PROCESY WZROSTU I ROZWOJU
ROŚLIN
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST
to nieodwracalny przyrost rozmiarów rośliny
Wzrost
rośliny
Podziały
komórek
Wydłużanie
komórek
Najczęściej miarą wzrostu jest przyrost:
długości
średnicy
powierzchni liści
objętości
liczby komórek
świeżej masy
suchej masy
ilości białka
ilości DNA
Obserwując wzrost rośliny i przedstawiając go na wykresie otrzymamy
charakterystyczną krzywą, przypominającą kształtem literę „S”
wie
lk
oś
ć
czas
W krzywej wzrostu możemy wyróżnić
trzy okresy:
I.
Okres powolnego wzrostu
(w roślinie
zachodzą zmiany wewnętrzne, stanowiące
przygotowanie do wzrostu)
II. Okres szybkiego wzrostu
III. Okres powolnego wzrostu
, w którym
organizm osiąga dojrzałość, a wzrost
ustaje
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KRZYWA WZROSTU
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
TYPY WZROSTU
Wzrost embrionalny
(podziałowy)
Wzrost elongacyjny
(wydłużeniowy)
Podziały komórek (wzrost embrionalny) przebiegają w tkankach merystematycznych
Nazwa
Występowanie
Funkcja
1
Merystemy apikalne
(wierzchołkkowe)
Wierzchołki łodygi oraz korzenia
Wywołują wzrost na
długość
2
Merystemy interkalarne
(wstawkowe)
Komórki embrionalne położone
(„wstawione”) między tkankami,
które już zakończyły wzrost (np. w
węzłach łodygi, w liściach traw)
Wywołują szybki wzrost
łodygi na długość (np.
źdźbeł traw)
3
Merystemy boczne
(np.
kambium)
Równolegle wzdłuż osi pionowej
łodygi i korzenia
Wywołują wzrost na
grubość
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST EMBRIONALNY
Merystem
wierzchołkowy
łodygi
Merystem
wierzchołkowy
korzenia
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST EMBRIONALNY
Merystem
interkalarny
międzywęźla
węzły
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST EMBRIONALNY
Merystem
boczny
Kambium – tkanka
twórcza, oddziela
łyko (floem) od
drewna (ksylem)
W dalszym rozwoju
wytworzony zostaje
również fellogen
wytwarzający korę
Ksylem pierwotny
Ksylem wtórny
Floem pierwotny
Floem wtórny
Kambium waskularne
Kambium korkowe
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST ELONGACYJNY
Wydłużanie komórek następuje w strefie wzrostu
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ
– w fazie różnicowania z jednakowych pierwotnie komórek merystematycznych
powstają określone rodzaje tkanek; równolegle odbywa się różnicowanie organów
Rozwój
rośliny
Podziały
komórek
Wydłużanie
komórek
Różnicowanie
komórek
STADIA ROZWOJOWE ROŚLINY
I. Stadium wegetatywne
rozwój embrionalny
kiełkowanie nasion
wzrost wegetatywny
(okres juwenilny)
II. Stadium generatywne
wytwarzanie pąków kwiatowych i kwitnienie
wytwarzanie owoców i nasion
okres starzenia się i śmierci
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
CYKL ŻYCIOWY ROŚLINY NASIENNEJ
rozwój
embrionalny
stadium
wegetatywne
stadium
generatywne
kiełkowanie
Wytwarzanie
zawiązków
kwiatowych
n
2n
n
zarodek
pylniki
zalążki
Rośliny monokarpiczne
–
rośliny kończące swój cykl życiowy na jednorazowym
wydaniu nasion (rośliny jednoroczne i dwuletnie)
Rośliny polikarpiczne
–
rośliny mogące corocznie zakwitać i wielokrotnie wydawać
owoce oraz nasiona (drzewa, krzewy, byliny)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KIEŁKOWANIE NASION
W nasionach niekiełkujących zarodek jest pozbawiony aktywności fizjologicznej, czyli
znajduje się w stanie spoczynku
Czynniki warunkujące kiełkowanie:
1. Woda
Kiełkowanie rozpoczyna się od pobierania wody – pęcznienie (imbibicja). Spowodowane jest
to obecnością w nasieniu substancji koloidowych (białko, skrobia, celuloza).
2. Tlen
Rozwijający się zarodek wymaga dopływu energii uwalnianej podczas oddychania, które z
kolei wymaga tlenu.
