Last update: RNDr. Jana Rubešová, Ph.D. (12.12.2006)
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: RNDr. Jana Rubešová, Ph.D. (12.12.2006)
1. Fyziologie rostlin (FR) jako obor experimentální botaniky: Předmět a metody FR, znaky vymezující rostliny a jejich funkce mezi živými organismy (evoluční význam charakteristických struktur: celulózní buněčná stěna, chlorofyl, vakuola, průduchy, meristémy, semena), hierarchická struktura rostlin. Osobnosti dějin FR.
2. Regulátory rostlinného růstu (RRR) / fytohormony (FH) Vysvětlení pojmů RRR a FH, základní odlišnosti rostlinných a živočišných FH. Stimulátory a retardanty. Historie objevů hlavních tříd FH (auxiny, cytokininy, gibereliny, etylen, kys. abscissová). Místa syntézy FH v rostlině, transport FH. Specifikace metabolického / biologického účinku jednotlivých typů RRR / FH, jejich signálních drah , příklady: vliv na růstové a vývojové procesy, transport, stresové reakce. Úloha FH v interakcích rostlina x prostředí, rostlina x mikroorganismy. Využití FH a RRR v rostlinných biotechnologiích i v konvenční zemědělské praxi.
3. Fotosyntéza 1 .Význam fotosyntézy (potraviny, krmiva, suroviny, energie, složení atmosféry)
Sluneční záření: spektrum (energie kvanta, vliv teploty na vyzařovanou energii, zákon Stefanův-Boltzmanův, Wienův zákon posuvu), fyziologické účinky jednotlivých spektrálních oblastí. Tok hmoty a energie: koloběh látek (org. látky, O2, CO2), výměna hmoty, energie a informací mezi rostlinou a obklopujícím ji prostředím. Auto- hetero- a mixotrofie.Základy energetické bilance listu, formy energie přijímané a vydávané listem. Fotosyntetické struktury: chloroplasty a pigmenty (chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny). Fixace zářivé energie (přenos elektronů, tvorba ATP, redukce NADP+) a CO2, fotorespirace. Rostliny C3, C4 a CAM (charakteristické struktury a procesy).
4. Fotosyntéza 2. Vliv vnějších (koncentrace CO2, ozářenost, teplota, O2) a vnitřních (obsah minerálních živin a vody, anatomické struktury, stáří) faktorů na rychlost fotosyntézy. Růstová analýza (LAI, RGR, NAR). Charakteristika produktivity porostů (pokryvnost listoví, prostorová orientace listů, sklizňový index). Skleníkový efekt na Zemi a vliv zvyšující se koncentrace CO2 na globální změny klimatu.Transport a distribuce asimilátů, mechanizmus transportu, sink.
5. Dýchání. Stavba mitochondrií, glykolýza, Krebsův cyklus, oxidativní fosforylace, dýchání rezistentní ke kyanidu. Vliv vnějších a vnitřních faktorů na rychlost dýchání. Vztah mezi fotosyntézou a dýcháním. Složky dýchání (udržovací, růstová, transportní, dýchání spojené s příjmem a asimilací nitrátu. Účinnost růstu. Principy metod měření rychlosti fotosyntézy, fotorespirace a dýchání. Matematické modely fyziologických procesů (fenomenologické a funkční, příklady jednoduchých i komplexních modelů). Metabolizmus sacharidů, bílkovin, tuků, heterocyklických a aromatických látek.
6. Vodní provoz 1: Obsah vody v rostlinách, vodní sytostní deficit. Fyzikální vlastnosti vody významné pro život rostlin. Význam koheze a adheze pro výstup vody v kapiláře, aplikace na vstup vody do rostlin. Jistoty a pochybnosti kohesní teorie. Vodní potenciál a jeho složky (osmotický, tlakový, gravitační a matriční), vodní potenciál vodní páry ve vzduchu. Uplatnění vodního potenciálu v příjmu, vedení a výdeji vody. Vodní potenciál jednotlivých složek celého systému "Půda - rostlina - atmosféra". Transpirace jako difuze vodní páry, odvození difuzních odporů (hraniční vrstvy, průduchů, intercelulár, mesofylu) a způsoby jejich stanovení. Stavba a funkce průduchů, vliv vnějších faktorů na otevřenost průduchů, metabolické principy otevírání a zavírání průduchů..Význam vodního provozu rostlin pro pěstování rostlin a životní prostředí.Principy metod měření příjmu, transportu a výdeje vody.
