The lecture offers general survey of processes in plants at the cellular, organ, organism and canopy level. It deals with plant growth and development emphasizing the role of phytohormones. It presents basic knowledge on basis of photosynthesis, respiration, mineral nutrition and water relation. It describes the effects of external factors on plants with special emphasis on both biotic and abiotic stresses. It presents information on physiological principles of yield formation. It deals with problems of the protection of environment. It presents the basic knowledge of plant propagation.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (23.02.2009)
Přednáška poskytuje základy fyziologie rostlin, a to na buněčné, orgánové, organismové i ekologické úrovni. Vysvětluje vztah mezi strukturami rostlin a jejich funkcemi. Pojednává o procesech růstu a vývoje s ohledem na funkci rostlinných hormonů. Podává přehled základů fotosyntézy, dýchání, minerální výživy, vodního režimu, transportu látek, pasivních i aktivních pohybů. Popisuje vztah mezi rostlinami a stresovými faktory okolního prostředí, se zvláštním zřetelem na biotické i abiotické stresy. Zabývá se procesy generativního rozmnožování a jeho regulace. Taktéž popisuje rostliny v systémech.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (11.02.2025)
Literature -
Recent editions:
Salisbury F.B., Ross C.W.: Plant Physiology.
Taiz L., Zeiger E.: Plant Physiology.
Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants.
The list of recent recommended literature will be available during the lectures.
Last update: Konrádová Hana, RNDr., Ph.D. (29.10.2019)
Pavlová L.: Fyziologie rostlin. - Karolinum, Praha 2005.
Luštinec J., Žárský V.: Úvod do fyziologie vyšších rostlin. - Karolinum, Praha, 2003.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (13.10.2011)
Requirements to the exam - Czech
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 v priblizne polovině semestru. Nutnou podmínkou pro připuštění ke zkoušce je složit semestrální test nad stanovený limit 54% (pak odpovídá klasifikaci dobře). Za semestrální test je možno obdržet maximálně 100 procent. Klasifikace semestrálního testu: Test v semestru je ve formě 25 otázek a zaškrtávání 1 správné ze 4 odpovědí. Každá otázka odpovídá 4 bodům - maximálně je tedy možné získat 100 bodů. Semestrálním testem je možné získat bonus pro zkouškový test: 100-85: +8 bodů pro zkouškový test; 84-70: +4 body pro zkouškový test; 69-55: +0 bodů pro zkouškový test; méně než 54%: nutno psát test znovu.
2. Zkouškový test: ve zkušebním termínu.
Zkouškový test Zkouškový test je pouze formou otázek (celkem 25 po 4 bodech) a je třeba vypsat odpověď, či nakreslít schéma, požadovaný graf (není nabízena odpověď).
K celkovému počtu bodů získaných při závěrečném testu (maximálně 100 bodů) 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.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (12.11.2011)
Syllabus -
1. Plant physiology as part of experimental botany. Special features of plants among living organisms. Characteristics of basic plant structure. Hierarchical structure of plants. History of plant physiology.
2. Plant growth regulators and phytohormones. Differences between plant and animal hormones. Auxins, cytokinins, gibberellins, ethylene, abscissic acid. Synthesis, translocation and effects of individual phytohormones, their role in the interaction between plants and their environment. Use of phytohormones and groth regulators in conventional agriculture and plant biotechnologies.
3. Photosynthesis 1: its role on the planet. Radiation energy, Stefan-Boltzmann law and Wienś displacement law. Physiological effects of individual plant spectral regions. Photoautotrophy and heterotrophy. Energy balance of a leaf. Photosynthetic structures. Radiation energy and carbon dioxide fixation. Photorespiration. C3, C4 and CAM plants.
4. Photosynthesis 2:The effects of both external and internal factors on the rate of photosynthesis. Growth analysis. Crop productivity. CO2 concentration and global climate change. Translocation and allocation of photosynthate. Source and sink.
5. Respiration: Mitochondria, Krebs cycle, oxidative phosphorylation, cyanide resistant respiration. Growth and maintenance respiration. Growth efficiency. Respiration and photosynthesis.
6. Water relations: Water content in plants, water saturation deficiency. Physical properties of water. Adhesion and cohesion. Water potential and its components (osmotic, pressure, gravimetric, matric). Soil-plant-atmosphere continuum. Transpiration as diffusion of water vapour. Stomata and the effects on their opening and closing.
7. Mineral nutrition. Elemental composition of plant dry matter. Uptake, transport and utilization of the most important mineral elements.. Atmospheric nitrogen fixation. Leaf analysis and nutrient deficiency symptoms. Fertilizers and their importance in crop production.
