1. Przedstaw zarys endosymbiotycznej teorii ewolucji komórki roślinnej.

Teoria endosymbiozy – teoria stanowiąca, że mitochondria, plastydy (jak chloroplasty) i być może inne organella komórki eukariotycznej powstały na skutek endosymbiozy pomiędzy różnymi mikroorganizmami. Zgodnie z nią niektóre organella pochodzą od wolno żyjących bakterii, które dostały się do innych komórek jako endosymbionty. Mitochondria rozwinęły się więc z proteobakterii), chloroplasty zaś od sinic.

Teoria endosymbiotyczna tłumaczy proces powstania komórki eukariotycznej. Zakłada ona, że przebiegał on w następujących etapach:

- system błon wewnętrznych komórki eukariotycznej i cytoszkielet pojawiły się u odległych przodków beztlenowych cudzożywnych komórek, zapewniając im zdolność pochłaniania stałych cząsteczek pokarmowych;

- komórki tej preeukariotycznej linii stały się zdolne do konsumowania i trawienia innych prokariontów, co dało im przewagę nad pozostałymi organizmami;

- niektórym "pożartym" komórkom prokariotycznym udało się przetrwać; weszły w symbiozę z niegdysiejszym drapieżcą; ponieważ wewnętrzny symbiont umożliwiał efektywniejsze zdobywanie energii, preeukariont mógł się szybciej rozmnażać;

- symbioza między bakterią tlenową a beztlenowym preeukariontem była stabilizowana przez wzajemną wymianę; premitochondria dostarczały ATP, powstającego przy wykorzystaniu tlenu, a gospodarz udzielał im substratów pokarmowych w przystępnej formie oraz zapewniał fizyczną ochronę;

- geny, zapewniające niezależność, zostały utracone przez symbiotyczne prokarionty, a inne, zaangażowane w proces oddychania, zostały przeniesione do jądra komórkowego gospodarza; prokarionty przekształciły się więc w mitochondria o bardzo zredukowanym genomie; chloroplasty powstały z organizmów przypominających sinice w procesie podobnym do tego, który doprowadził do powstania mitochondriów;

- efektem szeregu następnych procesów ewolucyjnych jest dzisiejsza różnorodność i specjalizacja komórek, której przykładem są komórki roślinne i zwierzęce.

2. Co świadczy o endosymbiotycznym pochodzeniu organelli półautonomicznych.

Za powstaniem mitochondriów i plastydów z bakterii przemawiają następujące argumenty:

• nowe mitochondria i plastydy tworzą się wyłącznie w procesie przypominającym podział

• w przypadku niektórych glonów, jak Euglena, plastydy można zniszczyć użyciem pewnych środków chemicznych lub wydłużonym brakiem światła bez wytworzenia jakichkolwiek innych szkód komórce. W takim wypadku plastydy nie zregenerują się. Świadczy to o tym, że ich regeneracja polegać musi na pozakomórkowym źródle, jak podział komórkowy czy endosymbioza

• organella te otacza podwójna błona biologiczna, przy czym jej błona wewnętrzna różni się składem od innych błon komórki eukariotycznej

• mitochondria i plastydy posiadają DNA różniące się się od DNA jądrowego, przypominające natomiast DNA spotykane u bakterii, zarówno rozmiarami, jak i kolistym kształtem

• analiza sekwencji DNA i filogenetyka sugerują, że DNA jądrowe prawdopodobnie obejmuje również geny pochodzące z plastydów

• rybosomy tych organelli przypominają rybosomy bakteryjne (70S)

• w białkach pochodzących z tych organelli, jak i w proteinach bakteryjnych, początkowym aminokwasem jest N-formylometionina

• wiele cech struktury wewnętrznej i biochemii plastydów, jak na przykład obecność tylakoidów, a zwłaszcza chlorofilu, przypomina te spotykane u sinic. Badania filogenetyczne obejmujące genomy plastydów, bakterii i eukariotyczne również wskazują na bliskość plastydów i sinic

• mitochondria posiadają kilka enzymów i systemów transportu podobnych do bakteryjnych

• niektóre białka kodowe przez materiał genetyczny jądrowy są transportowane do organelli, a zarówno mitochondria, jak i plastydy posiadają jak na bakterie małe genomy. wiąże się to z wzrastającą zależnością od eukariotycznego gospodarza po wejściu w endosymbiozę. Większość genów genomów organellów została przez nie utracona albo przeniesiona do jądra. Większość genów potrzebnych mitochondriom czy plastydom znajduje się obecni w jądrze komórkowym, wiele z nich pochodzi właśnie z bakteryjnego endosymbionta

• plastydy spotyka się wśród bardzo różnych grup protistów, z których część wykazuje bliskie pokrewieństwo z formami nie dysponującymi plastydami. Sugeruje to, że jeśli chloroplasty powstały de novo, musiałyby to zrobić wiele razy, tak wiele, że trudno byłoby wyjaśnić bliskie podobieństwo jednych do drugich

• wiele z tych protistów zawiera plastydy "pierwotne", których nie mogły uzyskać z innych eukariotów zawierających plastydy

• wśród eukariotów, które posiadły plastydy bezpośrednio od bakterii (znanych jako Archaeplastida), glaukocystofity mają chloroplasty silnie przypominające sinice. W szczególności pomiędzy ich dwoma błonami leży peptydoglikan

3. Scharakteryzuj organelle błonowe w komórce roślinnej.

Organellum błonowe to każda oddzielona od cytozolu błoną komórkową struktura występująca w cytoplazmie komórki, wyspecjalizowana do pełnienia określonej funkcji. Nie SA takimi organellami rybosomy, nukleoid czy genofor, gdyż nie są oddzielone od cytoplazmy.

Jądro komórkowe: Zawiera większość materiału genetycznego komórki, zorganizowanego w postaci wielu pojedynczych, długich nici DNA związanych z dużą ilością białek, głównie histonowych, które razem tworzą chromosomy. Geny zlokalizowane w chromosomach stanowią genom komórki. Funkcją jądra komórkowego jest przechowywanie i powielanie informacji genetycznej oraz kontrolowanie czynności komórki, poprzez regulowanie ekspresji genów. Otoczone podwójną błoną jądrową, bardzo słabo przepuszczalną dlatego obecne są w niej pory jądrowe. Są to kanały przechodzące przez obie błony, umożliwiające transport jonów i innych cząstek. Transport większych cząstek, takich jak białka, jest ściśle kontrolowany i zachodzi na zasadzie transportu aktywnego, kontrolowanego przez białka transportowe.

