Fyziologické funkce rostlin v ekosystémech - MB130P22E
Anglický název: Plant ecophysiology
Zajišťuje: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
Fakulta: Přírodovědecká fakulta
Platnost: od 2020
Semestr: letní
E-Kredity: 4
Způsob provedení zkoušky: letní s.:
Rozsah, examinace: letní s.:3/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: 5
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: angličtina
Další informace: http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/ekofyziol/index_en.html
Garant: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
Atributy: Modul Ekologie a evoluce
N//Je neslučitelnost pro: MB130P22
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Rozvrh   
Anotace -
Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (29.10.2019)
Kurz má za cíl umožnit studentům pochopit zásadní úlohy rostlin v kontextu fungování ekosystémů i celé planety Země. Rostliny budou představeny ve své rozmanitosti jako zásadní pro fungování života na Zemi v jeho současné podobě. Přednáška dá studentům představu o vzájemné interakci rostlin s jejich prostředím – abiotickými i biotickými faktory, jak rostliny reagují na faktory prostředí a jak fyziologické funkce rostlin v ekosystémech podmiňují funkce a vlastnosti určitých ekosystémů až po úlohu rostlin v globálních procesech biogeochemických koloběhů látek, tocích energie a tvorbě klimatu Země. Kromě fyziologických funkcí budou probrány různá přizpůsobení rostlin různým prostředím, ať již adaptační, evolučně podmíněná, nebo aklimační v rámci fenotypové plasticity odpovědi rostlin na faktory prostředí během ontogeneze. Na příkladech jednotlivých ekosystémů bude věnována pozornost mimořádným schopnostem rostlin adaptovat se na nejrůznější půdně-klimatické podmínky včetně těch extrémních, jaké nalézáme v aridních, tropických či naopak arktických oblastech – probírat budeme přizpůsobení rostlin chladu, mrazu, vysokým teplotám, zasolení, zaplavení. Též jak rostliny reagují na přítomnost těžkých kovů a polutantů, probereme základy fytoremediace. Též bude věnována pozornost funkčním vlastnostem rostlin a jejich významu pro ekosystémy, biotickým interakcím rostlin s dalšími organizmy v ekosystémech – rostlinami, půdními mikroorganizmy, patogeny, atd. Též budou probrány ekosystémové služby, které rostliny poskytují. Vzhledem k vzájemné provázanosti klimatu a funkcí vegetace bude výklad zaměřen nejen na účinky klimatu na rostliny, ale také na ovlivnění lokálního, regionálního i globálního klimatu rostlinami. Přednáška se tedy bude věnovat i současně probíhající klimatické změně a jejímu vlivu na rostliny a jak rostliny ovlivňují klima planety. Též budou probrány rostliny v agroekoystémech, zmíněny základní principy rostlinné výroby, různé typy zemědělství - konvenční, alternativní, agrolesnictví, precizní zemědělství. Dále probereme dálkový průzkum vegetace, jak mohou metody dálkového průzkum, především reflektance, přispět ke studiu funkce rostlin v ekosystémech. Pro biology je vhodné současně nebo předem absolvovat buď přednášku z Anatomie rostlin nebo z Anatomie a morfologie rostlin a některou z přednášek Fyziologie rostlin nebo pro ÚŽP kurz z Anatomie a fyziologie rostlin, neboť základní fyziologické procesy jsou probrána jen velmi orientačně pro připomenutí.
Literatura -
Poslední úprava: RNDr. Jana Rubešová, Ph.D. (12.12.2006)

Literatura:

Crawford R.M.M. 1990, Studies in Plant Survival, Blackwell Scinetific Publications,pp. 296

Larcher, W.: Fyziologická ekologie rostlin, Academia, 1988

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

Požadavky ke zkoušce - angličtina
Poslední úprava: doc. RNDr. Helena Lipavská, Ph.D. (12.04.2012)

written test + oral examination based on the test results + short paper

Sylabus -
Poslední úprava: RNDr. Jana Rubešová, Ph.D. (12.12.2006)

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.