Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (29.10.2019)
Physiological functions of plants in ecosystems:
The course provides an introduction to the functioning of plants in different types of habitats, common as well as exotic. It is focused on the adaptability of plants to survive under most variable climatic and soil conditions in arid, arctic as well as tropical areas. It describes plants in their variability and discusses their fundamental importance for the functioning of our planet. It presents the intermingled relations between vegetation and climate and deals with the impact of changing climate on plants, as well as the possible impact of changing vegetation cover on local, regional and global climate.
In addition to introducing the general topics, the course comprises many case studies identifying some current and highly topical issues. The aim of this course is to enable the students to look into the fascinating world of plants and their functioning in ecosystems. The course will contribute to student?s understanding of the current discussions dealing with sustainable development.
Literature:
Crawford R.M.M. 1990, Studies in Plant Survival, Blackwell Scinetific Publications,pp. 296
Eiseltová, M. (ed.) 1994, Restoration of Lake Ecosystems a holistic approach, IWRB Publication 32, 182 pp.
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (29.10.2019)
Cílem přednášky je propojit pohledy a přístupy uplatňované v geobotanice, v rostlinné fyziologii, hydrobiologii i v ekologii krajiny. Na základě klíčových hlavních fyziologických procesů se vysvětlují adaptace rostlin k limitujícím faktorům v různých biotopech. Podává se přehled o principech, metodách a instrumentaci používané v ekofyziologii rostlin.
Je nutné předem absolvovat buď přednášku z Anatomie rostlin nebo z Anatomie a morfologie rostlin a některou z přednášek Fyziologie rostlin.
Literature - Czech
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (07.02.2022)
Eiseltová M.(ed.) 1994 Restoration of lake ecosystems - a holistic approach. IWRB Publ. 32. 182 pp. namely the chapter: Ripl et al. (16 - 35),
Ripl, W., 1995. Management of Water Cycle and EnergyFlow for Ecosystem Control - The Energy-Transport-Reaction (ETR) Model. Ecological Modelling 78: 61 - 35
Pokorný, J., 2001 Dissipation of solar energy in landscape - controlled by management of water and vegetation. Renewable energy 24: 641 - 645
Requirements to the exam
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (07.02.2022)
written test + oral examination based on the test results + short paper
Syllabus -
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (07.02.2022)
1. Plants and biosphere
characterization of biosphere
structural and functional differences of plants: cyanobacteria, algae, higher plants
role of plants in food chain: producers, loss of energy in individual trofic levels
food chains in natural vs. agro-ecosystems (petrochemical and sun-driven agriculture)
2. Plants and atmosphere
characteristics of solar irradiance on the Earth
use of solar energy in different organisms
photosynthesis, fixation of carbon and solar energy
energy balance of leaf, plant and stand
water cycle and its interactions with plants
3. Plants in global cycle of carbon
description of carbon global cycle
importance of water (ocean) and terrestrial plants in carbon cycle
antropogenic interactions with carbon cycling
changing climate and vegetation: influence of CO2, changing temperature, precipitation and pH of oceans
4. Plants and climate
vegetation and dissipative energy (W. Ripl)
stabilization effects of vegetation - temperature, air humidity
consequences of vegetation depletion, deforestation and decline of ancient civilizations
influence of vegetation on local, regional and global climate
Earth as GAIA (Lovelock), self-organizing structures (Prigogine, Capra)
ecosystem functions
5. Plants and pedosphere
soil development and structure
uptake and utilization of mineral nutrients from soil
role of plants in nutrients cycling (N, P, K,?)
