Rostliny a stres 1 [Reim kompatibility]Abiotické stresové faktory pedstavuje nadbytek nebo nedostatek fyzikálníchi chemických faktor v prostedí. Abiotické stresové faktory – vysokéi nízké teploty, nedostatek vody, nadbytek vody (zaplavení), nadbytek i nedostatek svtla, zasolení, nepimený obsah minerálních látek v pd, utuená pda). Antropogenní vlivy – kyselé dešt, toxické kovy, eutrofisace, xenobiotika, výfukové plyny aj.
Biotické stresy jsou vyvolány psobením jiných organism. Biotické faktory – patogeny (houby, bakterie, viry), býloraví ivoichové, psobení konkurenních druh rostlin (alelopatie, parasitismus), invasivní rostliny
Stres (zátová situace) je stav rostliny, která reaguje na psobení zátových, tj. stresových faktor neboli stresor aktivací obranných mechanism.
Rostlina a stres
peívání
Pro je v souasné dob vnováno hodn pozornosti stresm ?
V roce 0 bylo na Zemi 300 milión lidí Piblin mezi lety 1800 a 2000 stoupl poet obyvatel o 6 miliard
A jaké jsou prognózy do budoucnosti? A s ím ješt bychom mli poítat? Sniování rozlohy kvalitní zemdlské pdy a pirozených ekosystém Zvyšování zneištní pd a vod Globální zmny klimatu a s nimi spojené zvraty poasí
Výrazné sucho
kukuice sója
Výnosy kukuice a sóji v USA – vliv sucha
Rostlina a nedostatek vody Výdej vody je aktuáln sniován zavíráním prduch.
Vadnutí pi nedostatku vody– dochází k sniování obsahu vody ve vakuolách, sniování tlaku na stnu.
Naaktuální nedostatekvody buky reagujízvýšením potu osmoticky aktivních ástic (nap. minerálních iont, cukr) ve vakuolách. To vede ke zvýšenému píjmu a zadrování vody. Tento proces se nazýváosmotické pizpsobení.
Osmotické pizpsobení Bez osmotického pizpsobení
Aklimace k nedostatku vody
Ochranu bílkovin zajišují tzv. kompatibilní soluty. Jsou to vysoce rozpustné, avšak metabolicky dále nevyuívané látky (nap. prolin, trehalosa, betainy). Nkdy se tvoí i specifické drobné, siln hydrofilní proteiny se stejnou funkcí.
LEA proteiny
Dlouhodobý nedostatek vody obvykle vede k sníení rstu nadzemníásti a k posílení rstu koenového systému. Výrazný nedostatekpak vede k pedasné senescenci list, i k jejich opadu.
1. Nutnost pochopení obranných mechanism
2. Hledání nových druh schopných lépe tolerovat nedostatek vody nebo zvyšovat podíl plodin tolerantních (nap. irok, proso (jáhly) - ty jsou navíc bezlepkové, merlík)
3. Vznik nových odrd klasickými metodami šlechtní
4. Rozvoj a vyuívání genových bank
5. Testování genom tolerantních rostlin a studia GMO (geneticky modifikovaných rostlin) s jejich monými výhodami a risiky.
6. Další moná zvýšení odolnosti, nap. mykorhizy.
Metody zvyšování zemdlské produkce ve vztahu k nedostatku vody
Genová banka je místo, kde se uchovávají genové zdroje rostlinného, ivoišného, mikrobiálního i jiného pvodu. Rostliny – semenné banky (1 – 5 let), polní kultury, in vitro, kryoprezervace (uchování materiálu pi nízkých teplotách, nejastji v tekutém dusíku (-196°C), vitrifikace . U nás nap. Ruzyn, Kromí, Olomouc, Holovousy.
irok
Slanobytné rostliny – perspektivní zdroj potravy?
Monost zvýšení odolnosti vi suchu pomocí genetických modifikací u rostlin rýe
Vlevo – netransformovaná rostlina, vpravo rostliny se zvýšenou tvorbou LEA protein s vneseným genem z jemene
K tomu, aby nedostatku vody pedešly nebo ho pekonaly, rostliny adaptované k peívání v oblastech s nedostatkemvody vyvinuly rzné strategie a mechanismy, strukturní i metabolické (nap. tvorba efektivního koenového systému, sníení rychlosti transpirace, CAM pípadn C4 fotosyntéza). Rovn asto dochází k zvýšené tvorb obranných struktur (trny, mechanická pletiva atp.), které chrání obvykle pomalu rostoucí rostliny ped býloravci.
Adaptace k nedostatku vody
Jaké jsou adaptace xerofyt?
1. Krátké vegetaní období a peívání nepíznivých podmínek ve form diaspor (rozmnoovacích útvar generativního i vegetativního pvodu), pedevším semen, ale i rzných hlíz, cibulí ap.
Monoptilon bellioides, Asteraceae Hvzda mohavské poušt
Nkteré druhy rostlin, nap . pouštní efeméry, omezily délku ontogeneze na období, v nm je na stanovišti vody dostatek. Období sucha peívají ve form semen a tak fakticky stresu unikají. Semena mohou být dormantní po dlouhou dobu.
Mohavská pouš
Selaginella lepidophylla,
This normally bare desert in Namaqualand, Goegap Nature Reserve in South Africa has a proliferation of flowers and desert ephemerals during the brief spring wet season.
2. Koeny – výrazn vyvinutý koenový systém, schopnost rozrstat se v místech, kde je obsah vody vyšší a šíit se do míst pi hledání vody, nkdy i sukulentní koeny
Jaké jsou adaptace xerofyt?
Prosopis juliflora - ke nebo malý strom z eledi bobovité, z oblastí Mexika, jiních stát USA, Jiní Ameriky a Karibiku. Byl zavleen i do Asie a Austrálie. Dosahuje výšky do 12 m, jeho koeny dorstají do velkých hloubek. V roce 1960 byly objeveny koeny v hloubce 53 m v otevené dlní jám v Arizon, co jsou pravdpodobnnejdelší známé koeny.
Strom ivota (Prosopis) z Bahrajnu
Mnohé kaktusy mají povrchové koeny zasahující do znaných vzdáleností od stonku. Jsou adaptací na vydatné, ale krátce trvající sráky.
Místa výskytu kaktusu saguaro
Kaktus saguaro dosahuje znaných výšek. Souasný nejvyšší jedinec z Arizony mí 13.8 m a má obvod 3,1 m. Rekordní zdokumentovaný jedinec z Arizony dosáhl výšky 24 m, s hmotností pes 13 tun. Byl znien bhem vtrné smršti v roce 1986. Saguaro roste velmi pomalu; 10 let stará rostlina me být pouze 4 cm vysoká. Mohou se doívat 75 a 100 let.
Hawortia "GREEN ROSE
Hawortiasp.
www.cact.cz
Cucurbita foetidissima(„ buvolí dýn“)
severozápadu Mexika.
Koen me váit prý a 72 kg Obsahuje cukry a uvauje se o jeho vyuití pro biopaliva.
Tato tykev má potenciál stát se plodinou adaptovanou na semiaridní oblasti. Plody mohou být konsumovány lovkem i hospodáskými zvíaty.
Jaké jsou adaptace xerofyt?
3. Listy, které jsou hlavním místem výdeje vody
a) omezení potu a velikosti list, bez list nebo opad list v období sucha, malé listy (pomr povrch x objem), asto jehlicovité
Hakea bakeriana z Austrálie
Janovec metlatý
Zajímavé adaptace se nacházejí u rostlin z Namibijské poušt. Zdrojem vody v této oblasti jsou hlavn husté ranní mlhy valící se od oceánu, co umouje rostlinám peít, a v nkterých pípadech hluboko uloené podzemní zdroje vod.
Acanthosicyos horridus– nara melon
Welwitschia mirabilis, Welwitschie (velviie)podivná
Je to nahosemenná rostlina, endemit Namibijské poušt. Má pouze dva listy, které petrvávají po celý ivot rostliny.
Dracaena draco
b) Silná vnjší stna listové pokoky, silná vrstva kutikuly, epikutikulární vosky, krycí trichomy - jsou zárove ochranou proti patogenm a nadmrnému ozáení
Epidermis klívie (Clivia miniata)
Nahoe – druh z mlného pralesa, dole - ze svah AndEpikutikulární vosky
d) Pokrytí listu trichomy (chlupy), zejména v pokoce obsahující prduchy (v tomto pípad spodní); trichomy zárove odráejí nadmrné ozáení a chrání proti býloravcm
Kandelábrovité trichomy divizny (Verbascum sp.). AutorJosef Špaek
Trichomy na spodní stran listu Lasiocephalus ze svah And
Štítnaté trichomy z listu hlošiny
Z Troughton, Donaldson: Probing Plant Structure, 1972
Štítnaté trichomy z listu hlošiny (vlevo) aLagunaria patersonia (vpravo) Je to endemit nkterých oblastí Austrálie. Nejlépe se jí daí na plném slunci. Je odolná vi periodám sucha a soli, take je
astá na pobeí.
K tomu slouí tzv. ohýbací buky.
Píný ez stedníástí listu lipnice luní (Poa pratensis)
e) Stáení nebo skládání list vedoucí k tomu, e suché atmosfée je exponována jen menší ást povrchu listu
Píný ez listem bambusu
f) prduchy – vtší poet drobnjších prduch (rychlost reakce), skupiny prduch, zanoení, krypty, lábky
Prduchy na spodní stran listu dvou druh rodu Lasiocephalus Povrch listu begonie
Význam zanoení prduch
Píný ez jehlicí borovice lesní (Pinus sylvestris), vlevo celkový obraz, vpravo detail
Píný ez listem oleandru obecného (Nerium oleander)
Píný ez listem juky (Yucca sp.)
Detail
g) Sukulence listová
Extrémním pípadem sukulence jsou tzv. ivé kameny, rostliny rodu Lithops (Aizoaceae)
Jaké jsou adaptace xerofyt?
4. Stonky sukulentní stonky, asto bezlisté; ztloustlé stonky nebo jejich ásti
Pizpsobení podmínkám nedostatku vody
Rostliny pizpsobené nedostatku vodyseasto vyznaují úplným vymizením list. Funkci hlavního orgánu fotosyntézy pak pebírá stonek, v jeho primární ke je dobe vyvinutý chlorenchym. Zvláštním pizpsobením podmínkám extrémního sucha jsou sukulentní stonky, které se vyskytují nap. u kaktusovitých (Cactaceae), ale i u nkterých pryšcovitých (Euphorbiaceae), hvzdnicovitých (Asteraceae) a dalších. Bezlisté sukulentní stonky mají dvojí funkci – fungují jako hlavní fotosyntetické orgány a zárove jako dleité zásobárny vody pro období sucha.
Cereusz eledi kaktusovité
Lophophora williamsii (peyotl) je zdroj drogy meskalinu
Kaktusy a opuncie mají na svém povrchu rzné útvary (trny, trichomy) slouící obran
Opuntia microdasys albispina
Kleinia neriifolia z eledi hvzdnicovité, Kapverdy Euphorbia virosa z eledi pryšcovité,
Namibia
Baobab, Adansonia
Baobaby jsou stromy schopné skladovat vodu v kmenech a díky tomu peívat období sucha. Baobaby se vyskytují v suchých oblastech jiní Afriky a Madagaskaru. Jejich listy opadají pi nástupu období sucha. Devo baobab je mkké, vláknité, a schopné zadrovat vodu; prmr kmene se tak mní v závislosti na mnoství sráek
Adenium obesum (pouštní re) Roste v Africe a Arábii, obsahuje latex, je jedovatý a pouíván nap. do šípových jed.
Jatropha catharica, pryšcovité, Texas
Zasolení = vysoký obsah anorganických iont v pdním roztoku. Rostliny adaptované k ivotu v zasolených oblastech se nazývajíhalofyta.
Píiny zasolení - moské, oceánské behy a ústí ek, dlouhodobé závlahy, nadmrná aplikace minerálních hnojiv, zimní solení komunikací. Udává se, e asi na 6% povrchu pevniny jsou pdy zasolené.
Zasolení
Jak se rostliny se zasolením vyrovnávají?
Ochraují proteiny
Kamýš písený
Další moností adaptace list k zasolení je sukulence.
ez sukulentním listem slanobýlu draselného
(Salsola kali)
Salsola kali
koenech (tzv.ultrafiltrace )
2. Ukládání nadbytku solí do vakuol, vyluování solnými lázkami solnými vlásky.
Pohled na povrch listu Limonium vulgare se solnou lázou ervená šipka oznauje solnou lázu,tyi svtlé body jsou otvory v kutikule, zelená šipka oznauje prduch
Limonium vulgare
© J R Crellin 2006
Halofyta se mohou zbavovat nadbytku solí sekrecí z nadzemních orgán pomocí tzv. solných lázek
Schéma solného vlásku u lebedy (Atriplex)
Z Esau 1977