Instytut Botaniki

W prestiżowym czasopiśmie Science of the Total Environment ukazały się badania pracowników naszego Instytutu dotyczące czynników środowiskowych determinujących różnorodność organizmów kryptogamicznych oraz roślin naczyniowych na przedpolach lodowców Svalbardu. Mimo odmienności badanych grup organizmów, wyróżniono wspólne czynniki wpływający na ich różnorodność, pokrycie i rozmieszczenie. Należały do nich: odległość od czoła lodowca, wybrane właściwości fizykochemiczne podłoża i czas, jaki upłynął od ustąpienia lodowca. Wbrew dotychczasowym doniesieniom, różnorodność i pokrycie kryptogamów na przedpolach lodowców nie były ograniczone przez konkurencję ze strony roślin naczyniowych. Wyniki wykazały, że pokrycie roślin naczyniowych pozytywnie wpływało na występowanie organizmów kryptogamicznych. Wskazuje to na istnienie złożonych zależności międzygatunkowych pomiędzy tymi odrębnymi grupami, nawet w inicjalnych i stosunkowo prostych zbiorowiskach przedpoli Svalbardu.

Więcej informacji:
Wietrzyk-Pełka P. et al. 2021. Patterns and drivers of cryptogam and vascular plant diversity in glacier forelands. Science of the Total Environment 144793. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144793

W dniu 19 stycznia 2021 r. w POB BioS zostały ogłoszone wyniki pierwszego konkursu na indywidualne Minigranty badawcze w ramach programu strategicznego Inicjatywa Doskonałości w Uniwersytecie Jagiellońskim (ID.UJ) w Priorytetowym Obszarze Badawczym BioS (POB BioS). Pracownicy naszego Instytutu otrzymali osiem grantów (pełna lista projektów skierowanych do finansowania). Więcej informacji na stronie: https://bios.id.uj.edu.pl

Gratulujemy i życzymy powodzenia w realizacji projektów.

W czasopiśmie o międzynarodowym zasięgu, International Journal of Molecular Sciences, ukazała się publikacja współautorstwa dr hab. Anety Słomki oraz dr Klaudii Sychty, poświęcona badaniom naukowym prowadzących do zwiększenia plonowania ważnej ekonomicznie rośliny, gryki zwyczajnej (Fagopyrum esculentum). Pomimo obfitego kwitnienia w ciągu całego sezonu, gryka zwyczajna rozwija bardzo małą liczbę jadalnych ziarniaków, prawdopodobnie w wyniku konkurencji kwiatów o asymilaty. Wyniki analiz przeprowadzonych w niniejszej pracy na roślinach hodowanych w warunkach naturalnych i kwiatach hodowanych in vitro wskazują, że optymalna zawartość składników odżywczych i zmniejszenie konkurencji kwiatów o asymilaty, skutkuje pożądaną poprawą plonowania roślin.

Więcej informacji:
Hornyák M. i in. 2020. International Journal of Molecular Sciences, 21, 8953. https://doi.org/10.3390/ijms21238953

Mechanizmy programowanej śmierci komórki (PCD) u roślin, w porównaniu ze zwierzętami, są bardzo słabo poznane, zwłaszcza, biorąc pod uwagę wpływ różnych czynników abiotycznych na indukcję tego procesu. Odkrycie dr Klaudii Sychty, dr hab. Anety Słomki oraz prof. dr hab. Elżbiety Kuty dotyczące udziału w tym procesie, wcześniej nieopisywanych jako zaangażowane w PCD u roślin, enzymów – proteaz cysteinowych podobnych do papainy (PLCPs), zostało opublikowane na łamach Environmental and Experimental Botany. Analizy z wykorzystaniem techniki TUNEL, Western blot i Ligand blotting wykazały, że PLCPs biorą udział w indukcji szlaku PCD na skutek działania metalami ciężkimi w komórkach zawiesinowych, rośliny tolerancyjnej na metale, Viola tricolor (fiołek trójbarwny).

Więcej informacji:
Sychta K. et al. 2020. Environmental and Experimental Botany, 174, 104041. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847220300678

Doktorantka z naszego Instytutu, Pani mgr Justyna Żabicka, otrzymała dofinansowanie badań "Reconstruction of V. pubifolia origin with the use of advanced molecular methods (low-copy nuclear gene GPI and RADseq) and establishing its relationship with closely related violets of subsect. Stolonosae" z The Nature and Biodiversity Conservation Union (NABU), na lata 2019-2020.
Gratulujemy!

Zbadano kolonizację korzeni przez grzyby arbuskularne oraz bogactwo i skład gatunkowy tych mikroorganizmów związanych z 19 gatunkami roślin zielnych. Stwierdzono, że 17 gatunków tworzy mykoryzy arbuskularne. Podano po raz pierwszy dla badanych siedlisk 16 gatunków grzybów arbuskularnych, zarówno pospolitych, jak i rzadkich. Obfitość tworzenia zarodników grzybów arbuskularnych i bogactwo gatunkowe różniły się pomiędzy gatunkami roślin, utrzymywały się jednak na niskim poziomie w porównaniu do innych ekosystemów. Niemniej jednak zaobserwowano ujemną korelację pomiędzy zawartością dostępnego fosforu w glebie a intensywnością kolonizacji mykoryzowej, co sugeruje istotne znaczenie mykoryzy arbuskularnej dla roślin leśnych w siedliskach o niskiej zawartości fosforu w glebie.

Więcej informacji:
Rożek i in. 2019, Science of the Total Environment 649: 1573-1579.

Aby zachować cenne fragmenty łąk trzęślicowych, zbiorowisk objętych programem Natura 2000, 1,3 hektara tych łąk, w postaci darni pociętych na bloki, przeniesiono do sztucznych basenów w oddziale Śląskiego Ogrodu Botanicznego w Radzionkowie. Aby ocenić wpływ translokacji na stan zachowania ekosystemu, monitorowano zmiany w roślinności, właściwościach fizykochemicznych i mikrobiologicznych gleby i kolonizacji przez grzyby korzeni Molinia caerulea, gatunku charakterystycznego dla łąk wilgotnych, w trakcie trzech sezonów wegetacyjnych – przed przeniesieniem i przez kolejne dwa lata. Zaobserwowano zmiany w zawartości niektórych pierwiastków w glebie w pierwszym roku po translokacji. Zbiorowiska roślinne zachowały wysoki poziom różnorodności, z dominacją charakterystycznych gatunków łąkowych. Stwierdzono jednak wzrost liczby chwastów. Zaobserwowano niewielkie zmiany w kolonizacji M. caerulea przez grzyby. Liczba gatunków grzybów arbuskularnych była niższa bezpośrednio po translokacji, jednak w dwa lata po zabiegu odnotowano wzrost liczby gatunków. Nie stwierdzono istotnych różnic w składzie gatunkowym tych mikroorganizmów. Respiracja gleby i biomasa mikroorganizmów również nie zmieniły się. Jest to prawdopodobnie związane z przenoszeniem darni w dużych blokach, które zachowały zbiorowiska mikroorganizmów w dobrym stanie. Nieliczne zmiany w zbiorowisku roślinnym, kolonizacji korzeni przez grzyby, różnorodności grzybów arbuskularnych i parametrów mikrobiologicznych dwa lata po translokacji wskazują na sukces transferu tego ekosystemu.

Więcej informacji:
Chmolowska i in. 2019, Land Degradation & Development, doi: 10.1002/ldr.3284.
Zubek i in. 2019, Journal of Environmental Management, doi: 10.1016/j.jenvman.2019.04.044.

Pływacze (Utricularia, Lentibulariaceae​) tworzą małe pułapki w formie pęcherzyków ssących, by chwytać drobne bezkręgowce. Velum jest kutykularną błoną, która uszczelnia drzwi pułapki. Niektórzy autorzy zakwestionowali występowanie velum u pływaczy lądowych, naskalnych i epifitycznych. Głównym celem badań było potwierdzenie występowania velum w różnych typach pułapek z trzech podrodzajów (15 gatunków). Velum zostało stwierdzone u wszystkich przebadanych gatunków. Zaproponowano dwa główne typy velum oraz nową definicję tej struktury, która lepiej oddaje jej złożoność.

Płachno BJ, Świątek P, Miranda VFO, Stolarczyk P. 2019. The structure and occurrence of a velum in Utricularia traps (Lentibulariaceae). Frontiers in Plant Science, section Plant Physiology doi: 10.3389/fpls.2019.00302

Australijskie gatunki pływaczy: Utricularia multifida i U. westonii, mają specyficznie zbudowane pułapki, które różnią się od pułapek gatunków z innych sekcji i podrodzajów. Niektórzy autorzy sugerują, iż pułapki Utricularia multifida i U. westonii​​ nie zasysają ofiar. Nasze badania anatomiczne wskazują na występowanie aktywnego sposobu chwytania ofiar, jednakże wyniki eksperymentów wskazują na pasywny mechanizm chwytania zdobyczy.

Płachno BJ, Świątek P, Adamec L, Carvalho S, Miranda VFO. 2019. The trap architecture of Utricularia multifida and Utricularia westonii (subg. Polypompholyx). Frontiers in Plant Science, section Plant Physiology  doi: 10.3389/fpls.2019.00336​

Struktura i fizjologia porostów determinują ich sukces kolonizacyjny w środowiskach niezwykle nieprzyjaznych życiu. Epigeiczne gatunki porostów Cladonia rei i Diploschistes muscorum są tolerancyjnymi i efektywnymi pionierami siedlisk skrajnie zaburzonych i skażonych. Integralność błon komórkowych jest jednym z najbardziej czułych parametrów odpowiedzi fizjologicznej na stres środowiskowy. Jednak parametr ten zazwyczaj badany był w warunkach laboratoryjnych lub w plechach porostów, które zostały transplantowane do obszaru dotkniętego skażeniem. Porosty, które w naturalny sposób zasiedlają tereny skażone były pod tym względem badane bardzo rzadko. W niniejszym badaniu przeanalizowaliśmy wpływ akumulacji metali ciężkich w plechach porostów na integralność błon komórkowych oraz zweryfikowaliśmy zależności między tym parametrem fizjologicznym, a poziomem zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi. Wyniki wskazują, że wewnątrzkomórkowa akumulacja metali ciężkich wpływa na poziom uszkodzeń błon komórkowych. Ponadto utrata integralności błon komórkowych w C. rei i D. muscorum jest bezpośrednio powiązana z zanieczyszczeniem gleby metalami ciężkimi. Dlatego też, poziom uszkodzeń błon komórkowych u naziemnych porostów może służyć jako wskaźnik wczesnego ostrzegania do wykrywania podwyższonych stężeń metali ciężkich w glebie. Proponowana metoda biomonitoringowa obejmuje pospolite gatunki porostów i może być szeroko stosowana na terenach poprzemysłowych.

Zobacz artykuł: Integrity of lichen cell membranes as an indicator of heavy-metal pollution levels in soil. Ecotoxicology and Environmental Safety 174: 26–34.

dr hab. Marcin Nobis
"Analiza czynników warunkujących zróżnicowanie gatunkowe i endemizm gór Środkowej Azji, jako podstawa w planowaniu ochrony przyrody światowego centrum bioróżnorodności", OPUS
mgr Justyna Żabicka
"Badanie zróżnicowania genetycznego oraz polodowcowej kolonizacji dwóch blisko spokrewnionych gatunków Viola epipsila i Viola palustris w cyrkumborealnym zasięgu", PRELUDIUM

Porosty i mszaki są powszechnie wykorzystywane jako wskaźniki stanu środowiska, zwłaszcza w odniesieniu do jakości powietrza. Jednak ich rola diagnostyczna w ocenie zanieczyszczenia gleby była do tej pory stosunkowo słabo poznana. W niniejszym badaniu stwierdzono istotną zależność między parametrami chemicznymi gleby a strukturą zbiorowisk kryptogamicznych. Wskazuje to na dużą wartość bioindykacyjną określonych zestawów gatunków porostów i mszaków. Poszczególne zgrupowania gatunków odzwierciedlające poziomy zanieczyszczeń gleby posłużyły do opracowania praktycznego narzędzia bioindykacyjnego. Opracowane narzędzie może stanowić pierwszy krok podczas oceny stopnia zanieczyszczenia gleby w szerokiej skali krajobrazu poprzemysłowego. Ponadto daje możliwość wstępnej weryfikacji miejsc, które są potencjalnie najbardziej skażone i wymagają dalszej uwagi, na przykład w kontekście projektów rekultywacyjnych lub strategii ochrony danego obszaru.

Zobacz artykuły: Cryptogamic communities as a useful bioindication tool for estimating the degree of soil pollution with heavy metals. Ecological Indicators 88: 454-464.

Data on cryptogamic biota in relation to heavy metal concentrations in soil.  Data in Brief 19: 1110–1119.

W 2018 r. ukazała się w druku książka o roślinach mięsożernych “Carnivorous plants: Physiology, ecology, and evolution”, pod redakcją A. Ellison, L. Adamec, nakładem Oxford University Press. Książka ta podsumowuje najnowsze badania dotyczące fizjologii, ekologii i ewolucji tej grupy ekologicznej roślin. Pracownik naszego Instytutu, dr hab. Bartosz Płachno, jest głównym autorem rozdziału dotyczącego struktury pułapek roślin mięsożernych oraz współautorem rozdziałów dotyczących zwabiania zdobyczy oraz „diety” roślin mięsożernych.

Więcej informacji:
https://global.oup.com/academic/product/carnivorous-plants-9780198779841?cc=pl&lang=en&#

Ornitogamia jest bardzo rzadka wśród przedstawicieli rodzaju pływacz. Dr hab. Bartosz Płachno i współpracownicy analizowali strukturę kwiatów pod kątem przystosowania do ornitogamii u australijskiego gatunku U. menziesii. Najważniejszym przystosowaniem badanego gatunku do zapylania przez ptaki okazał się kolor kwiatów oraz masywna ostroga. Analizowany był także skład nektaru pod względem rodzaju cukrów.

Annals of Botany, https://doi.org/10.1093/aob/mcy163

mgr Katarzyna Rożek
„Porównanie wpływu czternastu gatunków drzew na wykształcenie warstwy roślin zielnych, właściwości fizykochemiczne gleby oraz występowanie, bogactwo gatunkowe oraz skład gatunkowy grzybów arbuskularnych”, PRELUDIUM

mgr Klaudia Sychta
„Kultury zawiesinowe wybranych gatunków Viola L. do badania akumulacji cynku i ołowiu oraz tolerancji na stres wywołany metalami ciężkimi jako model do wykazania ewolucyjnie rozwiniętej tolerancji w rodzaju Viola”, PRELUDIUM

mgr Paulina Wietrzyk
„Czy organizmy kryptogamiczne są głównym czynnikiem odpowiedzialnym za rozwój gleby i sekwestrację węgla organicznego na przedpolach lodowców Svalbardu?”, PRELUDIUM

dr hab. Szymon Zubek
„Kompleksowa analiza interakcji pomiędzy roślinami zielnymi a właściwościami mikrobiologicznymi i fizykochemicznymi gleb w lasach liściastych klimatu umiarkowanego jako podstawa skutecznej ochrony bioróżnorodności tych ekosystemów”, OPUS

Dr Grzegorz Pacyna otrzymał finansowanie projektu badawczego pt. „Rośliny kopalne z późnego triasu Krasiejowa jako klucz do zrozumienia ewolucji flor w triasie i jurze”, z Narodowego Centrum Nauki, w ramach konkursu MINIATURA.

Lokalne czynniki środowiskowe mogą znacząco modyfikować cechy fenotypowe porostów. Wyniki badań pokazują, że morfologiczne modyfikacje plech porostowych w obrębie tego samego gatunku mogą istotnie wpływać na bioakumulację metali ciężkich. Ma to duże znaczenie dla przyszłych badań biomonitoringowych, w których zawartość danego pierwiastka w próbkach porostowych jest podstawą do oceny stanu zanieczyszczenia środowiska.

Więcej informacji: Environmental Science and Pollution Research (2018) 25:1950–1961

Dr Agnieszka Nobis otrzymała finansowanie projektu badawczego pt. "Rośliny korytarzy rzecznych: Czy występowanie roślin przywiązanych do dolin dużych rzek ma związek z właściwościami gleb?", z Narodowego Centrum Nauki, w ramach konkursu MINIATURA.

Analizowano budowę zalążków i gametofitów żeńskich u przedstawicieli rodzajów: Hieracium, Pilosella i Taraxacum. Rodzaje te są jednymi z lepiej poznanych modeli w badaniach nad genetycznym podłożem apomiksji, dlatego naszym celem było porównanie ultrastruktury zalążków i gametofitów żeńskich gatunków seksualnych i apomiktycznych w aspekcie oszczędzania zasobów przez apomikty. Jednym z ciekawszych wyników było stwierdzenie wydłużania się plazmodesm oraz tworzenia mostków cytoplazmatycznych pomiędzy plazmodesmami a protoplastem co było spowodowane odkładaniem śluzu pomiędzy ścianą komórkową a błoną komórkową w komórkach integumentalnych przedstawicieli Asteraceae. Badania były finansowane z grantu NCN (DEC-2013/09/B/NZ8/03308).

Więcej informacji:
Protoplasma 253: 1365–1372
Protoplasma 254: 2287–2294

W komórkach łożyska pływacza Utricularia nelumbifolia stwierdzono obecność nietypowych jąder komórkowych, które charakteryzowały się specyficznymi wypustkami zawierającymi parakrystaliczne struktury. Wypustki te miały łączność z błoną komórkową oraz za pośrednictwem ER z plazmodesmami. Wyrostkom tym nadano nazwę „chromatubule” (tubularne struktury zawierające chromatynę). Wyrostki te przypominają częściowo stromule plastydów. Być może wyrostki te mogą być drogą transportu makromolekuł z jądra komórkowego do błony komórkowej oraz plazmodesm, hipoteza ta wymaga eksperymentalnego potwierdzenia.

Więcej informacji:
Annals of Botany 120: 673–680

Po 50 latach od pierwszej monografii grupy ukazało się nowe opracowanie taksonomiczne włosieniczników (Ranunculus sect. Batrachium). W międzynarodowym zespole z udziałem Joanny Zalewskiej-Gałosz z naszego Instytutu opracowano uzupełnione opisy taksonomiczne 30 gatunków włosieniczników występujących na świecie, zaprezentowano ich cechy diagnostyczne, klucze do oznaczania, wymagania ekologiczne oraz zasięgi występowania poszczególnych taksonów. Mamy nadzieję, że praca ta stanie się podstawą do rozwoju dalszych badań naukowych tej interesującej grupy roślin wodnych.

Pdf: A taxonomic account of Ranunculus section Batrachium (Ranunculaceae)

Grzyby arbuskularne stymulują wzrost i pobieranie fosforu u dwóch gatunków roślin inwazyjnych, Rudbeckia laciniata i Solidago gigantea (Asteraceae). Interakcje te są jednak zależne od gatunku grzyba mykoryzowego oraz typu gleby. Odkrycie zespołu badawczego w składzie Marta Majewska, Kaja Rola i Szymon Zubek sugeruje, że obecność niektórych gatunków grzybów arbuskularnych na danym stanowisku zwiększa witalność roślin, przez co może przyczynić się do sukcesu ich inwazji.

Więcej informacji: Mycorrhiza (2017) 27:83–94

Dr Małgorzata Jaźwa otrzymała finansowanie projektu badawczego, pt. „Różnorodność florystyczna a właściwości fizyko-chemiczne przydrożnych gleb”, z Narodowego Centrum Nauki, w ramach konkursu MINIATURA. Gratulujemy!

Rozmieszczenie cyklotydów zostało uwidocznione z wykorzystaniem immunohistochemicznej techniki w komórkach liści, ogonków liściowych i fragmentów korzeni Viola odorata i Viola uliginosa z rodziny Violaceae bogatej w gatunki produkujące cyklotydy, cykliczne peptydy zbudowane z ok. 30 aminokwasów o zróżnicowanej aktywności biologicznej. Stosunkowo duże ilości cyklotydów stwierdzono w tkankach potencjalnie wolnych od ataków patogenów (w epidermie liści i ogonków liściowych, w tkance przewodzącej we wszystkich badanych organach). Odkrycie międzynarodowego zespołu badawczego, z udziałem  Elżbiety Kuty z naszego Instytutu, potwierdza rolę cyklotydów w mechanizmie obronnym roślin.

Więcej informacji: Planta (2016) 244: 1029–1040
https://link.springer.com/article/10.1007/s00425-016-2562-y