Fizjologia roślin z elementami anatomii i morfologii

Celem morfologiczno-anatmicznej części kursu jest zapoznanie studentów z budową roślin wyższych, co daje podstawę topograficzną i strukturalną do umiejscowienia procesów fizjologicznych zachodzących w roślinach. Szczególną uwagę zwrócono na przystosowania strukturalne organów i tkanek do pełnionych w roślinach funkcji oraz na anatomię rozwojową kwiatów i owoców. Studenci zdobywają umiejętność prowadzenia obserwacji botanicznych, sporządzania preparatów anatomicznych i właściwej ich interpretacji w obrazie mikroskopowym.

Celem fizjologicznej części kursu jest wyjaśnienie przebiegu procesów życiowych w trakcie ontogenezy roślin, ich mechanizmów i regulacji. Szczególna uwaga jest zwrócona na wpływ otaczającego środowiska na te procesy. Teoretyczne podstawy przedmiotu zostały ujęte w 15 godzinach wykładów.Podczas 30 godzin zajęć praktycznych o charakterze laboratoryjnym studenci wykonują eksperymenty pozwalające na poznanie nowoczesnych metod badawczych stosowanych w fizjologii roślin.

Tematyka wykładów części anatomiczno-morfologicznej kursu:–

1. Pojęcie telomu i kormusu, morfologia pędu i korzenia. Anatomia rozwojowa kwiatu, budowa poszczególnych elementów kwiatu, kwiatostany, biologia zapylania – 5 godz.

2. Terminologia i klasyfikacja tkanek roślinnych (twórcze, parenchymatyczne, wzmacniające, okrywające, przewodzące pierwotne i wtórne) – 2 godz.

3. Morfologiczno-porównawcze układy tkankowe, funkcjonalne układy tkankowe (układ twórczy, izolujący, fotosyntetyzujący, przewietrzający, chłonny, przewodzący, spichrzowy, wydzielniczy, ruchowy, mechaniczny) – 4 godz.

4. Formy ekologiczne roślin – 2 godz.

5. Powstawanie i rozwój nasion i owoców – 1 godz.

6. Zastosowanie organów i tkanek roślinnych w procesach biotechnologicznych – 1 godz.

Tematyka wykładów części fizjologcznej kursu:

1. Gospodarka wodna. Stosunki wodne w komórce roślinnej. Transport wody w roślinie. Mechanizm transpiracji i parcia korzeniowego. Bilans wodny - 2h

2. Gospodarka mineralna. Fizjologiczna rola makro i mikroelementów. Pobieranie i transport składników mineralnych - 2h

3. Fotosynteza. Chemizm jasnej i ciemnej fazy fotosyntezy. Rośliny C3, C4 i CAM. Fotooddychanie. Wpływ czynników środowiskowych na intensywność fotosyntezy - 2h

4. Procesy oddechowe roślin. Chemizm oddychania tlenowego. Alternatywne szlaki oddechowe. Regulacja procesów oddechowych. Wpływ czynników środowiskowych na intensywność oddychania. - 2h

5. Regulatory wzrostu. Fitohormony, podział, struktura, mechanizm działania.Wzrost i rozwój roślin. Regulacja poszczególnych etapów rozwoju. Zjawisko fotomorfogenezy, fotoperiodyzmu, wernalizacji - 3h

6. Reakcje roślin na czynniki stresowe - 2h

Tematyka ćwiczeń – Anatomia i morfologia roślin:

1. Obserwacje morfologiczne na żywym materiale roślinnym pędu (łodyga, liść, ulistnienie, kwiat, pąki, rozgałęzienia) oraz korzenia (systemy korzeniowe). Podstawy korzystania z kluczy do oznaczania roślin – próby oznaczenia zebranych okazów roślin w stadium kwitnienia – 5 godz.

2. Techniki wykonywania roślinnych preparatów anatomicznych: cięcie, barwienie, przejaśnianie – 2 godz.

3. Anatomia korzenia: budowa pierwotna i wtórna, korzenie spichrzowe – 4 godz.

4. Budowa anatomiczna łodyg roślin jednoliściennych: obserwacje mikroskopowe przekrojów poprzecznych przez łodygi kukurydzy, pszenicy i lilii – 2 godz.

5. Budowa anatomiczna pierwotna łodyg roślin dwuliściennych: kokornak, dynia – przekroje poprzeczne i podłużne – 2 godz.

6. Budowa anatomiczna wtórna łodyg roślin dwuliściennych o przyroście niejednolitym i jednolitym oraz charakterystyka budowy drewna roślin nagozalążkowych – 2 godz.

7. Budowa anatomiczna liści, skórka i jej wytwory: aparaty szparkowe, komórki ruchowe, włoski kutnerowate, zwykłe, wydzielnicze liście roślin światło- i cieniolubnych oraz kseromorficznych. Anatomia poszczególnych elementów kwiatu: słupek i pręcik – 4 godz.

8. Modyfikacje pędów przykłady zmodyfikowanych pędów nadziemnych i podziemnych – 2 godz.

9. Owoce: klasyfikacja, morfologia i rozpoznawanie – 4 godz.

10. Budowa i kiełkowanie nasion, morfologia nasienia, kiełkowanie epigeiczne i hypogeiczne – 2 godz.

11. Zaliczenie – 1 godz.

Tematyka ćwiczeń – Fizjologia roślin:

1. Gospodarka wodna. Pęcznienie nasion, czynniki wpływające na stopień pęcznienia. Działanie osmoskopu. Wyznaczanie współczynnika Q 10 w procesie biernego pobierania wody. Wykazanie wpływu potencjału osmotycznego na pobór wody przez komórki. Wyznaczanie potencjału osmotycznego potencjału wody w komórkach spichrzowych roślin. Badanie czynników wpływających na stan błon cytoplazmatycznych. Analiza czynników wpływających na transpirację. - 6h

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.- 2h

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 netto, obliczenia z wykorzystaniem analizy wzrostu. - 6h

4.Oddychanie. Oznaczanie aktywności oksydoreduktaz (dehydrogenazy, peroksydaza)

Wpływ czynników endo i egzogennych na intensywność oddychania. Oznaczanie intensywności oddychania tkanek roślinnych (analizator podczerwieni) w warunkach zróżnicowanej temperatury, stanu fizjologicznego, mechanicznego uszkodzenia. - 4h

5. Regulatory wzrostu. Test na stężenia auksyn, test na obecność giberelin, wpływ naturalnych i syntetycznych regulatorów wzrostu na ukorzenianie. Test na wykrycie etylenu.- 4h

6. Rozwój roślin. Wykazanie zjawiska fotomorfogenezy. Wpływ czynników zewnętrznych i wewnętrznych na spoczynek nasion i pąków. Ruchy roślin i allelopatia. - 4h

7. Reakcja roślin naczynniki stresowe. Oznaczanie zawartości związków fenolowych fenolowych i zdolności neutralizacji wolnego rodnika. Zaliczenie ćwiczeń. - 3h

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:

Wiadomości Botaniczne – kwartalnik PTB. Instytut Botaniki PAN Kraków

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

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

WIEDZA

Absolwent zna i rozumie:

- procesy fizjologiczne zachodzące w roślinach np. transport wody i składników mineralnych, fotosynteza, fotooddychanie, oddychanie, nabywanie odporności; zna podłoże biochemiczne tych procesów i rozumie 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 w świecie ożywionym w ogóle

- 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, zna zasadę działania analizatora CO2 do oznaczania intensywności fotosyntezy, oddychania; zna zasadę analizy ilościowej substancji lub aktywności enzymatycznej w oznaczeniach z użyciem spektrofotometru

- podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas wykonywania eksperymentów w laboratorium

UMIEJĘTNOŚCI

Absolwent 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

Absolwent 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).

Ćwiczenia: Sprawdziany wiedzy i umiejętności (ocena zaliczenia końcowego z ćwiczeń: 50% – Fizjologia roślin, 50% – Anatomia i morfologia roślin)

Ocena końcowa z przedmiotu jest średnią ocen z egzaminu i zaliczenia ćwiczeń.