6. Vodní režim, růstové a vývojové procesy u rostlin

PRŮMĚRNÉ CHEMICKÉ SLOŽENÍ ORGANISMŮ
voda 65% – 50 – 80
sušina organické látky 32%
anorganické látky 3%

• ANORGANICKÉ LÁTKY
o VODA: tvoří většinu hmoty živých soustav (60-95%), je vhodným prostředím pro všechny biochemické reakce a dobrým rozpouštědlem, podílí se na udržení stálého pH a osmotického tlaku, ovlivňuje termoregulaci, transport látek
– její množství může kolísat v závislosti na vnějších podmínkách
– nejméně vody obsahují semena – 5-15%, nejvíce šťavnaté plody
– podílí se i na procesu oplození výtrusných rostlin
o ANORGANICKÉ IONTY: ovlivňují především osmotický tlak, pH, acidobazickou rovnováhu a elektrické a transportní procesy, např.
– K+ (hlavní nitrobuněčný kation),
– Na+ a Cl- hlavní ionty mimobuněčných tekutin živočichů),
– Mg2+, Ca2+ nebo aniony H2PO-, HPO2- (podílejí se na udržování stálého pH v buňkách i mimobuněčných tekutinách)
o NEROZPUSTNÉ SOLI: nacházejí se především v oporných a ochranných strukturách organismů, např. CaCO3 (uhličitan vápenatý) je součástí schránek bezobratlých,např. měkkýšů, Ca(PO4)2 (fosforečnan vápenatý) se vyskytuje v kostrách obratlovců, nebo SiO2.nH2O (hydratovaný oxid křemičitý) tvoří schránky mřížovců

• ORGANICKÉ LÁTKY
o SACHARIDY: organické sloučeniny složené z atomů uhlíku, vodíku, kyslíku; v organismech mají nejrůznější funkce:
– a) stavební materiál těl organismů (celulosa, chitin)
– b) zásobní látka (u živočichů a hub glykogen, u rostlin škrob a inulin)
– c) zdroj energie pro organismy (uvolňuje se jejich oxidací)
podle složení rozeznáváme:
– a) monosacharidy: pouze jedna monosacharidová jednotka, např. glukóza, fruktóza (hroznový cukr)
– b) oligosacharidy: 2-10 monosacharidových jednotek, nejznámější jsou disacharidy: např. sacharóza (řepný cukr), laktosa, maltóza (sladový cukr)
– c) polysacharidy: více jak 10 monosacharidových jednotek, např.: škrob, celulosa, glykogen, chitin
o BÍLKOVINY (proteiny): makromolekulární látky složené z aminokyselin (derivátů karboxylových kyselin obsahující aminoskupinu), které jsou pospojovány peptidovými vazbami do polypeptidického řetězce; důležitý je nejen počet aminoskupin, ale i jejich pořadí v polypeptidickém řetězci; 20 základních aminokyselin přičemž bílkoviny jsou složeny z několikaset aminokyselin
funkce:
– a) stavební – staví tělo buňky, např. kolagen, keratin
– b) katalycká – funkce metabolismu, enzymy
– c) regulační – hormonální funkce, hormony
– d) obranná – imunita, protilátky
– e) transportní – hemoglobin
– f) zásobní – v semenech rostlin se nachází bílkoviny – zásobníky energie
můžeme je dělit:
– a) jednoduché – obsahují ve svých molekulách pouze aminokyseliny
– b) složené – kromě bílkovinné složky obsahují ještě nebílkovinnou část, např. fosfoproteiny (obsahují kyselinu fosforečnou), glykoproteiny (obsahují sacharid) nebo lipoproteiny (obsahují lipidy)
o TUKY (lipidy): estery vyšších mastných kyselin (palmitová, olejová, stearová k.) s estery alkoholu (např. glycerol)
funkce:
– a) zásobárna energie: živočichové v tukové tkáni, rostliny v semenech
– b) stavební: fosfolipidy tvoří cytoplazmatickou membránu
– c) ochranná a tepelná
o NUKLEOVÉ KYSELINY: makromolekulární látky tvořené řetězci vzájemně spojených nukleotidů, jsou nositeli genetických informací, slouží k uchování a přenosu dědičných znaků z generace na generaci, rozlišujeme dva základní typy nukleových kyselin
rozlišení:
– DNA=deoxyribonukleová kyselin
– RNA=ribonukleová kyselina

Významné správné minerální výživy u rostlin
• UHLÍK: základní stavební prvek živých organismů
o hlavní zdroje: ze vzduchu CO2 (fotosyntéza), v menším množství v podobě HCO3-

• KYSLÍK: ze vzduchu jako O2, důležitý pro dýchání, k tvorbě organických látek, kyslík přijímán z H2O

