Basics of Plant Ecophysiology
2600-OG-EN-BPE
Kurs: Podstawy ekofizjologii roślin
Kurs Podstawy ekofizjologii roślin bada interakcje między roślinami a ich środowiskiem poprzez analizę mechanizmów fizjologicznych i biochemicznych leżących u podstaw adaptacji i przetrwania roślin. Dzięki połączeniu wiedzy teoretycznej i praktycznych eksperymentów laboratoryjnych studenci zdobędą kompleksowe zrozumienie reakcji roślin na czynniki środowiskowe, takie jak światło, temperatura, dostępność wody i składników pokarmowych.
Komponent wykładowy (10 godzin)
Cykl wykładów wprowadza w podstawowe zasady ekofizjologii roślin i prowadzi do zaawansowanych zagadnień związanych z fizjologią stresu i strategiami adaptacyjnymi. Omawiane tematy:
Wprowadzenie do ekofizjologii roślin
Definicja, znaczenie i zakres ekofizjologii roślin.
Rola roślin w utrzymaniu równowagi ekosystemów.
Fotosynteza i bilans energetyczny
Mechanizmy absorpcji światła, transportu elektronów i wiązania węgla.
Odmiany szlaków fotosyntetycznych (C3, C4, CAM) i ich znaczenie ekologiczne.
Relacje wodne roślin
Pobieranie wody, transport i regulacja transpiracji.
Fizjologia aparatów szparkowych i strategie tolerancji suszy.
Reakcje roślin na stresy abiotyczne
Adaptacje fizjologiczne i biochemiczne do stresów świetlnych, temperaturowych, suszy i zasolenia.
Rola cząsteczek sygnałowych i genów odpowiedzi na stres.
Zastosowania ekofizjologii
Wpływ globalnych zmian klimatycznych na fizjologię roślin.
Praktyczne zastosowania w rolnictwie, leśnictwie i zrównoważonym zarządzaniu krajobrazem.
Komponent laboratoryjny (30 godzin)
Zajęcia laboratoryjne zapewniają praktyczne doświadczenie w pomiarze i analizie kluczowych procesów fizjologicznych i biochemicznych u roślin. Zakres zajęć:
Podstawowe techniki i obsługa sprzętu
Szkolenie w zakresie obsługi spektrofotometrów, systemów wymiany gazowej i mierników chlorofilu.
Przygotowanie eksperymentów do oceny parametrów fizjologicznych roślin.
Pomiar chlorofilu i fotosyntezy
Oznaczanie ilościowe chlorofilu a i b metodami spektrofotometrycznymi.
Pomiar szybkości fotosyntezy i transpiracji przy użyciu przenośnych systemów wymiany gazowej.
Eksperymenty dotyczące fizjologii stresu
Analiza reakcji roślin na stres abiotyczny (np. susza, zasolenie, temperatura).
Oznaczanie zmian w zawartości proliny, węglowodanów oraz aktywności enzymów antyoksydacyjnych.
Testy aktywności enzymatycznej
Pomiar aktywności enzymów związanych ze stresem, takich jak katalaza (CAT), dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) i askorbinowa peroksydaza (APX).
Analiza roli enzymatycznych antyoksydantów w łagodzeniu stresu oksydacyjnego.
Analiza i interpretacja danych
Wprowadzenie do metod statystycznych wykorzystywanych w interpretacji wyników eksperymentalnych.
Pisanie sprawozdań laboratoryjnych i prezentacja wyników.
Studium przypadku i dyskusja
Zastosowanie zdobytej wiedzy do rzeczywistych problemów fizjologii roślin, takich jak poprawa tolerancji roślin uprawnych na stresy klimatyczne.
Całkowity nakład pracy studenta
Godziny kontaktowe:
Wykład: 10 godzin
Laboratorium: 30 godzin
Konsultacje: 5 godzin
Samokształcenie:
Przygotowanie do wykładów i laboratoriów: 10 godzin
Przegląd materiałów i przygotowanie sprawozdań: 20 godzin
Łącznie: ~75 godzin (odpowiednik 3 punktów ECTS)
Efekty uczenia się - wiedza
W1: Zrozumieć podstawowe zasady ekofizjologii roślin, koncentrując się na interakcjach roślina–środowisko oraz adaptacjach fizjologicznych.
W2: Opisać mechanizmy fotosyntezy, w tym absorpcję światła, transport elektronów i szlaki wiązania węgla (C3, C4 i CAM).
W3: Wyjaśnić relacje wodne roślin, obejmujące pobieranie wody, transport, transpirację oraz strategie tolerancji suszy.
W4: Zrozumieć procesy pobierania, transportu i asymilacji składników pokarmowych przez rośliny oraz ich znaczenie ekologiczne.
W5: Zidentyfikować fizjologiczne i biochemiczne mechanizmy odpowiedzi roślin na stresy abiotyczne, takie jak susza, zasolenie, ekstremalne temperatury i natężenie światła.
W6: Rozpoznać rolę reaktywnych form tlenu (ROS) i systemów antyoksydacyjnych, w tym kluczowych enzymów takich jak katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa i askorbinowa peroksydaza, w odpowiedzi roślin na stres.
W7: Analizować wpływ czynników środowiskowych na procesy fizjologiczne roślin, takie jak fotosynteza, oddychanie i wzrost.
W8: Wyjaśnić rolę fluorescencji chlorofilu i pomiarów wymiany gazowej jako narzędzi oceny kondycji fizjologicznej roślin w różnych warunkach.
W9: Omówić, w jaki sposób globalne zmiany klimatyczne wpływają na ekofizjologię roślin i jakie mają konsekwencje dla rolnictwa oraz dynamiki ekosystemów.
