Botanický ústav AV ČR,
v. v. i.

Oddělení experimentální fykologie a ekotoxikologie

18. 11. 2020

Zaměření ׀ Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace ׀ Laboratoře ׀ Popularizace

Lidická 25/27, Brno
Pracoviště oddělení je v současné době lokalizováno v Brně na adrese Lidická 25/27, ve 3. patře budovy Výzkumného ústavu Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví v.v.i. (VÚKOZ).

Původním výzkumným zaměřením byly, a dosud jsou, všechny fotoautotrofní organismy tvořící fytoplanktonní i fytobentické společenstva. Nicméně díky ekotoxikologickému zaměření byla největší pozornost věnována druhům podílejícím se na tzv. vodním květu, a to zejména cyanobakteriím, tj. sinicím, jejichž nadměrný výskyt se díky produkci řady toxických látek negativně projevuje na kvalitě nejen koupacích vod, ale i vody pitné. Velká část výzkumu probíhala ve spolupráci s Centrem pro výzkum toxických látek v prostředí (RECETOX) při Masarykově univerzitě v Brně. Se začátkem této spolupráce v 90. letech minulého století je spojen také vznik dřívějšího občanského sdružení Flos Aquae, jehož cílem byla zejména osvěta a popularizace témat spojených s výskytem sinic a boje proti vodnímu květu pro širokou veřejnost, a založení společného pracoviště pod názvem Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny (CCT).

Činnost našeho oddělení zahrnuje dva klíčové prvky: vědecký výzkum a popularizaci vědecké práce pro veřejnost. V rámci popularizace pracovníci našeho oddělení pořádají nebo se aktivně účastní akcí pro žáky a studenty základních, středních i vysokých škol, ale i pro širokou odbornou i laickou veřejnost s cílem představovat aktuální vědecké poznatky zejména v oblasti ekologie vody (vodní flóra, řasy a sinice, znečištění vody, úprava pitné vody atd.). Prezentované výsledky a poznatky z velké části vychází z vlastního výzkumu probíhajícího na našem oddělení, který lze rozdělit do následujících okruhů a témat:

Autekologie, taxonomie a toxikologie sinic tvořících vodní květy

Autekologie sinic tvořících vodní květy je zaměřena převážně na rod Microcystis – dominantní sinici v evropských podmínkách. Výzkum se zabývá především přezimovací strategií jakožto málo probádanou fází životního cyklu Microcystis a rolí microcystinu (cyklický peptidový toxin produkovaný sinicemi) v životní strategii, při jarním ožívání a tvorbě kolonií. Nové principy detekce microcystinů v sedimentech jsou v současné době ve vývoji. Ekotoxikologické efekty toxinů sinic s různými typy toxikologických účinků jsou studovány v testech s neletálními endpointy, jako jsou reprodukce, malformace, genotoxické efekty a tvorba nádorů. Při práci v terénu pracoviště využívá moderní metody pro detekci vodních květů sinic on-line a in situ.

Oblasti toxikologie sinic; metodám pro detekci a kvantifikaci toxinů sinic se oddělení experimentální fykologie a ekotoxikologie věnuje již delší dobu. Výzkumný tým našeho oddělení jako první na světě publikoval informace o přítomnosti microcystinů v pikocyanobakteriích (= drobné sinice) (Bláha & Maršálek, 1999). Ve světové odborné literatuře byl dále publikován přehled výskytu microcystinů v pitné vodě v ČR (Bláha & Maršálek, 2003).

Ekotoxikologické biotesty

V současné době je velká pozornost věnována cyanobakteriálním toxinům a jejich vlivu na ostatní vodní organismy, bezobratlé i obratlovce (Kyselková & Maršálek, 2000; Dvořáková et al., 2002; Palíková et al., 2003). Toxické efekty látek na fyziologii řas a sinic při expozici několik hodin jsou sledovány pomocí dynamiky fluorescence chlorofylu a (Gavel & Maršálek, 2004). Miniaturizovaný řasový biotest byl vyvinut v třeboňském pracovišti nezávisle a prakticky současně s Dr. Blaisem a jeho skupinou v Kanadě. V současnosti nahradil klasický velkoobjemový test, je rozpracován do formy v ČR doporučené metody Ministerstva zemědělství ČR; je součástí bateriových testů. Rozpracovali jsme normu ISO 10253 s mořskou rozsivkou Phaeodactylum tricornutum pro hodnocení mořských vzorků jako miniaturizovanou variantu. Ověřili jsme funkci tohoto vylepšeného testu při testování herbicidů v mořských lokalitách při řešení mezinárodního projektu INCO-COPERNICUS EU, zaměřeného na metodiku hodnocení znečištění Černého moře. Prokázala se shoda výsledků získaných miniaturizovaným růstovým testem s klasickým testem i s moderní rychlou metodou měření fluorescence chlorofylu.

Vývoj ekotoxikologických biotestů s producenty

V této oblasti se také brněnské pracoviště zabývá novou generací ekotoxikologických biotestů využívajících biochemických endpointů pro predikci prolongované, chronické a reprodukční toxicity. Mezi tyto endpointy patří především CCD-FLIA (Fluorescence Image Analysis) – analýza obrazu a hodnocení nových parametrů fotosyntetické aktivity; dále malformace křemičitých schránek rozsivek a biochemické markery toxického poškození cévnatých rostlin (např. detoxikační mechanismy, množství glutathionu, esterázová a hydrogenázová aktivita). Hlavní část dosavadního výzkumu byla realizována na základě mezinárodních projektů a přímé spolupráce s laboratořemi v řadě zemí, např. Belgie, Kanada, Německo, Nizozemí a Španělsko (např. mezinárodní projekty FITA, CYANOTOX, BIOFILMS). Oddělení experimentální fykologie a ekotoxikologie a Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (RECETOX) při MU v Brně založily společnou laboratoř. Xenopus laevis): nahoře: kontrolní jedinec, dole: morfologicky malformované embryo po čtyřdenním působení cyanotoxinů.

Vývoj a validace fluorescenčních metod pro kvantifikaci biomasy a charakterizaci metabolické aktivity sinic

Fluorescence fotosyntetických pigmentů je velmi vhodným parametrem pro kvantifikaci biomasy i fyziologického stavu fytoplanktonu. Pro detekci fytoplanktonu in situ je používána ponorná fluorescenční sonda (Gregor & Maršálek, 2004), která byla využita i při spolupráci s Povodím Moravy při monitoringu fytoplanktonních společenstev na vybraných vodárenských nádržích (Gregor et al., 2004). Dynamika fluorescence chlorofylu a je využívána v laboratorních experimentech pro zjištění fyziologické aktivity řas a sinic při jejich inkubaci, imobilizaci či v ekotoxikologických biotestech (Gavel & Maršálek, 2004).

Oddělení vegetační ekologie

18. 11. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Na Oddělení vegetační ekologie v Brně se zabýváme se široce koncipovaným výzkumem vegetace s důrazem na dlouhodobý vývoj a interakci přírody s člověkem. Navazujeme na dlouhou tradici výzkumu vegetace v Brně a rozvíjíme směry nové. Výsledky základního výzkumu jsou ve spolupráci s příslušnými organizacemi aplikovány do hospodaření s přírodními zdroji a v ochraně přírody. Naši činnost je možné charakterizovat jako cílenou kombinaci tří oborů:

Paleoekologie zkoumá dlouhodobý vývoj přírody. Náš časový záběr je zhruba posledních 10 tisíc let (holocén) s přesahem do starších období. Věnujeme se hlavně paleoekologickému výzkumu na území České republiky a na Slovensku, ale také například a v Rusku. Více než šedesátiletá tradice paleoekologického výzkumu na našem pracovišti je v současné době kombinována s moderními přístupy.

Historická ekologie se zaměřuje na člověka jako součást vývoje přírody. V našem výzkumu se zaměřujeme na vývoj v posledních 1000 letech. Jako hlavní zdroj informací nám slouží různé typy archivních materiálů, například psané dokumenty nebo mapy. Tento typ výzkumu kombinuje humanitní přístup ke zkoumání dat s přírodovědnými metodami analýzy a interpretace získaných výsledků. Historický výzkum dále propojujeme s archeologií.

Vegetační ekologie v užším smyslu zkoumá biodiverzitu a druhové složení současných rostlinných společenstev a jejich ekologické determinanty. Těžiště naší činnosti je ve výzkumu dopadů globální změny prostředí na rostlinná společenstva a jednotlivé druhy. Speciální důraz klademe na vliv hospodaření a aplikace do ochrany přírody. Geografickým záběrem je Evropa s přesahem do tropických oblastí (dlouhodobě například Borneo).

Součástí oddělení jsou laboratoř pro analýzu půdního a rostlinného materiálu a palynologická laboratoř.

Pro determinační a studijní účely jsou k dispozici sbírky pylových preparátů a semen.

Studentům nabízíme velký výběr zajímavých témat bakalárských, diplomových i dizertačních prací.

Podrobné informace najdete na našich webových stránkách.

Taxonomické oddělení

18. 11. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Výzkum Taxonomického oddělení je zaměřen na široké spektrum otázek fylogeneze a evoluce, taxonomie, genetické variability a mikroevoluce, druhové diverzity České republiky a dalších vybraných světových oblastí, v neposlední řadě na ochranu genofondu. Podle objektu studia je výzkum organizován do dvou hlavních badatelských skupin:

Systematika a taxonomie cévnatých rostlin

Studium systematiky a taxonomie cévnatých rostlin je cíleno do čtyř základních směrů výzkumu:

  • Studium druhové diverzity České republiky a dalších vybraných regionů světa. Výstupem jsou flórová díla, seznamy a atlasy rozšíření. Taxonomické oddělení je hlavním koordinátorem projektu Květena České republiky. Zároveň plní roli Národní kontaktní centrum pro řadu významných mezinárodních projektů.
  • Taxonomické monografie shrnující poznatky získané jak na základě klasických taxonomických metod, tak metod molekulární biologie. V celosvětovém měřítku nebo v oblastech významného centra diverzity jsou monograficky zpracovávány vybrané rostlinné skupiny JuncaceaePotamogetonaceae, rody HieraciumMyosotis aTaraxacum).
  • Studium fylogeneze a evoluce na úrovní druhů až čeledí (Juncaceae,PotamogetonaceaeHieraciumTaraxacum).
  • Studium genetické variability a mikroevoluce.
    Studovány jsou otázky speciačních procesů (ElytrigiaJuncusPotamogeton, Tragopogon), polyploidních komplexů (MyosotisHieracium a agamických skupin (HieraciumTaraxacum).

Účastníme se

Species Plantarum – Flora of the World
Flora of China
Flora Nordica
Flora Hellenica
Flora Iberica
Flora of the Ladakh
Flora Slovenska
Určovací kluč papraďorostov a semenných rostlin Slovenska
Exkursionsflora für Österreich
Exkursionsflora von Deutschland. Band 4, Gefasspflanzen: Kritischer Band
Skupina pro studium fylogeneze a evoluce čeledi Juncaceae
Hieracium study group

Koordinujeme

Květena České republiky
Klíč k určování cévnatých rostlin

Seznamy

Seznam vyšších rostlin květeny České republiky
Chromozomové počty taxonů flóry České a Slovenské republiky
Databáza papraďorostov a semenných rostlin Slovenska
Euro+Med

Atlasy

Fytokartografické syntézy
Atlas ostružiníků České republiky – připravuje se
Atlas Florae Europae 1-14

Národní kontaktní centrum mezinárodních projektů:

Euro+Med
European Network for Biodiversity Information ENBI
Atlas Florae Europae
Species Plantarum – Flora of the World

Systematika, taxonomie a ekologie lišejníků a hub

Lichenologie

  1. Studium druhové diverzity
    • Katalog lišejníků ČRKatalog lišejníků České Republiky (A. Vězda, J. Liška) vyd. Botanický ústav AV ČR, Průhonice, 1999. 283 p. Práce shrnuje více než dvousetletou historii lichenologických výzkumů na dnešním území ČR. Obsahuje kompletní bibliografii našich i zahraničních prací (více než 800 prací), soupis druhů s veškerou synonymikou a excerpcí literatury (citace ke každému taxonu). Katalog tak poprvé umožňuje posoudit biodiversitu lišejníků ČR (udáváno je celkem 1534 druhů v 255 rodech.Objednávky: H. Zbuzková, ved. knihovny Botanického ústavu AV ČR, 252 43 Průhonice. Cena: 135 Kč, cizina 14 EUR, resp. 15.80 USD, pro SR 160 Kč (cena bez poštovného).
    • terénní výzkum ČR, zemí střední, severní, jihovýchodní Evropy aj.
    • soupis typů druhů lišejníků popsaných z ČR (projekt IAA600050712)
  2. Studium taxonomie využívající vedle klasických metod chemické analýzy (TLC), elektronovou mikroskopii (SEM) a molekulárně genetickou analýzu
    • LeprariaLecanoraTrapeliopsis 
  3. Studium systematiky
    • molekulárně genetické metody různých skupin a jejich příbuznost (OmphalinaTrypetheliaceae)
  4. Studium chorologie a ekologie
    • rozšíření vybraných taxonů a změny rozšíření a jeho příčiny
  5. Ochrana lišejníků
    • Červený seznam lišejníků
    • průzkum chráněných území (Šumava, Muráňská planina, Bukovské vrchy aj.)

Mykologie

Mykologická skupina se zabývá studiem systematiky a taxonomie lignikolních nestromatických peritheciálních askomycetů a jejich dematiových hyfomycetových anamorf. Ke studiu se využívají fylogenetické přístupy, založené na detailních morfo-taxonomických a kultivačních studiích, molekulárním výzkumu ITS, jaderné SSU a LSU rDNA a RPB2, strukturální fylogenezi a predikci sekundárních (2D) struktur pro zkvalitnění alignmentu, který tak umožní začlenění fylogenetického signálu i z nejasně seřazených homologiích úseků sekvencí.
Askomycety představují největší známou skupinu hub, která je typická velkou morfologickou variabilitou a přítomností v různých ekosystémech a geografických oblastech. Detailní znalosti teleomorfy a anamorfy, dvou rozdílných reprodukčních fází životního cyklu, jsou nezbytné pro řešení problémů souvisejících s biologií, ekologií, taxonomií a fylogenezí těchto mikroorganismů. Jednotlivé úkoly a cíle výzkumu jsou proto utvářeny tak, aby řešily systematické a fylogenetické otázky týkající se málo fylogeneticky prozkoumaných skupin, peritheciálních askomycetů, integraci taxonomie anamorfy a telemorfy do životního cyklu askomycetů a aby přispívaly k celkové integraci anamorfních hub do „botanického systému“.
Hlavní výzkumné aktivity jsou soustředěny na světovou monografii rodu Chaetosphaeria a jeho anamorf a molekulárně-taxonomickou studii saprofytických hub z Ceratostomellakomplex. Současný výzkum rovněž zajišťuje studium biodiverzity mikroskopických lignikolních saprofytických hub v porostech s přirozenou skladbou vegetace.

Oddělení populační ekologie

18. 11. 2020

Pochopení ekologie a genetiky přírodních populací je hlavním cílem výzkumu na našem oddělení. To zahrnuje výzkum na mnoha různých úrovních s využitím široké škály modelových organizmů a systémů. Zatímco naše primární zaměření je na bylinná a travinná společenstva na otevřených stanovištích v rámci střední Evropy, několik našich projektů sahá i nad tento rámec. Některé projekty tak probíhají i v dalších částech světa jako jsou Norsko, Nepál, Himaláje nebo Kanárské ostrovy.

Více podrobností o výzkumu a jednotlivých lidech na našem oddělení najdete na anglické verzi stránek ZDE.

Databáze všech výzkumných projektů řešených na oddělení.