myccorhiza ?symbiosis of plant and fungus
mineral nutrients in common and organic agriculture
6. Cold and freezing biotopes - arctic and alpine biotopes
adaptation and acclimation of plants
climatic and geographical boundaries
invasive species
adaptation to frost, dormancy
adaptation to cold weather
plants in alpine areas and their characteristics
special features of plants in arctic areas
7. Production forest versus virgin forest, forest flora
eco-physiology of forests
broad leaved vs. needle leaved forests (nutrient cycling, soil characteristics)
forest flora and characteristics of the biotope (light, nutrients, water, CO2)
forest fire and its consequences
8. Peat lands, moor lands
evolution of post-glacial landscape, peat lands and their transition
ecophysiology of Sphagnum sp. and other species of peat lands (photosynthesis, respiration, growth, productivity)
peat lands and moors in the Czech Republic (protection, revitalization)
peat land drainage, water quality
peat land and climate change
peat land and environment (nutrient deposition, decrease of horizontal precipitation)
9. Meadows and pastures
eco-physiology of pasture ecosystems and their succession in cultural landscape
grass as biomass, biogas
organic farming, sustainable production
water ecosystems
10. Physiology of water macrophytes and algae
photosynthesis in water, changes in forms of inorganic carbon and pH
plants in water ecosystems, oligotrophy, hypertrophy
food chain in water ecosystems
water algae, water bloom (case studies)
11. Wetlands. Eco-physiology of the emersed mycrophytes
basic chemistry of flooded soils
anoxic and post-anoxic shock
accumulation of inorganic substances in flooded biotopes, carbon sequestration and release
eco-physiology of flooded roots
role of wetlands in landscape
management of river flood-plains and reed belts
12. Drought and salinity
adaptation of plants to drought and salinity
different life forms - succulents, ephemer species etc.
desertification and its consequences
salinity of soils (primary, secondary)
Australia - a thirsty continent, Aral see - ships in desert, Africa - overpopulation
13. Conclusions
Millenium Ecosystem Assessment
Intergovernmental Panel on Climate Change
Our Common Future
Economy and eco-physiology relations
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (07.02.2022)
Úloha rostlin v krajině v tocích energie, vody a látek. Ekologické funkce krajiny a úloha rostlin v těchto funkcích. Vývoj krajiny po době ledové rekonstruovaný z analýz sedimentů, krátký/uzavřený a dlouhý/otevřený vodní cyklus. Transport látek z povodí, disipace sluneční energie, odnos alkálií, acidifikace půdy, stárnutí krajiny. Klíčové funkce trvalé vegetace. Souvislost s eutrofizací a s povodněmi.
Energetická bilance porostu, základní představa o distribuci sluneční energie a údaje o množství energie přeměňované při evapotranspiraci, fotosyntéze, ohřevu. Srovnání energetických toků ve vysušené krajině a krajině s dostatkem vody. Odvodnění a změny mezoklimatu. Možnost využití dálkového průzkumu Země - rozložení teplot podle evapotranspirace.Záření přímé a difúzní, globální a fotosynteticky účinné. Energetický obsah biomasy, účinnost fotosyntézy. Jednotky.
(Vychází se z prací W. Ripla, příruček publikovaných pro mezinárodní kurzy (Wetland Training Centre), z prací Ondoka a Přibáně a současných výzkumných projektů.)
Ekofyziologické adaptace rostlin: (vychází se z monografií R Crawforda, Larchera, prací vlastních atd. )
adaptace fenotypická, genotypická (aklimatizace/otužování a adaptace/přizpůsobení). Přizpůsobení ke konstantním podmínkám vede ke ztrátě adaptability. Limity rozšíření rostlin nejsou zdaleka pouze fyziologické, podstatná je biogeografická hranice. Invazní druhy dokazují existenci geografických hranic. Biodiverzita na úrovni druhu a na úrovni populace.
Klimatické hranice, fyziologické pochody jsou nejvíce ovlivňovány teplotou. Citlivost k mrazu a k chladu, otužování. Pletiva v mrazu, stresové metabolity, kryoprotekce. Rostliny C3 a C4.
Arktická flora, morfologická adaptace, bilance uhlíku, respirace a teplota, limity rozšíření na jih. Výživa, reprodukce. Rozšiřování druhů k pólům s oteplením?
