Fyziológia rastlín

Fyziológia rastlín:1. Fyziologické funkcie obligátnych bunkových organel:Jadro – je v ňom uložená genetická informácia zapísaná v molekulách DNA - dáva presnú informáciu o spotrebe syntézy druhu a množstva určitej bielkoviny - v interkinetickom jadre (pokojnom) môžeme pozorovať rôzne štruktúrovanú hmotu chromatín. Začiatkom delenia jadra sa chromatín kondenzuje a nadobúda charakte- ristycký vzhľad chromozómov. - jadierko sa vyskjytuje v eukariotických bunkách a hrá významnú úlohu pri syntéze RNA a tvorba ribozómovMitochondrie – sú samostatné štruktúry bunky, majú samostatný aparát DNA - obsahujú vlastné ribozómy - sú oddelené od cytoplazmy dvojitou membránou - vnútorná membrána zabezpečuje oxidatívnu fosforyláciu a tvorbu ATP - uskutočňuje sa v nich uvoľňovanie chemickej energie ATPEndoplazmatické retikulum – je to súbor membrán, tvorí systém kanálikov, mechúrikov a cisterien - zabezpečuje transport látok, prenos signálov z bunky do bunky a prenos podráždenia - má kľúčové postavenie pri tvorbe vakuol, lysozómov - rozpoznávame granulovanú formu ES (drsné ER) a agranulovú formu ES ( hladké ER )Golgiho aparát – je to komplex lamelárnych membrán, na ktoré sú napojené vezikuli (vačky) - jeho funkcia súvisí pravdepodobne so sekréčnou a eykrečnou činnosťou bunky - zúčastňuje sa na úprave novosyntetizovaných prioteínov - je polyfunkčný a pomáha tvoriť plazmalemy reparácie bunkovej stenyPlastidy – vyskytujú sa len v rastlinných bunkách - sú autonómne - majú vlastnú DNA, RNA aj ribozómy - podmieňujú proces fotosyntézy - podľa obsahu pigmentov sa rozdeľujú do 3 skupín:1. Leukoplasty: vyskytujú sa v klíčnych listoch, endosperme, koreňoch. Často sa v nich ukladajú zásobné látky.2. Chromoplasty: sú to neaktívne plastidy, neobsahujú chlorofil. Nachádzajú sa v zrelých plodoch, starnúcich listoch, kvetoch.3. Chloroplasty: majú aktívne pigmenty, vykonávajú fotosyntetickú asimiláciu, majú dvojitú membránu, vo vnútornom priestore sú uložené tylakoidy. Vývin chloroplastov sa uskutočňuje cez proplatid, zrelý plastid až po fázu degenerácie.2. Bunková stena: chemické zloženie, štruktúra a vznik (primárna, sekundárna) význam:Chemické zloženie: celulóza, často kontaminová hemicelulózou, glikolipidmi a lignínom. Celulóza má jemnú krištalickú štruktúru, ktoprú tvoria reťazce molekúl. Viacsmerné usporiadanie mikrofibríl zabezpečuje pevnosťa elasticidu bunkovej steny. Štruktúra a vznik: je v podobe fragmoplastu v oblasti ekvatoriálnej roviny deliaceho vretienka pri delení materskej bunky na dva dcérske jedince. Z fragmoplastu vzniká plazmatická platnička, ktorá narastá splývaním vezikul a tvgorí strednú lamelu. S rastom bunky rastie aj bunková stena. Rastie plošne aintususepciou a apozíciou. Po skončení rastu mnohé bunky syntetizujú a nakladajú ďalšie vrstvy na primárnu bunkovú stenu smerom do vnútra bunky, tak vzniká sekundárna bunková stena. Má mechanickú funkciu a v rastlinách tvorí drevenú hmotu.Štruktúra: základná cytoplazma – cytostol, cytoskelet, bunkové organely – jadro, mitovhondrie, ribozómy, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, plastidy, glyoxizómy, peroxizómy, vakuoly, vretienko inklúzie – krištalické a tekuté bunkové povrchy - bunková stena, cytoplazmatická membrána Význam: je charakteristická pre rastlinné bunky. Určuje ich tvar, má dôležitú funkciu pri delení, raste a diferencácii buniek. Plní mechanickú funkciu nie len bunky, ale aj pletiva a rastlinného tela. Podieľa sa na adsorpcii a transporte látok, na regulácii osmotických pomerov.3. Základná cytoplazma a jej vlastnosti:- je to zložitá heterogénna koloidná sústava obsahujúca celý rad komponentov. Disperzné prostredie tvorí voa a disperznú fázu makromolekuly bielkovín, sacharidov, lipidov a ióny anorganických solí. Niekedy sa javí pod mikroskopom jemne zrnitá alebo sieťovitá. Má určitý stupeň viskozity. Prechod zo stavu sólu do stavu gélu závisí od funkcie, teploty, pH prostredia, tlaku... Má elasticidu a v priestore bez tlakovej deformácie nadobúda var guľky alebo kvapky. Pohyb má kolísavý, rotačný, cirkulačný alebo rôznosmerný. Prebiehajú v nej tie najzákladnejšie metabolické procesy: glykolýza, dýchanie, syntézy bielkovín, hydrolitické procesy. Ovplyvňuje transport a výmenu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. 4. Transport látok cez cytoplazmatickú membránu:Tento proces sa delí do troch skupín: difúzia, sprostredkovaná difúzia a aktívny transport.Difúzia - je to jav, pri ktorom vplyvom svojho tepelného pohybu prechádzajú molekuly rozpustenej látky z miest s väčšou koncentráciou do miest s menšou koncentráciou. Prvý Fickov zákon hovorí, že rýchlosť difúzie je určená množstvom látky, ktoré predifunduje za jednotku času cez jednotky plochy a je priamo úmerná koncentračnému spádu.Osmóza – je vyrovnávanie koncentrácie dvoch roztokov oddelených polopriepustnou membránou. Osmotické javy v bunke:1. ak sa živé bunky nachádzajú v hypertonickom roztoku, tak dochádza ku osmotickému vyrovnávaniu koncentrácie roztokov oddelených polopriepustnými membránami. Nakoľko najviac volnej pohyblivej vody sa nachádza vo vakuole bunky, bude táto najmobilnejšia a pri exosmóze ľahko difunduje z vakuoly do extracelulárneho prostredia. Tento jav nazývame plazmolýza.2. ak sa živé bunky pletiva nachádzajú v hypotonickom roztoku, molekuly vody difundujú z okolitého roztoku do vnútra bunky. Tento jav sa nazýva endosmóza. Ak je koncentrácia bunkového roztoku silne hypertonická oproti vonkajšiemu roztoku, bunková stena nevydrží a praskne. Tento jav nazývame plazmoptýza.3. Roztok, v ktorom pozorujeme náznaky plazmolýzy len v niektorých bunkách tzv. počiatočnú alebo hraničnú plazmolýzu, môžeme ho považovať za izotonický oproti bunkovému roztoku.5. Donnanov potenciál:Dva roztoky obsahujúce elektrolyty a neelektrolity rôznej koncentrácie pri styku s poróznym rozhraním nemôžu rovnako difundovať. Neelektrolity sú zadržiavané, čím vznikne rozdiel koncentrácií po oboch stranách membrány. Koncentračné gradienty iónov po oboch stranách záporne nabitej membrány vyvolajú vznik elektrického potenciálu. Tento jav potvrdil ako prvý F.G.Donnan a nazývame ho Donnanov potenciál.6.Chemický potenciál vody:Vyjadruje určitú časť vody na volnej energii systému.. Systém, ktorým sa hodnotí chemický potenciál vody sa nazýva chemický potenciál voľne čistej vody. Voľne čistá voda má maximálny chemický potenciál. Od chemického potenciálu vody sa líši:- zvýšeným tlakom- chemický potenciál vody sa zmenšuje podľa toho ako sa zvyšuje koncentrácia rozpustených látok.