Oddělení mykorhizních symbióz

18. 11. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Studium mykorhizních symbióz má v Botanickém ústavu více než dvacetiletou tradici, od roku 2003 v rámci samostatného oddělení.

Naším tradičním tématem je vliv arbuskulární mykorhizy na růst rostlin v degradovaných půdách. Zajímá nás však i diverzita a role arbuskulární mykorhizy v přirozených ekosystémech, věnujeme se mykorhize erikoidní, ektomykorhize a interakci mykorhizních hub s půdními saprofytickými houbami.

Kompletní informace o našem oddělení získáte na na adrese: https://www.ibot.cas.cz/mykosym

Oddělení GIS a DPZ

18. 11. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace | Detailní web (EN)

Oddělení GIS a DPZ se zabývá aplikací Geografických informačních systémů (GIS) a Dálkového průzkumu země (DPZ) v botanice. Formálně byla založena v červnu 2007, ale využívání geoinformačních technologií bylo na půdě  Botanického ústavu rozvíjeno již od roku 1998 v rámci Geobotanického oddělení. Zaměření na zpracování a analýzu prostorově vázaných dat určuje velmi široké pole potenciálního využití, z nichž je možné jmenovat například: i) mapování vegetace i jednotlivých druhů, ii) odvozování vztahů mezi florou, vegetací a faktory prostředí, iii) analýza prostorového uspořádání (pattern) a prostorových vztahů sledovaných objektů, iv) analýza časoprostorových změn, v) mikroklima v lese. Laboratoř poskytuje jak servisní práce při podpoře řešení projektů v ostatních odděleních ústavu, tak vyvíjí vlastní vědeckou činnost zaměřenou především na sledování dlouhodobých změn populací a společenstev a jejich prostorové struktury na různých prostorových škálách s využitím dat DPZ, terénního měření a jejich zpracování v prostředí GIS a prostorově explicitního modelování. Laboratoř disponuje kompletním softwarovým vybavením pro analýzu vektorových a rastrových dat a zpracování dat DPZ (ArcGIS a vybrané extenze; PCI Geomatica Prime 10.0 s modulem Orthoengine; eCognition Developer 9.2, ENVI), tak zařízením pro terénní měření polohy (GNSS Trimble decimetrovou přesností a mapovací sestavu Field-Map) a spektrální odrazivosti (Spectral Evolution Full Range Portable Spectroradiometer).

Významné projekty

Témata

Sledování dlouhodobých změn s využitím dat DPZ

Dálkový průzkum Země (DPZ), využívající časové řady leteckých i družicových snímků, nabízí mnoho informací o vývoji a změnách krajiny, jejího využití, obhospodařování, a umožňuje sledovat změny vegetace a antropogenní vlivy na ni. U nás se vzhledem k prostorovému rozlišení a dostupnosti tradičně v botanice využívají především snímky letecké. Historické snímky pocházejí jednak z archívu AOPK (zaměřené na CHKO a NP), jednak z archívu VGHMÚř Dobruška, který obsahuje panchromatické snímky od 40. do 90. let v přibližně desetiletých intervalech. Současné snímky poskytuje VÚGTK Praha a soukromé subjekty (ARGUS GEO Systém, Geodis atd.). Letecké snímky lze využít i pro studium dynamiky šíření jednotlivých druhů, jsou-li tyto dostatečně výrazné, aby je bylo možno na snímcích rozeznat.

Vývoj invaze bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum), význam prostorového a časového měřítka

Málokdy je možné při výzkumu invazních druhů určit počátek invaze. Letecké snímky, dokumentující invazi Heracleum mantegazzianum v CHKO Slavkovský les v letech 1947-2006, umožňují kvantifikovat rychlost šíření a analyzovat populační dynamiku druhu. Z archivních i současných snímků byl analyzován průběh invaze druhu na 10 lokalitách CHKO Slavkovský les v 11 termínech. V současné době se projekt rozšířil na celé území CHKO. V době květu a na počátku plodu (od června do srpna) lze druh na leteckých snímcích snadno rozpoznat. Informace, zaznamenávané na leteckých snímcích za využití terénních pozorování byly – plocha zamořená bolševníkem, doba počátku invaze, charakteristiky invadovaného stanoviště, intenzita kvetení bolševníku, a struktura invadovaného porostu. Zamoření porostu je vztaženo k době od počátku invaze a získané regresní křivky jsou využity ke stanovení rychlosti šíření.

Informace o vývoji invaze, získané ze snímků a trvalých ploch, jsou podkladem pro tvorbu matematických modelů invaze. Naměřené hodnoty rychlosti šíření bolševníku jsou srovnatelné s nejagresivnějšími invazními druhy jinde ve světě a silný vliv rychlosti šíření na velikost zamořené plochy napovídá, že druh není výrazně limitován místními podmínkami prostředí. To naznačuje, že podmínky prostředí nejsou pro rostlinu zásadní.

Müllerová J., Pyšek P., Jarošík V. & Pergl J. (2005): Aerial photographs as a tool for assessing the regional dynamics of the invasive plant species Heracleum mantegazzianum.- Journal of Applied Ecology 42 (6):1-12.

Nehrbass N., Winker E., Müllerová J., Pergl J., Pyšek P. et Perglová I. (2007): A simulation model of plant invasion: long-distance dispersal determines the pattern of spread.- Biol. Invasions, 9:383-395.

