Plant Anatomy and Physiology

Je známo, že vedle vodního také suchozemské prostředí a zejména zemědělské půdy jsou stále více kontaminovány léčivy a produkty jejich transformace, jejichž zdrojem jsou nedostatečně vyčištěné odpadní vody, kaly a odpady. Nemalý podíl na znečištění půd mají i léčiva používaná při profylaktické léčbě hospodářských zvířat. Účinky této kontaminace na necílové organismy včetně rostlin jako primárních producentů v potravním řetězci se zabývá řada studií. Léčiva mohou být významným akutním, a nebo chronickým environmentálním stresorem zejména v suchých oblastech, kde je zvýšené využití odpadních vod pro závlahu. Předmětem zájmu jsou nejen antibiotika a hormonální preparáty, ale také široce používané nesteroidní protizánětlivé léky (NSAID). Tato léčiva mohou potenciálně ovlivnit všechny vývojové etapy rostlin od klíčení po reprodukci. Kritickými etapami určujícími následný růst a vývoj rostlin (u kulturních plodin i výnos) jsou raná stádia ontogeneze: klíčení semen, tvorba kořenového systému a růst klíčních rostlin. Lze předpokládat, že v tomto relativně krátkém období, kdy dochází k mobilizaci zásob v semenech a transformaci z heterotrofní výživy na autotrofní, rostliny nedisponují dostatečnou detoxikační schopností nebo účinnými obrannými mechanismy.
Současné literární zdroje přináší poznatky o účinku jednotlivých léčiv ze skupiny NSAID. V přirozeném prostředí se však tyto látky vyskytují ve směsi a její toxikologický účinek nelze spolehlivě posoudit pouze na základě znalostí toxicity jednotlivých složek z důvodu jejich doposud neznámých interakcí.
Studie může přinést nové původní informace týkající se vlivu směsi léčiv ze skupiny NSAID na klíčivost semen, elongaci kořene a růst klíčních rostlin vybraných kulturních plodin.

Supervisor

doc. RNDr. Marie Kummerová, CSc.

Téma je zaměřeno zejména na kvantifikaci vztahu mezi vybranými
parametry fluorescence chlorofylu charakterizující primární procesy
fotosyntézy a vybranými charakteristikami spektrální odrazivosti (indexy
reflektance), a to ve vztahu k fyziologickému stavu rostlinného materiálu
tří typů modelových rostlin. V případě mechů půjde zejména o analýzu výše
uvedeného vztahu v závislosti na relativním obsahu vody ve stélce, teplotě
stélky a vitalitním stupněm charakterizovaným zbarvením stélky (barevné
třídy: svěže zelená, zelená, žlutozelená, žlutá, hnědá) a PI indexem. V případě cévnatých rostlin půjde o analýzu ve vztahu k nedostatečné
zásobenosti listů vodou a vysokou teplotou. V případě semenáčků dřevin
půjde o analýzu výše uvedených charakteristik ve vztahu k fenoménu vysokou
teplotou indukované časné senescence listu a sezónní dynamice
ekofyziologických parametrů jehlic. Ve všech třech modelových skupinách
rostlin je cílem rovněž analýza aktivace ochranných mechanismů fotosyntézy
(zejména komponent nefotochemického zhášení) při působení výše uvedených
experimentálních faktorů a v souladu s dlouhodobým zaměřením pracoviště
určení vhodného parametru spektrální reflektance pro interpretaci
multispektrálních snímků vegetace pomocí přístupu remote sensing.

Engl:
The topic is mainly focused on quantifying the relationship between selected
chlorophyll fluorescence parameters characterizing primary processes
photosynthesis and selected spectral reflectance characteristics (indices
reflectance), in relation to the physiological state of plant material
of three types of model plants. In the case of mosses, this will involve in particular the analysis of the above
the above relationship as a function of the relative water content of the stem, the temperature
of the stem and the vitality level characterised by the colour of the stem (colour
classes: fresh green, green, yellow-green, yellow, brown) and the PI index. V vascular plants, the analysis will be in relation to the lack of
leaf water supply and high temperature. In the case of seedlings of woody plants
the analysis of the above characteristics in relation to the phenomenon of high
temperature-induced early leaf senescence and seasonal dynamics
ecophysiological parameters of needles. In all three model groups
plants, the aim is also to analyse the activation of protective mechanisms of photosynthesis
(in particular the components of non-photochemical quenching) under the action of the above
experimental factors and in accordance with the long-term focus of the institute
determination of a suitable spectral reflectance parameter for interpretation
multispectral images of vegetation using a remote sensing approach.

Supervisor

prof. Ing. Miloš Barták, CSc.

Bude doplněno později. Byude využita(1) metoda lineárního ochlazování a (2) stanovení teplotní stability za souběžného měření parametrů fluorescence chlorofylu.

Supervisor

prof. Ing. Miloš Barták, CSc.

Předmětem tématu doktorské disertační práce je sledování fotosyntetické aktivity vybraných druhů mechů, cévnatých rostlin (bylin) a dřevin pomocí biofyzikálních metod, zejména fluorescence chlorofylu in vivo a metod spektrální reflektance. Cílem doktorské disertační práce je kvantifikovat důležitost jednotlivých faktorů prostředí (chlad, mráz, nedostatek/přebytek vody, sluneční záření, teplota vzduchu, sněhová pokrývka) pro limitaci biofyzikálních a biochemických procesů fotosyntézy. V průběhu řešení bude uplatňován především přístup řízených laboratorních experimentů, součástí práce může být (v závislosti na úspěšnosti žádostí o granty) i terénní výzkum in situ.

