Klíčení - kdy radikula prolomila osemení Semeno (caryopses) 3 části – diploidní embryo, triploidní endosperm a fúzovaná testa-perikarp Embryo má skutelum – absorbční orgán, který asimiluje rozpuštěné zásobní látky z endospermu, na povrchu endospermu aleuronová vrstva, endosperm – škrobová zrna, kdežto aleuron - proteinová tělíska (obsahují phytin) Po nabobtnání dochází k hydrolýze zásobních látek na cukry, aminokyseliny, a další. Škrob rozkládám - a -amylasou - -amylasa sekretována scutelem a aleuronem. Aleuron je hlavní zdroj hydrolitických enzymů, nefunguje ale bez embrya (Haberlant 1890). Klíčení, semeno, embryo, zásobní látky. Stavba semene: a) osemení (testa), b) endosperm, c) děložní lístky, d) hypokotyl

Podmínky klíčení semen Klíčivost semen závisí na vnitřních a vnějších podmínkách. Mezi nejdůležitější vnější faktory patří teplota, voda, kyslík, a někdy i světlo, nebo tma. Semena různých rostlin vyžadují různé podmínky pro úspěšné klíčení osiva. Podmínky klíčení jsou často odpovědí na běžné podmínky prostředí. Vlhkost - Zralá semena jsou často extrémně suchá a musí přijmout značné množství vody v poměru k hmotnosti suchého osiva před zahájením klíčení a růstu. Absorpce vody semen vede k bobtnání. Tvorba hydratačních obalů a objemový růst, je to reverzní proces až do tvorby mRNA – u pšenice 30 min. Voda + nízká teplota = vlhkost nehraje roli, vysoká teplota – malé změny vlhkosti indukují významné změny v dýchání. Čím menší semena, tím klíčení v menší hloubce. Kyslík - je nezbytný pro metabolismus klíčících semen – oxidativní fosforylace – tvorba ATP. Kyslík se využívá u aerobního dýchání, které je hlavním zdrojem energie. Bez O2 klíčí pouze semena bahenních rostlin. U rýže klíčení možné i od vodou – využívá energie z glykolýzy (rýže roste při konc. O2 < 0,2%. Koncentrace CO2 vyšší než 35% jsou toxické. Teplota – ovlivňuje buněčný metabolismus a růst. Semena z různých druhů rostlin mohou klíčit v širokém rozsahu teplot. Mnoho semen klíčí při teplotách mírně nad pokojovou teplotou (16-24oC), zatímco jiné klíčí těsně nad bodem mrazu. Některá semena vyžadují působení nízkých teplot k (jarovizaci) – chladová stratifikace u broskví. Vyžaduje většina semen mírného pásma – semena mrkve do ledničky a vlhka. Trilium – 2 chladové stratifikace – po první rostou kořeny a po druhé prýty. Některá semena klíčí pouze po překonání vysokých teplot během lesního požáru (akácie) + tvorba butenolidů a stimulace klíčení. Podmínky klíčení, teplota, vlhkost, světlo, tma, stratifikace.

Podmínky klíčení semen Světlo nebo tma - může mít zásadní vliv na klíčení a je typem fyziologického klidu. Většina semen není ovlivněna světlem a tmou, ale mnoho semen, včetně semen lesních rostlin nebude klíčit, pokud nebude mít dostatek světla pro růst mladé rostliny. Fytochrom je senzor pro červenou oblast záření. Chemicky je to chromoprotein, komplex chromoforu a proteinu. Klíčení semen vyžaduje aktivní formu fytochromu P730. Pozitivně fotoblastická semena (klíčení světlem stimulováno – jmelí bílé. divizna) mají fytochrom v neaktivní formě (P660) nebo je hladina P730 velmi nízká a potřebují světlo pro jeho vznik – krátkovlné červené světlo (R). Semena negativně fotoblastická klíčí ve tmě a klíčení je světlem inhibováno (laskavec, ježatka kuří noha) – FR (730 nm) převádí P730 na P660. Stimulační vliv světla, inhbiční vliv tmy – lipnice, tabák, salát, mrkev (je ovlivňováno teplotou a lze někdy nahradit GA). Odstranění, nebo narušení osemení - skarifikace napodobuje přírodní procesy, které oslabují, poškozují, nebo odstraňují osemení před klíčením. V přírodě, některá semena vyžadují zvláštní podmínky ke klíčení. Některá musí projít trávícím traktem zvířete aby bylo oslabeno osemení, které jinak brání klíčení sazenice. Chemické vlivy – bahenní rostliny – stimulační vliv rozkladných produktů anaerobního kvašení – kys. mléčná, máselná, jablečná, suchozemské – stimulace HCl a HNO3 – vliv koncentrace H+, dále HCOOH, Cu solí, atd. Životnost semen – vrba, topol – několik týdnů, lekníny až 20 let, obilí 10 let. Podmínky klíčení, životnost semen, skarifikace, fytochrom, červené světlo.