3. Temperatura
Do rozpoczęcia kiełkowania nasion konieczna jest określona temperatura, która umożliwia
właściwy przebieg biochemicznych reakcji metabolizmu. Zależy od strefy klimatu. Na ogół
optymalna temperatura dla procesu kiełkowania jest niższa niż optymalna temperatura
późniejszego wzrostu.
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KIEŁKOWANIE NASION
4. Światło
Niektóre nasiona wrażliwe są na światło. Wrażliwość na światło wykazują jedynie nasiona
napęczniałe. Czas naświetlania potrzebny do pobudzenia kiełkowania jest niezwykle krótki (często
1-2 minuty lub nawet błysk światła bądź poświata księżyca)
Światło jest niezbędnym warunkiem kiełkowania nasion wielu gatunków roślin
,
np. tytoniu, naparstnicy, szczawiu, sałaty, wielu traw.
Światło może również hamować kiełkowanie niektórych nasion
,
np. czarnuszki,
facelii, szarłatu.
Tytoń
(Nicotiana tabacum)
Naparstnica
(Digitalis purpurea)
Czarnuszka
(Nigella arvensis)
Szarłat
(Amaranthus caudatus)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KIEŁKOWANIE NASION
5. Zbyt twarda łupina
Zbyt twarda łupina nasienia jest nieprzepuszczalna dla wody i gazów. Nasiona takie nawet
zanurzone w wodzie przez okres całych tygodni czy miesięcy pozostają bez zmian – nie pęcznieją i
nie gniją, a nie pęczniejąc nie mogą kiełkować. Np. lucerna, koniczyna, łubin).
Bakterie i grzyby glebowe
– w warunkach naturalnych rozkładają celulozę i inne substancje
wchodzące w skład łupiny nasiennej
Skaryfikacja
– mechaniczne uszkodzenie łupiny nasiennej
Lucerna
(Medicago sativa)
Koniczyna łąkowa
(Trifolium pratense)
Łubin żółty
(Lupinus luteus)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KIEŁKOWANIE NASION
Pierwszym organem, który pojawia się podczas kiełkowania jest korzeń zarodkowy,
następnie zaś ukazuje się łodyżka zarodkowa
fasola
groszek
kukurydza
Wyróżniamy nasiona:
kiełkujące epigeicznie (nadziemnie)
–
wydłuża się
część podliścieniowa łodygi
(
hipokotyl
); np. dynia, fasola, cebula, rosliny
szpilkowe
kiełkujące hipogeicznie (podziemnie)
–
wydłuża się
część nadliścieniowa łodygi (
epikotyl
);
np. trawy zbóż, groch, bobik, kukurydza
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST WEGETATYWNY
Kiełkowanie zapoczątkowuje okres rozwoju juwenilnego rośliny;
w tym czasie roślina szybko rośnie i tworzy wyłącznie organy wegetatywne
Organy wegetatywne:
korzeń
łodyga
liście
mogą przyrastać wtórnie
na grubość
Blaszka
Pąk wierzchołkowy
Szypułka
Węzeł
Międzywęźle
Węzeł
Pąk boczny
Łodyga
Korzeń boczny
Korzeń główny
Liść
Pęd
Korzeń
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST WEGETATYWNY
Cechą każdej rośliny wyższej jest istnienie dwóch określonych regionów,
zlokalizowanych na przeciwległych końcach osi -
BIEGUNOWOŚĆ
Każda roślina wyższa ma:
biegun korzeniowy
biegun pędowy
Jeśli odcinek gałązki wierzbowej zostanie
zawieszony w pomieszczeniu nasyconym parą
wodną, to biegun korzeniowy zawsze wytworzy
korzenie, natomiast biegun pędowy odtworzy
pędy.
I.
Zawieszenie sadzonki w położeniu
odwrotnym nie wpływa na zmianę
biegunowości, korzenie wytworzą się bowiem
na biegunie korzeniowym, pędy zaś na
biegunie pędowym
II.
Przecięcie sadzonki na dwie części spowoduje,
że każda z obu części wytworzy własne
korzenie i pędy
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST WEGETATYWNY
W roślinie istnieje współzależność pomiędzy organami, czyli zdolność pewnej części
rośliny do kierowania wzrostem lub rozwojem innej części –
KORELACJE
1. Dominacja wierzchołkowa – pąk wierzchołkowy
hamuje rozwój pąków bocznych
2. Zrzucanie liści i owoców – wytworzone w blaszce
liściowej substancji: auksyny, etylen, kwas
abscysynowy, wpływają na wytworzenie u nasady
ogonka liściowego warstwy odcinającej
3. Aktywność fotosyntetyczna liści wpływa na rozmiary
i funkcjonowanie systemu korzeniowego
4. Rozwijające się owoce wpływają na wierzchołki
wzrostu pędu
W nienaruszonej roślinie zjawiska korelacyjne hamują wzrost pewnych komórek, co nie
pozwala roślinie rozwijać się i rosnąć w sposób nieograniczony
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST WEGETATYWNY
Zdolność regeneracji może być u niektórych komórek posunięta tak daleko, iż wykazują
one zjawisko
TOTIPOTENCJI
– jedna komórka może wytworzyć cały organizm
W przypadku skaleczenia organów roślinnych, komórki w miejscu zranienia zaczynają się dzielić. W
komórkach tych zostaje zniesiona blokada genów, dzięki czemu wracają one do stanu embrionalnego.
W wyniku podziałów wytwarza się początkowo
KALUS
,
składający się z komórek niezróżnicowanych
.
Następnie dochodzi do różnicowania i regeneracji utraconych tkanek lub nawet całych organów.
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
WZROST WEGETATYWNY
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Podczas przejścia od rozwoju wegetatywnego do generatywnego merystem
wierzchołkowy łodygi przestaje tworzyć liście i międzywęźla, wydłuża się i zaczyna
wytwarzać zawiązki kwiatowe, z których powstają kwiaty
Warunki przejścia roślin do stadium generatywnego
WARUNKI WEWNĘTRZNE
WARUNKI ZEWNĘTRZNE
Stan gotowości do kwitnienia
– roślina musi osiągnąć stan odpowiedniego rozwoju
wegetatywnego (odpowiedni wiek i rozmiary)
1. Temperatura
2. Długość dnia i nocy
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Kwitnienie może warunkować
WERNALIZACJA
(
jaryzacja
), czyli pobudzający wpływ
niskich temperatur
I. Rośliny dwuletnie
w pierwszym roku wytwarzają jedynie organy
generatywne. Mogą one tworzyć zawiązki kwiatowe jedynie po
przejściu zimy, tj. po poddaniu ich przez dłuższy czas działaniu
niskiej temperatury. Po tym okresie, tzn. w drugim roku, rośliny
przechodzą do stanu generatywnego.
II. Zboża ozime
wysiane na wiosnę lub trzymane w ciągu zimy w
ciepłej szklarni, a zatem nie poddane działaniu niskiej temperatury,
nie kłoszą się, bądź kłoszą się z opóźnieniem. Zatem niska
temperatura pobudza więc wytwarzanie zawiązków kwiatowych
Miejscem percepcji bodźca termicznego jest
merystem wierzchołkowy
Wysunięto przypuszczenie, że istnieje specyficzna
substancja tworząca się w roślinach podczas wernalizacji,
która wywołuje kwitnienie -
wernalina
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Na zakwitanie może mieć wpływ czasu trwania dnia i nocy -
FOTOPERIODYZM
Rośliny krótkiego dnia (RKD)
– kwitną wtedy, gdy dzienny okres oświetlenia
jest krótszy od pewnej krytycznej długości (11-15 godzin). Wymagają
określonego czasu trwania nieprzerwanej ciemności. Kwitną jesienią.
Rośliny krótkiego dnia (RKD)
Krytyczna długość dnia
Tytoń (Nicotiana tabacum)
14
Rzepień (Xanthium pensylvanicum)
15,5
Złocień ogrodowy (Chrysanthemum indicum)
15
Wilczomlecz (Euphorbia pulcherrima)
12,5
Kalanchoe (Kalanchoe blossfediana)
12
Słuszniejsza byłaby nazwa „rośliny długiej nocy”, gdyż odpowiednio długa
noc umożliwia im zakwitnięcie – OKRES TEN NIE MOŻE BYĆ PRZERWANY!!!
Rośliny długiego dnia (RDD)
Krytyczna długość dnia
Szpinak (Spinacia oleracea)
13
Jęczmień, odm. ozime (Hordeum vulgare)
12
Lulek (Hyoscyamus sativa)
10
Owies (Avena sativa)
9
Burak cukrowy i pastewny (Beta vulgaris)
Rośliny długiego dnia (RDD)
– kwitną wtedy, gdy dzienny okres oświetlenia
(fotoperiod) jest dłuższy od krytycznego (8 - 15 godzin). Kwitną latem.
