Morfologia fun-1

M orfologia funkcjonalna roś ro ślin Wykłady rok akademicki 2008/2009, semestr zimowy prof. dr hab. Czesław Hołdyński

MORFOLOGIA FUNKCJONALNA ROŚLIN Wykład 1 Budowa komórki roślinnej Plastydy Wakuola

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 (Monera) Królestwo:

Protista

Eucaryota Chromista

Fungi Animalia Plantae

miękisz asymilacyjny

zadania przedmiotu

wiązka przewodząca

„Morfologia funkcjonalna roślin” aparaty szparkowe

poznanie struktur od poziomu • organelli • komórki • tkanki • organu

chloroplast

W POWIĄZANIU Z ICH FUNKCJAMI i znaczeniem dla osobnika i gatunku !!!!

zewnętrzna BŁONA wewnętrzna

BLOKI WIADOMOŚCI: - cytologia - histologia (układy tkankowe) - organografia - rozmnażanie

grana

stroma tylakoid

Podglądanie PRYWATNEGO ŻYCIA ROŚLIN ... NIEMOWLĘCTWO

WABIENIE

PROBLEMY APROWIZACYJNE

NAMAWIANIE DO WSPÓŁPRACY

WIARA W DOBRY LOS

BIOLOGIA - nauka o życiu (z greckiego bios – życie, logos – nauka) Życie, przyroda ożywiona istota życia !!!

Właściwości (cechy) przyrody ożywionej ?

KOMÓRKA podstawowa jednostka strukturalno- funkcjonalna organizmów żywych

TEORIE KOMÓRKOWE M. Schleiden (1838) - botanik T. Schwann (1839) - zoolog

Organizmy żywe są skupiskiem komórek i produktów wytwarzanych przez te komórki

R. Virchow (1855) – nowe komórki mogą powstawać wyłącznie przez podział już istniejących

RODZAJE KOMÓREK

Komórki nabłonka

Komórki bakterii

Komórka jajowa i plemniki

Komórka roślinna (parenchymatyczna)

Komórka nerwowa

ameba

•WZROST – procesy w wyniku których następuje zwiększenie ilości żywej substancji organicznej Zwiększanie rozmiarów komórki (-ek) Zwiększanie liczby komórek ROZWÓJ Całokształt zmian zachodzących w wyniku wzrostu > histogeneza > organogeneza

Przebieg rozwoju rozgwiazdy

Merystem wierzchołkowy łodygi

•METABOLIZM = przemiana materii Suma procesów (reakcji) chemicznych oraz fizykochemicznych, przebiegających w organizmie (komórce) Mechanizmy regulacji Energia pierwotna, przekształcanie energii HOMEOSTAZA Równowaga wewnętrzna

•RUCH (niekoniecznie lokomocyjny) Ruch cytoplazmy w komórce

Ruch cyrkulacyjny

Ruch rotacyjny

Ruch liści rośliny owadożernej

Drosera rotundifolia

Ruch lokalny

Ruch liści mimozy

Mimosa pudica

Ruch komórki ameboidalnej Ruch eugleniny Strombomonas conspersa

Ruch typowy lokomocyjny zwierząt

•REAKCJA NA BODŹCE (pobudliwość) Receptory bodźców

Czynniki wywołujące reakcje

Mechanizmy reakcji

Dionaea muscipula

•ROZMNAŻANIE SIĘ

Rozmnażanie płciowe Rozmnażanie bezpłciowe

Ziemniak wytwarzający rozłogi podziemne

Rozmnażanie tytoniu w hodowli tkankowej

•EWOLUCJA zmienianie się i przystosowywanie się do warunków środowiska Współczesne zielenice

Pradawne zielenice

Mszaki

Widłaki

Paprocie Nagonasienne okrytonasienne

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

Odżywianie się jest to zdolność do syntezy związków organicznych potrzebnych do budowy własnego ciała lub uzyskania energii biologicznej do bieżących procesów życiowych

AUTOTROFIA •fotoautotrofy -różne barwniki -różne typy chlorofilu •chemoautotrofy

HETEROTROFY •saprofityzm •pasożytnictwo •drapieżnictwo •komensalizm •mutualizm

Cechy wyróżniające Komórka posiada ścianę komórkową

Brak ruchu w rozumieniu aktywnej lokomocji

W zasadzie nieograniczony wzrost organizmu

DYSCYPLINY BOTANICZNE

1. Morfologia roślin •

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

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

SKŁAD KOMÓRKI ROŚLINNEJ Ściana komórkowa

Komórka roślinna

Blaszka środkowa Ściana pierwotna Ściana wtórna Cytoplazma podstawowa (cytozol = hialoplazma) Wakuola Jądro komórkowe Plastydy Mitochondria

