Fizjologia stresu roślin

Nawet najbardziej zaawansowane technologie uprawy roślin nie mogą eliminować całkowicie czynników stresu, zarówno plon jak i jego jakość są znacznie gorsze od genetycznie warunkowanego potencjału. Szacuje się, że w skali globalnej tylko na około 10% powierzchni użytków rolnych panują warunki zbliżone do optymalnych dla roślin uprawnych. Z tego powodu, poznanie mechanizmów reakcji roślin na stresy może ułatwić uzyskanie roślin o zwiększonej tolerancji na zmienne warunki środowiska i poprzez to zapewnić większą produkcję zdrowej żywności.

Celem przedmiotu jest przedstawienie mechanizmów reakcji organizmów na niekorzystne czynniki a także możliwości adaptacji oraz aklimatyzacji. Przestawione zostaną skutki oddziaływania na rośliny czynników fizycznych (niska temperatura, susza, szok termiczny, tlen, nadmierne promieniowanie słoneczne) oraz biotycznych).

Tematyka zajęć:

Wykłady - 15 godz.

Wprowadzenie

1. Terminologia, definicje

2. Czynniki stresu

3. Mechanizmy uszkodzeń

4. Mechanizmy obrony przed stresem

5. Systemy utrzymywania homeostazy

Stres niskotemperaturowy

1. Chłód

1.1. Struktura i fizyczne własności membran komórkowych oraz enzymów

1.2. Mechanizmy uszkodzeń, tolerancji i adaptacji, hartowanie

1.3. Fotosynteza, wzrost i bilans wodny roślin

1.4. Metody oceny odporności roślin na chłód

1.5. Białka stresu chłodowego

2. Mróz

2.1. Mechanizmy uszkodzeń roślin

2.2. Mechanizm nabywania odporności na mróz u różnych grup roślin

2.3. Metody oceny odporności na mróz

Stres wodny

1. Susza – aspekty klimatyczne i rolnicze

2. Wpływ suszy na przebieg procesów życiowych

3. Czynniki regulacji uwodnienia komórek i roślin, bilans wodny

4. Wpływ dehydratacji na membrany komórkowe i enzymy

5. Hormony a deficyt wodny roślin

6. Reakcja na zalewanie i zasolenie gleby oraz działanie wysokiej temperatury

7. Tolerancja roślin na stres wodny

8. Jakościowe i ilościowe metody oceny stopnia odporności roślin na suszę

Stres oksydacyjny

1. Mechanizmy powstawania wolnych rodników i metaboliczne skutki ich oddziaływania

1.1. Nadprodukcja reaktywnych form tlenu w różnych warunkach środowiska

1.2. Efekty fizjologiczne

2. Wpływ środowiska i genotypu na system antyoksydacyjny

2.1. Działanie przeciwutleniaczy niskocząsteczkowych i enzymatycznych w komórkach roślinnych

2.2. Czy tolerancja na szkodliwe warunki zależy od działania antyoksydantów?

2.3. Rośliny transgeniczne o podwyższonej odporności na wolne rodniki

Stres świetlny

1. Deficyt oświetlenia

1.1. Fotomorfogeneza a poziom hormonów, fotosynteza i dystrybucja asymilatów

1.2. Wzrost i produktywność fotosyntetyczna w łanie

2. Nadmierne oświetlenie

2.1. Fotoinhibicja w normalnej temperaturze i w chłodzie

Stres biotyczny

1.Czynniki wywołujące stres biotyczny

1.1. Allelopatia

1.2. Nadmierne zagęszczenie roślin w uprawach

1.3. Pasożyty roślinne

1.4. Mikroorganizmy

1.5. Nicienie

2. Skutki działania stresu biotycznego

2.1. Zmiany metaboliczne zachodzące w roślinach

2.2. Skutki gospodarcze

3. Tolerancja krzyżowa (podnoszenie odporności roślin na stres biotyczny działając innymi stresorami)

Ćwiczenia 15 godz.

1. Wymiana gazowa roślin tolerancyjnych i wrażliwych na chłód w niskiej temperaturze

2. Zbadanie wpływu chłodu na maksymalną wydajność fotochemiczną PSII (Fv/Fm) i wypływ elektrolitów z liści gatunków ciepłolubnych

3. Chłodowa fotoinhibicja fotosyntezy w różnych warunkach oświetlenia roślin podczas wegetacji

4. Wpływ hartowania na mróz na zawartość cukrów rozpuszczalnych i potencjał osmotyczny tkanek

5. Histochemiczne oznaczanie poziomu anionorodnika ponadtlenkowego w tkankach roślin poddanych stresowi termicznemu

6. Metody oznaczania zmian w zawartość związków fenolowych jako reakcji na inokulację zarodnikami grzybowymi.

Podstawowa

1. Fizjologia roślin pod red. J. Kopcewicza, S. Lewaka, K. Jaworskiego. PWN, Warszawa 2019 i nowsze

2. Fizjologiczne reakcje roślin na niekorzystne czynniki srodowiska. Autorzy. Starck Z. , Choluj D. , Niemyska B. 1993. Rozprawy Naukowe i Monografie. Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

3. Druga twarz tlenu. G. Bartosz. PWN, Warszawa 2008

Uzupełniająca

A.Płażek. Patofizjologia roślin. Wydawnictwo UR Kraków, 2011

Wiedza W1 zna i rozumie mechanizmy obronne roślin na stresy środowiskowe

Wiedza - student zna i rozumie:

- mechanizmy oddziaływania czynników abiotycznych środowiska na organizmy roślinne

- mechanizmy oddziaływania czynników biotycznych środowiska na organizmy roślinne

- całościowo powiązania organizmów roślinnych i środowiska

Umiejętności - student potrafi:

- posługiwać się technikami z zakresu fizjologii stresu

- analizować teksty naukowe z zakresu fizjologii stresu

- interpretować rezultaty pomiarów

Kompetencje społeczne - student jest gotów do:

- współpracy w ramach małego zespołu

Wykłady: sprawdzian wiedzy (60% udziału w ocenie końcowej)

Ćwiczenia: sprawozdania (opracowania) z ćwiczeń (40%)