Wykaż związek budowy z funkcją i środowiskiem życia na przykładzie organów roślin okrytonasiennych.
Ogólna charakterystyka roślin okrytonasiennych
Okrytonasienne to podgromada roślin telomowych licząca ok. 300 tys. gatunków drzew, krzewów i bylin, będąca najliczniejszą grupą w świecie roślin. Okrytozalążkowe dzieli się na dwie klasy: dwuliścienne i jednoliścienne. Cechą charakterystyczną okrytozalążkowych jest zamknięcie zalążków w zalążni słupka powstałego ze zrośnięcia jednego lub kilku owocolistków. Po zapłodnieniu z zalążków rozwijają się nasiona, a z zalążni owocnia okrywająca nasiona (stąd nazwa okrytonasienne).Zapłodnienie u okrytozalążkowych odbywa się za pomocą łagiewki pyłkowej przenoszącej ze znamienia do woreczka zalążkowego dwa plemniki, z których jeden zapładnia komórkę jajową, a drugi jądro wtórne, dające początek bielmu (tzw. podwójne zapłodnienie). Gametofity okrytozalążkowych rozwijają się w obrębie sporofitu i są silnie zredukowane: gametofit męski do dwóch komórek ziarna pyłku (wegetatywnej i generatywnej), gametofit żeński do 8 komórek woreczka zalążkowego. Kwiaty okrytozalążkowych składają się z różnej liczby słupków i pręcików oraz bardziej lub mniej rozwiniętego okwiatu, są w większości owadopylne, choć liczne gatunki zapylane są także przez wiatr, wodę, ptaki i inne zwierzęta. Okrytozalążkowe charakteryzują się większym zróżnicowaniem tkanek niż nagozalążkowe. Drewno okrytozalążkowych zbudowane jest z cewek i naczyń, występują nowe typy wiązek przewodzących, bardziej zróżnicowana jest tkanka miękiszowa i tkanki wydzielnicze. Większa jest też różnorodność narządów okrytozalążkowych: korzeni, pędów, liści i kwiatów. Wszystkie te cechy wpłynęły na rozwinięcie wielkich zdolności przystosowawczych okrytozalążkowych, toteż opanowały one wszystkie siedliska całej kuli ziemskiej, stanowiąc główny składnik wodnych i lądowych zbiorowisk roślinnych. Okrytozalążkowe rozwinęły się w okresie kredowym, stając się panującą grupą roślin pod koniec tego okresu. Ich przodkami są pewne grupy roślin nagozalążkowych.
Związek budowy organów roślinnych z funkcją jaką spełniają
Korzeń
Korzeń spełnia dwa zadania. Przytwierdza roślinę do podłoża i pomaga jej utrzymać się w pozycji pionowej – to jest rola mechaniczna. Drugą czynnością, bardzo ważną dla życia rośliny jest pobieranie wody z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi i doprowadzenie jej do łodygi. W niektórych przypadkach korzeń spełnia rolę organu spichrzowego, np. korzeń marchwi, selera czy buraka. Czasami może być organem służącym do rozmnażania wegetatywnego, np. u georginii czy storczyka. U roślin tropikalnych występują korzenie boczne rosnące do góry – są to tzw. korzenie oddechowe oraz korzenie wyrastające z pędów i umacniające roślinę w mulistym podłożu – tzw. korzenie podporowe. Niektóre rośliny pnące wykształcają korzenie czepne (np. bluszcz). Epifity tworzą zielone korzenie asymilujące.
W budowie korzenia wyróżniamy kilka stref, formujących się w czasie kiełkowania i wyrastania korzenia.
Są to:
Stożek wzrostu zbudowany z komórek twórczych, mających zdolność ciągłego dzielenia się przez całe życie rośliny. Komórki te powodują przyrost korzenia na długość i dają początek wszystkim innym jego tkankom.
Delikatne komórki stożka wzrostu okryte są czapeczką, która chroni je przed uszkodzeniem przez cząsteczki gleby. Czapeczka zbudowana jest z komórek miękiszowych, a jej powierzchnię pokrywa śluzowata wydzielina, która ułatwia korzeniowi przeciskanie się między cząsteczkami gleby.
