Last update: VOTRUB (22.05.2003)
1. Plant physiology as part of experimental botany. Special features of plants among living organisms. Characteristics of basic plant structure. Hierarchical structure of plants. History of plant physiology.
2. Plant growth regulators and phytohormones. Differences between plant and animal hormones. Auxins, cytokinins, gibberellins, ethylene, abscissic acid. Synthesis, translocation and effects of individual phytohormones, their role in the interaction between plants and their environment. Use of phytohormones and groth regulators in conventional agriculture and plant biotechnologies.
3. Photosynthesis 1: its role on the planet. Radiation energy, Stefan-Boltzmann law and Wienś displacement law. Physiological effects of individual plant spectral regions. Photoautotrophy and heterotrophy. Energy balance of a leaf. Photosynthetic structures. Radiation energy and carbon dioxide fixation. Photorespiration. C3, C4 and CAM plants.
4. Photosynthesis 2:The effects of both external and internal factors on the rate of photosynthesis. Growth analysis. Crop productivity. CO2 concentration and global climate change. Translocation and allocation of photosynthate. Source and sink.
5. Respiration: Mitochondria, Krebs cycle, oxidative phosphorylation, cyanide resistant respiration. Growth and maintenance respiration. Growth efficiency. Respiration and photosynthesis.
6. Water relations: Water content in plants, water saturation deficiency. Physical properties of water. Adhesion and cohesion. Water potential and its components (osmotic, pressure, gravimetric, matric). Soil-plant-atmosphere continuum. Transpiration as diffusion of water vapour. Stomata and the effects on their opening and closing.
7. Mineral nutrition. Elemental composition of plant dry matter. Uptake, transport and utilization of the most important mineral elements.. Atmospheric nitrogen fixation. Leaf analysis and nutrient deficiency symptoms. Fertilizers and their importance in crop production.
8. Growth and development. Life cycle of plant cells. Growth phases: division, differentiation, elongation, senescence, death. Cell, tissue and organ differentiation. Developmental phases. Bud, seed and fruit dormancy. Receptors of red, blue and ultraviolet light. Phytochrom. Vegetative and reproductive development. Photoperiodism. Vernalization. Floral initiation.. Molecular biological aspects of flowering.
9. Plant movements. Molecular-cellular basis of unicellular and multicellular movement of organisms. Physical and vital plant organ movements. Tropism, nastie.
10. Stress physiology. Abiotic and biotic stress.. Interaction between host plant and pathogen. Mykorhiza. The effects of temperature extremes, oxygen deficiency, salination. Heavy metals and aluminium toxicity. Resistance and tolerance. Stress proteins. Bioremediation. Allelopathy. Phytoalexines, phytoanticipines. Programmed cell death and its role in plant life.
11. Vegetative and generative plant propagation in vivo and in vitro. Plant regeneration x cell theory (Schleiden, Schwann). Methodology of tissue and cell culture, plant biotechnologies. Practical use of in vitro cultures in breeding. Genetically modified organisms : prospects, profits and risk assessment.
12. Practical courses: Principles and interpretation of methodical processes trained in practical course.
Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (13.10.2011)
1.Přednáška: Formování a struktura předmětu biologie rostlin, Buněčné základy specifik životní strategie rostlinného organizmu.
Definice oboru, předmět studia, metody. Teoretický i aplikační účel biologie rostlin. Filosofie udržitelného rozvoje i rostlin pro budoucnost. Globální problémy a vklad experimentální biologie rostlin: význam fotosyntézy, GMO pro zemědělství; Formování oboru "fyziologie rostlin" v kontextu rozvoje přírodních věd - Hook, Sachs, Liebig, Haberlandt, Němec. Buněčná teorie (Schleiden, Schwann, Sachs) v teorii a praxi. Principy regenerace rostlin in vitro. Specifické struktury a funkce buňky rostlinné: Plastidy, struktura a funkce. Endosymbiotický původ, Buněčná stěna - vznik, struktura, funkce mechanická, ochranná, signální. Vakuom.
2. Přednáška: Fotosyntéza I.
Obecný význam fotosyntézy pro život na zemi. Světlo jako elektromagnetické záření - fyzikální zákony. Evoluce fotosyntézy, fotosyntetické struktury, původ plastidů. Fotosyntetické pigmenty, absorpce fotonu a přenos energie. Elektrontransportní řetězec -proteinové komplexy na thylakoidní membráně. Cyklický a necyklický přenos elektronů. Calvinův cyklus, regulace aktivity enzymu Rubisco, fotorespirace. C4 a CAM fotosyntéza, princip, ekofyziologické aspekty. Fotosyntéza v porostu, fotoinhibice.
3.Přednáška: Fotosyntéza II. Dýchání
Fotosyntéza: Faktory ovlivňující rychlost fotosyntézy. Transport a distribuce asimilátů, mechanizmus transportu. Principy měření rychlosti hrubé a čisté fotosyntézy. Dýchání: Energetický metabolismus rostlin: fotosyntéza a dýchání, Význam dýchání pro rostliny, Stavba mitochondrií, Základní procesy respirace: glykolýza, Krebsův cyklus, oxidativní fosforylace, Dýchání rezistentní ke kyanidu, princip a význam, Faktory ovlivňující rychlost dýchání. Vztah mezi fotosyntézou a dýcháním, interakce chloroplastů a mitochondrií Složky dýchání (udržovací, růstová, …)
4. Přednáška: Vodní provoz
Funkce vody v rostlinách, adaptace pro život na souši. Fyzikální vlastnosti vody významné pro život rostlin. Obsah vody v rostlinách, transpirační koeficient. Příjem vody kořeny, symplast a apoplast, endodermis, akvaporiny. Význam koheze a adheze při transportu vody v rostlině. Výdej vody; transpirace jako difúze vodní páry, gutace. Stavba a funkce průduchů, faktory ovlivňující otevřenost průduchů. Vodní potenciál a jeho složky (osmotický, tlakový, gravitační a matriční). Rostliny homoiohydrické a poikilohydrické, ekofyziologické adaptace.
5. přednáška: Signalizace u rostlin I
Genová exprese a přenos signálu - základní pojmy a specifika rostlin. Typy signálu - externí, interní, biotické, abiotické. Úrovně komunikace v rostlinném těle. Přehled signálních drah u rostlin - receptory, receptorové kinázy, fosfolipidový signální systém, MAP kinázové kaskády, řízená proteolýza transkripčních faktorů. Neurobiologie" rostlin. Fytohormony - definice, porovnání s hormony živočišnými. Auxiny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, transport v rostlině, hlavní fyziologické účinky, apikální dominance, tropické odpovědi. Cytokininy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, buněčné dělení, apikální dominance. Gibereliny - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, klíčení. Abscisová kyselina - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, dormance. Etylén - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky, trojná odpověď. Brasinosteroidy - historie objevu, chemická struktura, biosyntéza, metabolismus, mechanismus účinku, hlavní fyziologické účinky.Kyselina salicylová, kyselina jasmínová - odpověď na patogeny. Další látky s růstově regulační funkcí - polyaminy, proteinové hormony, fenolické látky, karotenoidy. Interakce hormonálních signálů - auxiny-cytokininy při organogenezi, gibereliny-kyselina abscisová při dormanci a klíčení, úrovně interakce signálních kaskád spouštěných fytohormony
6. přednáška: Buněčné základy růstu a morfogeneze rostlin. Pohyby rostlin, rytmicita
Definice pojmů - růst, vývoj, morfogeneze, diferenciace, dediferenciace, totipotence. Mechanismy růstu buněk a rostlin - dělivý a elongační růst, typy elongačního růstu, polarita buněk a orgánů a mechanismy jejího navození a udržování. Buněčný cyklus - regulační faktory a mechanizmy, fáze cyklu, kontrolní body. Pohyby rostlin - fyzikální pohyby, vitální pohyby. Mechanismy, výkonné struktury, regulace. Rytmicita u rostlin - klasifikace rytmů, mechanismy regulace.
7. Přednáška: Rostlinné biotechnologie, využití transgenních rostlin v základním výzkumu a v zemědělství
Rostlinné biotechnologie: Metodologie klasického šlechtění rostlin, mutageneze, marker-assisted breeding. Principy přípravy geneticky modifikovaných rostlin. Somatická embryogeneze a organogeneze in vitro. Metody transformace rostlinných buněk. Využití transgenních rostlin ve výzkumu, inserční mutageneze, modulace exprese genů, fúze s reportérovými geny. Praktické využití transgenních rostlin; příklady, zhodnocení možných rizik.