Polární a výškové limity rozšíření stromů, fyziologie stromu na hranici lesa (semena, osmotické poměry nad sněhem a pod sněhem, hospodaření s vodou). Ekotyp na příkladu horského smrku. Působení oxidu siřičitého na jehlice, na výdej vody, na jehlice. Okyselení působené deštěm a mineralizací.
ekofyziologie zaplavovaného kořene. Přežívání rostlin se zaplaveným kořenem, nedostatek kyslíku. Rýže, ježatka, rákos, mangrove, olše. Anaerobióza, anoxie, koncentrace kyslíku, redox. Meristémy a anoxie. Poškození z nedostatku kyslíku, cyanogenní glykosidy, postanoxická poškození. Přizpůsobení anatomická, morfologická. Chemie zaplavené půdy v anaerobních podmínkách, toxicita oxidu uhličitého, etanolu, sirovodíku, redukovaných iontů kovů - půdní toxiny při anaerobióze. Srážení železitých iontů. Úloha etylenu, tvorba aerenchymu a jeho úloha, radiální úniky kyslíku. Nároky na rostliny v kořenových čistírnách. Množství a forma vázaných živin. Translokace asimilátů za nadbytku a nedostatku dusíku. Letní a zimní seče rákosin. Úhyny rákosu a olší. Příklad rašeliniště a kumulace uhlíku.
vodní rostliny - vzplývavé, emerzní, ponořné. Makrofyta, mikrofyta. Příjem živin, příjem oxidu uhličitého. Vývoj typů vodních rostlin se zvyšující se trofií. Příjem různých forem oxidu uhličitého. Polarita příjmu, srážení uhličitanů. Podmínky rozvoje vodních květů, úloha rybí obsádky, vztah mezi koncentracemi živin a vývojem vodních květů. Principy biomanipulace, rybník plůdkový a produkční. Změny koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého ve vodě, změny pH a navazující otravy uvolněným amoniakem. Principy měření H, oxidu uhličitého, kyslíku, redoxu. Uhličitanový systém - nejrozšířenější pufr na Zemi, funkce v krvi a ve vodách. Příčiny a následky vysoké trofie vody, strategie při obnově vodních nádrží.
pobřežní vegetace. Duny, tolerance k vysychání, horizontální přírůstky (Elymus), přehřívání. Využívání kondenzované vody. C3, C4 a CAM rostliny, diskriminace 13C. Slaniska, osmotický stres. Vodní potenciál.
bylinné patro lesa. Podmínky - oxid uhličitý, vlhkost, světlo, výživa. Efekt světla (Red/Far Red), stínomilnost, kompenzační body fotosyntézy, intermitentní světlo, fotosyntetické závislosti, fotoinhibice, obsah chlorofylu. Kvantový výtěžek fotosyntézy. Morfologie listu, minerální výživa, význam mykorhizy.
Přežívání sucha. Tolerance, reakce na vodní stres (Acacia, Tamarix, Myrothamnus, Parkinsonia, olivovník). Typy xerofytů, přežívání dehydratovaných pletiv, udržení turgoru, osmoregulace, stresové metabolity. Sukulenty, CAM, poikilohydrie, homoiohydrie. Obnova fotosyntézy a respirace po opětné hydrataci pletiv, příjem vody listem. Funkce stomat. Úloha kutikuly a její struktura. Blahovičníky a jejich adaptace. Požáry, obnova po požáru. Měření transpirace, evapotranspirace, relativní vlhkosti .
přežívání predace, sekundární metabolity, rostlina a hmyz, koevoluce rostlin a hmyzu, juvenilní hormony
Závěrem zmínka o vědeckých přístupech: analytický/Carteziánský, redukcionistický, Exaktní, mechanistický. Ekologický, holistický. Organismus a ekosystém jako otevřený systém mimo rovnováhu.
Předmět ekofyziologie, tak jak jej podávám je snazší než se asi zdá z tohoto přehledu. Je vykládán na praktických příkladech.