W10: Wykazać się znajomością metod eksperymentalnych i narzędzi stosowanych w badaniach ekofizjologii roślin, w tym spektrofotometrii, analizy wymiany gazowej i testów biochemicznych.
Efekty uczenia się - umiejętności
U1: Przeprowadzać eksperymenty laboratoryjne w celu pomiaru fotosyntezy, transpiracji i innych kluczowych procesów fizjologicznych u roślin.
U2: Wykonywać testy aktywności enzymatycznej, w tym katalazy (CAT), dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i askorbinowej peroksydazy (APX), w celu oceny odpowiedzi roślin na stres.
U3: Korzystać z urządzeń takich jak spektrofotometry, mierniki chlorofilu i systemy do analizy wymiany gazowej w celu zbierania i analizy danych fizjologicznych.
U4: Stosować odpowiednie metody statystyczne do analizy danych eksperymentalnych i skutecznej interpretacji wyników.
U5: Przygotowywać i pisać szczegółowe sprawozdania laboratoryjne, obejmujące wizualizację i interpretację danych.
U6: Projektować eksperymenty badające fizjologiczne reakcje roślin na czynniki stresu abiotycznego, takie jak susza, zasolenie i temperatura.
U7: Ocenić kondycję roślin w zmiennych warunkach środowiskowych przy użyciu zaawansowanych technik ekofizjologicznych, takich jak analiza fluorescencji chlorofilu.
U8: Syntezować informacje uzyskane z wyników eksperymentalnych w celu wyciągnięcia wniosków dotyczących interakcji roślina–środowisko i strategii adaptacyjnych.
U9: Krytycznie oceniać wyniki badań w dziedzinie ekofizjologii roślin i proponować praktyczne zastosowania dla zrównoważonego rolnictwa i zarządzania ekosystemami.
U10: Pracować zespołowo w środowisku laboratoryjnym, wykazując się skuteczną współpracą i umiejętnością rozwiązywania problemów podczas eksperymentów i analizy danych.
Efekty uczenia się - kompetencje społeczne
K1: Wykazywać odpowiedzialność i dbałość o szczegóły podczas prowadzenia eksperymentów laboratoryjnych i obsługi sprzętu naukowego.
K2: Przejawiać proaktywne podejście do rozwiązywania problemów związanych z fizjologią stresu roślin i zarządzaniem ekosystemami.
K3: Prezentować umiejętność pracy zespołowej i współpracy podczas zajęć laboratoryjnych i dyskusji grupowych, doceniając różnorodne perspektywy i wkład uczestników.
K4: Rozwijać krytyczne i etyczne podejście do zastosowania wiedzy z zakresu ekofizjologii roślin w rolnictwie, leśnictwie i ochronie środowiska.
K5: Rozumieć znaczenie zrównoważonych praktyk oraz rolę roślin w utrzymaniu stabilności ekosystemów i przeciwdziałaniu globalnym wyzwaniom, takim jak zmiany klimatu.
K6: Skutecznie komunikować się z rówieśnikami i prowadzącymi, jasno przedstawiając wyniki i idee w formie pisemnej i ustnej.
K7: Doceniać znaczenie ciągłego uczenia się i aktualizowania wiedzy z zakresu nauk o roślinach i ekofizjologii.
K8: Wykazywać zaangażowanie w zachowanie integralności naukowej i rzetelności w raportowaniu danych i wyników eksperymentalnych.
K9: Rozumieć znaczenie społeczne i globalne ekofizjologii roślin w kontekście zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego i ochrony bioróżnorodności.
K10: Prezentować profesjonalne podejście do badań ekologicznych oraz gotowość do wykorzystania wiedzy na rzecz społeczeństwa i środowiska.
Metody dydaktyczne
Wykłady: Interaktywne prezentacje z elementami dyskusji.
Laboratorium: Praktyczne eksperymenty, zbieranie danych i ich analiza.
Metody dydaktyczne eksponujące
- pokaz
Metody dydaktyczne podające
- wykład problemowy
- pogadanka
- opis
Metody dydaktyczne poszukujące
- doświadczeń
- studium przypadku
- pomiaru w terenie
- obserwacji
- referatu
- ćwiczeniowa
- laboratoryjna
Rodzaj przedmiotu
przedmiot fakultatywny
Wymagania wstępne
Podstawowa znajomość biologii i fizjologii roślin jest zalecana.
Koordynatorzy przedmiotu
Kryteria oceniania
Sprawozdania laboratoryjne – 50%
Końcowa prezentacja ustna – 30%
Aktywność i udział w zajęciach – 20%
Literatura
Kalaji, H. M., & Guo, P. (2018). Chlorophyll Fluorescence: Understanding Crop Performance – Basics and Applications. CRC Press.
Reich, P. B., & Oleksyn, J. (2004). "Global Patterns of Plant Leaf N and P." Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(30), 11001-11006.
Becklin, K. M., et al. (2021). Plant Physiological Ecology in a Changing World. Springer.
Valladares, F., Gianoli, E., & Gómez, J. M. (2007). "Ecological limits to plant phenotypic plasticity." New Phytologist, 176(4), 749-763.
Sunkar, R., Kapoor, A., & Zhu, J.-K. (2006). "Posttranscriptional induction of two Cu/Zn superoxide dismutase genes in Arabidopsis is mediated by downregulation of miR398 during oxidative stress." Plant Cell, 18(8), 2051-2065.
Zandalinas, S. I., et al. (2021). "Multifaceted responses of plants to abiotic stress combinations." New Phytologist, 230(3), 1034-1048.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i
terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: