INFOVEK - Rast a vývin rastlín - príprava na hodinu
logo Infovek

Téma: RAST A VÝVIN RASTLÍN

Autor: Doc. RNDr. Katarína Ušáková, CSc.
Typ hodiny:
základný s prvkami problémového vyučovania
Výchovno-vzdelávacie ciele:
Vzdelávacie ciele:
informatívne
  • Vysvetliť
    • podstatu rastových a vývinových procesov rastlín,
    • biológiu rastlín a vplyv vnútorných činiteľov na tieto procesy,
    • princíp klíčenia, klíčivosti a dormancie.
  • Poukázať na
    • kľúčové procesy ontogenetického vývinu rastlín a vzájomné vzťahy jednotlivých štádií,
    • zóny rastu a charakterizovať ich,
    • podstatu, funkciu a význam rastových látok (natívne, syntetické),
    • možnosti kultivácie "in vitro" pri štúdiu týchto procesov, z hľadiska biotechnológií a teda ovplyvnenia týchto procesov v komerčnom záujme.
  • Využiť východiskové poznatky:
    anatomické
    - pletivá a ich základné rozdelenie,
    - organológia: vegetatívne a reprodukčné orgány,
    - bunkový cyklus, jeho regulácia, diferenciácia buniek,
    - bunkové a pletivové kultúry, kultivácia "in vitro", totipotencia bunky;
    fyziologické
    - stimulátory, inhibítory (pozri bunkový metabolizmus).
  • Sprístupniť nové pojmy:
    • klíčenie, klíčivosť, rast, zóny rastu - meristematická, predlžovacia, diferenciačná; vývin,
    • dormancia: hlboká, vynútená; rastové látky: auxíny, giberelíny, cytokiníny, kyselina abscisová, fenolické látky, etylén,
    • syntetické regulátory: 2,4-D (kyselina 2,4-dichlórfenoxy-octová), NAA (kyselina-naftyloctová), IAA ( kyselina -indolyloctová).

    Poukázať na vzťahy medzi nimi:
    rast: kvantitatívne procesy - vývin (oplodnená zygota, meristematické pletivo) <---> vývin: kvalitatívne procesy (vegetatívne, reprodukčné orgány, uhynutie rastliny),
    dormancia <---> klíčenie,
    pôsobenie rastových látok <---> kvalita rastových a vývinových procesov,
    natívne <---> syntetické regulátory.
Výchovné ciele:
formatívne
  • Rozvíjať u žiakov rozumové schopnosti, tvorivou aplikáciou vedomostí, napr.:
    kvalita klíčenia <---> predkličovanie, vrstvenie semien do piesku, odstraňovanie tvrdých obalov semien a pod.,
    aplikácia rastových látok postrekmi <---> ovplyvnenie kvality rastu a vývinu s dopredu určeným zámerom preferencie buď kvetu, napr. na liečivé účely, buďplodov, podzemnej koreňovej časti a pod.,
    ovocinárska, lesnícka prax <---> aplikácia auxínov (lanolínová pasta),
    vlastnosť totipotencie buniek meristematického pletiva a následné biotechnologické možnosti s ekonomickým a komerčným efektom.
  • Poukázať na:
    environmentálne aspekty
    biologicky nezávadná produkcia "biopotraviny" <---> natívne regulátory,
    klíčivosť <---> optimálne agrotechnické podmienky (pH pôdy, vlhkosť, minimalizácia exhalátov),
    zdravotnícke aspekty
    získavanie bezviróznych jedincov kultiváciou "in vitro".
Rozvíjajúce ciele:
  • porovnávacími otázkami sústavne poukazovať na vzájomné prepojenie rastových a vývinových procesov s pôsobením ostatných vnútorných, najmä fyziologických, anatomických a genetických faktorov,
  • nastoľovaním praktických problémov formou učebných a problémových úloh viesť žiakov nielen k pochopeniu učiva, ale aj rozvíjaniu logického myslenia a pochopenia úzkej prepojenosti teoretických poznatkov s možnosťami ich využívania v poľnohospodárskej praxi.
Vyučovacie metódy:
rozprávanie, aktivizačný rozhovor, popis, vysvetľovanie.
Vyučovacie prostriedky:
  1. učebné pomôcky - fólie, ukážky fotografií kultivácie pletivových kultúr "in vitro",
  2. didaktická technika - spôtný projektor.

ŠTRUKTÚRA HODINY
I. Organizačná časť
  1. prezencia, príprava pomôcok;
  2. stručné oboznámenie žiakov s problematikou nového tématického okruhu, ktorý sa obsahovo zameriava na otázky rastu, vývinu a vzájomných vzťahov orgánov rastlín.
II. Opakovanie a kontrola vedomostí
zamerať na aktualizáciu už známych poznatkov a cez ne naviazať na problematiku nového učiva, napr.:
  1. Ako delíme rastlinné pletivá z hľadiska schopnosti buniek deliť sa?
  2. Čím sa líšia bunky meristematického pletiva od buniek trvácich pletív?
  3. Vymenujte typy pletív:
    1. z hľadiska funkcie,
    2. z hľadiska hrubnutia bunkovej steny buniek pletív!
  4. V ktorých častiach rastliny sú lokalizované meristematické pletivá?
  5. Vysvetlite princíp mitotického delenia!
  6. Aký je rozdiel medzi mitózou a meiózou?
  7. Vymenujte fázy bunkového cyklu!
  8. Vysvetlite spôsoby regulácie bunkového cyklu!
  9. Čo rozumieme pod pojmom:
    1. diferenciácia buniek
    2. starnutie buniek
  10. Vysvetlite princíp kultivácie buniek a pletív rastlín, metodikou "in vitro"!
  11. Vymenujte vegetatívne orgány rastlín!
  12. Čo patrí medzi reprodukčné orgány?
  13. Nakreslite a popíšte semeno nahosemenných rastlín a krytosemenných rastlín.
  14. Čo je propagačnou jednotkou:
    1. kvitnúcich
    2. nekvitnúcich rastlín?
III. Sprístupňovanie a osvojovanie nového učiva (expozícia)
l. MOTIVÁCIA

Gigantické platany, sekvoje a tisovce severnej Ameriky sú považované za najstaršie stromy sveta, ktoré dosahujú niekoľko sto až tisícok rokov života. Podľa "Natural History" z roku l970, najstaršia borovica mala 4900 rokov, bola to pravdepodobne najstaršia rastlina Zeme. Prastarými rastlinami, či živými reliktami sú tiež ginkgá a magnólie. Na druhej strane poznáme rastliny, ktorých dĺžka života neprekročí niekoľko týždňov, tzv. efeméry napr. jarmila jarná.

Napriek preukaznej rozdielnosti týchto rastlín, kým dosiahnu štádium reprodukcie-rozmnožovania a uhynutia, musia prejsť rovnakými "životnými fázami".

  • Ako nazývame fázy, ktoré vyjadrujú obdobie života rastliny od vyklíčenia až po uhynutie?
Individuálny vývin = ontogenéza (životný cyklus)

2. OBSAHOVÁ A DIDAKTICKÁ POSTUPNOSŤ
  1. Individuálny-ontogenetický vývin
    • Ktoré štádium v živote rastliny, môžeme označiť za "začiatok" ontogenézy?
    Životný cyklus začína prvým dňom oplodnenej vajcovej bunky, až po smrť indivídua, obrazne povedané je ohraničený obdobím "od semena (výtrusu) po semeno (výtrus).

    Základom rastlinného organizmu vznikajúceho pohlavným rozmnožovaním je jedna bunka - zygota, ako výsledok oplodnenia vyjcovej bunky spermiou. Zygota obsahuje v jadre kompletnú genetickú informáciu a v cytoplazme mechanizmus na realizáciu tejto informácie. Zygota je totipotentná a mitoticky sa delí (práve vlastnosť totipotencie sa využíva pri kultivácii "in vitro"). Na určitom stupni vývinu sa embryo osamostatňuje a jeho časti si rozdelia špecifické funkcie. Po oddelení od materského organizmu sa vzájomným pôsobením dedičných vlastností s vnútornými a vonkajšími podmienkami rastlina vyvíja, pričom sa diferencuje za vzniku špecifických štruktúr a jednotlivých rastlinných orgánov (vývin - chápeme vždy z hľadiska ontogenetického, ako individuálny vývin jedinca, kým vývoj - chápeme z hľadiska fylogenetického - evolučného).

