Plant ecophysiology and ecosystems - MB130P90

• Title: Ekofyziologie rostlin a ekosystémy
• Czech title: Ekofyziologie rostlin a ekosystémy
• Guaranteed by: Department of Experimental Plant Biology (31-130)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2019
• Semester: summer
• E-Credits: 3
• Examination process: summer s.:oral
• Hours per week, examination: summer s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: 5
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
• Teacher(s): RNDr. Lubomír Adamec, CSc.; prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.; prof. doc. Ing. Miloš Barták, CSc.; Dr. Martin Bouda; doc. RNDr. Pavel Cudlín, CSc.; prof. RNDr. Hana Čížková, CSc.; doc. Mgr. Josef Hájek, Ph.D.; Mgr. Andrea Kučerová, Ph.D.; Mgr. Zuzana Lhotáková, Ph.D.; RNDr. Jan Ponert, Ph.D.; doc. Mgr. Otmar Urban, Ph.D.

Annotation

English

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (29.10.2019)

The course will recall the basic physiological processes taking place in plants with a focus on plant functions in ecosystems and its main aim is to interconnect views and approaches applied in plant ecophysiology, hydrobiology, geobotany and landscape ecology. Plants mediate flows of energy, water and elements and, thus, affect their environment. Structural and physiological adaptations of plants to the limiting factors of different types of environment, the influence of plants on the environment will be discussed. An important aspect for plants in ecosystems is the interaction of plants with the abiotic environment and organisms. Attention is paid to the active role of plants in determining the local climate and the role of the forest in water circulation. Ecosystem services provided by plants will also be discussed. The lecture course will end with an examination in a combined, ie written and oral form. Furthermore, remote vegetation research will be discussed, as remote sensing methods, especially reflectance, contribute to the study of plant functions in ecosystems. It is necessary to attend a lecture in Plant Anatomy or in Plant Anatomy and Morphology and one of the lectures in Plant Physiology or the course Physiological Functions of Plants in Ecosystems.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (03.02.2021)

Přednáška má za cíl vybudovat studentům nadstavbu na znalosti z fyziologie a anatomie rostlin a umožnit tak chápání zásadních úloh rostlin v kontextu fungování ekosystémů i celé planety Země. Kurz navazuje na přednášku MB130P22 Fyziologické funkce rostlin v ekosystémech.
Rostliny budou představeny ve své rozmanitosti jako zásadní pro fungování života na Zemi v jeho současné podobě v různých i extrémních prostředích. Důraz bude kladen na vzájemnou interakci rostlin s jejich prostředím – abiotickými i biotickými faktory, jak rostliny reagují na faktory prostředí a jak fyziologické funkce rostlin v ekosystémech podmiňují funkce a vlastnosti určitých ekosystémů až po úlohu rostlin v globálních procesech koloběhů látek, tocích energie a tvorbě klimatu Země. Kromě fyziologických funkcí budou probrány různá přizpůsobení rostlin různým ekologicky výrazným prostředím, ať již adaptační, evolučně podmíněná, nebo aklimační v rámci plasticity odpovědi rostlin na faktory prostředí během ontogeneze. Na příkladech jednotlivých ekosystémů bude věnována pozornost mimořádným schopnostem rostlin adaptovat se na nejrůznější environmentální podmínky. Přednáška se bude věnovat i současně probíhající klimatické změně a jejímu vlivu na rostliny a jak rostliny ovlivňují klima planety. Též budou probrány ekosystémové služby, které rostliny poskytují. Dále bude probrán dálkový průzkum vegetace, jak metody dálkového průzkum, především reflektance, přispívají ke studiu funkcí rostlin v ekosystémech.
Kurz představí vybrané problematiky z ekofyziologie rostlin v kontextu jejich fungování v určitých ekosystémech v podání různých odborníků na danou problematiku v České republice.
Je nutné předem absolvovat buď přednášku z Anatomie rostlin nebo z Anatomie a morfologie rostlin a některou z přednášek Fyziologie rostlin nebo kurz Fyziologické funkce rostlin v ekosystémech, na nějž kurz navazuje a rozvíjí problematiky v tomto kurzu probírané o nové aspekty.

