Fizjologia roślin z elementami anatomii i morfologii

Przedmiot kierunkowy - obowiązkowy, 5 semestr studiów

Wymagania wstępne: zaliczenie przedmiotów Biologia komórki i Biochemia

Tematyka zajęć:

Wykłady - 30 godz.

1. Stosunki wodne w komórce roślinnej. Transport wody w roślinie. Mechanizm transpiracji i parcia korzeniowego. Mechanizm ruchów aparatów szparkowych.

2. Czynny i bierny mechanizm pobierania składników mineralnych. Transport składników mineralnych na poziomie komórki i rośliny. Czynniki wpływające na pobieranie składników mineralnych.

3. Przebieg fazy świetlnej i węglowej fotosyntezy. Rośliny typu C3, C4 i CAM. Wpływ czynników środowiskowych na intensywność fotosyntezy. Podstawy transportu asymilatów. Istota i znaczenie fotooddychania

4. Procesy oddechowe roślin: w warunkach tlenowych i ograniczonego dostępu tlenu. Alternatywne szlaki i enzymy oddechowe występujące u roślin. Wpływ czynników środowiskowych na intensywność oddychania.

5. Regulatory wzrostu: podział, struktura, mechanizm działania i znaczenie praktyczne w biotechnologii roślin. 6. Wzrost i rozwój roślin. Fotoreceptory roślin. Szlaki rozwojowe prowadzące do kwitnienia.

7. Reakcja roślin na różne czynniki stresowe: jednorodność reakcji i specyfika pod wpływem wybranych stresów. 8. Pojęcie telomu i kormusu, morfologia pędu i korzenia.

9. Anatomia rozwojowa kwiatu, budowa poszczególnych elementów kwiatu, kwiatostany.

10.Terminologia i klasyfikacja tkanek roślinnych (twórcze, parenchymatyczne, wzmacniające, okrywające, przewodzące pierwotne i wtórne). 11.Morfologiczno-porównawcze układy tkankowe, funkcjonalne układy tkankowe (układ twórczy, izolujący, fotosyntetyzujący, przewietrzający, chłonny, przewodzący, spichrzowy, wydzielniczy, ruchowy, mechaniczny).

12.Formy ekologiczne roślin.

13.Biologia kwitnienia, powstawanie i rozwój nasion i owoców.

14.Zastosowanie organów i tkanek roślinnych w procesach biotechnologicznych.

Ćwiczenia laboratoryjne - 60 godz.

1. Gospodarka wodna: Czynniki wpływające na stopień pęcznienia nasion. Działanie osmoskopu. Wyznaczanie współczynnika Q 10. Wykazanie wpływu potencjału osmotycznego na pobór wody przez komórki. Wyznaczanie potencjału osmotycznego i potencjału wody w komórkach spichrzowych roślin. Badanie czynników wpływających na stan błon cytoplazmatycznych. Analiza czynników wpływających na transpirację. 2. Gospodarka mineralna: Praca z atlasami niedoboru pierwiastków roślinach, rola poszczególnych makro i mikroelementów w procesach metabolicznych i fizjologicznych roślin. Czynniki wpływające na pobieranie pierwiastków z podłoża. Wykazanie antagonizmu jonów na przykładzie wpływu jonów potasu i wapnia na stopień uwodnienia cytoplazmy.

3. Fotosynteza: Pomiar i właściwości PAR, ekstrakcja i rozdział barwników fotosyntetycznych, właściwości chemiczne chlorofilu, widmo absorpcyjne, oznaczanie zawartości barwników. Fluorescencja, pomiary wydajności procesów fotochemicznych PSII metodą szybkiej kinetyki fluorescencji. Pomiar wpływu światła i CO2 na fotosyntezę.

4. Oddychanie: Oznaczanie aktywności enzymów oddechowych (peroksydaz) w tkance roślinnej. Pomiar analizatorem CO2 intensywności oddychania tkanek roślinnych w warunkach zróżnicowanej temperatury , stanu fizjologicznego oraz mechanicznego uszkodzenia. 5. Wzrost: biotesty na wykrywanie auksyn, giberelin, etylenu. Wpływ regulatorów wzrostu na ukorzenianie. Wpływ cytokinin na opóźnianie rozkładu chlorofilu.

6. Rozwój: Wykazanie zjawiska fotomorfogenezy. Przyczyny spoczynku bezwzględnego nasion i sposoby jego usuwania. Wpływ czynników zewnętrznych i wewnętrznych na spoczynek pąków wybranych roślin drzewiastych.

7. Ruchy roślin: Wykazanie foto-, geo- i chemotropizmu. Allelopatia: Wpływ olejków eterycznych na kiełkowanie nasion rzeżuchy 8. Reakcje na czynniki stresowe: Oznaczanie zawartości związków fenolowych i zdolności zmiatania wolnych rodników (RSA) w tkance roślinnej poddanej stresowi.

9. Obserwacje morfologiczne pędu (łodyga, liść, ulistnienie, kwiat, pąki, rozgałęzienia) oraz korzenia (systemy korzeniowe) na żywym materiale roślinnym.

10. Podstawy korzystania z kluczy do oznaczania roślin, próby oznaczenia zebranych okazów roślin w stadium kwitnienia. 11. Techniki wykonywania roślinnych preparatów anatomicznych: cięcie, przejaśnianie, barwienie 12. Anatomia korzenia: budowa pierwotna i wtórna, korzenie spichrzowe.

