Experimentální Biologie Rostlin
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Studijní program: Biologie Studijní obor: Experimentální biologie rostlin Bc. Tomáš Figura Ekofyziologický význam extrémní citlivosti orchidejí k nitrátům Ecophysiological relevance of extreme sensitivity of orchids to nitrates Diplomová práce Školitel práce: RNDr. Jan Ponert Praha, 2016 “Nie globálne otepľovanie, alebo turizmus, ale dusík je najvačší nepriateľ prirodzených ekosystémov, normálne padajú takto krychličky dusíku na nás z neba a ničia nám tu krásne hlavne oligotrofné miesta…..a to Ťa taká krychlička môže aj zabiť keď na Teba spadne!” Nemenovaný slovenský botanik 1 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Praze, 15. 8. 2016 Podpis 2 Abstract Many orchid species are seriously endangered at present. Reasons for their disappearing from natural habitats remain often unclear. Orchids depend on mycorrhizal symbiosis in nature, however only little is known about this symbiosis. Seeds of some species do not germinate in vitro, making their cultivation for scientific and rescue purposes impossible. We found that seed germination of one of such reluctant species, Pseudorchis albida, is strongly inhibited by nitrates even at extremely low concentrations. As this species prefers oligotrophic mountain meadows, nitrate-induced inhibition probably take place in natural conditions. Surprisingly, we found similar but slightly weaker inhibitory effect also in typical mesophillic species and even in slightly eutrophic ones. The sensitivity to nitrates correlates with trophy level of studied species. This inhibitory effect of nitrates could be weakened by application of a range of growth regulators, including auxins, cytokinins and gibberellins, and also by mycorrhizal fungi. The action of nitratereductase is essential for this inhibitory effect of nitrates. Experiments with NO donors, scavengers, and NO quantification are pointing right at NO as compound which perhaps mediates nitrate inhibitory effect. Based on these results, the nitrate inhibitory effect on orchid seed germination seems to be a part of a complex regulatory network. Keywords: nitric oxide, in vitro , asymbiotic, protocorm , PTIO, SNP, tungstate, seed, germination, dormancy 3 Abstrakt Mnoho orchidejí je v součastnosti silně ohrožených a důvody jejich úbytku z přirozených stanovišť v mnoha případech neznáme. Orchideje jsou v přírodě závislé na mykorizní symbióze, ale znalostí o tomto soužití je velice málo. Některé druhy navíc neklíčí v podmínkách in vitro, což znemožňuje jejich kultivaci jak pro vědecké, tak pro ochranářské účely. Zjistili jsme, že klíčení semen jednoho takového druhu, Pseudorchis albida, je silně inhibováno nitráty, a to dokonce při jejich extrémně nízkých koncentracích. Vzhledem k tomu že tento druh osidluje oligotrofní horské louky, pozorovaná inhibice by se mohla uplatňovat i v přírodě. Zajímavé je, že podobný i když slabší inhibiční efekt jsme pozorovali také u mezofilních druhů a dokonce i u mírně eutrofních. Citlivost k nitrátům přitom koreluje s úživností stanoviště studovaných duhů. Pozorovaný inhibiční efekt je možné oslabit aplikací auxinů, cytokininů i giberelinů, anebo také symbiotickými houbami. Pro inhibiční efekt nitrátů je nezbytná aktivita nitrátreduktázy. Experimenty s donory a zhášeči NO a s kvantifikací NO ukazují, že NO pravděpodobně zprostředkovává tento inhibiční efekt. Inhibiční efekt nitrátů na klíčení semen orchidejí se tedy zdá být součástí komplexní signalizační sítě. Klíčová slova: oxid dusnatý, in vitro, asymbiotický, protokorm, PTIO, SNP, wolframan, semeno, klíčivost, dormance 4 Cíle práce Hlavním cílem projektu je zjistit možný fyziologický význam extrémní citlivosti některých orchidejí k dusičnanům. Pro splnění hlavního cíle byly stanoveny dílčí cíle: 1. Zjistit, zda je extrémní citlivost k dusičnanům specifikem druhu Pseudorchis albida, nebo zda se uplatňuje i u jiných druhů orchidejí. + 2. Otestovat vliv NH4 na klíčení semen vybraných druhů orchidejí. 3. Zjistit, zda může být reakce citlivých druhů na dusičnany ovlivněna působením fytohormonů. 4. Pomocí analýzy obsahů endogenních sacharidů v mladých protokormech poodhalit možný účinek dusičnanů na růst protokormů bezprostředně po vyklíčení. 5. Zjistit, zda je pro inhibiční efekt dusičnanů nutná aktivita nitrátreduktázy. 6. Zjistit, zda se při dusičnany vyvolané inhibici klíčení uplatňuje NO. 7. Zjistit, zda NO může ovlivňovat klíčení semen orchidejí. 8. Zjistit, zda mohou inhibiční efekt dusičnanů oslabit mykorhizní houby. 5 Poďakovanie Toto poďakovanie je síce zo srdca, ale nenavštevujem kardiológa a nemožno teda tvrdiť že nasledovné riadky sú zo zdravotného hľadiska v poriadku. Výzkum bol podporený Grantovou agenturou Univerzity Karlovy v Praze (projekt č. 365115) a fondom výtvarníka pána Radka Labuťi z Prahy (F.R.L. 2016). Obom sponzorom som povďačný. Hlavná vďaka patrí UTSR a UTPR, môjmu školiteľovi Honzovi Ponertovi a Thorovi. Ďakujem aj hadovi Midgarðsormr za to že sa neukázal a nezničil mi pokusy a Fenrirovi že nezožral slnko, bez ktorého by som mal depresie. Veľká vďaka patrí samozrejme aj mojej konzultantke Helene Lipavskej ako človeku s kopou rád a to nielen vedeckého rázu a môjmu vozidlu VW Passat B6 Variant a jeho servismanovi Zdenkovi za urýchlenie presunov. Ďakujem aj Vlastimilovi Mikoláškovi za zasvätenie do tajov privátnictva a tiež celej laborke 007 okrem Hany Ševčíkovej. Za pomoc pri riešení taxonomických (a iných) problémov ďakujem Danovi Dítě. Za informácie o lokalitách a inú pomoc ďakujem Jardovi Rydlovi, Jiřímu Echiovi Hadincovi, za štatistické rady aj po 22:00 hodine veľmi pekne aj Martinovi Weiserovi, a za FCM pomoc vždy na mailu dostupnému Pavlovi Trávničkovi, Jane a Petrovi Vítovi a vlastne obom teamom cytometrických laboratórí (Průhonice, PřF UK). Ďakujem aj Kláre Čihákovej bez ktorej by som bol z chémie tak tupý jako po absolvovaní gymplu a vlastne skoro všetkým pracovníkom katedier Botaniky a Experimentálnej biologie rostlin PřF UK v Prahe a Botanickému ústavu SAV napr. najsamľepšiemu Milanovi a ďalším jedincom tam pracujúcim za ďalšie drobnosti ktoré obohatili môj život. Takisto nesmiem zabudnúť na mrtvú rybu kde nepravidelne ale zato často načerpávam sily po dlhom dni počas ktorého jej len lačne pozerám z okna 105ky na bránu. Ďakujem aj personálu lab 008 hlavne nutričnej odborníčke Edite Tylovej a Alešovi Soukupovi. Z rád zahraničných odborníkov i nadšencov ďakujem za rady hlavne Hanne Nina Rasmussen, Svante Malmgren a Ardi Malaj z Lis. Za recentnú pomoc s fluorometriou ďakujem Dominikovi Pinkasovi a jeho neúprosnej školiteľke Gabriele Seydlovej a tiež Jeníčkovy Pilátovej za neoceniteľnú pomoc při tvorbe obalu práce. Nielen vedecký a prírode blízky ľudia majú zásluhy. Ďakujem kamionistovi Василь za zjednodušenie prechodu hranicami a Антон za pomoc keď som v meste Мукачево zabudol vypnúť svetlá a nemohol som naštartovať, príslušníkovi policie čr Mirkovi za to že mi nedal dňa 25.11.2011 pokutu a drogovo závislej Kláre za to že dňa 18.2.2012 nenakazila môjho kamaráta Lukáša. Ďakujem tiež vode ბორჯომი ktorá uhasila môj smäd pri zbere vzoriek. Ďakujem aj 6 odišiel a nenaplnil svoje متنزه سوس ماسة الوطني za to že dňa 21.3.2014 při ústí rieky مصطفى عبد هللا plány, šaline 52 za odvoz do postele, ďalej čokoláde Υγείας, tetám na albertove za zvýšené dávky jedla, poľskej sieti Biedronka a čínskemu obchodníkovi na Lípovej za doplnenie hladiny cukrov. Za fyzickú podporu Ďakujem Jakubovi Starostovi a Stanislavovi Vosolsobě za to že je. Za ďalšiu neoceniteľnú pomoc potom Adriatikovi Lajthiza, Shoferovi Lulzim Kuçone, pani zo Syllbicë (ľavý breh potoka asi 3 shtepi v smere od Tropojë), a ďalej Tatuanovi, Malimu, Erimu, Marcelimu a Rickovi z Nemercke (neďaleko Sopiku). Ďakujem aj akaricídu Vertimec za to že roztoče už nežerú moje experimenty. V neposlednej rade Ďakujem svojej najbližšej rodine za trpezlivosť, pretože nie som psychicky stabilný človek a při písaní som nebol vždy najpríjemnejší. Všetkým menovaným sa zároveň ospravedlňujem že som ich otravoval keď som miečo potreboval. Na druhej strane by som rád vynadal operátorovi ktorý zrušil sim kartu ktorá mala tajomníkovi katedry poslat SMS keď sa pokazila 006ka… kedže simku zrušili všetko mi tam chciplo! Taktiež človeku ktorý mi vybral experimenty z tmy na svetlo v chladovej komore. Toto nie je sranda! 7 Obsah 1. Teoretický úvod ......................................................................................................................... 13 1.1 Systematika orchidejí ........................................................................................................... 13 1.2 Dusík v rostlinách................................................................................................................. 15 1.2.1 Funkce N v rostlinách .................................................................................................... 15 1.2.2 Příjem N rostlinou ......................................................................................................... 15 1.2.3 Asimilace dusíku v rostlině ........................................................................................... 19 1.2.4 Signalizační funkce N v rostlinách ................................................................................ 21 1.2.5 Kontaminace N v přírodě a legislativa .........................................................................