8. Growth and development. Life cycle of plant cells. Growth phases: division, differentiation, elongation, senescence, death. Cell, tissue and organ differentiation. Developmental phases. Bud, seed and fruit dormancy. Receptors of red, blue and ultraviolet light. Phytochrom. Vegetative and reproductive development. Photoperiodism. Vernalization. Floral initiation.. Molecular biological aspects of flowering.
9. Plant movements. Molecular-cellular basis of unicellular and multicellular movement of organisms. Physical and vital plant organ movements. Tropism, nastie.
10. Stress physiology. Abiotic and biotic stress.. Interaction between host plant and pathogen. Mykorhiza. The effects of temperature extremes, oxygen deficiency, salination. Heavy metals and aluminium toxicity. Resistance and tolerance. Stress proteins. Bioremediation. Allelopathy. Phytoalexines, phytoanticipines. Programmed cell death and its role in plant life.
11. Vegetative and generative plant propagation in vivo and in vitro. Plant regeneration x cell theory (Schleiden, Schwann). Methodology of tissue and cell culture, plant biotechnologies. Practical use of in vitro cultures in breeding. Genetically modified organisms : prospects, profits and risk assessment.
12. Practical courses: Principles and interpretation of methodical processes trained in practical course.
Last update: VOTRUB (22.05.2003)
1.Přednáška: Formování a struktura předmětu biologie rostlin, Buněčné základy specifik životní strategie rostlinného organizmu.
Definice oboru, předmět studia, metody. Teoretický i aplikační účel biologie rostlin. Filosofie udržitelného rozvoje i rostlin pro budoucnost. Globální problémy a vklad experimentální biologie rostlin: význam fotosyntézy, GMO pro zemědělství; Formování oboru "fyziologie rostlin" v kontextu rozvoje přírodních věd - Hook, Sachs, Liebig, Haberlandt, Němec. Buněčná teorie (Schleiden, Schwann, Sachs) v teorii a praxi. Principy regenerace rostlin in vitro. Specifické struktury a funkce buňky rostlinné: Plastidy, struktura a funkce. Endosymbiotický původ, Buněčná stěna - vznik, struktura, funkce mechanická, ochranná, signální. Vakuom.
2. Přednáška: Fotosyntéza I.
Obecný význam fotosyntézy pro život na zemi. Světlo jako elektromagnetické záření - fyzikální zákony. Evoluce fotosyntézy, fotosyntetické struktury, původ plastidů. Fotosyntetické pigmenty, absorpce fotonu a přenos energie. Elektrontransportní řetězec -proteinové komplexy na thylakoidní membráně. Cyklický a necyklický přenos elektronů. Calvinův cyklus, regulace aktivity enzymu Rubisco, fotorespirace. C4 a CAM fotosyntéza, princip, ekofyziologické aspekty. Fotosyntéza v porostu, fotoinhibice.
3.Přednáška: Fotosyntéza II. Dýchání
Fotosyntéza: Faktory ovlivňující rychlost fotosyntézy. Transport a distribuce asimilátů, mechanizmus transportu. Principy měření rychlosti hrubé a čisté fotosyntézy. Dýchání: Energetický metabolismus rostlin: fotosyntéza a dýchání, Význam dýchání pro rostliny, Stavba mitochondrií, Základní procesy respirace: glykolýza, Krebsův cyklus, oxidativní fosforylace, Dýchání rezistentní ke kyanidu, princip a význam, Faktory ovlivňující rychlost dýchání. Vztah mezi fotosyntézou a dýcháním, interakce chloroplastů a mitochondrií Složky dýchání (udržovací, růstová, …)
4. Přednáška: Vodní provoz
Funkce vody v rostlinách, adaptace pro život na souši. Fyzikální vlastnosti vody významné pro život rostlin. Obsah vody v rostlinách, transpirační koeficient. Příjem vody kořeny, symplast a apoplast, endodermis, akvaporiny. Význam koheze a adheze při transportu vody v rostlině. Výdej vody; transpirace jako difúze vodní páry, gutace. Stavba a funkce průduchů, faktory ovlivňující otevřenost průduchů. Vodní potenciál a jeho složky (osmotický, tlakový, gravitační a matriční). Rostliny homoiohydrické a poikilohydrické, ekofyziologické adaptace.
