BIOLÓGIA KRYPTOGAMOV

UNIVERZITA PAVLA JOZEFA ŠAFÁRIKA V KOŠICIACH PRÍRODOVEDECKÁ FAKULTA ÚSTAV BIOLOGICKÝCH A EKOLOGICKÝCH VIED KATEDRA BIOLÓGIE RASTLÍN BIOLÓGIA KRYPTOGAMOV (praktické cvičenia) Michal Goga, Marko S. Sabovljević, Martin Bačkor, Dajana Kecsey, Deepti Routray 2025 Za odbornú a jazykovú stránku tohto textu zodpovedajú autori. Rukopis neprešiel redakčnou ani jazykovou úpravou. Dostupné od: 15.12.2025 Umiestnenie: www.unibook.upjs.sk DOI: https://doi.org/10.33542/BOC-0472-9 ISBN 978-80-574-0472-9 (e-publikácia) Publikácia bola vypracovaná v rámci riešenia projektu KEGA č. 009UPJŠ-4/2023. BIOLÓGIA KRYPTOGAMOV (praktické cvičenia) Skriptum Autori: doc. RNDr. Michal Goga, PhD. prof. Dr. rer. nat. Marko Sabovljević, PhD. prof. RNDr. Martin Bačkor, DrSc. RNDr. Dajana Kecsey, PhD. RNDr. Deepti Routray, PhD. Katedra biológie rastlín, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach Recenzenti: doc. RNDr. Svetlana Gáperová, PhD. Fakulta prírodných vied, Univerzita Mateja Bela doc. Ing. Jana Maková, PhD. Fakulta biotechnológie a potravinárstva, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre Tento text je publikovaný pod licenciou Creative Commons 4.0 - CC BY NC ND (AttributionNonCommercial-NoDerivatives 4.0 International) 3 Predhovor Vitajte na praktických cvičeniach z biológie kryptogamov, ktoré vás uvedú do fascinujúcej rozmanitosti a systematiky nižších rastlín. Tieto praktické cvičenia sú navrhnuté tak, aby poskytli najzaujímavejšiu cestu k štúdiu kryptogamov, umožňujúc študentom získať praktické poznatky zapojením sa do experimentov, ktorých cieľom sú pozorovania, analýzy a identifikácie vybraných druhov. Začneme základmi mikroskopovania, kde nadobudnete nevyhnutné zručnosti v pochopení komponentov a správneho používania mikroskopu, čo je základný nástroj v botanických štúdiách. Ďalej sa dostaneme k štúdiu siníc (cyanobaktérií), fotosyntetizujúcich prokaryotov, ktoré sú životné dôležité pre ekosystémy Zeme, a k červeným riasam (Rhodophyta), známym svojim špecifickým pigmentovaním a ekologickým významom. Manuál následne skúma rôznorodú skupinu Heterokontophyta, vrátane rozsievok a hnedých rias, a potom sa zameriava na zelené riasy (Chlorophyta), ktoré sú evolučne blízke suchozemským rastlinám. V ďalších kapitolách budeme skúmať huby z oddelení Myxomycota, Oomycota a Zygomycota, so zameraním na ich jedinečné životné cykly a ekologický význam. Štúdium húb pokračuje skupinami Ascomycota a Basidiomycota, kde budete sledovať ich rozmnožovacie štruktúry, životné cykly a význam v ekosystémoch. Ďalšou skupinou kryptogamov, ktoré môžete nájsť v pracovnom zošite sú lišajníky, symbiotické organizmy, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v rastlinných spoločenstvách, napríklad ako bioindikátory či ako zdroj bioaktívnych látok. Napokon sa pracovný zošit končí kapitolou o machorastoch (Bryophyta), kde sa zameriavame na tieto necievnaté rastliny, konkrétne triedy (machy a pečeňovky), s dôrazom na ich úlohu v regulácii vody a ekologickej rovnováhe. Tento pracovný zošit poskytuje podrobne, krok za krokom vedené inštrukcie, podporené ilustráciami a vysvetleniami, aby vám pomohli pochopiť štrukturálne a funkčné vlastnosti nižších rastlín. Absolvovaním týchto cvičení získate základné porozumenie rozmanitosti a komplexnosti týchto organizmov, čo vás pripraví na pokročilejšie štúdium biológie rastlín so zameraním na kryptogamy (nižšie rastliny). Biológia kryptogamov (praktické cvičenia) podporuje zvedavosť a vedecký prístup k objavovaniu zložitého sveta nižších rastlín a mikroorganizmov a usiluje sa o prehĺbenie vášho záujmu o štúdium ich úlohy v prírode. 4 Poďakovanie: Radi by sme vyjadrili poďakovanie našim doktorandom, Mgr. Martine Gavurovej, Mgr. Anastasii Tomliak a Mgr. Richardovi Frenákovi, ktorých prínos významné obohatil tento pracovný zošit. Ich odborné postrehy, iniciatíva a kolegiálny prístup boli kľúčové pri tvorbe obsahu a zvýšení jeho kvality. Zároveň vyslovujeme srdečne poďakovanie kolegom z Katedry biológie rastlín na Ústave biologických a ekologických vied za ich podporu, poskytnuté materiálne a technické zázemie a neustále povzbudenie. Podnetné akademické prostredie a dôraz na excelentnosť zohrali dôležitú úlohu pri realizácii tohto spoločného diela. Tento pracovný zošit je výsledkom kolektívneho úsilia, a preto si vysoko vážime odhodlanie, odbornú prácu a nasadenie všetkých, ktorí sa na jej vzniku podieľali. Ďakujeme, že ste prispeli k jej úspechu. autori 5 Obsah: A. Organizácia cvičení .................................................................................................................... 7 1. Úvod do štúdia kryptogamov ............................................................................................................... 9 Úloha č. 1: Terénny prieskum kryptogamov v botanickej záhrade vrátane skleníkov so zameraním na oblasti ich využitia (ekologický, biologický, estetický, kultúrny, farmaceutický význam) ................. 9 2. ZÁKLADY MIKROSKOPOVANIA ............................................................................................... 17 3. CYANOPHYTA (sinice) ................................................................................................................... 18 Úloha č. 1: Sledovanie heterocytov a akinét vo vybraných vzorkách siníc ....................................... 18 Úloha č. 2: Prítomnosť asimilačných pigmentov u siníc.................................................................... 21 Úloha č. 3: Preparáty s popisom ........................................................................................................ 23 Úloha 4: Pozorovanie trvalých preparátov vybraných druhov siníc pomocou stereomikroskopu. Pozorujeme nasledujúce druhy. ........................................................................................................... 24 4. RHODOPHYTA (červené riasy) ....................................................................................................... 25 Úloha 2: Pozorovanie trvalých preparátov vybraných druhov červených rias pomocou stereo mikroskopu. Pozorujeme tieto druhy ................................................................................................. 27 Úloha 3: Pozorovanie trvalých preparátov vybraných druhov červených rias pomocou mikroskopu. Pozorujeme tieto druhy ...................................................................................................................... 29 5. Heterokontophyta triedy: a. jednobunkové (Bacillariophyceae-rozsievky), b. mnohobunkové riasy (Phaeophyceae-hnedé riasy), (Xanthophyceaežltozelené riasy) .......................................................... 30 Úloha 1: Pozorovanie trvalých preparátov zástupcov triedy Bacillariophyceaerozsievky .............. 30 ........................................................................................................................................................... 31 ........................................................................................................................................................... 31 Úloha 2: Pozorovanie trvalého preparátu riasy z triedy Phaeophyceae (hnedé riasy) ....................... 31 Úloha 3: Pozorovanie herbárových položiek vybraných druhov hnedých rias pomocou stereo mikroskopu. Pozorujeme 3 a 2 druhy: ............................................................................................... 32 Úloha 4: Pozorovanie preparátov rias z triedy Xanthophyceae (žltozelené riasy) - Tribonema sp .... 33 6. CHLOROPHYTA (zelené riasy) ........................................................................................................ 34 Úloha 1: Riasy ako bioindikačný test ................................................................................................ 34 Úloha 2: Pozorovanie rozličných tvarov chloroplastov odd. Chlorophyta ........................................ 37 Úloha 3: Pozorovanie trvalých preparátov a herbárových položiek .................................................. 37 7. Oddelenie MYXOMYCOTA, OOMYCOTA, ZYGOMYCOTA ....................................................... 39 Úloha č. 1: Pozorujte trvalé preparáty z oddelenia Myxomycota. Nakreslite a opíšte plodnicu týchto druhov vrátane nasledujúcich štruktúr: (hypotalus, spóry, kapilícium) ............................................. 40 Úloha č. 2: Slizovky sa využívajú ako modelové organizmy. Prečo? ............................................... 40 Úloha č. 3: Pozorujte, nakreslite a opíšte trvalé preparáty z oddelenia Oomycota (konídiá, infikované pletivá, sporangium v rôznych pletivách hostiteľa) ........................................................................... 41 8. Oddelenie ASCOMYCOTA ............................................................................................................... 42 Úloha č. 1: Pripravte natívny preparát z kultúry Saccharomycetes cerevisiae, pozorujte a popíšte deliace sa bunky ................................................................................................................................. 43 6 Úloha č. 2: Pozorujte trvalé preparáty Penicillium, modrej plesne a list broskyňe napadnutej Taphrina deformans, a opíšte konídiá a konidiófory. ........................................................................................ 43 Úloha č. 3: Pozorujte trvalé preparáty. ............................................................................................... 44 9. Oddelenie BASIDIOMYCOTA .......................................................................................................... 46 Úloha č. 1: Pozorujte trvalé preparáty z triedy Hymenomycetes, určte typ hyménia a nakreslite jeho časti (bazídia, cystídiá, spóry) ............................................................................................................ 47 Úloha č. 2: Na základe trvalých preparátov pozorujte a nakreslite telium (čierna hrdza na pšenici).48 Úloha č. 3: Pozorujte trvalý preparát z triedy Urediniomycetes (Gymnosporangium sabinae) a nakreslite aecidiá a pyknidiá. ............................................................................................................. 48 Úloha č. 5: Vyberte si 4 modely húb (2 jedlé a 2 nejedlé), zakreslite a popíšte ich anatomickú stavbu. ........................................................................................................................................................... 49 10. LICHENES (lišajniky) ...................................................................................................................... 50 Úloha č. 1: Pozorovanie stielok z anatomického a morfologického hľadiska ................................... 51 Úloha č. 2: Rekryštalizácia sekundárnych metabolitov lišajníkov ..................................................... 52 Úloha č. 3: Rozdelenie sekundárnych metabolitov pomocou TLC platničky vo vyvíjacej komôrke 53 11. Oddelenie BRYOPHYTA ................................................................................................................ 55 Úloha č. 1: Pripravte si natívny preparát zo zástupcov oddelenia MarchantiophytaMarchantia polymorpha. V preparáte nájdite a zakreslite nasledovné bunkové štruktúry: vzduchové komôrky, vzduchové póry, epiderma, chlorenchým, parenchým, vakuoly ........................................................ 56 Úloha č. 2: Na základe teórie si zakreslite a popíšte 1 zástupcu machov, ktorý tvorí pleurokarp a 1 zástupcu, ktorý tvorí akrokarp ........................................................................................................... 57 Úloha č. 3: Z pečeňovky Marchantia polymorpha pozorujte gemmae a urobte si z neho preparát. Preparát si zakreslite, nájdite a popíšte olejové telieska..................................................................... 57 Úloha č. 4: Popíšte nasledujúci obrázok. ........................................................................................... 58 Úloha č. 5: Pripravte si preparát z rašeliníka (Sphagnum sp.) a pozorujte hyalocyty/chlorocyty ...... 58 7 A. Organizácia cvičení V praktikárni študenti pracujú samostatne a úlohy plnia v poradí určenom cvičiacim . Študent je povinný : 1. Prísť na cvičenie načas a ostať v učebni, kým nebudú splnené všetky pridelené úlohy a cvičiaci neprekontroluje pracovný zošit. 2. Študent je povinný vopred si osvojiť princípy a postupy, ktoré budú počas cvičenia vykonávané. 3. Každú neúčasť na cvičení je potrebné ospravedlniť. Každú zameškanú úlohu je nutné nahradiť. Termín náhradného cvičenia bude určený po vzájomnej dohode s cvičiacim. 4. Študenti sú povinní udržiavať poriadok na svojich pracoviskách. Po ukončení cvičenia musia očistiť sklo, upratať rastlinný materiál a vrátiť stôl do pôvodného stavu. 5. Opustiť učebňu je možné iba so súhlasom cvičiaceho. Všeobecne pravidlá bezpečnosti pri práci: Pred začiatkom práce v botanickej praktikárni sa študent musí oboznámiť so základnými pravidlami práce s chemikáliami, elektrickými zariadeniami a musí pochopiť princípy, funkcie a obsluhu používaných prístrojov. Z uvedených pravidiel kladieme dôraz najmä na tieto zásady 1. V laboratóriu je zakázané jesť, piť a fajčiť. Laboratórne náradie, nádoby a zariadenia sa nesmú používať na konzumáciu jedla, pitia ani na skladovanie potravín. 2. Počas práce sa môžu používať iba chemikálie s jasným označením a nepoškodené laboratórne pomôcky. 3. Pri manipulácii so sklom (napr. podložné sklíčka a krycie sklíčka) sa chráňte pred porezaním. Zvyšky rozbitého skla sa majú odstrániť z pracovného stola metličkou (nie rukou) a uložiť do nádoby s pevným dnom. 4. Alkoholové horáky nesmú zostať bez dozoru počas horenia. 5. Korozívne látky a toxíny sa nesmú nasávať ústami; vždy sa musia používať bezpečnostné pipety. 6. Pri práci s horľavými a výbušnými látkami je potrebné byť opatrný a najprv informovať ostatných pracovníkov. Dávajte pozor na otvorený oheň! 7. Rozliate kyseliny treba okamžite zaliať vodou, neutralizovať práškovou sódou a opäť prepláchnuť vodou. 8. Študenti nesmú zasahovať do elektrických časti zariadení pod napätím, používať alebo opravovať poškodené a nefunkčné elektrické zariadenia. 9. Študenti sú povinní používať zariadenia v súlade s návodom výrobcu a pokynmi cvičiaceho. 10. Pred začiatkom práce s náradím, prístrojmi alebo strojmi si študenti musia overiť, či nie sú poškodené, mokré alebo inak poškodené. Všetky poruchy, poškodenia alebo nesprávne fungovanie je potrebné okamžite nahlásiť. 11. V prípade požiaru musí byť hasiaci prístroj ľahko dostupný. Elektrické zariadenia pod napätím sa nesmú hasiť vodou, vodnými alebo penovými hasiacimi prístrojmi. 12. Spotrebný materiál, chemikálie, energiu a zariadenia treba používať šetrne a zodpovedne. 8 Základné princípy poskytovania prvej pomoci: V prípade úrazov sa v triede poskytuje iba prvá pomoc. Pri vážnejších poraneniach je okrem nevyhnutnej starostlivosti dôležité zabezpečiť, aby zranená osoba dostala odbornú lekársku pomoc. Každý úraz musí byť nahlásený vedúcemu cvičenia. Základné princípy podania prvej pomoci: a) Mechanické poranenia (rezné, trhacie a prepichnuté rany): − Zvyčajne spôsobené nepozornosťou pri manipulácii so sklom alebo pracovnými nástrojmi (skalpel, preparovacia ihla). − Menšie poranenia a odreniny sa ošetrujú priamo v laboratóriu (očistite oblasť okolo rany roztokom peroxidu vodíka 1,5–3 %). − Pri väčších poraneniach prekryte ranu sterilným obväzom a vyhľadajte lekársku pomoc. b) Otrava vdýchnutím: − Zabráňte vniknutiu škodlivej látky do tela; postihnutú osobu vyveďte z miestnosti a opatrne odstráňte odev (ktorý môže obsahovať toxické látky). − Zaistite základné životné funkcie, v prípade potreby vykonajte umelé dýchanie. − Ponúknite teplý čaj alebo kávu. c) Otrava z požitia: − Rýchlo odstráňte toxín z tela, vyvolajte vracanie vypitím približne 1,5 litra vlažnej vody, podajte rozdrvené aktívne uhlie ako antidotum. d) Podráždenie kože žieravou látkou − Postihnuté miesto okamžite oplachujte prúdom vody po dobu 5–10 minút. − Použite neutralizačný roztok a aplikujte sterilný obväz. e) Podráždenie oka žieravou látkou: − Oko okamžite vyplachujte prúdom vody, použite borovú vodu a oko opäť vypláchnite. − Okamžite to nahláste vedúcemu cvičenia. f) Poranenia spôsobené elektrickým prúdom: − Postihnutú osobu odstráňte z dosahu elektrického prúdu vypnutím hlavného vypínača pri vstupe do učebne. − Postihnutú osobu premiestnite alebo potiahnite suchým predmetom. − Ihneď začnite s umelým dýchaním. − Dôležité telefónne čísla Hasiči: 150 Záchranná zdravotná služba: 155 Polícia: 158 Núdzové volanie (SOS): 112 15 Marchantiophyta (pečeňovky), Bryophyta (machy), Anthocerotophyta (rožteky). Machorasty zohrávajú kľúčovú ekologickú úlohu ako priekopnícke druhy pri tvorbe pôdy – stabilizujú ju, zadržiavajú vlhkosť, regulujú hydrologické cykly, viažu uhlík (najmä druhy rodu Sphagnum) a poskytujú biotopy pre mikroorganizmy a bezstavovce (Glime, 2007). Taktiež prispievajú k cyklovaniu živín v lesných ekosystémoch. Machorasty sú bohatým zdrojom bioaktívnych zlúčenín, akými sú fenolové zlúčeniny, terpény a iné aromatické látky s významným liečivým potenciálom. Využívajú sa v biotechnologických metódach na výrobu zlúčenín pre farmaceutický, kozmetický, parfumérsky priemysel a odpudzovanie hmyzu. Okrem toho obsahujú fytochemikálie s protizápalovými, antioxidačnými a antimikrobiálnymi vlastnosťami, čo z nich robí cenný zdroj pre vývoj liečiv. Kultivácia in vivo umožňuje ich veľkoplošnú produkciu. Od pradávna boli machorasty tradične využívané domorodými komunitami na liečbu rôznych ochorení a zdravotných ťažkostí. Všetky tieto využitia poukazujú na etnobotanický a terapeutický význam machorastov (Das K a kol., 2022). Napríklad zlúčeniny nachádzajúce sa v pečeňovkách, vrátane terpénov a bisbibenzylov, majú široké spektrum účinkov – antimikrobiálne, protiplesňové, antioxidačné, protizápalové a dokonca protirakovinové (Asakawa, 2007). Mach Bryum cellulare vykazuje protiplesňové účinky, mach Sphagnum palustre má protirakovinové účinky a mach Polytrichum pallidisetum vykazuje protizápalovú aktivitu (Das K a kol., 2022). Obr. 7 Rôzne druhy machorastov (Büdel a kol., 2024) 16 Zdroje • Asakawa, Y. (2007). Liverworts—Potential Source of Medicinal Compounds. Current Pharmaceutical Design, 13(28), 3060–3078. • Aziz E, Batool R,. (2021) An overview on red algae bioactive compounds and their pharmaceutical applications. Journal of Complementary and Integrative Medicine .17(4) • Büdel, B., Friedl, T., & Beyschlag, W. (Eds.). (2024). Biology of algae, lichens and bryophytes. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer Spektrum. • Cislaghi, C., & Nimis, P. L. (1997). Lichens, air pollution and lung cancer. Nature, 387, 463– 464. • Das, K., Kityania, S., Nath, R., Das, S., Nath, D., & Talukdar, A. D. (2022). Bioactive compounds from bryophytes. In Bioactive Compounds in Bryophytes and Pteridophytes (pp. 1–15). Cham: Springer International Publishing. • Glime, J. M. (2007). Bryophyte Ecology. Volume 1. Physiological Ecology. • Goga, M., Elečko, J., Marcinčinová, M., Ručová, D., Bačkorová, M., Bačkor, M. (2020). Lichen Metabolites: An Overview of Some Secondary Metabolites and Their Biological Potential. In: Mérillon, JM., Ramawat, K. (eds) Co-Evolution of Secondary Metabolites. Reference Series in Phytochemistry. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96397-6_57. • Heo, S., Park, E., Lee, K., & Jeon, Y. (2005). Antioxidant activities of enzymatic extracts from brown seaweeds. Bioresource Technology, 96(14), 1613–1623. doi: 10.1016/j.biortech.2004.07.013. [DOI] [PubMed] [Google Scholar] • Jeong, S. C., Jeong, Y. T., Lee, S. M., & Kim, J. H. (2015). Immune-modulating activities of polysaccharides extracted from brown algae Hizikia fusiforme. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 79(8), 1362–1365. doi: 10.1080/09168451.2015.1018121. [DOI] [PubMed] [Google Scholar] • Kandale, A., Meena, A. K., Rao, M. M., et al. (2011). Marine algae: an introduction, food value and medicinal uses. Journal of Pharmacy Research, 4(1), 219–221. [Google Scholar] • Khan, W., Rayirath, U. P., Subramanian, S., Jithesh, M. N., Rayorath, P., Hodges, D. M., ... & Prithiviraj, B. (2009). Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development. Journal of plant growth regulation, 28(4), 386-399. • Kelman, D., Posner, E. K., McDermid, K. J., Tabandera, N. K., Wright, P. R., & Wright, A. D. (2012). Antioxidant activity of Hawaiian marine algae. Marine Drugs, 10(12), 403–416. doi: 10.3390/md10020403. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar] • Lüning, K., Pang, S. Mass cultivation of seaweeds: current aspects and approaches. Journal of Applied Phycology 15, 115–119 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1023807503255 • Ručová D. VM, Sovová, Vargová Z., Kostecká Z. , Frenák R., Routray D. , Bačkor M. (2023) Photoprotective and antioxidant properties of scytonemin isolated from Antarctic cyanobacterium Nostoc commune Vaucher ex Bornet & Flahault and its potential as sunscreen ingredient. Journal of Applied Phycology 35:2839–2850 • Ślusarczyk, J., Adamska, E., & Czerwik-Marcinkowska, J. (2021). Fungi and Algae as Sources of Medicinal and Other Biologically Active Compounds: A Review. Nutrients, 13(9), 3178. https://doi.org/10.3390/nu13093178 • Sánchez-Machado D, López-Cervantes J, et al. (2004) Fatty acids, total lipid, protein and ash contents of processed edible seaweeds. Food Chemistry 85(3) 439-444 17 2. ZÁKLADY MIKROSKOPOVANIA SVETELNÝ MIKROSKOP Postup mikroskopovania: • Nastavte najmenšie zväčšenie, mierne nastavte stolček a vložte preparát. • Priblížte stolček k objektívu a pomaly otáčajte makroskrutkou, kým sa neobjaví pozorovaný objekt. • Zaostríte pomocou mikroskrutky. • Pre pozorovanie pri vyššom zväčšení posuňte pozorovaný objekt do stredu zorného poľa, prepnite objektív pomocou revolverového meniča a zaostríte otočením mikroskrutky. • Pre lepšie pozorovanie pracujte aj s kondenzorom – nastavte intenzitu svetla. • V každej z úloh si zapíšte veľkosť zväčšenia objektu. 18 3. CYANOBAKTÉRIE (sinice) Úloha č. 1: Sledovanie heterocytov a akinét vo vybraných vzorkách siníc Teoretický úvod: Oddelenie Cyanophyta zaradujeme do ríše Eubacteria. Spolu s ďalšou ríšou - Archaebacteria, tvoria Prokaryota, teda prvojadrové organizmy. “Vek siníc" sa vzťahuje na obdobie medzi 2,5 a 0,6 miliardami rokov. Je to doba, kedy sinice ako dominujúce fototrofy mali vplyv na zemskú atmosféru, v ktorej pomaly a postupne zvyšovali množstvo kyslíka. Došlo teda k prechodu do prostredia, v ktorom bol kyslík a tým sa vytvorili podmienky prostredia, v ktorých žijú dnešné organizmy, vrátane človeka. Anatómia: Sinice sú monofyletická, morfologicky veľmi rozmanitá a takisto ekologicky veľmi dôležitá skupina organizmov. Sú to prokaryoty, ktoré nie sú svojou stavbou tak zložité ako eukaryoty. Napriek tomu, že im chýba pravé jadro a niektoré organely, sú dôležitými producentmi kyslíka a zároveň niektoré vláknité formy sú aj účinnými fixátormi vzdušného dusíka. Vďaka tejto fixácií sú dôležitou súčasťou cyklu dusíka a to v tropických oceánskych oblastiach alebo aj v suchozemskom prostredí. Morfológia: Sinice vykazujú jedinečnú morfológiu buniek. Môžu mať variabilnú veľkosť a rôzne farby (Singh a Montgomery, 2011). Rozlišujeme u nich 3 základné morfologické formy: jednobunkové, koloniálne a mnohobunkové vláknité formy. Charakteristika špecializovaných buniek (plynové vezikuly, heterocyty, akinéty): Vezikuly majú funkciu najmä u planktónových druhov, ktorým poskytujú určitý mechanizmus, vďaka ktorému dokážu upraviť svoju vertikálnu polohu v rámci vodného stĺpca. Heterocyty sú bunky, ktoré majú hrubé bunkové steny a vznikajú ako reakcia na nedostatočné množstvo dusíka v prírode. Tieto bunky tvoria monofyletickú skupinu vláknitých siníc. Svojou veľkosťou sa líšia od vegetatívnych buniek, pretože sú od nich väčšie a tvoria silné tegumentárne vrstvy. Pod mikroskopom sa dajú veľmi ľahko rozpoznať. V mieste pripojenia vegetatívnej bunky a heterocytu sa nachádzajú aj intracelulárne hyalínové telieska. Tieto telieska pomáhajú uzavrieť heterocystu a obmedziť prísun kyslíka, pretože enzým nitrogenáza, ktorý fixuje dusík, je na kyslík veľmi citlivý. Vo všeobecnosti sa jedná o bunky, ktoré sú schopné fixovať dusík. Akinéty sú hnedé spóry cyanobaktérií, ktoré vznikajú pri nedostatku svetla, niekedy aj pri nedostatku fosfátov. Ich veľkosť je iná, ako u vegetatívnych buniek. Sú od nich väčšie, bunková stena je hrubá, obsahujú aj ďalšie tegumentárne vrstvy. Sú odolné voči mnohým faktorom – napr. voči vysušeniu či nízkym teplotám. Vo väčšom množstve sa tvoria pri senescentných populáciách, inde sa však môžu tvoriť v dôsledku rôznych javov - nedostatku živín, vysychania biotopu alebo pri nedostatku slnečnej energie. Zväčša ich formujú vláknité sinice, ktoré obsahujú heterocyty. Pigmenty siníc: Farba siníc je sprostredkovaná kombináciou pigmentu chlorofylu buď s modrými akcesorickými farbivami, medzi ktoré radíme fykocyanín a alofykocyanín alebo 19 s červenými farbivami, kde patrí fykoerytrín. Z chemického hľadiska ide o štruktúry, nazývané ako fykobilíny (fykobiliproteíny). Systém siníc: Sinice sú skupinou organizmov, ktoré sú obzvlášť náročné na klasifikáciu (Komárek a kol., 2014). Dnes táto skupina organizmov zahŕňa asi 2000 druhov siníc, ktoré sú rozdelené v 150 rodoch (Vincent, 2009). Nevieme určiť presný počet taxónov, no na základe stavby stielky a podľa toho, či sú u nich prítomné špecializované bunky (heterocyty) ich rozdeľujeme do štyroch hlavných radov: 1. rad Chroococcales 2. rad Oscillatoriales 3. rad Nostocales 4. rad Stigonematales (Poor 2011). Materiál a pomôcky: vzorky siníc, Pasteurova pipeta PE, mikroskop Postup: 1. Pripravenú suspenziu buniek dobre rozsuspendujeme/premiešame. 2. Nanesieme cca 10 µl bunkovej suspenzie na podložné sklíčko a jemne prikryjeme krycím sklíčkom. Snažíme sa aby sme nemali v pozorovacom poli vzduchové bubliny. 3. Podložné sklíčko s nanesenou vzorkou umiestnime pod mikroskop a použijeme najmenšie zväčšenie (5 alebo 10x) aby sme našli obraz a postupne prechádzame na väčšie zväčšenia. 4. Prechádzame zorné pole z ľavého horného rohu traverzom (obr.1) a snažíme sa spočítať heterocyty a akinéty (obr.2) v našej vzorke. 5. Po ukončení podložné a krycie sklíčko opatrne prepláchneme vodou a vytrieme do sucha. Obr. 1 Postup pri počítaní heterocytov a akinét, Obr. 2 Obrázok typov buniek. 20 Vyhodnotenie: Spočítame koľko heterocytov a akinét sme videli v našej vzorke. Nákres a odpoveď: 21 Úloha č. 2: Prítomnosť asimilačných pigmentov siníc Teoretický úvod: Fotosyntetické organizmy - rastliny, riasy a niektoré baktérie - sa pri zachytávaní svetelnej energie zo slnka spoliehajú na rôzne pigmenty. Tieto sfarbené zlúčeniny sú v riasach obzvlášť rozmanité a ich dôležitosť v biológii rias je zrejmá pretože, fotosyntetické pigmenty môžu odhaliť veľa o fyziológii týchto organizmov a ich pravdepodobných evolučných vzťahoch. Sinice pravdepodobne stratili gén exprimujúci enzým chlorofylid a oxygenázy (CAO) a preto nie sú schopné syntetizovať chlorofyl b. Sinice nemajú svetlozberný komplex (LHC) a namiesto toho používajú pre zber svetla fykobilizómy. Zmesi pigmentov dokážeme rozdeliť/separovať pomocou tenkovrstvovej chromatografie (TLC). Na ich extrakciu sa zvyčajne používajú organické rozpúšťadlá ako acetón, metanol, étery, DMSO...). V našom prípade použijeme tenké hliníkové platničky potiahnuté silikagélom. Vzorka zmesi zlúčenín sa nanesie na štartovaciu líniu platne a platňa sa potom umiestni vertikálne do vhodnej mobilnej fázy. Keď mobilná fáza prejde vzorkou začne so sebou vynášať zlúčeniny. Prechod zlúčenín adsorbovaných na silikagéli je v závislosti od ich polarity rôznou mierou spomaľovaný; so zvyšujúcou sa polaritou sa zvyšuje miera spomalenia (retencie). (Poznámka: adsorpcia znamená, interakcia medzi látkami bez vzniku chemickej väzby.) Výsledkom je, že niektoré zlúčeniny (viac polárne) zostávajú blízko spodnej časti platničky, zatiaľ čo iné (menej polárne) sú nesené rozpúšťadlom (mobilnou fázou) bližšie k vrchnej časti. Pomocou pravítka si odmeriame vzdialenosti jednotlivých pigmentov a vypočítame retenčný faktor. Retenčný faktor (Rf) sa používa na meranie pohybu zlúčenín pozdĺž TLC platne. Rf je definovaný ako vzdialenosť prejdená jednotlivou zložkou vydelená celkovou vzdialenosťou prejdenou rozpúšťadlom. Jeho hodnota sa vždy nachádza medzi nulou a jednotkou. Materiál a pomôcky: acetónový extrakt siníc a zelených rias, TLC platničky, sklenené vialky s uzáverom, pinzety, nožnice, mobilná fáza (60% petroleum éter/16% cyklohexán/ 10% etyl acetát/ 10% acetón/ 4% metanol), kapiláry, automatická pipeta Postup: 1. Odoberieme sinice a riasy, usušíme papierovými utierkami a vložíme osobitne do trecej misky, zalejeme 1 ml acetónu. 2. Rozotieraním extrahujeme pigmenty. Extrakcia je dostatočná vtedy, keď získame sýtozelený acetónový extrakt. 3. Tenkou sklenenou kapilárou nanášame acetónový extrakt siníc a rias na štartovaciu líniu TLC platničky a vložíme ju do sklenenej vialky, v ktorej máme 1ml mobilnej fázy a vialku prikryjeme viečkom. Princíp znázornený na Obr. 1. 4. Po rozdelení zmesi pigmentov ich identifikujeme podľa polohy na platničke a farby. 5. Pomocou pravítka si odmeriame vzdialenosti jednotlivých pigmentov v rámci platničky a vyrátame Rf faktor podľa princípu uvedeného na Obr. 2. 6. Do protokolu zakreslíme chromatogram a výsledky zapíšeme do tabuľky. 22 Obr. 1 Princíp delenia na TLC platničke. Rozpúšťadlomobilná fáza, zložky A, B -metabolity. Obr. 2 Výpočet retenčného faktora. Vyhodnotenie a odpoveď: Pigment Farba Pozícia na TLC platničke Rf faktor Karotenoidy Feofytín a Chlorofyl a Xantofyly 23 Úloha č. 3: Preparáty siníc s popisom Teoretický úvod: Sinice predstavujú prokaryotické autotrofné organizmy, ktoré majú charakteristickú jednobunkovú alebo vláknitú stielku. Tvoria samostatne vegetatívne bunky, ktoré sú nediferencované do pletív. Jednobunkové sinice známe ako kokálne môžu často tvoriť kolónie. Pozorované napríklad pri rode Synechocystis. Vláknité sinice ako napríklad rod Nostoc, tvoria vlákna, ktoré nie sú často rozkonárené. Materiál a pomôcky: natívne preparáty siníc Synechocystis aquatilis, Nostoc commune Postup: 1. Pripravíme si natívny preparát. Pomocou pasteurovej pipety si naberieme malé množstvo siníc z média, kvapneme na podložné sklíčko a prikryjeme krycím sklíčkom. 2. Snažíme sa zachytiť čo najpresnejšie štruktúry buniek. 3. Jednotlivé obrázky si následne popíšeme. Vyhodnotenie: Pozorujte kultúru s rodom Nostoc a Synechocystis. Zakreslite si a popíšte preparáty. Zamerajte sa na odlišnosť morfológie buniek, ako aj na vyššie uvedené špecializované bunkyheterocyty, akinéty. Nákres a odpoveď: 24 Oscilatoria, vláknitá sinica Chroococcus, veľká jednobunková sinica Spirulina, jednobunková špirálovitá Nostoc, mnohobunková kolónia Úloha 4: Pozorovanie trvalých preparátov vybraných druhov siníc pomocou stereomikroskopu. Pozorujeme nasledujúce druhy: • Oscilatoria • Chroococcus • Spirulina • Nostoc Zdroje: 1. Singh, S. P., & Montgomery, B. L. (2011). Determining cell shape: adaptive regulation of cyanobacterial cellular differentiation and morphology. Trends in microbiology, 19(6), 278-285. 2. Komárek, J. (2014). Taxonomic classification of cyanoprokaryotes (cyanobacterial genera), using a polyphasic approach. Preslia, 86, 295. 3. Vincent, W. F. (2009). Cyanobacteria. 4. Poór et al. 2011 https://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/19-2011/pdf/094-097.pdf 31 Rozsievky, zmes fosilných morských druhov Úloha 2: Pozorovanie trvalého preparátu riasy z triedy Phaeophyceae (hnedé riasy) • Fucus vesiculosus, samičie konceptákulum s oogóniami • Fucus vesiculosus, morská riasa, samčie konceptákulum s anterídiami Postup: 1. Pozorujeme trvalé preparáty hnedých rias, nakreslime a opíšeme rozdiel medzi samčím a samičím pohlavným orgánom druhu Fucus vesiculosus. Nákres: Fucus vesiculosus, samičie konceptákulum Fucus vesiculosus, samčie konceptákulum 32 Úloha 3: Pozorovanie herbárových položiek vybraných druhov hnedých rias pomocou stereomikroskopu. Vyberte dva druhy z každého zoznamu: Zber (Jadranské more) 2 stielky Padina pavonia Halopteris scoparia Punctaria latifolia Dictyota dichotoma Cystoseira compressa Dictyopteris membranacea Dictyota sp. Cystoseira barbata Scytosiphon lomentaria Nákres: Zber (Nórske more) 2 stielky Saccharina latissima Ascophylum nodosum Fucus vesiculosus Fucus serratus Fucus spiralis Pelvetia canaliculata 33 Úloha 4: Pozorovanie preparátov rias z triedy Xanthophyceae (žltozelené riasy) - Tribonema sp. Postup: 1. Pozorujeme trvalé preparáty žltozelených rias, nakreslime a opíšeme štruktúru Tribonema, vláknitej žltozelenej riasy. Nákres: Zdroje: Williams, D.M. 1991. Phylogenetic relationships among the chromista: a review and preliminary analysis. Cladistics 7:141-156. [kladistická analýza založená predovšetkým na morfologických údajoch] 34 6. CHLOROPHYTA (zelené riasy) Teoretický úvod: Zelené riasy (Chlorophyta) predstavujú rozmanitú a ekologicky významnú skupinu fotosyntetizujúcich organizmov, ktoré sa vyskytujú v rôznych prostrediach, vrátane sladkovodných, morských aj suchozemských biotopov (Van den Hoek a kol., 1981). Ich zelené sfarbenie je spôsobené dominanciou chlorofylových pigmentov, predovšetkým chlorofylu a a chlorofylu b, v chloroplastoch, ktoré im umožňujú efektívnu fotosyntézu (Green a Durnford, 1996). Tieto riasy vykazujú širokú škálu bunkovej organizácie - od jednobunkových foriem, ako je Chlamydomonas, až po veľké mnohobunkové druhy, ako je Ulva (morský šalát). Chloroplasty zelených rias sú veľmi rozmanité svojim tvarom a slúžia ako dôležitý taxonomický znak. Môžu mať rôzne tvary, napríklad pohárovitý v rode Chlamydomonas, špirálovitý v rode Spirogyra, hviezdicovitý pri rode Zygnema alebo sieťovitý (retikulárny) v prípade rodu Hydrodictyon. Táto rozmanitosť odráža prispôsobenie sa prostrediu a potrebám fotosyntézy. Zelené riasy zohrávajú kľúčovú úlohu v ekosystémoch ako bioindikátory, primárny producenti, prispievajú k produkcii kyslíka a tvoria základ vodných potravinových reťazcov. Okrem toho ich potenciálne využitie v biotechnológii, najmä pri výrobe biopalív a čistení odpadových vôd, zdôrazňuje ich význam aj mimo prirodzených ekosystémov. Úloha 1: Riasy ako bioindikátory Zelené riasy, ako napríklad rod Spirogyra, sú fotosyntetizujúce organizmy, ktoré sa vyskytujú v sladkovodnom prostredí. Zohrávajú kľúčovú ekologickú úlohu ako primárny producenti a sú citlivé na zmeny vo svojom okolí, čo z nich robí účinné bioindikátory - organizmy používané na sledovanie stavu prostredia. Jedným z kľúčových environmentálnych faktorov, ktorý ovplyvňuje riasy a zároveň je prítomnosťou rias ovplyvňovaný, je pH, teda miera kyslosti alebo zásaditosti vody. Vzťah medzi fotosyntézou a pH: Počas fotosyntézy zelené riasy absorbujú oxid uhličitý (CO₂) a uvoľňujú kyslík. Vo vode CO₂ reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličitej (H₂CO₃), ktorá sa následne disociuje a uvoľňuje vodíkové ióny (H⁺), čím znižuje pH a spôsobuje, že voda je kyslejšia. Keď riasy vykonávajú fotosyntézu a odbúravajú CO₂, tvorba kyseliny uhličitej sa znižuje, čo spôsobuje nárast pH - voda sa stáva zásaditejšou. Tento prirodzený mechanizmus umožňuje rodu Spirogyra ovplyvňovať pH svojho prostredia a túto zmenu pH možno využiť ako indikátor fotosyntetickej aktivity. Keďže Spirogyra citlivo reaguje na zmeny pH, množstvo živín a svetelné podmienky, môže slúžiť ako jednoduchý, ale účinný model na pozorovanie zmien v prostredí. Zdravý a aktívny rast pri neutrálnom až mierne zásaditom pH a znížená aktivita v kyslých podmienkach môžu poukázať 35 na stres spôsobený nízkym pH. Okrem toho jej vplyv na pH prostredníctvom fotosyntézy môže názorne ukázať biologické procesy prebiehajúce vo vodných ekosystémoch. Experiment má dve časti. V tomto experimente sa Spirogyra používa na: 1. Pozorovanie jej tolerancie a rastu v rôznych pH podmienkach (kyslé, zásadité, neutrálne). 