Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

J. Kolář - Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin 8: Fotoperiodizmus.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "J. Kolář - Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin 8: Fotoperiodizmus."— Transkript prezentace:

1 J. Kolář - Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin 8: Fotoperiodizmus

2

3 připomenutí z přednášky 1 fotoperiodizmus: schopnost rostlin vnímat délku dne a přiměřeným způsobem na ni reagovat • fotoperioda = část dne, během které je světlo • fotoperiodizmus slouží k načasování důležitých životních pochodů do vhodného ročního období (protože délka dne je velmi spolehlivý indikátor data v roce, na rozdíl od meziročně fluktuujících faktorů jako jsou teplota nebo srážky) • u vyšších rostlin jsou velmi často fotoperiodicky regulovány vývojové procesy (kvetení, tvorba vegetativních rozmnožovacích orgánů, opad listů, dormance) • fotoperiodizmus je odpověď rostlin na délku dne, nikoli na množství světla, které má rostlina během dne k dispozici (vždy nutno experimentálně ověřit, aby bylo možno zkoumaný jev považovat za fotoperiodickou reakci!)

4 změny délky dne během roku

5 délka dne v různých zeměpisných šířkách • v grafu je délka dne od východu do západu Slunce; délka dne vnímaná rostlinami se bude mírně lišit v závislosti na prahu jejich citlivosti ke světlu

6 Typy fotoperiodických reakcí • jedním z prvních významných modelů byl tabák Nicotiana tabacum, cv. Maryland Mammoth; jeho kvetení je stimulováno krátkým dnem foto M. Kolář několik týdnů na krátkém dni (8 h)dlouhý den (18 h)

7 Taiz a Zeiger 2002 Typy fotoperiodických reakcí • kultivar Maryland Mammoth vůbec nekvete na dlouhém dnu - v takových podmínkách může rostlina dosáhnout značné velikosti, ale pro indukci kvetení nezbytně vyžaduje krátký den • naproti tomu ostatní běžné odrůdy tabáku nejsou citlivé na délku dne a vykvetou po vytvoření určitého počtu listů

8 dvě stejně staré rostliny A. thaliana, ekotyp Columbia (foto M. Kolář) krátký den (8 h)dlouhý den (16 h) Typy fotoperiodických reakcí • kvetení Arabidopsis thaliana je stimulováno dlouhým dnem • na krátkém dnu ovšem vykvete také, pouze později

9 Typy fotoperiodických reakcí • základní typy: krátkodenní (short-day), dlouhodenní (long-day), fotoperiodicky neutrální (day- neutral) • pro kvalitativně fotoperiodické rostliny je příznivá délka dne nezbytná, u kvantitativních pouze zesiluje sledovanou fotoperiodickou odpověď

10 Zeevaart 1969 Typy fotoperiodických reakcí • někdy je fotoperiodická regulace složitější: např. rostliny rodu Bryophyllum vyžadují pro vyvolání kvetení období dlouhých dnů následované obdobím krátkých dnů

11 Typy fotoperiodických reakcí • u každého typu mohou existovat rostliny s kvalitativní nebo kvantitativní odpovědí (lépe chápat jako kontinuum, ne striktně oddělené kategorie); u kvalitativních reakcí je kritická délka dne specifická pro druh nebo ekotyp • míra a někdy i typ fotoperiodické reakce může být ovlivněn jinými faktory (ontogenetické stáří, teplota, minerální výživa aj.) • kategorie fotoperiodických reakcí: > krátkodenní: sledovaný proces (např. kvetení) je stimulován při zkracování dne > dlouhodenní: proces je stimulován při prodlužování dne > fotoperiodicky neutrální: proces není délkou dne ovlivněn > dlouho-krátkodenní: nejdříve vyžadován dlouhý, poté krátký den > krátko-dlouhodenní: nejdříve vyžadován krátký, poté dlouhý den > intermediární: proces je stimulován středně dlouhými fotoperiodami > ambifotoperiodické: proces je stimulován na krátkých a dlouhých dnech, ale inhibován středně dlouhými fotoperiodami

12 Je pro fotoperiodické reakce určující délka dne, nebo noci? • pro většinu rostlin je rozhodující délka noci; např. krátkodenní rostliny kvetou ve fotoperio- dických režimech s dlouhou nocí, do značné míry nezávisle na délce fotoperiody, se kterou je dlouhá noc kombinována • tma musí být nepřerušovaná, aby byla vnímána jako dlouhá; přerušení (angl. night-break) vyvolá stejnou reakci jako krátká noc • řada hlavně dlouhodenních rostlin je ale necitlivá na krátké přerušení tmy a jejich fotoperio- dické reakce jsou ovlivněny i kvalitou nebo intenzitou světla během dne kvetení typické krátkodenní rostliny v různých světelných režimech přerušení tmy (night break)

13 Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • délkou dne je ovlivněna celá řada dějů, hlavně v oblasti růstu a vývoje • jedna rostlina může často vykazovat více různých fotoperiodických reakcí; pokud tedy tvrdíme, že daná rostlina je např. krátkodenní, musíme vždy dodat vzhledem k jaké fotoperiodické reakci! Macháčková et al kvetení: dlouhodenní reakce tvorba hlíz: krátkodenní reakce

14 Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • klíčení semen: ovlivněno fotoperiodou, které byla vystavena mateřská rostlina (některé druhy Chenopodium), nebo fotoperiodou během klíčení (např. bříza klíčí lépe na dlouhém dni) • vegetativní růst: prodlužování stonku (často rychlejší na dlouhém dni); tvar, tloušťka a velikost listů; větvení a tím celkový habitus jedince; odnožování obilnin (plodiny mírného pásu intenzivněji na krátkém dni, rýže na dlouhém) odnožování pšenice (Wheat: the Big Picture,

15 tvorba hlíz na krátkém dni u Solanum demissum (Jackson 1999) Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • tvorba zásobních orgánů: indukována krátkým dnem u hlíz bramboru (hlavně u planě rostoucích druhů), u tropických plodin (maniok, jam), jiřin, ředkviček aj.; naopak tvorba cibulí česneku a cibule je stimulována dlouhým dnem

16 Rostlina rodu Bryophyllum s dceřinými rostlinami na okraji listu (foto M. Kolář) Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • vegetativní reprodukce: např. růst šlahounů jahodníku (dlouhodenní reakce), viviparie u sukulentů rodu Bryophyllum (dlouhodenní reakce)

17 Pharbitis nil, foto M. Kolář Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • generativní reprodukce: velmi častá je fotoperiodická kontrola indukce kvetení, tzn. pře- chodu z vegetativního růstu ke kvetení. U některých druhů délka dne ovlivňuje i následný vývoj již založených květů, případně jejich pohlaví (okurka). stálé světlo po otevření děloh 5 krátkých dnů (8 h), jinak stálé světlo

18 Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • dormance a opad listů: > nástup zimní dormance a opad listů u dřevin mírného pásu je indukován poklesem teploty, krátkým dnem, nebo jejich kombinací (záleží na druhu dřeviny) > ukončení dormance na jaře obvykle vyžaduje předchozí vystavení nízkým teplotám, ale u některých druhů je více či méně urychleno dlouhým dnem >fotoperiodická regulace začátku a konce zimní dormance zjištěna i u několika vytrvalých bylin > dormance a opad listů jsou řízeny fotoperiodou také u některých dřevin z tropických poloopadavých a opadavých lesů, v nichž nastává za krátkých dnů období sucha

19 vlevo: javor jasanolistý (Acer negundo), vpravo: topol (Populus sp.) - foto M. Kolář Fotoperiodicky řízené procesy u rostlin • dormance a opad listů: názorným příkladem krátkodenní reakce je opožděný opad listů některých dřevin (např. břízy, topoly) v místech, kam do koruny dopadá světlo pouličních lamp

20 Fotoperiodizmus má značný ekonomický význam • v květinářství: např. chryzantémy nebo „vánoční hvězda“ (pryšec Euphorbia pulcherrima) jsou krátkodenní Euphorbia pulcherrima, foto M. Kolář dlouhý den (18 h) krátký den (přirozené osvětlení v zimě)

21 Ekonomický význam fotoperiodických reakcí • v zemědělství: znalost fotoperiodických nároků rostlin je pro pěstitele často zásadní • někdy je fotoperiodická reakce nežádoucí: např. u ředkvičky, salátu nebo špenátu je kvetení indukováno dlouhým dnem, což ztěžuje jejich pěstování v létě. Proto jsou šlechtěny fotoperio- dicky neutrální pozdě kvetoucí odrůdy. • někdy je nutné fotoperiodickou reakci plodiny přizpůsobit místním podmínkám: > sója: krátkodenní, ovšem při rozšíření pěstování na sever bylo nutno modifikovat fotoperio- dické nároky tak, aby kvetla dostatečně brzy před podzimním ochlazením > rýže: v oblastech se sezónními monzunovými dešti se pěstují krátkodenní odrůdy, aby dozrávaly až po skončení vlhkého období

22 Ekonomický význam fotoperiodických reakcí rostlin • někdy je nutné fotoperiodickou reakci plodiny přizpůsobit místním podmínkám: > ozimá pšenice: do severnějších oblastí vhodné dlouhodenní odrůdy (nekvetou příliš časně zjara, takže klasy nejsou poškozeny chladem); na jih jsou vhodnější fotoperiodicky neutrální kultivary (kvetou brzy na jaře a dozrají před začátkem letního sucha) zvýšení výnosu odrůdy Capelle-Desprez po vnesení alely pro necitlivost k fotoperidě (alela Ppd-D1, vnesena pomocí substituce části chromozómu - Worland et al. 1998, Cockram et al. 2007)

23 Ekonomický význam fotoperiodických reakcí rostlin • někdy je nutné fotoperiodickou reakci plodiny přizpůsobit místním podmínkám: > jarní ječmen: do severnějších oblastí vhodné fotoperiodicky neutrální odrůdy (kvetou později, takže mohou využít léto s dostatkem srážek k produkci biomasy) distribuce alel genu Ppd-H1 pro fotoperiodickou citlivost v tradičních odrůdách jarního ječmene v Evropě a Středomoří (Cockram et al. 2007) dlouhodenní fotoperiodicky neutrální

24 Ekonomický význam fotoperiodických reakcí rostlin • někdy je nutné fotoperiodickou reakci plodiny přizpůsobit místním podmínkám: > další velmi dobrý příklad je čirok (Sorghum bicolor) konec srážek korelace kvetení čiroku s koncem období dešťů v Nigérii (Craufurd a Qi 2001)

25 Ekonomický význam fotoperiodických reakcí rostlin • někdy je nutné fotoperiodickou reakci přizpůsobit místním podmínkám, např. u čiroku: > v oblasti afrických savan (srážky v létě, sucho v zimě) je kvetení krátkodenní a každá lokální odrůda je přizpůsobena místu kultivace tak, aby vykvetla na konci období dešťů. Vyvíjející se obilky jsou tak méně ohroženy chorobami a škůdci, pro něž je optimální vlhké počasí. Obilky zároveň stihnou dozrát před úplným vyschnutím půdy. > odrůdy pěstované v teplejších oblastech mírného pásu (klima s příznivým létem) mají požadavek na krátký den redukován a kvetou dříve

26 Fotoperiodizmus u živočichů • stejně jako rostliny mají i živočichové velké množství fotoperiodických reakcí • hlavní principy fotoperiodizmu (kategorie fotoperiodických reakcí apod.) jsou stejné u rostlin i u živočichů • také u živočichů slouží fotoperiodizmus k načasování důležitých procesů do vhodného ročního období • významné fotoperiodické reakce živočichů: > reprodukční aktivita (říje a jiné projevy sexuálního chování obratlovců) > výměna opeření nebo srsti (zimní/letní) > ukládání tuku a zimní spánek savců > sezónní migrace ptáků > diapauza hmyzu > střídání generací během roku u hmyzu • podstatnou funkci ve fotoperiodizmu obratlovců (hlavně savců) má hormon melatonin

27 Role melatoninu ve fotoperiodizmu živočichů • melatonin je indolový derivát (N-acetyl-5-methoxytryptamin); u obratlovců syntetizován převážně v epifýze (žláza v mozku, angl. pineal gland) • vysoká hladina melatoninu je pouze v noci, délka jejího trvání koreluje s délkou noci a může tedy kódovat informaci o fotoperiodě • aplikace melatoninu simuluje tmu a ovlivňuje tak fotoperiodické reakce - především u savců denní profil hladin melatoninu v epifýze křečíka džungarského na krátkém a dlouhém dni (Goldman et al. 1984) Vliv různě dlouhých infuzí melatoninu na reprodukční aktivitu křečíků džungarských s odstraněnou epifýzou (Goldman et al. 1984). Dostatečně dlouhá infuze vyvolá krátkodenní reakci - snížení hmotnosti varlat.


Stáhnout ppt "J. Kolář - Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin 8: Fotoperiodizmus."

Podobné prezentace


Reklamy Google