Fizjologia roślin

obowiązkowy

Wiedza z botaniki i fizjologii roślin na poziomie liceum.

Moduł "Fizjologia roślin" umożliwia studentowi zapoznanie się z następującymi procesami zachodzącymi w roślinach: pobieraniem oraz transportem wody, funkcją makro i mikroelementów oraz mechanizmami ich pobierania, typami fotosyntezy i ich chemizmem; procesami katabolicznymi ze szczególnym uwzględnieniem procesów zachodzących przede wszystkim w roślinach, rodzajami fitohormonów oraz ich syntezą, rolą fitohormonów we wzroście i rozwoju roślin oraz ich mechanizmami działania, fotomorfogenezą, indukcją fotoperiodyczną, fotoperiodyzmem, ruchami roślin, fitochromem i kryptochromem oraz ich udziałem we wzroście i rozwoju roślin.

Tematyka wykładów:

Metabolity pierwotne i wtórne - podział i ich rola w roślinie, dyfuzja prosta i osmoza jako szczególny przypadek dyfuzji, dyfuzja prosta, ułatwiona i transport aktywny w ujęciu termodynamicznym: prawa Ficka, potencjał chemiczny, potencjał elektrochemiczny, równanie Nernsta, równanie Goldmana, pompa jonowa (pompy protonowe i wapniowa), kanały jonowe (anionowe, kationowe), akwaporyny, nośnik błonowy, budowa błony komórkowej, struktura komórki roślinnej, uniport, symport, antyport, transport z fragmentem błon, transport elektrogenny i neutralny

woda - właściwości fizykochemiczne i jej rola w komórce roślinnej, Potencjał wody: wzór, jednostka, składowe. Rodzaje wody glebowej i jej dostępność dla roślin. Budowa tkanki przewodzącej: ksylem, floem. Transport wody w roślinie: Mechanizmy kohezyjny i parcie korzeniowe.

Rodzaje transpiracji oraz struktury anatomiczne wpływające na natężenie transpiracji. Czynniki zewnętrzne wpływające na natężenie transpiracji. Mechanizm otwierania szparek. Transport we floemie: Donor i akceptor; Skład soku floemowego; Szybkość transportu; Czynniki wpływające na transport; Załadunek, mechanizm transportu i rozładunek floemu, Dystrybucja substancji pokarmowych.

Gleba jako podłoże i źródło składników mineralnych. Formy składników mineralnych w glebie i ich dostępność dla roślin.

Mechanizm pobierania jonów, substancji organicznych i wody przez korzenie: Systemy transportu jonów i substancji organicznych funkcjonujące w błonach komórek roślinnych (pompy jonowe, nośniki, kanały jonowe i wodne). Drogi transportu jonów i wody w roślinie (AWFS, OV, DFS). Przemiany azotu w roślinach. Chemizm wiązania wolnego azotu.

Budowa anatomiczna liścia – przystosowania do pełnionych funkcji. Rodzaje plastydów. Budowa chloroplastów. Budowa, biosynteza, właściwości fizykochemiczne i funkcja barwników fotosyntetycznych. Budowa i funkcja błon fotosyntetycznych.Faza świetlna fotosyntezy – łańcuch transportu elektronów, schemat “Z”. Budowa i funkcjonowanie jednostki fotosyntetycznej. Centrum aktywne, antena energetyczna. Fosforylacja fotosyntetyczna.

Budowa kompleksu chloroplastowej syntazy ATP. Efekt Emmersona, Blinksa; reakcja Hilla. Chemizm fazy ciemnej fotosyntezy: cykl Calvina - Bensona (rośliny typu C3), cykl Hatcha - Slacka (rośliny typu C4), rośliny kwasowe (rośliny typu CAM).Różnice anatomiczne, morfologiczne i fizjologiczne w przebiegu fotosyntezy u roślin typu C3, C4 i CAM.

Fosforylacja fotosyntetyczna: cykliczna i niecykliczna. Czynniki zewnętrzne i wewnętrzne wpływające na natężenie fotosyntezy. Mechanizm fotofosforylacji u Halobacterium halobium. Czynniki zewnętrzne i wewnętrzne wpływające na natężenie fotosyntezy. Chemosynteza.

Główne substraty oddechowe u roślin. Drogi degradacji glukozy: glikoliza, cykl pentozofosforanowy i jego powiązanie z glikolizą, Cykl Krebsa. Cykl glioksalanowy. Cykl glikolanowy – fotooddychanie.

Budowa kompleksów łańcucha oddechowego u roślin. Oddychanie niewrażliwe na cyjanek – oksydaza alternatywna. Budowa syntazy ATP. Fosforylacja oksydacyjna i substratowa. Wahadło jabłczan-asparaginian oraz glicerofosforanowe. Bilans energetyczny oddychania tlenowego i beztlenowego. Efekt Pasteura. Przemiany kwasów tłuszczowych. Czynniki wpływające na wydajność procesu oddychania.

Budowa i mechanizm działania hormonów roślinnych: auksyn, cytokinin, giberelin, Hormony stresu: ABA, etylen, jasmoniany. Biosynteza i degradacja auksyn. Regulatory wzrostu roślin: poliaminy, związki fenolowe, retardanty, morfaktyny..

Budowa i mechanizm działania fitochromu i kryptochromu. Fotomorfogeneza. Termo- i fotoindukcja. Allelopatia. Korelacje wzrostowe. Kiełkowanie nasion. Okres spoczynkowy. Starzenie się organów i organizmów. Ruchy roślin.

Ćwiczenia obejmują:

Zjawiska osmotyczne w komórkach roślinnych. Wpływ jonów na przebieg plazmolizy. Pomiar potencjału osmotycznego soku komórkowego metodą plazmolizy granicznej. Pomiar potencjału osmotycznego soku komórkowego metodą plazmolizy granicznej.

Zjawiska osmotyczne w komórkach roślinnych. Pomiar siły ssącej parenchymy ziemniaka metodą wagową i refraktometryczną. Fizjologiczne działanie jonów na komórki roślinne.

Fotosynteza. Ekstrakcja barwników roślinnych. Ilościowe oznaczanie zawartości chlorofili a i b w materiale roślinnym.

Fotosynteza. Rozdział barwników chloroplastów metodami chromatograficznymi.

Stres oksydacyjny w różnych organach.

Oddychanie. Wpływ temperatury na intensywność oddychania.Pomiar intensywności oddychania.

Oddychanie. Fermentacja alkoholowa. Wpływ stężenia sacharozy na przebieg fermentacji. Przebieg fermentacji alkoholowej przy użyciu różnych substratów.

Wzrost roślin. Ruchy higroskopowe. Pomiar szybkości wzrostu organów roślinnych za pomocą mikroskopu. Wykrywanie obecności amylazy w kiełkujących nasionach.

Charakterystyka białek oraz ilościowe oznaczanie cytochrom c. Oznaczanie punktu izolelektrycznego kazeiny. Oznaczanie zawartości cytochromu c.

Enzymy roślinne. Wykrywanie katalazy w liściach kapusty. Gazometryczne oznaczanie aktywności katalazy. Wpływ pH na aktywność katalazy.

Enzymy roślinne. Oznaczanie aktywności oksydazy polifenolowej w wyciągach z ziemniaka. Badanie właściwości enzymów na kawałkach tkanki. Wpływ różnych czynników na działanie enzymu.

Pomiar pH środowiska inkubacyjnego zawierającego liście trzykrotki lub bulwy ziemniaka.

Kopcewicz J., Lewak S. (red.). 2013: Fizjologia roślin. PWN, Warszawa.

Kozłowska M. (red). 2007: Fizjologia roślin. Państwowe Wyd. Rolnicze i Leśne .

Zurzycki J., Michniewicz M. (red.). 1985: Fizjologia roślin. Państwowe Wyd. Rolnicze i Leśne

Piskornik Z. 1994: Fizjologia roślin dla wydziałów ogrodniczych. Tom I. Wyd. AR, Kraków

Taiz L., E. Zeiger E. (red.). 2006. Plant Physiology. 4th Edition. Sinauer Associates Inc. Sunderland, Massachusetts, USA

Student:

- definiuje, klasyfikuje i opisuje podstawowe pojęcia i terminy stosowane w fizjologii roślin;

- przedstawia procesy związane z wymianą substancji między komórką i otoczeniem;

- opisuje podstawowe procesy kataboliczne i anaboliczne ze szczególnym uwzględnieniem procesów zachodzące głównie w roślinach;

- potrafi wykazać zależności między różnymi szlakami metabolicznym;i

- opisuje i wyjaśnia zjawiska zachodzące w czasie wzrostu i rozwoju roślin;

- przeprowadza proste doświadczenia, opisuje efekty eksperymentu, analizuje wyniki, stawia wnioski i przedstawia je w formie raportu;

- ma nawyk aktualizowania wiedzy specjalistycznej.

Ocena końcowa modułu ustalana jest na postawie ocen z laboratorium (0,5) oraz egzaminu (0,5). Ocena z laboratorium wystawiana jest na podstawie sumy punktów uzyskanych z kolokwiów cząstkowych. Warunkiem zaliczenia laboratorium jest uzyskanie pozytywnej oceny aktywności na zajęciach. Uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium umożliwia przystąpienie do egzaminu.