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 30-50 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. 1974.)

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 120-200 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