Klíčení

1. Klíčení - kdy radikula prolomila osemení Semeno (caryopses)3 části – diploidní embryo, triploidní endosperm a fúzovaná testa-perikarp Embryo má skutelum – absorbční orgán, který asimiluje rozpuštěné zásobní látky z endospermu, na povrchu endospermu aleuronová vrstva, endosperm – škrobová zrna, kdežto aleuron - proteinová tělíska (obsahují phytin) Po nabobtnání dochází k hydrolýze zásobních látek na cukry, aminokyseliny, a další. Škrob rozkládám - a -amylasou - -amylasa sekretována scutelem a aleuronem. Aleuron je hlavní zdroj hydrolitických enzymů, nefunguje ale bez embrya (Haberlant 1890). Stavba semene: a) osemení (testa), b) endosperm, c) děložní lístky, d) hypokotyl

2. Podmínky klíčení semen • Klíčivost semen závisí na vnitřních a vnějších podmínkách. Mezi nejdůležitější vnější faktory patří teplota, voda, kyslík, a někdy i světlo, nebo tma. Semena různých rostlin vyžadují různé podmínky pro úspěšné klíčení osiva. Podmínky klíčení jsou často odpovědí na běžné podmínky prostředí. • Vlhkost - Zralá semena jsou často extrémně suchá a musí přijmout značné množství vody v poměru k hmotnosti suchého osiva před zahájením klíčení a růstu. Absorpce vody semen vede k bobtnání. Tvorba hydratačních obalů a objemový růst, je to reverzní proces až do tvorby mRNA – u pšenice 30 min. Voda + nízká teplota = vlhkost nehraje roli, vysoká teplota – malé změny vlhkosti indukují významné změny v dýchání. Čím menší semena, tím klíčení v menší hloubce. • Kyslík - je nezbytný pro metabolismus klíčících semen – oxidativní fosforylace – tvorba ATP. Kyslík se využívá u aerobního dýchání, které je hlavním zdrojem energie. Bez O2 klíčí pouze semena bahenních rostlin. U rýže klíčení možné i od vodou – využívá energie z glykolýzy (rýže roste při konc. O2 < 0,2%. Koncentrace CO2 vyšší než 35% jsou toxické. • Teplota – ovlivňuje buněčný metabolismus a růst. Semena z různých druhů rostlin mohou klíčit v širokém rozsahu teplot. Mnoho semen klíčí při teplotách mírně nad pokojovou teplotou (16-24oC), zatímco jiné klíčí těsně nad bodem mrazu. Některá semena vyžadují působení nízkých teplot k (jarovizaci) – chladová stratifikace u broskví. Vyžaduje většina semen mírného pásma – semena mrkve do ledničky a vlhka. Trilium – 2 chladové stratifikace – po první rostou kořeny a po druhé prýty. Některá semena klíčí pouze po překonání vysokých teplot během lesního požáru (akácie) + tvorba butenolidů a stimulace klíčení.

3. Podmínky klíčení semen Světlo nebo tma - může mít zásadní vliv na klíčení a je typem fyziologického klidu. Většina semen není ovlivněna světlem a tmou, ale mnoho semen, včetně semen lesních rostlin nebude klíčit, pokud nebude mít dostatek světla pro růst mladé rostliny.Fytochrom je senzor pro červenou oblast záření. Chemicky je to chromoprotein, komplex chromoforu a proteinu. Klíčení semen vyžaduje aktivní formu fytochromu P730. Pozitivně fotoblastická semena (klíčení světlem stimulováno – jmelí bílé. divizna) mají fytochrom v neaktivní formě (P660) nebo je hladina P730 velmi nízká a potřebují světlo pro jeho vznik – krátkovlné červené světlo (R). Semena negativně fotoblastická klíčí ve tmě a klíčení je světlem inhibováno (laskavec, ježatka kuří noha) – FR (730 nm) převádí P730 na P660. Stimulační vliv světla, inhbiční vliv tmy – lipnice, tabák, salát, mrkev (je ovlivňováno teplotou a lze někdy nahradit GA). Odstranění, nebo narušení osemení - skarifikace napodobuje přírodní procesy, které oslabují, poškozují, nebo odstraňují osemení před klíčením. V přírodě, některá semena vyžadují zvláštní podmínky ke klíčení. Některá musí projít trávícím traktem zvířete aby bylo oslabeno osemení, které jinak brání klíčení sazenice. Chemické vlivy – bahenní rostliny – stimulační vliv rozkladných produktů anaerobního kvašení – kys. mléčná, máselná, jablečná, suchozemské – stimulace HCl a HNO3 – vliv koncentrace H+, dále HCOOH, Cu solí, atd. Životnost semen – vrba, topol – několik týdnů, lekníny až 20 let, obilí 10 let.

