Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Sacharidy v alpínkách

Provázaní procesů v pletivech s procesy v prostředí
 |  13. 3. 2008
 |  Vesmír 87, 172, 2008/3

Živý svět je obecně bohatý na uhlíkaté látky. Pro rostliny je uhlík nepostradatelný, potřebují ho k budování těla i k zdárnému průběhu fyziologických procesů. Představu o zásobení rostlinných pletiv uhlíkem poskytuje obsah nestrukturních sacharidů 1) v rostlinném těle. Koncentrace tohoto typu sacharidů v rostlině závisí na poměru jejich odbourávání a jejich syntézy, to znamená, že může být buď odrazem požadavků na růstové procesy a fungování některých struktur (osmotické jevy, stres, vytváření rezerv, transport aj.), nebo odrazem nerovnováhy mezi syntézou a spotřebou uhlíkatých sloučenin. Většina uvedených životních procesů rostlin je úzce svázána s podmínkami na daném stanovišti.

Specifické podmínky vytvářejí specifické odezvy

Typickým příkladem jsou životní podmínky v oblasti alpínského stupně. 2) Na zdejší rostlinná společenstva jsou kladeny nároky, s nimiž se nížinné druhy většinou nesetkávají. Jednou ze zásadních podmínek prostředí, které ovlivňují syntézu či rozklad sacharidů, je teplota. 3) Nejde jen o nižší teplotní průměry, rozhodující úlohu hraje trvání sněhové pokrývky, od níž se odvíjí délka růstové sezony. Lze předpokládat, že se výjimečnost alpínského prostředí bude odrážet i v průběhu fyziologických procesů, a tedy i v koncentraci nestrukturních sacharidů. Otázkou zůstává jak. Nízká teplota, jak známo, ovlivňuje řadu základních životních procesů rostlin a vyvolává stres. K základním životním procesům patří i fotosyntéza a dýchání (respirace). Víme ale vůbec, jestli jsou nízkými teplotami více dotčeny procesy syntézy, nebo spotřebovávání asimilátů?

Již výzkumy z počátku 20. století ukázaly, že rostliny alpínského stupně mají nestrukturních sacharidů spíše nadbytek (až 28 % jejich suché hmotnosti). Ve většině případů jde o jednodušší cukry, méně často o škrob. Čím je nižší průměrná teplota prostředí, tím více rozpustných sacharidů rostlinná pletiva obsahují. Jejich přítomnost ve větším množství bývá dávána do souvislostí s osmotickou ochranou proti mrznutí buněčné cytoplazmy. 4) Ve skutečnosti však taková ochrana může být účinná pouze při malých poklesech teplot okolního prostředí, protože koncentrace osmoticky aktivních látek v rostlinách je obvykle schopna snížit bod tuhnutí vody o necelé 2 K. 5) Naopak s klesající průměrnou teplotou prostředí se v pletivech snižuje koncentrace škrobu. Mimo jiné je to přisuzováno větší mrazové citlivosti enzymatického aparátu určeného k syntéze škrobu.

Výkyvy hladiny sacharidů na horách

Životní prostředí rostlin na horách je různorodé. Najít pravidla, jimiž se řídí hladina sacharidů v pletivech u jednotlivých druhů, není snadné. Koncentrace uvedených látek se mohou lišit mezi ekologickými skupinami rostlin i mezi druhy navzájem. Poznání z hor mírného pásu můžeme shrnout do čtyř bodů (týká se vyšších rostlin nepatřících k stálezeleným druhům):

  • Přestože během roku jsou v koncentraci sacharidů značné výkyvy, nikdy se sacharidové rezervy nevyčerpají úplně. 6)
  • Koncentrační minimum sacharidů obvykle nastává na počátku vegetační sezony, krátce po odtání sněhové pokrývky.
  • Sacharidové rezervy se doplňují poměrně rychle (během prvních tří až čtyř týdnů) v období maximálního růstu rostlin.
  • Sacharidy dosahují svého koncentračního maxima v nadzemních částech rostlin, především v listech, během vrcholu vegetační sezony, v podzemních orgánech až koncem sezony.

Úsporný život pod sněhem

Zdá se, že ani rostliny v alpínském prostředí nemají zásadní problém se získáváním sacharidových zásob, což ovšem neznamená, že je získávají snadno. Výměnu plynů a průnik světla k rostlinám znesnadňuje sněhová pokrývka. Pod sněhem je sice klima z hlediska teploty a vlhkosti stabilní, ovšem nepřeje fotosyntéze a nahrává spíše procesu dýchání. Živé části rostliny totiž dýchají pod sněhem i během celého zimního období, a alpínské druhy navíc dýchají intenzivněji než druhy z nížin. Proces dýchání během zimy spotřebuje poměrně značné množství energie a hladina sacharidů tak logicky dosahuje na konci zimy nejnižších hodnot. V tomto ohledu jsou na tom paradoxně lépe ty druhy rostlin, které si k růstu vybraly místo bez sněhu nebo jen s nízkou sněhovou pokrývkou. Musí být schopny snášet velké výkyvy teplot, protože se nemohou spoléhat na příznivé mikroklima pod vyšší vrstvou sněhu. V průběhu zimy jsou jejich pletiva vystavena nemilosrdnému působení silných mrazů. Za takových podmínek mohou stěží probíhat fotosyntetické procesy, zároveň však „zatuhnou“ další metabolické procesy včetně dýchání. Tímto způsobem může rostlina uspořit zásobní sacharidy (pokud ovšem extrémní podmínky přežije). Na druhou stranu takto ušetřenou rezervu nemůže během zimy použít ani v procesech tvorby svých pletiv.

Koncentrace nestrukturních sacharidů v rostlině vykazuje i další závislosti. Ty byly zjištěny při manipulacích s podmínkami prostředí. Pokud v prostředí stoupne množství dusíku, což je pro horské podmínky něco neobvyklého (ačkoli i to se dnes pod vlivem člověka mění), vzroste tvorba biomasy. Výsledek není nijak překvapivý. Zajímavé však je, že zvýšená koncentrace dusíku nemá vliv na zvýšení tvorby nestrukturních sacharidů. Při experimentech se zvyšováním CO2 v atmosféře byly výsledky opačné: množství biomasy vytvořené rostlinami zůstává nezměněno, ale většina alpínských druhů reaguje zvýšenou tvorbou sacharidů.

Nic není tak jednoduché, jak se zdálo

Asi se nakonec budeme muset smířit se závěrem, že nic není tak jednoduché, zvlášť v tak různorodém prostředí, v jakém roste alpínská vegetace. Koncentrace nestrukturních sacharidů v alpínských rostlinách zřejmě není jen pouhou reakcí na podmínky prostředí. Spíše jde o jakési přizpůsobivé provázání procesů probíhajících v rostlinných pletivech s procesy probíhajícími v okolním prostředí. V neposlední řadě lze tímto způsobem doložit i jistou nerovnováhu mezi syntézou a spotřebou uhlíkatých sloučenin v alpínském prostředí. Nezbývá než konstatovat, že množství nestrukturních sacharidů v alpínských rostlinách je výsledkem dlouhodobé adaptace na nadmořskou výšku či zeměpisnou šířku a průběh klimatu na daném místě. Od výletů do hor (byť s určitou vyšší dávkou „sacharidů“ na cestu) by nás to určitě odradit nemělo.

Tento text byl podpořen projektem VaV/620/15/03 „Vliv rekreačního využití na stav a vývoj biotopů ve vybraných VCHÚ (CHKO Beskydy, Krkonošský národní park, CHKO Jeseníky, Národní park a CHKO Šumava)“.

Poznámky

1) Někdy též mobilní nestrukturní sacharidy, z angl. non-structural carbohydrates (např. Ch. Körner 1999), nebo glycidy (M. Rychnovská 1987) jsou považovány za důležité zásobní látky rostlin a rychlý zdroj pro energetickou stabilizaci v kolísajících stanovištních podmínkách.
2) Zjednodušeně můžeme za alpínský stupeň označit oblast nad výškovou hranicí lesa, která je tvořena převážně zapojenými bylinnými společenstvy (H. Ellenberg 1988).
3) Záměrně jsou zde opomíjeny ostatní podmínky typické pro alpínské prostředí, jako je světelné záření, vlhkost, charakter půdního substrátu, atmosférický tlak či intenzita větru, které se do určité míry rovněž mohou odrážet ve změnách koncentrace nestrukturních sacharidů.
4) Marchand P. J.: Life in the cold: An introduction to winter ecology, University Press of New England, Hanover and London 1996.
5) Sakai A., Larcher W.: Frost survival of plants – responses and adaptation to freezing stress, Springer-Verlag, Berlin 1987.
6) Rostliny, které mají vyčerpané zásoby asimilátů, nejsou schopny aklimatizace na nízké teploty.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Botanika

O autorovi

Miroslav Zeidler

RNDr. Miroslav Zeidler, Ph.D., (*1970) vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Palackého v Olomouci. Na katedře ekologie a životního prostředí této fakulty se zabývá ekologií horských ekosystémů.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné