Stresová fyziologie rostlin •M. Barták swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 • • Logo UEB •Ústav experimentální biologie, Oddělení fyziologie a anatomie rostlin, •Laboratoř fotosyntetických procesů •Univerzitní kampus Brno-Bohunice, Kamenice 5, 625 00 Brno •Přednáška 1, 23.2.2016 • Stresová fyziologie rostlin •(1) Historie výzkumu stresu, Obecná teorie stresu •(2) Stres u rostlin na úrovni subbuněčné, buněčné, orgánové, celostní •(3) Stresové faktory, klasifikace biotických, abiotických faktorů, metody měření •(4) Přenosy signálu, molekulárně biologické základy protistresové reakce •(5) Stresové proteiny, antioxidanty - mechanismy protistresové reakce •(6) Stres z nedostatku/nadbytku dostupné vody (mechanismy vyhnutí se stresu) •(7) Stres ze zasolení substrátu, osmotický stress •(8) Stres způsobený toxickými a cizorodými látkami •(9) Stres způsobený chladem, mrazem •(10) Teplotní stres (tepelné účinky fyzikální, chemické, mol.biologické) •(11) Radiační stress (dělení, klasifikace, mechanismy vzniku, fotoprotektivní mechanismy) •(12) Aklimace/Adaptace na stress v extrémních prostředích (hluboké oceanické vody, podmořské vulkanické výlevy, pobřežní oceanické oblasti, extrémně toxická stanoviště, vysokohorské a polární oblasti, pouštní biomy, extraterestické systémy) • swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 Stresová fyziologie rostlin •Je multidisciplinární obor… • • •Proto jste/budete experty ve… • • Fyzice • Chemii • Biologii rostlin • Botanice • Anatomii a morfologii • Biochemii • Ekologii • Fyziologii • Molekulární biologii • Genetice a genomice • • ….. a také …. • 36_19_trichomes-L …geografii • swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 •Město, země, osoba ? vienna-stevens-postcard-full donauraum Wien_schonbrunn image_start • Palmenhaus02_06 • Kdo je tento muž s mikroskopem ? •Source: www.thecanadianencyclopedia.ca •a další web zdroje • 4151 aca57006-6f6c-42b9-9d64-c5610ad2da2b Hans Selye.JPG • •Hans Selye •Selye János University •Selye János Egyetem, • •is the only Hungarian-language •university in Slovakia. It was •established in 2004 in Komárno • Hans Selye.JPG swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 Hans Selye •Selye was born in Vienna, Austria-Hungary on 26 January 1907. He grew up in Komárom, Hungary and the Hungarian language university in that town bears his name. He became a Doctor of Medicine and Chemistry in Prague in 1929, went to Johns Hopkins University on a Rockefeller Foundation Scholarship in 1931 and then went to McGil University in Montreal where he started researching the issue of stress in 1936. In 1945, he joined the Université de Montréal swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 Základní termíny •Ekologické limity. •Zákon tolerance, zákon minima. •Ekologické a fyziologické optimum. • •Stresové fyziologie –abiotické a biotické stresové faktory, –rezistence, –tolerance, –citlivost, –aklimace, –adaptace, swiss%20cheeese%20monstera_leaf30 Liebigův zákon minima •rostliny jsou životně závislé na tom prvku, který je v jejich životním prostředí obsažen nejméně.; můžeme aplikovat i na živočichy. zakon-minima-foto-304x0 poda_biologicky_chemicky2_01 • Ekologie definice základních pojmů •EKOLOGIE = nauka o vztahu mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem •pojem zavedl Ernst Haeckel v roce 1869 •organismus je otevřený systém (výměna energií, látek, informací) •důležitá schopnost –adaptace = přizpůsobování se novým podmínkám –tolerance = schopnost daného organismu vyrovnávat se s působením ekologických činitelů •Liebigův zákon minima: „Organismus není silnější než nejslabší článek v řetězci jeho ekologických požadavků.“ •Shelfordův zákon tolerance: „Každý druh toleruje určité rozpětí libovolného faktoru a nejlépe v prostředí prospívá, působí-li vnější vlivy v rozsahu optimálních hodnot.“ (viz ekologická valence) •životní podmínky: –abiotické (světlo, teplo, voda, vzduch, horniny/půda) –biotické (ostatní organismy a vztahy s nimi) • Ekologie - definice •Shelfordův zákon tolerance • •„Každý druh toleruje určité rozpětí libovolného faktoru a nejlépe v prostředí prospívá, působí-li vnější vlivy v rozsahu optimálních hodnot.“ (viz ekologická valence •ekologická valence = rozmezí podmínek, v nichž je organismus schopen existovat • • 14 Plant Responses to Stress Mechanical concept of stress Stress is a force per unit area Strain is a change in dimension in response to stress (in other words, deformation of a physical body under the action of applied forces) Failure of a material occurs when the material cannot strain sufficiently to resist stress 15 Plant Responses to Stress Biological concept of stress Abiotic (physical or chemical) or biotic factor adversely affecting an organism Measured as effect on growth rate and productivity fig18_01 •- plant responses to environmental stress (physiological, biochemical, genetic) § •- research approaches for study of environmental stresses. • -biochemical, genetic and molecular •on one hand mechanisms responsible for environmental stress tolerance •on the other hand the factors causing injury during stress. -integrate concepts from related disciplines - - Plant Stress Physiology to gain knowledge about •The Four Elements of Abiotic Stress STRESS Water Light Nutrients Temperature •time •In general, performance below optimal genetic potential is indicative of stress Plant stress can be defined in many ways - primarily, it is induced by any environmental factor, which is capable of producing or inducing a potentially harmful shift in the ability of a plant to exist under its ideal conditions. In other words, stress may be induced by the excessive pressure of a factor, on combination of factors (which may be abiotic or biotic) which it turn expresses an effect on the normal functioning of a process or series of processes within plants. Stress may be short-term, in which case, there will be recovery of normal cellular and biochemical processes within a reasonable time frame, or they may be long term, in which case, the effects that manifest themselves as a result of the perturbation, may have more serious and deleterious consequences. The term "stress" when used in plant biology, should be used only to refer to the physiological state induced by injurious strain, or inhibition of functioning (Cowan, 1994). •Plant response to environmental stimuli involves perception, transduction, adaptation • •Sensing changes in the surrounding environment •Responding to gravity and direction of light, etc. •Adjusting their growth pattern and development • •Control systems in plants involve adaptations, adaptations, adaptations Environmental stimuli that affect plant growth Factors that determine plant stress responses fig22_01 Easy definition •Plant stress is defined as any change in environmental conditions that produce a less than ideal plant response. • –Biotic –Abiotic • Biotic Factors •microorganisms (bacteria and fungal) •virus •parasitic plants •Insects •……add your suggestions Abiotic Factors •Water •Temperature •Light •Soil •Nutrients •… Other Factors ´outside an easy classification´ •Chemical Injury •Mechanical Injury •Transplant Shock • • Rice02S.jpg (299428 bytes) •SULFUR DEFICIENCY NITROGEN%20DEFICIENCY •NITROGEN DEFICIENCY crn_nutdefjpg 27 Methods to study plant stress resistance 1.Biochemical and biophysical approach –control vs. resistant plants –control vs. induced conditions 2.The genetic approach –identify mutants with altered response –suppressor mutations 3.Comparative approach: complementation in yeast 4.The Genomic Approach 5.The Metabolomic Approach 6.The Ionomic Approach 7.Discovery vs. Hypothesis-Driven Science Dámy a pánové, děkuji Vám za pozornost •