- ovplyvňujú ho rozhrania medzi vodou a pevnými, alebo plynnými zložkamiChemický potenciál vody v systéme yx je sumou tlakového yp, osmotického ys a matričného ym potenciálu: Mw = yp + ys + ym7. Osmotický potenciál:Osmotický potenciál ys sa rovná tlaku, ktorým by molekuly rozpustenej látky tlačili na steny uzavretého priestoru keby boli pri danej teplote v plynnom stave. Hodnota osmotického potenciálu sa mení predovšetkým v závislosti od teploty a koncentrácie rozpustených látok: ys = R.T. c.ikde: ys je potenciál osmotického tlaku vyjadrený v / Mpa / R je plynová konštanta T je teplota v stupňoch kelvina c je koncentrácia rozpustených látok v móloch i je stupeň disociácieOsmotický potenciál sa uplatňuje v bunkách s veľkými centrálnymi vakuolami.8. Tlakový potenciál:Vyjadruje napätie bunkových stien vznikajúceho v dôsledku osmotického príjmu vody bunkou. Je to reálny hydrostatický tlak a označujeme ho pojmom turgor.9. Matricový potenciál:Vyjadruje pokles chemického potenciálu vody viazanej na štruktúry cytoplazmy a bunkové steny. Obzvlášť dôležitý je v pôde, kde sú molekuly vody silne pútané koloidmi – kapilárne sili. Je nulový v čistej vode a v bunke má zápornú hodnotu.10. Vodný potenciál: Vyjadruje rozdiel medzi chemickým potenciálom vody av systéme a voľnej čistej vody pri rovnakej teplote a atmosferickom tlaku. Tento rozdiel je hnacou silou pohybu vody. y= Lp . yw = Lp . ( yp - ys - ym )kde: yw je rýchlosť toku vody cez jednotku plochy Lp je hydraulická vodivosť prostredia a rovná sa rozdielu vodného potenciálu11. Metódy stanovenia vodného potenciálu:Je pomerne zložité a robí sa metódami:Kompenzačnými – pri nich sa v sérii roztokov o známom osmotickom potenciály hľadá rovnaký roztokPsychrometrickými – v uzavretom systéme sa po určitej dobe ustáli rovnováha medzi vodným potenciálom vzorky a tenziou vodných pár vo vzduchu, čo je možné merať psychrometrickyTlakovými – odrezaná časť rastliny je uzavretá do tlakovej komory, tlak v komore sa postupne zvyšuje, voda začne vytekať z mezofylu do ciev a na reznej ploche sa objaví kvapôčka vody. Použitý tlak sa rovná rozdielu hodnôt vodného a osmotického potenciálu: P = yw - ys. 12. Vlastnosti, funkcie, obsah a formy vody v rastline. Využitie vody rastlinou:Vlastnosti: je zdrojom vodíka a kyslíka. Riadi životne dôležité procesy v rastlinnom tele – difúzia, osmóza, napučanie. Vyparovanie vody z povrchu orgánov a rastliny je dôležitý termoregulačný faktor. Voda má najvyššie merné teplo. Táto vlastnosť je mimoriadne dôležitá jednak v pletivách rastliny ako živého systému a jednak vo vode ako v zložke prostredia. Má vysoké merné vyparovacie teplo. Teplo pohlcované pri vyparovaní, ktoré nezvyšuje teplotu kvapaliny ani pary sa nazýva latentné teplo. Je najvyššie. Voda je v porovnaní s kovmi zlým vodičom tepla. Hustota vody je najvyššia pri teplote 4°C. Voda má najväčšie povrchové napätie. Molekula vody je polárna a tvorí elektrický dipól.Funkcie: voda sa nachádza vo všetkých častiach bunky. Môže byť vo viacerých stavoch: voľná a viazaná. Viazaná je taká, ktorá sa nespráva ako čistá voda, teda nezamŕza pri teplote 0°C. Rozlišujeme vodu viazanú:- adsorpčne – hydratačne: hydratuje bunkové steny- osmoticky: je daná množstvom osmoticky aktívnych látok- konštitučne: je viazaná v chemických zlúčenináchViazaná voda určuje odolnosť rastliny voči nepriaznivým vplyvom. Viazaná voda zabezpečuje aj hydratáciu rastliny v období sucha.Voľná voda určuje rýchlosť fyziologických procesov (metabolizmus, rast). Mobilná voda v bunke je časťou bunkovej vody. Voľná voda je prítomná vo vakuolách, v bunkovom roztoku, vo voľnom vodnom priestore bunkových stien. Je rozdelená na:- vodu v bunkových stenách- vodu v protoplazme a v jednotlivých bunkových organelách- vodu bunkového roztoku- vodu v medzibunkových priestoroch- vodu vo vodivých systémoch1. rastová voda – spotrebováva sa pri rastových procesoch2. metabolická voda – využíva sa najmä pri fotosyntéze3. transpiračná voda – je vydávaná vo forme pár4. transportná voda – buď na krátke vzdialenosti alebo na dlhé medzi vodivými pletivami5. extrakčná a sekrečná voda – je vylučovaná činnosťou žľazových trichómovVyužitie vody rastlinou: najviac vody sa spotrebuje na rast, sekréciu, transpiráciu a transport. Relatívne málo vody sa dostáva do metabolizmu. Obsah vody v rastlinách má význam pri sušení, konzervovaní, skladovaní rastlín a semien aby nadchádzalo k znehodnoteniu danej rastliny. Vodný režim rastliny rozdeľujeme na procesy príjmu, transportu a výdaja vody.13. Príjem vody koreňom, aktívny a pasívny príjem vody:Delí sa na aktívny a pasívny.Aktívny – je to sekrécia vody do xylému aj proti gradienti vodného potenciálu. Veľké množstvo energie potrebnej na tento proces si rastlina zabezpečuje v procese dýchania. Uplatňuje sa za podmienok nízkej transpirácie, pri opadaných drvinách v stave bez listov, vo vlhkej atmosfére. Môže tvoriť 5% celkového objemu prijatej vody.Pasívny – v rastlinách v dôsledku transpirácie nastáva v xyléne negatívny tlak a spôsobuje difúziu vody do koreňového systému. Tvorí až 95% z celkového príjmu vody rastlinou.Najväčší význam pre príjem vody majú koreňové vlásky. Ich bunkové steny ľahko prepúšťajú vodu a v nej rozpustené živiny. Koreňové vlásky bohato rastú na tenkých bočných koreňoch. Rozlišujeme 3 pásma:1. Rýchle rastúca časť na vrchole s delivým pletivom2. aktívna časť pokrytá koreňovými vláskami3. staršia časť koreňa s dobre diferencovanými vodivými pletivami14. Koreňový vztlak:V dôsledku geadientu vodného potenciálu prúdi v rastline voda z pôdy do koreňa. V pletivách koreňového systému vzniká tlak, ktorému hovoríme koreňový vztlak. Je to fyziologický dej a je dôkazom aktívneho transportu vody. Prejavuje sa tým, že z poranených miest rastliny hlavne na jar vyteká tekutina. Vytlačená tekutina obsahuje organické látky a v stopách aj minerálne látky ako cukry. Silu s rýchlosť môžeme merať ako tlakovú hodnotu na odrezanej časti. Má kladnú hodnotu, pri bylinách dosahuje 0,05 až 0,1 MPa a pri drevinách je vyšší 0,2 – 0,8 MPa. Niektoré rastliny vytlačia za deň aj 10 – 15 litrov. Na