5. přednáška: Signalizace u rostlin I
Genová exprese a přenos signálu - základní pojmy a specifika rostlin. Typy signálu - externí, interní, biotické, abiotické. Úrovně komunikace v rostlinném těle. Přehled signálních drah u rostlin - receptory, receptorové kinázy, fosfolipidový signální systém, MAP kinázové kaskády, řízená proteolýza transkripčních faktorů. Neurobiologie" rostlin. Fytohormony - definice, porovnání s hormony živočišnými. Auxiny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, transport v rostlině, hlavní fyziologické účinky, apikální dominance, tropické odpovědi. Cytokininy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, buněčné dělení, apikální dominance. Gibereliny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, klíčení. Abscisová kyselina - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, dormance. Etylén - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, trojná odpověď. Brasinosteroidy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky.Kyselina salicylová, kyselina jasmínová - odpověď na patogeny. Další látky s růstově regulační funkcí - polyaminy, proteinové hormony, fenolické látky, karotenoidy. Interakce hormonálních signálů - auxiny-cytokininy při organogenezi, gibereliny-kyselina abscisová při dormanci a klíčení, úrovně interakce signálních kaskád spouštěných fytohormony
6. přednáška: Buněčné základy růstu a morfogeneze rostlin. Pohyby rostlin, rytmicita
Definice pojmů - růst, vývoj, morfogeneze, diferenciace, dediferenciace, totipotence. Mechanismy růstu buněk a rostlin - dělivý a elongační růst, typy elongačního růstu, polarita buněk a orgánů a mechanismy jejího navození a udržování. Buněčný cyklus - regulační faktory a mechanizmy, fáze cyklu, kontrolní body. Pohyby rostlin - fyzikální pohyby, vitální pohyby. Mechanismy, výkonné struktury, regulace. Rytmicita u rostlin - klasifikace rytmů, mechanismy regulace.
7. Přednáška: Rostlinné biotechnologie, využití transgenních rostlin v základním výzkumu a v zemědělství
Rostlinné biotechnologie: Metodologie klasického šlechtění rostlin, mutageneze, marker-assisted breeding. Principy přípravy geneticky modifikovaných rostlin. Somatická embryogeneze a organogeneze in vitro. Metody transformace rostlinných buněk. Využití transgenních rostlin ve výzkumu, inserční mutageneze, modulace exprese genů, fúze s reportérovými geny. Praktické využití transgenních rostlin; příklady, zhodnocení možných rizik.
8. Přednáška: Vývojová biologie I:
embryogeneze, vegetativní fáze vývojeŽivotní strategie rostlin - usedlý způsob života, kontinuální diferenciace, absence kmenových buněk a poziční určení buněčného osudu, totipotence rostlinných buněk, buněčná stěna. Iniciace a regulace vývojových drah - genová exprese a její regulace, organizace DNA, transkripce, posttranskripční úrovně regulace genové exprese. Embryogeneze:Formování embrya po oplození (partenogeneze, apomixie, a další méně časté způsoby vzniku embryí), polarizace embrya, diferenciace a zakládání orgánů. Vegetativní fáze vývoje. Buněčné dělení a "pattern formation" - meristémy a jejich úloha ve vývoji rostlinného těla, zakládání a vývoj, vývoj kořene. Fotomorfogeneze - fytochrom a regulace červeným světlem (klíčení semen, informace o okolním porostu, délka dne a přechod do generativní fáze vývoje), fotofyziologie regulace růstu a vývoje modrým světlem (aktivita průduchů, stimulace asymetrického růstu), růstové regulátory .
9. Přednáška: Minerální výživa rostlin
Minerální výživa rostlin: vymezení pojmu. Historické milníky: A. Thaer, J. Liebig,. J. Sachs, V. Mitscherlich. Kriteria nezbytnosti prvků pro rostliny. Obsah prvků v rostlinách, zákon minima. Transportní mechanismy příjmu živin, aktivní a pasivní přenos přes membránu. Příjem, transport a utilizace iontů: dusík - redukce nitrátů, asimilace atmosférického N2), přeměny N sloučenin v půdě, jejich příjem a asimilace v rostlině. Půda a její složení, Funkce jednotlivých prvků v rostlinách, symptomy deficitu živin. Globální cykly minerálních živin C, N, P antropogenní vlivy na ně.
10. Přednáška: Vývojová biologie II:
Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin. Květní meristémy a květní orgány - apikální meristém, květní meristémy, květní orgány, regulace iniciace a tvorby květních orgánů (geny meristémové identity, katastrální geny, geny identity květních orgánů, ABC(DE…) model identity květních orgánů). Signály květní indukce - fotoperiodismus (cirkadiální rytmicita, role fytochromů a kryptochromů, regulace květní indukce světlem), vernalizace, chemické signály květní indukce (důkazy existence chemického přenosného signálu květní indukce, chemická podstata florigenu, role fytohormonů, multifaktoriální indukce kvetení). Regulace pohlavního rozmnožování - makrosporogeneze a makrogametogeneze, mikrosporogeneze a mikrogametogeneze, pylová embryogeneze, regulace procesů sporogeneze a gametogeneze na úrovni exprese genů, PCD a její úloha při vývoji reprodukčních orgánů, opylení, pylová inkompatibilita a cytoplasmatická samčí sterilita, oplození. Tvorba a růst plodů, vznik semen po oplození, vznik semen bez oplození, založení, růst a zrání plodů, klíčení semen. Nepohlavní rozmnožování. Dormance, senescence a programovaná buněčná smrt. Dormance - definice a význam, dormance pupenů, dormance semen. Stárnutí, programovaná buněčná smrt, úloha PCD ve specifických situacích vývoje a růstu rostliny).