    • Ktoré procesy musia v rastline prebehnúť, aby sa uskutočnil celý životný cyklus?
    klíčenie, rast, vývin

    Fázy ontogenézy:

    • zárodok
      • rastie
    • vegetatívne orgány
      • koreň
      • stonka
      • listy
    • reprodukčné orgány
      • kvet
      • semeno
    • starnutie
    • smrť
    INDIVIDUÁLNY VÝVIN = RAST + DIFERENCIÁCIA

  2. Rast

    3.     - tvorba nových buniek v pletivách a orgánoch:
    • zväčšovanie rozmerov
    • zvyšovanie hmotnosti kvantitatívny (nezvratný) proces
    • tvorba sušiny

    Z náuky o pletivách vieme, že k tvorbe nových buniek dochádza v delivých (meristematických) pletivách. Podľa tvorby a diferenciácie nových buniek v pletivách, rozlišujeme 3. fázy - zóny rastu.

    1. Meristematická - embryonálna zóna (zárodočná) - tvorba nových buniek mitotickým delením, čím sa vytvára bunkový parenchým.
      Vzhľadom na nízky stupeň svojej diferenciácie je možné využívať pletivo tejto zóny na kultiváciu "in vitro" pri získavaní tzv. meristémových kultúr.
      Problémová úloha:
      Na základe doterajších poznatkov o bunkovom delení, diferenciácii buniek a pletív uveďte, aký význam má v praxi kultivácia "meristémových kultúr", metodikou "in vitro"!
      • Poskytuje nebývalé možnosti prakticky "neobmedzeného" rozmnožovania rastlín s výhodným genotypom, napr. okrasných (orchidea, karafiáty), prípadne poľnohospodársky alebo farmaceuticky zaujímavých odrôd, kde sa dosiahol vysoký koeficient rozmnožovania.
      • Ďalšími, dnes už reálnymi možnosťami, uplatňovanými priamo vo výrobe je získavanie bezviróznych rastlín z infikovaného materiálu.
    2. Predlžovacia - prolongačná zóna - rast,
      • zväčšovanie novovytvorených buniek,
      • tvorba a splývanie vakuol v jednu,
      • príjem vody, turgorové zväščovanie bukových stien.
    3. Diferenciačná - rozlišovacia zóna - diferencovanie trvácich pletív.
      • Čím je podmienená diferenciačná-rozlišovacia schopnosť buniek?
      Geneticky kontrolovanou aktivitou príslušných génov, ktoré podmieňujú diferenciáciu pletív a špeciálnych orgánov - kvalitatívne zmeny.

      Diferencované (špecializované) rastlinné bunky vykonávajú špecifické funkcie. Zmenou podmienok, v ktorých sa špecializovaná bunka nachádza, napr. kultiváciou "in vitro" možno v mnohých prípadoch vyvolať remeristematizáciu, dediferenciáciu a neorganizovaný rast. Po ďalšej zmene podmienok indukovaním embryogenézy alebo organogenézy, možno vyvolať opätovnú diferenciáciu a získať dokonca celú rastlinu v laboratórnych podmienkach.

    • Čím sa líšia bunky trváceho pletiva od buniek meristematických?
    Bunky trváceho pletiva
    • sú diferencované, odlíšené tvarovo a funkčne,
    • majú medzibunkové priestory,
    • majú nerovnomerne zhrubnuté bunkové steny,
    • majú vakuoly.
    • V čom je podstatný rozdiel medzi rastom a vývinom?
    Rast sú zmeny kvantitatívne, kým vývin kvalitatívne.

    Ontogenetický cyklus rastlín začína propagačnou jednotkou semenom alebo výtrusom. Propagačná jednotka obsahuje zárodok so všetkými hlavnými časťami, z ktorých sa rastlina vyvinie a živiny. Živiny udržujú zárodok pri živote a umožňujú klíčenie.

  3. Klíčenie - klíčivosť

    4. Klíčenie - je rast zárodku (embrya), ktoré prežilo istý čas pokoja. Sprevádzajú ho procesy: príjem vody, intenzívne delenie buniek a dýchanie.

    • Každé semeno, ktoré sa dostane do pôdy vyklíči? Čím je to podmienené?

    Klíčivosť - schopnosť semena vyklíčiť.

    Faktory

    • genetické vlastnosti rastlín
    • podmienky prostredia

    • Čo môže brániť klíčeniu semien?
    • tvrdé obaly semena,
    • nevyvinuté embryo,
    • nevhodná teplota,
    • nevhodné osvetlenie,
    • látky zabraňujúce rastu (inhibítory).
    Problémová úloha:
    Prečo sa musia odstraňovať tvrdé obaly semien?
    - znemožňujú príjem vody, kyslíka, rastu a zväčšovaniu embrya.
    Problémová úloha:
    Ako sa dosahuje v bežnej ovocinárskej praxi, aby sa semeno dostalo do klíčivého stavu?
    - navrstvením semien do piesku.

    • Môže semeno predčasne vyklíčiť?
    Predčasnému vyklíčeniu semena zabraňujú prírodné - natívne inhibítory (látky zábranné).

    • Je rast zárodku od jeho klíčenia až po zánik dospelej rastliny rovnomerný?
    Nie. Ovplyvňuje to striedanie ročných období -jar, leto, jeseň, zima, kedy sa výrazne menia vegetačné podmienky až v určitom ročnom období, nepriaznivom pre klíčenie sa rast zastaví.

  4. Dormancia
    5. obdobie vegetačného pokoja, fylogenetické prispôsobenie sa rastlín, nepriaznivým podmienkam.

    Vegetačný pokoj je v rastline geneticky zafixovaný. Semeno môže prežívať v pokoji týždne, mesiace, ba i roky, vo vyhovujúcich podmienkach ožije a začne klíčiť.

    Hlboká dormancia - geneticky zafixovaná dormancia púčikov.
    Vynútená dormancia - nedobrovoľné predĺženie dormancie, vplyvom nepriaznivých vonkajších podmienok.

    Problémová úloha:
    Vysvetlite, či sa miernou zimou obdobie dormancie predlžuje alebo skracuje!
    Skracuje, urýchľuje tak rašenie mladých konárov a otváranie kvetov, čo v prípade následných prízemných mrazov, pôsobí negatívne.

    Problémová úloha:
    Ako by ste dokázali, že každá drevina musí prejsť v zimnom období štádiom pokoja, t.j. dormanciou?
    Odtrhnutá vetvička ani vo vodnom roztoku s najoptimálnejším zložením minerálnych látok nevyraší.

  5. Vnútorné činitele rastu - rastové látky

    6. Už v úvode sme poukázali na to, že jednotlivé časti rastlín, nerastú rovnako rýchlo. Okrem genetických faktorov, rast a vývin rastlín, podobne ako všetky ostatné fyziologické procesy, ovplyvňujú vnútorné a vonkajšie činitele.

    Vnútorné činitele rastu - tzv. regulátory rastu:

    • podporujú - stimulujú - STIMULÁTORY,
    • zastavujú - inhibujú - INHIBÍTORY, ktoré sú súčasťou regulačných mechanizmov rastlín.
    Sú schopné urýchľovať, spomaľovať alebo inak modifikovať metabolické procesy, ktorých výsledkom sú zmeny v raste, vývine a morfogenéze rastlín.

    1. Vnútrobunkové regulátory - riadenie aktivity génov a enzýmov;
    2. Medzibunkové - rastové hormóny, nazývané aj fytohormóny, čo však nie je vhodný termín, pretože nemajú špecifický účinok ako hormóny živočíšne.

    MOTIVÁCIA:
    O vysvetlenie biológie rastu a definovanie podstaty rastových procesov sa pokúšal už Ch. DARWIN, známymi pokusmi s koleoptilou tráv. Predpokladal hmotnú podstatu rastových procesov a existenciu chemických látok ovplyvňujúcich ohyb koleoptíl (bližšie pozri obr. 6 "Pokusy s koleoptilou ovsa").
    Na tieto pokusy naviazali ďalší bádatelia, no až holanský fyziológ F. W. WENT (l926) experimentami s koleoptilou zistil, že rast je spôsobený špecifickou látkou, ktorá prechádza jednosmerne zhora nadol koleoptily, tzv. auxínom (grécky auxíno-zväčšujem sa).

    Problémová situácia:
    Na základe uvedeného vysvetlite podstatu rastových procesov!
    Pomocné otázky:
    • Prečo sa koleoptila zakrivuje v spodnej časti k svetlu?
    Auxín spôsobuje predlžovací rast buniek a tým zväčšovanie plochy pôvodného pletiva, čo je príčinou zakrivenia koleoptily.

    • V ktorej časti koleoptily začína iniciácia procesu zakrivenia účinkom svetla?
    Vo vrchole koleoptily.

    • Na základe uvedených pokusov lokalizujte prítomnosť auxínu v rastline!
    Vychádzame z lokalizácie meristematických pletív, apikálne meristémy-vrcholy stoniek, koreňov, koleoptily; púčiky a rastové vrcholy listov.

    Vo všeobecnosti rastové látky v optimálnych množstvách stimulujú fyziologické procesy pri vyšších ich inhibujú (to isté množstvo rastovej látky, môže jeden proces stimulovať, iný inhibovať).
    Natívny, prirodzený auxín sa nachádza i v moči, okrem toho sa v súčasnosti syntetizujú i syntetické auxíny, využívané najmäa pri kultivácii "in vitro". Medzi najznámejšie patrí IAA, NAA, prípadne 2,4-D.

    Problémová úloha:
    Môže sa intenzita účinku syntetických regulátorov rastu rovnať intenzite účinku natívnych regulátorov? Vysvetlite!
    Syntetické regulátory majú dokonca silnejší účinok, ako natívne, pretože v rastlinách pomalšie degradujú.

    Význam a účinok auxínov:
    • ako rastové regulátory- urýchľujú (stimulujú) klíčenie semena,
    • zabraňujú rastu bočných púčikov (regulačná funkcia),
    • podporujú rast koreňa a zakoreňovanie odrezkov.
    Napr.: pri zničení listov parazitmi i vplyvom auxínu vyrastajú nové zo spiacich púčikov.
    • Ako vysvetlíte, že tieto listy nevyrastú zo spiacich púčikov skôr?
    Kým je list živý, dovtedy auxín bráni rastu púčikov, potom pôsobí ako stimulátor alebo inhibítor, čo je podmienené jeho koncentráciou.

    Účinok auxínov:
    1. nešpecifický, tzn. na každú rastlinu a rastlinný orgán pôsobí rôzne, t.j. stimuluje alebo inhibuje rast;
    2. podieľa sa na regulačných procesoch rastlín, napr. hojenie rán po poranení pletiva, ktoré je sprevádzané tvorbou kalusu, t.j. nerozlíšeného pletiva (nádoru) a následného vyrastania vedľajších - adventívnych koreňov, ktoré by ináč nevyrástli;
    3. v ovocinárskej a lesníckej praxi, napr. zakoreňovanie odrezkov aplikáciou IAA na rezné plochy, čo podmieni rast nových koreňov a vlastné tvarovanie stromov a krov.

    Medzi ďalšie účinné
    • stimulátory patria napr. cytokiníny a giberelíny, ktoré sa tiež využívajú ako rastové látky pri kultivácii "in vitro";
    • inhibítory patria fenolické látky, etylén a kyselina abscisová ktorá má význam najmä v ovocinárstve, kde
      • zabraňuje rastu púčikov, čím vytvára síce menej plodov, ale sú väčšie a kvalitnejšie,
      • spôsobuje predčasné zhadzovanie kvetov a následné zabraňovanie kvitnutia šalátu, čo umožní tvorbu veľkých hlávok šalátu.
    • Ako sa v ovocinárskej, či lesníckej praxi, realizuje stimulovanie alebo inhibovanie rastu príslušných orgánov?
    Aplikácia postrekov.

    Herbicídy - chemické prostriedky ničenia rastlín (inhibítory).
    1. selektívne - ničia len niektoré rastliny, čo sa využíva aj v boji proti škodcom-burinám (hrozí porušovanie ekologickej rovnováhy);
    2. neselektívne - ničia všetky rastliny.
IV. Upevnenie a zhrnutie učiva
- stručnými otázkami, využitím obrazu tabule.

OBRAZ TABULE
Téma: Rast a vývin rastlín

Individuály-ontogenetický vývin: Životný cyklus - začína prvým delením oplodnenej vajcovej bunky, až po smrť indivídua.

Procesy:
  • klíčenie
  • rast
  • vývin - diferenciácia

Fázy ontogenézy:
  • zárodok - rast,
  • vegetatívne orgány - koreň, stonka, listy - DIFERENCIÁCIA,
  • reprodukčné- kvet, semeno, výtrus,
  • starnutie,
  • smrť - uhynutie rastliny.

