Fyziologické funkce rostlin v ekosystémech - MB130P22

• Anglický název: Physiological functions of plants in ecosystems
• Český název: Fyziologické funkce rostlin v ekosystémech
• Zajišťuje: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: letní
• E-Kredity: 4
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:3/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: 5
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Další informace: http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/ekofyziol/index.html
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
• Vyučující: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.; Mgr. Petr Kohout, Ph.D.; Mgr. Zuzana Lhotáková, Ph.D.
• Neslučitelnost : MB120P35, MB130P09, MB130P22E
• Je neslučitelnost pro: MB120P35, MB130P09

Anotace

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (28.01.2022)

Přednáška má za cíl umožnit studentům pochopit zásadní úlohy rostlin v kontextu fungování ekosystémů i celé planety Země. 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 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 plasticity odpovědi rostlin na faktory prostředí během ontogeneze. Vzhledem k vzájemné provázanosti klimatu a vegetace bude výklad zaměřen nejen na účinky klimatu na rostliny, ale také na ovlivnění lokálního, regionálního i globálního klimatu rostlinami. Přednáška se bude věnovat i současně probíhající klimatické změně a jejímu vlivu na rostliny a jak rostliny ovlivňují klima planety. Též bude věnována pozornost interakci rostlin s dalšími organizmy v ekosystémech – rostlinami, půdními mikroorganizmy. Pozornost bude též věnována monitorování rostlin pomocí funkčních znaků. Monitorování rostlin bude především demonstrováno na funkčních znacích indikátorů fyziologického stavu a pomocí spektrálních metod, především odrazivosti.

angličtina

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (23.02.2009)

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.
Pokorný J. (2001): Dissipation of solar energy in landscape - controlled by management of water and vegetation. Renewable energy 24: 641 - 645
Ripl et al. (1994): In: Eiseltová M. (Ed.): Restoration of lake ecosystems - a holistic approach. IWRB Publ., pp: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
Ripl W. (2003): Water: the bloodstream of the biosphere. The Royal Society, Phil. Trans. R. Soc. Lond. 358: 1921-1934.

Literatura

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (28.01.2022)

·         H Lambers,  FS Chapin, III, TL Pons. Plant physiological ecology, 2nd edn.  2008. New York:  Springer.   

·         Crawford R.M.M. (1990): Studies in Plant Survival, Ecological case histories of plant adaptation to adversity. Blackwell Scinetific Publications.

·         Larcher W. (1988, 2003): Fyziologická ekologie rostlin, Academia. Physiological plant ecology, Springer.

·         Nátr L. (2011):  Příroda, nebo člověk? Služby ekosystémů. Karolinum 2011, ISBN 9788024618883.

·         M. Kravčík, J. Pokorný, J. Kohutiar, M. Kováč, E. Tóth: Voda pre ozdravenie klímy - Nová vodná paradigma, Krupa Print, 2007

·         Nátr L.: Koncentrace CO2 a rostliny. Nakl. ISV. Praha. 2000.

·         Nátr L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva. Nakl. ISV. Praha. 2002.

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (21.02.2018)

Písemný test + případné přezkoušení na základě testu.

Zkouškový test je formou otázek (celkem 20-25) a je třeba vypsat odpověď.

Výborně: 100%-85%: 

Velmi dobře: 84%-75%:

Dobře: 74%-60%:

Sylabus

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (28.01.2022)

1. Přednáška: Rostliny, fyziologické funkce, ekosystém a biom

Přednášející: prof. Jana Albrechtová

 

·         Rostliny: fylogeneze - přechod na souši, autotrofie, organizace těla, rodozměna

·         Ekologické limity prostředí: faktory abiotické, biotické

·         Odezva rostlin na faktory prostředí - aklimace a adaptace, tolerance a avoidance, stresové odezvy

·         Základní fyziologické funkce rostlin v ekosystémech: Fotosyntéza, respirace, transpirace

·         Potravní řetězec: postavení rostlin - producentů, ztráty energie v jednotlivých trofických hladinách

·         Ekosystém – definice, toky látek informací a energie, Biosféra

·         Základní klimatické pásy Země, Biomy, přehled terestrických biomů Země, Anthromy

·         Životní formy rostlin a jejich spektrum v biomech

·         Výzvy 21. století na fyziologické funkce rostlin v ekosystémech: uživení populace,

·         Ekosystémové služby,

·         Klimatická změna.

 

2. Přednáška: Rostliny,  voda a vodní režim rostlin

Přednášející:  Dr. Zuzana Lhotáková

 

•       Voda – hlavní faktor ovlivňující distribuci rostlin

•       H₂O a její vlastnosti důležité pro život a rostliny

•       Adaptace rostlin při přechodu na souš

•       Vodní potenciál: kontinuum půda-rostlina-atmosféra

·         Vodní režim rostlin –evapotranspirace

·         Koloběh vody na Zemi a interakce jeho složek s rostlinami

 

3. Přednáška: Rostliny,  půda a minerální výživa

Přednášející: Mgr. Petr Kohout

·         Definice a funkce pedosféry, půdy

·         Fyzikální a chemické vlastnosti půdy

·         Půdní typy a půdní druhy, půdní horizonty

·         Pedogeneze: vznik a vývoj půd

·         Význam a evoluce kořene

·         Půdní mikro (bakterie, houby, kvasinky) a makro fauna

 

4. Přednáška: Rostliny, sluneční záření, fotosyntéza, respirace a primární produkce 

Přednášející:  prof. Jana Albrechtová

 

·         Charakteristika a bilance sluneční energie na povrchu Země

·         Energetická bilance porostu, listu

·          Fotosyntéza: světelná a temnostní fáze, faktory ovlivňující fotosyntézu

·         Různé typy fotosyntézy - C3, C4 a CAM typy fotosyntézy

·         Geografické rozšíření C3 a C4 rostlin

·         Respirace

·         Čistá a hrubá primární fotosyntetická produkce

·         Měření primární produkce, RGR, NAR, SLA, LAI

·         Faktory ovlivňující primární produkci

 

5. Přednáška: Rostliny, atmosféra a její vliv na rostliny

Přednášející:  prof. Jana Albrechtová

 

•       Atmosféra – složení, skleníkový efekt, skleníkové plyny

•       H₂O, vodní pára, N₂, O₂ – kyslík v atmosféře

•       CO₂, metan, oxid dusný

·         Vliv atmosféry na rostliny – vliv vody, teploty, větru, kyslíku, CO₂ , znečišťujících látek

·         Vliv rostlin na atmosféru – vliv rostlin na bilanci záření

 

6. Přednáška: Rostliny v biogeochemických cyklech a zpětné vazby

Přednášející:  prof. Jana Albrechtová

 

·         Biogeochemické cykly:

• Globální cyklus N, P – úloha a význam rostlin v nich

·         Globální cyklus uhlíku

o    Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země

o    Význam suchozemských a vodních (oceány) rostlin v cyklu uhlíku

o     Antropogenní ovlivnění cyklu C

• Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2

·         Zpětné vazby:

o    model „světa sedmikrásek“ Jamese Lovelocka

o    zpětné vazby v globálním systému Země

 

7. Přednáška: Klimatická změna a úloha rostlin v ní

Přednášející: prof. Jana Albrechtová

 

·         Klimatická změna: definice, příčiny, antropogenní vlivy

·         projevy klimatické změny v současnosti - IPCC

·         Rostliny jako klimatotvorný činitel - vegetace jako stabilizační prvek - teplota, vlhkost

·         úloha lesů v tvorbě klimatu

• Důsledky změn klimatu na rostliny: vliv CO2, změny teploty, rozsah a frekvence srážek, pH oceánů

o    vliv klimatu na lesy v globálním měřítku – škůdci, požáry, změny vegetačních pásem

·         Lesy – zdroj nebo sink pro ukládání uhlíku v klimatické změně

·         Studium fyziologického stavu rostlin

 

8. Přednáška: Rostliny v ekosystémech: chlad, mráz, zasolení, zaplavení, těžké kovy a polutanty – fytoremediace

Přednášející: prof. Jana Albrechtová

·         Poškození chladem

·         Adaptace k mrazu, dormance

·         Specifika alpínských oblastí, zvláštnosti arktických oblastí

·         Fyziologie rostlin odolných proti suchu a proti zasolení (sukulenty, urychlený vývoj některých druhů, atd.)

·         Aridizace

• Specifika rostlin  v extrémních a narušených půdách: zasolení, zaplavení,
• Těžké kovy, polutanty – fytoremediace

 

9. Přednáška: Funkční vlastnosti rostlin a jejich význam pro ekosystémy, biotické interakce rostlin

Přednášející: Mgr. Petr Kohout

 

Růstové  strategie rostlin: R-C-S, R* rule

Funkční vlastnosti rostlin: nadzemní vs. podzemní

Vztah rostlin k biotickým složkám ekosystému

·         Symbiózy s jinými organizmy: typy symbióz rostlin

·         Vztahy mezi rostlinami: kompetice vnitro- a mezidruhová

·         Plant-soil feedback

• Vztah rostlin k dalším biotickým složkám ekosystému

10. Přednáška: Rostliny a půdní symbiózy

Přednášející: Mgr. Petr Kohout

·         Dusík fixující bakterie

·         Mykorhizní symbiózy

o    arbuskulární mykorhiza

o    ektomykorhiza

o    ekologie mykorhizních symbióz

 

11. Přednáška: Dálkový průzkum pro monitorování vegetace

Přednášející: prof. Jana Albrechtová

Monitorování vegetace metodami dálkového průzkumu:

-          Optické vlastnosti: odrazivost, transmitance, absorpce

-          Spektrální křivka vegetace

-          Metody multispektrální a hyperspektrální

-          Příklady: mapování vegetace, NPP, fenologie

angličtina

Poslední úprava: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (23.02.2009)

Key role of vegetation in the main ecological functions of landscape: energy, water and matter fluxes. Development of landscpe and role of vegetation after the last glaciation in term of those ecological functions. Open and closed water cycles. Matter losses, soil acidification and water eutrophication. Sustainable use of landscape, landscape aging. Floods and droughts.

Energy budget of a plant stand in comparison with a drained, vegetation free surface. Distribution of solar energy: global radiation, albedo, net radiation, soil heat flux, sensible heat, latent heat (evapotranspiration), photosynthesis. Impact of drainage on local climate. Tree - a perfect airconditioning system. Radiation temperature. Use of remote sensing for temperature mapping. Efficiency of landscape (plant stands) in terms of solar energy dissipation. Open systems far from equilibrium, self-organizing.

Primary production, efficiency of photosynthesis. Quantum yield, light compensation point. Energy bound in the biomass versus incoming solar energy - limits of biomass use.

Energetic units , measurement of solar radiation, amount of solar energy coming per m2 a day, year.

Plants adaptation and survival in various habitats.

Adaptation phenotypical, genotypical; acclimation. Adaptation to constant conditions brings about low adaptability. Limits of plant growth other than physiological. Biogeographical boarder, invasive species. Biodiversity on species and on population level.

Climatic borders. Temperature the most important factor controlling physiological processes. Sensitivity to chill and frost; acclimation. Plant tissue in frost; stress metabolites, cryoprotection. Functioning of C3 and C4 plants at low temperature.

Arctic flora and its morphological adaptations, C budget. Ratio between respiration and photosynthesis, physiological limits of growth at temperate zones - respiration accelerates with temperature increase.

Polar and altitude limits of tree growth, physiology of a wood at tree line (seeds, osmotic pressure under snow and above snow cover), water regime. Ecotypes - example Šumava mountain spruce. Effect of acid rain, needle damage, transpiration, photosynthesis, soil chemistry.

Physiology of flooded root - survival of plant roots under lack of oxygen Anoxia, hypoxia, anaerobiosis. E.g rice, reed, mangrove, willow, alder. Meristems ands lack of oxygen. Damages caused by anoxia, cyanogenic glycosides, post anoxic effects. Adaptation - metabolism, morphology, anatomy. Chemistry of flooded soil, reduced and toxic substances: sulfite, ammonium, ferrous ions, ethanol, organic acids. Precipitation of ferric ions, iron plaque . Role of ethylene, aerenchym, radial losses of oxygen by wetland (adapted) and non-wetland plants. Plants tolerate flood or avoid it.

Constructed wetlands for waste water treatment - functioning of plants. Parameters of such a waste water treatment plant - BOD, N, P removal. Role of biomass in nutrient stripping , role of roots. Principles of construction. Role of wetlands in landscape.

Translocation of assimilates at surplus of nitrogen and lack of oxygen. Green and winter cut in association with accumulated sugars. Reed and alder decline.

A bog example- Červené blato, role of underground water level, accumulation of carbon due to low decomposition rate.

Aquatic plants in their environment

Submersed, natant, emersed. Water macrophytes, algae, blue greens. Morphological and anatomical features of water macrophytes. Uptake of nutrients. Forms of inorganic carbon in water, photosynthetic uptake of free carbon dioxide and bicarbonate. Precipitation of calcium carbonate, alaklization. Polarity of carbon dioxide uptake by planar leaves, zonal uptake by some Chara sp. Role of PEP carboxylase and RuDP carboxylase. Changes of water macrophytes species and stand structure with increasing trophy. Role of N/ P ratio and concentration of inorganic carbon in development of water blooms of blue green algae.

Develpoment of macrophytes and algae in production (rear) and fry ponds. Daily dynamic of oxygen concentration and changes in forms of inorganic carbon and pH, associated alterations of ammonium gas and ammonium ion. Fish kill by ammonium gas. Losses of nitrogen in rice fields fertilized by urea at high assimilatory pH.

Composition of gases released from wetlands. Principles of electrochemical estimation of oxygen (polarography based Clark- type sensor). Redox potential. Carbonate system the most common buffer in the world - its functioning in water and in blood.

Causes and consequenses of high trophy (eutrophy), role of nitrogen and phosphorus. How to restore eutrophic and hypertrophic water bodies.

Vegetation of coastal sites

Dunes, tolerance to dessication, horizontal growth (Elymus), overheating. Use of condensated water. C3, C4 and CAM plants. Salt marshes, osmotic stress. Leaf morphology, salinity, conductivity, water potential.

Vegetation of the forest floor

Spring aspect. Conditions carbon dioxide, humidity, light, nutrition. Morphogenetic effect of light (Red/Fa Red). Shade a sunny plants and their photosynthetic curves. Light compensation points, photoinhibition. Chlorophyll content. Quantum yield of photosynthesis. Leaf morphology, mineral nutrition and role of mycorrhyzae.

Surviving draught

Tolerance to water stress (Acacia, Tamarix, Myrothamnus, Parkinsonia, Eucalyptus). Types of xerophytes. Dehydration and rehydration of plant tissues - how long can they survive in herbarium?Recovering of respiration and photosynthesis, water uptake by a leaf. Role of staomata, role of cuticula. Tutgor and osmoregulation, stress metabolites. Succulent plants, CAM, poikilohydric and homoiohydric plants. Role of stomata, role of cuticula. Light reflection, trichoms role, leaves exposition. Eucalyptus, recovery after fire.

Transpiration, evapotranspiration, air humidity, transpiration coefficient. Lysimeters.

Surviving predation

secondary metabolites. Plants and insects, coevolution of plants and insects, juvenile hormones in plants.