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Rośliny długiego dnia nie wymagają wcale ciemności i zwykle
najlepiej kwitną w warunkach nieprzerwanego oświetlenia (zbyt
długi okres ciemności hamuje kwitnienie)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Miejscem percepcji bodźca fotoperiodycznego są liście, zwłaszcza młode i rozwijające się
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Rośliny neutralne
– niewrażliwe na długość dnia, zakwitają po osiągnięciu
stanu gotowości do kwitnienia niezależnie od długości dnia.
Rośliny neutralne
Ogórek (Cucumis sativus)
Ryż, odm. jare (Oryza sativa)
Groch, większość odmian (Pisum sativum)
Bób (Vicia faba)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWITNIENIE
Według jednej z hipotez, w skład regulatora kwitnienia wchodzą dwie różne substancje:
jedna pobudza wytwarzanie pędów kwiatowych, druga pobudza wytwarzanie kwiatów
TEORIA FLORIGENU
Florigen
Giberelina
Antezyna
Hipotetyczny
regulator
kwitnienia
Pobudza wytwarzanie
pędów kwiatowych
Pobudza wytwarzanie
kwiatów
(nie wyodrębniono)
Syntezą regulatorów kwitnienia kieruje system barwników –
FITOCHROMÓW
Rośliny krótkiego dnia wytwarzają zawsze giberelinę
(tworzą zawsze normalna łodygę), natomiast
przy nieodpowiednim fotoperiodzie nie wytwarzają antezyny – nie zakwitają
Rośliny długiego dnia wytwarzają zawsze antezynę
, natomiast przy nieodpowiednim fotoperiodzie
nie wytwarzają gibereliny – nie mogą wytworzyć łodyg i nie zakwitają (spryskanie roslliny gibereliną
pobudza do „strzelania w łodygę” – powstaje kwiat)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
FITOCHROM
Barwnik ten jest „dopasowuje” rytm wzrostu i rozwoju roślin do warunków
świetlnych panujących w danej porze roku
Fitochrom 660
(P
660
)
nieaktywny
fizjologicznie
Fitochrom 730
(P
730
)
aktywny
fizjologicznie
czerwień
Daleka czerwień
(Szybkie, odwracalne reakcje fotochemiczne)
(powolna reakcja biochemiczna w ciemności)
Fitochrom 730 jest aktywny fizjologicznie i prawdopodobnie
zmienia aktywność genów kierujących takimi procesami jak:
zakwitanie
kiełkowanie nasion wrażliwych na światło
wydłużanie łodygi
rozwój chloroplastów
synteza niektórych barwników, np. antocyjanów
Fitochrom
– błękitny barwnik
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
KWIAT
Płatek
Znamię
Szyjka
Zalążnia
Słupek
Pylnik
Nitka
Pręcik
Działka kielicha
Zalążek
Dno kwiatowe
kwiaty obupłciowe
– pręciki i słupki
(owocolistki) występują na tym samym
kwiecie; u większości okrytozalążkowych
kwiaty rozdzielnopłciowe
– pręciki i słupki
znajdują się w osobnych kwiatach:
roślina jednopienna
– kwiaty męskie i
żeńskie znajdują się na tym samym
osobniku
roślina dwupienna
– na jednym
osobniku występują tylko kwiaty męskie,
na innym zaś tylko kwiaty żeńskie
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
TYPY KWIATOSTANÓW
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ MEGASPORY I GAMETOFITU ŻEŃSKIEGO
zalążki powstają z łożyska (placenta – specjalna tkanka merystematyczna)
tworzący się zalążek stanowi początkowo uwypuklenie łożyska, z którego rozwija się
ośrodek
(nucelus)
u podstawy ośrodka wyrastają
osłonk
i (intergumenty), które są zwykle dwie (zewnętrzna i
wewnętrzna)
osłonki otaczają ośrodek, pozostawiając na szczycie mały otwór –
okienko
(
mikropyle
)
zalążek przyczepiony jest do ściany zalążni
sznureczkiem
w zalążku z jednej z komórek powstaje
megasporocyt
– komórka macierzysta megaspor
megasporocyt dzieli się mejotycznie na 4 ułożone liniowo komórki tetrady –
megaspory
trzy z megaspor, bliższe okienka zamierają i jedynie czwarta wytwarza gametofit żeński –
woreczek
zalążkowy
jądro megaspory dzieli się mitotycznie, a powstałe 2 jądra rozmieszczone są na dwóch biegunach
woreczka zalążkowego, które z kolei dzielą się 2 razy – na dwóch biegunach znajdują się po 4 jądra
z każdego bieguna jedno jądro przemieszcza się ku centralnej części woreczka –
jądra biegunowe
,
które tworzą
komórkę centralną
na biegunie mikropylarnym tworzy się 3-komórkowy aparat jajowy –
komórka jajowa + 2 synergidy
na przeciwnym biegunie powstają
3 antypody
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ MEGASPORY I GAMETOFITU ŻEŃSKIEGO
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ MEGASPORY I GAMETOFITU ŻEŃSKIEGO
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ZAPŁODNIENIE
ziarno pyłku dociera na znamię słupka (przez wiatr lub owady)
komórka wegetatywna ziarna pyłku zaczyna rosnąć i jako
łagiewka
wnika do szyjki słupka
do łagiewki wchodzi jądro wegetatywne oraz dwie komórki plemnikowe
łagiewka rosnąc kieruje się ku zalążni, a następnie ku zalążkom (na jednym znamieniu może
kiełkować kilka ziaren pyłku, których łagiewki kierują się ku poszczególnym zalążkom)
jedna komórka kieruje się do komórki jajowej, a druga do komórki centralnej woreczka zalążkowego
–
podwójne zapłodnienie
Komórka plemnikowa (n) + komórka jajowa (n)
zygota (2n)
Komórka plemnikowa (n) + komórka centralna (2n)
komórka macierzysta bielma (3n)
objawem zapłodnienia jest więdnięcie znamienia i szyjki słupka, pręcików, opadanie płatków korony
w woreczku zalążkowym zygota rozwija się w zarodek rośliny
komórka bielmowa wytwarza bielmo
osłonki zalążka rozwijają się w łupinę nasienną
ściany zalążni rozrastają się tworząc owocnię (owocnia + nasiona = owoc)
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ZAPŁODNIENIE
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
BIOLOGIA ZAPYLANIA
SAMOPYLNOŚĆ
– samozapylenie przez pyłek pochodzący z tego samego kwiatu
OBCOPYLNOŚĆ
– zapylenie pyłkiem pochodzącym z innej rośliny (zapylenie krzyżowe)
Mechanizmy chroniące przed samozapyleniem
Przedprątność
– pręciki dojrzewają wcześniej niż słupki
Przedsłupność
– słupki dojrzewają wcześniej niż pręciki
Różnosłupkowość
(
heterostylia
) – słupki wykształcone w dwojaki sposób, u jednych
osobników szyjki słupków są krótkie a pręciki wysokie, natomiast u innych osobników odwrotnie
(ułatwia to zapylenie krzyżowe)
Samoniezgodnosć
– pyłek nie kiełkuje na znamionach tej samej rośliny lub też wzrost łagiewek
wcześnie ulega zahamowaniu, tak że nie docierają one do zalążków
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ I DOJRZEWANIE NASION
Powstający zarodek posiada zasadnicze korzeń zarodkowy, stożek łodygi i pierwszy liść,
zmniejsza się zawartość wody w nasionach – osiągnięcie stanu spoczynku
WZROST I ROZWÓJ ROSLIN
ROZWÓJ OWOCÓW
Owoc powstaje przez rozrost dna kwiatowego lub zalążni pod wpływem
regulatorów wzrostu
I.
Pojedyncze
1. Suche
a) Pękające
Mieszek (kaczeniec)
strąk (fasola, groch)
torebka (mak, len)
Łuszczyna (gorczyca, rzepak)
b) Niepękające
orzech (leszczyna, lipa)
ziarniak (kukurydza, pszenica)
niełupka (słonecznik, mniszek, klon)
Rozłupnia (marchew, kminek)
2. Mięsiste
jagody (pomidor, porzeczka, dynia,
ogórek, winorośl)
pestkowce (śliwa, brzoskwinia)
II. Złożone
Owoc wielopestkowcowy maliny
Owoc wieloorzeszkowy truskawki
III. Owocostany
Jagodostan ananasa
Owocostan pestkowcowy figi
Owocostan orzeszkowy morwy