Biologia stresów

Niekorzystne czynniki środowiska (stresory) o pochodzeniu naturalnym i antropogenicznym zaburzają przebieg procesów życiowych, a niekiedy prowadzą do śmierci osobników lub populacji. Ponieważ 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. 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 i nadmiar wody, ozon, tlen, nadmierne promieniowanie słoneczne) i biotycznych. Słuchacze kursu poznają nowe metody pomiarowe oraz lepiej niż dotychczas zrozumieją zasady funkcjonowania roślin w naturalnym środowisku.

TREŚĆ WYKŁADÓW:

1. Wprowadzenie (2 godz.)

1.1. Terminologia, definicje

1.2. Czynniki stresu

1.3. Mechanizmy uszkodzeń

1.4. Systemy utrzymywania homeostazy

2. Stres niskotemperaturowy (8 godz.)

2.1. Chłód

2.2. Mróz

3. Stres wodny (4 godz.)

3.1. Susza aspekty klimatyczne i rolnicze

3.2. Wpływ suszy na przebieg procesów życiowych

3.3. Czynniki regulacji uwodnienia komórek i roślin, bilans wodny

3.4. Wpływ dehydratacji na membrany komórkowe i enzymy

3.5. Hormony a deficyt wodny roślin

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

3.7. Tolerancja roślin na stres wodny

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

4. Stres tlenowy (6 godz.)

4.1. Mechanizmy powstawania wolnych rodników i metaboliczne skutki ich oddziaływania

4.2. Wpływ środowiska i genotypu na system antyoksydacyjny

4.3. Działanie przeciwutleniaczy niskocząsteczkowych i enzymatycznych w komórkach

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

4.5. Rośliny transgeniczne o podwyższonej odporności na wolne rodniki

5. Stres świetlny (4 godz.)

5.1. Deficyt oświetlenia

5.2. Fotoinhibicja

6. Stres biotyczny (4 godz.)

6.1. Czynniki powodujące stresy biotyczny

6.1.1. Allelopatia

6.1.2. Zagęszczenie w łanie

6.1.3. Rośliny półpasożytnicze i pasożytnicze

6.1.4. Mikroorganizmy (wirusy, bakterie, grzyby)

6.1.5. Owady

6.1.6. Nicienie

6.1.7. Szkody w rolnictwie wyrządzone przez czynniki biotyczne

6.1.8. Ogólne informacje na temat biologicznej ochrony roślin oraz zastosowania w niej biotechnologii

6.2. Tolerancja krzyżowa – definicja, mechanizm powstawania zjawiska, molekularne podłoże

7. Stres wysokotemperaturowy (2 godz)

7.1. Podział roślin pod względem wymagań termicznych

7.2. Zaburzenia metaboliczne wywołane szokiem cieplnym

7.3. Mechanizmy reakcji roślin na szok cieplny

7.4. Aklimatyzacja roślin do stresu wysokotemperaturowego

TREŚĆ ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH:

1. Wpływ chłodu na wydajność reakcji fotochemicznych PSII roślin ciepłolubnych (6 godz.)

3. Metody oceny uszkodzeń mrozowych roślin (2 godz.)

5. Wpływ warunków wegetacji na mrozoodporność różnych gatunków roślin (2 godz.)

6. Wpływ hartowania na mróz na zawartość cukrów rozpuszczalnych i potencjał osmotyczny tkanek (2 godz.)

7. Znaczenie nukleacji lodu dla powstawania uszkodzeń mrozowych (2 godz.)

8. Pomiar potencjału wody tkanek roślin i soku komórkowego (2 godz.)

9. Metody hodowli grzybów i sztucznej inokulacji roślin (2 godz.)

10. Uzyskiwanie metabolitów grzybowych metodami laboratoryjnymi (2 godz.)

11. Wpływ metabolitów grzybowych na wybrane procesy fizjologiczne roślin uprawnych (2 godz.)

12. Histochemiczne oznaczanie poziomu anionorodnika ponadtlenkowego w tkankach roślin poddanych stresowi termicznemu (2 godz.)

13. Spektrofotometryczne oznaczanie aktywności tkankowego przeciwutleniacza katalazy (2 godz.)

14. Komory fitotronowe do badania reakcji roślin na działanie ozonu pokaz i omówienie (2 godz.)

15. Zaliczenie

Statystyka przedmiotu:

1. Liczba godzin oraz punktów ECTS - przedmiot obowiązkowy Godziny: -; ECTS: -

2. Liczba godzin oraz punktów ECTS - przedmiot do wyboru Godziny: 125; ECTS: 5

3. Łączna liczba godzin oraz punktów ECTS, którą student uzyskuje poprzez bezpośredni kontakt z nauczycielem

akademickim (wykłady, ćwiczenia, seminaria....) Godziny: 60; ECTS: 2,4

4. Łączna liczba godzin oraz punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach praktycznych np. laboratoryjne,

projektowe, terenowe, warsztaty Godziny: 15; ECTS: 0,6

5. Przewidywany nakład pracy własnej (bez udziału prowadzącego lub z udziałem w ramach konsultacji) konieczny do

realizacji zadań programowych przedmiotu. Godziny: 65; ECTS: 2,6

1. Strack Z., Chołuj D., Niemyska B., Fizjologiczne reakcje roślin na niekorzystne czynniki środowiska, SGGW, 1993.

2. Kopcewicz J., Lewak S., Fizjologia roślin, PWN Warszawa, 2002.

3. Bartosz G., Druga twarz tlenu, PWN Warszawa, 2003.

4. Płażek A., Fizjologiczne aspekty indukowanej chłodem lub ozonem krzyżowej tolerancji jęczmienia, kostrzewy i rzepaku na stres biotyczny. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, 2002.

5. Wilkinson R., Plant-Environment interactions, NY, Basel, Hong Kong, 1994.

Wiedza:

a/ student orientuje się w zakresie fizyko -chemicznego, biochemicznego i molekularnego podłoża procesów fizjologicznych,

b/ poznaje mechanizmy wpływu czynników środowiskowych na kierunek i dynamikę zmian procesów życiowych,

c/ poznaje zastosowanie teoretycznych podstaw fizjologi istresów do rozwiązywania problemów agronomicznych i ochrony środowiska.

d/ słuchacz pogłębia wiedzę z zakresu ogólnej biologii roślin

Umiejętności:

a/ student opanowuje laboratoryjne techniki pomiarów wybranych procesów fizjologicznych roślin,

b/ zapoznaje się z metodami gromadzenia, opracowywania i interpretacji danych pomiarowych

c/ wykorzystuje uzyskaną wiedzę do wyjaśniania prawidłowości funkcjonowania organizmów roślin na różnych poziomach ich organizacji

Kompetencje społeczne:

a/ student organizuje i włącza się w prace grup badawczych stworzonych w celu przeprowadzenia określonego eksperymentu,

b/ rozumie potrzebę znajomości procesów życiowych organizmów roślinnych

Oceny formujące:

ĆWICZENIA

a/ Pisemne sprawdziany: 3-5 pytań, odpowiedź na każde pytanie jest oceniana osobno i na tej podstawie obliczana jest ocena średnia z całego sprawdzianu. Pytania: materiał wykładowy + zakres problemów przewidzianych na bieżące zajęcia.

Poprawa ocen niedostatecznych - pisemna albo ustna po ustaleniu 2 terminów spotkań,

b/ocena opracowań wyników pomiarów otrzymywanych w czasie ćwiczeń,

c/ obserwacja jakości pracy laboratoryjnej (orientacja w zestawie analitycznym, prawidłowość i staranność pomiarów, współpraca z innymi studentami)

Ocena końcowa: średnia ze wszystkich ocen formujących

EGZAMIN

a/ pierwszy i termin poprawkowy: egzamin testowy (około 90 pytań z całego zakresu przedmiotu, pytania z 4 wariantami odpowiedzi)

W przypadkach wątpliwych, krótka rozmowa wyjaśniająca problemy z oceną egzaminu,

b/ trzeci termin: egzamin ustny

W celu ułatwienia przygotowania do sprawdzianów na ćwiczeniach i końcowego testu egzaminacyjnego, studenci po każdym wykładzie otrzymują zestaw szczegółowych pytań.

1. Ocena niedostateczna (2,0): wystawiana jest wtedy, jeśli w zakresie co najmniej jednej z trzech składowych (W,

U lub K) przedmiotowych efektów kształcenia student uzyska mniej niż 50% obowiązujących efektów dla danej

składowej.

2. Ocena dostateczna (3,0): wystawiana jest wtedy, jeśli w zakresie każdej z trzech składowych (W, U lub K)

efektów kształcenia student uzyska przynajmniej 50% obowiązujących efektów dla danej składowej.

3. Ocena ponad dostateczna (3,5): wystawiana jest na podstawie średniej arytmetycznej z trzech składowych (W, U

lub K) efektów kształcenia (średnio 61-70%).

4. Podobny sposób obliczania ocen jak przedstawiony w pkt. 3 przyjęto dla ocen dobrej (4,0 - średnio 71-80%),

ponad dobrej (4,5 - średnio 81-90%) i bardzo dobrej (5,0 - średnio >90%).

UWAGA: Prowadzący zajęcia, na podstawie stopnia opanowania przez studenta obowiązujących treści programowych

danego przedmiotu, w oparciu o własne doświadczenie dydaktyczne, formułuje ocenę, posługując się podanymi wyżej

kryteriami formalnymi.