Protoplast

Membrany cytoplazmatyczne

Błona jądrowa z porami jądrowymi Chromatyna (DNA + białka) chromosomy=skondensowana, upakowana chromatyna) Jąderko (synteza rRNA) Kariolimfa (enzymy)

Proplastydy Leukoplasty Chloroplasty Chromoplasty Plazmalemma Tonoplast Retikulum endoplazmatyczne

Aparat Golgiego Peroksysomy, glioksysomy, lizosomy, sferosomy > tzw. MIKROCIAŁA Mikrotubule, mikrofilamenty, centriole > CYTOSZKIELET Rybosomy

MITOCHONDRIA Oddychanie tlenowe synteza ATP C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H20 + 36 ATP

błona zewnętrzna

grzebienie matriks błona wewnętrzna

ER - RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE

ER - RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE

•miejsce syntezy białek ( ER szorstkie ) • miejsce syntezy lipidów błonowych ( ER gładkie ) • źródło wewnątrzkomórkowych pęcherzyków • tworzenie przedziałów w komórce KOMPARTYMENTACJA

APARAT GOLGIEGO • modyfikuje i „pakuje” białka i inne substancje • sortuje białka i kieruje do wakuoli, organelli lub błon komórkowych (transport wewnątrzkomórkowy) • produkuje wielocukry i ich pochodne - pektyny, hemicelulozy, podjednostki do formowania celulozy DO BUDOWY ŚCIANY KOMÓRKOWEJ - specyficzne substancje powstające W TKANKACH WYDZIELNICZYCH np. nektar w miodnikach w kwiatach olejki eteryczne w skórce płatków kwiatowych plazmolemma cis

diktiosom

trans

ściana kom.

ONTOGENEZA PLASTYDÓW proplastyd etioplast

leukoplast

chloroplast

chromoplast

CHLOROPLAST

stroma tylakoid granum podwójna membrana wewnętrzna membrana zewnętrzna membrana

CHLOROPLASTY 1. Struktura (budowa) Stroma zawiera: DNA, RNA, rybosomy, enzymy Układ błon- grana, intergrana Zgodnie z teorią SERIALNEJ ENDOSYMBIOZY Chloroplast rozwinął się z pochłoniętej przez komórkę bakterii (chlorobakterii) dowód – własne koliste DNA, rybosomy 70 S 2. Funkcje a) reakcje fotosyntetycznego transportu elektronów (tylakoidy) GRANA - systemy zbierające energię świetlną; CHLOROFIL - łańcuchy transportu elektronów - synteza ATP

b) Cykl Calvina - reakcje wiązania węgla z fazy ATP - energia jasnej NADPH - siła redukcyjna

}

Pierścień porfirynowy

Mg

CHLOROFIL JEST AMFIPATYCZNY

STROMA

CHROMOPLASTY 1) powstawanie

z proplastydów z leukoplastów z chloroplastów

2) struktura - zawierające lipidowe globule (karotenoidy rozpuszczone) np. płatki jaskra - zawierające włókniste struktury i lipidowe globule np. dojrzewające owoce, starzejące się liście - zawierające barwniki w postaci kryształów np. korzeń marchwi 3) Funkcje NA POZIOMIE OSOBNICZYM - POWABNIA!!!

BARWNIKI KAROTENOIDOWE •Karoteny - czerwone, pomarańczowe •Hydroksykaroteny (ksantofile) - żółte FUNKCJE w liściach – DODATKOWE ANTENY POCHŁANIAJĄCE FOTONY (światło o innej długości fali niż chlorofil) - OCHRONA CHLOROFILU w PSI i PSII PRZED FOTOOKSYDACJĄ Marchew: 50% karoten 5-10% ksantofile

Chromoplasty w owocu róży – Rosa sp.

Chromoplasty w owocu papryki – Capsicum annuum

LEUKOPLASTY Ontogeneza - z proplastydów chloroplastów

Funkcje • Gromadzenie materiałów zapasowych Typy • amyloplasty • oleoplasty • proteinoplasty amarylkowate, jaskrowate, storczykowate, szorstkolistne

leukoplast z miodnika Abuliton sp.

ETIOPLAST

CIAŁO PROLAMELLARNE

WAKUOLA (z łac. vacuum - próżnia) 1) Powstają najczęściej z ER - z rozszerzonych kanalików gładkiego ER - z pęcherzyków aparatu Golgiego - przez fragmentację dużej wakuoli 2) Wakuole w trakcie różnicowania się komórek

+ wzrost komórek miękiszowych

H2O

mniej < wakuole > rozpad

dojrzewanie bielma

FUNKCJE WAKUOLI •Utrzymywanie komórki w turgorze •Regulacja gospodarki wodnej w roślinie •Akumulacja cukrów, białek zapasowych (czasowa lub trwała) •Detoksykacja cytoplazmy (alkaloidy, sole wapnia)

SOK KOMÓRKOWY ( WAKULARNY ) H2O + elektrolity i nieelektrolity rozpuszczalne w H2O - sole związków nieorganicznych - kwasy organiczne lub ich sole - cukry proste - dwucukry - wolne aminokwasy - bezbarwne glukozydy - BARWNIKI > barwne glukozydy

Kwasy organiczne 1) Monokarboksylowe:

mrówkowy octowy

(- COOH)

propionowy masłowy

2) Dikarboksylowe: winowy bursztynowy jabłkowy szczawiowy 3) Trikarboksylowe

cytrynowy

kryształy

Kwasy pierścieniowe postacie 1. Kwas kumarynowy - nostrzyk

wolne

2. Kwas galusowy

olejki, żywice

3. Kwas salicylowy - wierzba

glikozydy

4. Kwas 3-indolilooctowy

auksyny

BARWNIKI są glikozydami, tj. cukier prosty + aglikon (alkohol o charakterze niewęglowym) są dobrze rozpuszczalne w wodzie 1) Flawonowe (żółte) FLAWONOIDY heksozy (glukoza, galaktoza) lub +aglikon (flawon, hydroksyflawon) pentozy (ramnoza, arabinoza)
Kwercetyna łuski cebuli, zielone części gryki
Kemferol jaskrowate, różowate, motylkowate
Mirycetyna 2) Antocyjanowe ANTOCYJANINY cukry + aglikon (antocyjanidyna)
Cyjanidyna róża, mak
Delfinidyna ostróżeczka
Pelargonidyna pelargonia, dalia, chaber

}

3 czerwona

Antocjany + Flawony (pH 7) niebieski + żółty = ZIELONY

pH

niebieska 7 -8

3) Betacyjany Antocyjany + N w cząsteczce < pH 2

liliowy

pH 2 – 8 fioletowoczerwony > pH 8

żółty

GARBNIKI – roztwory koloidalne - hamują wzrost i kiełkowanie nasion - hamują rozkład białka Są to heterozydy, tj. glukoza połączona estrowo z: •Kwasem galusowym

garbniki hydrolizujące

np. TANINY (liście dębu, herbata) •Kwasem protokatechinowym

garbniki niehydrolizujące

np. FLOBAFENY (kora drzew)

Z białkiem skóry tworzą nierozpuszczalne kompleksy

GARBOWANIE SKÓRY

ALKALOIDY – występują w postaci koloidów Są to zwiazki aromatyczne zawierające w pierścieniu AZOT • Nie są powszechnie gromadzone • Charakterystyczne tylko dla niektórych rodzajów • Charakterystyczne tylko dla pewnych części roślin • Synteza i gromadzenie ma miejsce tylko w określonym stadium ontogenezy Przykłady alkaloidów: 1. NIKOTYNA; pochodna pirydyny i pirolidyny 2. KOFEINA; pochodna puryny 3. CHININA; pochodna chinoliny – kora chinowca 4. MORFINA (opium); pochodna izocholiny – mak 5. LUPININA, SPARTEINA – nasiona łubinu 6. KOLCHICYNA – zimowit (zaburzenia w mitozie) 7. PIPERYNA – pieprz 8. KOKAINA – liście krasnodrzewu 9. TRYGONELINA - konopie

ALKALOIDY Występują w postaci soli z kwasami: • Szczawiowym • Bursztynowym • Cytrynowym • Taninowym

KRYSZTAŁY 1. Szczawianu wapnia - piasek krystaliczny - proste - zrosty (druzy) - rafidy – 1 cz. H2O 2. Węglanu wapnia CYSTOLIT – wyrostek ściany + CaCO3(morwa 3. Siarczan wapnia pokrzywa, figowiec)

Dziękuję za uwagę