Literature

English

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (29.10.2019)

Recommended literature:

Robert M.M. Crawford: Studies in plant survival

Walter Larcher: Physiological plant ecology

Hans Lambers at al.: Plant physiological ecology

Recent literature / papers will be available during the lectures.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (20.02.2020)

Doporučená literatura:

Schulze, E.-D., Beck, E., Buchmann, N., Clemens, S., Müller-Hohenstein, K., Scherer-Lorenzen, M., 2018: Plant Ecology

Robert M.M. Crawford: Studies in plant surfoval

Walter Larcher: Physiological plant ekology (vydáno rovněž v češtině: Fyziologická ekologie rostlin)

·         Crawford R.M.M. (1990): Studies in Plant Survival, Ecological case histories of plant adaptation to adversity. Blackwell Scinetific Publications.

·         Larcher W. (1988, 2003): Fyziologická ekologie rostlin, Academia. Physiological plant ecology, Springer.

·         Nátr L. (2011):  Příroda, nebo člověk? Služby ekosystémů. Karolinum 2011, ISBN 9788024618883.

·         M. Kravčík, J. Pokorný, J. Kohutiar, M. Kováč, E. Tóth: Voda pre ozdravenie klímy - Nová vodná paradigma, Krupa Print, 2007

·         Nátr L.: Koncentrace CO2 a rostliny. Nakl. ISV. Praha. 2000.

·         Nátr L.: Fotosyntetická produkce a výživa lidstva. Nakl. ISV. Praha. 2002.

Pokorný J. 2015, Hospodaření s vodou v krajině - funkce ekosystémů. (UJEP, Ústí nad Labem, skriptum, které bude postupně upraveno a  rozšířeno pro kurz Ekofyziologie rostliny a ekosystémy

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Helena Lipavská, Ph.D. (29.04.2016)

Písemný test + případné přezkoušení na základě testu. Referát.

Syllabus

Last update: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D. (06.03.2020)

Přednášející:

Prof. RNDr. Jana Alchtová, Ph.D. (KEBR PřF UK), Prof. Miloš Barták (MU Brno), Doc. Otmar Urban (ÚVGZ AV ČR), prof. RNDr. Hana Čížková, CSc. (Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta), Dr. Lubomír Adamec (BÚ AV ČR Třeboň), Dr. Andrea Kučerová (BÚ AV ČR Třeboň),  doc. Pavel Cudlín (ÚVGZ AV ČR), Dr. Martin Bouda (BÚ AV ČR Průhonice), Dr. Zuzana Lhotáková (PřF UK Praha), Dr. Jan Ponert (PřF UK Praha).

 

1. Přednáška: Rostliny v ekosystémech a biomech, ekologické limity prostředí, adaptace rostlin

Přednášející: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.

 

·       Ekologické limity prostředí: faktory abiotické, biotické

·       Odezva rostlin na faktory prostředí - aklimace a adaptace, tolerance a avoidance, stresové odezvy

·       Globální distribuce záření a srážek, lokální podmínky prostředí (záření, srážky), gradient nadmořské výšky

·       Ekosystém – definice, toky látek informací a energie

·       Biosféra

·       Základní klimatické pásy Země

·       Biomy, přehled terestrických biomů Země

·       Životní formy rostlin a jejich spektrum v biomech

·       Klimatická změna

 

2. Přednáška: Evoluční, adaptační a aklimační změny u rostlin přizpůsobených nízkým a mrazovým teplotám: Ekofyziologické mechanismy se zřetelem na fotosyntézu a produkci.

Přednášející: prof. Ing. Miloš Barták, CSc., Masarykova univerzita

o    

·       Základní faktory ovlivňující adaptaci/aklimaci rostlin na nízké teploty.

·       Chladová tolerance - fyziologické mechanismy v pozadí.

·       Anatomické, růstové a fenologické adaptace rostlin na nízké, mrazové teploty.

·       Fotosyntéza a produkce v nízkých, mrazových teplotách. Limitace na úrovni chloroplastů, intercelulární, celulární, pletivové.

·       Funkce průduchů v nízkých teplotách.

·       Principy měření, analázy a intrepretace teplotní křivky fotosyntézy (měřené gazometricky, fluorometricky) a metody hodnocení termostability fotosyntetického aparátu.

 

3. Přednáška: Principy tolerance rostlin vůči chladu a mrazu na příkladu rostlin z extrémních prostředí polárních oblastí: metody studia v terénu a laboratoři.

Přednášející: prof. Ing. Miloš Barták, CSc., Masarykova univerzita (spoluautor přednášky Mgr. Josef Hájek, Ph.D.)

·       Extremofilie ve vztahu k teplotě.

·       Biomy, ve kterých studujeme toleranci rostlin vůči mrazu a chladu.

·       Mechanismy působení látek s osmotickou aktivitou, látky podporující nukleaci ledu v buňkách, anti freezing proteiny.

·       Objasnění teoretických základů metod studia: (1) šokové zmrazení, (2) lineární ochlazování, (3) stanovení ´cooling temperature´ rozbor S-křivek, (4) DSC - diferenční skenovací kolorimetrie.

·       Biologická skla.

·       Rozbor případových studií na antarktických lišejnících studovaných pokročilými metodami fluorescence chlorofylu v terénu a v laboratoři.

 

4. Přednáška: Přizpůsobení rostlin k podmínkám mokřadů

Přednášející: prof. RNDr. Hana Čížková, CSc., Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta

·       Charakteristika prostředí mokřadů

·       Buněčný metabolismus za anaerobiózy

·       Morfologické adaptace k zaplavení půdy

·       Mechanismy provětrávání vnitřních struktur rostliny

·       Hormonální regulace odpovědi na zvýšení vodní hladiny

·       Specifické vlastnosti mokřadních dřevin

·       Přizpůsobení rostlin k podmínkám mokřadů

 

5. Přednáška: Ekofyziologie fotosyntézy – vliv slunečního záření

Přednášející: doc. Otmar Urban, Ph.D., Ústav výzkumu globální změny AV ČR

·       Biologické účinky záření: fotosynteticky aktivní záření (v ustáleném stavu, dynamický světelný režim), ultrafialové (UV-B) záření.

·       Metody studia fotosyntetických procesů – fluorescence, gazometrie, vířivá kovariance.

·       Adaptace rostlin k slunečnímu záření, sciofyty, heliofyty, morfologické změny ve struktuře slunných a stinných listů, rozdíly v chování slunného a stinného asimilačního aparátu na úrovni světelné křivky fotosyntézy.

·       Vliv difúzní a přímé sluneční radiace na asimilaci CO2 ekosystémy.

 

6. Přednáška: Vliv CO2 a dalších faktorů klimatické změny na rostliny

Přednášející: doc. Otmar Urban, Ph.D. Ústav výzkumu globální změny AV ČR

·       Cyklus uhlíku – metody studia, impaktové (manipulační) experimenty.

·       Vliv zvýšené koncentrace CO2, primární, sekundární a terciální účinky.

·       Závislost rychlosti asimilace CO2 na jeho intercelulární koncentraci.

·       Krátkodobý a dlouhodobý vliv zvýšené koncentrace CO2.

·       Synergismus s dalšími stresovými faktory, typickými pro globální změnu klimatu.

·       Vztah mezi průduchovou vodivostí a rychlostí asimilace CO2, polední deprese fotosyntézy.

 

7. Přednáška: Ekofyziologie ponořených vodních rostlin

Přednášející: RNDr. Lubomír Adamec, CSc.  BÚ AV ČR Třeboň

 

·       Zvláštnosti vodního prostředí a uhličitanové rovnováhy (10 min).

·       Funkčně ekologické rozdělení vodních a mokřadních rostlin; přehled středoevropských rodů ponořených vodních rostlin a jejich taxonomické a ekologické charakteristiky (10 min).

·       Přehled nejdůležitějších adaptací u jednotlivých skupin vodních a mokřadních rostlin (6 min).

·       Zvláštnosti anatomie ponořených vodních rostlin (8 min).

·       Ekofyziologie minerální výživy ponořených vodních rostlin (8).

·       Fotosyntetické charakteristiky/zvláštnosti a adaptace ponořených vodních rostlin (30 min).

·       Zvláštnosti vnitřní atmosféry u ponořených rostlin (5 min).

·       Ekofyziologie turionů (přezimovacích pupenů) vodních rostlin (12 min).

 

8. Přednáška Ekofyziologie rašeliništních rostlin

Přednášející: Mgr. Andrea Kučerová, PhD., BÚ AV ČR Třeboň

 

·       Rašeliniště – základní typy, rozšíření, určující abiotické podmínky

·       Diverzita rostlin na rašeliništích, přehled hlavních adaptací na podmínky vrchovišť a slatinišť

·       Ekofyziologie rašeliníků – fotosyntéza, minerální výživa, dekompozice

·       Adaptace a ekofyziologie vřesovcovitých keříků

·       Adaptace a ekofyziologie šáchorovitých

·       Masožravé rostliny

·       Stromy na rašeliništích

·       Význam rašelinišť, možnosti obnovy narušených rašelinišť

 

Základní literatura

Rydin H., Jeglum J. (2013): The biology of peatlands, Oxford Univ. Press.