Pyšek, P., Jarošík, V., Müllerová, J., Pergl. J. et Wild. J. (2008): Comparing the rate of invasion by Heracleum mantegazzianum at continental, regional, and local scales. Diversity Distrib. 14:355–363.

Prostorově explicitní modelování

Studium dynamiky mnoha přírodních systémů ať už na populační či ekosystémové úrovni je často komplikováno obtížným získáním základních dat o studovaných objektech, obecně krátkými dobami dostupných sledování a nereprezentativností dat (často jsme schopni sledovat jednu z mnoha populací či nepatrnou část území). Ve všech těchto případech nám může pomoci vytvoření modelu daného systému. V terénu neproveditelné dlouhodobé sledování je nahrazeno rychlou počítačovou simulací. Ta umožňuje testovat mnoho scénářů dynamiky (kombinací parametrů) a analyzovat vliv jednotlivých parametrů na dynamiku modelu. Výsledky simulací ukazující stav systému v konkrétním čase mohou být porovnány s pozorovaným stavem reálného systému a na základě shodného pattern (např. prostorového uspořádání, věkové struktury apod.) pak lze vybírat nejpravděpodobnější scénáře i kombinace parametrů. Je třeba ale brát v úvahu ne vždy jednoznačnou vazbu mezi zjištěným pattern a procesy, které vedou k jeho vzniku. Simulace nemohou zcela nahradit terénní pozorování, a jejich výsledkem není exaktní stanovení v terénu neurčitelných parametrů, ale spíše odhad určitého rámce, ve kterém se mohou hodnoty sledovaných parametrů pohybovat.

Koexistence klečo-travinné mozaiky na hřebenech Krkonoš

Vegetace vrcholových plató subalpínského pásma Krkonoš je tvořena mozaikou klečových porostů a travinné vegetace. Dnešní podoba mozaiky je výsledkem silných antropických vlivů působících již od 14. století a zahrnujících kácení a opětovné vysazování kleče horské (Pinus mugo) a pasení i kosení travinné vegetace. Především z intenzity exploatace klečových porostů v průběhu staletí pak dovozují původní rozšíření kleče v těchto polohách. Přesto zůstává otázka přirozeného zastoupení kleče ve vegetaci vrcholových partií Krkonoš stále otevřená a aktuální. Nové studie ukazují, že zastoupení a charakter klečových porostů výrazně ovlivňují druhové složení a celkovou diverzitu ekosystému. Studium mechanismů koexistence takto odlišných životních forem – keřů a travin – je zajímavá i z čistě teoretického hlediska.

Klíčem k pochopení vztahů mezi složkami klečo-travinné mozaiky a tím i k odhadu jejich přirozeného zastoupení může být studium dlouhodobé populační dynamiky jednotlivých. Vzhledem k dlouhověkosti kleče v kombinaci s keřovitou formou růstu a schopností klonálního šíření je však velmi obtížné použít klasické přístupy populační ekologie založené na sběru demografických dat. Vytvořili jsme proto počítačový prostorově explicitní, individuálně orientovaný model.

Model simuluje dynamiku keřů na úrovni individuí a travinné vegetace a sukcesních ploch na úrovni patchů. Intraspecifická kompetice je modelována pomocí zón vlivu – field of neighbourhood (FON). Modelováno je území o velikosti 50 x 50 m rozdělené na buňky o velikosti 25 x 25 cm. Parametry modelu byly určeny jak z terénních měření tak pomocí simulací a porovnání modelovaného prostorového pattern s reálným. Také byl simulován vliv disturbancí na dynamiku klečo-travinné mozaiky.

Model predikuje možnost dlouhodobé koexistence kleče a travinné vegetace udržované vztahem kompetitor – kolonizátor typu: colonization-competition trad-off. Disturbance působené především gradací hmyzích defoliátorů vychylují poměr zastoupení druhů v mozaice, ale nejsou nezbytně nutné pro její udržení.

Wild J. et Kyncl T. (2004): Studium dynamiky přirozené klečo-travinné vegetace pomocí prostorově explicitního modelu – předběžné výsledky. In: Štursa J., Mazursky K. R., Palucki A. & Potocka J. (eds.), Geoekologické problémy Krkonoš. Sborn. Mez. Věd. Konf., Listopad 2003, Szklarska Poręba. Opera Corcontica, 41: 441–451.

Wild J. et Winkler E. (2008): Krummholz and grassland coexistence above the forest-line in the Krkonoše Mountains: Grid-based model of shrub dynamics. Ecological Modelling 213: 293-307.

Oddělení funkční ekologie

18. 11. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Výzkum oddělení je zaměřen na morfologické a fyziologické adaptace cévnatých rostlin a mechorostů v rostlinných společenstvech vystavených stresu, narušení a kompetici. Poslední dobou jsou studovány především následující témata: ekofyziologie vodních masožravých rostlin a rašeliníků, biologie šumavských šídlatek, funkční vlastnosti rostlin (druhově bohaté louky, úloha banky pupenů v regeneraci narušené vegetace, život rostlin na horní hranici jejich rozšíření (Západní Himálaj, Equadorské Andy) a ekologie opylování hmyzem a ptáky (Kamerun).

Součástí výzkumu je tvorba rozsáhlých databází, které se stávají důležitým nástrojem při výběru vhodných pokusných druhů či k formulování ekologických hypotéz.

  • CLO-PLA
    Jedná se o databázi klonálního růstu rostlin střední Evropy.
  • Sbírka vodních a mokřadních rostlin
    Ke studijním účelům slouží sbírka vodních a mokřadních rostlin, je spravována oddělením a je unikátní svým rozsahem a zaměřením na repatriaci ohrožených druhů.
  • Databáze cévnatých rostlin Ladáku
    Jedná se o databázi cévnatých rostlin oblasti Ladáku v západním Himaláji (Ladakh, Indie).
  • LEDA
    Oddělení přispívá k poznání některých opomíjených vlastností rostlin v rámci mezinárodní databáze vlastností rostlin severozápadní Evropy, ve které jsme zodpovědní za vlastnosti týkající se persistence.

Významné projekty Výzkumu a vývoje (VaV)

VĚDRO – Věda pro veřejnost/cesta k udržitelnému rozvoji

Cílem projektu je popularizační formou zvýšit celospolečenské povědomí o výzkumné práci v moderních biologických oborech s důrazem na konkrétní zaměření příjemce podpory a partnerů projektu a motivovat studenty pro přírodovědná studia. Aktivity jsou zaměřeny na popularizaci formou výstav vědecké fotografie, na prezentaci vybraných VaV projektů na vzdělávacích veletrzích, na zpřístupnění vědeckých pracovišť ve Dnech otevřených dveří a na aktivní účast studentů při Dnech otevřených laboratoří. Studenty, odbornou veřejnost a učitele ZŠ a SŠ také oslovíme systematickými popularizačními přednáškami. K dalším významným aktivitám patří zajištění studentské odborné činnosti (SOČ), vedení POMVĚD a organizace specializovaných odborných kurzů a studentských praxí. Velmi atraktivním způsobem podchytí zájem žáků a studentů o přírodovědné obory přírodovědný kroužek. Mezi důležité formy popularizace řadíme interaktivní webové stránky a přípravu vzdělávacích filmů pro SŠ a VŠ.

Botanický ústav jako partner projektu se bude podílet zejména na přednáškách pro učitele ZŠ a SŠ (KA 9), zajištění prací studentské odborné činnosti (SOČ)(KA 10) a chodu přírodovědného kroužku (KA 12)(stránky oddílu viz volavky.trebonsko.org).

Více informací k projektu VĚDRO a jednotlivým klíčovým aktivitám (KA) na:: http://alfa.bc.cas.cz/VEDRO/

Oddělení evoluční biologie rostlin

18. 11. 2020

Oddělení vzniklo v roce 2017 spojením dvou do té doby separátních oddělení, která se zabývala obdobnou problematikou – Oddělení genetické ekologie a Oddělení průtokové cytometrie. Nově vzniklá skupina je specializována na výzkum rozličných aspektů evoluce rostlin na mnoha hierarchických úrovních: počínaje I) změnami na úrovni jedinců a jejich genomů (horizontální přenos genů, endopolyploidizace, cytogenetika), přes II) studium mikroevolučních procesů na úrovni populací (interakce mezi cytotypy, fylogeografie, atd.), III) výzkum vzájemných vztahů na druhové úrovni (evoluce diploidně-polyploidních komplexů, hybridní speciace, molekulární systematika, atd.), až po IV) detekování evolučních sil uplatňujících se na rodové a vyšší úrovni (např. důvody rozdílné radiace).

Hlavním předmětem výzkumu jsou vlastní evoluční procesy a jejich vliv na rozpoznávanou biodiverzitu. Geograficky je výzkum zacílen především na Eurasii, rovníkové Andy a Kapskou květennou oblast. Základním principem práce je kombinace terénních, experimentálních a laboratorních přístupů. Nedílnou součástí oddělení je laboratoř průtokové cytometrie.

Oddělení experimentální a funkční morfologie

15. 10. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Hlavním výzkumným zájmem našeho týmu jsou omezení, která morfologie rostlin představuje pro ekologické funkce rostlin. Při studiu těchto omezení využíváme manipulativní experimenty a terénní výzkum vlastností rostlin podél gradientů prostředí. Náš výzkum se zaměřuje na (i) hodnocení rozmanitosti odnožování z kořenů vzhledem k hormonální rovnováze v kořenech a kořenové anatomii; (ii) popis ekonomického spektra podzemních orgánů, jako jsou oddenky, tlusté kořeny, hlízy nebo cibule, a studium jejich perzistence, anatomie, ukládání uhlohydrátů a obsahu sušiny; (iii) posouzení, které funkční znaky podporují perzistenci rostlin v ostrovních systémech; (iv) zkoumání reakce na narušení porovnáním klonálních a neklonálních rostlin; (v) zkoumání ekologicko-fyziologických znaků vodních masožravých rostlin ve vztahu k jejich růstu, minerální výživě, charakteristikám pastí a dormance turionů. V našich studiích používáme rostlinnou morfologii, anatomii a ekofyziologii. Pro zvýšení povědomí o morfologii a anatomii rostlin poskytujeme podporu dalším výzkumníkům ve formě databází, příruček a kurzů.

Pracovní skupiny:

Oddělení ekologie invazí

14. 10. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Oddělení ekologie invazí vzniklo roku 2005 jako důsledek dlouhodobé pozornosti věnované v Botanickém ústavu problematice nepůvodních, člověkem zavlečených rostlin. Výzkum, probíhá v široké spolupráci s předními zahraničními odborníky, odráží současný stav oboru ve světě a je soustředěn na aktuální, v současné době intenzivně studovaná témata.

Zde naleznete seznam aktuálních i bývalých členů oddělení. Dále jsou zde osobní stránky Petra Pyška a Jana Pergla.

Oddělení je zapojeno do celoevropských programů sledujících nepůvodní a invazní druhy (podílelo se např. na projektu ALARM a na vzniku databáze DAISIE), provozuje databázi české flóry s důrazem na nepůvodní rostliny, studuje teoretické základy invazního procesu a klasifikace zavlečených druhů, zabývá se makroekologickými zákonitostmi rozšíření nepůvodních druhů, principy invazibility stanovišť a příčinami invazního chování druhů. Zabývá se také ekologií jednotlivých významných invazních druhů české flóry. Terénní výzkum je kombinován s experimentálními přístupy a využíváním historických údajů.

Faktory určující úspěšnost naturalizace a rozšíření nepůvodních druhů

O úspěšné naturalizaci (zdomácnění) zavlékaných druhů rozhoduje řada faktorů, vedle invazivnosti druhů a invazibility stanovišť zejména tlak propagulí, intenzita lidské činnosti, doba uplynuvší od zavlečení a ekologické, geografické a klimatické podmínky v příslušném území. Tyto faktory pak určují druhovou bohatost a složení nepůvodní flóry dotyčného území. Tato problematika je v oddělení studována v rámci projektů ALARM a DAISIE na různých škálách, od regionální po globální.

Invazivnost rostliných druhů a invazibilita rostlinných společenstev

Otázka, které vlastnosti rostlinných druhů jsou při invazi výhodné a jak ovlivňují její výsledek je řešena pomocí databázových analýz velkého počtu druhů, ale také s využitím vlastních komparativních dat. V současné době byla získána podrobná data o reprodukčních charakteristikách velkého počtu zavlečených druhů české druhů. Důraz je kladen také na výzkum invazibility rostlinných společenstev na různých typech stanovišť. Výzkum se opírá jak o původní, v terénu získaná data, tak o databázové analýzy; ve spolupráci s MU Brno je využívána rozsáhlá národní databáze fytocenologických snímků. Vliv vlastností druhů a stanoviště na výsledek invaze je studován především v rámci projektu 6. rámcového programu EU ALARM.

Případové studie invazních druhů

Případové studie invazí jednotlivých druhů představují klíčový zdroj informací, nezbytných k odhalení mechanismů podmiňujících úspěšnou invazi. V rámci evropského projektu 5. rámcového programu GIANT ALIEN začalo podrobné studium bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum), které pokračuje. Častým přístupem používaným na oddělení je srovnání blízce příbuzných invazních a neinvazních druhů (křídlatky – Fallopia, pupalky –Oenothera) jež umožňuje částečně odfiltrovat variabilitu spojenou s životní formou a fylogenetickým postavením. V současné době se věnujeme srovnávacímu výzkumu druhů rodu Impatiens (netýkavka). Experimentální přístupy a terénní výzkum jsou kombinovány s informacemi o historických aspektech jednotlivých invazí.

Databáze zavlečených rostlin České republiky

Od roku 1999 je budována databáze zavlečených druhů flóry ČR, která obsahuje informace o jejich současném výskytu, historii šíření a biologických a ekologických vlastnostech. Celkem je registrováno 1378 druhů; nepůvodní druhy tvoří zhruba třetinu flóry ČR. Databáze patří k nejpodrobnějším v Evropě a je využívána v probíhajících projektech evropských rámcových programů, zaměřených na biologické invaze (ALARM, DAISIE). Je průběžně aktualizována a využívána k analytickým studiím historie zavlékání a vlivu vlastností na invazní schopnosti rostlin. Na oddělení vznikla též databáze invazních dřevin DAWIS.

DAISIE: databáze invazních rostlin a živočichů Evropy

Pracovníci oddělení se v letech 2005–2008 v rámci projektu 6. rámcového programu DAISIE (www.europe-aliens.org) podíleli na vybudování celoevropské databáze invazních rostlin a živočichů, která obsahuje údaje o nepůvodních druzích rostlin, bezobratlých živočichů a obratlovců v suchozemském i vodním prostředí z více než 50 regionů Evropy.

Výzkum sukcese a jeho využití v praxi 

Výzkum vegetační sukcese se soustřeďuje na hledání principů obecně platných na člověkem vytvořených či silně ovlivněných stanovištích ve střední Evropě. V Botanickém ústavu se podařilo shromáždit unikátní data o dlouhodobém průběhu sukcese na mnoha různých typech stanovišť. Z aplikovaného hlediska je významná formulace principů, jež se vztahují k využití spontánní sukcese při rekultivačních procesech na člověkem vytvořených a narušovaných stanovištích. 

Centrum pro algologii

13. 10. 2020

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Výzkum Centra pro algologii je soustředěn do tří základních oblastí:

Celá řada terénních i laboratorních metod je vyvíjena pro molekulárně-biologické taxonomické studie, pro sledování vlivu abiotických i biotických faktorů na morfologii, variabilitu a strukturu buněk, pro studium fyziologických a biochemických charakteristik extrémofilních fototrofních mikroorganismů a pro studium pozorování životních cyklů sinic a řas. Výzkum probíhá nejen v České republice, ale i na mnoha speciálních lokalitách po celém světě, kde pracovníci Botanického ústavu spolupracují s vynikajícími zahraničními pracovišti. Vědci a doktorandi z Centra pro algologii také pracují na české polární stanici J. G. Mendela na ostrově James Ross (Antarktida) a stanici v zátoce Billefjorden na západním břehu Petuniabukta, Isfjorden (centrální Svalbard), na jejichž vybudování se Botanický ústav významně podílel.