11. Přednáška: Rostlina a stres.
Stresová biologie rostlin: Definice základních pojmů - stresor, stres, adaptace, aklimace , avoidance. Obecná strategie živých organizmů v reakci na stresové faktory prostředí . Strategie života rostlin - reakce na stres, stresové proteiny. Stres: induktor fenomenů senescence a (programované) buněčné smrti. Skupiny abiotických a biotických stresorů a stresových reakcí. Reakce rostlin na jednotlivé abiotické stresory. Reakce rostlin na jednotlivé biotické stresory. Těžké kovy (příjem, stres).
12. Přednáška: Rostlina v systémech, soužití s dalšími organismy.
Biologie ekosystémů zahrnujících vegetaci (rostliny) Rostliny - hierarchické úrovně zkoumání rostlin: vztah rostlin k dalším biotickým složkám ekosystému (- patogen- parazit - saprofyt, heterotrofní výživa, symbióza). Symbiózy: fixace vzdušného dusíku, mechanismy, různé typy soužití s diazotrofními organismy - nodulující symbiózy, nenodulující symbiózy (sinice), asociace s bakteriemi. Mykorhiza - přijem živin (důraz na P) význam pro zemědělství. Rostliny jako součást ekosystémů - služby ekosystémů, přírodní ekosystémy, zemědělské ekosystémy . Vliv vegetace na klima planety : evapotranspirace, energetické toky v krajině, koncentrace atmosférického CO2.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (13.10.2011)
Learning outcomes - Czech
1. Znalosti a porozumění (Bloom: Remember – Understand)
Po absolvování kurzu bude student schopen:
Vyjmenovat hlavní struktury a organely rostlinné buňky a popsat jejich funkce a interakce v kontextu buněčné fyziologie.
Vysvětlit princip fotosyntézy a dýchání, včetně elektrontransportního řetězce, Calvinova cyklu a regulace enzymů (Rubisco).
Identifikovat hlavní fytohormony a jejich roli v růstu, vývoji a odpovědích rostlin na stres.
Popsat minerální výživu rostlin, transport iontů a význam jednotlivých prvků pro růst.
Porozumět ekologickým vztahům rostlin, jejich adaptacím a interakcím s biotickými i abiotickými faktory prostředí.
Vazba na hodnocení: semestrální test – otázky s výběrem odpovědí, zkouškový test – otevřené otázky, grafy, schémata.
2. Aplikace a analýza (Bloom: Apply – Analyze)
Student bude schopen:
Aplikovat znalosti fotosyntézy a dýchání k analýze energetického metabolismu rostlin v různých ekologických podmínkách.
Analyzovat vliv fytohormonů na růstové procesy a morfogenezi rostlin, včetně experimentální regulace (např. auxiny, cytokininy, gibbereliny, ABA).
Posoudit dopad minerálního složení půdy a stresových faktorů na fyziologické procesy rostlin.
Využít principy buněčného růstu, elongačního a dělivého růstu, polaritu buněk a regulaci buněčného cyklu při interpretaci experimentálních dat.
Vazba na hodnocení: zkouškový test – interpretace schémat, grafů, případové studie.
3. Integrace poznatků a porozumění souvislostem (Bloom: Analyze – Evaluate)
Student bude schopen:
Integrovat poznatky z buněčné, orgánové a organismové úrovně k vysvětlení adaptací rostlin na environmentální stres.
Hodnotit experimentální metody a výsledky v oblasti fotosyntézy, dýchání, minerální výživy a biotechnologií rostlin.
Navrhnout strategie využití transgenních rostlin pro výzkum a zemědělské aplikace, s ohledem na rizika a etické aspekty.
Syntetizovat poznatky z vývojové biologie, generativního a vegetativního rozmnožování, dormance a senescence k vysvětlení životních strategií rostlin.
Kriticky reflektovat vztah rostlin k ekosystémům a službám, včetně symbióz, fixace dusíku, mykorhizy a vlivu vegetace na klima.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (30.01.2026)