 

9. Přednáška: Lesní ekosystémy: vliv klimatické změny na lesy, úloha půdních mikroorganizmů v ekofyziologii rostlin, ekosystémové služby

Přednášející: doc. RNDr. Pavel Cudlín, CSc., Ústav výzkumu globální změny AV ČR České Budějovice

·       Vliv změny klimatu na ekologickou stabilitu lesních ekosystémů a na posun lesních vegetačních stupňů a horní hranice lesa

·       Role mykorhizních symbióz ve vývoji lesních a nelesních ekosystémů a v podmínkách klimatické změny

·       Lze použít koncept ekosystémových služeb pro udržitelný management lesních ekosystémů a ochranu rostlinné biodiversity?

 

10. Přednáška Role vegetace v energetické a vodní bilanci terestrického povrchu.

Přednášející: Martin Bouda, Ph.D. , BÚ AV ČR Průhonice

·       Vliv různé vegetace na celkovou energetickou bilanci povrchu a její komponenty, a na turbulentní transport v nízké atmosféře; teorie a příklady měření (FluxNet).

·       Hydrologická bilance terestrického stanoviště, role vegetace (intercepce, transpirace) v ní a v hydrologickém cyklu.

·       Budykova křivka, umístění ekosystémů na ní a příklady vývoje jejich hydrologické bilance po disturbanci (např. náhlém odlesnění).

 

11. Přednáška Mortalita dřevin vlivem sucha

Přednášející: Martin Bouda, Ph.D. , BÚ AV ČR Průhonice

 

·       mortalita dřevin vlivem sucha: hospodaření rostlin s vodou a stomatální optimalizace: omezení a různé strategie.

·       Mechanizmy mortality: hydraulické selhání versus uhlíkové hladovění (mechanismy, příklady, co převládá?). Která komponenta SPAC kontinua je limitující? Problematika predikce v kontextu klimatických změn.

 

12. Přednáška: Aklimace a adaptace rostlin pro přežívání sucha a příklady u epifytů

Přednášející: Zuzana Lhotáková, Ph.D. a RNDr. Jan Ponert, Ph.D., oba PřF UK

Obecné základy adaptace a aklimace v souvislosti se suchem

Aklimace k suchu u mezofytů

Adaptace Xerofytů v různých biotopech (na 3 úrovních: morfologie – anatomie – metabolismus)

Případové studie z vybraných biotopů:

-          Biotopy se sezonním nedostatkem vody (redukce listové plochy, geofyty, fyziologická inaktivita)

-          Pouště – sukulence, water storage cells

-          Středomoří – pyrofyty, specifický metabolismus, obrana proti herbivorům

-          Epifyty – příjem a hospodaření s vodou (Orchideaceae, Bromeliaceae, Araceae)

Konvergence adaptací k suchu – shrnutí společných trendů

 

13. Přednáška: Hydraulická redistribuce, noční transpirace a jejich ekologický význam

Přednášející: Zuzana Lhotáková, Ph.D.

Hydraulická redistribuce

-      Princip redistribuce vody rostlinami na stanovišti - vodní potenciál jako hnací síla hydraulické redistribuce

-      Typy hydraulické redistibuce (hydraulický výtah, hydraulický pokles, horizontální redistribuce)

-      Nejčastěji používané metody ke studiu hydraulické redistribuce

-      Význam hydraulické redistribuce pro soužití dřevin a podrostu v savanách a stepích

-      Hydraulická redistribuce u dřevin mírného pásu?

-      Potenciální význam hydraulické redistribuce pro zemědělství a agrolesnictví

Noční transpirace

-      Denní a noční průběh transpirace a vodivosti průduchů u běžných C3, C4 a CAM rostlin

-      Význam noční transpirace pro růst u C3 a C4 rostlin

-      Ekologický význam noční transpirace

 

14. Přednáška: Spektrální vlastnosti listoví pro monitorování ekofyziologických vlastnosti rostlin, dálkový průzkum v ekofyziologii a ekologii

Přednášející: prof. Jana Albrechtová, PřF UK

-          Optické vlastnost listu: odrazivost, transmitance, absorpce

-          Spektrální křivka vegetace , laboratorní a obrazová spetroskopie

-          Monitorování vegetace metodami dálkového průzkumu

-          Upscaling z listu na porost – modely radiativního transferu

-          Metody multispektrální a hyperspektrální

-          Spektrální indikátory fyziologického stavu rostlin: vegetační indexy, aj.

-          Příklady pro využití v DPZ: mapování vegetace, NPP, fenologie, aj.