7. Minerální výživa: Obsah prvků v rostlinách, změny během ontogeneze, závislost na jejich obsahu ve vnějším prostředí. Příjem, funkce a utilizace iontů. Koloběh N, P, K v přírodě. Půda a její složení, přeměny N sloučenin v půdě. Dusík: asimilace a význam pro rostlinu, vliv na rychlost čisté fotosyntézy. Diazotrofní organismy. Symptomy deficitu živin. Testy pro stanovení stavu zásobení rostlin minerálními živinami. Zákon minima. Listová analýza (anorganické rozbory živin), hnojení a jeho význam v produkci potravin i vliv na životní prostředí.
8. Růst a vývoj rostlin. Základní pojmy: růst a vývoj rostlin, životní cyklus rostlinných buněk. Růstové fáze: dělení, růst dlouživý a objemový, diferenciace, stárnutí, smrt. Projevy růstu a způsoby jejich měření. Diferenciace buněk, pletiv a orgánů. Vnitřní a vnější činitelé růstu. Vývojové fáze, etapy: embryonální, juvenilní, zralosti, stárnutí. Dormance pupenů, plodů a semen, základní mechanismy. Vývojový účinek záření, vliv na tvorbu květů a hlíz, vliv na klíčení semen. Receptory záření červeného, modrého a UV. Fytochrom: charakteristika a biologická funkce. Fotomorfogeneze a skotomorfogeneze. Vývojový účinek teploty: vernalizace, stratifikace.Vegetativní a reproduktivní fáze vývoje: fotoperiodizmus, rostliny krátkodenní, dlouhodenní, neutrální. Jarovizace x fotoperiodická regulace kvetení. Úloha FH a "nehormonálních" látek v indukci kvetení. Molekulárně-biologické aspekty kvetení, homeotické geny.
9. Pohyby rostlin Molekulárně-buněčné principy pohybů jednobuněčných a mnohobuněčných organismů. Vnitrobuněčné pohyby rostlin, projevy a mechanismy."Pohyby" fyzikální a pohyby vitální: lokomoční a paratonické. Tropizmy: typy, příklady, mechanizmy geotropizmu a fototropizmu. Nastie: typy, příklady, mechanizmy.
10. Fyziologie stresu: základní typy stresu, průběh stresové reakce, adaptace na stres. Příklady a mechanismy různých typů abiotického stresu: teplotní (vysoká teplota), chladový, vodní stres, mrazové poškození, nedostatek kyslíku, vliv zasolení/osmotický stres. Účinek těžkých kovů, interakce nízkého pH a hliníku. Účinky dalších xenobiotik. Společné mechanizmy stresových reakcí, stresové proteiny, resistence x tolerance. Bioremediace. Typy biotického stresu: alelopatie, interakce s býložravými živočichy, působení patogenních mikroorganizmů. Signalizace rostlina x patogen: elicitory, fytoalexiny / fytoanticipiny. Patotoxiny. Kombinovaný účinek patogenů, pasivní a aktivní ochrana. Hypersensitivní reakce. Programovaná buněčná smrt a její úloha v životě rostliny. Saprofytizmus, parazitizmus. Symbiotická fixace molekulárního dusíku: symbioza nodulující, nenodulující a asociativní. Interakce rostlina x symbiont: signalizace a selektivní genová aktivace. Mykorhiza: typy a principy interakce rostlina x symbiont.
11. Generativní a vegetativní rozmnožování rostlin in vivo, příklady, typy a principy regeneračních procesů. Buněčná teorie Schleiden / Schwann, její postupné experimentální ověření metodologií explantátových kultur (EK). Základní techniky EK: buněčné kultury, somatická a pylová embryogeneze, organogeneze, somatická hybridizace, transgenní rostliny. Rostlinné biotechnologie v zemědělství a lesnictví: explantátové ozdravování, množení a šlechtění kulturních rostlin, produkce primárních a sekundárních metabolitů. Přínosy a rizika genových manipulací.
12. Praktická cvičení. Principy a interpretace metodických postupů z praktických cvičení.