• VODÍK: přijímán z H2O, v organických sloučeninách, má svou funkci pro energetiku metabolismu

• DUSÍK: nejsou schopné přijímat za vzduchu jako N2, to mohou jen některé sinice (vláknité s heterocystou) anebo hlízkovité bakterie (v symbióze na kořenech hlízkovitých rostlin)
o rostliny přijímají dusík ve formě NH4+ nebo NO3-
o nedostatek: omezuje růst rostlin (listů), snížený obsah chlorofylu (málo zelené), zkracuje se vegetační růst, časnější dozrávání semen
o nadbytek: oddálení kvetení, hromadění dusičnanů, pomalejší dřevnatění

• FOSFOR: z půdy v podobě iontů: H2PO4-, HPO42-
o význam: účastí se na látkovém a energetickém metabolismu, součást nukleových kyselin, ATP, vitamínů
o nedostatek: malé, bledě zelené listy, zpomalení růstu

• SÍRA: z půdy jako SO42-, součástí aminokyselin, málo potřebné; např. SO2 je toxický

• DRASLÍK: přijímán v draselných solích, v buněčné stěně vakuol
o funkce: zvyšuje odolnost rostlin vůči mrazu, ovlivňuje otevírání průduchů

• HOŘČÍK: přijímán jako Mg2+, součást chlorofylu, důležitý při buněčných dějích-dýchání, fotosyntéza

• VÁPNÍK: přijímán jako Ca2+, význam pro činnost buněčných membrán a ovlivňuje aktivitu některých enzymů a dělení buněk

• ŽELEZO: přijímáno jako kation, katalyzuje, obsažen v chlorofylu
o nedostatek: žloutnutí listů = chloróza, opad listů, snížení fotosyntézy a dýchání

Význam vody v buňce
• důležité rozpouštědlo, většina reakcí probíhá pouze ve vodě
• přímo se účastní metabolických procesů (dýchání, fotosyntéza)
• aktivita nukleových kyselin a bílkovin se projeví pouze v přítomnosti vody
• vysoká schopnost disociovat molekuly na ionty, dobrý vodič tepla
• vysoké specifické teplo, přes buněčné povrchy nejsnáze prostupují molekuly rozpuštěné ve vodě
• velká funkce při vzniku života: první rostliny ve vodě až po vytvoření O2 přechod na souš
• při pohybech a růstu rostlin, při oplození výtrusných rostlin (kapraďorosty, mechorosty, řasy)
• při rozšiřování plodů rostlin

• PŘÍJEM, VÝDEJ A VEDENÍ VODY V BUŇCE
o příjem H2O:
– nižší a ponořené vyšší rostliny přijímají celým povrchem těla; vyšší rostliny jsou zakořeněné a vodu přijímají kořenovým systémem (kořenovými vlásky)
– je ovlivněn množstvím vody v půdě, teplotou půdy (u rajčat a okurek se zastavuje příjem H2O při 4° C), je zajištěn pomocí difúze a osmózy
o vedení H2O:
– s vodou jsou zároveň vedeny i minerální látky – to je uskutečněno transpiračním proudem (pomocí xylému, cévic a cév)
o postup vody:

– kořenové vlásky (nasávání) → korový parenchym → dřevní parenchym (střední válec = ENDODERMIS) → cévy, cévice (xylém)
– voda vedena transpiračním proudem končícím v listech, voda stoupá rychlostí 1-50 m*h-1 (nejrychleji u lián), při vedení H2O se v rostlině uplatňuje:
– 1) TRANSPIRACE (vypařování): „dýchání přes něco“ (z latiny trans=přes; spirare=dýchat) = odpařování – výdej vody ve skupenství plynném, vypařování hlavně z listů- díky tomu je veden transpirační proud. Dělení:
• a) stomatární = odpařování vody pomocí průduchů (STOMAT) z buněk listového mezofylu jde voda do mezibuněčného -90%, kolísá podle otevírání průduchů
• b) kutikulární = odpařované kutikulou, u mladých rostlin s tenkou kutikulou méně než 10%, vypařování celým povrchem listů
– maximální před polednem, v poledne snížení, odpoledne stoupá, večer klesá, odpovídá otevírání průduchů
– 2) KOHEZE : kohezní síly – podílejí se na udržování vodního sloupce, působí mezi molekulami – 3) KOŘENOVÝ VZTLAK: vytlačování vody do nadzemních částí rostliny, funguje zejména z jara, kdy nejsou listy-např. projev při poranění v této době vytéká míza
o výdej vody:
– transpirace – ve stavu plynném
– gutace – ve stavu kapalném, z latinského gutta=kapička; voda je vydávána hydatody, časně ráno po chladné noci, kde je atmosféra plná vodních par a není možná transpirace, př. kontryhel, rostliny v pralesech, projev kořenového vztlaku, gutační voda obsahuje minerální látky
asi 1% přijaté vody využije rostlina ke svému metabolismu, transpirační koeficient – udává, kolik gramů vody potřebuje rostlina na vytvoření 1g sušiny, intenzita transpirace – rychlost odpařování vody