koreňový vztlak vplývajú vonkajšie faktory ako teplota pôdy, množstvo vody v pôde, ročné obdobie.15. Vplyv faktorov na príjem vody. Fyziologická suchosť pôdy.Medzi tieto faktory zaradujeme najmä: prístup vody v pôde, vodný potenciál, koncentráciu solí v pôde, teplotu a prevzdušnenie pôdy.Teplota – ovplyvňuje príjem vody koreňmi. Pri nízkych teplotách protoplazma hustne, klesá jej priepustnosť pre vodu a znižuje sa aj rýchlosť rastu koreňov. Teplomilné rastliny znižujú príjem vody už pri 10 – 15 °C a pri 2 - 4°C príjem vody zastavujú. Oziminy môžu prijímať vodu aj pri nižších teplotách ako je 0°C.Nedostatok kyslíka v pôde – obrábanie pôdy prevzdušňuje a prekypruje pôdu, čo pomáha aby sa do nej dostávalo viac kyslíka. Čím menšie sú čiastočky pôdy, tým je voda silnejšie viazaná na ich povrchu a tým viac vody zostáva nevyužitej koreňmi. Ťažké ílovité pôdy sa skladajú z takých častíc, na ktorých sa voda viaže, preto rastliny na takýchto pôdach trpia nedostatkom vody. Optimálny obsah kyslíka v pôde je 10 – 12%. Príliš nízky alebo vysoký obsah oxidu uhličitého v pôde spomaľuje alebo zastavuje príjem vody.Fyziologická suchosť pôdy – pri nízkej teplote pôdy aj v prípade dostatočného obsahu vody v pôde rastliny nie sú schopné prijímať vodu. ( vyšší yw pôdy ako v rastline )16. Radiálny tok vody v koreni (krátky transport), apoplastický a symplastický pohyb:Radiálny pohyb – je rozdelený do etáp:- napučanie bunkových stien- osmotický príjem vody z bunkových stien do protoplazmy a vakuol koreňových vláskov- príjem vody z pokožkových buniek bunkami primárnej kôry- prechod vody z buniek primárnej kôry do dreveného parenchýmu- prechod vody z dreveného parenchýmu do ciev xylémuApolastický pohyb – je to membránový systém, ktorý vznikol spojením všetkých bunkových stien ( zabezpečuje vedenie roztokov )Symplastický pohyb – je to spojenie protoplazmy všetkých buniek rastlinného tela pomocou plazmodéziem (zaisťuje transport organických a anorganických látok )17. Transport vody v rastlinách na dlhé vzdialenosti ( kohézia, kapilarita, transpiračný prúd – rýchlosť), odpory toku vody:Na vedenie vody sú vodivé pletivá – cievne zväzky, ktoré majú v jednotlivých rastlinných druhoch odlišnú stavbu, usporiadanie, dĺžku a objem. Transport vody môžeme rozdeliť do 3 etáp:1. radiálny pohyb od koreňovej pokožky do ciev koreňa2. pozdĺžny pohyb v cievnych zväzkoch3. pohyb ciev listu do mezofylových buniek, medzibunkových priestorov až po epidermálne bunky.Kohézna teória ( teória súdržnosti ) – hovorí, že celistvé vodné stĺpce sa pohybujú cievami preto, že sú držané veľkými kohéznymi silami. Kohézia udržuje molekuly vody stĺpcoch silou 35 Mpa.Kapilárna teória – hovorí že tracheje a tracheidy predstavujú kapiláry, v ktorých pôsobí priľnavosť. Týmto spôsobom by mohla voda vystúpiť len do výšky, ktorá nepresahuje sili barometrického tlaku.Transpiračný prúd – rýchlosť pohybu vody vo vodivých pletivách rastlín je rozdielna. Za normálneho priebehu fyziologických funkcií sa pohyb vody v rastline udržuje neustále a tvorí súvislí prúd. Rýchlosť je tiež rozdielna pre jednotlivé druhy. Pre tok vody v rastline je riadiacou silou gradient vodného potenciálu, to znamená, že obyčajne je obsah osmoticky aktívnych látok vyšší v rastline ako vo vonkajšom prostredí. J = Dyw ® gradient vodného potenciálu ĺr ® suma odporov proti vedeniu vodyOdpor toku vody – Celkový odpor medzi mezofilom a atmosférou sa skladá z jednotlivých čiastkových odporov:Mezofylový odpor rm – charakterizuje ho difúzia vodnej pary z mezofylových buniek do intercelulárDifúzny odpor prieduchov stomat rs – závisí od veľkosti a počtu prieduchovOdpor kutikuli rc – pôsobí paralerneOdpor hraničnej vrstvy ra – závisí od veľkosti, tvaru a štruktúry listového povrchu a od rýchlosti prúdenia vzduchuVeľkosti jednotlivých odporov sa dajú vypočítať pomocov vzorcov, alebo priamo zmerať. 18. Význam transpirácie:Pri transpirácii z listov ide o dva stupne výparu vody:1. odparovanie vody z povrchu mezofylu do madzibunkových priestorov2. difúzia vodných pár z nedzibunkových priestorov do atmosféryTranspyráciou sa reguluje nasýtenosť buniek a pletív vodou, zabezpečuje sa termoregulácia rastliny, udržuje sa teplota listov na úrovni teploty vzduchu. Rastlina potrebuje asi 70% slnečnej energie prijatej listom na transpiráciu. Priaznivo ovplyvňuje rast, vývin, dozrievanie a reguluje mikroklímu porastu.19.Gutácia:V prostredí s vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu aj pri dobrej zásobenosti pôdy vodou sa transpirácia zastavuje a dochádza k vytláčaniu vody v kvapalnej forme cez zvláštne bunky obyčajne na okrajoch alebo špičkách listov. Gutácia je účinnejšia v ranných hodinách po vlhkej a teplej noci. Má veľký význam v tropických oblastiach.20. Fyzikálna zložka transpirácie:Na fyzikálnej zložke transpirácie sa podieľa najmä napätie vodných pár vo vzduchu a vlhkosť vzduchu, teplota, prúdenie vzduchu, zásoby vody v prostredí a v listoch. Rýchlosť výparu z povrchu voľnej vodnej plochy je daná podľa vzťahu: V = K P1 – P0 S PV – množstvo vyparenej vody z jednotky povrchuK – je koeficient difúzieP1 – napätie pár nasycujúcich vzduch pri teplote vyparujúcej sa z plochyP0 – je skutočné napätie pár vo vzduchuP – je atmosferický tlakS – veľkosť výparnej plochy21. Biologická zložka transpirácie: - je ovplyvňovaná fyziologickými zákonitosťami rastliny ako živého systému22. Mechanizmy prieduchovej regulácie. Stomatárna transpirácia:Prieduchy sa otvárajú v prípade, že voda prúdi do zatváracích buniek a zvyšuje ich turgor. Reakcia prieduchov na svetlo závisí od dvoch rôznych typov fotoreceptorov. Prvý korešponduje s aktivitou chloroplastu a druhý kryptochróm, je špecifický pre modré svetlo. Svetlo samotné stimuluje akumuláciu K zatváracími bunkami. Osvetlením receptora modrým svetlom sa spustí aktivita protónovej pumpy, ktorá podporuje príjem K. Fotofosforylácia a oxidatívna fosforylácia sú zdrojmi energie pre pohyb prieduchov. Modré svetlo je efektívnejšie ako červené, pretože už len krátky záblesk modrého svetla zabezpečuje otváranie prieduchov.Na zatvorenie prieduchov je potrebné depolarizovať plazmatickú membránu inhibíciou protónovej pumpy, čím sa zabezpečí vyplavenie draslíka cez výstupné draselné kanály. Tento proces sprevádza začlenenie osmoticky aktívnych zlúčenín do škrobu a jeho