Rast: tvorba nových buniek v pletivách a orgánoch (kvantitatívny, nevratný proces).

Zóny rastu (fázy):
  1. meristematická - embryonálna (zárodočná):
    • tvorba nových buniek mitotickým delením,
    • schopnosť totipotencie zygoty sa využíva v kultivácii "in vitro";
  2. predlžovacia - prolongačná zóna: rast, zväčšovanie novovytvorených buniek - kvantitatívne zmeny;
  3. diferenciačná - rozlišovacia zóna: diferencovanie trvácich pletív - kvalitatívne zmeny.

Klíčenie - rast zárodku (embrya), ktoré prežilo istý čas pokoja. Klíčivosť - schopnosť semena vyklíčiť (genetické vlastnosti, podmienky prostredia).
Dormancia - obdobie vegetačného pokoja, fylogenetické prispôsobenie sa rastlín, nepriaznivým podmienkam.
  1. hlboká dormancia - geneticky zafixovaná;
  2. vynútená - predĺženie vegetačného pokoja vplyvom nepriaznivých podmienok.

Vnútorné činitele rastu - rastové látky:
  1. Stimulátory
    • auxíny natívne - v moči,
    • syntetické - IAA, NAA, 2,4-D, cytokiníny, giberelíny;
  2. Inhibítory - kyselina abscisová, fenolické látky, etylén.

Význam rastových látok:
  • regulujú rastové procesy: stimulujú, inhibujú rast,
  • podieľajú sa na regulačných procesoch rastlín (závalové pletivo-kalus),
  • aplikácia v ovocinárskej či lesníckej praxi ======> postreky: herbicídy- selektívne, neselektívne.
V. Zadanie domácej úlohy
osvojenie sprístupneného učiva, doplnením informácií z učebnice a vyriešenie nasledovných problémových úloh:

  1. Prečo je v ovocinárskej a lesníckej praxi, zaužívané navrstvenie semien do piesku, pred ich vysievaním?
    Vysvetlite!
  2. Pomerne teplá (atypická) zima spomaľuje, či urýchľuje vyrastanie listov, mladých konárov a otváranie kvetov?
    Vysvetlite!
  3. Uveďte, ktoré faktory prostredia, najviac ovplyvňujú dormanciu púčikov!
  4. Ako vysvetlíte, že sa môžu vrcholy koreňa a stoniek navzájom nahrádzať, pri pestovaní na živnom médiu?
  5. Aký fyziologický mechanizmus umožňuje prezimovanie rastlinných púčikov?
  6. Vysvetlite, čo sa stane, keď odrežeme vrchol koleoptily jedného druhu rastliny a prenesieme ju na kýpeť iného druhu?
  7. Uveďte, aké efekty môžeme pozorovať, keď odstránime rastový (vegetačný) vrchol?
  8. Vysvetlite v čom je podstata ovplyvňovania zakoreňovania odrezkov v ovocinárskej a lesníckej praxi?

Otázky a úlohy:

  1. Uveďte dva vnútorné činitele, ktoré ovplyvňujú rast a vývin rastlín!
  2. Vyznačte správnu odpoveď!
    1. auxín je prirodzený rastlinný - stimulátor - inhibítor
    2. účinnosť fytohormónov je - špecifický - nešpecifický
  3. Doplňte!
    1. Klíčivosť je ............................................
    2. Obdobie vegetačného pokoja rastliny nazývame ............
    3. Na zabránenie predčasného klíčenia v nevhodných podmienkach, používame látky zvané .........................
  4. Uveďte, ako sa nazýva pletivo, ktoré sa tvorí na poranených miestach rastlín!
  5. Vymenujte zóny rastu rastliny!
  6. Uveďte, ktorú vlastnosť buniek meristematického pletiva, využívame pri kultivácii pletív "in vitro"?
  7. Prečo v bunkách cibule nepozorujeme nikdy pohyb protoplazmy, kým v bunkách listov z vegetačného vrcholu je dobre viditeľný?
  8. Prečo stromy a kry presádzame až po opadaní listov?


paticka
© 1999-2004 Projekt INFOVEK
Posledná zmena: