Ekofizjologia

fakultatywne
nieobowiązkowe

Fizjologia roślin 1400-114FR
Fizjologia zwierząt i człowieka 1400-114FZ
Mikrobiologia w ochronie środowiska (cz. I) 1400-113MIKwOS1

Celem zajęć jest zapoznanie studentów z problematyką wzajemnych relacji między organizmami (zwierzętami, roślinami, mikroorganizmami) a środowiskiem, w którym żyją.

Wykłady (30 h) są prowadzone wspólnie dla wszystkich grup, natomiast ćwiczenia (60h) podzielone są na 3 grupy: "roślinną", "zwierzęcą' i "mikroorganizmalną". Studenci wybierają zajęcia prowadzone w jednej z grup.

w sali

Tematyka przedmiotu:

• Przedmiot ekofizjologii. Czynniki decydujące o rozmieszczeniu organizmów. Potrzeba integracji ekofizjologii mikroorganizmów, roślin i zwierząt.

• Organizmy w zmiennych warunkach środowiska - adaptacje i aklimatyzacje, stres.

• Ekofizjologiczne adaptacje mikroorganizmów do środowiska wodnego

• Ekofizjologia fotosyntezy.

• Anatomiczne i fizjologiczne podstawy przystosowań roślin do wysokich i niskich temperatur i warunków wodnych

• Wpływ dostępności składników odżywczych i tlenu w podłożu oraz zasolenia gleby na wzrost i występowanie roślin.

• Respiracja i krążenie u zwierząt w różnych warunkach środowiska.

• Zwierzę na lądzie i w środowiskach ekstremalnych.

• Wpływ klimatycznych i antropogenicznych zmian w środowisku na ekofizjologię interakcji roślina – zwierzę - mikroorganizm.

Wykłady:

1. Przedmiot ekofizjologii. Czynniki decydujące o rozmieszczeniu organizmów: światło, temperatura, dostępność wody, właściwości podłoża (zawartość składników odżywczych, zasolenie, dostępność tlenu). Potrzeba integracji ekofizjologii mikroorganizmów, roślin i zwierząt.

2. Organizmy w zmiennych warunkach środowiska - adaptacje i aklimatyzacje, stres. Czy organizmy (bakterie, rośliny i zwierzęta) różnią się odpowiedzią na stres? Odpowiedź na stres abiotyczny (termiczny, hipoksję, suszę) i biotyczny (np. pasożytnictwo) u bakterii, roślin i zwierząt.

3. Ekofizjologiczne adaptacje mikroorganizmów do środowiska wodnego – strukturalne i biochemiczne

4. Rozprzestrzenienie i aktywność mikroorganizmów w środowiskach naturalnych w różnych niszach ekologicznych

5. Wytwarzanie materii organicznej przez mikroorganizmy wodne (fotosynteza, chemosynteza)

6. Degradacja i utylizacja materii organicznej przez zespoły mikroorganizmów wodnych - zależności troficzne, pętla mikrobiologiczna

7. Ekofizjologia fotosyntezy: rośliny C3, C4 i CAM. Znaczenie różnych typów fotosyntezy w kontekście zmiennych warunków środowiskowych. Przystosowania roślin do wzrostu w różnych reżimach świetlnych na poziomie organizmu, komórki i organelli. Przebieg fotomorfogenezy i fotoperiodyzm u roślin pochodzących z różnych szerokości geograficznych.

8. Anatomiczne i fizjologiczne podstawy przystosowań roślin do wysokich i niskich temperatur. Czynniki środowiska a rolnictwo.

9. Wymagania wodne roślin. Przystosowania do życia w środowisku z okresowym lub permanentnym brakiem dostępu do wody na poziomie anatomii i fizjologii.

10. Wpływ dostępności składników odżywczych i tlenu w podłożu oraz zasolenia gleby na wzrost i występowanie roślin. Rola systemu przewodzącego w regulacji gospodarki wodnej i mineralnej rośliny.

11. Bilans wodny. Osmoregulacja. Wydzielanie.

12. Respiracja i krążenie w różnych warunkach środowiska.

13. Biochemiczne i fizjologiczne efekty zmian temperatury.

14. Zwierzę na lądzie i w środowiskach ekstremalnych. Osmoza. Budżet wodny, adaptacje termiczne, respiracja i inne procesy fizjologiczne w środowisku wodnym (morza, estuaria, wody słodkie).

15. Wpływ klimatycznych i antropogenicznych zmian w środowisku (wzrost temperatury, wzrost zawartości CO2 w atmosferze) na ekofizjologię interakcji roślina – zwierzę - mikroorganizm.

Ćwiczenia:

Część roślinna:

1. Przystosowania różnych gatunków roślin do niskiej temperatury - ocena przy użyciu różnicowej analizy termicznej (DTA).

2. Hipoksja i anoksja – przystosowania i reakcje różnych grup roślin na stres oksydacyjny.

3. Kompleksowa analiza ekofizjologiczna odpowiedzi na stres solny na przykładzie traw C3 i C4. Zapoznanie z metodami używanymi w ekofizjologii roślin: ocena alokacji biomasy i zmiany uwodnienia pod wpływem stresu, pomiary potencjału wody oraz fluorescencji chlorofilu jako narzędzia oceny stanu fizjologicznego roślin poddanych działaniu stresu, oznaczanie zawartości proliny – metabolitu będącego markerem stresu i jej wpływ na aktywność RuBisCO, oznaczanie aktywności peroksydazy askorbinianowej, ocena stopnia peroksydacji lipidów w odpowiedzi na stres. Zadanie realizowane w grupach jako mini-projekt badawczy.

Część zoologiczna:

1. Wpływ temperatury na tempo przemian metabolicznych u zwierząt. Aklimacja i aklimatyzacja. Przystosowania do skrajnych warunków temperaturowych.

2. Reakcje organizmów na zmiany fotoperiodu. Regulacja rozrodu i przeobrażenia.

3. Sposoby przetrwania w niekorzystnych warunkach środowiska. Diapauza. Hibernacja.

4. Ekoimmunologia. Wpływ sezonu na działanie układu odpornościowego.

Część mikroorganizmalna:

1. Pomiary in situ właściwości fizycznych i chemicznych wody jeziornej (od powierzchni do dna) a rozmieszczenie mikroorganizmów foto- i heterotroficznych w jeziorze

2. Liczebność i biomasa nano- i mikroplanktonu jeziornego

3. Produkcja i respiracja zespołów mikroorganizmów jeziornych

4. Aktywność enzymatyczna mikroorganizmów i enzymatyczna dekompozycja materii organicznej w jeziorach o różnym stopniu eutrofizacji wód

5. Relacje troficzne pomiędzy bakteriami i bakteriożercami

6. Różnorodność genetyczna i biochemiczna mikroorganizmów jeziornych.

• Larcher W, 2003. Physiological Plant Ecology. Springer-Verlag, Berlin

• Nobel PS, 2005. Physiochemical and Environmental Plant Physiology. Elsevier Academic Press, Amsterdam

• Jenks MA, Hasegawa PM, 2005. Plant Abiotic Stress. Blackwell Publishing, Oxford

• Filek M, Biesaga-Kościelniak J, Marcińska I, 2004. Analytical Methods in Plant Stress Biology. Institute of Plant Physiology, PAS, Kraków.

• Overbeck, J., Chróst, R.J. (eds.) (1990): Aquatic Microbial Ecology: Biochemical and Molecular Approaches. Springer Verlag, New York, pp. 190.

• Chróst, R.J. (1991): Microbial Enzymes in Aquatic Environments. Springer Verlag, New York, pp. 385.

• Overbeck, J. & Chróst, R.J. (eds.) (1994): Microbial Ecology of Lake Plußsee. Springer-Verlag, New York, pp. 392

• Wetzel, R.G. 2001. Limnology. Lake and River Ecosystems. Third Ed. Academic Press, San Diego, 1006 pp.

• Azam, F., A. Z. Worden. 2004. Microbes, molecules, and marine ecosystems. - Science 303: 1622-1624

• Grossart HP, Simon M. 2007. Interactions of planktonic algae and bacteria: effects on algal growth and organic matter dynamics? - Aquatic Microb. Ecol. 47: 163-176

• Pat Willmer, Graham Stone, Ian Johnston Environmental 2004Physiology of Animals, Wiley-Blackwell

• William H. Karasov, Carlos Martínez del Rio 2007Physiological Ecology: How Animals Process Energy, Nutrients, and Toxins Princeton University Press

• G. Louw, D. Mitchell 1996 Physiological Animal Ecology Prentice Hall

• Aktualne publikacje naukowe podane przez prowadzącego.

Zna i rozumie biochemiczne, anatomiczne i fizjologiczne podstawy funkcjonowania roślin i zwierząt w środowisku oraz wzajemne relacje między nimi na poziomie ekosystemu.

Rozumie wzajemne relacje organizm-środowisko, stosując hipotezy dotyczące czasowych i przestrzennych uwarunkowań różnorodności biologicznej zwierząt i roślin.

Zna specjalistyczne pojęcia terminologii biologii roślin i zwierząt, biologii środowiskowej oraz literaturę kierunkową i stan wiedzy z tych obszarów

Wybiera i stosuje techniki i narzędzia badawcze wykorzystywane w ekofizjologii roślin i zwierząt w zależności od kontekstu środowiskowego eksperymentu.

Potrafi pod nadzorem opiekuna naukowego planować i wykonać eksperyment z zastosowaniem poznanych metod; umie zaproponować metody przeprowadzenia wskazanych oznaczeń oraz ocenić przydatność metod i ich ograniczenia dla badanego materiału.

Umie pracować w zespole, realizując zaawansowane projekty badawcze z zakresu ekofizjologii roślin i zwierząt.

Wykazuje umiejętność pracy w zespole i potrafi zorganizować przestrzeń pracy sobie i innym.

Rozpoznaje, na czym polega etyka badawcza oraz rzetelność w prowadzeniu badań i interpretacji uzyskanych wyników dla funkcjonowania społeczeństwa.

Wykazuje odpowiedzialność za ocenę zagrożeń wynikających ze stosowanych technik badawczych oraz tworzenie ergonomicznych i bezpiecznych warunków pracy.

Zaliczenie ćwiczeń: nie więcej niż dwie nieobecności oraz zaliczenie pisemne lub prezentacja uzyskanych wyników w formie multimedialnej

Egzamin: pisemny, po zaliczeniu zajęć laboratoryjnych

Nie