vyplavenie do apoplastu.Stomatárna transpirácia – sú to vlastne prieduchy, ktoré sú komunikačným systémom rastlín, môžu mať špeciálne receptory pre priame zachytenie a prenos signálu. Rýchlosť straty vody z prieduchov je porovnateľná s rýchlosťou výparu z voľnej hladiny o ploche rovnajúcej sa ploche listu. Emisia vodnej pary je dôsledkom gradientu vodných potenciálov v systéme koreň – stonka – list a prispieva k absorpcii a cirkulácii vody a minerálov v rastline. Hustota prieduchov sa pohybuje od 15 –1000 mm. Veľa biologických procesov v rastlinách je závislých od transdukcie energie:- rast prieduchových buniek- opravy syntézy nových molekúl- udržanie elktrochemického potenciálu- svetlo- existencia vnútorných biologických hodín v bunkách prieduchov23. Kutikulárna transpirácia. Schopnosť rastlín udržiavať vodu:Predstavuje výdaj vody vo forme vodnej pary z povrchu listov, stoniek a konárov. Rýchlosť závisí od vonkajších a vnútorných faktorov. Závisí hlavne od hrúbky a vlastností kutikuli. Jej podiel na celkovej transpirácii sa mení s vekom buniek. Kutikulárny difúzny otvor je obyčajne veľmi vysoký. Keď vonkajšia epiderma vysychá, dostávajú sa vrstvy bližšie k sebe a tým sa odpor zdvojnásobuje. Mladé listy majú vyššiu kutikulárnu transpiráciu ako listy dospelé. V mladých listoch môže dosahovať až polovicu celkovej transpirácie.Schopnosť rastlín udržiavať vodu – môže sa zaisťovať pomocou vysýchacích transpiračnách krviniek. Rozlišujeme tri úseky:1. fáza – stomatárna2. fáza – zatváracia3. fáza – kutikulárnaPodľa prispôsobivosti hovoríme o 3 skupinách rastlín:1. Hydrofyty – sú to rastliny prispôsobené oblastiam s nadbytkom vody, vysokou vlhkosťou vzduchu2. Mezofyty – z priemerne vlhkých stanovíšť, majú nízku odolnosť voči suchu, pretože suché obdobia sa vyskytujú menej často3. Xerofyty – stanovištia s nedostatočnou vodnou zásobenosťou, sú veľmi schopné znášať pôdne aj atmosferické sucho24. Jednotky transpirácie:Rýchlosť transpirácie – závisí od vnútorných biologických a vonkajších ekologických podmienok. Vyjadruje sa v jednotkách vytranspirovanej vody na jednotku transpirujúcej plochy. Rozlišujeme rýchlosť celkovej, stromatárnej a kutikulárnej transpirácie.(g.m.h)Transpiračný koeficient – udáva počet jednotiek vody spotrebovanej na vytvorenie jednotky sušiny ( g na g, kg na kg )Produktivita transpirácie – udáva počet gramov sušiny vytvorených na liter spotrebovanej vodyRelatívna transpirácia – vyjadruje pomer medzi transpiráciou a výparom vody z voľnej vodnej plochy za rovnakú časovú jednotku a z rovnakej plochy Evapotranspirácia – predstavuje stratu vody z porastu transpiráciou rastlín a výparom z povrchu pôdy. Pre pomer obidvoch zložiek je dôležitá štruktúra porastu a veľkosť listovej pokryvnosti.25. vplyv vonkajších podmienok na transpiráciu:Vzdušná vlhkosť – vzduch obyčajne nebýva nasýtený vodnými parami a preto je rýchlosť transpirácie daná rozdielom medzi parciálnym tlakom vody v liste a v atmosfére. Pri nízkej vlhkosti sa zastavuje a pri veľmi vysokej vlhkosti sa brzdí tiež.Teplota – listy pohlcujú slnečnú energiu, prebiehajú v nich metabolické procesy a teplota sa zvyšuje. Transpirácia pri teplote 30°C je 9x rýchlejšia ako pri teplote 0°C.Pohyb vzduchu – ovplyvňuje transpiráciu odnášaním vodnej pary z okolia listovej plochy, čím sa znižuje odpor hraničnej vrstvy vzduchu pre difúzny tok vody.Svetlo – ohrieva listy alebo otvára prieduchy.Pôda – najvhodnejší stav pôdnej kapacity dostupnej pre rastlinu je okolo 60 – 70% plnej vodnej kapacity pôdy. Môžeme to ovplyvňovať hnojením. Pri vysokých koncentráciách hnojív sa to odrazí na znížení hodnoty vodného potenciálu pôdneho roztoku, čo sťažuje príjem vody.26. Vplyv vnútorných faktorov, Zelenského zákon:Sú to biologické podmienky – rastlina, druh, odroda, vek, rastový a vývinový stav, anatomická stavba, prieduchy, obsah vody v bunkách, kutikula, poranenia, choroby a škodcovia.Zelenského zákon – čím vyššie je list postavený na stonke, tým má v porovnaní s nižšie postavenými listami viac vyvinutú nervatúru, menšie rozmery buniek vrchnej a spodnej pokožky, menšie rozmery trichómov na jednotke listovej plochy, silnejšie vyvinuté vonkajšie steny buniek, menšie bunky mezofylu.27. Antitranspiračné látky:Sú to hnojivá:Dusík – znižuje transpiráciu ale po narastení veľkej listovej plochy zvyšuje jej rýchlosťDraslík – pôsobí na priepustnosť membrán a na zatváranie prieduchov, znižuje TRANSP.Fospor – tiež znižuje transpiráciu28. Vodná bilancia:Je daná rozdielom medzi rýchlosťou príjmu vody a rýchlosťou jej straty.Vodná bilancia = absorpcia vody = transpiráciaRovnovážnu vodnú bilanciu môže rastlina udržiavať iba vtedy ak sa rýchlosti príjmu a výdaja vody vzájomne vyrovnajú. Optimálna vodná bilancia je v prípade, ak je rastlina vodou optimálne nasýtená.29. Vodné deficity, relatívny obsah vody:Vodný deficit rastlín – nastáva pri väčšine rastlín ak prevláda transpirácia nad príjmom vody. Predstavuje rozdiel medzi skutočným obsahom vody v rastline a obsahom vody pri maximálnom nasýtení. Podľa doby trvania pasívnej vodnej bilancie rozlišujeme trvalý a prechodný vodný deficit.Trvalý vodný deficit – je spôsobený nedostatočnou absorpciou vody za normálnych podmienok, najmä poklesom obsahu vody v pôde, alebo znížením príjmu vody z iných príčin. Môže nastať v podmienkach afrického sucha.Prechodný vodný deficit – sa obyčajne v priebehu noci vyrovnáva, znižuje alebo zastavuje.Subletálny (hraničný) vodný deficit – je taká hodnota vodného sýtostného deficitu, pri ktorej dochádza k poškodeniu 5 – 10% plochy sledovaného listu a k poruchám metabolizmu.Letálny vodný deficit – je to stav rastliny, pri ktorom došlo k takému poškodeniu procesorov a štruktúr v organizme, ktoré vedie k odumretiu a rastlina nie je schopná vodný deficit likvidovaťVodný deficit sa najskôr prejavuje na listoch. Relatívny obsah vody je vhodnou mierou vodného deficitu. Klasicky sa udáva vodný sýtostný deficit VSD podľa Stockera, ktorý udáva percentuálne, koľko vody chýba pletivu do plného nasýtenia:%VSD = hmotnosť nasýteného pletiva – aktuálna hmotnosť . 100 maximálna hmotnosť vody v pletivePri zvyšovaní %VSD sa znižujú hodnoty vodného, osmotického a tlakového potenciálu.30. Typy vädnutia rastlín:Následkom vodného deficitu dochádza k strate turgoru, čo sa prejavuje vädnutím rastlín. Poznáme:Dočasné alebo prechodné vädnutie- nastáva, ak ešte nie je porušená schopnosť koreňov prijímať vodu a turgor rastliny sa obnoví, akonáhle poklesne rýchlosť transpirácie.Trvalé vädnutie – pri ňom nedostatok vody v pôde vyvoláva zastavenie príjmu vody koreňmi.31. Rastlina počas sucha ( prenos signálu o suchu ):Atmosferické sucho pôsobí na mechanizmus hydroaktívneho zatvárania prieduchov veľmi rýchlo. Pôdne sucho vznikajúce postupne vedie k reakciám realizujúcim sa odlišnou intenzitou. Vodivosť prieduchov je v tesnejšej korelácii s obsahom vody v pôde ako s obsahom vody v listoch. V šičkách koreňov sa syntetizuje kyselina abcisová ABA, ktorá funguje ako mediátor a chemický signál o suchu. Transpiračným prúdom sa dostáva do listov, kde spôsobuje zatváranie prieduchov. Pre signalizovanie vysychania pôdy a zmien prístupnosti pôdnej vody je postačujúce malé množstvo koreňov, ktoré vytvorí dostatočné množstvo ABA. Možno zhrnúť, že pohyby prieduchov ovplyvňuje predovšetkým:Hydratácia – hydroaktívna reakcia (zatváranie prieduchov v poludňajších hodinách) hydropasívna rekcia (zatváranie prieduchov vplyvom zvýšeného obsahu vody v listoch)CO - zvýšená spotreba CO pri fotosyntéze a nízka koncentrácia CO v prieduchoch bunkách pri intenzívnom slnečnom žiarení vyvoláva otváranie prieduchov.Svetlo – fotoaktívne otváranie, uskutočňuje sa v ranných hodináchFotosyntéza – z krycích pletív sú schopné fotosyntézy iba prieduchové bunky. Fotosyntézou sa vytvárajú rozpustené cukry ako osmoticky aktívne látky vo vnútri zatváracích buniek, čo znižuje ich vodný potenciál v porovnaní s epidermálnymi bunkami. Spôsobuje sa tým zvýšenie turgoru prieduchových buniek, ktorý vyvoláva otvorenie prieduchov. Naopak pri premene sacharidov na osmoticky neaktívny škrob sa vodný potenciál prieduchových buniek dostáva na úroveň vodného potenciálu buniek pokožky a prieduchy sa zatvárajú.32. Hydrostatické a hydrolabilné rastlinyPodľa vyrovnanosti bilancie sledujeme dva typy rastlín:Hydrostabilné (izohydrické, homoiohydrické ) – sú schopné do určitej miery regulovať svoju vodnú bilanciu zlepšením príjmu vody, znížením transpirácie. Medzi tieto rastliny patria napríklad trávy, stromy, sukulenty. Ak majú tieto rastliny väčší vodný deficit, dochádza u nich k trvalému poškodeniu. Letálny vodný deficit sa u nich pohybuje okolo 40 – 70% VSD.Hydrolabilné (anizohydrické, poikilohydrické ) – sú to rastliny so značným kolísaním hydratácie, pretože táto pri nich bezprostredne závisí od podmienok pestovania. Znášajú podmienky extrémneho sucha, prechádzajú do stavu anabiózy (strnulosti), na minimum znižujú fyziologickú aktivitu. Znášajú 40 – 95% VSD. Po nasýtení vodou ožívajú Patria sem napríklad lišajníky, machy, papradoporasty33. Fyziologické princípy zavlažovania rastlín:Pri stanovovaní termínu závlahy a množstvá závlahovej vody musíme poznať – požiadavky rastliny na vodu v jednotlivých obdobiach ontogenézy – musíme vedieť, kedy sú rastliny citlivé aj na malý nedostatok vody – keď je zavlažovací efekt maximálny. Potreba vody pre rastliny sa mení v priebehu vegetačného obdobia tiež podľa toho ako sa menia spodné hranice optimálnej pôdnej vlhkosti. Hodnoty spodnej hranice optimálnej pôdnej vlhkosti závisia od druhu rastliny, odrody, fenofázy rastu a od pôdnoklimatických podmienok a väčšinou sa pohybujú na úrovni 60 – 80% maximálnej pôdnej vodnej kapacity. Obyčajne na začiatku vegetatívneho rastu býva väčšia spotreba vody rastlinami. Pri stanovovaní potreby závlah je okrem vlhkosti pôdy nutné zobrať do úvahy aj fenologickú fázu, morfologické znaky rastliny a fyziologické ukazovatele vodného režimu rastliny. Metódy stanovenia závlahy stanovené v kritickom období potreby vody rastlinami sú vhodnejšie, pretože informujú o skutočnej potrebe vody rastlinami a zefektívňujú využívanie závlahovej vody. Metódy založené na sledovaní morfologických prejavov rastliny, napr. pri vädnutí signalizujú spoľahlivo nedostatok vody v rastline, ale oneskorene pretože v týchto príznakoch sa už začína prejavovať poškodenie rastliny. Závlahy založené na fyziologických ukazovateľoch, ktoré charakterizujú stav vody v rastlina sú objektívne a veľmi citlivé. Signalizujú potrebu vody v čase keď ešte rastlina nebola poškodená. Takýmito ukazovateľmi sú: vodný potenciál, osmotický potenciál, difúzna rezistencia listov, elektrická vodivosť listov, rýchlosť rastových a metabolických procesov a vodný sýtostný deficit listov, sledujú skutočnú potrebu vody rastlinou na základe zistenia odchýliek od normálneho stavu.34. Kritické obdobia v nárokoch rastlín na vodu:Podľa Šebánka a kolektívu spadajú do nasledujúcich fenologických fáz:Ozimené obilniny – steblovanie a klasenieJarné obilniny – tesne pred klasenímProso – klasenie a nalievanie zrnaKukurica – kvitnutie až mliečna zrelosť strukovinyStrukoviny – kvitnutie a nalievanie semienZemieky – kvitnutie, tvorba hľúzRajčiaky – kvitnutie a formovanie plodovOvocné stromy ( dreviny ) – rast výhonkov, začiatok rastu plodovVäčšinou sa uvedené fenologické fázy kryjú s obdobím intenzívneho rastu a tvorby reprodukčných orgánov, obzvlášť citlivé na nedostatok vody sú peľové zrná, ktoré sa vplyvom sucha deformujú, strácajú životnosť a klíčivosť. Následkom je nedostatočné oplodnenie, niekedy nepremastenie peľu a tvorba napríklad hluchých, sterilných častí v klase obilnín, šúľka kukurice a pod. Podobné následky však môže mať aj nadbytočná vlhkosť. Kritické obdobie v požiadavkách na vodu môže u obilnín byť v ich nasledujúcich rastovo – vývinových fázach. FF:1. Fenofáza klíčenia a vzchádzania2. Fenofáza odnožovania3. Fenofáza tvorby kvetov4. Fenofáza dozrievaniaNajlepšie je možné charakterizovať kritické obdobia rastlín podľa biologického času ( rastu a vývinu ).35. Voda v systéme, pôda – rastlina – atmosféra:Voda je spojujúcim článkom ekosystému, do ktorého obyčajne zahrňujeme pôdu, rastlinu a atmosféru. Tok vody v tomto systéme sa uskutočňuje vo forme kvapalnej a plynnej. Rýchlosť toku je daná súčinom hnacích síl priepustnosti jednotlivých štruktúr pre vodu. Hnacia sila:Evaporácia – transpirácia – 1. E z bunkových stien yw vzduchu je nižší ako yw listu 2. výparom sa vodný potenciál listu stále znižuje 3. energia na priebeh procesu pochádza zo slnkaKohézia v xyléme - 4. K drží spolu vodné stĺpce 5. kapilárne rozmery ciev umožňujú K 6. pri prerušení vodného stĺpca je možný obtokPríjem vody z pôdy – 7. nižší vodný potenciál buniek koreňa ako pôdneho roztoku 8. koreňové vlásky zväčšujú absorpčný povrch 9. radiálny tok cez endodermu sa môže uskutočniť osmoticky 36. Nadbytok vody a jeho účinok na rast a fyziologické procesy:nadbytok vody v pôde spôsobuje vymáčanie rastlín v dôsledku vyplnenia všetkých pôdnych pórov vodou, zamedzeným dýchania koreňov . Vymáčanie pozorujeme najčastejšie skoro na jar po roztopení snehu, po rozvodnení riek. Niektoré kultúrne rastliny sa adaptovali na rozbahnenie pôdy – ryža tým, že jej korene nie sú citlivé na toxické látky a majú špeciálnu anatomickú stavbu s prívodom O do koreňov z nadzemnej časti rastlín. Mierny nadbytok vody v pôde, ale aj v rastline vyvoláva zmladzovanie rastliny, ale aj zhoršenie niektorých kvalitatívnych znakov: cukornatosť, škrobnatosť ovocia, prerastenie zŕn v klasoch. Vysoký obsah vody v pôde pôsobí nepriaznivo na vývin rastlín, spôsobuje žltnutie jačmeňa, hnitie zemiakových hľúz. V neskorších obdobiach sa môže pri vlhkom počasí vyskytovať rôzne choroby. Pri nadbytku vody je časté poliehanie rastlín, keď sa mení rovnováha medzi pevnosťou stonky a slabým koreňovým systémom. Nadbytok vody v pôde je možné zmeniť najmä odvodnením.37. Všeobecná charakteristika dýchania – fyziologická podstata a význam:Dýchanie – (respirácia) je fyziologický proces, v ktorom si rastlinná bunka biologickou oxidáciou organických substrátov zabezpečuje energiu na anabolické procesy. Fyziologická podstata a význam – dýchanie spája procesy metabolizmu jednotlivých látok, je jedným z dôležitých regulátorov životných pochodov, časť energie je viazaná do prechodných produktov, ktoré vznikajú v jednotlivých etapách dýchania a zapájajú sa do intermediárneho metabolizmu. Mnoho energie sa uvoľňuje vo forme tepla, ktoré môže stimulovať metabolizmus. Základným zdrojom energie sú oxidačné procesy. Dýchanie je príjem O a vylučovanie CO .38. Oxidačno redukčné reakcie a tvorba ATP:Tento zložitý energetický proces zahŕňa:1. systém oxidačno – redukčných reakcií riadených enzýmovým systémom a katalizátormi. Úlohou enzýmov je aktivovať kyslík, zabezpečiť prenos protónov a elektrónov na kyslík a využiť energiu oxidovaného substrátu na syntézu ATP2. disimilačné procesy, ktorými sa podmieňujú pôvodné organické látky, až na minerálne zložky – oxid uhličitý a vodu.3. tvorbu medzi produktov, intermediárnych látok, ktoré sa využívajú v metabolizme bunky39. Energetické substráty:Sú to energeticky bohaté látky, ktoré rastlina využíva na dýchanie a zložitou cestou sa rozkladajú na jednoduchšie organické molekuly. Tieto sa môžu zapojiť do citrátového cyklu a úplne zoxidovať na vodu a oxid uhličitý. Je to umožnené tým, že:1. v bunke sa nachádzajú rôzne katalitické mechanizmy dovoľujúce rozklad týchto látok2. oxidačno – redukčné premeny môžu v bunke prebiehať niekoľkými, vzájomne sa líšiacimi cestami3. oxidácia látky môže v bunke prebiehať buď priamo za prítomnosti špecifického enzýmu alebo nepriamoAko substráty môžu slúžiť škrob, fruktozany, sacharóza, tuky, organické kyseliny a aj bielkoviny. Hlavným respiračným substrátom sú sacharidy. 40. Čo vyjadruje respiračný kvocient:Ak je oxidácia glukózy úplná objem pohlteného kyslíku sa rovná objemu vylúčeného CO . Tento pomer nazývame respiračný kvocient a jeho hodnota je 1. 41. Aké sú hodnoty RQ v závislosti na predýchavanom substráte:Ak sa predýchavajú bielkoviny, tak je hodnota RQ okolo 0,7 – 0,8. Pri predýchavaní organických kyselín je hodnota RQ 4. 42. Aké sú hodnoty RQ pri klíčení a dozrievaní semien:Mnohé rastliny , ak obsahujú tuky bohaté na vodík a chudobné na kyslík majú pri klíčení hodnotu RQ 0,7 a v období tvorby tukov je hodnota vyššia ako 1.43. Rýchlosť dýchania:Vyjadruje kvantitatívnu stránku dýchacieho procesu. Vyjadrujeme ju množstvom spotrebovaného kyslíka a vylúčeného oxidu uhličitého hmotnosťou jednotkou dýchacieho materiálu ja jednotku času. Rýchlosť dýchania je hodnota značne variabilná. Závisí od špecifických vlastností druhu, zmeny v rýchlosti dýchania sú spojené s vývinom rastlín, rastovou fázou, inzerciou listov v rámci rastliny, obsahom vody a obsahom auxínu a giberelínu.44. Cesty odbúravania organických substrátov - Oxidácia substrátov v anaerobnom prostredí – kvasenie:Kvasenie – je proces premeny pyruvátu pri nedostatočnej zásobe kyslíka. Proces má malú energetickú výťažnosť, ale vznikajú pri ňom oxidačné produkty. Pri kvasení sa substráty neodbúravajú na oxid uhličitý a vodu, ale len na oxidačné produkty s vyšším obsahom energie. Konečným akceptorom protónu a elektrónu pri kvasení nie je kyslík, ale organická látka. - Priama oxidácia sacharidov a jej význam – energetický zisk:Prebieha v cytoplazme a má niekoľko madzistupňov:1. premena sacharidov na triózy bez zisku energie2. oxidácia trióz s akumuláciou časti energie uvoľnenej pri oxidáciiPrvý východiskový produkt je pyruvát. Za aneoróbnych podmienok sa pyruvát mení na laktát alebo etanol. Pyruvát sa presúva z cytoplazmy do mitochondrií, kde sa v citrátovom cykle úplne oxiduje na oxid uhličitý a vodu.Význam – je v produkcii pyruvátu, NEDH a dôležitých medziproduktov, ktoré môžu byť substrátom pre iné reakcie.45. Čo je vstupným a výstupným produktom glykózy, kde prebieha a za akých podmienok:Vstupný produkt – sacharidy, ktoré sa premieňajú na triózyVýstupný produkt – a) pyruvát b) NADH Podmienky a miesto priebehu : prebieha v cytoplazme za dvoch podmienok:1. premena sacharidov na triózy bez zisku energie2. oxidácia trióz s akumuláciou časti energie uvoľnenej pri oxidácii46. Výstupný a vstupný produkt citrátového cyklu, kde prebieha a za akých podmienok:Citrátový cyklus – je to zložitý cyklický dej, do ktorého sa zapája 9 reakčných stupňov katalizovaných enzýmovým systémom. Vstupný produkt – multienzýmový komplex pyruvátdehydrogenézy pozostávajúci z troch enzýmov: TPP, FAD, kyselina lipoova. Vzniká NADH, CO a kyselina octová a tie vstupujú do cyklu.Výstupný produkt – vodík a ATPPodmienky:1. oxidácia organických kyselín a produktov odbúravania sacharidov, acetyl CoA a dalších lkátok.2. Tvorbu medziproduktov ( di a trikarboxilových kyselín )3. zabezpečenie vodíka na respiračný reťazec a biosyntézu dostatočného množstva ATP na energeticky potreby bunky.47. Mitochondriálne štruktúry a dýchanie:Vonkajšia