2. Skúmanie jej fotosyntetického vplyvu na pH vody za svetelných a tmavých podmienok, pričom ako indikátor sa používa lakmusový papier. Časť 1: Tolerancia riasy Spirogyra voči pH Cieľ: Pozorovať, ako Spirogyra rastie v kyslom, zásaditom a neutrálnom prostredí (pri rôznych hodnotách pH) Material: • Tri kadičky alebo Erlenmeyerove banky (100 – 250 ml) • Kultivovaná Spirogyra (rovnaké množstvá) • Lakmusové papieriky • Destilovaná voda • Kyslé médium (kyselina) • Zásadité médium (zásada) • Kvapkadlá alebo pipety Postup: 1. Označíme tri kadičky: kyslé, neutrálne a zásadité. 2. Každú kadičku naplníme rovnakým objemom destilovanej vody. 3. Upravíme pH v každej z kadičiek: • Do kadičky označenéj ako “kyslé” pridáme niekoľko kvapiek kyseliny. • Kadičku označenú ako “neutrálne” necháme len s destilovanou vodou. • Do kadičky označenéj ako “zásadité” pridáme malé množstvo zásady. 4. Ponoríme pH papierik do každéj kadičky, aby sme si overili pH prostredia: • Kyslé prostredie: modrý lakmusový papier sa zafarbí na červeno. • Zásadité prostredie: červený lakmusový papier sa zafarbí na modro. • Neutrálne prostredie: nedochádza k žiadnej zmene farby. 5. Do každej kadičky pridáme rovnaké množstvo vláknitej riasy Spirogyra. 36 6. Umiestníme kadičky na dobre osvetlené miesto a niekoľko dní pozorujeme rast a farbu. Pozorujeme: - Zmeny pH vo všetkých troch prostrediach. -Zmeny chlorofylového pigmentu v dôsledku rozdielneho pH. Časť 2: Vplyv fotosyntézy na pH Cieľ: Preskúmajme, ako proces fotosyntézy Spirogyry ovplyvňuje pH vody v podmienkach svetla (otvorená kadička) oproti tme (zakrytá kadička). Materiál a pomôcky: • Dve kadičky s rovnakým objemom destilovanej vody • Kultúra riasy Spirogyra • Priehľadné viečko alebo potravinová fólia • Hliníková fólia alebo nepriehľadný kryt • Lakmusový papier alebo pH indikátor • Zdroj svetla (slnečné svetlo alebo lampa) Postup: 1. Do dvoch kadičiek naplnených destilovanou vodou pridáme rovnaké množstvo riasy Spirogyra 2. Jednu kadičku úplne zakryjeme hliníkovou fóliou, aby sme obmedzili prístup svetla (tmavé podmienky). 3. Druhú kadičku necháme odkrytú alebo ju prikryjeme priehľadným viečkom (svetlé podmienky). 4. Obe kadičky umiestnime do rovnakého prostredia s konštantnou teplotou. 5. Kadičky necháme stáť 1 hodinu. 6. Po uplynutí inkubačného času otestujeme pH oboch kadičiek pomocou lakmusového papierika alebo pH prúžkov. Pozorujeme: - V kadičke vystavenej svetlu sa očakáva, že Spirogyra bude fotosyntetizovať, spotrebovávať CO₂ a zvyšovať pH (lakmusový papier sa zafarbí na modro alebo sa ukáže zásadité pH). - V zakrytej kadičke fotosyntéza neprebieha, a v dôsledku dýchania sa môže hromadiť CO₂, čo vedie k zníženiu pH (lakmusový papier sa zafarbí na červeno alebo sa ukáže kyslé pH). 37 Úloha 2: Pozorovanie rozličných tvarov chloroplastov odd. Chlorophyta Teoretický úvod: Trieda Zygnematophyceae je charakteristická rodmi, ktoré majú rôzne tvary chloroplastov slúžiace k ich identifikácii. Vo svojej štruktúre obsahujú aj pyrenoidy. Materiál a pomôcky: kultúra rias rodu Spirogyra a Zygnema, 50 ml skúmavka, pinzeta, podložné sklíčko, krycie sklíčko, mikroskop Postup: 1. Do 50 ml skúmavky odoberieme malé množstvo rias. 2. Pomocou pinzety ich nanesieme na podložné sklíčko. Pridáme kvapku vody. 3. Krycím sklíčkom prikryjeme a pozorujeme. Snažíme sa identifikovať jednotlivé rody podľa tvaru chloroplastov. Vyhodnotenie: Do pozorovania si prekreslíme a popíšeme charakteristické tvary chloroplastov pre tento rod. Nákres: Úloha 3: Pozorovanie trvalých preparátov a herbárových položiek Trvalé preparáty (všetky 4 rody ) : • Hematococcus • Hydrodictyon • Ulothrix • Volvox Herbárové položky (2 druhy ): • Kirchnerielle contorta • Halimeda tuna • Codium fragile • Ulva rigida • Cladophora prolifera • Cladostephus verticullatus 38 Nákres: Zdroje: 1. Van den Hoek, C., Lobban, C. S., & Wynne, M. J. (1981). Chlorophyta: morphology and classification. The biology of seaweeds. University of California Press, Berkeley, 86-132. 2. Green, B. R., & Durnford, D. G. (1996). The chlorophyll-carotenoid proteins of oxygenic photosynthesis. Annual review of plant biology, 47(1), 685-714. 39 7. Oddelenie MYXOMYCOTA, OOMYCOTA, ZYGOMYCOTA Teoretický úvod SKUPINA „SLIZOVKY“ zahŕňa viacero oddelení – Myxomycota, Plasmodiophoromycota, Dictyosteliomycota, Acrasiomycota a Labyrinthulomycota (tie sa občas zaraďujú aj k Stramenopila), čo odzrkadľuje ich rôznorodosť a nejasnosť klasifikácie. Jednoduchšie vieme slizovky rozdeliť podľa stavby ich stielky na plazmódiové (Myxomycota, Plasmodiophoromycota), bunkové (Dictyosteliomycota, Acrasiomycota) a sieťové (Labyrinthulomycota) slizovky. Základné spoločné vlastnosti slizoviek sú: absencia bunkových stien a fagotrofná výživa. Slizovky oddelenia Myxomycota nie sú huby (pozri vyššie, huby majú bunkovú stenu a vyživujú sa inými spôsobmi). Odlišujú sa aj životným cyklom, ktorý zahŕňa 2 základné štádiá. Začína vyklíčením spóry, pri ktorom sa do prostredia uvoľnia haploidné protoplasty. Tieto protoplasty môžu byť bičíkaté - myxomonády alebo amébovité - myxaméby, sú teda pohyblivé a môžu sa ďalej deliť alebo vytvoriť dormantné mikrocysty, podľa podmienok prostredia. Dve haploidné myxomonády alebo myxaméby fúziou vytvoria diploidnú zygotu, ktorá je základom plazmódia. Plazmódium má multinukleárnu štruktúru ako jedna obrovská bunka so stovkami jadier. Keď plazmódium dosiahne určitú veľkosť a iné podmienky, premieňa sa na jednu alebo viacero plodníc. (Aj tu sa odlišujú od húb – u nich plodnice vyrastajú z trvalého mycélia.) Podľa štruktúry plodnice ich delíme na spórangium, etálium, pseudoetálium a plazmódiokarp. Iné oddelenia majú iné životné cykly, plodnice, atď. (Jabur 2023). Ríša Stramenopila zahŕňa oddelenie Oomycota (riasovky), Hyphochytriomycota a Labyrinthulomycota a v súčasnosti sa tu zaraďujú aj riasy z oddelenia Heterokontophyta. Výrazná charakteristika riasoviek je spôsob ich nepohlavného rozmnožovania, ktoré sa uskutočňuje prostredníctvom dvojbičíkatých zoospór, z ktorých jeden bičík je hladký a druhý obrvený (= sú heterokontné). V životnom cykle vznikajú primárne a sekundárne nepohlavné spóry. Primárne majú bičíky umiestnené apikálne, sekundárne laterálne. Pohlavne sa Oomycota rozmnožujú oogamiou. Stielka riasoviek môže byť jednobunková alebo vláknitá, ak je vláknitá, tak vlákna hýf sú cenocytické. Vyživujú sa saprotrofne (rad Saprolegniales) alebo paraziticky (rad Peronosporales). RÍŠA HUBY (FUNGI) (Jabur 2023) je unikátnou skupinou organizmov. Je príbuznejšia ku živočíchom ako ku rastlinám, spolu patria do domény Opisthokonta. Telo húb je tvorené hýfami, ktoré tvoria mycélium. Majú bunkové steny a vyživujú sa heterotrofne. Rozmnožujú sa spórami, ktoré môžu vznikať pohlavne aj nepohlavne (konídiospóry). Niektoré skupiny netvoria mycélium, ale tvoria jednobunkové stielky – tzv. kvasinkové štádium. Huby majú nezastupiteľné postavenie v ekosystémoch, sú rozkladačmi organickej hmoty, parazitmi a symbiotickým vzťahom s vyššími rastlinami (mykorízou) ovplyvňujú rast rastlín na celom svete. 40 Stemonitis kapilícium so spórami Fuligo - plodnica Patria tu oddelenia Chytridiomycota (bunkovky), Zygomycota (plesne), Ascomycota (vreckaté huby) a Basidiomycota (bazídiové huby). Oddelenie Zygomycota tvorí viacero pododdelení: Zygomycetes a Trichomycetes. Hlavnými charakteristikami tohto oddelenia sú cenocytické mycélium a tvorba hrubostenných zygospór, ktoré sú nepohyblivé, ale veľmi odolné. Nepohlavne sa rozmnožujú pomocou konídií. Vyživujú sa saprotrofne (rad Mucorales), paraziticky (rad Entomophthorales) alebo endomykorízou (rad Glomales). Úloha č. 1: Pozorujte trvalé preparáty z oddelenia Myxomycota. Nakreslite a opíšte plodnicu týchto druhov vrátane nasledujúcich štruktúr: (hypotalus, spóry, kapilícium). Nákres a) Stemonitis b) Fuligo Úloha č. 2: Slizovky sa využívajú ako modelové organizmy. Prečo? ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................ 47 Unikátnym fenoménom pri bazídiových hubách (ale nie len nich) je mykoríza. Ide o symbiotickú asociáciu medzi koreňmi rastlín a hýfami húb. Toto spolužitie je prospešné pre obe strany z viacerých dôvodov. Rastline sa takto zvyšuje absorpčná plocha pre vodu a minerálne látky a huba získava cukry z fotosyntézy. Výsledkom je odolnejšia rastlina voči suchu, pH a iným vplyvom prostredia a pre mykorízne huby je to často jediný zdroj výživy. Okrem mykorízy sa bazídiové huby vyživujú saprotroficky, paraziticky a poznáme aj lichenizované druhy. Úloha č. 1: Pozorujte trvalé preparáty z triedy Hymenomycetes, určte typ hyménia a nakreslite jeho časti (bazídia, cystidy, spóry). Nákres: a) Boletus edulis b) Polyporus sp. 48 Úloha č. 2: Na základe trvalých preparátov pozorujte a nakreslite télium (čierna hrdza na pšenici). Nákres: Úloha č. 3: Pozorujte trvalý preparát z triedy Urediniomycetes (Gymnosporangium sabinae) a nakreslite aecidiá a pyknidiá. Nákres: 49 Úloha č. 4: Pozorujte trvalý preparát z triedy Ustilaginomycetes (Ustilago zeae ) a zakreslite spóry. Nákres: Úloha č. 5: Vyberte si 4 modely húb (2 jedlé a 2 nejedlé), zakreslite a popíšte ich anatomickú stavbu. Nákres: 50 10. LICHENES (lišajniky) Teoretický úvod: Lišajníky predstavujú symbiotickú asociáciu medzi hubovým (mykobiont) a fotosyntetickým (fotobiont) partnerom (Lakatos 2011). Takzvané spolužitie medzi fotobiontom (sinica, riasa) a hubou (odd. Ascomycota, Basidiomycota) prináša benefity, ktoré by v prípade, že žijú samostatne nemali. Avšak čo sa týka symbiózy, táto otázka ešte stále nie je uzavretá nakoľko sa prednedávnom zistilo, že v tomto spolužití je ďalší partner, ktorým sú kvasinky. Lichenológovia sa zhodnú, že dôležitú úlohu v symbióze zohrávajú aj baktérie. Vegetatívnu časť lišajníka tvorí stielka thallus, pl. thalli, z ktorej sa môže vyvinúť morfologicky rôznorodé štruktúry. Tieto štruktúry môžu byť vláknité, vetvené, pripomínajúce listy, rôzne zhluky, tenkú kôru, prášok, alebo dokonca povlak bez ohraničenia. Morfológia a anatómia stielky lišajníkov je výsledkom adaptácie na prostredie, kde mykobiont (hubová časť) je exhabitant a fotobiont (fotosyntetizujúca časť) je inhabitant. Exituje viacero subtypov stielok, no väčšinou všetky sa dajú zaradiť do troch hlavných typov: kôrovitá, lupeňovitá a kríčkovitá. Z hľadiska distribúcie fotosyntetického partnera (zelená riasa/sinica) poznáme stielky homeomerické (Collema sp.), kde je fotobiont rozptýlený viac-menej rovnomerne v stielke. Druhý typ stielky z hľadiska distribúcie je heteromerická (X. parietina), kde je stielka diferencovaná. Častokrát je v priečnom reze pekne vidno hornú kôru, vrstvu fotobionta, stržeň (medulla), spodnú kôru. V niektorých prípadoch kríčkovitej stielky je centrálny stržeň vyvinutý (Usnea sp.) alebo pri niektorých druhoch centrálny stržeň chýba (Cladonia sp.) Lišajníky predstavujú taktiež pionierske organizmy, ktoré obývajú extrémne habitáty na celom svete. Môžeme ich nájsť úplne všade cez polárne oblasti, tropické až subtropické, oblasti mierneho pásma ale aj v púšťach. To, že tieto symbiotické organizmy dokážu prežiť aj vo veľmi špecifických podmienkach je aj príčinou produkcie sekundárnych metabolitov, ktoré im umožňujú dostatočnú ochranu. V poslednej dobe sa o tieto produkty zaujíma široká vedecká verejnosť z rôznych oblastí, nakoľko boli tieto látky dlhé roky (aj vďaka limitáciám výskumu) zanedbávané. Dnes tomu tak nie je a sú predmetom štúdia rôznych oblastí chémie, biológie a samozrejme iným interdisciplinárnym vedným odborom. Sekundárne metabolity sú organické látky, ktoré nie sú priamo zapojené do rastu, vývinu či rozmnožovania lišajníkov. Sú produkované prevažne mykobiontom a sú uložené na hýfach hubových vlákien, extracelulárne vo forme kryštálov. Dnes je známych približne 1100 sekundárnych metabolitov (vrátane ich derivátov), ktoré často vznikajú aj ako odpoveď na zmenu environmentálnych podmienok či klímy. Ich obsah je od 0,1-5% suchej stielky a niektoré druhy ich môžu produkovať až do 30%. Vznikajú tromi biosyntetickými dráhami: mevalonátovou, šikimovou a acetylmalonátovou. Ich význam a využitie je širokospektrálne. Biologická a ekologická aktivita sekundárnych metabolitov vykazuje: antiherbivorné, antioxidačné, protizápalové, alelopatické, antibakteriálne, antiproliferačné účinky ako aj iné. 51 Lišajníky sú pre ich dobrú akumuláciu ťažkých kovov využívané aj pri biomonitoringu a teda sledovaniu čistoty ovzdušia prostredia. Sekundárne metabolity chránia aj fotobionta pred nadmerným UVžiarením, čím opäť vykazujú fotoprotekčnú aktivitu. Úloha č. 1: Pozorovanie stielok lišajníkov z anatomického a morfologického hľadiska. Materiál a pomôcky: stielky lišajníkov, kuchynské utierky, destilovaná voda, žiletka, podložné a krycie sklíčka, kvapkadlo Postup: 1. Stielku si navlhčíme na 5-10 minút v destilovanej vody. 2. Vyberieme, zľahka usušíme pomocou kuchynského obrúska a za použitia mikrotómu/žiletky si pripravíme tenký rez stielky. 3. Následne stielku položíme na podložné sklíčko, prikryjeme ho krycím a doplníme zo strany krycieho sklíčka vodu. 4. Natívny preparát pozorujeme pod mikroskopom. Je dôležité spraviť čo najtenší rez, aby bol preparát dobre presvietený a bolo ľahšie rozoznať distribúciu fotobionta v stielke. Náš objekt si zakreslíme a popíšeme časti stielky z anatomického hľadiska. Všímajte si aj bunky fotobionta a mykobionta. Nákres: 52 Úloha č. 2: Rekryštalizácia sekundárnych metabolitov lišajníkov Teoretický úvod: Sekundárne metabolity predstavujú fenolové látky, ktoré sú syntetizované prevažne hubovou časťou (mykobiontom) lišajníkov. Môžeme ich tiež nájsť pod názvom lišajníkové kyseliny alebo lišajníkové metabolity. Ich syntéza prebieha tromi biosyntetickými dráhami: acetyl-malonátová, šikimová a mevalonátová cesta. Ich rozpustnosť vo vode je veľmi nízka, takmer žiadna. Na rozpustenie sa používajú organické rozpúšťadlá ako acetón, či metanol. Sekundárne metabolity sa vyskytujú vo forme kryštálov na povrchu hýf mykobionta, odkiaľ sa dajú vymyť práve rozpúšťadlami. V extrakte sa nachádza viacero sekundárnych metabolitov, ktoré majú podobnú polaritu a preto je niekedy náročné ich oddeliť. Na identifikáciu sekundárnych metabolitov sa zvykne používať metóda TLC (tenkovrstvová chromatografia). Pri správnom výbere mobilnej fázy a vhodnom pomere polárnej a nepolárnej fázy možno pekne oddeliť extrakt s majoritnými sekundárnymi metabolitmi. Materiál a pomôcky: Stielky lišajníkov, kvapkadlo, acetón, glycerol, ľad. kys. octová, podložné sklíčko, krycie sklíčko, mikroskop Postup: 1. Vezmeme si malé kúsky 2 rôznych druhov lišajníkov a položíme ich na podložné sklíčko. 2. Kvapkadlom na nich kvapneme kvapku acetónu (pracovať pri otvorenom okne) a necháme kvapku odpariť. Postup zopakujeme 3-4 krát, kým neuvidíme voľným okom povlak v oblastí stielky. 3. Následne stielku jemne pinzetou odstránime a máme extrakt na sklíčku. 4. Potom na plochu kde máme vykryštalizované metabolity, kvapneme kvapku zmesi glycerol: ľadová kys. octová (1:1), prikryjeme ich krycím sklíčkom a jemne zahrejeme, aby sa metabolity rozpustili. 5. Preparát si potom pozrieme pod mikroskopom a zakreslime tvary sekundárnych metabolitov. 53 Nákres: Úloha č. 3: Rozdelenie sekundárnych metabolitov pomocou TLC platničky vo vyvíjacej komôrke Materiál a pomôcky: Stielka lišajníka, eppendorf skúmavka, acetón, vyvíjacia komôrka, TLC platnička ,pinzeta, UV lampa Postup: 1. Malý kus stielky si dáme do eppendorf skúmavky s acetónom, aby sa vymyli sekundárne metabolity. 2. Pripravíme si komôrku s mobilnou fázou a TLC platničku. 3. Na TLC platničku si poznačíme štart a cieľ, a malou kapilárou nanesieme extrakt z eppendorf skúmavky na platničku. 54 4. Necháme platničku vyvíjať a potom si pozrieme ako sa extrakt rozdelil pod UV lampou. 5. Vyznačíme si škvrny, ktoré predstavujú sekundárne metabolity s rôznou polaritou. 6. Potom namočíme platničku do zmesi s kyselinou sírovou a vanilínom a vypálime, vyznačíme si sekundárne metabolity a vypočítame Rf faktor. Vyhodnotenie: Zdroje: 1. Lakatos, M. (2011). Lichens and bryophytes: habitats and species. Plant desiccation tolerance, 65-87. 55 11. Oddelenie BRYOPHYTA Teoretický úvod Oddelenie Bryophyta patrí k jedným z najstarších (Chopra 2005), a stretávame sa pri ňom s progresívnymi znakmi, ktoré nesú aj vyššie rastliny. Niektoré formy machorastov majú jednoduchý systém vodivých elementov tzv. hydroidy a leptoidy. Čo sa týka morfológie machorastov, rozoznávame sexuálne štádium životného cyklu, ktoré sa nazýva gametofyt (n) a štádium, ktoré vytvára spóry sa nazýva sporofyt (2n). Pri machorastoch je sporofyt závislý na gametofyte (opačne ako pri vyšších rastlinách). Fotosyntetizujúcu časť predstavuje gametofyt , ktorý je upevnený k substrátu pomocou rizoidov (pakorienky). Rizoidy majú podobnú štruktúru ako koreňové vlásky nachádzajúce sa na zložitejších cievnatých rastlinách. Úlohou rizoidov je predovšetkým ukotvenie, prichytenie k substrátu, no machorasty ich môžu v závislosti od druhu využiť aj na príjem vody a živín. Samčí pohlavný orgán sa volá anterídium a tvoria sa v ňom pohlavné bunky tzv. spermatozoidy. Samičí pohlavný orgán predstavuje archegonium a má fľaškovitý tvar, ktorý obsahuje jedinú pohlavnú bunku tzv. oosféru. Machorasty sa rozmnožujú aj vegetatívne, tzv. fragmentáciou stielky alebo tvorbou rozmanitých útvarov (gemmae) pozorovateľné napríklad pri pečeňovkách. Na gametofyte je možné rozoznať pakorienky (rizoidy), pabyľku (kauloidy) a palístky (fyloidy). Gametofyt predstavuje fotosyntetickú časť, ktorá je upevnená k substrátu. Čo sa týka sporofytu, je zložený z nasledujúcich častí: seta, sporangium, peristoma (obústie) a operculum (viečko). V sporangiu sa tvoria spóry. Na mladom spofofyte tiež rozoznávame útvar calyptra (čiapočka). Z hľadiska dôležitosti organel majú u machorastov veľký význam vakuoly. Okrem základných funkcií akými sú expanzia buniek, skladovanie rozpustných látok a vodná bilancia, zohrávajú kľúčovú úlohu pri transporte a skladovaní viac ako 200 000 sekundárnych metabolitov, ako sú fenolové, terpenoidové a alkaloidové zlúčeniny. Väčšina týchto metabolitov sa považuje za obranný nástroj proti biotickému a abiotickému stresu. Machy rozoznávame akrokarpné a pleurokarpné. Základné rozdiely sú nasledovné: • Akrokarpy sú zvyčajne nerozvetvené a vzpriamené a tvoria kopcovitú kolóniu. • Akrokarpné machy rastú pomalšie ako pleurokarpné machy. • Sporofyty akrokarpóznych machov vychádzajú z končekov machu. • Akrokarpy sa neregenerujú z úlomkov tak rýchlo ako pleurokarpné machy. • Pleurokarpné machy sa voľne chaoticky, plazivo rozvetvujú. • Sporofyty pleurokarpných machov sa objavujú uprostred stopky-sety. • Pleurokarpné machy vďaka ich rýchlosti rastu lepšie kolonizujú tvrdé substráty vrátane kameňov. 56 Pečeňovky (Marchantiophyta) v angl. liverworts sú oddelenie výtrusných rastlín patriace medzi machorasty. Obsahujú olejové telieska (oil bodies)- vnútrobunkové organely ohraničené jednou membránou obsahujúcou lipofilné globuly. Sú výraznou organelou, ktorá sa jedinečne nachádza v pečeňovkách. Zohrávajú dynamickú úlohu v bunkovom metabolizme, a predstavujú miesto akumulácie a sekvestrácie esenciálneho oleja. Sú široko používané v taxonómii a chemosystematike a je známe, že mnohé z ich sekundárnych metabolitov sú bioaktívne a považujú sa za potenciálne zdroje liekov. Úloha č. 1: Pripravte si natívny preparát zo zástupcov oddelenia Marchantiophyta (Marchantia polymorpha). V preparáte nájdite a zakreslite nasledovné bunkové štruktúry: vzduchové komôrky, vzduchové póry, epiderma, chlorenchým, parenchým, vakuoly Materiál a pomôcky: Marchantia polymorpha, pinzeta, podložné sklíčko, krycie sklíčko, mikroskop Nákres a) Marchantia polymorpha b) BIOLÓGIA KRYPTOGAMOV (praktické cvičenia) Skriptum Autori: Vydavateľstvo: Rok vydania: Počet strán: Rozsah: Vydanie: doc. RNDr. Michal Goga, PhD. prof. Dr. rer. nat. Marko Sabovljević, PhD. prof. RNDr. Martin Bačkor, DrSc. RNDr. Dajana Kecsey, PhD. RNDr. Deepti Routray, PhD. Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach Vydavateľstvo ŠafárikPress 2025 63 4,79 prvé DOI: https://doi.org/10.33542/BOC-0472-9 ISBN 978-80-574-0472-9 (e-publikácia)