Strefa wydłużenia. Przechodzi w nią stożek wzrostu. W tej strefie komórki, które powstały z podziału komórek merystematycznych stożka wzrostu, szybko rosną, wydłużają się i osiągają wielkość charakterystyczna dla swej dojrzałej postaci.
Dzięki tym dwóm strefom, korzeń przyrasta na długość, wrasta w glebę, przytwierdza roślinę do podłoża i utrzymuje ją w pozycji pionowej.
Powyżej strefy wydłużenia się korzenia komórki różnicują się ostatecznie, tzn. przybierają określone cechy morfologiczne, przystosowując się dzięki temu do pełnienia określonych funkcji; tworzą tkanki.
Strefa włośnikowa. Tu zachodzą procesy różnicowania się komórek w tkanki. Jest pokryta włośnikami, tj. wyrostkami komórek skórki, której uwypuklenia stanowią właśnie włośniki. Wyrastają one w bardzo delikatny wyrostek.
Ściany komórek włośnikowych są bardzo cienkie, zbudowane przede wszystkim z celulozy, ale zawierają również substancje pektynowe tworzące na powierzchni włośnika warstewkę śluzu, zlepiającą włośnik z cząsteczkami gleby.
Zadaniem strefy włośnikowej jest pobieranie z gleby wody oraz rozpuszczanie w niej soli mineralnych.
Sok komórkowy włośników, znajdujący się w wakuoli, ma stężenie znacznie wyższe niż stężenie roztworu glebowego. Dzięki temu włośniki na zasadzie osmozy mogą pobierać z gleby wodę przekazując ja, również drogą osmozy, głębiej położonym komórkom korzenia. Wskutek wytwarzania włośników powierzchnia chłonna korzenia jest olbrzymia.
Włośniki są delikatne i żyją krótko. Obumierając ścierają się, ulegają rozkładowi i wzbogacają glebę w substancje organiczne. Jednak strefa włośnikowa zachowuje zawsze taką długość dzięki temu, że w miarę jak zamierają najstarsze włośniki, tworzą się ciągle nad strefa wzrostu nowe włośniki, korzeń wydłuża się w głąb ziemi i strefa włośnikowa przesuwa się coraz niżej, wyzyskując nowe zasoby warstw glebowych.
Strefa wyrośnięta. Przechodzi w nią strefa włośnikowa. W tym miejscu korzeń rozgałęzia się, tworząc korzenie boczne.
Strefa ta pełni zarówno role mechaniczną – utrzymuje roślinę w glebie, jak i fizjologiczną – przewodzi substancje odżywcze, pobrane przez włośniki.
Aby zaopatrzyć roślinę w wodę i sole mineralne korzenie rozrastają się na długość w głąb ziemi, rozgałęziają się, przenikają glebę we wszystkich kierunkach i wykorzystują jej zasoby wodne oraz mineralne – w ten sposób wykształca się system korzeniowy rośliny.
Budowę wewnętrzną korzenia przedstawię na przekroju poprzecznym zrobionym ze strefy włośnikowej.
Najbardziej zewnętrzna warstwa komórek tworzy epiblemę. Komórki jej są wydłużone przez włośniki, ponieważ w ten sposób najlepiej przystosowują się do pobierania z gleby wody z solami mineralnymi.
Tkanki położone pod epiblemą tworzą 2 części topograficzne: korę pierwotną i walec osiowy. W skład kory pierwotnej wchodzi przede wszystkim graniczący ze skórką miękisz kory pierwotnej. Tworzy on w korzeniu bardzo szeroką warstwę, zbudowaną z żywych komórek parenchymatycznych o ścianach celulozowych. Zadaniem miękiszu kory pierwotnej jest wchłanianie wody z solami mineralnymi, pobieranej przez włośniki i doprowadzanie jej do walca osiowego – dlatego ten miękisz nazywany jest miękiszem chłonnym.
Następna warstwą kory pierwotnej jest śródskórnia czyli endoderma, zbudowana z jednej warstwy komórek, ściśle do siebie przylegających, których ściany częściowo grubieją i korkowacieją, a w niektórych przypadkach drewnieją. Tylko niektóre, pojedyncze komórki endodermy nie ulegają zmianom i ściany ich pozostają cienkie i celulozowe. Są to komórki przepustowe, położone naprzeciw wiązek drewna przewodzących wodę. Komórkami przepustowymi woda przedostaje się z miękiszu chłonnego do naczyń drewna. Endoderma w korzeniu odgrywa rolę przegrody regulującej przedostawanie się wody z miękiszu chłonnego kory pierwotnej do walca osiowego.
Pierwszą warstwą walca osiowego jest okolnica, inaczej perycykl. Komórki okolnicy mogą dzielić się, nawet gdy są już dojrzałe, stąd ich rola przy tworzeniu się korzeni bocznych. Pod okolnicą rozmieszczone są wiązki przewodzące, ułożone promieniście i na przemian.
Zadaniem walca osiowego jest przewodzenie wody z solami mineralnymi do łodygi i doprowadzenie związków organicznych z łodygi do rosnących komórek korzenia.
Tkanką powodującą przyrost korzenia na grubość jest miazga twórcza (kambium), która powstaje między łykiem a drewnem i tworzy i tworzy warstwy drewna wtórnego i łyka wtórnego.
W tworzeniu budowy wtórnej bierze udział również druga tkanka twórcza – miazga korkotwórcza (felogen), która tworzy korek.
Łodyga
Łodyga jest łącznikiem między korzeniem a liśćmi, kwiatami i owocami, bo przewodzi wodę z solami mineralnymi od korzenia do liści, kwiatów i owoców, a związki organiczne wytworzone w liściach do korzeni, kwiatów i owoców. Tkanki przewodzące łodygi zachowują ciągłość z tkankami przewodzącymi innych organów, tworząc system przewodzący rośliny. Na łodydze wykształcają się liścia, kwiaty i owoce. Dzięki łodydze roślina wydłuża się. Łodyga, tworząc rozgałęzienia boczne utrzymuje liście w najbardziej korzystnym dla procesu asymilacji CO2 położeniu, a kwiatom i owcom zapewnia najlepsze warunki do rozmnażania. W łodygach zielnych zachodzi proces asymilacji, w łodygach roślin wieloletnich gromadzą się i przechowują substancje zapasowe. Łodygi podziemne zapewniają roślinie proces rozmnażania wegetatywnego.
Wymieniłem powyżej najważniejsze funkcje jakie spełnia roślina, teraz postaram się udowodnić je budową tego organu a także ukazać kilka innych, równie ważnych czynności, za które odpowiedzialna jest łodyga.
Na wierzchołku łodygi znajduje się pączek, który jest zbudowany ze stożka wzrostu, zawiązków liści i związków pączków bocznych. Starsze listki położone niżej okrywają zawiązki liści, pączków i stożek wzrostu.
Komórki stożka wzrostu dzielą się, wytwarzają wciąż nowe komórki łodygi, nowe zawiązki liści i pączków. Łodyga wydłuża się, z zawiązków wykształcają się liście a w ich kątach paczki boczne.
Rozróżniamy trzy formy łodyg. Łodygi zielne, zdrewniałe i podziemne. Te ostatnie służą do rozmnażania wegetatywnego oraz gromadzą i przechowują duże ilości substancji zapasowych. Łodygi podziemne łatwo odróżnić od korzeni, bo mają wszystkie cechy morfologiczne właściwe pędom: są zakończone pączkami, w których stożek wzrostu okryty jest listkami, są podzielone węzłami na międzywęźla, mają inną budowę anatomiczną niż korzeń, rosną przeważnie równolegle do powierzchni gleby.
W budowie zewnętrznej łodygi roślin dwuliściennych rozróżnić możemy: skórkę, korę pierwotną i walec osiowy.
Skórka łodygi jest zbudowana z jednej warstwy ściśle ułożonych komórek żywych o ścianach celulozowych. Zewnętrzne ściany komórek skórki, stykające się z atmosferą, są grubsze i przesycone kutyną, utrudniająca parowanie.
Kora pierwotna składa się ze zwarcicy inaczej kolenchymy, warstwy komórek miękiszowych i ze śródskórni. W komórkach kolenchymy i miękiszu kory pierwotnej roślin zielonych występują chloroplasty, dzięki którym zachodzi tam fotosynteza. Komórki śródskórni zawierają skrobię, dlatego nazywana jest ona pochwą skrobiową.
W walcu osiowym przebiegają wiązki przewodzące. Łyko zwrócone jest ku obwodowi walca, a drewno ku środkowi. Między łykiem a drewnem występuje miazga twórcza, dzięki której wiązki mogą się rozrastać. Na obwodzie walca osiowego znajduje się okolnica.
Występowanie tkanki wzmacniającej na obwodzie łodygi zapewnia jej giętkość i zabezpiecza przed złamaniem.
U łodyg zdrewniałych już w pierwszym roku tworzy się w walcu osiowym ciągły pierścień kambium.
Komórki kambium dzieląc się wytwarzają komórki łyka wtórnego na zewnątrz, a komórki drewna wtórnego do wewnątrz łodygi, co powoduje jej przyrost na grubość.
Również w pierwszym roku tworzy się w warstwach peryferycznych miazga korkotwórcza, której komórki dzieląc się tworzą korek. Jego komórki są martwe, wypełnione powietrzem, a ściany zawierają suberynę. Dzięki temu korek izoluje łodygę, chroni jej wnętrze przed utratą wody i uszkodzeniami mechanicznymi oraz szkodliwym działaniem temperatur. Wymianę gazów zapewniają przetchlinki, widoczne w postaci maleńkich wypukłości.
W drewnie i łyku przebiegają pasma komórek miękiszowych w kierunku promienistym – promienie rdzeniowe, które biorą udział zarówno w przewodzeniu asymilatów, jak i wody z solami mineralnymi w kierunku poprzecznym od drewna do łyka i kory pierwotnej (wodę z solami mineralnymi) i od łyka do drewna i rdzenia (asymilaty).
W korze pierwotnej promieniach rdzeniowych i rdzeniu, zbudowanych z komórek miękiszowych gromadzą się i przechowują substancje zapasowe.
Bardzo ważna rolę spełnia łyko i drewno. Łyko za pomocą rurek sitowych przewodzi asymilaty wytworzone w liściach i doprowadza je do wszystkich organów. Drewno cewkami i naczyniami przewodzi wodę z solami mineralnymi od korzeni i rozprowadza ją po całej roślinie. Ponadto drewno w budowie wtórnej oprócz cewek i naczyń posiada elementy o zgrubiałych i zdrewniałych ścianach, pełni role wzmacniającą, utrzymując łodygę w pozycji pionowej i chroniąc ja przed złamaniem.
Inaczej przedstawia się budowa łodygi u roślin jednoliściennych.
Wnętrze łodygi wypełnia miękisz zasadniczy zbudowany z dużych komórek. W miękiszu tym rozmieszczone są na całym przekroju wiązki przewodzące, które różnią się od wiązek przewodzących roślin dwuliściennych tym, że pomiędzy łykiem i drewnem nie ma tkanki twórczej. Wiązki przewodzące są zazwyczaj otoczone warstwa sklerenchymy.
Liść
Liść jest organem służącym do asymilacji, oddychania i transpiracji. Jego morfologia i budowa wewnętrzna jest ściśle związana z tymi czynnościami i do nich dostosowana.
W niektórych przypadkach liścia pełnią rolę organów spichrzowych, np. łuski cebuli, liście główki kapusty.
U roślin pustynnych liście służą do gromadzenia wody. W obu przypadkach są one grube i mięsiste.
U roślin dwuliściennych liść zbudowany jest z ogonka liściowego i blaszki liściowej o budowie grzbietobrzusznej.
Blaszka liściowa jest płaska i zazwyczaj szeroka, co zapewnia jak największy dopływ światła potrzebnego do asymilacji i stwarza dużą powierzchnie umożliwiającą wymianę gazów.