mitochondriálna membrána je hladká nečlenitá a dobre priepustná pre malé molekuly. Vnútorná ohraničuje vnútorný priestor vyplnený matrixom a smerom do vnútra vytvára mitochondriálne kristy. Vnútorná mitochondriálny membrána má na strane susediacej s matrixom oxizómy. Nazývajú sa ATPfázový komplex. Dôležitou súčasťou sú komponenty elektrotransportného systému.Schéma štruktúry mitochondrie – cytostol, oxizómy, matrix, kristy, dvojitá povrchová membrána, vlákon DNA, intramitochondriálne granulyDýchanie – transport prebieha v sústave oxidačno - redukčných reakcií a realizuje sa postupným prenosom elektrónov odvodených z vodíka NADH + H z jedného nosiča elektrónov na druhý až v konečnej fáze na kyslík. Na konci reťazca sa znova elektróny a protóny spájajú a v reakcii redukujú molekulový kyslík na vodu. Ak protóny a elektróny neprechádzajú sústavou dýchacieho reťazca na kyslík, je spojenie prerušené, dýchanie je zhoršené a energia sa premieňa na teplo.48. Koľko energie sa uvoľní v jednotlivých cykloch a stupňoch biologickej oxidácie:Hydrolýza ATP – 31, 8 kJ . molAeróbne dýchanie – z glukózy vzniká 2870 kJ a efektívnosť je 40%49. Alternatívna cesta prenosu elektrónov a jej význam:Nie je spojená ani s fosforyláciou, ani s tvorbou membránového potenciálu, alebo so spätným transportom elektrónov po cytochrómovej ceste. Je viazaná na vnútornú mitochondriálonu membránu. V úseku cytochrómu a – a3 inhibuje tok elektrónov okrem CO kyanid CN. Podľa toho sa nazýva kyanid senzitívne dýchanie. Okrem tohto poznáme aj alternatívnu cestu prenosu elektrónov necitlivú na kyanid. Nazýva sa kyanid rezistentné dýchanie. V prípade toku elektrónov medzi oboma cestami prenosu elektrónov sa môže oxidáciou endogénneho NADH znížiť fosforylácia najmenej o 2/3.Význam – môže mať rôzne funkcie:1. funkcia termogenézy – je to dodávanie energie vo forme tepla – má význam ekologický2. funkcia oxidačná bez zisku energie – oxidujú substráty s nízkym ziskom energie, je to odstraňovanie nadbytočných substrátov a toxických látok bez zisku užitočnej energie3. funkcia tvorby energie – neprodukuje sa ATOP a v mieste spojenia NADH s ubichinónom sa energia elektrónov využíva na tvorbu ATP4. funkcia homeostázy – je podmienená geneticky, gény sú zakódované len v bunkovom jadre5. funkcia odstraňovania nadbytočných sacharidov - oxiduje tu viac cukrov na tvorbu ATP a z koreňa sa odstráni nadbytočný cukor, ktorý bunka nemôže uskladniť50. Prečo je anaeróbny spôsob dýchania menej vhodný:- pretože sa produkuje etanol, kyselina mliečna a octová, ale aj pre nízky energetický zisk51. Za akých podmienok prebieha kvasenie:- uskutočňujú hop nezelené mikroorganizmy – kvasinky, baktérie a plesne.Pri kvasení sa substráty neodbúravajú na oxid uhličitý a vodu, ale len na oxidačné produkty s vyšším obsahom energie. Konečným akceptorom protónu a elektrónu pri kvasení nie je kyslík, ale organická látka. Existuje viac druhov kvasenia – etanolové, mliečne, maslové, celulózové, octové, metanové.52.Ako rastliny využívajú uvoľňovanú energiu:Rastliny využívajú energiu dýchania viazanú v makroergických väzbách v celej svojej životnej činnosti. Používajú ju na delenie buniek, predlžovací rast, diferenciáciu, obnovenie svojho metabolizmu, udržiavanie štruktúr, membránový transport, zabezpečenie energiou ATP. Značný prísun si vyžaduje aj biosyntéza, príjem látok z vonkajšieho prostredia do bunky proti gradientu koncentrácie, transport a premiestňovanie látok v bunke a v pletivách, pohyby rastlín, odolnosť rastlín voči chladu.53.Charakterizujte udržiavacie dýchanie:- energia sa využíva na vytvorenie štruktúr a na konzerváciu energie. Prebieha cez deň a nazýva sa záchovné dýchanie. Je úmerné hmotnosti sušiny rastlín a silne závisí od teploty.56. Aké sú straty uhlíka na túto zložku dýchania:Rastlina stráca v priemere na 24 hodín 1 – 2% svojich zásob uhlíka na túto udržiavaciu zložku dýchania.57. Charakterizujte rastové dýchanie:- na tento typ dýchania sú napojené biosyntetické procesy. Ide o podiel dýchania, ktorý produkuje makroergické väzby. Zásobuje enrgiuo rast a diferencáciu, membránové systémy, transport fotosyntátov floémom a ich uvoľňovanie na miesta spotreby. Prebieha v noci.58. Čo vyjadruje účinnosť rastu GE:- účinnosť rastu: GE = WT : Pgkde – WT je celková vyprodukovaná sušina Pg celková fotosyntéza WT = Pg – Rkde – R je dýchanie59. Koľko % primárnych produktov sa spotrebuje na rastové dýchanie:GE je pre väčšinu plodín 0,60 až 0,65 čo zanemená, že dýchanie sa spotrebováva 35 – 40% primárnych produktov fotosyntézy.60. Charakterizujte vplyv vonkajších faktorov na dýchanie:Teplota – zvýšením teploty sa dýchanie zintenzívňuje. Platí to pre minimum, optimum a maximum. Hranice týchto teplôt sú od 0° do 45°C. Pri teplote 0°C je intenzita dýchania veľmi nízka. Nastáva hydrolýza polysacharidov na sacharidy. Maximálne teploty sú 45 - 50°C. Optimálna teplota je taká, ktorá umožňuje vysoký aktivitu dýchania.Voda – má vplyv na hydratáciu protoplazmy, pri poklese nasýtenosti protoplazmy vodou, dochádza k poklesu intenzity dýchania. Vodný deficit rastlín sprevádza na začiatku zvýšená aktivita dýchania. Stupeň nasýtenosti protoplazmy má veľký význam u lišajníkov a pri vyšších rastlinách, pri jeho poklese sa začína latentný stav. Rastliny pestované v suchších podmienkach dýchajú intenzívnejšie ako rastliny s dostatkom vlahy.Svetlo – veľmi dôležitá je dĺžka osvetlenia. Nepriaznivý je nadmerný tok žiarivej energie a môže dôjsť k fotooxidácii bunkových štruktúr a tým k porušeniu ich funkcie. ATP a NADP vytvorené za svetla sa využívajú v tmavej fáze fotosyntézy na tvorbu fotosyntátov. Osvetlenie rastlín, ktoré neobsahujú chlorofyl, vedie k zvýšeniu intenzity dýchania.Zložky atmosféry CO , O - veľký význam má tlak O, od ktorého závisí jeho prenikanie do pletív. Pokles O vedie k aneoróbnemu dýchaniu. Na nedostatok kyslíka sú najviac náchylné mitochondrie. Nedostatok O v pôde spôsobuje v koreňoch alkoholové a mliečne kvasenie. Etanol porušuje morfologickú stavbu a aktivitu mitochondrií. Tým sa potláča fosforylácia. Dýchanie znižuje aj vysoký tlak CO . Závisí to od osvetlenia a ročnej doby.Minerálna výživa – vplýva na výživu obsahom minerálnych prvkov v pôde. Napríklad H pri hydrolizačných a transpiračných procesoch, Mg pri procese fosfoesterov, Fe a Cu v cytochrómoch. Ich nedostatok