Zemědělská botanika_SYSTÉM 01_Archaea a sinice

Zemědělská botanika
Vít Joza
[email protected]
Nižší rostliny (Thallobionta)
+ Archaea
Impérium: Archea (syn. Archaebacteria)
• objeveny 1977 (C. Woese et G. Fox)
• některé biologické vlastnosti (transkripce a translace DNA)
podobné Eukaryotům
• stavba buněčné membrány (buněčná stěna
postrádá peptidoglykan) i DNA zásadně odlišná
od Eukaryot i Prokaryot
• rozmnožování
příčným dělením
Impérium: Archea (syn. Archaebacteria)
výskyt: často vroucí gejzíry, vroucí sopečné prameny,
prostředí s extrémním pH i salinitou
• hypertermofilní archea – mohou žít v teplotě > 100 °C
– vulkanické vývěry 10.000 m pod hladinou moří
– termální prameny vulkanických oblastí)
• metanogenní a halofilní archea
– anaerobní bažiny
– trávicí trakt skotu a termitů
– v hlubinných vrtech ropy
Impérium: Prokaryota (Bacteria)
•
•
•
•
•
vznik před 3-3,5 mld. let (sedimenty v Africe)
buňky většinou malé (1-10 µm)
forma: jednotlivé buňky, kolonie, vlákna
rozmnožování: a) nepohlavní – pouze dělením
b) pohlavní (vzácné)
často přísně anaerobní !
Impérium : Prokaryota (Bacteria): stavba buňky
buněčná stěna (tvoří ji peptidoglykan)
protoplazmatická membrána (kryje protoplast)
- vytváří vchlípením enzymatické systémy (výběžky),
mesozómy pro dýchání buňky
- na membránu zevnitř nasedají ribozómy
jádro nahrazeno 1 kruhovou molekulou DNA
(= nukleotid: není oddělen od cytoplazmy)
u fotoautotrofů: tylakoidy (~ zploštělé měchýřky)
Impérium : Prokaryota (Bacteria): stavba buňky
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
nejstarší organismy s fotosyntézou rostlinného typu
(fotosyntéza probíhá zpravidla v aerobních podmínkách)
autotrofní prokaryotické organismy
s jednobuněčnou či vláknitou stélkou
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
nemají jádro, chloroplasty ani mitochondrie
nemají bičíky
tylakoidy volně
prorostlé cytoplazmou
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
dělení buněk příčným zaškrcováním
zásobní látka: sinicový škrob
často vytvářejí slizovou pochvu
(u vláken či kolonií)
různé barvy sinic: poměr červeného a modrého pigmentu
(pigment druhově typický, ale ovlivněn složením světla a výživou)
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
vysoká fenotypová plasticita
(časté ekomorfy)
jsou kosmopolitní (často symbionti)
u vícebuněčných sinic:
fixace plynného dusíku
ve specializovaných buňkách
(heterocysty)
růžencovka
(Anabaena flos-aquae)
Buchar et al. 1987
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
rozmnožování:
a) přehrádečné dělení (zaškrcování)
b) pomocí hormogonií
(několikabuněčné části vlákna, oddělované
od vlákna mateřského; pohybují se pomalým
klouzavým pohybem)
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
před 2 mld. let dominantní organismy
první geol. doklady
již před > 4 mld. let
(prahory - archaikum)
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
specifické struktury:
1. aerotopy
2. heterocysty
3. artrospory
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
specifické struktury:
1. aerotopy – agregáty tzv.
plynových vezikulů v sinicích vodního květu
(jediné známé plynem naplněné struktury v živých buňkách,
válcovitý tvar; cf. plynné vakuoly) nadlehčují ve vodě
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
specifické struktury:
2. heterocysty – tlustostěnné buňky s průzračným
obsahem, probíhá v nich fixace plynného dusíku
(enzym nitrogenáza); fungují v období s deficitem dusíku v
prostředí
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
specifické struktury:
3.
artrospory (trvalé spory, akinety) – zásobárny živin,
silná buněčná stěna;
důležité pro přežití
v nepříznivých podmínkách
Říše: Prokaryota (Bacteria): systém
•
ve sladkých vodách, v půdě a v brakických vodách
žije asi 111 rodů a 1.000 druhů sinic
oddělení: Cyanophyta (syn. Cyanobacteria) – sinice
třída: Cyanophyceae – sinice
řád: Chroococcales
Oscillatoriales
Chamaesiphonales
Nostocales
Stigonematales
Říše: Prokaryota (Bacteria): systém
třída: Cyanophyceae – sinice
řád:
•
•
Chroococcales
jednobuněčné sinice,
žijící jednotlivě či v koloniích
heterocysty a artrospory chybějí
Mikrocystis spp. – vodní květ
ve sladkých vodách
Gleocapsa spp.