Mitochondrium:  miejsce, w którym w wyniku procesu oddychania komórkowego powstaje większość adenozynotrifosforanu (ATP) komórki, będącego jej źródłem energii. Oprócz tego, mitochondria są zaangażowane w wiele innych procesów, takich jak sygnalizacja komórkowa, specjalizacja, wzrost i śmierć komórki, czy też kontrola cyklu komórkowego. Składa się z dwóch błon; zewnętrznej i wewnętrznej, zbudowanych z dwuwarstwy lipidowej oraz rozmieszczonych w niej białek. Są one podobne w budowie do zwykłej błony komórkowej, jednak obydwie błony mają odmienne właściwości. Z powodu takiej budowy, w budowie mitochondrium można wyróżnić pięć odrębnych przedziałów. Są to: błona mitochondrialna zewnętrzna, przestrzeń międzybłonowa (pomiędzy błoną zewnętrzną a wewnętrzną), błona mitochondrialna wewnętrzna, grzebienie mitochondrialne (tworzone przez fałdy błony wewnętrznej) oraz macierz mitochondrialną (wewnętrzna przestrzeń mitochondrium)

Plastyd:  organellum otoczone podwójną błoną plastydową, występujące u roślin oraz protistów roślinopodobnych. W komórkach embrionalnych występują proplastydy, z których rozwijają się pozostałe rodzaje plastydów. Wnętrze plastydów wypełnione jest gęstym roztworem, stromą, zawierającym białka, DNA, związki rozpuszczalne oraz ziarna skrobi, plastoglobule oraz fitoferrytynę. Do plastydów zaliczamy protoplasty, leukoplasty(lipidoplasty, amyloplasty, protoplasty), tioplasty, chloroplasty, chromoplasty i gerontoplasty.

Wakuola: organellum zajmujące się utrzymaniem komórki w stanie turgoru, magazynowaniem wody w komórce, magazynowaniem zbędnych produktów przemiany materii, magazynowaniem substancji, które mogłyby działać szkodliwie np. na cytoplazmę (głównie alkaloidy, kauczuk) i utrzymywaniem niskiego stężenia jonów sodowych w cytozolu (dzięki znajdującym się w tonoplaście pompom jonowym). Zajmują zazwyczaj większość objętości komórki i składają się w około 90% z wody.

Siateczka śródplazmatyczna: wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy system kanałów odizolowanych od cytoplazmy podstawowej błonami (membranami) biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i pęcherzyków. Główną jej funkcją jest synteza kutyny, żywic i terpenów.

Lizosomy: niewielkie pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną lipidowo-białkową Zawierają kwaśne enzymy hydrolityczne (hydrolazy) rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze. W lizosomach odbywa się rozkład pochłoniętych substancji i usuwanie obumarłych części cytoplazmy. Na wewnętrznej stronie błony lizosomu występuje trójniciowe DNA

Aparat Golgiego: organellum służące chemicznym modyfikacjom substancji zużywanych przez komórkę, bądź wydzielanych poza nią. Podstawową jednostką strukturalną aparatu Golgiego jest diktiosom. W strukturach Golgiego odbywa się sortowanie i dojrzewanie białek i lipidów; modyfikacje reszt cukrowych glikoprotein i glikolipidów; synteza polisacharydów oraz mukopolisacharydów: glikozoaminoglikanów, hemicelulozy, pektyny; Struktury błoniaste są strukturami dynamicznymi, odbywa się między nimi przepływ substancji zawartych wewnątrz kanałów i pęcherzyków oraz błon.

Peroksysom:  organellum komórki eukariotycznej, otoczone jedną błoną, o kształcie owalnym bądź sferycznym, znajdują się w bezpośrednim kontakcie z chloroplastami i mitochondriami i stykają się z powierzchniami ich błon. Rozróżnia się: peroksysomy liściowe (katalizujące rozkład nadtlenku wodoru, biorą udział w fotorespiracji), peroksysomy brodawek korzeniowych (uczestniczące w przyswajaniu azotu), glioksysomy (zawierające enzymy przemieniające tłuszcze w cukry- β-oksydacja, cykl glioksylanowy, cykl Krebsa, glukoneogeneza).

4. Scharakteryzuj budowę i funkcje cytoplazmy.

Cytoplazma - stanowi środowisko wewnętrzne komórki. Jest to lepka, bezbarwna, półpłynna, galaretowata substancja wykazująca pewną elastyczność i ciągliwość. Wypełnia wnętrze komórki. W niej zawieszone są wszystkie organelle. Po względem chemicznym składa się z wody - stanowi ona 60-90% masy komórki, pozostałe składniki to białka - 50% suchej masy (po odparowaniu wody z komórki), tłuszcze - 12-25% suchej masy, węglowodany - 15-20% suchej masy. Składniki komórki tworzą tzw. system koloidalny- związki nieorganiczne wapnia, magnezu, miedzi, cynku, bromu, manganu, miedzi, fosforu, potasu, oraz system strukturalny w postaci białek globularnych, fibrylarnych - mikrofilamentów i mikrofibrylli. Składa się z cytoplazmy podstawowej (cytozolu) oraz zawieszonych w nim struktur. Cytoplazma jest koloidem - wodnym roztworem białek, węglowodorów, lipidów i soli mineralnych. Jej uwodnienie ulega zmianie. Uwodniona cytoplazma to zol, a odwodniona - żel.

Funkcje:

-zapewnia komórkom określoną wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, pewną sztywność i kurczliwość;

-umożliwia transport substancji pokarmowych wewnątrz komórki,- umożliwia wykonywanie ruchów ameboidalnych niektórym organizmom,

-umożliwia ruchy chromosomów w czasie mitozy i mejozy,

-stanowi środowisko dla organelli komórkowych,

-umożliwia przebieg reakcji chemicznych.

5. Budowa i funkcję jądra komórkowego.

BUDOWA:

*przeważnie jedno duże, położone centralnie w komórce, rzadziej komórki z wieloma jądrami (tzw.komórczaki), np.włókna mięśniowe poprzecznie prążkowane.

*najczęściej kuliste, czasem płatowate(granulocyty)

*tworzą je:

-otoczka jądrowa- dwie błony cytoplazmatyczne-wewnętrzna gładka i zewnętrzna pokryta rybosomami , przechodząca w błony retikulum szorstkiego.W otoczce są pory jądrowe o małej średnicy,przez które zachodzi wymiana substancji między jądrem i cytoplazmą.

-kariolimfa(sok jądrowy)- wypełnia wnętrze jądra, zawiera enzymy syntetyzujące DNA i RNA

-chromatyna-materiał genetyczny upakowany dzięki zasadowym białkom-histonom

-jąderko-mała, nieobłoniona struktura na terenie jądra.

FUNKCJE:

*regulacja różnicowania, dojrzewania i funkcjonowania komórki

*synteza i replikacja DNA

*przekazywanie informacji genetycznej komórkom potomnym

*synteza rybosomalnego RNA (rRNA) i podjednostek rybosomów (w jąderku)

*przekazywanie informacji genetycznej z DNA na RNA (transkrypcja)

6. Scharakteryzuj modyfikacje ściany komórkowej i opisz ich wpływ na właściwości fizyczne ścian komórkowych.

Komórki które zakończyły wzrost są pokryte wtórną ścianą komórkową. Jest ona sztywniejsza i grubsza. Może ona zachować charakter celulozowy bądź też ulec adkrustacji lub inkrustacji.

a) adkrustacja

- kutykularyzacja (ochrona przed utratą wody, wzmocnienie, ochrona przed patogenami)

- suberynizacja (termoizolacja, wzmocnienie)

b) inkrustacja

- drewnienie (wzmocnienie, możliwość funkcjonowania np. cewek i naczyń)

- mineralizacja (wzmocnienie)

7. Przebieg i znaczenie biologiczne mitozy i mejozy.

ZNACZENIE BIOLOGICZNE

Mitoza może stanowić rodzaj rozmnażania bezpłciowego. Dzieje się tak u jednokomórkowych organizmów eukariotycznych, czyli pierwotniaków i glonów. Komórki potomne tych organizmów są identyczne z organizmem rodzicielskim. Mitoza może być również napędzać wzrost i rozwój. Organizmy wielokomórkowe powstają przecież w wyniku wielokrotnych podziałów mitotycznych komórki macierzystej. Jest nią zygota, która powstaje z połączenia dwóch haploidalnych komórek rozrodczych – gamet w czasie zapłodnienia. Wielokomórkowy organizm to zespół identycznych genetycznie komórek.

Mejoza odgrywa ważną rolę w rozmnażaniu płciowym. Dzięki temu, iż jest to podział redukcyjny, komórki, które rozmnażają się płciowo wytwarzają komórki rozrodcze, które są haploidalne. Dzięki czemu łącząc się w procesie zapłodnienia tworzą diploidalną zygotę, z której rozwinie się cały dojrzały organizm. Ponadto dzięki mejozie możliwe jest występowanie przemiany faz jądrowych w cyklach życiowych organizmów (haplofaza i diplofaza). W organizmach roślinnych przemiana faz jądrowych wiąże się ściśle z przemianą pokoleń. Haplofazę stanowi wielokomórkowy organizm, który rozmnaża się za pomocą gamet. Jest to gametofit. Wielokomórkowy organizm, który rozmnaża się za pomocą zarodników (spor) reprezentuje diplofazę. Jest to sporofit.

Znaczenie mejozy nie skupia się jedynie na redukcji liczby chromosomów. Dzięki temu procesowi możliwe są różnice między organizmami tego samego gatunku występującymi na Ziemi. Jest to zapewnione dzięki zachodzącemu w profazie pierwszego podziału crossing-over, w wyniku, którego ma miejsce rekombinacja materiału genetycznego oraz dzięki losowemu rozchodzeniu się chromosomów do przeciwległych biegunów komórki podczas anafazy pierwszego podziału. To wszystko warunkuje występowanie zmienności osobniczej, a konkretnie zmienności rekombinacyjnej

Mitoza

Mitoza jest jednym z rodzajów kariokinezy, zatem jest podziałem jądra komórkowego. Oprócz kariokinezy na mitozę składa się również cytokineza, a więc podział cytoplazmy. Mitoza składa się z czterech faz. Są to: profaza, metafaza, anafaza i telofaza.

Profaza:

- fibryle chromatynowe kondensują w chromosomy

- powstaje wrzeciono kariokinetyczne (podziałowe) – tworzy się z mikrotubul na biegunach komórki

- każdy chromosom jest z budowany z dwóch wyraźnie wykształconych chromatyd

- zanika jąderko i następuje rozpad otoczki jądrowej

Chromosomy różnią się pod względem sekwencji nukleotydów w DNA. Sekwencje chromatyd tych samych chromosomów mają identyczną sekwencję, ponieważ powstały w wyniku replikacji tej samej cząsteczki DNA (w fazie S). Komórka, która inicjuje proces podziału posiada zestaw różnych pod względem genetycznym chromosomów, ale każdy z tych chromosomów ma parę identycznych genetycznie chromatyd.

Chromosomy homologiczne to chromosomy, które cechuje podobieństwo w wielkości i kształcie. Występują w komórkach eukariotycznych tworząc pary. Nie są one jednak identyczne pod względem genetycznym, gdyż pochodzą od innym organizmów – organizmów rodzicielskich. Komórki, które posiadają pary chromosomów homologicznych, a więc podwójny zestaw chromosomów, określa się mianem diploidalnych, natomiast te bez chromosomów homologicznych, a więc z pojedynczym zestawem chromosomów, to komórki haploidalne. Liczba chromosomów w komórkach haploidalnych to n, a w komórkach diploidalnych

Metafaza:

- maksymalny poziom kondensacji chromosomów; chromatydy są połączone w miejscu zwanym centromerem

- włókna wrzeciona podziałowego łączą się z centromerami chromosomów, tym samym każdy chromosom jest połączony z dwoma biegunami dzielącej się komórki

- chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki w sposób indywidualny dla każdego z nich

- rozpad centromerów pod koniec fazy, co powoduje powstanie chromatyd potomnych

Anafaza:

- odciągniecie chromatyd potomnych (po pęknięciu centromerów) do przeciwległych biegunów przez włókna wrzeciona podziałowego.

Telofaza:

-odtworzenie otoczek jądrowych wokół chromatyd

- dekomndensacja chromatyd z powrotem w nieuporządkowane fibrylle chromatynowe

- odtworzenie jąderek

Mejoza

Profaza I

• najdłuższa faza mejozy

• kondensacja fibrylli chromatynowych w chromosomy

• powstaje wrzeciono podziałowe (z mikrotubul)

• zanika jąderko i rozpada się otoczka jądrowa

• koniugacja chromosomów homologicznych – łączą się w pary tworząc tzw. biwalenty

• zachodzi crossing-over – wymiana fragmentów chromatyd chromosomów homologicznych --> rekombinacja materiału genetycznego!

• pod koniec: chromosomy w biwalentach odsuwają się od siebie

• jedynie miejsca, w których są połączone to chiazmy

Metafaza I

• biwalenty chromosomów homologicznych ustawiają się w płaszczyźnie równikowej

• włókna wrzeciona podziałowego przyłączają się do centromerów chromosomów

• biwalenty połączone z biegunami komórki

• pękają chiazmy (połączenia) w biwalentach --> rozpad biwalentów na chromosomy

Anafaza I

• włókna wrzeciona podziałowego odciągają chromosomy do przeciwległych biegunów komórki

• chromosomy rozchodzą się do biegunów losowo!!!

Telofaza I

• dekondensacja chromosomów w nieuporządkowane fibrylle chromatynowe

• odtworzenie jąderka i otoczki jądrowej wokół powstałych jąder

• ma miejsce cytokineza (podział cytoplazmy)

Profaza II

• Formowanie wrzeciona podziałowego

• Kondensacja chromosomów

• Zanika jąderko i rozpada się otoczka jądrowa

Metafaza II

• do centromerów dołączają się włókna wrzeciona podziałowego

• chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej

• pęknięcie centromerów

Anafaza II

• chromatydy po podziale centromerów rozchodzą się do przeciwległych biegunów

• chromatydy jednego chromosomu nie są identyczne (jak w mitozie), ponieważ zaszło crossing-over

Telofaza II

• odtworzenie otoczki wokół chromatyd

• dekondensacja chromatyd w fibrylle chromatynowe

• odtworzenie jąderka

• ma miejsce cytokineza

8. Charakterystyka i funkcje tkanek okrywających.

TKANKA OKRYWAJĄCA/EPIDERMA/SKÓRKA jej funkcja jest izolacja i ochrona wnętrza roślin przed niekorzystnym wpływem środowiska zewnętrznego, przy jednoczesnym utrzymaniu kontaktu z tym środowiskiem.

Tkanke okrywającą dzielimy na pierwotną tkankę okrywającą czyli epiderme (skórke) i wtórną tkankę okrywającą czyli korek.

Skórka korzenia(zwana też ryzodermą) zbudowana jest z cienkościennych, silnie zwakuolizowanych komórek, których funkcją jest pobieranie wody i soli mineralnych z gleb. Liczne komórki ryzodermy wytwarzają w stronę podłoża długie wypustki zwane włośnikami, co znacznie zwiększa powierzchnię wchłaniania.

Skórka pędu- zbudowana z komórek jednostronnie zgrubiałych od strony zewnętrznej. W miejscu zgrubień występuje kutyna(tłuszczowa substancja), która tworzy cienką warstwę kutikulę zapobiega to nadmiernemu parowaniu wody.

Korek - powstaje w wyniku działalności merystemu wtórnego- fellogenu, Okrywa organy roślinne w strefie ich budowy wtórnej, a więc tam, gdzie są grube i silnie zdrewniałe. Korek zbudowany jest z wielu warstw ściśle przylegających do siebie komórek, których ściany ulegają adkrustacj suberyną czyli korkowaceniu, a protoplasty zanikają. Dzięki wielowarstwowej budowie chroni roślinę przed uszkodzeniami mechanicznym Poza tym powleczone suberyną ściany komórkowe tej tkanki zapobiegają utracie wody, zaś uwięzione w martwych komórkach powietrze, jako doskonały termoizolator, chroni wnętrze organów roślinnych przed wahaniami temperatury otoczenia.W korku znajdują się niewielkie przerwy tzn. przetchlinki, umożliwiają one kontakt wnętrza rośliny ze środowiskiem zewnętrznym oraz wymianę gazową w strefie budowy wtórnej.

9. Charakterystyka tkanek mechanicznych i wpływ rozmieszczenia elementów wzmacniających na właściwości mechaniczne organów.

TKANKI WZMACNIAJĄCE: tkanka mechaniczna - tkanka roślinna stanowiąca szkielet rośliny, który chroni jej wnętrze przed uszkodzeniami mechanicznymi. Jest ona umiejscowiona w łodydze tuż pod skórką. Tkanka wzmacniająca jest przystosowana do obciążeń mechanicznych występujących w środowisku lądowym. Jej komórki mają zgrubiałe ściany, a ich odpowiednie rozmieszczenie w roślinie gwarantuje wytrzymałość na

czynniki dynamiczne (np. wiatr), a także statyczne (np. masa liści czy owoców.)

Tkankę wzmacniającą dzielimy na twardzicę (sklerenchymę) i zwarcicę (kolenchymę).

Kolenchyma (zwarcica) - tkanka roślinna wzmacniająca złożona z komórek żywych, elastycznych i wydłużonych, zawierających chloroplasty, otoczonych niezdrewniałą celulozowo-pektynową ścianą mającą charakterystyczne zgrubienia. Najczęściej występuje w postaci pasów wzdłuż kątów komórki, w miejscach gdzie trzy lub więcej komórek graniczy ze sobą.

Tkanka ta występuje przede wszystkim w ogonkach liściowych i młodych partiach łodyg, którym nadaje niezbędna odporność mechaniczną. Jej ściany choć zgrubiałe są jednak elastyczne - możliwy jest wzrost rośliny na długość.Wyróżniamy kolenchymę kątową, mającą wzmocnienia celulozowo-pektynowe w narożnikach, oraz

kolenchymę płatową, mającą wzmocnienia na stycznych powierzchniach kolejnych warstw komórek.

Sklerenchyma (twardzica) - tkanka wzmacniająca roślin. Zbudowana z grubościennych przeważnie podłużnych komórek. Dojrzałe komórki sklerenchymatyczne mają mocno zgrubiałe i na ogół silnie zdrewniałe ściany wtórne, inkrustowane wielocukrem - ligniną, z licznymi jamkami. W czasie rozwoju tych komórek ich protoplasty najczęściej zamierają i zanikają - są to więc komórki martwe. W rozwoju powstają z merystemów pierwotnych lub wtórnych. Twardzica występuje u dorosłych roślin i tworzy struktury takie jak łupiny nasion roślin (orzechy, pestki).Funkcją sklerenchymy jest przede wszystkim nadawanie sztywności poszczególnym częściom rośliny.

Występuje w dwóch postaciach:

steroidy (włókna sklerenchymatyczne) - forma podłużna,

sklereidy (komórki sklerenchymatyczne, komórki kamienne) - forma kulista.

10. Budowa i funkcje tkanki przewodzącej.

Budowa:

Tkanki przewodzące dzielimy na:

Ksylem (In. Drewno) tkanka niejednorodna, w jej skład wchodzi kilka elementów:

-cewki- komórki wydłużone, na końcach zwężone lub o ukośnych ścianach poprzecznych. Ich ściany są zdrewniałe, a nierównomierne odkładanie się ścian wtórnych doprowadza do powstania różnego rodzaju zgrubień (pierścieniowatych, spiralnych, siatkowych) lub jamek. Dojrzałe cewki są komórkami martwymi, pozbawionymi protoplastów. Cewki zachodzą zwężonymi końcami i przylegają do siebie bocznymi ścianami, tak że roztwór wodny łatwo przechodzi z cewki do cewki poprzez jamki

-naczynia- to długie rury utworzone ze specjalnych komórek, które przekształciły się w człony naczyniowe. Człony te podobne są do cewek, ale są lepiej przystosowane do transportu wody ze względu na częściowy lub całkowity zanik ścian poprzecznych. Poszczególne człony ustawione są w pionowe szeregi, tworzą rury ciągnące się bez przerwy na znacznych odcinkach. Nierównomierne odkładanie ścian wtórnych doprowadziło do powstania jamek lejkowatych lub różnego rodzaju zgrubień.

-włókna drzewne- rozmieszczone są w drewnie pojedynczo lub grupami pomiędzy innymi komórkami tkanki. W ścianach ich wystepują zredukowane jamki lejkowate. Typowe włókna stanowią martwy i wyłącznie mechaniczny element drewna.

-miekisz drzewny- występuje w postaci pasm komórek miękiszowych pomiędzy innymi elementami drewna. Jest jedynym żywym elementem drewna. Zapewnia łączność z innymi tkankami organu oroaz pełni rolę tkanki spichrzowej.

Floem- (In. Łyko) tkanka niejednorodna, w jej skład wchodzą:

-rurki sitowe- pionowe szeregi specjalnych komórek. Są to komórki żywe, o wydłużonym kształcie celulozowej ścianie. Wnetrze ich wypelnia duza wodniczka, otoczona cienkim cytoplazmatycznym płaszczem. W dojrzałych członach rurki sitowej jądro przeważnie zanika. Na poprzecznych płaszczyznach ścian komórkowych występuja charakterystyczne perforacje, zwane sitami. Poprzez pory sit przechodzą pasma cytoplazmy grubsze od plazmodesm, łączące ze soba poszczególne człony rurki sitowej. Pory wyścielone są pochewka z kalozy(wielocukier o śluzowatej, klestej konsystencji)

-komórki towarzyszące, In. Przyrurkowe. Komórki żywe, wydłużone, mniejsze od sitowych i ściśle do nich przylegające – mają wspólne pochodzenie.

-miękisz łykowy- Sklada się z komórek mniej lub bardziej wydłużonych, występujący w postaci pasm wśród innych elementów łyka. Może występować duze miękiszu, pełni funkce tkanki spichrzowej(np.U marchwi)

-włókna łykowe- zwykle dłuższe od drzewnych, różnią się od nich jamkami prostymi.

Funkcje:

- rozprowadza po roślinie wode i sole mineralne pobrane z gleby przez przez korzenie (ksylem)

-przewodzi na dlasze odległości organiczne substancje pokarmowe, przede wszystkim cukry (floem)

- nadaje organom roślinnym sztywność i mechaniczną wytrzymałość (ksylem)

-element wzmacniający rośliny ( włókna drzewne i łykowe)

- może pełnić rolę tkanki spichrzowej (miękisz drzewny i łykowy)

11. Opisz podobieństwa i różnice w budowie, rozwoju i rozmieszczeniu wiązek przewodzących w korzeniu i łodydze.

BUDOWA I ROZWÓJ

Podobieństwa: Kora pierwotna zbudowana jest głównie z komórek miękiszowych. Wewnętrzną warstwę kory pierwotnej tworzy endoderma. Walec osiowy zajmuje centralną część korzenia jak i łodygi. W obu przypadkach występuje okolnica.

Różnice: W korzeniu występują charakterystyczne wytwory skórki zwane włośnikami. Kora pierwotna jest gruba ale występuje mały walec osiowy.

W łodydze nie występują włośniki. Kora pierwotna jest średniej grubości ale występuje duży walec osiowy.

ROZMIESZCZENIE WIĄZEK

Łodyga: występują w niej wiązki kolateralne, łyko występuje od strony zewnętrznej, drewno od wewnątrz.

Korzeń: występują w nim wiązki promieniste (radialne), naprzemienny układ drewna i łyka, rozdzielonych pasmem miękiszu.

12. Opisz proces powstawanie typowej budowy wtórnej korzenia.

Wynikiem działalności merystemu wierzchołkowego jest przyrost korzenia na długość oraz jego pierwotna grubość i pierwotna budowa anatomiczna. Dalszy wzrost na grubość oraz wtórna budowa anatomiczna są wynikiem przyrostu wtórnego wskutek działalności merystemów bocznych- kambium i fellogenu. Przyrost wtórny nie występuje u większości paprotników i jednoliściennych, których wiązkowy system korzeniowy składa się z korzeni stosunkowo cienkich. W starszych strefach tych korzeni skórka zostaje zastąpiona egzodermą, a w walcu osiowym reszta niezróżnicowanego prokambium przekształca się w miękisz okolnicy, miękisz łykowy i drzewny oraz sklerenchymę.

Przyrost wtórny zapoczątkowuje pojawienie się kambium i fellogenu w strefie różnicowaniu się budowy pierwotnej. Aktywność podziałowa kambium pojawia się najpierw po wewnętrznej stronie pasm łyka pierwotnego, tam gdzie sąsiaduje ono z drewnem pierwotnym, następnie w okolnicy, w miejscu gdzie dochodzą do niej krawędzie drewna zakończone elementami protoksylemu. Pasma kambialne łączą się następnie ze sobą, tak że na przekroju poprzecznym linia kambium staje się ciągła, o zakresie falistym, którego kształt zależy od liczby ramion drewna pierwotnego. Komórki kambium dzielą się peryklinalnie, a ich pochodne różnicują się do środka w elementy drewna wtórnego, a na zewnątrz w elementy łyka wtórnego.

Kambium składa się z warstwy komórek inicjalnych oraz kilku warstw ich różnicujących się pochodnych. Komórki inicjalne dzielą się płaszczyznami stycznymi (peryklinalnie), dzięki czemu na przekroju poprzecznym układ komórek kambium jest drabinkowaty. Po stycznym podziale komórki inicjalnej jedna komórka potomna zachowuje charakter inicjalny, druga zaś podlega różnicowaniu. Jeżeli charakter inicjalny zachowuje zewnętrzna komórka potomna, a różnicuje się wewnętrzna, wówczas powstaje element łyka. Drewno pierwotne zostaje w środku korzenia, a łyko pierwotne odsuwane jest na zewnątrz. Równocześnie zatraca się naprzemianległy układ drewna i łyka pierwotnego, który przekształca się w naprzeciwległy układ drewna i łyka wtórnego.

13. Opisz proces powstawania typowej budowy wtórnej łodygi

Budowa wtórna jest wynikiem działania merystemów bocznych kambium i felogenu. Merystemy te wytwarzają nowe tkanki przewodzace oraz okrywajace (korek ) , co pociąga za sobą przyrost grubosci łodygi , który np. u drzew , doprowadza do powstania grubego i silnego pnia zdolnego do udzwigniecia wysoko położonej i bogato rozgałęzionej ulistnionej korony. Kambium w obszarach między łykiem a drewnem pierwotnym pochodzi wprost od zachowanych tam niezróżnicowanych pasm prokambialnych. W obszarach międzywiazkowych kambium powstaje przez odróżnicowanie komórek miękiszowych promieni rdzeniowych lezących na przedłużeniach kambium wiązkowego. Kambium wiązkowe i międzywiązkowe łączy się ze sobą i tworzą ciagły cylinder tkanki merystematycznej . Komórki jej dzielą się peryklinarnie i odkładają w kierunku środka łodygi nowe komórki różnicujace się w elementy drewna wtórnego , i ku obwodowi komórki róznicujace się w elementy łyka wtórnrgo . W trakcie przyrostu wtórnego zanika w większości przypadków wiazkowy układ tkanek przewodzacych w łodydze , gdyż także kambium międzywiazkowe odkłada tkanki przewodzące , skutkiem czego tworzą one wkrótce ciagły cylinder łykodrzewny. Kambium przez cały czas przyrostu wtórnego zachowuje swą pozycje pomiędzy drewnem a łykiem i odkłada wciąż nowe drewno wtórnr po stronie zewnetrznej dawniej powstałych parti ksylemu i nowe łyko po stronie wewnetrznej dawniejszej partii floemu . W ten sposób starsze partie drewna odsuwane są stopniowo ku wnetrzu łodygi , a starsze partie łyka ku obwodowi. W miarę jak łodyga powiększa swą średnice , powiększa się także obwód kambium , najpierw przez styczne rozciąganie komórtek , a następnie przez odbywające się od czasu do czasu ich podziały antyklinalne.

14. Opisz, jakie konsekwencje dla typowej budowy wtórnej organów ma odmienne miejsce zakładania się w nich merystemów bocznych.

Merystemy boczne zakładają się w warstwie budowy pierwotnej poprzez intensywne podziały komórek powstaje gniazdo komórek merystematycznych, które organizują się w merystem wierzchołkowy korzenia. Rosnąc tak zawiązek korzenia przeciska się korę pierwotną rozerwawszy ją wydostaje się jako korzeń boczny. Budowa korzenia bocznego niczym się nie różni od budowy korzeni macierzystych. Tkanki przewodzące obu korzeni łączą się w miejscu powstania korzenia bocznego.

15. Opisz modyfikacje cytologiczne i anatomiczne związane z przystosowaniem się roślin do przeprowadzania fotosyntezy C4.

Fotosynteza C4 – rodzaj fotosyntezy, w której dodatkowy mechanizm wiązania dwutlenku węgla poprzedza cykl cykl Calvina-Bensona. Rośliny takie wykształciły mechanizmy anatomiczne i fizjologiczne pozwalające na zwiększenie stężenia CO2 w komórkach, w których zachodzi cykl Calvina-Bensona.Większość roślin typu C4 występuje w klimacie gorącym, gdzie energia słoneczna nie jest czynnikiem limitującym, a mechanizm koncentracji CO2 umożliwia sprawną asymilację przy przymkniętych aparatach szparkowych i szybki wzrost przy niewielkim zapotrzebowaniu na wodę.

Liście roślin o fotosyntezie typu C4 zawierają komórki mezofilowe o cienkich ścianach, komórkowych te zawierające chloroplasty i komórki pochew okołowiązkowych o grubych ścianach komórkowych także zawierające chloroplasty, otaczające wiązkę przewodzącą, oraz komórki epidermy nie zawierające chloroplastów.

Przystosowania anatomiczne polegają na zróżnicowaniu komórek zaangażowanych w wiązanie CO2 na komórki mezofilu oraz komórki pochew okołowiązkowych. Komórki pochew okołowiązkowych posiadają grubą ścianę komórkową, zwykle wysyconą suberyną, dzięki czemu ściana komórkowa jest w bardzo małym stopniu przepuszczalna dla gazów. Po wniknięciu do komórek mezofilu przez aparaty szparkowe, dwutlenek węgla przyłączany jest do fosfoenolopirogronianu. W reakcji tej powstaje związek czterowęglowy – szczawiooctan. Jest on w zależności od gatunku rośliny przekształcany do asparaginianu lub jabłczanu i w tej postaci przenoszony do komórek pochew okołowiązkowych. Tam zachodzi reakcja dekarboksylacji i wydzielenie CO2, który jest włączany do cyklu Calvina-Bensona. Cykl ten zachodzi tylko w komórkach pochew okołowiązkowych, gdzie stężenie CO2 przekracza 10-20 razy stężenie CO2 w komórkach mezofilu.

Fotosynteza C4 występuje jedynie u roślin okrytozalążkowych. Szczególnie często szlak metaboliczny występuje u traw i turzyc. Rośliny typu C3 i C4 różnią się budową liści. Jest ona skutkiem przystosowania tych roślin do innych typów fotosyntezy. Mezofil liści roślin typu C3 jest zróżnicowany na miękisz palisadowy i gąbczasty. Odbywa się tu fotosynteza oraz fotooddychanie. Komórki miękiszowe, które otaczają wiązkę przewodzące nie posiadają chloroplastów, natomiast w skórce dolnej są bardzo liczne aparaty szparkowe.

16. Porównaj budowę morfologiczną i anatomiczną liści roślin jedno- i dwuliściennych.

Roślina jednoliścienna:

- np. liść tulipana

- morfologia liścia: liście pojedyncze, równowąskie, bezogonkowe, o nasadzie pochwiastej, blaszka liściowa całobrzegowa.

- anatomia: nerwacja równoległa, bez wyraźnego nerwu głównego. Miękisz asymilacyjny nie zróżnicowany, szparki duże, mniej liczne niż u dwuliściennych.

Roślina dwuliścienna:

- to np. róża

- morfologia: liście pojedyncze lub złożone, ogonkowe, często z przylistkami, blaszka liściowa całobrzegowa lub powycinana.

- anatomia: nerwacja siatkowa- dłoniasta lub pierzasta, miękisz asymilacyjny zróżnicowany na palisadowy i gąbczasty. Szparki małe, liczne.

17. Przedstaw budowę morfologiczną i anatomiczną oraz sposób wzrostu typowej łodygi traw.

morfologia trawy ( jednoliściennych )
Nazywana źdźbłem, obła, pusta w międzywęźlach, a przegrodzona w węzłach. Tkanka twórcza znajduje się w dolnej części każdego międzywęźla, dzięki czemu pasące się zwierzęta nie przerywają wzrostu. W plemieniu bambusowych łodygi są zdrewniałe (u innych zielne). W plemieniu palczatkowych i kukurydzowych łodygi są pełne. Rośliny często wytwarzają rozłogi.
anatomia
Zewnętrzną warstwę łodygi stanowi pokryta kutykulą skórka pędu (epiderma), w której znajdują się aparaty szparkowe. Przykładem rośliny jednoliściennej o łodydze pełnej jest kukurydza zwyczajna Zea mays. Pod skórką znajduje się cienka warstwa sklerenchymy, a pod nią cienki miękisz asymilacyjny. Większość jednoliściennych nie ma wtórnych tkanek twórczych (kambium i felogenu), w związku z czym zachowują przez całe życie budowę pierwotną. Tkanki zwykle nie są zróżnicowane na korę pierwotną i walec osiowy. Wnętrze łodygi wypełnia miękisz zasadniczy (bezzieleniowy), w którym rozproszone nieregularnie są wiązki przewodzące (taki rozproszony układ wiązek to ataktostela). Są to wiązki kolateralne zamknięte (bez przyrostu wtórnego).

Sposób wzrostu zwyczajnej łodygi trawy: tworzy grubą łodygę wyraźnie podzieloną na węzły i międzywęźla. Wzrost łodygi na długość odbywa się interkalarnie, czyli wstawowo. U nasady każdego międzywęźla zachowuje się tkanka interkalarna, wywodząca sie z zarodka, który powoduje wzrost na długość każdego międzywęźla. W czasie wzrostu następuje równierz różnicowanie sie tkanek budujących łodygę.
Łodyga od zewnątrz okryta jest jednowarstwową skórką, której komórki na przekroju poprzecznym są drobne, ściśle obokm siebie ułożone, o ścianach silnie zgrubiałych. Aparaty szparkowe w skórce na łodydze są nieliczne. Pod skórką występuje od 2-5 warstw komórek sklerenchymy spełniających rolę wzmacniającą. Poza tym cała łodyga wypełniona jedst tkanką miękiszową zasadniczą, przyczym bliżej obwodu komórki są mniejsze, a wewnątrz łodygi większe. W miękiszu występuje duża liczba wiązek kolateralnych, zamkniętych. Na obwodzie łodygi wiązki są nieco mniejsze i bardziej zagęszczone, natomiast wewnątrz łodygi przeważa miękisz i wiązki są luźniej rozmieszczone. W każdej wiązce łyko zwrócone jest w stronę obwodu łodygi, a drewno dośrodkowo.

18. Opisz adaptacje morfologiczne i anatomiczne roślin do warunków środowiska suchego.

Adaptacja morfologiczno-anatomiczna jest to przystosowanie budowy zewnętrznej i wewnętrznej organizmu w celu umożliwienia mu życia w środowisku suchym.

Przykłady:

*adaptacja morfologiczna:

-tworzenie licznych rozległych pędów podziemnych.

-martwica korkowa, korek

-zwijanie blaszek liściowych

*adaptacja anatomiczna:

-odpowiednie ustawienie chloroplastów w liściu

-różne typy miękiszu asymilacyjnego w liściu

19. Opisz adaptacje morfologiczne i anatomiczne roślin do warunków środowiska wilgotnego i wodnego.

Przystosowania anatomiczne roślin do środowiska wodnego i wilgotnego:

- miękisz powietrzny (aerenchyma) - pełni fukncje tkanki przewietrzającej, charakteryzuje sie bardzo dużymi przestworami międzykomórkowymi. Tworzą one wewnętrzny system powietrzny, stanowiący wewnętrzną amosferę rośliny. Występując u roslin wodnych pomaga w unoszeniu się organom wypelnionym powietrzem w wodzie oraz stanowi magazyn gazów.

- liście u roślin zyjących w środwisku wilgotnym mają cienkie, słabo skutynizowane ściany. U roślin wodnych ściany zwykle pozbawione są kutykuli (zwłaszcza te zanurzone w wodzie). Skórka ta pozbawiona jest aparatów szparkowych i czesto wszystkie jej komórki zawierają dobrze zróżnicowane chloroplasty. U liści pływających szparki znajdują sie tylko na górnej powierznchni liścia.

-hydatody, wytępują w postaci szparek wodnych, albo wypotników. Szparka wodna zbudowana jest podobnie jak szparka powietrzna: jest to przestwór pomiędzy dwiema komórkami skórki, kótre jednak nie mają charakterystycznych zgrubień. Pod szparką znajduję się komora wodna, która magazynuje wodę przed wydzieleniem, a pod komorą luźna tkanka miękiszowa - epitem. Zadanie hydatodów jest usprawnienie systemu transpiracji, który sam jest niewystarczalny z powodu zbyt dużej ilości pary wodnej.

Przystosowania morfologiczne roślin do środowiska wodnego i wilgotnego:

korzenie oddechowe- stanowiące pionowe odgałęzienia korzeni poziomych, służa do pobierania tlenu. Występują u roslin żyjących w środowisku bagnistym. Ułatwiają pobieranie tlenu.

(Pęd)Rośliny wodne podobnie jak lądowe potrafią tworzyć pędy podziemne takie jak kłącza czy rozłogi. Zdarza się jednak całkowity jego brak, czy tez znaczne upośledzenie naczyń w pędach roślin wodnych.

20. Opisz adaptacje morfologiczne i anatomiczne roślin do warunków klimatu umiarkowanego.

Mezofity – rośliny przystosowane do warunków umiarkowanie wilgotnych klimatu umiarkowanego, mają typowo wykształcone liście właściwe o budowie grzbietobrzusznej, z miękiszem zróżnicowanym na palisadowy i gąbczasty. Są to formy pośrednie między hygrofitami i kserofitami.

Mają dobrze rozwinięty system korzeniowy, a także tkanki przewodzące, mechaniczne, okrywające i miękiszowe. Ich liście mają aparaty szparkowe po dolnej stronie blaszki liściowej. Ciśnienie osmotyczne dochodzi do 25 atmosfer.

Wyróżnia się:

• mezotermofity,

• mezoaerofity,

• mezotrofity

Przykłady mezofitów: groszek łąkowy, bodziszek cuchnący, wyka ptasia, świetlik łąkowy.

21. Scharakteryzuj zjawisko mikoryzy i jej znaczenie dla roślin lądowych

Mikoryza – jest to występujące powszechnie zjawisko, polegające na współżyciu korzeni lub innych organów, a nawet nasion roślin naczyniowych z grzybami (dotyczy ok. 85% gatunków roślin wyższych z całego świata). Tego typu symbioza daje obu gatunkom wzajemne korzyści, polegające na obustronnej wymianie substancji odżywczych – rośliny mają lepszy dostęp do wody i rozpuszczonych w niej soli mineralnych, ale także do substancji regulujących ich wzrost i rozwój, które produkuje grzyb, ten zaś korzysta z produktu fotosyntezy roślin – glukozy.

Ze względu na stopień inwazyjności strzępek grzybni do komórek roślinnych wyróżnić można:

-ektomikoryzę, czyli zewnętrzną, gdy strzępki grzybni oplatają korzenie roślin tworząc tzw. opilśń (mufkę) i wnikają do wnętrza wypełniając przestwory komórkowe, tworząc sieć Hartiga, dzięki czemu mogą przejąć dotychczasowe funkcje włośników, które w takim wypadku zanikają;

-endomikoryzę, czyli wewnętrzną, tu strzępki grzybni wnikają bezpośrednio do tkanek roślinnych, natomiast włośniki nie zanikają.

-ektendomikoryzę, czyli mieszaną, gdzie strzępki jednocześnie wnikają do komórek roślinnych i tworzą na zewnątrz opilśń.

Rozwój wielu gatunków roślin jest całkowicie zależny od obecności określonego gatunku grzyba, gdzie brak partnera grzybowego oznacza śmierć dla rośliny, ale i wiele znanych gatunków grzybów kapeluszowych dojrzewa tylko wtedy, gdy grzybnia ma dostęp do korzeni drzew dlatego przy tego rodzaju symbiozie mówimy o mutualizmie. Mikoryza jest powszechnym zjawiskiem w przypadku drzew leśnych, tu niektóre grzyby wykazują specjalizację w wyborze partnera, ograniczając się do określonego gatunku, np.:

-maślak zwyczajny i sosna zwyczajna (mikoryza nie występuje u sosen rosnących na glebach bogatych w składniki pokarmowe);

-grzyby z rodzaju koźlarz i brzoza;

-grzyby z rodzaju borowik i sosna, buk zwyczajny, dąb, czy grab.

Jeżeli chodzi o rośliny, to np. nasiona storczykowatych kiełkują tylko w obecności grzybni. Obecność strzępek grzybni stwierdzono w nasionach wielu roślin, np. niecierpków i wrzosu.

Może się zdarzyć, że w symbiozie z grzybem biorą udział całe rośliny, czego efektem jest powstanie nowego organizmu, różniącego się pod względem morfologicznym i biologicznym od każdego z symbiontów co miało miejsce w przypadku porostów, gdzie z cudzożywnym grzybem współżyją nierozerwalnie organizmy samożywne (glony lub sinice).

22. Scharakteryzuj znaczenie symbioz diazotroficznych dla roślin i krótko opisz znane ci przypadki takich interakcji.

Zjawisko to jest szczególnie rozpowszechnione w rodzinie motylkowatych , tam też jest najlepiej poznane , ale występuje i u innych roślin , np. u olszy , oliwnika , rokitnika.

Bakterie z rodzaju Rhizobium , współżyjące z roślinami motylkowatymi , występują w glebie jako wolne żyjące saprofity nie mające zdolności do wiązania azotu atmosferycznego. Napotkawszy korzeń odpowiedniej rośliny , wnikają do niego przez włośniki , istnieje przy tym ścisły związek gatunku rośliny z gatunkiem lub odmianą bakterii , która może zainfekować korzenie . Rozpoznanie się bakterii i korzenia odbywa się za pośrednictwem specyficznych białek - lektyn , występujących na powierzchni włośników , mających zdolność wiązania się z cukrowcami ściany komórkowej danego gatunku czy odmiany bakterii. Z włośnika bakterie przedostają się w postaci nici infekcyjnej do kory pierwotnej korzenia , gdzie ich obecność wywołuje intensywne podziały komórkowe w miejscu zakażenia , czemu towarzyszy podwyższony poziom cytokinin - hormonów pobudzających podziały komórek roślinnych. Wynikiem tych podziałów jest powstanie na korzeniu brodawkowatych narośli , tzw. brodawek korzeniowych .

Komórki brodawek są tetraploidalne , zawarte są w nich bakterie , które przekształcają się z form pałeczkowatych w nieregularnie rozgałęzione bakteroidy, zdolne do wiązania azotu cząsteczkowego atmosfery. W komórkach brodawek bakteroidy znajdują bogate źródło substancji organicznych dostarczających dużych ilości energii oraz elektronów i protonów niezbędnych do redukcji N₂ do NH₃ . W środowisku , jakie stanowią brodawki , są też warunki dla aktywności kluczowego enzymu tej redukcji - nitrogenazy , bardzo wrażliwej na tlen. Ciśnienie parcjalne tlenu jest tu mianowicie utrzymywane na odpowiednio niskim poziomie za pomocą czerwonego barwnika - leghemoglobiny , nadającej tkance brodawki różowe zabarwienie. Synteza wiążącej tlen leghemoglobiny jest też wynikiem współpracy obu partnerów symbiozy : komórki rośliny dostarczają części białkowej cząsteczki , bakterie zaś części porfirynowej.

Symbioza z bakteriami Rhizobium sprawia , że rośliny motylkowate zawierają duże ilości związków azotowych , zwłaszcza białek. Rośliny te stanowią wartościową paszę dla zwierząt , a ich bogate w białko nasiona - także cenny pokarm dla człowieka . Ponadto uprawę tych roślin stosuje się w celu wzbogacenia gleby w związki azotowe , gdyż ich bogate w azot korzenie po sprzęcie części nadziemnych pozostają w glebie i użyźniają ją.

Diazotrofia – zdolność organizmów do wiązania azotu cząsteczkowego występującego w powietrzu i przekształcania go do postaci użytecznych biologicznie.

Mimo że atmosfera ziemska jest bardzo bogatym rezerwuarem azotu, jest on nieprzyswajalny dla większości organizmów, zarówno eukariotycznych, jak i prokariotycznych. Zdolność diazotrofii wykazują tylko niektóre bakterie i archeany. Obydwa te taksony niegdyś były łączone, więc grupę tę określa się jako bakterie azotowe (np. Azotobacter, Rhizobium, Anabaena), przy czym ze względu na pewną ekologiczną odrębność sinic, czasami nie są one zaliczane do tej grupy.

Azot jest potrzebny roślinom głównie w fazie wzrostu, ze względu na możliwość akumulacji azotu przez roślinę, przy wysokim stężeniu azotu w glebie, absorpcja tego pierwiastka jest znacznie szybsza niż wzrost rośliny.

Przy niedoborze azotu rośliny rosną wolno są słabe, bledsze. Kolor ten jest związany z deficytem chlorofilu, który bierze udział w procesie fotosyntezy. Skrajny niedobór azotu może powodować żółtawobrązowe zabarwienie fragmentów liści. Niedobór azotu w glebie może zostać uzupełniony przez nawożenie nawozami azotowymi lub poprzez zmianę uprawy na potrzebującą mniej azotu (albo posianie roślin motylkowych).

OLCHA-Olsze mają brodawki korzeniowe, w których żyją promieniowce z rodzaju Actinomycetes, mające zdolność asymilowania wolnego (atmosferycznego) azotu.

AZOLLA-Azolla bywa uprawiana na polach ryżowych i stosowana jako zielony nawóz. Wiąże się to z tym, że współżyje ona symbiotycznie z sinicą z rodzaju Anabaena (Anabaena azollae), która ma zdolność diazotrofii, tj. przyswajania azotu atmosferycznego. Wiązanie azotu cząsteczkowego przez taki układ ocenia się na 83–125 kg x ha/rok. Kilka gatunków jest hodowanych poza tym jako rośliny akwariowe.