Morfologia funkcjonalna roślin Wykłady 15 godz. rok akademicki 2017/20148 semestr zimowy prof. dr hab. Czesław Hołdyński BIOLOGIA - nauka o życiu (z gr. bios życie, logos słowo, nauka) BOTANIKA nauka o roślinach z gr. botane = roślina CELE BADAŃ rejestracja obserwacji dotyczących roślin - rosnących w warunkach naturalnych - hodowanych w celowo założonych doświadczeniach wykrywanie prawidłowości w występowaniu zjawisk i poszukiwanie ich przyczyn Cesarstwo: Procaryota Eucaryota (Monera) Królestwo: Protozoa Chromista Fungi Animalia Plantae 1
zadania przedmiotu miękisz asymilacyjny wiązka przewodząca Morfologia funkcjonalna roślin poznanie struktur od poziomu tkanki organu aparaty szparkowe W POWIĄZANIU Z ICH FUNKCJAMI i znaczeniem dla osobnika i gatunku!!!! chloroplast BLOKI WIADOMOŚCI: - histologia (układy tkankowe) - organografia -Rozmnażanie -Wybrane zagadnienia z systematyki roślin grana stroma tylakoid zewnętrzna BŁONA wewnętrzna BOTANIKA nauka o roślinach Z gr. Botanae = roślina Z łac. Plantae = Phytobionta CECHY WYRÓŻNIAJĄCE: plastydy jako jednostka strukturalna komórki skrobia jako podstawowy materiał zapasowy w komórce 2
Cechy wyróżniające Komórka posiada ścianę komórkową Brak ruchu w rozumieniu aktywnej lokomocji W zasadzie nieograniczony wzrost organizmu 1. Morfologia roślin DYSCYPLINY BOTANICZNE w węższym ujęciu - opis zewnętrzny organów w szerszym znaczeniu: - cytologia roślin - budowa komórek - histologia - budowa i rozwój tkanek - anatomia - wewnętrzna struktura organów - organografia - organizacja tkanek w organach - embriologia - rozwój zarodkowy 3
2. Paleobotanika 3. Taksonomia (klasyfikowanie, badania filogenezy, konstrukcja systemu) - taksonomia roślin naczyniowych - fykologia - briologia - dendrologia - mikologia - lichenologia - bakteriologia 4. Geobotanika rozmieszczenie i życie roślin na ZIEMI - florystyka - geografia roślin - ekologia roślin (ekologia gatunku, populacji, fitocenoz) Współczesne dyscypliny laboratoryjne, wywodzące się z tradycyjnej botaniki cytologia, cytofizjologia biologia komórki biologia molekularna fizjologia roślin biochemia roślin genetyka roślin inżynieria genetyczna BOTANIKA STOSOWANA botanika leśna agrobotanika botanika farmaceutyczna biomonitoring środowiska z użyciem roślin 4
MORFOLOGIA FUNKCJONALNA ROŚLIN Klasyfikacja tkanek Merystemy Układ twórczy Histologia - nauka o tkankach TKANKA ROŚLINNA zespół komórek wyróżniający się: pochodzeniem specyficzną strukturą komórek i ich układu przystosowaniem do pełnienia pewnej funkcji określonym położeniem w roślinie 5
Specjalizacja tkankowa u roślin BRUNATNICE - pierwsza ewolucyjnie specjalizacja funkcjonalna komórek kom. z grubą ścianą funkcja wzmacniająca kom. z dużą liczbą chromatoforów f. fotosyntetyczna kom. wydłużone z perforacjami w ścianie f. przewodząca zróżnicowane funkcjonalnie niby-organów niby-liść niby-łodyga BRUNATNICE ryzoid RAMIENICE Pierwsze merystemy w świecie roślin BRUNATNICE - pojedyncze, trójścienne komórki apikalne twórcze, odcinające segmenty w różnych kierunkach Dictyonema sp. podział komórki merystematycznej i szczytu rozgałęzienia Komórka apikalna 6
TKANKI ROŚLINNE TKANKA RZEKOMA (plektenchyma) niezależnie powstające sznury lub grupy komórek łącząc się bocznie, tworzą plechowate ciało rośliny wielokomórkowe glony (zielenice, brunatnice, krasnorosty) TKANKA WŁAŚCIWA zespół komórek o wspólnym pochodzeniu z określonego merystemu; tkanki właściwe budują organy ciała rośliny nieliczne glony, rośliny wyższe (= rośliny tkankowe) mchy wątrobowce widłaki skrzypy paprocie STADIA ROZWOJOWE TKANEK WŁAŚCIWYCH merystem tkanka utworzona z komórek intensywnie dzielących się komórka(i) inicjalne promerystem (= protomerystem) to część merystemu gdzie nie nastąpiły jeszcze procesy różnicowania się komórek praskórka pratkanki rozpoczynają się rozpoznawalne oznaki różnicowania się oraz determinacja położenia pramiękisz prakambium tkanki stałe pierwotne dojrzałe, wyróżnicowane 7
OKREŚLANIE POŁOŻENIA TKANEK, komórek terminologia orientacji i kierunków terminologia orientacji i kierunków Kierunek względem powierzchni Położenie względem nasady 8
Kryteria podziału tkanek 1. kryterium pochodzenia tkanki pierwotne tkanki wtórne 2. kryterium struktury (budowy) tkanki jednorodne tkanki niejednorodne 3. kryterium funkcji tkanki okrywające tkanki mechaniczne (wzmacniające) tkanki przewodzące tkanki wydzielnicze tkanki asymilacyjne (fotosyntetyzujące) tkanki przewietrzające tkanki spichrzowe 4. kryterium położenia tkanka dermalna (powierzchniowa) tkanka waskularna (wewnątrz organu) - często utożsamiana z tkanką przewodzącą i komórkami towarzyszącymi tkanka podstawowa (między dwoma poprzednimi) mezofil (w liściu) 5. kryteria mieszane kora pierwotna, rdzeń (w łodydze, korzeniu) 9
Twórcze (merystemy) WŁAŚCIWE TKANKI RZEKOME (plektenchyma) Stałe (pierwotne i wtórne) Pierwotne Wtórne Jednorodne Niejednorodne -mer. embrionalny -mer. wierzchołkowy pędu i korzenia -mer. interkalarny -mer. archesporialny -prakambium -kambium wiązkowe w łodydze i liściach -kambium międzywiązkowe w łodygach -kambium w korzeniu -fellogen -merystemy wierzchołkowe: korzeni bocznych korzeni przybyszowych pędów przybyszowych -merystemoidy -kallus -okrywające epiderma (p) epiblema (p) korek (felem) (w) -miękiszowe m. asymilacyjny (p) m. spichrzowy (p,w) m. powietrzny (p) m. wodny (p) m. zasadniczy (p,w) -wzmacniające kolenchyma (p) sklerenchyma (p,w) -przewodzące łyko (floem) (p,w) drewno (ksylem) (p,w) -wydzielnicze (p,w) FUNKCJONALNE UKŁADY TKANKOWE ROŚLIN TWÓRCZY OKRYWAJĄCY PRZEWIETRZAJĄCY FOTOSYNTETYZUJĄCY MECHANICZNY CHŁONNY PRZEWODZĄCY SPICHRZOWY WYDZIELNICZY RUCHOWY OBRONNY UKŁAD PERCEPCJI BODŹCÓW ZEWNĘTRZNYCH 10
MERYSTEMY MERYSTEMY - tkanki tworzące nowe komórki Cechy komórki merystematycznej: żywy protoplast aktywność podziałowa duże jądro komórkowe słabo zwakuolizowana cytoplazma (niewiele drobnych wakuoli) plastydy w postaci proplastydów (nie wyróżnicowane) cienka, celulozowa ściana komórkowa ZWARTY UKŁAD KOMÓREK W TKANCE, brak przestworów międzykomórkowych Komórka merystematyczna proplastyd Dojrzała komórka roślinna chloroplast JĄDRO wakuola 11
DZIAŁANIE MERYSTEMÓW somatycznych (podziały mitotyczne) komórka inicjalna komórki pochodne podlegające dalszym podziałom i różnicowaniu do tkanek stałych POWSTAWANIE KOMÓREK W MERYSTEMACH podziały komórkowe miejsce w roślinie, znaczenie MITOZA n n lub 2n 2n ( wszystkie merystemy bez archesporu) pomnażanie liczby komórek o tym samym genotypie wzrost roślin, regeneracja rozmnażanie wegetatywne rozwój i trwanie osobnika trwanie gatunku powiększanie areału gatunku MEJOZA 2n n (tylko merystem archesporialny) wytworzenie komórek generatywnych (gamet) lub zarodników o zmienionym genotypie (ze zredukowaną liczbą chromosomów) rozmnażanie generatywne roślin rekombinacja zmienność genetyczna przystosowanie do środowiska dobór naturalny specjacja ewolucja 12