4. Dormance semen Klid (dormance semene) je způsobena: a)Nedospělým embryem – po uvonění semene z plodu (z mat. rostliny) nejsou semena plně vyvinutá – jasan, blatouch – mají období klíčního klidu, vyvíjí se embryo. b)Dozrávání za ztráty vody – klíčivost až po dokonalém vyschnutí, např. kukuřice klíčivá až po dokonalém vyschnutí (posklizňové dozrávání při skladování). c)Nepropustnost pro vodu a plyny – různé uzavírací vrstvy (endosperm, nucelus, osemení, případně oplodí), klíčení není možné bez výměny plynů, např. jasan a vojtěška mají pevné osemení (palysádový sklerenchym) – tvrdá semena s neprůchodným osemením → skarifikace – narušení mechanické, chemické (H2SO4, H2O2,), v přírodě mikroorganismy. d) Inhibitory klíčení – různé látky, u peckovin např. amygdalin, při klíčení aktivovány enzymy, uvoľňuje se HCN, ten brzdí klíčení do doby než se rozloží nepropustné obaly. V dužninách plodů- blastokoliny – patří zde řada fenolických látek – skořicová, ferulová, kávová, kumarin, skopoletin. Nejdůležitější inhibitor – kys. abscisová (ABA) – je uložena v semenných obalech. Uložena v osemení a inhibuje růst embrya. Některá semena neklíčí i když mají optimální podmínky pro klíčení např. vojtěška – po 2 měsících klíčí 1/3, půl roku 2/3, po roce 90%.

5. Dormance semen Klid (dormance) semene je způsoben zejména přítomností ABA v semenných obalech. Viviparie – předčasné klíčení, ABA deficientní mutanti (vp2, 5,.. a ABA- insensitivní (vp1), jen zavislé na vysoké vlhkosti, koncentrace ABA vysoké ve střední a pozdní embryogenezy, ABA ovlivňuje zásobních proteinů a lipidů. 2 typy semenné dormance: a)embryo dormance – řízeno ABA z kotyledonů (líska, jasan, broskev), po odstranění kotyledonů normální růst b)obalem řízená dormance – rostliny z aridních oblastí se silným obalem (vojtěška)

6. Biochemické procesy při klíčení Embryo produkuje GA, posléze zjištěno že GA1. Regulace přes receptory v membráně aleuronových buněk. Přímý vstřik G3 – neaktivní, GA4 aktivní. Zapojení G-proteinů v signalingu, indukuje se exprese řady dalších hydrolytických enzymů. Indukce transkripce mRNA pro -amylasu – inhibitory transkripce a translace blokují

7. Molekulární mechanismy regulace klíčení

8. Úloha GA v regulaci klíčení Embryo produkuje GA, posléze zjištěno že GA1. Indukuje expresi řady dalších hydrolytických enzymů. Indukce transkripce mRNA pro -amylasu – inhibitory transkripce a translace blokují, GA-responsive elements (200-300 bp upstream)

9. [15.6] Signální dráhy v klíčícím semeni GA-MYB transkripční faktor reguluje expresi genu pro -amylasu, váže se k promotorové sekvenci, je to gen primární odpovědi (indukován do 3 h), kdežto gen pro -amylasu je sekundární. Indukce je zprostředkována receptory v membránách aleuronových buněk, zatím nejsou detailně popsány, pouze izolovány GBP, které zřejmě interagují s GTP-vazebnými proteiny, které aktivují adenyl- nebo guanylylcyklasu, která produkuje cGMP, který otevírá Ca2+ kanály a reguluje tak aktivitu protein kinas, Ca2+ se poté váže na kalmodulin (sekundární přenašeč)

10. Signální dráhy v klíčícím semeni Ca2+ se poté váže na kalmodulin (sekundární přenašeč)

11. SOUHRN • Mnohé procesy v rostlinách mají charakter rytmů – pravidelně se opakují • rytmy exogenní (vliv vnějšího prostředí) a endogenní (biorytmy generovány zvláštním oscilátorem – biologickými hodinami) adaptace na střídání dne a noci, ročních období, měsíc, odliv,… • Biorytmus – pravidelně se opakující změna v živé soustavě • Obecným znakem cirkadiálních rytmů je citlivost ke světlu • Za seřízení zodpovědny fytochromy a kryptochromy.