Chamaesiphon spp. – porůstají povrch
substrátů v tekoucích vodách
Říše: Prokaryota (Bacteria): systém
třída: Cyanophyceae – sinice
řád:
Oscillatoriales
•
•
heterocysty a artrospory chybějí
rozmnožování hormogoniemi
Planktothrix (Oscillatoria) rubescens
– vytváří červený vodní květ v severských jezerech
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
řád:
Nostocales
Nostoc spp.
– rostou na dně mělkých
tůní, na vlhké zemi
– žluté či olivově zelené
slizovité kolonie
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
třída: Cyanophycae – sinice
řád:
Nostocales
Anabaena spp.
Calothrix spp.
– přímá či šroubovitá vlákna
obklopená řídkým slizem
– A. flos-aquae hojná
v rybnících; toxický druh
Prokaryota: oddělení:
Cyanophyta - sinice
Nostocales
třída: Cyanophycae – sinice
Chroococcales
Chroococcales
Význam sinic
•
vazba dusíku do amonných solí zúrodňování rýžových
polí (Indie), zrání léčivých bahen apod.
•
vysoký obsah proteinů v sušině (většinou 60-70 %)
biotechnologie
Arthrospira (= Spirulina): potrava pro rekonvalescenty, zdroj
vitamínů a karotenu aj. (Japonsko)
potravinářská barviva (fykobiliny)
lékařství: fluorescence barviv fykobilinů
(náhrada radionuklidů při sledování metabolických procesů)
Význam sinic
•
vodní květ (předstupněm je mu „vegetační zákal“
– opticky homogenní suspenze)
•
evoluční biologie: endosymbiotická teorie
(ribozomální RNA)
Význam sinic
•
symbiotické organismy
(Nostoc, Gleocapsa, Chroococcus aj.)
lichenizované houby (8 % ze 17.000 druhů lišejníků)
•
účast při vzniku některých karbonátových hornin
(travertiny; porušení chemické rovnováhy odběrem
CO2:
Ca2+ + 2(HCO3)1- => CaCO3 + H2O + CO2 )
Vodní květ
toxiny sinic (cyanotoxiny): látky sekundárního
metabolismu
(tj. nejsou využívány pro primární metabolismus organismu)
ve srovnání s ostatními přírodními toxiny jsou toxičtější než toxiny
vyšších rostlin a hub, ale méně toxické než bakteriální toxiny
produkce velkého množství toxických látek
nejnebezpečnější jsou anatoxiny (Anabaena flos-aquae)
Vodní květ
rozvoj vodního květu ~ stupni eutrofizace vody; toxicita
má ale nahodilý charakter (vyskytuje se jen u některých populací)
problémy při technickém, rybářském
a zejména vodohospodářském využití
+ teratogenní účinky !!
u nás v letních měsících:
Microcystis aeruginosa
Aphanizomenon flos-aquae
Anabaena spp.
doporučená studijní literatura
• Kalina T. (1998): Systém a vývoj sinic a řas. – Karolinum, Praha. 166 p.
• Kalina T. et Váňa J. (2005): Sinice, řasy, houby, mechorosty a podobné
organismy v současné biologii. Karolinum, Praha. 608 p.
• Svrček M., Kalina T., Smola J., Urban Z. et Váňa J. (1976):
Klíč k určování bezcévných rostlin. Stát. Pedag. Nakl., Praha. 580 p.
• http://www.sci.muni.cz/ptacek/CYTOLOGIE6.htm
• http://www.sinicearasy.cz/pages/pokr/sinice
• http://algologie.upol.cz/files/system/Sinice.pdf
• http://www.sinice.cz/temp/publ/kap1vks.pdf
• Koukolík F. et Koubský P. (1998): Šimpanz a vesmír. – Vyšehrad,
Praha. 183 p. [p. 96-100]
• Buchar J., Drobník J., Hadač E., Janko J., Květ J., Lellák J. et Roček Z.
(1987): Život. – Mladá fronta, Praha. 490 p.
• Kincl L. et al. (1997): Biologie rostlin. Fortuna, Praha. 112 p.
Děkuji za pozornost