TYPY WZROSTU ROŚLIN - nieograniczony i zlokalizowany (= punktowy) - wierzchołki pędu, korzenia - ograniczony i dyfuzyjny (= rozproszony; jak u zwierząt!) zawiązki liści, kwiatów; owoce (jednocześnie w wielu miejscach, do osiągnięcia pewnych rozmiarów) PRZYROST NA GRUBOŚĆ - pierwotny - u wszystkich roślin tkankowych - wtórny głównie u dużych, trwałych, roślin lądowych, potrzebujących dodatkowych tkanek przewodzących i wzmacniających krzewinka roślina zielna drzewo MODELE PLANÓW BUDOWY ŁODYGI BUDOWA PIERWOTNA BUDOWA WTÓRNA merystem wierzchołkowy wiązka przewodząca KAMBIUM wtórny floem wtórny ksylem 13
Łodyga rośliny zielnej, jednorocznej Przyrost na grubość pierwotny Jasnota (Lamium sp.) Łodyga rośliny zdrewniałej, wieloletniej Przyrost na grubość wtórny Lipa (Tilia sp.) pasma drewna pierwotnego cylinder drewna wtórnego KOLEJNOŚĆ ROZWOJOWA MERYSTEMÓW Merystem pierwotny - merystem będący kontynuacją MERYSTEMU EMBRIONALNEGO, - komórki zachowują zdolności podziałowe, cały czas są w stanie merystematycznym (embrionalnym) Merystem wtórny - powstaje przez odróżnicowanie tkanek stałych (z żywym protoplastem i mało przekształconymi ścianami pierwotnymi) - komórki odzyskują zdolności podziałowe 14
RÓŻNICOWANIE merystem pierwotny tkanka stała pierwotna WZROST NA DŁUGOŚĆ PIERWOTNY PRZYROST NA GRUBOŚĆ... tkanka stała pierwotna ODRÓŻNICOWANIE merystem wtórny... merystem wtórny RÓŻNICOWANIE tkanka stała wtórna WTÓRNY PRZYROST NA GRUBOŚĆ... tkanka stała pierwotna tkanka stała wtórna PRZERÓŻNICOWANIE inna tkanka stała pierwotna inna tkanka stała wtórna np. kolenchyma włókna sklerenchymatyczne; miękisz sklereidy; TKANKI TWÓRCZE (merystemy) Pierwotne Wtórne - merystem embrionalny - merystem wierzchołkowy pędu i korzenia - merystem interkalarny - merystem archesporialny - prakambium (= prokambium) - kambium wiązkowe w łodydze i liściach - kambium międzywiązkowe w łodygach - kambium w korzeniu - fellogen - merystemy wierzchołkowe: - korzeni bocznych - korzeni przybyszowych - pędów przybyszowych - merystemoidy - kallus 15
MERYSTEM EMBRIONALNY (ZARODKOWY) wszystkie komórki są w stanie merystematycznym Zarodek żyta przekrój podłużny zawiązek pędu zawiązek korzenia Mitoza w komórkach merystematycznych MERYSTEM WIERZCHOŁKOWY KORZENIA PRATKANKI praskórka prakora prakambium HISTOGENY dermatogen peryblem plerom promerystem (= protomerystem) z QC - CENTRUM SPOCZYNKOWYM czapeczka (calyptra) ze skrobią statolitową 16
UKŁAD TKANEK WYRÓŻNICOWANYCH BUDOWA PIERWOTNA KORZENIA KORA PIERWOTNA: egzoderma miękisz endoderma perycykl = okolnica WALEC OSIOWY EPIBLEMA (skórka) wiązka przewodząca MERYSTEMY WIERZCHOŁKOWE KORZENI 17
Promerystem z piętrami komórek inicjalnych korzeń kukurydzy (Zea mays) MERYSTEM WIERZCHOŁKOWY PĘDU ZAWIĄZKI LIŚCI 18
WIERZCHOŁEK WZROSTU PĘDU moczarki kanadyjskiej promerystem zawiązki liści pojedyncza komórka apikalna i jej pochodne wielokomórkowy promerystem 19
MERYSTEM WIERZCHOŁKOWY PĘDU zawiązek liścia promerystem pasmo prokambium MERYSTEM WIERZCHOŁKOWY PĘDU TUNIKA zróżnicowanie promerystemu na tunikę i korpus praskórka KORPUS 20
PRAKAMBIUM (=prokambium) wydłużone komórki stożek wzrostu pędu bobu przekroje podłużne w strefie pratkanek MERYSTEM WIERZCHOŁKOWY PĘDU - pratkanki promerystem zawiązek liścia pasma prakambium zawiązek pędu bocznego praskórka pramiękisz 21