Tkankę okrywającą liścia stanowi skórka górna i skórka dolna. Między nimi występuje zróżnicowany miękisz asymilacyjny: palisadowy i gąbczasty. W miękiszu asymilacyjnym rozmieszczone są wiązki przewodzące.
Skórka górna i dolna zbudowane są najczęściej z jednej warstwy żywych komórek, o ścianach celulozowych. Ściany zewnętrzne stykają się z atmosferą, są grubsze i przesycone kutyną. W dolnej skórce występują aparaty szparkowe.
Aparaty szparkowe regulują wymianę gazową oraz gospodarkę wodną rośliny. Główną częścią składową aparatu szparkowego są dwie komórki w kształcie ziaren fasoli. Między nimi znajduje się szczelina, czyli szparka, a pod nią duża komora powietrzna, tzw. Jama przedechowa. Jama przedechowa łączy się z systemem przestworów międzykomórkowych przenikających tkanki rośliny. Komórki szparkowe mają ściany silniej zgrubiałe od strony szparki. Otwieranie i zamykanie szparek następuje na skutek zmian potencjału osmotycznego w komórkach szparkowych. Zwiększony turgor, czyli stan napęcznienia komórek, powoduje uwypuklenie się cienkich zewnętrznych ścian komórek. Grube ściany ograniczające szparkę są nierozciągliwe – odsuwają się od siebie i powstaje między nimi szczelina. Spadek ciśnienia osmotycznego w komórkach szparkowych powoduje zamknięcie szparki. Mechanizm ruchów aparatu szparkowego jest bardzo skomplikowany. Upraszczając to zjawisko można powiedzieć, że szparki rozchylają się w powietrzu wilgotnym, a zamykają w suchym. Budowę aparatów szparkowych przedstawiłem na poniższym rysunku.
Miękisz asymilacyjny palisadowy występuje bezpośrednio pod skórką górną. Zbudowany jest z komórek cylindrycznych, wydłużonych w kierunku prostopadłym do powierzchni liścia ściśle ułożonych. Chloroplasty są gęsto rozmieszczone w cytoplazmie. Miękisz palisadowy położony jest w górnej części blaszki na którą padają promienia słoneczne.
Miękisz gąbczasty zbudowany jest z komórek o nieregularnych kształtach, luźno ułożonych tak, że występują między nimi duże przestrzenie międzykomórkowe, które łączą się ze sobą i z aparatami szparkowymi. Taka budowa i położenie miękiszu gąbczastego zapewnia intensywną cyrkulacje gazów niezbędna do asymilacji, oddychania oraz stwarza najkorzystniejsze warunki dla transpiracji. W komórkach miękiszu gąbczastego występują chloroplasty gdzie zachodzi proces asymilacji. Wiązki przewodzące rozgałęziają się wielokrotnie i tworzą unerwienie blaszki liściowej. Umożliwia ono doprowadzenie wody z solami mineralnymi niemal do każdej komórki liścia i odprowadzenie powstałych w tych komórkach asymilatów. Jednocześnie siateczka wiązek usztywnia blaszkę liściową.
Liście roślin jednoliściennych zbudowane są z blaszki liściowej i pochwy liściowej. Różnią się od liści roślin dwuliściennych tym, że na przekroju poprzecznym są symetryczne i nie mają zróżnicowanego miękiszu. Aparaty szparkowe występują mniej więcej w tej samej liczbie w skórce po obu stronach liścia. Wiąże się to z pionowym ustawieniem liści i jednakowym oświetleniem ich z obu stron.
Kwiat
Kwiat jest zmodyfikowanym pędem, którego liście przekształciły się w poszczególne elementy kwiatu, którego zadaniem jest wytwarzanie nasion.
Typowy kwiat składa się z zielonych dziełek kielicha, barwnych płatków korony, pręcików i słupka.
Działki kielicha chronią w pączku wewnętrzne części kwiatu, barwne płatki korony wabia owady, a pręciki i słupki służą do rozmnażania.
Słupek zbudowany jest z jednego lub kilku owocolistków. Można tu wyróżnić zalążnię, szyjkę oraz znamię wydzielające lepką ciecz, do której przylepia się pyłek. Zalążni znajdują się zalążki przymocowane sznureczkami do łożyska zalążni.
