Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Rostlina a abiotický stres (změna klimatu) Marie Hronková PřF JčU.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Rostlina a abiotický stres (změna klimatu) Marie Hronková PřF JčU."— Transkript prezentace:

1 Rostlina a abiotický stres (změna klimatu) Marie Hronková PřF JčU

2 Stres = vnější faktor, který má nepříznivý vliv na rostlinu Resistance= tolerance,založená na aklimaci= otužování Adaptace= geneticky determinovaná odolnost- např. CAM metabolismus

3 Vlivy okolí na rostlinu sucho Vysoké teploty Nízké teploty Záplavy (nedostatek kyslíku CO 2 polutanty zasolení populace ?

4 Sucho a desikace Rozlišují se dvě základní strategie rostlin ve snaze přežít deficit vody: (i) vyhnutí se desikaci (schopnost udržovat hydratovanou tkáň i v období sucha, dessication postponement) a (ii) tolerance k desikaci (dessication tolerance, tj. přežití v desikovaném stavu). Kromě toho se často také odlišuje skupina rostlin, které „unikají“ suchu (drought escapers) časováním své vegetativní fáze do periody vlhka a přežíváním suchého období ve fázi semen.

5 1) zastavit expansi listů GR=m. (  P -Y)  P =turgor Y =tlak,kdy dochází k plastické deformaci buněčné stěny m =roztažnost buněčné stěny růst Co může rostlina dělat? opakovaný stres snižuje m a zvyšuje Y Transpirace při zavírání průduchů klesá relativně rychleji než fotosyntéza, proto se i zvyšuje účinnost využití vody rostlinou (WUE). V konečné fázi stresu naopak klesá rychleji fotosyntéza.

6 2)Translokace asimilátů Translokace asimilátů je ještě méně citlivá na postupné snižování vodního potenciálu rostliny.To dovoluje rostlinám redistribuovat zdroje při akutním stresu suchem (př. před opadem listů).

7 3)Indukce opadu listů Redukce listové plochy při stresu suchem 4)Růst kořenů do hlubších, vlhčích vrstev

8 5)Uzavření průduchů -hydropasivní - hydroaktivní Kyselina abscisová (ABA) -listy -kořeny -pH

9 Osmotické přizpůsobení rostliny Klesající matriční (vodní) potenciál půdy -hromadění iontů ve vakuole (neinhibují enzymy) -hromadění osmotik v cytoplasmě (aminokyselina prolin, cukry, složitější alkoholy-polyoly, glycin-betain-kvarterní amin)- dny, týdny Deficit vody zvyšuje odpor toku vody -transport v půdě -transport ve stonku-embolie-kavitace (vod potenciál -1 až-2 MPa) -aquaporiny v kořeni a listu?  W =  S +  P pokles o 0,2-0,8 MPa

10 Deficit vody mění absorpci a disipaci energie listem (také rolování listů trav, změna sklonu vůči slunci: paraheliotropní (Eucalyptus), diaheliotropní, Trichomy-chlupy, tvar a velikost listu, Kutikula-vosky-kutikulární transpirace 5-10% transpirace) Indukce CAM syndromu při stresu suchem nebo zasolením u CAM fakultativních druhů (biochemické, strukturní i fyziologické změny) př. Mesembryanthemum crystallinum Mechanické přizpůsobení

11 6)Regulace genové exprese Transkripční faktor DREB-DRE (dehydration response element) CBF-C repeat binding factor ABRE- ABA response element

12 Stres vysokou teplotou (heat stress, heat shock) -Snížení absorpce radiace: optické vlastnosti povrchu listu (vosky, trichomy), vertikální orientace (rolování u trav) -tvar, velikost listu Metabolické: saturace mastných kyselin produkce ochranných proteinů (heat shock proteins HSP) HSP byly prvně objeveny u Drosophila melanogaster. Např. když se sazenice soji přenesou z 25 o C do prostředí kde je 40 o C, během minut se začne syntetizovat skupina nových proteinů, tzv. HSP(100,90,70,60,smHSP). Fungují jako molekulární chaperony - chrání správnou prostorovou organizaci enzymů a jiných proteinů před rozbalením a ztrátou aktivity. Velikost od 15 do 30(smHSP) až 114 kDa ve vyšších rostlinách. Organelově specifické od jádra přes mitochondrie, chloroplasty,ER,cytosol.

13 Teplota CAM (60-65 ˚C), většinou do 45 ˚C. Rolování listů, zmenšení velikosti listové plochy, zmenšení odporu hraniční vrstvy

14 Vysoké teploty- aktivace HSP ( heat schock proteins ) Molekulární chaperony- stabilizace funkce buněčných proteinů, pH a metabolické homeostáze

15

16 Nízké teploty a mráz („chilling“ a „ freezing“) -Nízké teploty-změny vlastností membrán -zvýšení propustnosti pro ionty Odolné rostliny mají více nenasycených mastných kyselin,tuhnou pomaleji - Mráz-poškození mechanické-ledové krystaly v buňkách a orgánech-integrita buňky, mrazové sucho,cryoprotektanty-cukry Odolné tvoří krystaly v mimobuněčných prostorách „Antifreeze“ proteiny (podobné u ryb) THP-thermal hysteresis protein RAB/LEA/DHN (RESPONSIVE TO ABA/ LATE EMBRYO ABUNDANT/DEHYDRIN) -Dřeviny-dehydratace a „supercooling“, dormance( ABA )- (-50až -100 ˚C) -semena, spory hub (dehydratace-absolutní 0 neomezeně dlouho)

17 Temperature of parenchyma cells in cucumber (Cucumis sativus) fruit during freezing. The temperature was recorded with an electronic device, a thermistor, inserted into a 5 × 20 mm cylinder of tissue and immersed in a coolant at –5.8°C. (A–B) Supercooling. (B–C) Release of heat during freezing in cell walls and intercellular spaces. (C–D) Supercooling. (D–E) Small heat spikes released during intracellular freezing of individual protoplasts. (After Brown et al )

18 Zasolení Se zasolením se evidentně potýkala už první gramotná civilizace světa v Mezopotamii. Vyplývá to ze záznamů o podílu pěstování pšenice a ječmene. Pšenice je náchylná a neroste na zasolené půdě, ječmen snáší zasolení lépe. Kolem roku 2500 byl podíl pšenice už jen 15 %, kolem roku 2100 je 2%. Z roku 1700 už žádné záznamy o pšenici nejsou a výnos z polí proti roku 2400 klesl o 65%. Kolem roku 2000 bylo zaznamenáno, že se povrch půdy stával bílým.

19 Zasolení Zdroje:-moře, mořské sedimenty )vnitrozemí-poště, polopouště- výpar převládá nad srážkami) -člověk-intenzivní zemědělství, hnojiva, zavlažování, solení silnic Vlivy na rostliny a na půdu -degradace půdní struktury, snížení pórovitosti a propustnosti, nízký vodní potenciál (vysoký osmotický tlak) -obsah solí v půdní a závlahové vodě zvyšuje její elektrickou vodivost Rostliny-halofyta- přirozeně rostou na zasolených půdách (Suaeda maritima, Atriplex nummmularia) -glykofyta („sweet plants“) kukuřice, obilniny, cibule, rýže, citrus, salát, fazole,bavlník, ječmen, cukrovka, datlovník citlivé odolné

20 Negativní vlivy vysoké koncentrace soli na rostliny -osmotický efekt- nízký osmotický potenciál půdního roztoku- podobný půdnímu vodnímu deficitu -přizpůsobení -toxicita iontů- Na +, Cl -, SO4 2- Poměr K + / Na + (100mM/< 10mM)-změna poměru+ vysoký obsah iontů Inaktivace enzymů, inhibice syntézy proteinů, změna propustnosti plasmatické membrány-ztráty K +,, vliv na metabolismus uhlíku, fotofosforylaci -Sekundární vlivy- narušení integrity membrány, produkce toxických molekul - reaktivní formy kyslíku, buněčná smrt

21 Kyselé půdy příčiny -kyselé srážky, hnojení dusíkatými hnojivy,monokultury, odvoz biomasy CaCO 3 - pufrovací schopnost, hydratované ionty Al –pH až 3,5 -nepřímé vlivy- toxicita Al 3+, Fe 2+, Mn 2+ -vytěsnění Ca 2+, Mg 2+, K + -P-nerozpustné sloučeniny s Al a Fe - N-nedostatek-nitrifikační bakterie citlivé na pH Toxické látky Xenobiotika, SO 2, ozon Toxické kovy- Zn, Pb, Cd

22 Salinita- Strategie redukce solného stresu Membránový transport Na +, K + a Ca 2+ proteinové řenašeče mV 0-20 mV + + -odstranění nadbytku iontů z listů -kompartmentace ve vakuole

23 Vzduch v půdě do hloubky několika metrů je za běžných podmínek podobně bohatý na kyslík jako v atmosféře. Ve špatně odvodněné půdě nebo při vytrvalých deštích se ale blokuje přístup a transport O2 a zásobeno je jen několik centimetrů na povrchu. Tehdy a při vyšší teplotě zvlášť, jsou kořeny rostlin deprivivány anoxií. Záplavy v zimě, během dormance kořenů, většinu rostlin nepoškodí. Hypoxie a anoxie Rostliny vydrží v anoxických kořenových podmínkách po několik dní až měsíců podle druhu. Např. hrách je velmi citlivý na anoxii a po 24 hod zaplavení se silně sníží jeho růst. Naopak rýže je opačným extrémem – příkladem druhu, který při zaplavení vytváří speciální vzdušná pletiva v kořeni, kterými zásobuje kořen kyslíkem z atmosféry nad zemí

24 Hypoxie a anoxie

25 Anoxie Normální zásobení kyslíkem Nedostatek kyslíku v půdě Kořen kukuřice Buňky korové Vzduchem vyplněné prostory v kůře vzniklé degenerací buněk kůry

26 Obecné změny v reakci na stres Tvorba stresových proteinů (molekulární chaperony-HSP,cold-induced, dehydration-induced protein- dehydriny-LEA-late embryogenesis abundant protein, anaerobic stress protein-ASP, proteázy, ubikvitin) Tvorba a odstraňování aktivních forem kyslíku Singletový kyslík a superoxidový anion O 2 -, silně oxidační hydroxylový radikál OH*, peroxid vodíku H 2 O 2 – PSI-Mehlerova reakce, peroxidace lipidů, ochrana-karotenoidy, zeaxanthinový cyklus,  -tokoferol-vit. E, enzymy SOD(superoxiddismutasa) Tvorba “stresových“ fytohormonů (ABA, etylén, kyselina jasmonová, methyljasmonát, polyaminy) Tvorba osmoregulačních sloučenin (cukry, polyalkoholy, jednoduché dusíkaté látky).

27 Oxid uhličitý – změna klimatu

28 Globální oteplování

29

30 Tání ledovců

31 Závěry: - zvýšení koncentrace CO 2 -zvýšení teploty -tání ledovců -zvýšení hladiny světového oceánu -klimatické změny (povodně, hurikány, extrémní sucha) Další změny související s nárůstem světové populace -odlesňování (kácení tropických deštných lesů)-využití CO 2 pro tvorbu biomasy -spalování fosilních paliv -kapacita světového oceánu Co s tím? L. Nátr:Země jako skleník Proč se bát CO 2 ? Academia Praha 2006-edice Průhledy

32 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "Rostlina a abiotický stres (změna klimatu) Marie Hronková PřF JčU."

Podobné prezentace


Reklamy Google