13. Budowa anatomiczna łodyg roślin jednoliściennych: obserwacje mikroskopowe przekrojów poprzecznych przez łodygi kukurydzy, pszenicy i lilli. 14. Budowa anatomiczna pierwotna łodyg roślin dwuliściennych: kokornaku (przekrój poprzeczny) i dyni (przekroje poprzeczne i podłużne). 15. Budowa anatomiczna wtórna łodyg dwuliściennych o przyroście wtórnym niejednolitym i jednolitym oraz charakterystyka budowy drewna roślin nagozalążkowych.

16. Liść: skórka liścia i jej wytwory, anatomia liści dwuliściennych, jednoliściennych, kseromorficznych, anatomia słupka i pręcika. 17. Modyfikacje pędów – przykłady zmodyfikowanych pędów nadziemnych i podziemnych

18. Owoce: klasyfikacja, morfologia i rozpoznawanie. Budowa i kiełkowanie nasion, morfologia nasion, kiełkowanie epigeiczne i hypogeiczne.

Podstawowa:

Kopcewicz J., Lewak S. Fizjologia roślin. PWN 2012.

Hejnowicz Z., Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. PWN Warszawa, 2012

Szweykowska A., Szweykowski J. Botanika, Tom I. Morfologia. PWN Warszawa 2017

Uzupełniająca:

Taiz L., Zeiger E. Plant Physiology. 6th ed. 2015, (obszerne fragmenty dostępne na stronie www.plantphys.net)

materiały dydaktyczne dostępne na stronie Amerykańskiego Towarzystwa Biologii Roślin https://aspb.org/education-outreach

Culter D.F., Botka C.E.J., Stevenson D.W., Plant Anatomy. An Applied Approach. Blackwell Publ. 2007

Wiedza - student zna i rozumie:

- procesy fizjologiczne zachodzące w roślinach np. transport wody i składników mineralnych, fotosynteza, fotooddychanie, oddychanie, nabywanie odporności; podłoże biochemiczne tych procesów i ich znaczenie w szeroko pojętej biotechnologii roślin

- podstawowe procesy metaboliczne przebiegające w komórkach roślinnych w trakcie różnicowania się ich w tkanki i podczas formowania różnych organów roślinnych

- budowę morfologiczną i anatomiczną organów wegetatywnych i generatywnych roślin należących do różnych grup ekologicznych i taksonomicznych, powiązania pomiędzy strukturą i topografią tkanek i organów a umiejscowieniem procesów fizjologicznych, przebieg i mechanizmy wzrostu i rozwoju roślin, w tym rozwoju generatywnego, zagadnienia z zakresu budowy i metabolizmu organizmów roślinnych ważne z punktu widzenia biotechnologii roślin - możliwości zastosowania organów i tkanek roślinnych w procesach biotechnologicznych; zastosowanie i rolę roślin w gospodarce żywieniowej i ogólnie w świecie ożywionym

- modyfikacje budowy zewnętrznej, wewnętrznej i procesów fizjologicznych u roślin w zależności od zmieniających się warunków środowiskowych, znaczenie bioróżnorodności organizmów, np. w pobieraniu składników mineralnych; zależności między organizmami roślinnymi a środowiskiem oraz zastosowanie tej wiedzy w biotechnologii

- metody oznaczania podstawowych parametrów fizjologicznych roślin: zasadę działania analizatora CO2 do oznaczania intensywności fotosyntezy i oddychania, analizy ilościowej substancji lub aktywności enzymatycznej w oznaczeniach z użyciem spektrofotometru - podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas wykonywania eksperymentów w laboratorium

Umiejętności - student potrafi:

- wykonać pomiary parametrów procesów fizjologicznych przebiegających w organizmach roślinnych, takich jak fotosynteza, oddychanie, reakcje na stres z użyciem specjalistycznej aparatury, zidentyfikować roślinne tkanki i sklasyfikować je jako twórcze lub stałe, żywe lub martwe; zidentyfikować organy roślinne, takie jak korzeń, łodyga, liść, kwiat oraz owoc i opisać ich budowę morfologiczną i histologiczną

- wykonać proste zadania badawcze indywidualnie lub w zespole w zakresie niezbędnym do interpretacji różnych zjawisk fizjologicznych oraz zmian morfologiczno-anatomicznych z wykorzystaniem materiału roślinnego

- prawidłowo interpretować wyniki eksperymentów i obserwacji przeprowadzonych samodzielnie lub zespołowo i wyciągać z nich wnioski

Kompetencje społeczne - student jest gotów do:

- pracy zespołowej w grupie laboratoryjnej, planując i wykonując proste eksperymenty i obserwacje

- podjęcia odpowiedzialności za bezpieczeństwo własne i innych podczas pracy z odczynnikami chemicznymi i narzędziami laboratoryjnymi

Wykłady: Egzamin pisemny ograniczony czasowo (50% – Fizjologia roślin, 50% – Anatomia i morfologia roślin). Ocena końcowa z przedmiotu jest średnią ocen z egzaminu i zaliczenia ćwiczeń

Ćwiczenia: Sprawdziany wiedzy i umiejętności (ocena zaliczenia końcowego z ćwiczeń: 50% – Fizjologia roślin, 50% – Anatomia i morfologia roślin). Oena końcowa z przedmiotu jest średnią ocen z egzaminu i zaliczenia ćwiczeń