znižuje aktivitu enzýmov, mení permeabilitu cytoplazmy a tým ovplyvňuje všetky vlastnosti. Napriamim faktorom je príjem iónov z prostredia. Ca pomieňuje stabilitu membránových štruktúr. V optimálnych podmienkach min. výživy je rýchlosť dýchania minimálna. Pri nedostatku sa respirácia zvyšuje.Vplyv mechanického poškodenia rastlín – následkom poranenia alebo infekcie nastáva dočasná stimulácia dýchania v mieste poranenia. Táto vyššia aktivita je spojená s prestavbou terminálnych systémov. Intenzitu dýchania ovplyvňujú aj ťažké kovy a pesticídy. Nízke koncentrácie niektorých chemických látok stimulujú : IAA, etylén, etylénbromid, etylénchlorid a podporujú aj dozrievanie plodov. Faktory, ktoré narúšajú dýchanie sú napríklad insekticídy, ktoré obsahujú rozličné oleje, na mladé listy majú väčší vplyv než na staré listy, ďalej sú to herbicídy zvyšujú rýchlosť respirácie.61. Charakterizujte vplyv vnútorných faktorov na dýchanie:Dýchanie pletív - závisí do fyziologického stavu orgánov a od vonkajších faktorov. Vysokú intenzitu dýchania majú rastúce pletivá. V zásobných pletivách závisí rýchlosť dýchania od teploty a vlhkosti. Vysokú aktivitu dýchania majú peľnice a blizny.Dýchanie orgánov – Koreň – má fyziologickú funkciu spojenú s príjmom vody a živín, ich transportom, zúžitkovaním iónov a pod. V koreniu prebieha rozpad glykózy a táto spolu s kvasením prebieha v meristéme. Kvasenie tu prebieha súčasne s dýchaním. Predlžovacia fáza zväčšovania koreňa využíva priamu cestu rozpadu glukózy – pentozóvy cyklus, ktorý zásobuje cytoplazmu NADH. Pentózový cyklus je zastúpený aj v bunkách s ukončeným rastom. Za aeróbnych podmienok pyruvát vystupuje z cytoplazmy do mitochondrií koreňov. Pri predlžovaní buniek sa začína intenzívne aktivovať citrátový cyklus a počiatočné úseky cytrátového reťazca. Ukončenie rastu koreňa do dĺžky sa vyznačuje reorganizáciou dýchacieho reťazca, v tom že sa výrazne aktivujú konečné úseky medzi cytochrómom b a a. V koreňoch existuje aj alternatívna esta prenosu elektrónov, ktorá nie je spojená s tvorbu membránového potenciálu a syntézou ATP. Pri nej sa produkuje voda a teplo. Odstraňuje sa nadbytok cukrov. List – je aparát, v ktorom prebieha fotosyntéza a tvorba asimilátov a zodpovedá za ich transport na miesta spotreba. Prebiehajú tu spojené energetické zmeny. Tento vzájomný vzťah potvrdzuje blízkosť chloroplastov a mitochondrií v bunke. Dýchanie listov od koreňov je odlišné v tom, že pletivá listu sú viac zásobené O. Tým sa aktivizujú aeróbne procesy. Rastliny majú schopnosť adaptovať sa na nepriaznivé podmienky. Rýchlosť dýchania sa môže meniť v závislosti od stavu listu, od vývinu mitochondrií, od dýchacieho substrátu a pod.Rastový a vývinový stav – veľmi intenzívne dýchajú meristémy a bunky v predlžovacej zóne rastu. Nastáva pokles dýchania a potom jeho rýchlosť zostáva na rovnakej úrovni. Ku koncu ontogenézy nastáva v listoch opätovný vzostup rýchlosti dýchania. Pri klíčení semien prevláda mliečne a etanolové kvasenie. Pri meristematických bunkách prevláda glykolýza a citrátový cyklus. Aktivuje sa aj pentozóvý cyklus. Pre dospelú rastlinu je typická glykolýza a na ňu nadväzuje predýchavanie pyruvátu.Systematické skupiny:Svetlomilné rastliny – dýchajú intenzívnejšie ako tieňomilnéVysokohorské rastliny – dýchajú tiež rýchlejšie ako rastliny v nížináchArktické rastliny – dýchajú pri nižších teplotách rýchlejšieSukulenty v tme – O využívajú pri zabudovaní C v tzv. CAM – type.62. Definícia a význam fotosyntézy: - je to súhrn reakcií, výsledkom ktorých je príjem a premena svetelnej energie rastlinami a niektorými baktériami na chemickú energiu. Je to proces, pri ktorom elektrón prechádza z donora na akceptor.Význam – v svetelnej fáze nastáva rozklad vody, produkcia kyslíka a tvorba NADPH a ATP, ďalej sa vytvára kyslík redukciou schopných farbív a pri nedostatku CO .Ovplyvňuje sa syntéza chlorofilu, fotoperiodizmus, fototorpizmus atd.63. Typy fotosyntézy a rozdiely medzi nimi:Bakteriálna F – fotosintetizujúce baktérie využívajú na miesto vody ako elektrón donor plynný vodík, sírovodík, alebo organické látky ako kys. propionovú, kys. mliečnu, preto neprodukujú O2.Vyššie rastliny – môžu využívať ako akceptor a nitráty – molekulárny dusík N264. Fázy fotosyntézy:1., svetelná fáza – prebiehajú v nej fotosyntetické reakcie závislé na svetle : - príjem svetelnej energie - transport energie na pigmenty- premenu svetelnej energie na chemickú2., tmavá fáza – prebiehajú v nej reakcie nezávislé na svetle- celý cyklus potrebuje dve molekuly NADPH, tri molekuly ATP na každú molekulu fixovaného CO2 s 90% termodynamickou efektívnosťou3., fáza difúznych procesov – zabezpečuje príjem CO2 a výdaj kyslíka produkovaného vo svetelnej fáze65. Podstata svetelnej fázy:– v svetelnej fáze nastáva rozklad vody, produkcia kyslíka a tvorba NADPH a ATP66. Fotosyntetické pigmenty a ich vlastnosti:Na uskutočnenie fotosyntézy je potrebná absorpcia svetla chloroplastami, na tylakoidných membránach chloroplastu za pomoci fotosyntetických pigmentov. Poznáme dve chlorofylové frakcie – chlorofyl A a B. Medzi nimi je chemický rozdiel chlorofyl B je na tretom uhlíkovom atóme. Karatenoidy pozostávajú zo 40 atomov uhlíka. Poznáme – karoteny a xantofyly. Najdôležitejší je beta karotén a z xantofylov luteín, violaxantín a neoxantín. Chlorofyly majú dve hlavné absorpčné pásma – v modrej a červenej oblasti svetelného spektra. Karatenoidy majú žltú farbu, absorbujú svetlo v modrej oblasti, ich úlohou je transport.67. Fotosynteticky aktívna rádiácia FAR:Pigmenty dokážu absorbovať svetelné žiarenie v rozmedzí 400 – 700nm. Tomuto hovoríme FAR. Energia FAR je taká veľká, že umožní uviesť molekuly pigmentu do stavu schopného zabezpečiť fotochemické reakcie. Je potrebná energia 147 – 587 kJ/mol. 68. Vzbudený chlorofyl, fluorescencia, transfer a migrácia energie:Pri absorpcii svetla sa molekula pigmentu dostáva do stavu vzbudenia alebo do stavu metastabilného tripetu. Naspäť do pôdneho stavu sa môžu dostať vyžarovaním svetla alebo tepla – fluorescencia. Prijatá svetelná energia sa využije vo F len vtedy, keď molekuly chlorofylu vstúpia do chemickej reakcie. Keď sa molekuly pigmentu, ktoré odovzdali energiu, vracajú do pôvodného stavu nazývame to transfer energie. Viackrát opakované odovzdanie energie nazývame migrácia energie.