Příjem (výdej) látek do buňky

• PASIVNÍ PŘÍJEM = Osmotické jevy: buněčná stěna je permeabilní, ale cytoplazmatická membrána je semipermeabilní, tyto membrány kontrolují vstup látek do buňky a výstup látek z buňky
o a) DIFÚZE = fyzikální pochod, při kterém probíhá transport částic (molekul) z míst s vyšší koncentrací do míst s nižší koncentrací částic (z koncentrovanějšího roztoku do zředěného roztoku) – podle koncentračního spádu, bez energie – takto pronikají molekuly močoviny, alkoholu, barviva, jedy, léčiva – díky současnému pronikání vody v opačném směru dochází k vyrovnávání koncentrace
o b) OSMÓZA = zvláštní případ difúze, při které pronikají snadno a rychle pouze molekuly vody, osmotický tlak = hydrostatický tlak ve směru opačném než probíhá osmóza – rozeznáváme další případy osmózy: plazmolýza, plazmoptýza
– plazmolýza: buňka se nachází v hypertonickém prostředí = koncentrace látek je větší vně buňky než uvnitř, voda uniká z buňky, protoplast se smršťuje a odděluje od buněčné stěny – př. posolená ředkvička, okurka
– plazmoptýza (deplazmolýza): buňka je v hypotonickém prostředí = uvnitř buňky je vyšší koncentrace než vně – voda jde do buňky, buňka může prasknout, př.: třešně po dešti praskají, pylová zrnka
– buňka v prostředí izotonickém = stejná koncentrace uvnitř i vně (-nic se neděje)
o v důsledku příjmu vody tlačí vakuola na buněčnou stěnu a tím vzniká tlak = turgor – naopak buněčná stěna působí tlakem buněčné stěny na protoplast v opačném směru

• AKTIVNÍ PŘÍJEM: je zapotřebí energie
o ENDOCYTÓZA
– pinocytóza: přenos kapalných částic – do buňky se dostane koloidní roztok bílkovin, vklesnutím do membrány
– fagocytóza: přijímaní celých pevných látek, př. měňavky, některé bílé krvinky
o EXOCYTÓZA
– opak endocytózy, kdy z buňky jsou vylučovány odpadní látky, pinocytární váček splyne s cytoplazmatickou membránou a obsah je vyvržen z buňky

Vodní bilance
• = poměr mezi příjmem a výdejem vody
• optimální bilance – příjem a výdej v rovnováze
• vodní deficit – větší ztráty než příjem, klesá turgor, rostlina vadne (vratně = reverzibilně, nevratně = ireverzibilně)

Růst a vývoj rostlin
• RŮST = nenávratné zvětšování objemu a hmotnosti, spojeno se změnami tvaru a vnitřního uspořádání rostlinných orgánů, projev života
• rostliny rostou na rozdíl od živočichů během celého života
• růst rostlin je způsoben vlastním buněčných dělením a vlastním růstem buněk (u jednobuněčných po dosažení určité velikosti se jednobuněčný organismus rozdělí na dva – jedna buňka na dvě dceřinné)

• 3 RŮSTOVÉ FÁZE ROSTLIN

o Zárodečná (EMBRYONÁLNÍ): buňky se neustále dělí, zvětšuje se jejich počet, tyto buňky se nachází v dělivých pletivech – v meristémech – ve vzrostlém vrcholu kořene, stonku a listů a v druhotném dělícím pletivu; nárůst cytoplazmy těchto buněk
o Prodlužovaní (ELONGAČNÍ): buňky se už nedělí, vakuoly nasávají hodně vody, zvětšují svůj objem až nakonec splývají v jednu velkou vakuolu, množství cytoplazmy zůstává nezměněno, cytoplazma i s jádrem zatlačena vakuolou v buněčné stěně
o Rozlišovací (DIFERENCIAČNÍ): buňky se tvarově odlišují a rozrůzňují se (specializují se) k vykonávání určité funkce, vznik buněk krycích a vodivých pletiv, trachomů a orgánů. Růst do objemu

• Růst rostlin probíhá za určitých podmínek (FAKTORŮ):

o VNĚJŠÍ
– Světlo: důležité pro fotosyntézu, při jeho nedostatku nastává ETIOLIZACE = nápadné prodlužování článku stonků, bledě žlutá barva, méně vyvinutá mechanická pletiva, potlačení růstu listů, např. rostliny ve tmě, klíčení brambor; světlomilné – slunečnice, stínomilné – hajní byliny
• Etiolizace je důležitým mechanismem, díky kterému jsou rostliny například zasypány hlínou schopny rychle bez energetických ztrát vyrůst za sluncem. V praxi například v hustých podrostech, využíváno u zeleniny – etiolizovaná zelenina je dobře poživatelná
– Teplota: minimum – růst začíná, maximum – růst se zastavuje, optimum – nejrychlejší růst
– Voda: nezbytná v zárodečné a prodlužovací fázi… + živiny
– Znečištění prostředí: nepříznivě působí na růst

o VNITŘNÍ = FYTOHORMONY
– FYTOHORMONY = rostlinné hormony – jsou syntetizovány v určitých pletivech vyšších rostlin, z místa vzniku se vodivými pletivy dostávají do jiné části rostliny a zde v malých koncentracích ovlivňují růst a vývoj rostlin
– STIMULÁTORY RŮSTU (podporují růst) – auxiny, cytokininy, gibereliny
• Auxiny:
o Podpora prodlužovacího růstu, zakládání adventivních kořenů
o tvoří se ve vrcholech stonků a nejmladších listech, brzdí růst postranních pupenů stonku, tedy odříznutím vrcholu stonku se podnítí růst postranních větví z pupenů-využití při řezu dřevin (chceme-li, aby rostla rostlina do šířky a ne do výšky), ve vysokých koncentracích auxin růst brzdí
• Cytokininy: tvoří se v kořenech, urychlují buněčné dělení, zpomalují stárnutí listů , stimulují klíčení semen
• Gibereliny: vznikají v nejmladších listech a kořenech, urychlují růst orgánů, přerušují období klidu u semen, hlíz a cibulí, vyvolávají tvorbu bezsemenných plodů. Podporují využívání zásobních látek pro získání živin pro růst.
– INHIBITORY RŮSTU (zastavují růst) – kyselina abscisová, etylen
• Kyselina abscisová: tvoří se v dospělých listech, semenech, plodech; způsobuje opad listů = abscise a plodů;
o potlačuje rozvíjení pupenů v době vegetačního klidu, brání vstupu K+ do svěracích buněk (při uzavření průduchů)
o navozuje Dormanci – stav klidu, odpočinku
• Etylen: uvolňuje se ze zralého ovoce, urychluje zrání plodů (např. banánů)

o Rychlost růstu bývá větší v noci než ve dne

• 4 VÝVOJOVÉ FÁZE (období) – u vyšších rostlin
o Embryonální – vývoj embrya od vzniku zygoty po dozrání semene
o Vegetativní – začíná klíčením semene, vytváří se vegetativní orgány; rozmnožování pouze nepohlavní
o Období dospělosti – vznikají generativní orgány, tvorba gamet a výtrusů; pohlavní rozmnožování
o Období stárnutí – odumírání jednotlivých orgánů i celé rostliny, převládají katabolické děje, rozmnožování neprobíhá

• DORMANCE = období vegetačního klidu – během ontogeneze nastává jednou nebo víckrát, rostlina zastavuje růst, snižuje metabolismus, semena neklíčí
• RŮSTOVÉ KOLERACE – projev celistvosti rostlinného těla – vzájemné působení a ovlivňování jednotlivých částí těla, orgán ve spojení s rostlinou se chová jinak, než když je oddělen (z odděleného listu vyrůstají kořeny); cílem je opětovné dosažení rovnováhy
• POLARITA RŮSTU – na rostlině i jejích orgánech je rozlišen vrcholový = apikální pól – narůstají z něho prýty, a spodní = bazální pól – regenerují z něho kořeny
o důležité při roubování – podnož a roub srostou pouze po přiložení opačnými póly
• REGENERACE = obnova nebo nahrazení ztracených částí
o fyziologická – náhrada opotřebovaných nebo ztracených částí
o patologická – nahrazování odejmutých orgánů nebo zacelování ran (odříznutá větev)
• HOJIVOVÉ PLETIVO = KALUS – zaceluje rány
• životní cyklus = doba života – od vzniku zygoty po uhynutí rostliny
Hnojiva
• ORGANICKÁ (statková) – hnůj, močka, kompost, zelené hnojení
• PRŮMYSLOVÁ – dusíkatá – KNO3
fosforečná – superfosfát
draselná – KCl
vápenatá – mletý CaCO3, pálené vápno
kombinovaná – NPK
o dusičnany v půdě – přehnojení – splach do vod, velký obsah v zelenině – rakovinotvorné
o biominerální hnojiva – s přídavkem rohoviny a stopových prvků
o specializovaná hnojiva – pro rajčata, jahody, …
o zelená hnojiva – hrách (hlízkovité bakterie), hořčice, jetel, vikev (vysoký obsah minerálů)