, London, United Kingdom, ISBN 978-0-632-05267-7
Waser, NM, Ollerton, J (2000): Plant-Pollinator Interactions: From Specialization to GeneralizationUniversity of Chicago Press, Chicago, USA, ISBN 978-0226874005
Herbivory
Crawley, MJ (2013): Plant ecology, Wiley Blackwell, London, United Kingdom, ISBN 978-8126542093
Herrera et Pellmyr (2002): Plant-Animal Interactions: An Evolutionary Approach
Danell, Duncan, Bergström, Pastor et al. (2006): Large herbivore ecology, ecosystem dynamics, and conservation
Vera (2000): Grazing Ecology and Forest History
Gordon et Prins (2008): The Ecology of Browsing and Grazing
Pathogens
Burdon J.J., Laine A. – L. Evolutionary dynamics of plant-pathogen interactions (2019) Agrios G.N. – Plant pathology (2005) - only to skim through, mostly agricultural pathogens Gilbert, G and Parker, I (2023) The Evolutionary Ecology of Plant Disease, Oxford University Press, Oxford, Germany - nice recent textbook
Historie interakcí
Labandeira, C. C. (2000). The Paleobiology of Pollination and its Precursors. The Paleontological Society Papers, 6, 233–270.
Labandeira, C. C., & Prevec, R. (2014). Plant paleopathology and the roles of pathogens and insects. International Journal of Paleopathology, 4(1), 1–16.
Last update: Koubek Tomáš, Mgr., Ph.D. (25.01.2024)
Tato literatura je v zásadě spíš rozšiřující - čili pro nadšené zájemce o problematiku. Vše, co potřebujete vědět, se dozvíte na přednáškách - tam citované články vám také zpřístupníme.
Opylování
Dafni, A, Kevan, PG, Husband, BC (2005): Practical pollination biology, Enviroquest, Cambridge, Canada
Herrera, CM, Pellmyr, O (2002): Plant Animal Interactions: An Evolutionary Approach, Wiley Blackwell, London, United Kingdom,
Waser, NM, Ollerton, J (2000): Plant-Pollinator Interactions: From Specialization to Generalization University of Chicago Press, Chicago, USA
Herbivorie
Crawley, MJ (2013): Plant ecology, Wiley Blackwell, London, United Kingdom
Herrera et Pellmyr (2002): Plant-Animal Interactions: An Evolutionary Approach
Danell, Duncan, Bergström, Pastor et al. (2006): Large herbivore ecology, ecosystem dynamics, and conservation
Vera (2000): Grazing Ecology and Forest History
Gordon et Prins (2008): The Ecology of Browsing and Grazing
Patogeny
Sedlářová M., Mieslerová B., Drábková Trojanová Z., Lebeda A. (2021): Biotrofní houby a peronospory planě rostoucích rostlin. - dobrý, moderní a stručný přehled v češtině (vyjma bakterií a virů)
Burdon J.J., Laine A. – L. (2019): Evolutionary dynamics of plant-pathogen interactions - nedávno upravená klasická učebnice
Gilbert, G and Parker, I (2023) The Evolutionary Ecology of Plant Disease, Oxford University Press, Oxford, Germany - úplně nová, pěkně čitelná učebnice
Agrios G.N. (2005) Plant pathology - spíše k prolistování, týká se především polních plodin a jejich chorob
Historie interakcí
Labandeira, C. C. (2000). The Paleobiology of Pollination and its Precursors. The Paleontological Society Papers, 6, 233–270.
Labandeira, C. C., & Prevec, R. (2014). Plant paleopathology and the roles of pathogens and insects. International Journal of Paleopathology, 4(1), 1–16.
Last update: Koubek Tomáš, Mgr., Ph.D. (25.01.2024)
Requirements to the exam -
The exam consists of an essay and review of a fellow student's essay. Requirements for the essay and the review are listed at Moodle webpage of the course. Should the student's essay be judged by the teachers as unacceptable, the student has to take na oral exam. The student at the substitute exam shall receive questions from all three areas of the lecture (pollination, herbivory, pathogens).To pass the exam, it is necessary to demonstrate satisfactory knowledge of all three areas (i.e. the exam cannot be obtained in the case of catastrophic ignorance of e.g. pollination, although the student has demonstrated excellent knowledge of the remaining two areas). The oral exam will be held in presence or distance form depending on the current epidemiological situation.
Last update: Janovský Zdeněk, RNDr., Ph.D. (06.01.2022)
Zkouška je kombinací písemné a ústní. Po napsání krátkých odpovědí na různá témata žáka zkouší alespoň 2 vyučující, proberou jeho písemné odpovědi a případně další rozšiřující otázky. Student odpovídá na otázky ze všech tří okruhů přednášky (opylování, herbivorie, patogeny). Pro úspěšné složení zkoušky je nutné prokázat uspokojivé znalosti všech tří okruhů (t.j. zkoušku není možné získat při katastrofální neznalosti např. opylování, přestože student prokázal skvělé znalosti ze zbývajících dvou okruhů).
Last update: Koubek Tomáš, Mgr., Ph.D. (05.12.2023)
Syllabus -
Prerequisites for successful completion of the lecture
We do not have any strict requirements on what you should know before writing our lecture, but we think it is appropriate to have some previous knowledge of general ecology and evolutionary biology (ideally if you have taken e.g. Introduction to Evolutionary Biology - MB170P55) and Ecology - MB170P75, but it is more about orientation in concepts and issues than some specific knowledge).
Syllabus and program of lectures Explanatory notes - ZJ - Zdeněk Janovský; EH - Eva Horčičková; TK - Tomas Koubek
1) General introduction (ZJ, TK, EH)
The types of interactions differentiated and which the plants enter. The types of interactions covered in the talk and those which are taught in separate lectures (mycorrhiza) or are covered in other ecological sourses (competitions, facilitation, epiphytism, symbiotic bacteria - Plant ecology, partly also parsitism and mycorrhiza; soil biota - Population biology of plants). Evolution of plant interactions (no longer limited to pollination, herbivoria and pathogen relationships) in the context of global ecosystem development. Selected uncommon interactions not covered by separate lectures - plant relationships with ants (myrmecochoria, domatia, non-fungal tritrophic plant interactions), nematodes and soil biota (brief introduction, more in Plant Population Biology).
Pollination
2) Introduction to pollination - who are the actors, how they look and where they occur (ZJ)
Types of pollination in plants (evolutionary benefits and other consequences of pollination by abiotic vectors), overview of pollinator groups, their spread across biomes, pollination syndromes (flower characteristics leading to attraction of individual groups).
3) Pollination and small spatial scales - pollinators (ZJ)
Pollinator senses and memory (resolution - reflectance and guide UV patterns, sequence of visits and constants), pollen carryover capacity (detected and effective), rewards (types, behavioral effects, circadian changes), different reward collection strategies and their evolutionary biological rationale , the influence of spatial arrangement of plants on pollination on a range of meters - the role of flowering neighbors
4) Pollination and small spatial scales - plants (ZJ)
Flower morphology and preferences of pollinator groups, position of reproductive structures within flowers, phenology of inflorescence and its relation to plant reproductive system and life strategy, pollen (grain size and abundance, pollen grain / egg ratio, pollen viability) and its relation plant reproductive system and other aspects of life strategy, theft of rewards and morphology, pollinator manipulation by plants (flower mimicry, blooming flowers). Influence of other plant properties on the success of pollination.
5) Pollination and large spatial scales
Pollinator mobility and its impact on plant population structure, landscape structure and management effects on pollinator community composition, phenology and intergenerational interactions on pollinator community composition, geographical gradients, pollination networks tool for description and analysis of pollinator communities - network properties and their importance, differences between networks based on visits to the amount of pollen transferred and deposition; generalization within pollinator communities
Herbivorie
6) Herbivory - general introduction (ZJ, EH)
What all the components of the plant biological herbivory impact (herbivory × plant predation), types of herbivory in terms of action (leaves, seeds - pre- and post-dispersion predation, roots, infestation of phloem and xylem, seedlings, frugivorie). Other effects of herbivores (pedaling, seed dispersion). Impacts of various types of herbivory damage on plants - herbivory of generative × vegetative parts, roots and stems × leaves, ontogenetic stages of organs (herbivory of young × old leaves). Methods of plant defense against herbivores - avoidance × tolerance, possibilities of regeneration, escape from herbivores in time and space, constitutive × induced defense, mechanical × chemical defense, specificity of herbivory defense. Some minor but interesting / important types of herbivory - root herbivory, bast and wood-eating (bark beetles, saproxylic insects etc.).
7) Herbivory of invertebrates and plant life cycle (ZJ)
Tolerance vs. avoiding herbivorisms (and pre- and post-dispersal seed predation and seedlings predation) implications for plants and their life cycle, impacts of individual herbivor functional groups on the plant life cycle, and possible evolutionary consequences. Methods of plant defense against herbivoria (types of secondary metabolites, mechanical defense, escape in time and space, induced defense) and their distribution across plant life strategies. Impacts of different timing of attack of herbivores due to phenology. Specialization vs. generalization of invertebrate herbivores, relation to specificity of defense. Completion of the topic in the following lecture.
8) Herbivory of invertebrates and effects of external conditions
Latitudinal Gradients of Form and Intensity of Invertebrate Herbivory (Dom
Last update: Janovský Zdeněk, RNDr., Ph.D. (06.01.2022)
Předpoklady pro zdárné absolvování přednášky
Nemáme žádné striktní požadavky ohledně toho, co byste měli umět před zapsáním naší přednášky, ale myslíme si, že pro zdárné absolvování je vhodné mít nějaké předcházející znalosti v oblasti obecné ekologie a evoluční biologie (ideálně pokud jste odchodili např. Úvod do evoluční biologie - MB170P55 a Ekologii - MB170P75, ale jde spíše o orientaci v pojmech a problematice než o nějaké konkrétní znalosti).
Sylabus a pořad přednášek
Vysvětlivky - JH - Jiří Hadrava, EH – Eva Horčičková; TK – Tomáš Koubek, JŠ - Jakub Štenc
Od minulého roku došlo k přeskupení pořadu přednášek:
Evoluce herbivorie a opylování (JH)
Opylování - kdo jsou jednotliví hráči (JH)
Opylování z pohledu rostlin (JŠ)
Opylování z pohledu opylovačů (JH)
Opylování na úrovni společenstev (JŠ)
Patogeny - kdo jsou jednotliví hráči (TK)
Patogeny - životní strategie, resistence, změny hostitelů (TK)
Patogeny - vliv na populace a společenstva (TK)
Herbivorie - obecný úvod (EH)
Herbivorie - megaherbivoři, disperse semen (EH)
Herbivorie - bezobratlí - kdo jsou jednotliví hráči (JH)
Herbivorie - bezobratlí - vliv na populace a společenstva (TK)
Mravenci a termiti (TK)
Sylabus
1) Obecný úvod
Jaké typy interakcí se rozlišují a do kterých z nich vstupují rostliny. Kterými z těchto interakcí se budeme v přednášce zabývat a na které naopak pro jejich rozsah existují oddělené specializované přednášky (mykorrhiza) či jsou pokryty jinde (kompetice, facilitace, epifytismus, symbiotické bakterie – Ekologie rostlin, částečně rovněž parazitismus a mykorrhizy; vztahy mezi rostlinou a půdní biotou – Populační biologie rostlin). Evoluce rostlinných interakcí (již omezeno na opylování, herbivorii a vztahy s patogeny) v kontextu vývoje globálního ekosystému. Vybrané méně časté interakce nepokryté oddělenými přednáškami – vztahy rostlin s mravenci (myrmekochorie, domatia, nehoubové tritrofické interakce rostlin), s hlísticemi a půdní biotou (stručný úvod, více v Populační biologii rostlin).
Opylování
2) Úvod do opylování – kdo jsou aktéři, jak vypadají a kde se vyskytují
Druhy opylování u rostlin (evoluční (ne)výhody a další důsledky opylování abiotickými vektory), přehled skupin opylovačů, jejich rozšíření napříč biomy, opylovací syndromy (vlastností květů vedoucí k atrakci jednotlivých skupin).
3) Opylování a malé prostorové škály – opylovači
Smysly a paměť opylovačů (rozlišovací schopnost – reflektance a návodné UV vzory, sekvence návštěv a konstance), kapacita přenosu pylu (detekovaná a efektivní), odměny (typy, vliv na chování, cirkadiánní změny), rozdílné strategie sběru odměn a jejich evolučně biologické odůvodnění, vliv prostorového uspořádání rostlin na opylování na škále metrů – role kvetoucích sousedů
4) Opylování a malé prostorové škály – rostliny
Květní morfologie a selekce skupin opylovačů, poloha reprodukčních struktur uvnitř květů, počet rozmístění a fenologie květenství a jejich souvislost s reprodukčním systémem rostliny a životní strategií, pyl (velikost a početnost zrn, poměr pylových zrn a vajíček, délka životaschopnosti pylu) a jeho souvislost s reprodukčním systémem rostliny a dalšími aspekty životní strategie, krádeže odměn a morfologie, manipulace opylovači ze strany rostlin (květní mimikry, šálivé květy). Vliv dalších vlastností rostliny na úspěšnost jejího opylení.
