This course consists of six 90-min lectures and three 180-min (or two 240-min) practical lessons.
Algae are a polyphyletic group of organisms. They are taxonomically very diverse, and they also inhabit all kinds of biotopes. Therefore, they individual taxa differ largely in their physiological processes, biochemical composition, and adaptation strategies. During the lectures we will focus on various biological processes in algae in relation to their environment, above all environmental stressors and mechanisms of stress tolerance. We will also learn about basic methods used in ecophysiologial experiments.
During practical lessons students will learn various laboratory methods used in experimental work with algal cultures, which can be further used in their own diploma thesis research. We will use algae from various taxonomic groups and exposed to selected stress conditions. The effect of stress on viability, pigment composition, photosynthetic activity, lipid content etc. will be studied and compared among taxa. Basic statistical methods for evaluating the results of our experiments will also be presented.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (31.08.2024)
Kurz se skládá z šesti dvouhodinových přednášek a praktik, která budou částečně probíhat turnusově (3 bloky po 4
hod nebo 2 bloky po 6 hodinách během semestru, po dohodě se studenty).
Řasy představují nesourodou skupinu organismů, která zahrnuje zástupce evolučně nepříbuzných linií a zároveň
obyvatele nejrůznějších druhů biotopů. Z této diverzity vyplývá celá škála různých typů produkovaných metabolitů
a fyziologických mechanismů interakce s okolním prostředím. V přednáškové části budou probrány různé
biologické procesy u řas z různých skupin ve vztahu k podmínkám prostředí. Důraz bude kladen především na
stresové faktory prostředí a mechanismy obrany proti jejich negativním účinkům. Jednotlivé fenomény budou
demonstrovány na výsledcích různých experimentálních studií a představeny tedy budou i základní metody, které
byly v těchto experimentech použity.
V průběhu praktik si studenti vyzkouší řadu laboratorních metod, které lze využít v experimentální práci s řasovými
kulturami a které mohou studenti využít i ve své diplomové práci. Budeme pracovat s kulturami řas z různých taxonomických skupin, které mají často velmi odlišné vlastnosti.
V rámci praktik budeme studovat vliv fylogeetické příslušnosti a vnějších stresových faktorů na životaschopnost (viabilitu), fotosyntetickou aktivitu, obsah a složení pigmentů, obsah lipidů, apod.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (31.08.2024)
Literature -
Borowitzka MA, Beardall J, Raven JA (2016): The physiology of microalgae. Springer, Cham, 681 pp. Rai LC, Gaur JP (2001): Algal adaptation to environmental stresses. Springer, Berlin, Heidelberg, 421 pp. Seckbach J (2007): Algae and Cyanobacteria in extreme environments. Springer, Dordrecht, 813 pp. Suggett DJ, Prášil O, Borowitzka, MA (2011): Chlorophyll a fluorescnce in aquatic sciences: methods and applications. Springer, Dordrecht, 326 pp.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (11.02.2023)
Borowitzka MA, Beardall J, Raven JA (2016): The physiology of microalgae. Springer, Cham, 681 pp.
Rai LC, Gaur JP (2001): Algal adaptation to environmental stresses. Springer, Berlin, Heidelberg, 421 pp.
Seckbach J (2007): Algae and Cyanobacteria in extreme environments. Springer, Dordrecht, 813 pp.
Suggett DJ, Prášil O, Borowitzka, MA (2011): Chlorophyll a fluorescnce in aquatic sciences: methods and applications. Springer, Dordrecht, 326 pp.
Last update: Štefánek Michal, Mgr. (12.05.2022)
Requirements to the exam -
Credits will be gained for elaborating protocols from practical lessons according to the lecturers' instructions. The exam is oral and can be taken before getting the credits.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (31.08.2024)
Zápočet bude udělen na základě vypracování protokolů k řešeným úkolům z praktik podle pokynů přednášejících. Zkouška probíhá ústní formou. Zkoušku je možné složit nezávile na získání zápočtu.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (31.08.2024)
Syllabus -
Lectures: 1. INTRODUCTION: General information about the subject, practical lessons and requirements for the exam. Definition of ecophysiology. Algal diversity and occurrence. LIFE CYCLES: various types of life cycles, basic terminology (gametophyte, sporophyte, meiosis, fertilization,…). Vegetative and dormant stages, factors affecting their formation and germination. Different adaptation strategies in different life cycle stages.