8. Přednáška: Vývojová biologie I:
embryogeneze, vegetativní fáze vývojeŽivotní strategie rostlin - usedlý způsob života, kontinuální diferenciace, absence kmenových buněk a poziční určení buněčného osudu, totipotence rostlinných buněk, buněčná stěna. Iniciace a regulace vývojových drah - genová exprese a její regulace, organizace DNA, transkripce, posttranskripční úrovně regulace genové exprese. Embryogeneze:Formování embrya po oplození (partenogeneze, apomixie, a další méně časté způsoby vzniku embryí), polarizace embrya, diferenciace a zakládání orgánů. Vegetativní fáze vývoje. Buněčné dělení a "pattern formation" - meristémy a jejich úloha ve vývoji rostlinného těla, zakládání a vývoj, vývoj kořene. Fotomorfogeneze - fytochrom a regulace červeným světlem (klíčení semen, informace o okolním porostu, délka dne a přechod do generativní fáze vývoje), fotofyziologie regulace růstu a vývoje modrým světlem (aktivita průduchů, stimulace asymetrického růstu), růstové regulátory .
9. Přednáška: Minerální výživa rostlin
Minerální výživa rostlin: vymezení pojmu. Historické milníky: A. Thaer, J. Liebig,. J. Sachs, V. Mitscherlich. Kriteria nezbytnosti prvků pro rostliny. Obsah prvků v rostlinách, zákon minima. Transportní mechanismy příjmu živin, aktivní a pasivní přenos přes membránu. Příjem, transport a utilizace iontů: dusík - redukce nitrátů, asimilace atmosférického N2), přeměny N sloučenin v půdě, jejich příjem a asimilace v rostlině. Půda a její složení, Funkce jednotlivých prvků v rostlinách, symptomy deficitu živin. Globální cykly minerálních živin C, N, P antropogenní vlivy na ně.
10. Přednáška: Vývojová biologie II:
Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin Generativní fáze vývoje. Rozmnožování rostlin. Květní meristémy a květní orgány - apikální meristém, květní meristémy, květní orgány, regulace iniciace a tvorby květních orgánů (geny meristémové identity, katastrální geny, geny identity květních orgánů, ABC(DE…) model identity květních orgánů). Signály květní indukce - fotoperiodismus (cirkadiální rytmicita, role fytochromů a kryptochromů, regulace květní indukce světlem), vernalizace, chemické signály květní indukce (důkazy existence chemického přenosného signálu květní indukce, chemická podstata florigenu, role fytohormonů, multifaktoriální indukce kvetení). Regulace pohlavního rozmnožování - makrosporogeneze a makrogametogeneze, mikrosporogeneze a mikrogametogeneze, pylová embryogeneze, regulace procesů sporogeneze a gametogeneze na úrovni exprese genů, PCD a její úloha při vývoji reprodukčních orgánů, opylení, pylová inkompatibilita a cytoplasmatická samčí sterilita, oplození. Tvorba a růst plodů, vznik semen po oplození, vznik semen bez oplození, založení, růst a zrání plodů, klíčení semen. Nepohlavní rozmnožování. Dormance, senescence a programovaná buněčná smrt. Dormance - definice a význam, dormance pupenů, dormance semen. Stárnutí, programovaná buněčná smrt, úloha PCD ve specifických situacích vývoje a růstu rostliny).
11. Přednáška: Rostlina a stres.
Stresová biologie rostlin: Definice základních pojmů - stresor, stres, adaptace, aklimace , avoidance. Obecná strategie živých organizmů v reakci na stresové faktory prostředí . Strategie života rostlin - reakce na stres, stresové proteiny. Stres: induktor fenomenů senescence a (programované) buněčné smrti. Skupiny abiotických a biotických stresorů a stresových reakcí. Reakce rostlin na jednotlivé abiotické stresory. Reakce rostlin na jednotlivé biotické stresory. Těžké kovy (příjem, stres).
12. Přednáška: Rostlina v systémech, soužití s dalšími organismy.
Biologie ekosystémů zahrnujících vegetaci (rostliny) Rostliny - hierarchické úrovně zkoumání rostlin: vztah rostlin k dalším biotickým složkám ekosystému (- patogen- parazit - saprofyt, heterotrofní výživa, symbióza). Symbiózy: fixace vzdušného dusíku, mechanismy, různé typy soužití s diazotrofními organismy - nodulující symbiózy, nenodulující symbiózy (sinice), asociace s bakteriemi. Mykorhiza - přijem živin (důraz na P) význam pro zemědělství. Rostliny jako součást ekosystémů - služby ekosystémů, přírodní ekosystémy, zemědělské ekosystémy . Vliv vegetace na klima planety : evapotranspirace, energetické toky v krajině, koncentrace atmosférického CO2.