UKŁAD TKANEK WYRÓŻNICOWANYCH BUDOWA PIERWOTNA ŁODYGI EPIDERMA (skórka) KORA PIERWOTNA tk. miękiszowe tk. wzmacniające WALEC OSIOWY z wiązkami przewodzącymi RDZEŃ - miękisz promień łykodrzewny (rdzeniowy) - miękisz PORÓWNANIE MERYSTEMU WIERZCHOŁKOWEGO ochrona merystemu przyporządkowanie warstw inicjalnych strefa organogeniczna łodygi zawiązki liści i młode liście słabsze (tunika, korpus) obecna - powstają zawiązki liści i pędów bocznych korzenia czapeczka silniejsze, pietra inicjalne dla histogenów brak - rozgałęzienia boczne powstają w budowie pierwotnej 22
MERYSTEM INTERKALARNY - trawy, skrzypy, goździkowate Powstawanie protomerystem zawiązek liścia węzeł międzywęźle różnicujące się tkanki stałe merystem interkalarny u podstawy międzywęźla MERYSTEM INTERKALARNY MERYSTEM ARCHESPORIALNY W PYLNIKU KOMÓRKI TAPETUM KOMÓRKI ARCHESPORIALNE 23
MERYSTEM ARCHESPORIALNY Zalążek z komórką macierzystą makrospory Przekrój poprzeczny zalążni słupka z zalążkami zarodniki Powiązanie archesporu z rozmnażaniem płciowym u roślin nasiennych gametofit gameta kom. jajowa zarodniki Komórka archesporialna = komórka macierzysta spor (zarodników) gametofit gamety kom.plemnikowe 24
KAMBIUM ZADANIA 1 przekrój poprzeczny przez młody pęd Ginko biloba 1 floem wtórny 2 ksylem wtórny 3 kambium wiązkowe 4 miękiszowy promień łykodrzewny 3 4 1 2 4 KAMBIUM - DZIAŁANIE KOMÓRKA INICJALNA KOMÓRKA POCHODNA RÓZNICUJĄCA SIĘ W KIERUNKU KSYLEMU KOMÓRKA POCHODNA RÓZNICUJĄCA SIĘ W KIERUNKU FLOEMU 25
KAMBIUM NA PRZEKROJU PODŁUŻNYM KOMÓRKI KAMBIUM: PROMIENIOWE WRZECIONOWATE KAMBIUM PIĘTROWE KAMBIUM NIEPIĘTROWE elementy przewodzące miękisz promieni łykodrzewnych KAMBIUM - POCHODZENIE Kambium międzywiązkowe wtórne kambium wiązkowe pierwotne 26
Fragment wiązki przewodzącej z łodygi dyni (Cucurbita pepo) kambium wiązkowe KSYLEM FLOEM Wczesne kambium wiązkowe Helianthus 27
Kambium u Pinus sylvestris FELLOGEN powstawanie w łodydze (peryferycznie) Epiderma z kutykulą Fellogen Felloderma Podziały inicjujące fellogen Zgniecione komórki epidermalne z kutykulą Korek Fellogen Felloderma 28
FELLOGEN W ŁODYDZE korek fellogen miękisz podkorkowy FELLOGEN I ROZWÓJ PERYDERMY W ŁODYDZE BZU CZARNEGO epiderma korek FELLOGEN epiderma korek FELLOGEN 29
FELLOGEN znaczenie w starszych łodygach zdrewniałych biel twardziel żywy floem FELLOGEN martwica korkowa kambium KORA PIERWOTNA: egzoderma miękisz endoderma WALEC OSIOWY Z perycyklu = okolnicy Miejsce powstawania FELLOGENU w korzeniu 30
Miejsce powstawania FELLOGENU w łodydze ze skórki lub z zewnętrznych części kory pierwotnej (z miękiszu, kolenchymy) MERYSTEMOID WŁOSEK MERYSTEMOIDY pojedyncze komórki lub niewielkie grupy komórek wtórnie odróżnicowane z tkanki stałej wytwarzają np.: - włoski - aparaty szparkowe 31
merystemoid MERYSTEMOIDY powstawanie włoska wydzielniczego (kolatery) na łusce pączka kasztanowca KALLUS TKANKA PRZYRANNA Cymbidium ensifolium kallus i regeneracja na jego powierzchni 32
KALLUS - REGENERACJA Cymbidium ensifolium Wykorzystanie kallusa w hodowli in vitro - biotechnologia roślin uprawnych - reintrodukcja gatunków zagrożonych 33
merystematyczna część pędu wierzchołek wzrostu pędu PROKAMBIUM ogonek i główny nerw liścia UKŁAD TWÓRCZY ROŚLINY ŁODYGA KAMBIUM fellogen fellogen KORZEŃ KAMBIUM perycykl (okolnica=perykambium) wierzchołek wzrostu korzenia Dziękuję 34