2. STRESS: biotic and abiotic stressors; stress reaction, avoidance and tolerance strategies. Reactive oxygen species. Osmotic stress, role of cellular water, osmolytes, desiccation, salinity, freezing. Extreme pH. High temperature.
3. NUTRIENTS: macronutrients and micronutrients. Specific role of some elements in ecophysiology of selected taxa. Nitrogen starvation and stress tolerance. Stress caused by both lack and excess of micronutrients. Heavy metals and toxins.
4. LIGHT: crucial role of light in photosynthesis and other biological processes ( photoreception, photoacclimation, phototaxis, diurnal cycles). UV radiation and mechanisms of protection against its harmful effects.
5. PIGMENTS: diversity of pigments in different taxonomic groups. Their role in photosynthesis and other processes (protection against high irradiation, antioxidants, hormones, antimicrobial activity). LIPIDS: overview of main groups, differences in lipid compositions
6. EVALUATION OF VIABILITY AND PHYSIOLOGICAL STATE: Overview of basic methodology used in ecophysiological research. Growth rate, measurement of photosynthesis, microscopical evaluation of viability, fluorescent and non-fluorescent dyes, PAM fluorimetry (maximum and effective quantum yield, light curves).
Practical lesson will cover the following topics:
1) PIGMENTS: Pigment extraction from lyophilized biomass, spectrophotometric quantification of pigment content. TLC – visualization of differences in pigment composition among taxa and among stress treatments.
2) PHENOLICS: Detection of phenolic substances using Folin-Ciocalteu reagent, quantification using a calibration curve.
2) STAINING: Visualization of dead and living cells, detection of metabolically in/active cells, fluorescent staining of nuclei. Staining of starch, lipids and other compounds.
3) PAM FLUORIMETRY: Basic work with PAM fluorimeter. Parameter Fv/Fm of cultures that differ in stress exposure, age and classification.
Last update: Pichrtová Martina, RNDr., Ph.D. (31.08.2024)
Přednášky: 1. ÚVOD: obecné informace o přednášce, praktikách a požadavcích ke kontrole studia; Vymezení oboru ekofyziologie; šíře řasové biodiverzity („strom života“) a přehled různých typů prostředí, kde se řasy vyskytují ŽIVOTNÍ CYKLY: typy životních cyklů, základní pojmy (gametofyt, sporofyt, rodozměna, meióza, fertilizace,…); vegetativní stádia; odolná a klidová stadia, faktory ovlivňující jejich tvorbu a klíčení; adaptace různých stadií životního cyklu na různé podmínky prostředí 2. STRES: biotické a abiotické stresové faktory; reakce na stres, mechanismy avoidance a tolerance; reaktivní formy kyslíku; osmotický stres - role vody v buňce, osmolyty; vysychání; solný stres; zamrzání; extrémní pH; ysoké teploty 3. ŽIVINY: makronutrienty a mikronutrienty, specifická role určitých prvků v ekofyziologii různých skupin řas; dusíkové hladovění a jeho souvislost se stresovou odolností; stres z nedostatku a nebo naopak nadbytku různých stopových prvků; těžké kovy a toxiny 4. SVĚTLO: klíčová role světla ve fotosyntéze i dalších biologických procesech (fotoreceptory, fotoaklimace, informační role světla, fototaxe, diurnální cykly); UV záření a mehnismy obrany proti jeho negativním účinkům 5. PIGMENTY: přehled diverzity pigmentů u různých skupin řas; jejich role ve fotosyntéze; další role pigmentů: ochrana před nadměrným ozářením, antioxidanty, hormony, antimikrobialní ochrana. LIPIDY: přehled hlavních skupin a odlišnost jejich složení v hlavních kompartmentech 6. METODY HODNOCENÍ VIABILITY A FYZIOLOGICKÉHO STAVU: stanovení růstové rychlosti, metody měřwní fotosyntézy, mikroskopické hodnocení viability, fluorescenční a nefluorescenční barviva, fluorescence chlorofylu (maximální a efektivní kvantový výtěžek, světelné křivky)
Praktika: Praktika budou po dohodě se studenty probíhat ve 2 nebo 3 blocích. Pokrývat budou tyto tématické okruhy:
1) Pigmenty - extrakce pigmentů z lyofilizované biomasy, spektrofotometrick stanovení a kvantifikace obsahu pigmentů. TLC - názorné zobrazení pigmentového složení řas z různých taxonomických skupin a po vystavení různým stresům.
2) Fenolcké látky - detekce pomocí Folin-Ciocalteu činidla, kvantifikace podle kalibrační křivky.