Supervisor

prof. Ing. Miloš Barták, CSc.

Během evoluce si rostliny vyvinuly několik adaptačních mechanismů, které jim zajišťují přežití a reprodukci v podmínkách stresu. Tyto mechanismy zahrnují například adaptace v růstu a morfologii orgánů a zvýšenou biosyntézu metabolitů s nízkou molekulární hmotností (převážně sekundárních metabolitů) s různými ochrannými rolemi a funkcemi, např. antioxidační, UV stínící nebo osmoprotektivní. Řada těchto mechanismů navíc působí v těsné souhře s působením rostlinných hormonů, zejména auxinů a cytokininů, které se pak podílí na jejich translokaci či na indukci fyziologické nebo morfologické odezvy. Kromě přímého působení ochranných látek v rostlině může tedy docházet k orchestraci působení těchto molekul s fytohormony (funkce růstového regulátoru) a také k modulačnímu vlivu na mikrobiom kořenů při jejich vylučování do rhizosféry. Práce se bude zabývat analýzou procesu indukce ochranných mechanismů vlivem působení významných environmentálních faktorů jako je intenzita záření, jeho spektrální složení (zejména pak vliv UV záření a modrého světla) a dostupnosti vody a živin (především dusíku).  Analýza by měla objasnit zejména význam transportu syntetizovaných nízkomolekulárních látek a jejich působení i mimo místo původní syntézy (indukce a syntéza v listech a ochranné či regulační působení v kořenech nebo dokonce v půdním prostředí přes kořenové exsudáty).
Práce se bude zabývat analýzou procesu indukce ochranných mechanismů vlivem působení významných environmentálních faktorů jako je intenzita záření, jeho spektrální složení (zejména pak vliv UV záření a modrého světla) a dostupnosti vody a živin (především dusíku).  Analýza by měla objasnit zejména význam transportu syntetizovaných nízkomolekulárních látek a jejich působení i mimo místo původní syntézy (indukce a syntéza v listech a ochranné či regulační působení v kořenech nebo dokonce v půdním prostředí přes kořenové exsudáty).
Ke splnění výše uvedených cílů bude v experimentech v řízených podmínkách v hydroponickém a aeroponickém systému sledována reakce nejprve několika vybraných hospodářsky využívaných rostlinných druhů z různých funkčních skupin (C3 rostliny – ječmen, řepka, hrách, slunečnice) i některé C4 druhy (např. kukuřice, čirok).  V další fázi bude pak zkoumána odezva několika funkčně odlišných odrůd stejného druhu.
Reakce rostlin budou hodnoceny metodami růstové analýzy, sledováním funkcí rostlin na celostní úrovni (výměna plynů, fluorescence chlorofylu a hyperspektrální zobrazování). Dále budou využity metabolomické metody pro identifikaci změn ve složení a množství hlavních ochranných látek v rostlině i látek vylučovaných kořeny a také hodnocení změn poměru C:N v biomase. Budou také sledovány změny základních fytohormonů v průběhu stresové reakce. V neposlední řadě bude ke kvantifikaci toků látek v rostlině i do rhizosféry využito značení stabilními izotopy. 
Předpokládanými praktickými výstupy práce budou zjištění: (i) jak změna podmínek prostředí v souvislosti se změnou klimatu ovlivní indukci ochranných mechanismů (ii) a jestli moderní dlouhodobě šlechtěné odrůdy mohou být více negativně ovlivněné, (iii) zda a jakým způsobem mohou indukované ochranné mechanismy v rostlině vést k modulaci interakcím rostlin s půdními mikroorganismy nebo s abiotickými faktory půdního prostředím.

Supervisor

doc. RNDr. Vít Gloser, Ph.D.

Stále rostoucí lidská populace, industrializace a konzumní způsob života je příčinou neustálého vstupu různých organických polutantů, včetně léčiv, do životního prostředí. Léčiva a produkty jejich transformace vstupují do prostředí různými cestami, například z komunálních a průmyslových odpadů, nebo z odpadních vod ze zdravotních zařízení. Důvodem kontaminace jsou často zastaralé nebo neúčinné technologie čištění odpadních vod. Využívání zejména volně dostupných léčiv je v současnosti stále nedostatečně regulováno, a jejich osud v prostředí a potenciální dopad na necílové organismy, jako jsou rostliny, není dosud dostatečně prozkoumán.
Léčiva jsou vytvářena s cílem zajistit jejich vysokou účinnost již při velmi nízkých koncentracích, proto mohou být pro řadu organismů toxická již jejich rezidua v prostředí. Léčiva se navíc vyskytují ve směsích s možnými synergickými, aditivními nebo antagonistickými účinky, které mohou být toxičtější než jednotlivé složky. Jejich neustálý vstup vytváří podmínky chronické expozice, která může být rizikovější než akutní vliv.
Předmětem této studie bude posouzení chronického vlivu směsi léčiv ze skupiny nesteroidních protizánětlivých léčiv (NSAID) na růst vybraných kulturních plodin. K hodnocení růstu budou využity biochemické a fyziologické stresové markery, zejména s důrazem na významný anabolický proces, fotosyntézu.

Supervisor

doc. RNDr. Marie Kummerová, CSc.