Řasy a sinice jsou sbírány a studovány v širokém spektru podmínek od tropů po polární ekosystémy. Vyizolované kmeny jsou uchovávány ve sbírce autotrofních organizmů CCALA. V letech 2002–2004 se CCALA zapojila do evropského projektu COBRA (The COnservation of a vital European scientific and Biotechnological  Resource: microAlgae and cyanobacteria) zaměřeného na dlouhodobé uchovávání kmenů sinic a řas v kapalném dusíku. Dnes CCALA nabízí 172 kmenů sinic, 345 kmenů řas a 142 kmenů mechorostů. Většina kmenů je uchovávána v růstových kulturách a současně i zamražena v kapalném dusíku.

Pro všechny zájemce o sinice a řasy byly ve spolupráci s Katedrou botaniky Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity připraveny stránky „Sinice a řasy

Taxonomie sinic a řas

Klasické taxonomické studie sinic a řas jsou propojovány se širokou škálou elektronmikroskopických a molekulárně biologických přístupů jako tzv. polyfázická taxonomie. Výsledkem jsou moderní, komplexní ale současně i prakticky použitelné určovací klíče a monografie, např. významné a uznávané klíče řady Süsswasserflora von Mitteleuropa. Molekulárně biologické experimentální metody umožnily také hlubší vhled do problematiky taxonomie Cyanobakterií, do mechanizmů adaptability a diverzifikačního procesu a koincidence strukturních, molekulárních a biochemických znaků. Byla založena moderní světová databáze cyanobakterií CYANODB.

Další významnou skupinou řas studovanou v Třeboni jsou rozsivky. Výzkum druhového složení rozsivek třetihorní vrstvy diatomitů v severočeských nalezištích vedl k doplnění údajů pro rekonstrukci prostředí a jeho změn v mladé geologické historii této oblasti. Byly vydány dva díly klíče pro určování centrických sladkovodních rozsivek, první díl zaměřený na čeledi MelosiraceaeOrthoseiraceaeParaliaceae a Aulacoseiraceae a druhý díl na čelediMelosiraceae a Aulacoseiraceae. Třetí díl orientovaný na rod Cyclotella sensu lato se nyní připravuje.

Ekologie a ekofyziologie sinic a řas v extrémních podmínkách

Dlouhodobý výzkum v polárních oblastech byl završen vytvořením českých polárních stanic v Antarktidě a Arktidě. Z několika mezinárodních expedic na Špicberky a do Antarktidy byl získán materiál ke studiu taxonomie a diverzity řas polárních oblastí. Byla též získána data o přizpůsobení sinic a řas k extrémním podmínkám a ekologii nárostových řas v tocích. Otevřely se zde nové možnosti studovat ekologii kryosestonních společenstev, endolitických organismů, lišejníků a řas jezer, která slouží jako refugia oligotrofních druhů potoků a pramenů. Řada prací se zaměřuje na sukcesi nově odledněných lokalit. Některé pokusy v terénu probíhají v unikátních kultivačních zařízeních, kde je možno ovlivňovat základní podmínky a sledovat reakce řas na předpokládané změny životních podmínek.

Výzkum v horských oblastech je zaměřen na molekulárně-genetické a ekofyziologické studie sněžných řas (kryoseston, protože tyto řasy představují vynikající model pro studium adaptací na nízkou teplotu, vysokou ozářenost a vysokou hladinu UV záření a mohou sloužit jako zdroj biotechnologicky zajímavých látek. V letech 2005 – 2007 byly sledovány vlivy lidské činnosti na fytobentos potoků Šumavy – Bavorského lesa, Krkonoš a Jeseníků. Nejvíce ovlivňovala fytobentos šumavských a krkonoššských potoků acidifikace, průmyslové a domácí odpady a zemědělství, nebyl pozorován významný vliv dopravy.

Studie ekologie a biodiverzity termofilních a tropických sinic ve spolupráci s institucemi z Brazílie, Bulharska, Jižní Afriky, Švédska a USA osvětlily četné ekologické zvláštnosti a rozšíření mnohých druhů. Vybrané termofilní kmeny jsou testovány na produkci biotechnologicky zajímavých látek – termofilní sinice Arthronema africanum by mohla být využita pro produkci fykocyaninu, pigmentu využívaném v potravinářském a kosmetickém průmyslu.

Fyziologie a biochemie sinic a řas

Fyziologické a biochemické práce se soustřeďují na studium vlivu fyzikálních (teplota, světlo, UV záření) a chemických (salinita, těžké kovy, antibiotika) faktorů na růst, fotosyntézu, produkci biotechnologicky zajímavých látek, jako polynenasycené mastné kyseliny či karotenoidy, a cytoskelet (kostra buňky). Výsledky fyziologických a biochemických studií jsou využívány Centrem pro bioindikaci a revitalizaci, kde je třeboňská skupina odpovědná za vývoj nových metodik biotestů, izolaci kmenů sinic a řas z extrémních lokalit a jejich screening na přítomnost biologicky aktivních látek a testování využití řas produkujících tukové kapénky, zejména Trachydiscus Botryosphaerella, pro dočišťování vod v ČOV Třeboň.