Dormance semen Klid (dormance semene) je způsobena: a)Nedospělým embryem – po uvonění semene z plodu (z mat. rostliny) nejsou semena plně vyvinutá – jasan, blatouch – mají období klíčního klidu, vyvíjí se embryo. b)Dozrávání za ztráty vody – klíčivost až po dokonalém vyschnutí, např. kukuřice klíčivá až po dokonalém vyschnutí (posklizňové dozrávání při skladování). c)Nepropustnost pro vodu a plyny – různé uzavírací vrstvy (endosperm, nucelus, osemení, případně oplodí), klíčení není možné bez výměny plynů, např. jasan a vojtěška mají pevné osemení (palysádový sklerenchym) – tvrdá semena s neprůchodným osemením → skarifikace – narušení mechanické, chemické (H2SO4, H2O2,), v přírodě mikroorganismy. d) Inhibitory klíčení – různé látky, u peckovin např. amygdalin, při klíčení aktivovány enzymy, uvoľňuje se HCN, ten brzdí klíčení do doby než se rozloží nepropustné obaly. V dužninách plodů- blastokoliny – patří zde řada fenolických látek – skořicová, ferulová, kávová, kumarin, skopoletin. Nejdůležitější inhibitor – kys. abscisová (ABA) – je uložena v semenných obalech. Uložena v osemení a inhibuje růst embrya. Některá semena neklíčí i když mají optimální podmínky pro klíčení např. vojtěška – po 2 měsících klíčí 1/3, půl roku 2/3, po roce 90%. Dormance, embryo, nucelus, osemení, inhibitory klíčení, blastokoliny.

Dormance semen Klid (dormance) semene je způsoben zejména přítomností ABA v semenných obalech. Viviparie – předčasné klíčení, ABA deficientní mutanti (vp2, 5,.. a ABA- insensitivní (vp1), jen zavislé na vysoké vlhkosti, koncentrace ABA vysoké ve střední a pozdní embryogenezy, ABA ovlivňuje zásobních proteinů a lipidů. 2 typy semenné dormance: a)embryo dormance – řízeno ABA z kotyledonů (líska, jasan, broskev), po odstranění kotyledonů normální růst b)obalem řízená dormance – rostliny z aridních oblastí se silným obalem (vojtěška) Dormance, viviparie, ABA,

Biochemické procesy při klíčení Embryo produkuje GA, posléze zjištěno že GA1. Regulace přes receptory v membráně aleuronových buněk. Přímý vstřik G3 – neaktivní, GA4 aktivní. Zapojení G-proteinů v signalingu, indukuje se exprese řady dalších hydrolytických enzymů. Indukce transkripce mRNA pro -amylasu – inhibitory transkripce a translace blokují Procesy klíčení, GA, aleuronové buňky, hydrolytické enzymy, 6

Molekulární mechanismy regulace klíčení Regulace klíčení, receptor GA

Úloha GA v regulaci klíčení Embryo produkuje GA, posléze zjištěno že GA1. Indukuje expresi řady dalších hydrolytických enzymů. Indukce transkripce mRNA pro -amylasu – inhibitory transkripce a translace blokují, GA-responsive elements (200-300 bp upstream) Regulace klíčení, gibereliny, transkripce, amylasa,

[15.6] Signální dráhy v klíčícím semeni GA-MYB transkripční faktor reguluje expresi genu pro -amylasu, váže se k promotorové sekvenci, je to gen primární odpovědi (indukován do 3 h), kdežto gen pro -amylasu je sekundární. Indukce je zprostředkována receptory v membránách aleuronových buněk, zatím nejsou detailně popsány, pouze izolovány GBP, které zřejmě interagují s GTP-vazebnými proteiny, které aktivují adenyl- nebo guanylylcyklasu, která produkuje cGMP, který otevírá Ca2+ kanály a reguluje tak aktivitu protein kinas, Ca2+ se poté váže na kalmodulin (sekundární přenašeč) Signální dráha, exprese genu, -amylasa, aleuronové buňky, kalmodulin.

Signální dráhy v klíčícím semeni Ca2+ se poté váže na kalmodulin (sekundární přenašeč) Signální dráhy, klíčení, kalmodulin, přenašeč, 10

Biorytmus – pravidelně se opakující změna v živé soustavě SOUHRN Mnohé procesy v rostlinách mají charakter rytmů – pravidelně se opakují rytmy exogenní (vliv vnějšího prostředí) a endogenní (biorytmy generovány zvláštním oscilátorem – biologickými hodinami) adaptace na střídání dne a noci, ročních období, měsíc, odliv,… Biorytmus – pravidelně se opakující změna v živé soustavě Obecným znakem cirkadiálních rytmů je citlivost ke světlu Za seřízení zodpovědny fytochromy a kryptochromy. Biorytmus, cirkadiální rytmus, oscilátor.