5) Opylování a velké prostorové škály
Mobilita opylovačů a její vliv na populační strukturu u rostlin, vlivy struktury krajiny a obhospodařování na složení společenstev opylovačů, vlivy fenologie a střídání generací na složení společenstev opylovačů, zeměpisné gradienty, opylovací sítě nástroj k popisu a analyse společenstev opylovačů – vlastnosti sítí a jejich význam, rozdíly mezi sítěmi založenými na návštěvách množství přeneseného pylu a na deposicích, specialisace vs. generalisace v rámci společenstev opylovačů
Herbivorie
6) Herbivorie– obecný úvod
Jaké všechny složky biologické zdatnosti rostliny herbivorie zasahuje (herbivorie × predace rostlin), typy herbivorie z hlediska působení (listy, semena – pre- a postdispersní predace, kořeny, napadení floému a xylému, semenáčky, frugivorie). Další působení herbivorů (sešlap, disperse semen). Dopady různých typů poškození herbivory na rostliny – herbivorie generativních × vegetativních částí, kořeny a stonky × listy, ontogenetická stádia orgánů (herbivorie mladých × starých listů). Způsoby obrany rostlin před herbivory – avoidance × tolerance, možnosti regenerace, útěk před herbivory v čase a prostoru, konstitutivní × indukovaná obrana, mechanická × chemická obrana, specificita obrany před herbivory. Některé minoritní, avšak zajímavé/významné typy herbivorie – herbivorie kořenů, požírání lýka a dřeva (kůrovci, saproxylický hmyz atd.).
7) Herbivorie bezobratlých a životní cyklus rostlin
Tolerance vs. vyhýbání se herbivorii (a pre- a postdispersní predaci semen a predaci semenáčků) důsledky pro rostliny a jejich životní cyklus, dopady jednotlivých funkčních skupin herbivorů na životní cyklus rostliny a možné evoluční důsledky. Způsoby obrany rostlin před herbivorií (typy sekundárních metabolitů, mechanická obrana, únik v čase a prostoru, indukovaná obrana) a jejich rozdělení napříč životními strategiemi rostlin. Dopady různého načasování útoku herbivorů vzhledem k fenologii. Specialisace vs. generalisace bezobratlých herbivorů, vztah ke specificitě obrany. Dokončení tématu v rámci následující přednášky.
8) Herbivorie bezobratlých a vlivy vnějších podmínek
Latitudinální gradienty podoby a intensity bezobratlé herbivorie (dominantní skupiny), vztahy diversity herbivorů a živných rostlin. Vlivy stechiometrie živin v biomase, mikroklimatu, okolní vegetace a produktivity na výskyt a intensitu herbivorie – důsledky pro rozšíření rostlin.
9) Herbivorie obratlovců – jedinci
Přehled hlavních recentních skupin terestrických herbivorů – drobní savci, plazi, ptáci, kopytníci, sloni, primáti a jejich rozšíření v rámci biomů. Dietární typy herbivorů – pastva, okus, nektarovorie, gumivorie, frugivorie, granivorie. Reakce rostlin na herbivorii, obranné mechanismy, přizpůsobení u jednotlivých životních forem. Šíření rostlin herbivory, endo- a epizoochorie, přizpůsobení semen k disperzi, Janzenova hypotéza.
10) Herbivorie obratlovců – složitější interakce
Vztahy na úrovni populací, společenstev a krajiny, Verova hypotéza. Vztahy obratlovčích herbivorů a ostatních živočichů – kanivoři, bezobratlí, koprofilní hmyz, terestrické potravní kaskády a top-down-mediated vliv na vegetaci. Aplikace v přístupech k ochraně přírody.
Rostliny a jejich patogeny
11) Patogeny – obecný úvod a kdo je kdo
Patogenní organismy (viry, houby více do detailů, oomycety, ostatní), škodlivé vlivy prostředí a jejich interakce s patogeny.
11) Patogeny – life histories, rezistence a evoluce virulence
Fytopatologie podle life-history patogenu (semena, půdní, „canker and wilt“, komenzálové, nesystemické a systemické listové, „pseudoflowers“, květní) i hostitele (e.g. klonální vs. neklonální). Tritrofické interakce (viry v houbě, pseudoflowers, kůrovci a grafióza, viry a vektory). Genetická rezistence a avoidance (fenologická, fenotypová, biotopová). Evoluce virulence.
12) Patogeny – populace, metapopulace a společenstva
Epidemiologie a šíření mezi populacemi. Choroby a density dependence hostitele (Janzenova-Connellova hypotéza). Vývoj rezistence a prevalence v čase v populacích. Ekologie patosystémů na úrovni populací a metapopulací. Rozdíly mezi pěstovanými a divokými patosystémy. Case-studies nejstudovanějších systémů (houby) – padlí a metapopulace na Ålandských ostrovech, Lychnis a různá konektivita populací, Microbotryum a „STDs“, Melampsora lini, endofyty a kontinuum k mutualismu a další. Patogeny a společenstva. Patogeny a globální pohled.
Mravenci a termiti
Stručná ekologie termitů. Ekologie mravenců - myrmekofylie, myrmekochorie, vliv na úrovni populací a společenstev.
Dotazy a připomínky směřujte prosím na Tomáš Koubka - tomas.koubek@gmail.com
Last update: Koubek Tomáš, Mgr., Ph.D. (05.12.2023)