Zalążek zbudowany jest z ośrodka, dwu osłonek i okienka.
W ośrodku zalążka wyodrębnia się jedna komórka macierzyńska, która ulega podziałowi redukcyjnemu. Powstają 4 komórki haploidalne o zredukowanej liczbie chromosomów. Trzy z nich znikają, a jeden rozrasta się i rozwija się w 8 jądrowy woreczek zalążkowy.
W dojrzałym woreczku zalążkowym na biegunie położonym blisko okienka zgrupowane są trzy jądra, z których największe to komórka jajowa, dwa pozostałe to synergidy. Na przeciwległym biegunie znajdują się też 3 jądra – antypody. Dwa pozostałe jądra wędrują na środek woreczka zalążkowego i tworzą wtórne jądro woreczka zalążkowego.
Pręcik zbudowany jest z nitki pręcikowej i pylnika, a pylnik z dwóch worków pyłkowych o dwóch komorach. W komorach pyłkowych powstają haploidalne ziarna pyłku. Ziarno pyłku rozwija się i dzieli na wegetatywne i generatywne.
Aby kwiat spełnił zadanie musi nastąpić jego zapylenie – przeniesienie dojrzałego ziarna pyłku na znamię słupka. U roślin owadopylnych dokonują tego owady, u wiatropylnych – wiatr. Na znamieniu ziarno pyłku zaczyna kiełkować wytwarzając łagiewkę pyłkową.
Łagiewka przechodzi przez szczelinę ściany zewnętrznej ziarna pyłku.
Łagiewka pyłkowa rośnie i przeciska się przez szyjkę słupka, torując sobie drogę do zalążka. Tymczasem w łagiewce pyłkowej jądro generatywne dzieli się tworząc plemniki, które są nagie. Gdy koniec łagiewki dotrze do zalążka oba plemniki dostają się do woreczka zalążkowego i tu następuje zapłodnienie. Powstaje zarodek i tkanka gromadząca substancje zapasowe – bielmo, którego komórki otaczają zarodek i dostarczają mu substancji odżywczych. Osłonki zalążka grubieją i tworzą łupinę nasienną. W ten sposób z zalążka wykształca się nasienie.
Nasienie, owocnia i owoc
Nasienie jest spoczynkowym stadium rośliny, wszystkie procesy życiowe jego komórek są zahamowane i przebiegają w bardzo zwolnionym tempie. Jest to tzw. stan życia utajnionego – anabioza. Zahamowaniu procesów życiowych sprzyja mała zawartość wody w nasieniu. Po okresie spoczynku, kiedy nasienie znajdzie się w sprzyjających warunkach, zaczyna kiełkować. Kiełkowania nasienia to przejście ze stanu spoczynku w stan aktywności fizjologicznej.
Nasienie składa się z zarodka, który wytworzył się z zapłodnionej komórki jajowej, z bielma, które rozwinęło się z zapłodnionego jądra wtórnego woreczka zalążkowego oraz pełni rolę organu spichrzowego i z łupiny, która powstała z przekształconych osłonek zalążka. U nasion bezbielmowych rozwijają się dwa pierwsze liście zarodkowe zwane liścieniami, które pełnią rolę organów spichrzowych. Nasiona możemy podzielić na bielmowe, bezbielmowe i obielmowe.
Po dokonanym zapłodnieniu działki kielicha, płatki korony, a zazwyczaj także szyjka i znamię słupka obumierają i odpadają, równocześnie ściana zalążni rozrasta się i przekształca w owocnię, która spełnia rolę kryjącą. Osłania tyle nasion, ile było w niej zalążków. Owocnia razem z nasionami tworzy o w o c.
W niektórych przypadkach owoc tworzy nie tylko zalążnia, ale i jakaś inna część kwiatu, np. dno kwiatowe, rurka kwiatowa. Dzieje się tak zazwyczaj wtedy, gdy zalążnia osadzona jest nisko, we wklęsłym dnie kwiatowym, jak to mam miejsce w kwiecie jabłoni. Rysunek owocu umieściłem poniżej (rys. 17).