BİTKİ EMBRİYOLOJİSİ DERS NOTLARI

Transkript

1 BİTKİ EMBRİYOLOJİSİ DERS NOTLARI Derleyen Prof.Dr. Çiler KARTAL 2017 Edirne

2 BİTKİ EMBRİYOLOJİSİNİN TARİHÇESİ Bitkilerde ayrı eşeyliliğin ve eşeyli üremenin keşfi uzun bir seyir gösterir. Eşey tayininin tarihçesi bizi Aristo ya kadar götürür. Aristo nun teknik yazılarının büyük bir kısmı günümüze gelinceye kadar kaybolmuştur, fakat bitkilerde eşeyin varlığını bilmediği kesindir. Aristo bitkilerin kendi gayretleri ile ürediğine, meyve ve tohumun bitkinin fazla beslenmesinin ürünü olduğuna inanmıştır. Bu konuda en anlamlı bilgiler büyük gezgin Heredot un M.Ö. 5. yy. da doğuya yaptığı geziden öğrenilmiştir. Asur ve Babilliler zamanının en önemli bitkisi olan hurma ağaçları iki farklı eşey grubuna ayrılırlar (dioik). Bazıları erkektir; polen üretir, bazıları dişidir; meyve üretir. Asurlular bu durumu anlayarak erkek ağaçların çoğunu kesip yerden ekonomi yapmışlar ve birkaçından topladıkları polenleri özel törenlerle dişiler üzerine serpmişlerdir yani yapay tozlaşma yapmışlardır. Sonuçta bol ürün alınmasına rağmen bu bilgi hurmadan başka bitkilere uygulanmamıştır. Bundan sonra bitkilerde eşey problemi yüzlerce sene unutulmuş, 15. ve 16. yüzyılda birçok bilim adamı bitkilerde eşeyin varlığını inkâr etmiş, hatta bu konuyla uğraşmayı ahlak dışı bulmuştur. Bazı düşünürler de stamenleri salgı organı ve polenleri de çiçeğin salgısı olarak düşünmüşlerdir. Hollandalı araştırıcı Leeuwenhoek un ışık mikroskobu ile yaptığı gözlemler Robert Hooke tarafından da geliştirilmiştir. Hooke polen tanelerini gözlemlemiş, fakat bu konuda daha anlamlı bulgular Nehemiah Grew tarafından elde edilmiştir. Grew 1682 yılında bitkilerin karşılaştırmalı anatomisi hakkında yayınladığı kitapta stamenlerin erkek organ, pistillerin dişi organ olduğunu ve polen tanelerinin meyve oluşumu için ovaryumu etkilediğini belirtmiştir. Yüksek bitkilerde eşeylilik hakkındaki ilk deneylerin Camerarius tarafından yapıldığı düşünülmektedir yılında Camerarius yaptığı deneylerin sonunda meyve ve tohumun polensiz oluşmadığına ve yakınında erkek ağaç yetişmeyen dişi bir dut ağacının sadece gelişmemiş tohumlar verdiğine dikkat çekmiştir. Bu keşfinden ilham alarak Mercurialis annua bitkisinin dişileri ile de deneyler yapmış ve dişi bitkileri erkek bitkilerden ayırdığında verimli tohumların oluşmadığını görmüştür. Ricinus ve Zea mays bitkilerinde de benzer sonuçlar elde eden Camerarius, bitkinin erkek eşey organının anterler, dişi eşey organının stilus ve stigma taşıyan ovaryum (pistil) olduğu sonucuna varmıştır. Corolus Linnaeus bitkileri sınıflandırma sisteminde esas olarak stamen ve pistillerin sayı ve durumlarını göz önüne almıştır. Tohum elde edilmesinde tozlaşmanın önemi ve tozlaşmada böceklerin rolü Kölreuter tarafından tanımlanmıştır. Araştırmacı polen 1

3 morfolojisine de katkıda bulunmuş ve 1000 den fazla bitkinin polenleri ile çalışarak ilkel mikroskop teknikleri ile polen tanelerinin etrafında iki farklı örtü olduğunu gözlemiştir. Döllenmede polenin gerçek rolünü ortaya çıkaran kişi İtalyan matematikçi, astronom ve iyi bir mikroskop yapımcısı olan Giovanni Battista Amici dir. In vitro polen çimlenmesi ve polen tüp büyümesini gözleyen ilk araştırmacı olan Amici, Portulaca oleracea (semiz otu) nın stigmasını incelerken, stigma tüyüne yapışan bir polen tanesi görmüş ve polen tanesini gözlem altında tutarak taneden bir tüpün çıktığını ve bunun stigma dokusuna girdiğini gözlemiştir. Gözlemlerine devam eden araştırıcı, polen tüpünün taneden çıktıktan sonra büyüdüğünü ve tohum taslağı ile temasa geçtiğini belirtmiştir. Bu devirde birçok araştırıcı konu ile ilgili çalışmalar yapmıştır. Bunlarda Schwan ile birlikte hücre teorisinin kurucusu olan Schleiden, tohum taslaklarının gelişimi ve kökeni üzerinde ayrıntılı deneyler yapmış ve 40 tan fazla türde polen tüplerinin ovaryuma girişini ve hatta embriyo gelişiminin ilk evrelerini gözlemiştir. Fakat çalışmalarında embriyonun doğrudan polen tüpünün ucundan meydana geldiği yanlışına düşen Schleiden, polen tüpü ucunun embriyo kesesine girdikten sonra embriyo halinde geliştiğini ve embriyo kesesinin yeni bitkiciğin ortaya çıkmasında besleyici ortam oluşturduğunu belirtmiştir. Böyle bir fikrin bitkilerde eşeyli üremeyi reddettiği açıktır. Ne yazık ki birçok araştırıcı Schleiden in fikrini desteklemiş, Amici ve onu destekleyen araştırıcılar ise bu görüşe şiddetle karşı çıkmışlar ve embriyonun polen tüpü gelişmesini teşvik etmesine rağmen polen tüpünden değil, embriyo kesesi içindeki bir hücreden meydana geldiğini iddia etmişlerdir. Amici ve Schleiden arasındaki ateşli tartışma 19. yüzyılın ortasında sona ermiştir. Wilhelm Hofmeister adındaki Alman botanikçi embriyo kesesinin birkaç nukleus içerdiğini ve bunlardan birinin, polen tüpünden boşalan bir sıvı madde ile embriyo halinde gelişmesi için teşvik edildiğini çok açık ve net olarak ortaya koymuştur. Hofmeister in çalışmalarına rağmen, bu senelerde polen tanesi ve polen tüpünün içeriği hakkında çok kesin bilgiler yoktur. Bu durum ancak daha sonraki senelerde inceleme yöntemlerinin ve aletlerinin gelişmesiyle açıklığa kavuşmuştur. Embriyolojik çalışmalarda mikrotom gibi aletlerin ve boyama yöntemlerinin keşfi büyük kolaylıklar sağladı ve ilerlemeler kaydetti. Strasburger 1879 da Polygonum divaricatum da Polygonum tipi embriyo kesesi gelişimi ve içindeki hücrelerin yerleşimi üzerinde gözlemler yapmış ve kutup nukleuslarının birleşerek sekonder nukleusu oluşturduğunu belirtmiştir. Araştırıcının en önemli katkısı singamiyi keşfidir de Strasburger Monotropa nın polen tüpünde vegetative nukleusu ve 2

4 iki erkek gameti görmeyi başarmıştır. Embriyo kesesine ulaştığında polen tüpü ucunun açıldığını ve 2 sperm nukleusunun embriyo kesesine boşaltıldığını ve bir erkek gametin yumurta ile birleştiğini (singami) gözlemiştir. Böylece hayvanlar aleminde gözlenen döllenme olayı (1875) birkaç sene sonra bitkilerde de gözlenmiş oldu. Polen tüpünde iki erkek gamet salındığına göre ikinci gamet ne olur? Bu sorunun cevabı Navashin (1898) tarafından Fritillaria tenelle ve Lilium martagon daki çalışmalar ile verilmiştir. Navashin bir erkek gametin yumurta ile birleştiğini (singami) diğer erkek gametin ise önemli bir görevi olduğunu, polar nukleuslarla birleştiğini (üçlü birleşme) gözlemiştir. Çeşitli araştırıcılar tarafından diğer birçok türde de aynı olayın gözlenmesi ile çifte döllenmenin angiospermler için olağan bir durum olduğu anlaşılmıştır lü yıllar erkek ve dişi gametofitin gelişmesi hakkında yeterli bilgiye sahip olundu. Coulter ve Chamberlain (1903) «Morphology of Angiosperms» adlı kitabında bu bilgileri sundu. 26 yıl sonra Viyanalı Karl Schnarf iki değerli kitap yayınladı. «Embryologie der Angiospermen» (1929) ve «Vergleichende Embryologie der Angiospermen» (1931). Bu iki kitap embriyolojide bugün bile başvurulan önemli kaynaklardır. 20. yüzyılın ortalarında bitki embriyolojisinde Hintli araştırıcılar etkili olmaya başladı. P. Maheshwari başta gelen önemli bir araştırıcıdır ve yazmış olduğu «An Introduction to the Embryology of Angiosperms» (1950) adlı kitap bugün bile kaynak kabul edilen temel bir kitaptır. Bunu yine P. Maheshwari nin yazdığı «Recent Advances in the Embryology of Angiosperms» (1963) izler. Üç yıl sonra Davis «Systematic Embryology of Angiosperms» (1966) isimli kitabı yazmıştır. Bhojwani ve Bhatnagar tarafından ilk olarak 1974 yılında, daha sonra 1976 ve 1979 yıllarında tekrar basımı yapılan «The Embryology of Angiosperms» isimli, özellikle öğrenciler için faydalı bir kitap yayınlamıştır. Daha sonra Johri (1984) son yıllardaki gelişmeleri de kapsayan «Embriyology of Angiosperms» isimli ayrıntılı bir kitap yayınlamıştır. Johri ve arkadaşlarının (1992) yazmış olduğu «Comparative Embryology of Angiosperms» isimli kitapta familyaların embriyolojik özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmektedir. Birçok angiospermin hayat devirlerinin (Şekil 1) incelenmesiyle elde edilen karşılaştırmalı bilgiler, çeşitli cins ve familyalar arasındaki taksonomik ilişkilere uygulanmıştır. Embriyolojik sistemler deneysel çalışmalara ve özellikle doku kültürüne uygulanarak embriyoloji bilimi genetik, biyoteknoloji ve fizyoloji ile çok yakın ilişkilere 3

5 girmiştir. Ovaryum, tohum taslağı ve embriyo kültürleri, tohum meyve ve embriyo gelişiminin fizyolojisine ışık tutmuştur. Son yıllarda histokimya, otoradyografi, elektron mikroskobu, fluoresans mikroskobu ve diğer modern yöntemlerde kaydedilen gelişmeler, embriyo kesesi, embriyo, polen ve endosperma gelişimlerinin, ince yapılarının ve görevlerinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olmaktadır. Dünyanın çeşitli ülkelerindeki araştırıcı grupları polen fizyolojisi, dişi ve erkek eşey hücrelerinin oluşumu, gametlerin birleşmesi, döllenme öncesi ve sonrasında hücreler arası sinyal iletimi, gamet birleşmesi ile ilişkili olarak hücre iskeletindeki modifikasyonlar gibi konulara, sperm ve yumurta hücrelerini izole ederek çiçekli bitkilerde eşey olaylarını kontrol altında tutma için yeni stratejiler geliştirmeye odaklandılar. Şekil 1. Bir angiospermin hayat devri 4

6 ÇİÇEK Çiçekler bitkilerde eşeyli üremenin olduğu organlardır. Daha sonra görüleceği gibi embriyolojik olaylar çiçekte meydana gelmektedir. Bu yüzden çiçeğin yapısını, parçalarının dizilişini ve görevlerini iyi bilmek gerekir. Bir bitkinin hayatı tohumun çimlenmesi ile başlar. Kök ve gövdenin gelişiminde sonra bitkinin büyüyerek sadece yaprakları taşıdığı devre vegetatif fazdır. Bitki belirli bir hayat devresinde üreme fazına geçer ve çiçekler oluşmaya başlar. Vegetatif faz Cerastium arvense (kuş otu) de olduğu gibi sadece birkaç haftada veya birçok ağaçta olduğu gibi bir yıldan fazla sürebilir. Vegetatif evreden generatif evreye geçiş, türlerin kalıtsal yapılarının belirlediği içsel kontrol mekanizmaları ve dış etmenlerle yönetilir. Agave monokarpik bir bitkidir; hayatında sadece bir defa çiçek açar. Ayrıca, bazı bitkilerde vegetatif evreden üreme evresine geçiş süresi, ışık ve ısı gibi çevre koşullarını değiştirerek veya bitki hormonları gibi bazı kimyasal maddeleri ilave ederek kısaltılabilir. Bitki morfologistleri çiçeği, internodları oldukça kısalmış veya tamamen ortadan kalkmış, uzaması durmuş ve yaprakları farklı görevlere uymak için metamorfoza uğramış dal olarak tanımlanır. Çiçekler hacim, renk, şekil bakımından büyük değişiklikler gösterirler. Bitkinin kendisi mm olan Wolffia columbiana, yaklaşık 0.1 mm genişliğinde çiçeklere sahip ve angiospermler arasında en küçük çiçekli bitkidir. Bilinen en büyük çiçek Malaya tropik ormanlarında yetişen bir kök paraziti olan Rafflesia nın belirli türlerinde görülür ve çiçeğin çapı 1 m, ağırlığı 9 kg kadar olabilir. Genellikle petallerin rengine bağlı olan çiçeklerin rengi beyazdan fildişi, sarı, turuncu, kırmızı, menekşe ve mavi renkleri arasında değişir. Bunlara ve çiçeğin yapısındaki diğer değişikliklere rağmen temel yapı oldukça homojendir. Gimnospermlerde çiçekler genellikle diklindir, yani erkek ve dişi organlar ayrı çiçeklerde bulunur. Ender olarak hermafrodit (monoklin) olanlara rastlanır. Çiçekler sporofillerin bir eksen etrafında spiral biçimde dizilmesiyle meydana gelmiş kozalaklar halindedir. Periant yaprakları ya yoktur veya az gelişmiştir. Angiospermlerde çiçek gimnospermlere göre daha fazla gelişmiştir (Şekil 2). Çiçek ya yapraklı ana gövdenin uç kısmında bulunur (terminal çiçek) veya gövde üzerinde bulunan ve 5

7 brakte (taşıyıcı yaprak) denen bir yaprağın koltuğunda kısa bir sürgün halindedir (lateral çiçek). Her çiçek kısa veya uzun bir sapın ucunda bulunur. Çiçek parçaları sapın genişlemiş kısmı olan reseptakuluma (çiçek tablası) bağlanmıştır. Çiçek, dış kısmında periant (çiçek örtüsü) ve iç kısmında generatif organlardan (üreme organları) oluşur. Şekil 2. Bir angiosperm çiçeğinin şematik görünüşü. PERİANT Periant genellikle farklı tipteki yapraklardan yapılmış birbirinin içine geçen iki halka şeklindedir. Kaliks: Çiçeğin en dış halkasıdır. Yeşil renkli, daha çok yaprağa benzeyen yapılardan oluşmuş bir örtüdür. Her bir yaprağına sepal (çanak yaprak) denir. Görevi iç kısımdaki organları korumaktır. Genellikle çiçekler açtıktan sonra düşerler, fakat bazı bitkilerde daimi kalarak gelişen meyveyi korurlar. Koruyucu rollerine ilave olarak, bazı bitkilerde nektar salgılayarak tozlaşmaya veya bazı Asteraceae üyelerinde olduğu gibi özel yapılar oluşturarak tohumların yayılmasına yardımcı olurlar. Korolla: Kaliksin iç kısmında bulunur ve genellikle göz alıcı parlak renkli petallerden (taç yaprak) oluşur. Çiçeğin tomurcuk evresinde kaliks ile birlikte üreme organlarını dış ortamın sıcaklık değişmelerinden, şiddetli yağmurlardan, rüzgardan ve hayvanlardan korur. Olgun çiçekte esas görevi parlak renkleri ile böcekleri çekimlemek ve tozlaşmayı sağlamaktır. Bazı çiçeklerde periantın bütün yaprakları birbirine benzer. Böyle tek örtüden oluşan perianta perigon ve perigonun her bir yaprağına da tepal adı verilir. 6

8 ANDREKEUM Periantın iç kısmında stamenler (erkek organlar) bulunur. Stamenler topluluğuna andrekeum denir (Şekil 3). Sayıları bitki türüne göre değişen stamenler halka veya spiral oluşturmak üzere sıralanırlar. Her halkadaki stamen sayısı 2, 3, 4, 5 gibi rakamlarla ifade edildiği gibi sayılamayacak kadar çok sayıda da olabilir. Bir stamen filament (sapçık) ve anter (başçık) kısımlarından oluşur. Her anter iki teka ve her teka da iki polen kesesi (mikrosporangiyum) içerir. Şekil 3. Andrekeumun şematik görünüşü. Şekil 4. Ginekeumun şematik görünüşü GİNEKEUM Angiosperm çiçeğinin en iç halkasını ginekeum oluşturur. Ginekeum pistillerden (dişi organ) meydana gelir (Şekil 4). Pistiller bir veya birden fazla karpel adı verilen metamorfoza uğramış yapraklardan oluşur. Bir pistil, stigma (tepecik), stilus (boyuncuk) ve ovaryum (yumurtalık) denilen üç kısımdan oluşur. Ovaryum pistilin alt tarafında bulunan şişkin kısımdır ve içinde sayı ve dizilişleri bitki türüne göre değişen tohum taslakları (megasporangiyum) bulunur. Tohum taslaklarının karpel dokusuna bağlandığı yere plasenta, bağlanma şekline plasentalanma denir. MİKROSPORANGİYUM Embriyo oluşumunda mikrosporangiyum (mikrosporların oluştuğu kese) ve megasporangiyum (megasporların oluştuğu kese) önemli rol oynarlar. Mikrosporangiyum (polen kesesi) mikrosporları ve erkek gametofiti verir. Megasporangiyum (tohum taslağı) megasporların ve dişi gametofitin oluştuğu yerdir. Megasporangiyumda döllenmeden sonra embriyo ve endosperma oluşur ve kendini saran dokularla birlikte megasporangiyum gelecek nesli verecek olan tohumu meydana getirir. 7

9 Erkek gametlerin oluşmasında rolü olan polen taneleri anterlerde meydana gelir. Angiospermlerin çoğunda (190 familyada) tipik bir anter dört mikrosporangiyum içerir. Fakat bazı familyalarda (Adoxaceae, Malvaceae gibi) anterler iki mikrosporangiyum taşırlar. Bixaceae de anterler sekiz sporangiyum içerir. Bazı familyalarda hem 2 hem de 4 polen kesesi taşıyan anterler görülür. Bu duruma örnek olarak Araceae, Compositae, Cucurbitaceae, Lauraceae, Lemnaceae, Piperaceae familyaları verilebilir. Cucumis sativa da 2 ve 4 polen keseli anterler aynı çiçekte bulunurlar. Ender olarak, bir anterde sadece bir polen kesesi bulunabilir. Polen keseleri arasında konnektif adını alan verimsiz bir doku vardır. Anterler olgunlaştığı zaman (ki bu durumda polenler çoğu bitkide 2 hücreli haldedir) iki polen kesesi arasındaki dokunun erimesi ile polen keseleri birbirleri ile birleşirler (Şekil 5). Şekil 5. Anter çeperi gelişimi. ONTOGENİ Çok genç bir anter epidermis ile çevrili, yuvarlak-elips şeklinde ve meristematik hücrelerden oluşan homojen bir kitledir (Şekil 6A) ve bir süre sonra dört loplu bir görünüş alır (Şekil 6B). Her bir lopta bazı hipodermal hücreler belirgin nukleusları, hafif boyuna uzamaları ve daha geniş hacimleri ile diğerlerinden daha göze çarpar duruma geçerler (Şekil 6C). Bu hücreler arkespor hücreleri adını alır ve arkespor dokusunu oluşturur. Arkespor dokusunun genişliği ve uzunluğu bitkilere göre değişir. Bazı bitkilerde her bir lopta bir arkespor hücresi bulunur. Çoğu bitkide arkespor vertikal dizilişli birçok hücre dizisinden oluşmuştur ve anterin enine kesitinde bir levha halinde görülür (Şekil 6D). Bazı bitkilerde ise tek sıra halinde vertikal dizili hücrelerden meydana gelmektedir. 8

10 Arkespor hücreleri dışa doğru ilk parietal tabakayı, içeri doğru ilk sporogen tabakayı vermek üzere bölünürler. Parietal tabakanın hücreleri bir seri periklinal (çevreye paralel) ve antiklinal (çevreye dik) bölünmeler geçirerek (Şekil 6E) iç içe 3-5 sıralı hücre tabakasından oluşan anter çeperini meydana getirirler. Primer sporogen hücreler ya doğrudan doğruya veya birkaç mitoz bölünme ile sayılarını arttırarak mikrospor ana hücreleri olarak farklılaşırlar. Şekil 6. A-E. Chrysanthemum leucanthemum un anterlerinde çeper ve sporogen dokuların farklılaşması. ANTER ÇEPERİ Birçok angiospermde olgun anter çeperi dıştan içeri epidermis, tek sıralı endotesyum, iki veya üç sıralı ara tabaka ve tek sıralı tapetumdan oluşur (Şekil 7). İlkel angiospermlerde çoğunlukla çok sıralı ara tabaka hücrelerinden oluşan (Magnoliaceae, Degeneriaceae ve Ranunculaceae) ve ender olarak iki sıralı tapetumdan oluşan (Magnoliaceae, Trochodendraceae, Schisandraceae ve Illiciaceae) bir kitle halindedir. İleri familyalarda ise ara tabaka ve tapetum tek sıralı olduğundan anter çeperi incedir. Epidermis: Genellikle tek sıralı ve yassılaşmış şişkince hücrelerden oluşur. Epidermis hücreleri anter gelişimi sırasında iç dokunun genişlemesine uyabilmek için bir seri antiklinal (çepere dik) bölünmeler geçirir. Anterlerin dış yüzeyinde epidermisten gelişen tüyler bulunabilir. Epidermis içteki dokuları koruyucu görev yapar. Endotesyum (İpliksi tabaka): Hücreleri boyuna olarak uzama gösterirler. Bu tabaka anter, polenlerini boşaltacağı zaman maksimum gelişmesine ulaşır. Endotesyum hücrelerinde iç teğetsel çeperden başlayıp yukarı kadar uzanan ve üst çeperde sona eren ipliksi kalınlaşmalar görülür (Şekil 8). Dış teğetsel çeper ince kalır. Bazı araştırıcılara göre ipliksi kalınlaşmalar yüksek oranda selüloz içerir, lignin bu kalınlaşmada görülmez. Bazı 9

11 araştırıcılara göre ise endotesyumdaki kalınlaşmalarda daima selüloz ve olgunlukta az miktarda lignin bulunur. Boyuna bir yarıkla açılan anterlerde iki polen kesesinin birleştiği yer olan ve stomium adını alan bölgede endotesyum hücreleri kalınlaşma göstermezler. Fibrilli kalınlaşmalar, iç ve dış teğetsel çeperlerin farklı genişlemesi ve endotesyum hücrelerinin higroskopik yapısı, olgun anterin açılmasına yardımcı olur. Polenler olgunlaştığı sırada gelişimini tamamlamış olan endotesyum tabakasının iç doku ile ilişkisi kesilir. Terleme ile su kaybından dolayı hacim küçülmesi olur ve ince olan epidermise komşu dış çeperler içeriye doğru çöker. Bunun sonucunda boyuna çeperler birbirine yaklaşır. Anter yüzeyinde bir gerilme meydana gelir ve anter en ince yerinden (stomum bölgesinden) parçalanır. Bu şekilde anter açılır ve polenler dışarı atılır. İpliksi kalınlaşmalar Hydrocharitaceae nin bazı örneklerinde ve kleistogamik türlerde (çiçekleri açmadan tozlaşma olan türler, Viola, gibi) yoktur. Anterleri tepeden porla açılan bazı bitkilerde endotesyumda kalınlaşmalar olmayabilir. Şekil 7. Genç anter çeperi. Şekil 8. Endotesyumda ipliksi kalınlaşmalar. Ara tabaka: Ara tabaka hücreleri genellikle geçicidir ve yassılaşmış haldedirler. Polen ana hücrelerinin erken mayoz evrelerinde ezilirler. Bazı hallerde (Lilium, Ranunculus) ara tabaka 3-4 sıra hücreden oluşur ve dıştakiler uzun süre bozulmadan kalır. Birçok bitkide ara tabaka hücreleri nişasta ve diğer yedek besin maddeleri bakımından zengindir. Bu besin maddeleri polenlerin daha sonraki gelişimi sırasında harcanır. Zingiberaceae familyasına dahil bitkilerde ara tabaka hücreleri endotesyum hücrelerindekine benzer fibrilli kalınlaşmalar gösterir. 10

12 Tapetum: Anter çeperinin en iç tabakasıdır ve maksimum gelişmesine mikrosporogenezin tetrat evresinde ulaşır. Sporogen dokuyu sarar ve bütün besin maddeleri tapetumdan geçtiği için fizyolojik olarak da çok önemlidir. Tipik olarak tapetum hücreleri tek sıra hücreden oluşur, hücreleri yoğun sitoplamalı ve büyük nukleusludur. 2 sıralı (Bignoniaceae) veya çok sıralı (Oxystelma esculentum) tapetum da görülebilir. Tapetum primer parietal tabakadan türevlenir ve genellikle benzer hücrelerden oluşur. Fakat birkaç türde iki tip tapetum hücresi gözlenir (dimorfik tapetum). Alectra thomsoni de anterin iç kısmına bakan tapetum hücreleri anterin dış kenarına bakan hücrelerden daha büyüktür (Şekil 9) ve büyük hücreler konnektif dokudan, küçük olanlar parietal tabakadan türevlenir. Tapetum, polen gelişimi ile ilgili olarak üç farklı olaya katılır: Mikrosporların beslenmesi, eksin oluşumu, triphin ve polenkit gibi maddelerin depolanmasında rol oynayan materyalin sentezi ve salınması. Şekil 9. Alectra thomsoni de dimorf tapetum. Tapetum gelişimlerine göre iki tipe ayrılır: Amoeboid ve salgı tip. 1. Amoeboid (Periplazmodyal) tapetum: Bu tip tapetum hücrelerinin özelliği enine iç ve boyuna çeperlerin gelişimin erken evresinde parçalanmasıdır. Çeperler parçalandıktan sonra serbest kalan protoplast kitleleri anter boşluğunun içine doğru hareket ederler. Daha sonra protoplast kitleleri birbirleri ile birleşerek tapetum periplazmodyumunu oluştururlar ve bu kitle polen ana hücrelerini veya mikrosporları sıkıca sarar. Protoplastların anter boşluğuna girişleri mayoz profazı sırasında olur veya gecikmiş olarak tetrat evresine kadar devam edebilir. Bu tip tapetum Tradescantia bracteata, Alisma, Butomus, Mahonia aquifolium, Helianthus annuus, Typha v.s. de bulunur. Tradescantia'da amoeboid tapetumun ince yapısını inceleyen Mepham ve Lane (1969) periplazmodyal tapetumun organize olmuş ve görev yapabilen bir yapı içerdiğini göstermiştir. 11

13 Mayoz sırasında periplazmodyum her bir mikrospor ana hücresini veya mikrosporları sarar. Golgiden meydana gelen ve kallaz enzimi içeren keseler mikrospor tetratlarını saran membranlar ile birleşir ve sporların etrafını saran kalloz çeperin erimesine neden olur. Böylece mikrosporlar periplazmodyum içine serbest olarak dağılırlar. Plazmodyum daha sonra gelişen polen taneleri tarafından absorbe edilir. Daha sonra triphin, polenkit gibi maddeler salınarak eksinin dış yüzeyine birikirler. Bu tip tapetum genellikle monokotillerde görülür. 2. Salgı tapetumu: Bu tip tapetumu oluşturan hücreler mikrospor gelişimi boyunca özgün durumlarında kalırlar yani amoeboid tipte olduğu gibi hücre çeperleri parçalanmaz. Özellikle polenlerin olgunlaşması zamanında tapetum hücrelerinde bazı maddeler sentezlenerek polen kesesine salınırlar. Bu maddeler hem polenin dış çeperi olan eksinin oluşumuna katkıda bulunurlar, hem de bazı önemli maddelerin eksin oyuklarında birikmesine neden olurlar. Sporopollenin tapetum tarafından sentezlenir ve polenin dış çeperi olan eksinin oluşumuna katkıda bulunur. Tapetum tarafından sentezlenen diğer maddeler fibrogranüler proteinler ve karotinoit içeren lipit damlalarıdır. Bu tip tapetuma dikotiller arasında daha çok rastlanır. Salgı tipi tapetumdan sporopolleninden başka polenkit, triphin gibi kompleks lipitler ve özel bazı proteinler de salınarak eksin girintilerinde birikirler. Bu maddelerin önemi ve görevleri bölüm sonunda anlatılmıştır. Salgı tipi tapetum hücreleri polenler mikrospor tetratlarından salındıktan sonra körelmeye başlar ve sitoplazmik içerikleri eksin üzerinde birikir ve gelişimin sonuna doğru tapetum hücreleri tamamen körelerek yok olurlar (Şekil 10). Şekil 10. Ekzin ve intin proteinlerinin kökeni. 12

14 TAPETUM HÜCRELERİNDE GÖRÜLEN BÖLÜNMELER Tapetum hücrelerinde toplam DNA miktarı çok fazladır. Bu durum aşağıda belirtilen bölünmelerle sağlanır ve bir bitki türünde bu bölünmelerden sadece biri veya ikisi görülebilir. Polen keselerindeki polen ana hücrelerinde mayoz bölünmenin özellikle profaz l evresi olurken keseyi kuşatan tapetum hücrelerinde de aşağıdaki bölünmeler görülür: 1. Normal mitoz: Bölünme normal mitoz gibi geçer. Fakat nukleus bölünmesini (karyokinez) sitoplazma bölünmesi (sitokinez) izlemez ve oluşan diploit iki nukleus aynı hücre içinde kalır. Tapetum hücrelerinde en sık olarak bu duruma rastlanır. Sitokinez olmadığından bu bölünmeye asitokinetik mitoz da denilebilir. Bir tapetum hücresinde 1, 2, 3, ender olarak 4 tane birbirini izleyen asitokinetik mitoz bölünme olabilir ve sonuçta 2, 4, 8 veya 16 nukleus içeren hücreler ortaya çıkar. Küçük hacimli hücrelerde bu nukleuslar arasında nukleus birleşmeleri görülür ve bunun sonucu olarak düzensiz şekilli ve çok nukleoluslu dev nukleuslar ortaya çıkar. Küçük hücrelerde birinciyi izleyen bölünmelerde iğ ipliklerinin birbiriyle birleşmesi de sık rastlanan bir durumdur. Bahsedilen bu karışıklıklar nedeniyle beklenenden farklı sayıda nukleus içeren poliploid hücrelere rastlanabilir (Şekil 11). Şekil 11. Anemone pavonina nın anter tapetum hücrelerinde normal mitoz bölünme. 2. Düzensiz mitoz: Mitoz bölünme anafazın erken evresine kadar normal geçer, fakat bundan sonra kutuplara çekilen bir veya daha fazla kromozom birbirinden ayrılmayarak kromozom köprülerini meydana getirir. Kromozom köprüleri, köprü oluşumuna katılan kromozomların sayısına bağlı olarak ince veya kalın olabilir. Bazı hallerde kromozom köprüleri çok kalın olur ve telofaz hatta istirahat evresinde de kalarak iki kromozom grubunun birleşmesine ve sonuçta halter şeklinde tetraploit bir nukleus oluşumuna neden olur. Köprü oluşumundan başka kromozomların kutuplara eşit sayıda dağılmaması, kutuplara geç gitmesi, fragment oluşumu gibi düzensizliklere de hem birinci hem bunu izleyen sekonder bölünmelerde sık sık rastlanabilir (Şekil 12). 13

15 3. Endomitoz: Bu bölünme tarzında nukleolus ve nukleus zarı kaybolmaz, iğ iplikleri oluşmaz. Kromozomları oluşturan kardeş kromatidler birbirinden ayrılır fakat nukleus zarı erimediğinden ve iğ iplikleri oluşmadığından kromatidler aynı nukleus içinde kalır ve nukleus tetraploit olur. Şekilde de görüldüğü gibi endomitoz normal profaz ile başlar (endoprofaz), kromozomlar iyice kısalır, kalınlaşır (endometafaz), kromatidler birbirinden ayrılır (endoanafaz), incelir ve uzarlar (endotelofaz) ve sonunda tekrar interfaz nukleusu görünümünü alırlar. Bu şekilde endomitotik devirler birbirini izleyebilir ve herbir endomitotik devirde kromozom sayısı ikiye katlanmış olur (endopoliploidi) (Şekil 13). Tapetum hücrelerinde endomitoz görülen bitkilere örnek olarak Spinacia oleraceae, Cucurbita pepo ve bazı Scrophulariaceae familyasının bazı örnekleri verilebilir. Şekil 12. Anemone pavonina nın anter tapetum hücrelerinde düzensiz mitoz bölünme. Şekil 13. Endomitozu gösteren diyagram. 4. Politeni: İnterfaz evresinde ardışık DNA replikasyonları olur (endoreduplikasyon) ve meydana gelen kromonema iplikleri birbirinden ayrılmayarak bir arada kalırlar. Her bir devirde iplik sayısı artar fakat bunlar birbirlerinden ayrılmadıklarından kromozom sayısı artmaz. DNA artışının bu modelinde nukleustaki kromozomların sayısında bir değişme olmaz (Şekil 14,15). Politen kromozomlu nukleusların hacminde bir artış gözlenir. Kromozom reduplikasyonu anter tapetumunda sık gözlenen bir durumdur. Hayvan hücrelerinde görülen durumdan farklı olarak bitkilerde politen kromozomlar üzerinde belirgin bant ve interbant bölgeleri yoktur. Tapetum hücrelerinde politeni gösteren bitkilere örnek olarak Bellardia trixago (Scrophulariaceae) ve aynı familyadan Odontites rubra verilebilir. 14

16 Tapetum hücrelerinde gözlenen ve poliploit hücrelerin ortaya çıkmasına neden olan bölünmeler, daha ileride anlatılacağı gibi integüment tapetumu (embriyo kesesini saran tabaka) antipotlar ve endosperma gibi başka hücrelerde de görülebilir. Poliploit nukleuslar diğerlerinden belirgin büyük hacimleri ile kolayca ayırt edilebilirler. Ploidi seviyesini tayin etmek için ya bölünen hücrelerdeki kromozomları saymak veya bölünmeyen hücrelerin nukleuslarındaki DNA miktarını sitofotometrik olarak ölçmek gerekir. Nukleusların hacimleri ile içerdikleri kromozom sayıları arasında doğru orantılı bir ilişki vardır. Şekil 14. Politeniyi gösteren diyagram. Şekil 15. Endomitoz ve politeniyi karşılaştıran diyagram. TAPETUMUN GÖREVLERİ Tapetum polen gelişmesinde önemli rol oynar ve esas olarak besleyici bir dokudur. Genç anterde tapetum hücreleri ile polen ana hücreleri arasında plasmodezma bağlantıları vardır. Bu bağlantılar besinlerin tapetumdan ana hücrelere geçişini sağlar. Polen ana hücreler etrafında kalloz çeper birikmesinden sonra bu bağlantılar kesilir. Mayoz öncesi veya mayoz evreleri sırasında tapetumun zamanından önce bozulması veya alışılmamış şekilde uzun süre hücreler halinde kalması polen verimsizliğine neden olur. Tapetumun varsayılan görevlerinden bazıları şunlardır: 15

17 1. Tapetum, mikrospor ana hücrelerine besin materyalinin geçebildiği tek yoldur. Bu nedenle mayoz sırasında besin maddelerini anter lokusu içine basit olarak naklettiği düşünülmektedir. Bu durumda besinler tapetumda meydana gelmezler, sadece tapetum tarafından nakledilirler. 2. Mayoz sonrasında kalloz çeperin bozularak tetrattan mikrosporların dağılması için gerekli olan kallaz enziminin sentezinde tapetumun rol oynar. 3. Erkek-verimli ve erkek-verimsiz fertlerde anter gelişimi üzerinde yapılan sitolojik ve morfolojik çalışmalar, verimsiz fertlerde cansız polen oluşumunun tapetumun kusurlu veya görev yapamayacak şekilde gelişmesinden ileri geldiğini ortaya koymuştur. 4. Mayozdan sonraki devrede, tapetum polen çeperinin oluşmasında önemli rol oynar. 5. Polen gelişiminin sonlarına doğru tapetum hücreleri körelir ve hücresel içerikleri polenlerin dış yüzeylerinde birikir. Tapetumdan poleniere nakledilen materyallere en güzel örnek, triphin ve polenkit maddeleridir. Polenkit hidrofobik lipitlerin, karotinoitlerin, flavonoitlerin kompleks bir karışımıdır. Böceklerle tozlaşan birçok türün olgun polenlerinin dışında bulunur ve böcekleri çekimlediği düşünülür. Ayrıca polenkitin UV radyasyonunun zararlı etkisine karşı polenleri koruduğu ve yapışkan tabiatından dolayı böceğin vücuduna polenlerin yapışmasını sağladığı düşünülmektedir. Triphin ise protein içeren hidrofobik maddelerin kompleks bir karışımıdır. Elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar her ikisinin de tapetum hücrelerindeki özel plastidlerde sentez edildiğini göstermiştir. Tapetumdan polenlere nakledilen materyalin içeriği oldukça heterojendir; mum, lipit damlaları, küçük aromatik moleküller, proteinler, karotenoitler, flavonoiiler, flavonoller, fenolik asitler, ve bitki hormonları içerir. 6. Polen çeperi tapetum hücrelerinde ve gametofitte meydana gelmiş proteinleri içerir. Tapetum hücrelerinden kaynaklanan proteinler eksinin girintilerinde birikirler. Bu proteinlerin çoğu enzim proteinleridir ve polen nemlendiğinde hızlıca çeperden salınırlar ve bazı insanlarda saman nezlesi ve polen alerjisine neden olurlar. Bu proteinlerin önemli diğer bir biyolojik özelliği pistillerde görülür ve polenlerin kendi stigmalarını tanımalarını sağlarlar. Eğer bir polen stigmaya ulaşırsa eksinde bulunan bu proteinler stigma sıvısına salınırlar ve salgıdaki proteinler ile etkileşime girerler. Moleküler düzeyde ortaya çıkan bu etkileşim sonunda kabul (çimlenme olur) veya ret (çimlenme olmaz) reaksiyonu ortaya çıkar. Ret reaksiyonu olduğunda polenlerin çimlenmesi stigmada önlenir, bazen de polen tüplerinin stigmadan girişleri veya polen tüplerinin stiluste büyümeleri engellenir. 16

18 SPOROGEN DOKU Sporogen hücreler ya doğrudan doğruya veya birkaç mitoz bölünme ile sayılarını artırarak mikrospor ana hücreleri (polen ana hücreleri) olarak farklılaşırlar. Her bir ana hücre bir mayoz bölünme geçirerek dört haploit mikrospor verir. Mayoz bölünme: Bu bölünme bir organizmanın üreme hayatında önemli bir yer tutar. Diploit sporofit hücreler bu bölünme ile haploit gametofitleri verir. Bu bölünme aynı zamanda rekombinasyonlar nedeniyle çeşitliliğe neden olur. Proleptoten evresinde, polen ana hücreleri (PAH) normal selüloz çeper ile çevrili meristematik hücrelere çok benzer. Anter lokusundaki tüm PAH plasmodezmalar ile bağlantıdadır (Şekil 16). Bu evrede plasmodesmalar, tapetum hücreleri ve PAH ler arasında da bağlantı sağlarlar. Mayozda PAH ve tapetum hücreleri arasındaki bağlar kopar ve PAH lerinin çeperleri kalloz maddesinin (B-1,3 glukan polimeri) birikmesiyle daha kalınlaşır. Profaz 1 sonunda, ender olarak 1. mayoz sonunda PAH lerinin etrafını kalloz çeper tamamen sarar. Tüm PAH ler bağımsız hücreler haline geçer ve soyutlanmış hücreler olarak mayoz bölünmeyi tamamlarlar. Bundan sonra mikrospor tetradında kardeş sporlar arasında ilave kalloz çeperler oluşur. Kalloz çeper mayoz bitiminde tapetumdan salınan kallaz enziminin aktivitesiyle hızlıca hücrenin etrafından ve sporlar arasından kaybolur ve mikrosporlar anter lokusu içine dağılırlar. Şekil 16. Gelişen anterde hücresel bağları gösteren diyagramlar; sadece tek sıralı tapetum ve polen ana hücreleri (PAH) gösterilmiştir. A. Proleptoten evresi; PAH-PAH arasında ve PAH- Tapetum hücreleri arasında oluşan plasmodesmalar; PAH leri ince çeperli. B. Profaz I; PAH ler kalın kalloz çeperle çevrili ve geniş sitopiasmik kanallarla bağlantıda; PAH-tapetum hücreleri arasında sitoplazmik devamlılık yok. C. Tetrat evresi; Tüm sporlar bağımsız hücrelerdir; aralarında hiçbir hücresel bağlantı yok. Polen ana hücrelerinde kallozun birikimi ve mayozdan sonra kayboluşu bu tabakanın bazı özel görevleri olması gerektiğini düşündürür. Kalloz, gelişen mikrosporlara kimyasal bir soyutlama sağlar ve genetik olarak farklı haploid hücreler arasında seçici bir engel oluşturur. Kardeş sporların, komşu sporların ve somatik dokunun birbirini etkilemesini önler. 17

19 SİTOKİNEZ Sitokinez, nukleus bölünmesini izleyen sitoplazma bölünmesidir. Mayoz geçiren hücrelerde, örneğin polen ana hücrelerinde mayoz bölünmeden sonra çeper oluşumu iki tiptedir: 1. Süksessif tip: Birinci mayoz bölünmeden sonra oluşan iki nukleus arasında bir çeper oluşur ve böylece diat hücreleri meydana gelir. Süksessif sitokinezde çeper oluşumu sentrifugaldir yani çeper oluşumu merkezde başlar ve kenarlara doğru ilerler. Bunu kalloz birikimi izler. Diatın iki hücresi II. mayoz bölünmeyi geçirir. İkinci bölünme sinkronik olmayabilir. II. bölünmeden sonra kalloz çeperler aynı şekilde tekrar oluşur ve sonunda mikrospor tetradı meydana gelir. Bu tip sitokinez genellikle monokotillerde görülür (Örnek: Zea mays) (Şekil 17). 2. Simultane tip: Bu tip sitokinezde birinci mayoz bölünmeyi çeper oluşumu izlemez. I. mayozdan sonra iki nukleuslu bir hücre oluşur. İki haploit nukleus sinkronik olarak II. mayoz bölünmeyi geçirir. Ortak sitoplazmada olmalarından dolayı II. mayoz bölünmenin sinkronik olduğu düşünülür. Bu tip sitokinezde çeper oluşumu sentripetalir. Yani çeper oluşumu kenarlardan başlayıp merkeze ilerler ve tetrat oluşur. Kalloz çeper dıştan merkeze doğru hücreyi boğar ve mikrosporları birbirinden ayırır. Daha çok dikotillerde görülür (Örnek: Nicotiana) (Şekil 18). Şekil 17. Süksessif tip sitokinez. A. Mikrospor ana hücresi B. Diat hücresi. C. Metafaz II. D. Telofaz II. E. Mikrospor tetradı Şekil 18. Simultane tip sitokinez. A. Mikrospor ana hücresi B. Metafaz I. C. Diat nukleusları. D. Metafaz II. E. Telofaz II. F. Mikrospor tetradı Mikrospor tetradı: Bir tetrat içindeki 4 spor hem birbirlerinden hem de anter lokusundaki diğer sporlardan tamamen soyutlanmıştır. Aralarında hiçbir bağ yoktur. Fakat baı 18

20 Orkidelerde tetrat evresinde bile sitoplazmik kanallar görülebilir. Çiçekli bitkilerde 5 tip mikrospor tetradı vardır (Şekil 19). Tetrat tipleri II. mayozda iğ ipliklerinin birbirine olan konumlarına göre oluşurlar. Örneğin iki iğ ipliği birbirine paralel ise izobilateral tipte mikrospor tetradı meydana gelir. Genellikle bitkilerde tetraedral veya izobilateral tipte olanlar görülür. Bazı bitkilerde 5 tipin birkaçı birden görülebilir. Örneğin; Aristolochia elegans ve Sparganium erectum da 5 tetrad tipi de görülür. Şekil 19. Mikrospor tetradı tipleri A. Tetraedral B. İzobilateral. C. Dekusat. D. T şekli. E. Linear. ENDER GÖRÜLEN DURUMLAR Mayozdan sonra tetradı çeviren kalloz çeperin erimesi ile mikrosporlar serbest hale geçer ve her biri polen halinde farklılaşır. Bazı bitkilerde ise mikrospor tetradı halinde birarada kalırlar ve birleşik polenleri oluştururlar (Drosera). Orchidaceae, Mimosaceae ve Ascrepiadeceae familyalarına dahil birçok bitkide bir sporangiyumun tüm mikrosporları bir kitle oluşturur ve bu kitle pollinyum adını alır. Birleşik polen ve pollinyum durumunda mikrospor ana hücrelerinin etrafında kalloz çeper meydana gelmez. Bir tetrat içinde dörtten fazla spor olmasına polispori denir. Birçok bitkide bu olay mayoz bölünme sırasında görülen düzensizliklerden kaynaklanır. Örneğin anafaz ve telofaz evrelerinde bazı kromozomlar diğerleri ile birlikte kutuplara çekilmez ve sitoplazma içinde kalarak küçük mikrosporların oluşmasına neden olur. Böylece pentat (5 mikrosporlu), heksat (6 mikrosporlu) v.b gibi poliyatlar meydana gelir (Şekil 20). Cuscuta reflexa'da 11, Thunbergia mysorensis'da 22 mikrospor sayılmıştır. Az sayıda kromozom içeren küçük sporlar, cansız ve döllenmede etkili değillerdir. Canlı polenleri boyayan boyalar ile boyandıklarında boyanmazlar. Bazı bitkilerde özellikle II. mayoz bölünmede iğ ipliklerinin birleşmesi sonucu diat ve monatların da oluştuğu sık gözlenen bir durumdur. Bunlardan meydana gelen polenler normal haploit polenlerden daha büyük hacimleri ile dikkati çekerler. 19

21 Şekil 20. A. Mikrospor ana hücresinde düzensiz telofaz II. B. 6 sporlu bir hekzat. ERKEK GAMETOFİT Gametofit, gametleri taşıyan yapıdır. Mikrosporlar erkek gametofitin başlangıcıdırlar ve erkek gametofitin gelişimi tek nukleuslu polen tanelerinin oluşumundan hemen sonra başlar. Mikrospor ana hücresinin (polen ana hücresi) mayoz bölünmesi ile oluşan mikrospor tetradından salınan yaşlı mikrosporlar polen taneleri olarak tanımlanırlar ve salınan her bir mikrospor, polen olarak farklılaşır. Polen taneleri erkek gametlerin meydana geldiği yapılardır. Angiospermlerde polenin şekli genetik olarak tayin edilir ve mikrospor tetradındaki sporun konumu, tetrat halinde iken oluşmaya başlayan çimlenme porlarının sayısı ve yerleşimi gibi etkenler polenin şeklini almasında rol oynarlar. Mikrosporların oluşumu ile mikrospor nukleusunda mitoz bölünmenin başlaması arasında birkaç saatten birkaç aya kadar değişebilen bir dinlenme evresi vardır. Birçok tropik angiospermde mayozun sonu ile ilk polen mitozu arasındaki süre çok kısadır. Örneğin Tradescantia reflexa'da 4 gün, Styrax obassia'da 7 gün, Himantoglossum'da gündür. Buna karşılık daha soğuk bölgelerdeki odunlu türlerde bu süre birkaç aydır. Polen nukleusu vegetatif ve generatif hücreleri oluşturmak için bir mitoz bölünme geçirir. Birçok bitkide bu bölünme polenler henüz anter içinde iken olur. Daha sonra generatif hücre 2 spermi oluşturmak için bir mitoz bölünme geçirir. Generatif hücre ya polen tanesinin içinde veya polen çimlendikten sonra polen tüpünün içinde bölünebilir. Bu değişiklikler devam ederken her bir mikrospor kendi çeperini sentez eder. Polenler iki çeperle çevrilidirler: iç çeper intin, dış çeper eksin adını alır. İntin selüloz yapısında ve polenin kendisi tarafından, eksin sporopollenin yapıda ve hem polenin kendisi hem de tapetum tarafından oluşturulur. Olgun polen tanesinin yüzeyinde eksin bitki türüne göre değişen çeşitli süsler içerir. Polen çeperinin bir veya daha fazla bölgesi ince kalır ve bu bölgelere çimlenme porları, (apertur) denir. Çimlenme porlarının sayısı ve şekli bitki türüne göre değişir ve porlar sadece intin ile çevrilidir, eksin içermezler. 20

22 VEGETATİF VE GENERATİF HÜCRELERİN OLUŞUMU Mikrospor tetradını çeviren kalloz çeperin tapetum hücreleri tarafından salınan kallaz enzimi ile erimesiyle serbest kalan yeni oluşmuş bir spor küçüktür ve merkezde yer alan bir nukleus ve bol sitoplazma içerir. Mikrospor tetrattan salındıktan sonra lokusdaki sıvıyı alarak hızlı bir genişleme evresi geçirir ve hacmi kısa zamanda birkaç misli artar. Sitoplazmada birçok vakuol meydana gelir (Şekil 21). Vakuolleşme periyodunun sonuna doğru sitoplazma miktarı artar, vakuoller mitoz bölünmesinden önce küçülmeye başlar. Hacimdeki artış sitoplazma miktarındaki artış veya vakuolleşmeden dolayıdır. Şekil 21. Generatif ve vegetatif hücrelerin oluşumunu gösteren diyagramlar. Eksin çizilmemiştir. A. Tetrattan salındıktan hemen sonra polen tanesi. B. Nukleus hücrenin bir kenarına yakın ve sitoplazma vakuollu. C. Polen mitozu. D. İki hücreli polen E. Genaratif ve vegetatif hücrelerin plazma zarları arasında generatif hücre çeperinin oluşumu. Polen mitozu sonucu oluşan hücrelerden büyük olan vegetatif, küçük olan generatif hücredir. Vegetatif ve generatif hücreler benzer içerikte kromatin taşımalarına rağmen, nukleusları farklı sitoplazma içinde olduğundan morfolojik ve fizyolojik olarak birbirinden farklıdırlar. Vegetatif ve generatif hücrelerin farklı büyüklükte olması iğ ipliğinin simetrik olmayışındandır. Vegetatif hücre meydana geldikten sonra büyümeye devam eder, yedek besin maddeleri bakımından zenginleşir ve nukleusu endoreduplikasyon geçirebilir ve yüksek derecede ploidi gösterebilir. Polen mitozu mayoza zıt olarak sinkronik değildir. Bu, muhtemelen anter lokusundaki polen taneleri arasında sitoplazmik bağların olmamasından ileri gelir. Polen mitozu sadece, polenlerin tetrat halinde veya pollinyum halinde atmosfere atılmaları durumlarında sinkroniktir (Şekil 22). Şekil 22. Spiranthes australis'de tetrat halinde kaian sporlarda sinkronik böiünmeyle generatif ve vegetatif hücrelerin oluşumu. B. Peristyls spiralis'de mikrosporlar kitlesi, sporlarda sinkronik bölünmeyle vegetatif ve generatif hücrelerin oluşumu. 21

23 Polen mitozu başlamadan önce, polen protoplazmasında iki farklı değişiklik göze çarpar: 1. Nukleus merkezden hücrenin bir kenarına doğru yer değiştirir. Yer değiştirme vakuol oluşumundan kaynaklanabilir yani vakuol nukleusu bir tarafa doğru itebilir, fakat bazı bitkilerde (Juncus) vakuol oluşmadan da nukleusun yer değiştirdiği gözlenmiştir. Yer değiştirme daima belirli yöndedir ve generatif hücrenin yerini belirtir. Generatif hücrenin yeri genetik olarak kontrol altındadır ve her tür için hatta bazen bir genus veya familya için sabittir. 2. Nukleus ve çeper arasındaki sitoplazmada vakuoller meydana gelir. Kromozomlar belirmeye başladığında sitoplazma hücre organellerinin dağılması bakımından belirgin bir kutuplaşma gösterir. Plastidlerin, mitokondrilerin ve lipid cisimlerinin çoğu vegetatif hücrenin oluşacağı sitoplazmaya doğru yer değiştirir. Bu durum özellikle plastitler için çok belirgindir, genellikle generatif hücre hiç plastit içermez. Polen mitozunda iğ ipliği kısadır ve çoğu bitkide simetrik değildir. İğ ipliğinin simetrik olmayışı eşit olmayan bir bölünmeye neden olur. Nukleus bölünmesinden sonra çepere yakın taraftaki nukleus generatif, polenin içi tarafına doğru olan da vegetatif nukleustur. Nukleus bölünmesinin sonunda saat camı şeklinde bir çeper generatif nukleusu ayırır. Başlangıçta, vegetatif ve generatif hücrelerin sitoplazmaları 2 plazma zarı ile birbirinden ayrılır. Hemen sonra, iki zar arasında kalloz olduğu düşünülen generatif hücre çeperi oluşmaya başlar ve generatif hücrenin iki kenarında intine kadar uzanır. Çeper, generatif hücrenin plazma zarı ve intin arasına doğru büyür ve büyüme çeperin iki ucu karşılaşıp birleşinceye kadar devam eder. Sonunda hücre ikiye ayrılır. Bu durumda generatif hücre küreseldir ve vegetatif hücrenin merkezine hareket eder. Bundan sonra generatif hücrenin çeperi kaybolur ve generatif hücrenin sitoplazması iki plazma zarı ile çevrili olarak kalır. Daha sonra generatif hücrenin şeklinde değişme görülür ve önce yuvarlak olan hücre daha sonra uzar ve iğ-elips şeklini alır. Generatif hücrenin şeklinde görülen değişiklik onun polen tüpüne girişini ve tüpteki hareketini kolaylaştırmak içindir ve mikrotübüllerle ilişkilidir. Görüldüğü gibi 2 hücreli polen tanelerinde tanenin içini dolduran sitoplazma vegetatif hücreye aittir ve polen tüpü oluştuktan sonra tüp içindeki sitoplazmayı oluşturur. Bu nedenle vegetatif hücreye tüp hücresi, vegetatif nukleusa tüp nukleusu denir. 22

24 SPERMLERİN OLUŞUMU Spermler generatif hücrenin mitoz bölünmesi sonucunda oluşurlar. Bu bölünme, polen tanesi henüz anter içinde iken (Portulaca oleracea, Hordeum) veya polenler atmosfere atıldıktan sonra ortaya çıkar. 1. durumda polenler 3 nukleuslu (vegetatif ve iki sperm) iken anterden atılırlar. Böyle polenlerde generatif hücre, polen henüz anterde iken mitoz bölünmeyle spermleri oluşturur ve bundan sonra 3 nukleuslu polenler atmosfere atılır. 2. durumda ise polenler iki nukleuslu iken anterden atılır (Şekil 23). Böyle bitkilerde generatif hücre, ya polen tanesi stigma üzerinde iken (Holoptelea integrifolia) veya embriyo kesesine ulaşmadan önce polen tüpünde (birçok bitkide görülen normal durum) veya polen tüpü embriyo kesesine ulaştıktan sonra (Euphorbia terracina) bölünür. Çiçekli bitkilerin çoğunda polenler doğaya 2 hücreli iken atılırlar ve generatif hücrenin spermleri oluşturmak için geçireceği mitoz bölünme polen tüpü stilus dokusunda ilerlerken polen tüpünde olur. Kleistogamik çiçeklerde bölünme polen kesesinde veya Violaceae'de olduğu gibi polen tüpünde olabilir. Polen tanelerinin tek nukleuslu olarak atmosfere atılması çok enderdir (Alangium). Görüldüğü gibi çiçekli bitkilerde erkek gametleri taşıyan yapı (erkek gametofit) ya spermleri taşıyan 3 hücreli polen tanesi ya da polen tüpü meydana getirmiş ve spermleri taşıyan çimlenmiş polen tanesidir. Kısaca polen tanesi erkek gametofittir denilebilir. Şekil 23. Anterden atılma evresinde polenler. A. Klugia'da iki hücreli polen. B. Portulaca oleracea'da üç hücreli polen. Generatif hücre polen tanesinde (Şekil 23B) veya polen tüpünde (Şekil 24) normal bir mitoz bölünme ile bölünür. Bu bölünmede belirgin bir iğ ipliği, ekvator tablası ve hücre plağı oluşumu görülür. Bölünme sonucunda iki sperm hücresi meydana gelir. Spermlerin şekilleri oval ve iğ şekli arasında değişir. Genellikle nukleolus taşımazlar ve birbirlerine ve vegetatif nukleusa yakın yer alırlar. 23

25 Şekil 24. Petunia hybrida'da karşı tozlaşmadan sonra polen tüplerinde generatif hücrenin mitoz böıünmesiyle spermlerın oluşması. Sperm nukleusları profaz nukleusuna benzerler. Eski literatürün aksine bugün sperm hücrelerinin gerçek hücreler olduğu kabul edilmektedir. Plazma membranı ile çevrili, az miktarda sitoplazma ve az sayıda basit yapılı organel içeren hücrelerdir. Sperm hücrelerinin sitoplazmasında mitokondri, ER, golgi, ribozomlar, küçük vakuoller, plastidler gibi hücre organellerine rastlanır. Normalde bir polen tüpünde iki sperm hücresi oluşur. Bir polen tüpünde 2 den fazla spermin bulunması ender rastlanan bir anormalliktir. Stilus dokusuna uyuşma göstermeyen polen tüplerinde olduğu gibi, mitoz bölünmede görülen düzensizlikler nedeniyle bir polen tüpünde ikiden fazla sperm de bulunabilir. Bir dikotil olan Helianthus annuus'da ipliksi sperm hücrelerinin boyu yaklaşık 40 µ, bir monokotil olan Zea mays da 14 µ dur. Üç hücreli polenlerde polen tüpü oluştuktan sonra vegetatif nukleus ve sperm hücreleri tüp içine girerler. Bugünkü bilgiler, polen tüpü içinde spermlerin hareketinden mikrofilamentlerin sorumlu olduğunu göstermektedir. ANORMAL DURUMLAR 1. Cyperaceae familyasında poien gelişimi: Daha önce belirtildiği gibi, angiospermlerin çoğunda bir polen ana hücresi mayoz bölünme sonunda dört haploit spor içeren mikrospor tetradı verir. Tetradın etrafındaki kalloz çeperin erimesiyle 4 spor anter lokusu içine dağılır ve her biri polen tanesi olarak farklılaşır. Cyperaceae familyasına dahil bitkilerde polen gelişimi özel bir durum gösterir: Bir polen ana hücresinin mayoz bölünmesi sonunda simultane sitokinez ile dört nukleus oluşur ve bunlardan sadece biri faaldir, diğerleri görev yapamaz. Bu familyadan Scirpus da (Şekil 25) ana hücreden oluşan dört nukleustan üçü körelir. Faal olan nukleus polen tanesini oluşturur. 24

26 Şekil 25. Scirpus paluster de erkek gametofitin gelişimi. A. Mikrospor ana hücresi Telofaz II de. A-D. Üç mikrosporun bir kenara itilmesi ve faal mikrosporda bölünme. E. Vegetatif ve generatif hücreli polen tanesi. F. Generatif hücrenin bölünmesi. Görüldüğü gibi Cyperaceae familyasına dahil bitkilerin mikrosporogenezinde aynı megasporogenezde olduğu gibi spor körelmesi olayı görülmektedir. Bu olay bu familyaya has olan ilginç bir durumdur. 2. Embriyo kesesine benzer polenler: Normal olarak olgun polen tanesinde nukleus sayısı iki veya üçtür. Ender olarak, anormal gelişme nedeniyle ortaya çıkan daha fazla sayıda nukleus taşıyan polen tanelerine Hyacinthus orientalis'te rastlanır. Aynı anormallik Ornithogalum nutans'da da gözlenmiştir. Şekil 26. Hyacinthus orientalis'de polen-embriyo kesesi gelişimi. A. Mikrospor birinci bölünmenin metafazında. B. Mikospor polen-embriyo kesesi oluşturmak için genişlemiş durumda, nukleus metafazda. C. Polen-embriyo kesesinde ikinci bölünmenin metafazı. D. Dört nukleuslu embriyo kesesi. E. Dört nukleuslu embriyo kesesinde metafaz. F. Anafaz. G. GeIişmiş polen-embriyo kesesi. 25

27 3. Polen verimsizliği: Angiospermlerde polen verimsizliği çeşitli nedenlerden ileri gelir. Bunlardan en önemlisi mayoz bölünmede görülen düzensizliklerdir. Bitkinin hibrit yapısı, kromozomlar arasında homologi eksikliği veya ısı şokları gibi çevresel koşullar nedeniyle ortaya çıkan mayotik düzensizlikler sonucunda kromozom içeriği bakımından dengesiz sporlar oluşur. Bazen mayoz normal devam eder fakat gametofit gelişmesi düzensizdir veya gelişme tamamlanamaz. Ayrıca daha önce anlatıldığı gibi tapetum hücrelerinde görülen bazı düzensizlikler de polen verimsizliğine neden olur. MEGASPORANGİYUM Çiçekli bitkilerde dişi üreme organı (pistil) 3 kısımdan oluşur: stigma, stilus ve ovaryum. Stigma polenleri kabul edici bir yüzey oluştururken stilus, ovaryuma doğru büyüyen polen tüpleri için bir yoldur. Ovaryum ise olgunlaştıklarında tohuma dönüşen ve sayı ve dizilişleri bitki türüne göre değişen tohum taslaklarını içerir. Tohum taslağı veya megasporangiyum integümentlerle çevrili nusellus dokusudur. Tohum taslağı, funikulus denilen bir sapla ovaryumun iç çeperinde plasentaya bağlıdır. İntegümentler üst kısımda mikropil deniien bir açıklık bırakırlar. Mikropil poien tüpünün tohum taslağına girdiği esas açıklıktır. Funikulusun bağlandığı kısım olan tohum taslağının kaide kısmına kalaza denir. Nusellusta embriyo kesesi diye isimlendirilen dişi gametofit bulunur. Olgun tohum taslakları funikulusa göre mikropilin durumuna bağlı olarak beş tipe ayrıiır (Şekil 27). Şekil 27. Tohum taslağı tipleri; A. Atrop, B. Anatrop, C. Kampilotrop, D. Hemianatrop E. Amfitrop F. Sirsinotrop Atrop (veya ortotrop) tohum taslaklarında mikropil ve funikulus düz bir çizgi boyunca uzanırlar. Tohum taslağının tek yanlı büyümesinden dolayı mikropil ile funikulusun birbirine yakın olduğu tohum taslakları anatroptur. Davis'e göre (1966) angiosperm familyalarının % 82'si anatrop tohum taslağı içerir. Kampilotrop tohum taslaklarında kıvrım anatrop taslaktakinden daha azdır. Eğer kıvrılma daha belirgin şekilde olur ve embriyo kesesi 26

28 de buna katılırsa bu tip tohum taslaklarına amfitrop tohum taslakları denir. Nusellus ve integümentler funikulusla dik bir açı meydana getirirlerse hemianatrop (veya hemitrop) tohum taslağı adını alırlar. Cactaceae, Aristolochiaceae ve Plumbaginaceae ye dahil bazı bitkilerde sirsinotrop diye isimlendirilen özel tipte bir tohum taslağı görülür. Tohum taslağı önce anatrop bir tarzda oluşur, sonra daha fazla kıvrılır ve tamamen dönerek mikropil tekrar yukarı doğru bakar. ONTOGENİ Tohum taslakları bir veya iki integüment taşır. Tek integüment taşıyan tohum taslakları unitegmik, iki integüment taşıyan tohum taslakları bitegmik olarak isimlendirilirler. Gimnospermlerde, tohum taslakları unitegmik, angiospermlerde ise daha değişkendir. Birçok familyada bitegmik durum görülür. Olacaceae familyasından bazı bitkilerde tohum taslakları integüment taşımaz ve ategmiktirler (Davis, 1966). Ontogenik olarak tohum taslağı ovaryumun plasentasında küçük homogenik bir kitle olarak doğar. Bu evrede tohum taslağı atroptur. İntegümentler bu dokunun kaidesine yakın bir yerden belirmeye başlar. Olgun tohum taslağında nusellus oluşur. İntegümentlerin farklılaşması ile ve megaspor ana hücresinin farklılaşıp mayoz geçirmeye başlaması ile tohum taslağı bükülmeye başlar. Mayoz bölünme ilerlerken tohum taslağının bükülmesi devam eder ve genellikle tohum taslağı son şeklini megaspor tetradı evresinde alır (Şekil 28). İntegümentler daha geç oluştukları halde nusellustan daha hızlı gelişirler ve hemen mikropil hariç nusellusu sararlar. Şekil 28. Anatrop bir tohum taslağının gelişim evreleri. E. Tamamen gelişmiş bitegmik, anatrop tohum taslağı (oklar integüment taslaklarını gösteriyor). 27

29 İNTEGÜMENT TAPETUMU (ENDOTELYUM) İntegümentlerin histogenezinde dikkat çeken olaylardan biri integüment tapetumunun veya endotelyumun farklılaşmasıdır. Bu tabaka dikotiiierin yaklaşık 65 familyasında, monokotiilerin 7 familyasında görülür. Gelişimin erken evresinde nusellusu körelen birçok tohum taslağında, embriyo kesesi integümentin en iç tabakası ile temasa geçer. Bu tabaka embriyo kesesinin besleyici görevini yapmak için farklılaşır ve anter tapetumuna benzediğinden integüment tapetumu veya endotelyum adını aiır (Şekil 29). Özellikle tenuinussellat tip tohum taslaklarında ortaya çıkar. Endotelyum unitegmik tohum taslaklarında tek integümentin iç tabakasından veya bitegmik tohum taslaklarında iç integümentin iç tabakasından meydana gelir. Şekil 29. Lobelia trigona'da integüment tapetumu gelişimi. Endotelyum tabakasının hücreleri boyuna uzama gösterirler ve büyük nukleus içerirler. Sitoplazmaca zengindirler, yağ ve nişasta depo ederler. Hücreler iki veya çok nukleuslu hale gelebilirler. Bazı bitkilerde endomitoz ve nukleus birleşmesi sonucu poliploidi gösterirler. Endotelyum ile ilgili ayrıntılı yapısal ve fizyolojik çalışmalar çok olmamasına rağmen, embriyo kesesinin etrafında bulunması ve sitolojik özellikleri bakımından anter tapetumuna benzemesi nedeniyle görevsel olarak da bu tabakaya benzediği düşünüimektedir. Endotelyumun en önemli görevi embriyo kesesine besin temin etmektir. Bu basit olarak, funikulus ve kalazadaki iletim dokusuyla integümente verilen besinlerin nakledilmesiyie veya amilaz, proteaz gibi hidrolitik enzimlerin komşu integüment dokusuna salınmasıyla olur. Birçok familyada gelişimin ileri evrelerinde endotelyum parçalanır ve tohum gelişiminin ileri evrelerinde görünmez olur. Sadece bazı famiiyalarda (Plantaginaceae, Polomoniaceae, Linaceae) endotelyum olgun tohumda da kalır. 28

30 MİKROPİL Bitegmik tohum taslaklarında mikropil ya integümentlerin her ikisinde veya sadece iç integümentte oluşur. Ender olarak dış integüment mikropil oluşturabilir. Her iki integümentin mikropil oiuşumuna katıldığı hallerde dış integüment tarafından meydana getirilen mikropil ekzostome, iç lntegüment tarafından oluşturulan endostome adını alır. Unitegmik tohum taslaklarında uzun ve dar bir mikropil bulunur. Sabiaceae ve Orchidaceae familyalarına dahil bazı bitkilerde mikropil meydana gelmez. FUNİKULUS Funikulus, genellikle tohum taslağının kalaza bölgesine doğru uzanan bir iletim demeti taşıyan gevşek parankimatik hücrelerden oluşan kısa bir yapıdır. Her bir tohum taslağı normal olarak kendi funikulusuna sahiptir fakat Cactaceae'de funikulus sık sık dallanma gösterir ve iki veya daha çok tohum taslağı aynı sapta meydana gelir (Şekil 30 A,B). Şekil 30. A. Opuntia dillenii de funikulusun dallanması. B. Epiphyllum crenatum'da funikulusun dallanması. OBTURATOR Birçok familyada tohum taslağı obturator diye isimlendirilen ve funikulustan veya plasentadan gelişen bir yapı içerir (Şekil 31). Obturator nusellus ve integümentler arasındaki alana doğru veya tohum taslağı ve ovaryum çeperi arasındaki alana doğru büyüyen bir yapıdır. Obturator iletim demeti içermez ve oldukça uzamış ve bazen salgı tabiatında hücrelerden oluşur. Döllenmeden sonra obturator körelir. Şekil 31. Acalyha indica'da plasenta'dan meydana gelen obturator 29

31 NUSELLUS Tohum taslağı içindeki ve integümentler tarafından sarılan doku nusellustur. Her bir tohum taslağında tek bir nusellus bulunur. Bazı hallerde bir anormallik olarak ikiz nuselluslu tohum taslakları da gözlenebilir (Aegle marmelos, Hydrocleis gibi). Nusellusun gelişimine göre tohum taslakları iki tiptir: 1. Tenuinusellat tip: Megaspor ana hücresi tek sıralı nusellus epidermisinin hemen altında bulunur. 2. Krassinusellat tip: Megaspor ana hücresi nusellusun derinlerinde yani nusellus epidermisinin altında birkaç hücre sırasından sonra bulunur. Gelişimin erken evresinde nusellus, epidermis ile çevrili homojen bir hücre kitlesidir. Bu doku içinde bir veya birkaç hücre farklılaşarak arkespor hücrelerini oluşturur. Bu hücreler daha büyük hacimleri, bol sitoplazmaları ve büyük nukleusları ile diğer hücrelerden kolayca ayırt edilebilirler. Bu arkespor hücresi görülen bitkilerde bu hücre doğrudan megaspor ana hücresi olarak farklılaşır. Eğer megaspor ana hücresi ve bundan meydana gelenler nusellus epidermisinin hemen altında yer alıyorlarsa bu tip tohum taslağına tenuinusellat tip tohum taslağı denir (Şekil 32). Bazı bitkilerde arkespor hücresi periklinal olarak bölünerek primer parietal hücre ve primer sporogen hücreyi verir. Primer parietal hücre ya bölünmeden kalır veya bir seri periklinal ve antiklinal bölünme geçirir, Primer sporogen hücre ise çoğunluk megaspor ana hücresi olarak farklılaşır. Böyle durumlarda megaspor ana hücresi ve ondan meydana gelenler nusellus dokusunda gömülü haldedirler. Bu tip tohum taslaklarına krassinusellat tip tohum taslağı denir (Şekil 33). Şekil 32. Elytraria acaulis'in tenuinusellat tohum taslağında megasporogenez. A.B. Megaspor ana hücresi, C. Tetrat evresi, D. Kalazadaki faal megaspor, diğer üçü körelmiş durumda 30

32 Şekil 33. Myiophyllum intermedium'un krassinusellat tohum tasiağında megasporogenez. A. Arkespor hücresinin böiünmesinden sonra primer parietal hücre ve primer sporogen hücre. B. Primer parietal hücre enine bölünür, primer sporogen hücre genişler. C. Diat evresi. D. Tetrat evresi Nusellus çoğunlukla gelişen embriyo kesesi veya endosperma tarafından ezilir ve yok edilir. Fakat Proteaceae, Piperaceae ve Zingiberaceae familyalarınn bazı örneklerinde olduğu gibi besin maddelerini depo eder ve olgun tohumda besi dokusu olarak kalır ve perisperma adını alır. Ender görülen diğer bir durum da nusellus dokusunun gelişimin erken evresinde parçalanmasıdır. Sonuç olarak embriyo kesesi etrafında yalancı embriyo kesesi denilen büyük bir boşluk meydana gelir. Bu yapı Podostemaceae familyasında görüiür ve bu familyada gelişen embriyoyu endospermanın yerine, sitoplazmasında serbest nukleuslar içeren yalancı embriyo kesesi besler. HİPOSTASE VE EPİSTASE Embriyo kesesinin kalaza tarafındaki bir grup hücre, gelişim sırasında anatomik farklılaşma geçirir ve bu farklılaşmış hücre grubuna hipostase denir. Hücrelerinin çeperleri kütin, suberin, lignin gibi maddelerden dolayı kalınlaşmıştır ve sitoplazmaları azalmıştır. Bazı bitkilerde hipostase hücreleri ince çeperli kalır ve salgı hücresi yapısındadırlar. Sitoplazmada tanene benzer maddelerin biriktiği görülür. Hipostase birçok familyada görülür ve varsayılan görevleri şunlardır: 1. büyüyen embriyo kesesi için büyümeye bir sınır veya bir çeşit engel oluşturur ve embriyo kesesinin tohum taslağının kaidesi içine itilmesini önler, 2. sıcak ve kuru mevsimlerde, uzun uyku süresince dinlenme halindeki tohumlarda su dengesini korur, 3. embriyo kesesi ile funikulustaki iletim demetini bağlar ve böylece besin materyalinin hızlı olarak naklini kolaylaştırır. Hipostase embriyo kesesi altındaki nusellus hücrelerinden meydana gelirken, epistase embriyo kesesi üstündeki nusellus epidermisi tarafından oluşturulur. Epistase çeperleri kalınlaşmış ve mantarlaşmış hücrelerden oluşan şapka gibi bir yapı meydana getirir ve bu yapı embriyo gelişiminin ileri evrelerinde bile ayırt edilebiiir. 31

33 MEGASPOROGENEZ Arkespor hücresi: Arkespor hücresi, nusellus hücrelerinin merkezi bir yerinde muhtemelen bu bölgedeki uygun besleyici koşullar nedeniyle hipodermal durumda farklılaşır. Genç halde çevresindeki hücrelerden daha geniş hacmi, vakuolsuz sitoplazması ve büyük nukleusu, bazen iki veya üç nukleolus taşıması ile kolayca ayırt edilir. Arkespor hücresi genellikle tektir, fakat iki veya bazı bitkilerde olduğu gibi çok hücreli de olabilir. Megaspor ana hücresi A. Sitoplazmik içerik: Erken profazda megasporosit (megaspor ana hücresi veya makrospor ana hücresi), homojen dağılan sitoplazmik organeller bakımından zengindir. Geç profazda organeller azdır ve ilkel durumdadırlar. Plastidler uzamış ve büzülmüştür, mitokondrilerin çapları azalmış ve krista sayıları indirgenmiştir. Burada yapılabilecek genelleme; erken evrede yoğun halde bulunan organellerin özellikle pakitenden sonra dört nukleuslu embriyo kesesi evresine kadar azalmasıdır. Önemli özelliklerden biri megaspor ana hücresinin (MAH) organeller bakımından kutuplaşma göstermesidir. Bazı bitkilerde organeller megasporositin mikropil tarafında daha fazladır. Buna zıt olarak, bazı bitkilerde de nukleus hücrenin kalaza bölgesine hareket eder ve organellerin çoğu nukleus etrafında toplanır. B. Hücre çeperinin yapısı: Megasporositin çeperi hemiselüloz, selüloz ve bol pektin içerir ve komşu hücrelerle plazmodezmalar ile bağlantıdadır. Megasporogenez sırasında dikkati çeken bir durum da, megaspor ana hücresinin çeperinde kalloz birikmesidir. Kalloz maddesinin birikimi ile komşu hücreler ile aralarındaki plazmodezmal bağlantılar kalkar ve megaspor ana hücresi izole edilmiş bir hücre haline gelir. KaIloz, hücre çeperinin geçirgenliğini azaltan moleküler bir filtre oluşturur. Mayoz bölünmesinin başlamasıyla çevre nusellus hücreleri ve megaspor ana hücresi arasında plazmodezma bağları kesilir. Megaspor ana hücresinde mayoz bölünmenin başlaması nukleus ve sitoplazmadaki değişikliklerle başlar. Megaspor ana hücresi (MAH) genişler ve mayoz bölünme başlar. MAH 1. mayoz bölünmenin tipik evrelerini geçirir. 1. Mayoz bölünmenin sonunda bazı familyalarda sitokinez meydana gelirken, bazı familyalarda meydana gelen iki nuklaus aynı sitoplazmada kalır. Angiospermlerin çoğunda 2. mayoz bölünme sonucunda dört megaspor oluşur, fakat buniardan sadece biri embriyo kesesi halinde gelişir, geri kalanlar körelir ve 32

34 absorbe olur (Şekil 34). Faal megasporun yeri genetik olarak belirlenir ve familyalara göre değişir. Bu megaspor, diğer megasporlar ile karşılaştırıldığında besin materyalinin ve sitoplazmik organellerin daha büyük kısmını miras olarak alan veya tohum taslağında besin bakımından daha uygun durumda olan megaspordur. Körelecek olanlar ise daha fazla sayıda hidrolitik enzim içeren keseler taşımaktadır. Faal megaspor, ard arda 3 mitoz bölünme geçirir ve sonuçta aynı megaspor çeperi içinde 8 nukleus meydana gelir. Bu bölünmeler meydana gelirken nukleus bölünmelerini sitoplazma bölünmeleri izlemez, yani sitokinez meydana gelmez. Aynı zamanda megasporosit belirgin bir uzama evresi geçirir ve bir kese görünümü kazanır. Megasporositin çeperi hızlı bir sentez mekanizmasıyla embriyo kesesi çeperi haline dönüşür. Kesenin içindeki 8 nukleustan 6 tanesi belirgin bir kutuplaşma gösterirler ve etraflarına çeper oluştururlar. Mikropil tarafındaki 3 hücreden ortadaki yumrta hücresi, diğer ikisi sinergit hücreleri adını alır. Embriyo kesesinin kalaza tarafına 3 hücre yerleşir ve bunlar antipod hücreleri olarak tanımlanırlar. geriye kalan iki serbest nukleus embriyo kesesinin ortasına ilerler ve merkezi hücre olarak farklılaşır. Böylece embriyo kesesi 8 nukleus ve 7 hücreden ibaret bir yapı haline gelir. Şekil 34. Angiospermlerde megagametogenez ve megagametogenez. 33

35 Megaspor ana hücresinin mayoz bölünme geçirerek megasporları meydana getirmesi olayına megasporogenez adı verilir. Angiospermlerde genellikle meydana gelen 4 megaspordan 3 tanesi körelir. Geri kalan megaspora faal megaspor denir. Faal megasporun ard arda 3 mitoz bölünme geçirerek içinde dişi gamet olan yumurta hücresini bulunduran embriyo kesesini meydana getirmesi olayına megagametogenez adı verilir. ENDER GÖRÜLEN DURUMLAR Verimsiz tohum taslakları: Ranunculaceae'nin aken içeren cinsleri genellikle tek tohum taslağı taşır. Bazı türlerde verimli tek tohum taslağına ilave olarak 2-4 tane steril tohum taslakları da gözlenmiştir (Şekil 35). Bhandari (1968) e göre bazen dört veya bazen beş megaspor ana hücresi içeren A. rivularis de verimsiz tohum taslaklarının görülüşü çok tohum taslaklı foliküllerden tek tohum taslaklı akene doğru evolüsyoner bir meyil olduğunu gösterir. Adonis microcarpa da da verimli tohum taslağına ilave olarak sayılan 1-4 arasında değişen verimsiz tohum taslakları da gözlenir. Bu bitkide verimsiz tohum taslakları megaspor ana hücresi I. mayoz bölünmenin bazı evrelerini geçirebilir fakat olgun embriyo kesesi oluşumuna kadar gelişim ilerlemez. İleri gelişim evrelerinde verimsiz tohum taslakları körelir (Şekil 36). Şekil 35. Anemone rivularis'de, A. Bir verimli bir verimsiz tohum taslağı taşıyan karpel, B. İki verimsiz tohum taslağı taşıyan karpel Şekil 36. Adonis microcarpa'da, A. Bir verimli iki verimsiz tohum taslağı taşıyan karpel, B. bir verimli üç verimsiz tohum taslağı taşıyan karpel Olacaceae'ye dahil bazı bitkilerde nusellus ve integüment halinde belirgin bir farklılaşma yoktur. Santalaceae'de nusellus ve integüment arasında belirgin bir ayırım yoktur. Bazı bitkilerde nusellus 1,2 ve 3 epidermis hücresinden oluşur. Loranthaceae'de ise bilinen anlamda tohum taslağı yoktur. Bu familyadan bazı bitkilerde ovaryum kaidesinde konik bir çıkıntı görülür. İntegümentlerdeki indirgenme mikropili olmayan ategmik tohum taslaklarının oluşumuna neden olur. 34

36 DİŞİ GAMETOFİT Dişi gametofit (embriyo kesesi) birçok bitkide yedi hücreden oluşan bir yapıdır (Şekil 37) ve belirgin bir kutuplaşma gösterir. Kesenin mikropil tarafında bir yumurta hücresi ve iki sinergitten oluşan bir yumurta cihazı, kalaza tarafında üç antipot hücresi bulunur. Kesenin merkezinde ise iki polar nukleus (kutup nukleus) veya onların birleşmesiyle oluşan sekonder nukleus taşıyan büyük bir merkezi hücre bulunur. Yumurta cihazının hücreleri ve antipot hücreleri tek nukleuslu ve haploit, merkezi hücre ise iki nukleuslu ve diploittir. Bu tip gelişim angiospermlerin çoğunda görülür ve Polygonum tip olarak isimlendirilir. Dişi gametofitin yapısının ilk olarak Polygonum divaricatum'da Strasburger (1878) tarafından aydınlatılmasından sonra, birçok araştırıcı farklı bitkilerde embriyo kesesinin ontogenisi ve yapısı üzerinde çalışmıştır ve farklı sayı ve dizilişte hücrelerden oluşan embriyo keselerinin olduğunu belirtmişlerdir. Dişi gametofit, megaspor ana hücresinin mayoz bölünmesiyle oluşan megaspor veya megasporlardan gelişir. Faal megaspor farklılaştıktan sonra dişi gametofitin gelişimi hızlanır. Sekiz nukleuslu embriyo kesesi oluşumuna yol açan üç mitoz bölünme genellikle 48 saatten fazla zaman almaz. Şekil 37. Angiospermlerin çoğunda görülen olgun bir embriyo kesesi diyagramı. Kalın çizgi hücre çeperinin varlığını göstermekte. 35

37 Uzama çoğunlukla mikropil kalaza ekseni boyunca olur. Başlangıçta megaspor sitoplazması vakuolsüzdür, daha sonra küçük vakuoller ve bunların birleşmesiyle büyük vakuoller oluşur. Faal megaspordaki 1. mitoz bölünmeyi çeper oluşumu izlemez ve meydana gelen iki nukleus zıt kutuplara itilir, nukleuslar benzer sitoplazma içine gömülür. Küçük vakuoller birbirleriyle birleşerek iki nukleus arasındaki bölgeye göç ederler. Buradaki organeller bozulur ve sonunda merkezi bir vakuol oluşur. Bu evreye 2 nukleuslu embriyo kesesi evresi adı verilir. Kutuplardaki her bir nukleusun ikinci mitoz bölünme geçirmesi sonunda iki kutupta ikişer nukleus meydana gelir (4 nukleuslu embriyo kesesi) Daha sonra kutuplardaki nukleusların üçüncü mitoz bölünme geçirmesiyle dörder nukleus oluşur (8 nukleuslu embriyo kesesi). Bu evrede sekiz nukleus ortak bir sitoplazma içinde bulunurlar. Bu bölünmeler sırasında kese yavaş yavaş büyümeye devam eder ve özellikle sekiz nukleus oluşumundan sonra hücre dikkate değer bir uzama geçirir ve kese görünümü kazanır. Büyüme sırasında genişleyen embriyo kesesi tarafından ezilen nusellus hücreleri körelerek yok olurlar ve embriyo kesesine yer açarlar. Mikropil tarafındaki dört nukleustan üçünün etrafında hücre çeperleri oluşur ve yumurta cihazı hücrelerini meydana getirirler, dördüncü ise kutup nukleuslarından birini vermek üzere merkezi hücrenin sitoplazmasına doğru hareket eder. Yumurta cihazındaki hücrelerden ortadaki hücre yumurta hücresi, yanındakiler sinergit hücreleri olarak isimlendirilirler. Kalaza tarafındaki dört nukleustan üçü antipotları, dördüncü de merkezi hücredeki diğer kutup nukleusunu meydana getirir (olgun embriyo kesesi). Daha sonra polar nukleuslar birbirine çok yakın yer alırlar ve birçok bitkide döllenmeden önce sekonder nukleusu oluşturmak üzere birleşirler. Embriyo kesesindeki hücreler sekonder nukleusu içeren merkezi hücre (diploit) hariç haploittir. Embriyo kesesi gelişiminin bu modeli çiçekli bitkilerin çoğunda görülür ve Polygonum tipi olarak isimlendirilir. Davis e (1966) göre angiospermlerin % 81 inde bu tip gelişim görülür. Sekiz nukleuslu evreden sonra çeper oluşumu, mekanizmayı tamamen aydınlatmaya imkan vermeyecek kadar hızlı geçer. Çeper oluşumu önce kalaza bölgesinde başlar veya her iki tarafta aynı anda görülür. Embriyo kesesinin dış çeperi genellikle kalındır ve plasmodezma içermez. Ender olarak embriyo kesesi kutikula ile çevrili olabilir. 36

38 DİŞİ GAMETOFİT TİPLERİ Megagametofitin (embriyo kesesi) gelişim tipini tayin eden birçok etken vardır. Mayoz, polarite ve mayoz sonrası mitozların sayısı gelişim tipini tayin eden önemli etkenlerdendir. Örneğin polarite megasporogenezin başından itibaren embriyo kesesinin gelişimine yol gösterici bir etkendir. Embriyo kesesi gelişimine mayoz sonrası oluşan megasporlardan biri, ikisi veya dördü katılabilir. Dişi gametofit, gelişimine katılan megaspor nukleuslarının sayısına bağlı olarak üç temel gruba ayrılır: monosporik, bisporik, tetrasporik. Her tip de görüldüğü cinsin adına bağlı olarak alt tiplere ayrılır. Aynı cinse ait türlerde genellikle aynı tip embriyo kesesi görülür. Monosporik embriyo keseleri Monosporik embriyo keselerinin temel özelliği kese oluşumuna sadece bir megasporun katılmasıdır. İki tip monosporik gelişim vardır: 1. Polygonum tip: Embriyo kesesi, tetratın kalaza tarafındaki megaspor tarafından meydana getirilir ve olgun halde sekiz nukleusludur. Olgun embriyo kesesi bir yumurta cihazı, üç antipot hücresi ve iki polar nukleuslu bir merkezi hücre içerir (Şekil 38 A). Polar nukleuslar spermle döllenmeden önce birleşerek sekonder nukleusu oluştururlar veya döllenmeye kadar yan yana kalırlar. 2. Oenothera tip: Embriyo kesesi, tetratın mikropil tarafındaki megasporundan meydana gelir ve olgun halde dört nukleusludur. Olgun kesede bir yumurta cihazı ve tek nukleuslu bir merkezi hücre vardır (Şekil 38 B). Bu tip embriyo kesesi Onagraceae familyasının özelliğidir. Faal megaspor iki mitoz bölünme geçirir, üçüncü bölünme görülmez ve bu şekilde dört nukleus meydana gelir. Bunlar olgun embriyo kesesinde iki sinergit, bir yumurta ve bir polar nukleusu oluştururlar. Tüm nukleuslar embriyo kesesinin mikropil tarafında yer alırlar, kalaza tarafında antipotlar yoktur. Bisporik embriyo keseleri Bisporik embriyo kesesi taşıyan bitkilerde, l. mayoz bölünmeden sonra çeper oluşur ve haploit diat hücreleri meydana gelir. Diat hücrelerinden sadece biri II. mayoz bölünmeye devam eder, diğeri körelerek yok olur. Faal diat hücresinde ikinci mayoz bölünmeden sonra çeper meydana gelmez ve oluşan her iki megaspor da embriyo kesesi gelişimine katılır. Bisporik embriyo keseleri iki tipe ayrılır: 37

39 1. Allium tip: Embriyo kesesi kalaza tarafındaki diat hücresinden meydana gelir. Bunun mayoz bölünmesini tamamlamasıyla meydana gelen megaspor iki mitoz bölünme geçirir. Olgun kese sekiz nukleusludur ve organizasyon Polygonum tipe benzer (Şekil 38 C). 2. Endymion tip: Embriyo kesesi mikropildeki diat hücresinden meydana gelir. Bundan sonraki gelişim Allium tipinde olduğu gibidir ve olgun kese sekiz nukleusludur (Şekil 38 D). Tetrasporik embriyo keseleri Bu grupta I. ve II. mayoz bölünmeyi çeper oluşumu izlemez ve mayoz sonunda dört haploit megaspor aynı sitoplazma içinde kalır. Dört megaspor da embriyo kesesi gelişimine katılır. Tetrasporik embriyo kesesi gelişiminde nukleusların davranışiarı oldukça değişkendir. Bu nedenle birçok araştırıcı tarafından çok çeşitli sınıflandırmalar yapılmıştır. Maheshwari (1950) tetrasporik embriyo keselerini başlıca yedi gruba ayırmıştır. 1. Nukleus birleşmesi görülmeyenler 1. Adoxa tip: Olgun embriyo kesesi megaspor ana hücresinin mayoz bölünmesinden sonra, tek bir mitoz bölünme ile oluşan sekiz nukleus içerir. Organizasyon Polygonum tipe benzer (Şekil 38 E). 2. Plumbago tip: Bu tipte megaspor ana hücresinin mayoz bölünmesinden sonra bir mitoz bölünme olur ve sekiz nukleus meydana gelir. Nukleuslardan biri yumurta hücresi, diğeri antipot hücresi olarak farklılaşır. Yanlarda iki lateral hücre meydana gelir. Geriye kalan dört nukleus merkeze hareket eder ve kutup nukleuslarını oluşturur. Bunlar bir süre sonra birleşerek sekonder nukleusu meydana getirirler. 3. Penaea tip: Megaspor ana hücresinin mayozundan sonra iki mitoz bölünme olur ve 16 nukleus oluşur. Olgun embriyo kesesi her birinde üç hücre olan dört hücre grubu içerir; biri mikropil, biri kalaza, diğer ikisi yanlarda yer alır. Merkezde kalan dört nukleus kutup nukleuslarıdır. Mikropil tarafındaki grup üçlü yumurta cihazını oluşturur (Şekil 38 F). 4. Peperomia tipi: Penaea'da olduğu gibi olgun embriyo kesesi 16 nukleusludur. Olgun embriyo kesesi bir yumurta hücresi ve bir sinergit içeren bir yumurta cihazı, altı tane yanlarda hücre ve sekiz tane kutup nukleusu içerir. Sekiz nukleus daha sonra büyük bir sekonder nukleus oluşturmak üzere birleşir (Şekil 38 H). 38

40 Şekil 38. Embriyo kesesi gelişim tipleri. 5. Drusa tip: Bu tipte de olgun embriyo kesesi 16 nukleusludur. Olgun kese üç hücreli bir yumurta cihazı, iki kutup nukleusu ve 11 antipot hücresi içerir (Şekil 38 l). 2. Nukleus birleşmesi görülenler II. mayoz bölünmeden sonra megasporlar 1+3 şeklinde dizilirler ve kalaza tarafındaki üç nukleus birleşerek triploit bir nukleus meydana getirir. Dördüncü nukleus mikropil bölgesinde kalır ve haploittir. 6. Fritillaria tip : Nukleus birleşmesinden sonra her iki nukleus (biri haploit, diğeri triploit) iki kere bölünür ve iki kutupta dörder nukleus meydana getirir. Olgun embriyo kesesi üç haploit hücreli bir yumurta cihazı, üç triploit antipot ve biri haploit, diğeri triploit iki kutup nukleuslu bir merkezi hücre içerir (Şekil 38 L). 39

41 7. Plumbagella tip: Nukleus birleşmesinden sonra her bir nukleus bir bölünme geçirir ve dört nukleus oluşur. Bunlardan ikisi mikropilde ikisi kalaza bölgesindedir. Mikropildeki haploit nukleuslardan biri yumurta hücresini, diğeri kutup nukleusunu oluşturur. Kalaza tarafındaki triploit nukleuslardan biri bir antipot hücresini, diğeri kutup nukleusunu oluşturur Şekil 38 K). OLGUN EMBRİYO KESESİ Yedi hücreli olgun embriyo kesesine angiospermler arasında çok sık rastlanır (üç hücreli yumurta cihazı, üç antipot hücresi ve iki nukleuslu merkezi hücre). Bu durum Polygonum tipi embriyo kesesinden başka Allium, Endymion, Adoxa ve Fritillaria tipi embriyo keselerinde görülür. Embriyo keselerinde yumurta hücresinin görülmesi olağandır. Plumbago ve Plumbagella tipleri hariç yumurta hücresi daima iki, ender olarak bir sinergit taşır. Antipotlar hemen hemen tüm embriyo kesesi tiplerinde görülür, fakat sayı ve ploidi dereceleri değişir. Yumurta hücresi Yumurta cihazının üç hücresi embriyo kesesinin mikropil tarafında üçgen şeklinde dizilidir ve spesifik morfoloji ve yapısal organizasyon gösterirler (Şekil 37) Yumurta genç halde sitoplazma ile doludur, yaşlandıkça hücre genişler ve çok sayıda vakuol oluşur. Yumurta hücresi belirgin bir kutuplaşma gösterir. Birçok bitkide nukleus ve organelleri içeren sitoplazmanın çoğu apikal kısımda bulunur, bazal kısmı büyük bir vakuol kaplar. Yumurtada görülen belirgin kutuplaşma zigotta da aynen kaldığı için önemlidir. Yumurta hücresinin sadece çok az bir bölümü embriyo kesesi çeperi ile temas halindedir, hücrenin çoğu iki sinergit ve merkezi hücre ile ortak bir çepere sahiptir. Çeper yapısı olarak sinergitinkine benzer ve kısmi çeper özelliğindedir, yani hücrenin tamamı selüloz çeper ile çevrili değildir. Yumurta hücresinin mikropil bölgesinde hücre çeperi daha kalındır, kalazaya doğru gidildikçe incelir ve kalaza bölgesinde sitoplazma sadece plazma zarı ile çevrili haldedir, hücre çeperi içermez. Sinergit içermeyen embriyo kesesine sahip Plumbago capensis'de yumurta hücresi özel bir durum gösterir. Yumurta hücresinin hemen hemen tamamı hücre çeperi ile çevrilidir ve hücrenin mikropil tarafında parmak şekline benzer çeper uzantıları görülür. Görünüşleri ile olduğu kadar PAS pozitif reaksiyon göstermeleri ile bu çıkıntılar sinergitlerdeki çizgili cihaza benzer. Plumbago'da yumurta hücresinin metabolik bakımdan son derece aktif olduğu ve kendi gametik görevine ilave olarak sinergitlerin görevlerini de üstlendiği düşünülmektedir. 40

42 Dişi gamet olan yumurta hücresi, sperm hücresi ile döllendikten sonra zigotu ve onun ardışık mitoz bölünmeleri ile embriyoyu verecektir. Sinergit hücreleri Embriyo kesesinin mikropil tarafında bulunan uzamış hücrelerdir. Çoğu bitkide olduğu gibi embriyo kesesinde iki tane olduklarında birbirleri ve kısmen de yumurta hücresi ile temas halindedirler. Sinergit çeperi hücreyi tamamen çevirmez yani kısmi çeper özelliğindedir; hücrelerin mikropil tarafı çeper ile, kalaza tarafı ise sadece plazma zarı ile çevrilidir ve çeper kalınlığında dikkate değer değişiklikler görülür. Sinergit hücrelerinin mikropil tarafındaki çeperi daha fazla kalınlaşma gösterir ve çeper burada sitoplazma içine doğru eldiven parmaklarına benzer şekilli bir yapıyı oluşturur ve bu çizgili cihaz (FA) denir. Hücrenin kalaza tarafına doğru çeper gittikçe incelir ve yok olur. Dolayısıyla kalaza tarafındaki sinergit protoplastı sadece çift zarla (biri sinergite diğeri merkezi hücreye ait) merkezi hücreden ayrılır. Bazı araştırıcılara göre sinergitlerin kalaza bölgesinde çeperin olmaması, sinergitin dişi ve erkek gametin birleşmesi olayındaki rolüne bağlanır. Sinergitlerden birine polen tüpünün girişi ve boşalmasından sonra bu sinergitin plazma zarı parçalanır ve görünmez olur. Plazma zarının olmaması ve kalaza bölgesinde çeperin de olmaması erkek gametin dişi gamete geçişini kolaylaştırır. Polen tüpü daima sinergit hücrelerinden birine doğru yönelir. Çoğu bitkide tozlaşmadan sonra sinergitlerden biri körelir ve polen tüpü körelen sinergite girer. Bunun nedeni sinergit hücresi tarafından salınan kimyasal bazı maddelerden dolayıdır (kemotropizma). Büyümesi duran polen tüpünün içeriği körelen sinergit sitoplazmasına tüpte oluşan bir por aracılığı ile boşaltılır. Daha sonra sperm hücrelerinden biri yumurta ve sinergit hücresi arasındaki plazma zarı ile, diğeri merkezi hücre ile aralarındaki plazma zarı ile temas eder. Temas noktalarında plazma zarlarının erimesi ile sperm hücrelerinin sadece nukleusları hücrelere girer ve nukleus birleşmeleri gerçekleşir. İkinci sinergit ise özgün durumda kalır. Her sinergitin bazal bölgesinde hücre çeperi, morfolojisi türlere göre oldukça değişkenlik gösteren bir yapı oluşturur. Çizgili cihaz denilen bu yapı vazo, çivi, balon şeklinde olabilir veya hücre çeperinin yüzeyini arttıracak şekilde sitoplazma içine uzanan parmak şeklindeki çıkıntılar oluşturabilir. Sitoplazmik içeriklerinden dolayı sinergitlerin metabolik bakımından çok aktif hücreler olduğu söylenebilir. Sitoplazmadaki kutuplaşmadan dolayı metabolik aktivitenin çoğu sinergitin mikropil bölgesinde yoğunlaşmıştır. 41

43 Sinergitlerin varsayılan önemli görevlerinden bazıları; besinleri nakletmeleri, sentezlemeleri ve absorplamalarıdır. Embriyo kesesinin yan çeperleri çoğunlukla kalın ve kütinleşmiş olduğundan, sinergitler, besin yüklü nusellustan ve integümentlerden mikropile doğru metabolitlerin alınması için çok uygun bir yerde bulunurlar. Çizgili cihaz çevresindeki mitokondriler aktif nakil için hazır enerji kaynağıdır. Çizgili cihaz çevresindeki büyük nişasta taneli plastit kümeleri lipit cisimleri de bu yapının absorplayıcı görevi olduğunu gösterir. Absorplanmış materyalin yumurta ve merkezi hücreye nakli selüloz çeperin apikal bölgede olmaması ve sinergit-yumurta, sinergit-merkezi hücre arasında bol miktarda plazmodesmaların olması ile kolaylaşır. Sinergitler için düşünülen en önemli görev yukarıda anlatıldığı gibi çifte döllenme olayındadır. Zengin sitoplazmik içerikleri salgı tabiatında hücreler olduklarını düşündürür. Sinergitler kemotropik maddeler sentezlerler ve bunları polen tüplerini çekimlemek amacıyla çizgili cihaza salarlar. Sinergitler polen tüpünün girişinde ve daha sonra spermlerin, yumurtaya ve merkezi hücreye girişlerinde çok önemli rol oynarlar. Yukarıda yapı ve görevleri anlatılan sinergitler geçici hücrelerdir ve döllenmeden sonra körelerek yok olurlar. Fakat bazı bitkilerde daimi kalarak haustoryumlar (emeçler) oluştururlar ve embriyo kesesinin beslenmesinde rol alırlar. Merkezi hücre Embriyo kesesinin en büyük hücresi olan merkezi hücre, bir tarafta yumurta cihazı bir tarafta antipot hücreleri ile temastadır. Bu hücrenin lateral çeperleri, embriyo kesesini kuşatan komşu doku ile kese arasındaki çeperin esasını oluşturur. Merkezi hücre oldukça vakuollüdür ve sitoplazması embriyo kesesi çeperi boyunca uzanan ince bir tabaka halindedir. Yumurta cihazı hücreleri gibi merkezi hücre de kısmi çeper ile çevrilidir. Hücrenin mikropil kısmında yumurta cihazı hücreleri arasında hücre çeperi yoktur. Nusellus veya integümentler ile merkezi hücre arasındaki çeper genellikle kalındır. Merkezi hücre ve antipotlar arasında tam çeper bulunur. Birçok bitkide merkezi hücre, hücre organelleri bakımından zengindir. İyi gelişmiş kristalar içeren çok sayıda mitokondri, yoğun granüler ER, çok sayıda diktiyozom, ribozom gözlenmiştir. Plastidlerin sayısı ve ince yapısı değişkendir. Plastidler bazı bitkilerde nişasta içerir, bazılarında içermez. Merkezi hücrede nişastadan başka depo maddesi olarak lipitlere de rastlanmıştır. 42

44 Merkezi hücre nukleusları embriyo kesesine giren ikinci sperm hücresi ile birleşerek primer endosperma nukleusunu ve onun ardışık mitoz bölünmeleri ile embriyoyu besleyen besi dokuyu (endosperma) meydana getirir. Antipot hücreleri Antipot hücreleri embriyo kesesinin kalaza tarafında bulunan, tam çeperle çevrili ve sitoplazması kutuplaşma göstermeyen hücrelerdir. Embriyo kesesi hücreleri arasında en fazla çeşitliliği antipotlar gösterir. Birçok dikotilde antipotlar embriyo kesesinin olgunlaşması sırasında veya daha önce körelerek yok olurlar. Fakat bazı türlerde körelmeyip embriyo ve endosperma gelişimi sırasında bile görülebilirler. Böyle durumlarda hücrelerin ve nukleusların sayılarında, şekillerinde ve poliploidi derecelerinde çok çeşitlilik görülür. Antipotların sitolojik özelliklerini 3 grup altında özetleyebiliriz: 1. Hücre sayısı değişmez ve gelişimin sonuna kadar 3 hücre olarak kalırlar. Fakat sitokinezin izlenmediği mitoz bölünmeler geçirerek her hücre içindeki nukleus sayısı artar (çok nukleuslu 3 antipot hücresi). 2. Başlangıçta 3 olan hücre sayısı, daha sonra sitokinezin izlendiği mitoz bölünmeler ile artar, hatta antipotlar bir doku görünümü alırlar (çok hücreli, tek nukleuslu antipot hücreleri) 3. Hücre sayısı artmaz, 3 olarak kalır. Fakat endomitoz ve özellikle politeniden dolayı dev nukleuslu poliploit hücreler haline geçerler (her biri poliploit tek nukleuslu 3 hücre) Monokotillerde özellikle otlarda sayıları 100 kadar olabilen çok hücreli bir doku halinde bulunurlar. Cassytha, Hydnora, Scilla, Thismia ve Xyris bitkilerinde hücresel bir yapı göstermezler. Gösterdikleri büyük çeşitlilik nedeniyle antipot hücrelerinin yapı ve görevleri hakkında genelleme yapmak zordur. Antipot hücrelerinin embriyo kesesinde uzun süre kaldığı bitkilerde, bu hücreler embriyo kesesinin beslenmesi ile ilgili olduğu düşünülen ve yukarıda 3 grup olarak özetlenen bazı sitolojik ve yapısal özellikler gösterirler. Yumurta ve merkezi hücre nukleusları ile karşılaştırıldığında antipot hücrelerinin daha fazla DNA içerdikleri görülür. Bazı bitkilerde antipot hücreleri bir seri mitoz bölünme geçirerek çok nukleuslu hale dönüşürler. Antipot hücrelerinin bilinen en yüksek sayısı 300 dür ve Sasa paniculata'da görülür. Bazı bitkilerde bölünmeler sırasında hücreler arasında çeper oluşmaz ve çok nukleuslu protoplast kitlesi 43

45 (sinsitum) oluşur. Antipot hücrelerinde ayrıca nukleus birleşmesi, endomitoz ve politeni de görülür. Scilla bifolia'da endoploidi seviyesi. 1024C ye kadar ulaşabilir. Antipotlar nusellustan merkezi hücreye metabolitler için geçiş yolu olarak iş görürler ve besinlerin naklinde rol oynarlar. Bu sonuca varılmasında plazmodezmaların varlığı, parmak şeklindeki çıkıntılar ve aktif sitoplazma neden olmuştur. Antipotlar, gelişen endosperma ve embriyo için bir depo görevi yaparlar. Birçok bitkide antipotlar bol nişasta, lipid ve protein içerir. Döllenmeden sonra antipotların parçalanması ile ilave bir besin kaynağı ortaya çıkar. Antipot hücreleri salgı görevi de yapabilirler. Çok yoğun ER ve bol ribozomların bulunuşu bunların salgı karakterinde olduğunu düşündürür. Antipot hücreleri çoğu bitkide geçici hücrelerdir ve döllenmeden sonra körelerek yok olurlar, fakat bazı bitkilerde döllenmeden sonra da kalarak yukaruda bahsedilen değişiklikleri geçirirler ve embriyo kesesinin beslenmesinde rol oynarlar. Ayrıca bazı bitkilerde emeçler oluşturarak embriyo kesesi dışındaki da besinleri absorplarlar. EMBRİYO KESESİNDE EMEÇLER Embriyo kesesi hücrelerinden yumurta hücresi hariç diğer hücrelerden emeçler oluşabilir. Cotula austratis'de sinergitlerden biri şişer ve bir emeç yapısına alır. Sedum sempervivoides'de de sinegitlerin emeç oluşturduğu gözlenebilir. Santalaceae familyasından Quinchamalium chilense de sinergitler oldukça büyüktür ve uçları stilüs dokusu içine doğru uzar (Şekil 39). Bu bitkide antipot hücreleri embriyo kesesinin geri kalan kısımlarından bir çeperle ayrılır ve funikulusa doğru büyüyen emeçler oluşturur. Bazı bitkilerde merkezi hücreden çeşitli karpel dokuları içine doğru büyüyen barsak şeklindeki emeç görevi yapan çıkıntılar oluşur. Birçok Loranthaceae ve Santalaceae üyesinde embriyo kesesinin kalaza kutbu lateral bir barsak şeklinde uzama gösterir (Şekil 40). Şekil 39. Quinchamalium chilense de sinergit ve antipot emeçleri içeren olgun embriyo kesesi Şekil 40. Santalum album'un barsak şeklindeki olgun embriyo kesesinin kalaza bölgesindeki barsak şeklindeki emeç 44

46 TOZLAŞMA Polen tanelerinin döllenmeyi sağlamak amacıyla herhangi bir şekilde stigma üzerine taşınmalarına tozlaşma denir. Daha önceki bölümlerde anlatıldığı gibi polen taneleri çok tabakalı anter çeperi ile çevrili olan polen keselerinde, polen ana hücrelerinin mayoz bölünmeleri sonucunda oluşurlar. Bu nedenle tozlaşma için ilk koşul polen keselerinin açılmasıdır (anter açılması). Polenler genellikle sabahın ilk saatlerinde (buğdaygiller), fakat Ulmus, Fraxinus gibi bitkilerde akşam saatlerinde atmosfere yayılırlar. Havadaki polen sayısı sabahın erken saatlerinde en yüksek seviyededir, öğleden sonra sayı azalır ve akşam saatlerinde en düşük miktara iner. Yağmurlu havalarda ise atmosferde hemen hemen hiç polen bulunmaz. ANTER AÇILMASI Anterin açılabilmesi için öncelikle anter dokusunun olgunlaşması ve kuruması gereklidir. Atmosferin nem ve ısısındaki değişiklikler anter çeperinin parçalanmasına ve higroskopik büzülmesine neden olan önemli etkenlerdir. Stomium bölgesi hariç fibrilli kalınlaşmalar içeren hücrelerden oluşan endotesyum tabakası, anter keselerinin açılmasında önemli rol oynar (Şekil 41 A-C). Polenler türe ve çevre koşullarına bağlı olarak ya bir defada veya yavaş yavaş dağılırlar. Cassia türlerinde endotesyum fibrilli kalınlaşmalar içermez. Bunun yerine bu hücrelerin iç, dış ve radyal çeperleri eşit olmayan kalınlaşmalar içerir, bu nedenle çeperler farklı büzülme gösterirler ve böylece mekaniksel bir basınç gelişir. Ender olarak Dillenia da olduğu gibi anter patlamasında mekaniksel rolü epidermis hücreleri üstlenebilir. Birçok angiospermde olduğu gibi Lilium'da stomium anter lopunun tüm uzunluğunca dar bir yarık şeklindedir. Bu nedenle açılma uzun bir yarıkla olur (Şekil 41 A). Bazı cinslerde anterler porlarla açılır (Solanum, Polygala) (Şekil 41 B). Porlar çevredeki dokunun büzülmesiyle birlikte küçük bir bölgede anter çeperinin ayrılıp dağılmasıyla ortaya çıkar. Bazı türlerde dört sporangiyumun polenleri tek bir pordan salınır (Şekil 41 C). Bazı türlerde anterler bir kapakla açılabilir (Şekil 41 D) veya tozlaştırıcı tarafından bulunduğu yerden çıkarılır (Garcinia türlerinde). Viola mirabilis ve Oxalis acetosella gibi bazı kleistogamik çiçeklerde endotesyum indirgenmiştir ve anterler hiç açılmaz. Bu tip çiçeklerde polenler polen keseleri içinde çimlenirler ve polen tüpleri anter çeperine doğru büyür. 45

47 Şekil 41. Anterlerin açılması. A. Yarık ile (Lilium) B. Bazal por ile (Cassia fistula) C. Büyük tek bir terminal por ile (Polygala chinensis) D. Kapak ile (Berberidaceae) POLENLERİN NAKLİ Çiçekli bitkilerde tozlaşmayı iki ana grupta toplayabiliriz. A. Aynı çiçek içinde meydana gelen tozlaşma; kendine tozlaşma, kendileşme veya otogami. B. Farklı çiçekler arasında meydana gelen tozlaşma; karşı tozlaşma veya allogami. A. OTOGAMİ Hermafrodit (aynı çiçekte hem erkek hem dişi organın bulunması) çiçekte polen tanelerinin aynı çiçeğin stigması üzerine ulaşmasına otogami (avtogami) denir. Otogami bitkiler aleminde az görülen bir tozlaşma şeklidir ve iki tipe ayrılır: 1. Viola türlerinde olduğu gibi çiçekler henüz açılmadan polenler olgunlaşır, stigma polenleri kabul edecek duruma gelir ve çiçekler tamamen açılmadan tozlaşma olur. Bu tip tozlaşmaya kleistogami denir. Bu, kendine tozlaşmayı teşvik eden çok etkili bir adaptasyondur. Kleistogami yapısal (kalıtım ile) veya ekolojik (sert çevre koşulları) olarak ortaya çıkabilir. 2. Açılmış çiçeklerde görülen avtogami şekline kasmogami denir. Kasmogamik çiçeklerin olgun anterleri ve stigmaları tozlaşma etkenlerine maruz kalır. Normal olarak kasmogam olan bazı çiçekli bitkiler, belirli çevresel koşullarda kleistogam çiçekler meydana getirmeye başlar. Dünyanın en sıcak çöl bölgelerinden biri olan Timbuctu'da (Orta Amerika) yer ısısı yıl boyu C civarındadır. lsı insan boyunda (170 cm) C 'ye düşer. Dünyanın bu bölgesinde ağaçlar ve insan boyundaki çalılar böceklerle 46

48 tozlaşır. Yer florası ise bu bölgede herhangi bir böcek olmadığından kendine tozlaşır ve bunlarda kleistogami teşvik edilir. Commelia benghalensis bitkisi 2 tip çiçek taşır: 1. Toprak üstü çiçekleri: Parlak mavi veya menekşe renklidirler, kasmogamiktirler, böceklerle tozlaşma yaparlar. 2. Yer altı çiçekleri: Rizomun yer altı dalları tarafından taşınırlar, donuk renklidirler, kleistogamiktirler. Otogaminin bitkiler aleminde sık görülmediğini belirtmiştik, çünkü aynı çiçek üzerinde hem erkek hem dişi organlar bulunduğu halde çeşitli mekanizmalar otogamiye engel olur. Bu mekanizmaları şöyle sıralayabiliriz: Self-Sterilite (Kendine kısırlık) Polenlerin stigma üzerine gelmesi tohum oluşumu için garanti değildir. Örneğin Petunia hybrida'da kendine tozlaşmadan sonra polen tüplerinin büyümesi stilusun bir yerinde durdurulur. Bazı bitkilerde ise polenlerin çimlenmesi stigmada önlenir. Kendi polenleri ile tozlaşmadan sonra döllenme olmayan ve tohum veremeyen bitkiler kendine uyuşmaz bitkiler olarak isimlendirilir. Hermafrodit bir çiçekte polen tanelerinin dişi organın stigması üzerine ulaşabildiği, buna herhangi bir mekanik engel bulunmadığı halde, kendileşmeye genetik olarak engel olunmaktadır. Kendine kısırlık, S geni diye isimlendirilen bir genin allel gen serisi tarafından kontrol edilir. Heterostili Kendine tozlaşmanın bu mekanizma ile önlendiği bitkilerde, çiçekler stilus boyu, stamen boyu ve polenlerine bağlı olarak iki veya daha çok tipe ayrılır. Aynı türe ait farklı çiçeklerde birbirinden farklı uzunlukta stilus bulunmasına heterostili denir. Aynı türün farklı çiçeklerinde uzunluk bakımından iki tip stilus bulunuyorsa buna dimorf heterostili (distili) denir. Primula, Linum, Forsythia'da durum böyledir. Eğer aynı türe ait farklı çiçekler uzunluk bakımından üç tip stilus taşıyorsa buna trimorf heterostili (tristili) denir. Buna Lythrum salicaria ve Oxalis acetosella örnek olarak verilebilir. Dimorf heterostili gösteren Primula vulgaris'de iki tip çiçek vardır (Şekil 42 A,B). 1. Uzun stiluslu, uzun stigma papilli, kısa stamenli ve küçük polen taneli çiçekler. 2. Kısa stiluslu, küçük stigma papilli, uzun stamenli ve büyük polen taneli çiçekler. 47

49 Şekil 42. Distili. A. Uzun stiluslu, kısa stamenli çiçek; B. Kısa stiluslu, uzun stamenli çiçek. Polen nakii oklarla gösterilmiştir. 2. tip çiçeklerde stigma 1. tip çiçeklerin anterleri ile aynı seviyededir. Ayrıca mekanik nedenlerle büyük polenler kısa stiluslu çiçeklerin stigması üzerinde tutunup çimlenemez. Küçük polenlerin uzun stiluslu çiçeklerin stigması üzerinde çimlenmesi de bir cins salgı ile önlenir. Ayrıca küçük polenler uzun stilus üzerinde çimlense bile yedek besinleri az olduğu için polen tüpü embriyo kesesine erişemez. Kısaca verimli bir tozlaşma olabilmesi için kısa stiluslu çiçeğin büyük polenlerinin, uzun stiluslü çiçeğin stigmasına; uzun stiluslu çiçeklerin küçük polenlerinin kısa stilusun stigmasına ulaşması gerekir. Bugünkü bilgilerimize göre morfolojik farklılıkların uyuşmazlık olayının temeline çok da büyük bir etkisi yoktur, esas mekanizma genetik olarak kontrol altındadır. Bu da allogamiyi gerektirir. Lythrum ve Oxalis gibi bazı çiçeklerde üç tip stilus vardır. Bu bitkilerde çiçekler stilus ve stamen boyu ile ilgili olarak üç çeşittir (Şekil 43 A-C). Bir tipin polenleri kendi çiçeklerinin tozlaşmasında değil, diğer iki tip çiçeğin tozlaşmasında etkilidir. Bu tip bitkilerde 3 farklı hacimde polen vardır: en yüksekteki anterde en büyük, en kısadaki anterde en küçük ve orta seviyedekinde ara büyüklükte polenler vardır. Aynı seviyedeki anterlerden stigmalara taşınan polenlerle olan tozlaşmalar uyuşur (6 tane), farklı seviyedekiler arasındaki tozlaşmalar (12 tane) uyuşmazdır. Şekil 43. Tristili. A. Uzun stiluslu, normal ve kısa stamenli çiçek; B. orta stiluslu, uzun ve kısa stamenli çiçek; C. Kısa stiluslu, normal ve uzun stamenli çiçek. Metinde anlatılan polen nakli oklarla gösterilmiştir. 48

50 Dikogami Bir çiçekteki erkek ve dişi organların farklı zamanlarda olgunlaşmasıdır. İki şekilde olabilir: a. Proterandri (Tezerlik): Hermafrodit bir çiçekte, andrekeumun ginekeumdan önce olgunlaşarak polen meydana getirmesidir. Polenler olgunlaştığında ginekeum henüz gelişmemiş ve stigma yüzeyi polenleri kabul edecek duruma gelmemiştir. Dişi organ geliştiğinde polenler çimlenme yeteneklerini kaybetmiş durumdadır. Geranium, Pelargonium, Malva gibi bazı bitkilerde ve Umbelliferae ve Compositae familyalarına ait örneklerde proterandri görülür. b. Proterogini (Tezdişilik): Proterandrinin aksine ginekeum erken olgunlaşır, stigma polenleri kabul edecek duruma gelir. Ancak bu sırada polenler henüz olgunlaşmamış, anterler açılmamıştır. Polenler olgunlaştığında stigma polenleri kabul etme özelliğini kaybeder. Örnek olarak Aristolochia, Plantago, Arum, Helleborus ve Magnolia gösterilebilir. Proterogini Cruciferae ve Rosaceae'de de yaygındır. Herkogami Hermafrodit bir çiçekte, dişi ve erkek organların avtogamiye engel olacak şekilde birbirinden uzakta olmasıdır. Caryophyllaceae'den bazı bitkilerin çiçeklerinde stigma stamenlerin ilerisine doğru uzanr ve böylece polenler stigma üzerine düşemez. Herkogamiye iyi bir örnek olan Vinca'da stilus genişlemiş ve ortasında bir tüy demeti taşıyan baş kısmı, çiçeğin 5 anterinin polenlerini toplama tablası şeklinde farklılaşmıştır. Fakat stigmanın kabul yüzeyi, tabla şeklinde farklılaşmış olan stigmanın üstünde değil alt kısmındadır. Böylece aynı çiçekteki polenlerin stigmaya ulaşması önlenmiş olur ve tozlaşma, ovaryum tabanındaki nektaryumu almak için gelen böcekler aracılığıyla olur. Herkogamiye diğer bir örnek Iris dir. Iris'de 3 stamen vardır ve stamenlerin her biri petaloit birer stilus lopu ile örtülmüş durumdadır. Lopların alt yüzeyinde anterler bulunur. Stigma kabul yüzeyi üst tarafta bulunduğundan polenler kabul yüzeyine ulaşamazlar ve böylece otogami engellenmiş olur. B. ALLOGAMİ Bitkiler aleminde tozlaşma, çoğunlukla farklı çiçekler arasında yani allogami (karşı tozlaşma) ile olur. Söğüt gibi çiçekleri ayrı eşeyli bitkilerde karşı tozlaşma zorunludur, fakat çiçekleri tek eşeyli olan (hermafrodit) bitkilerde de yukarıda anlatılan mekanizmalar nedeniyle bitkiler karşı tozlaşmaya zorlanırlar. 49

51 Tozlaşma farklı çiçekler arasında olduğuna göre polen tanelerinin dişi organ üzerine ulaşmasını sağlayacak bir takım etkenler olmalıdır. Bunlar iki grupta toplanabilir: 1. Doğal etkenler 2. Hayvansal etkenler 1. Doğal etkenler: Bir çiçeğin polenlerinin diğer bir çiçeğin stigmasına taşınmasına neden olan doğal etkenler su, rüzgar ve yağmurdur. Hidrofili Suda yaşayan bazı bitkilerde görülen ve su ile olan tozlaşmadır. Hidrofil bitkilerin çoğu dioiktir, yani dişi ve erkek çiçekler ayrı bitkilerde bulunurlar. Suda yaşayan bitkilerin bazıları su ile tozlaşırken bazıları da kara bitkilerinde olduğu gibi rüzgarla (Myriophytlum, Potamogeton) veya böceklerle (Alisma, Nymphaea) tozlaşır. Hidrofilik bitkilerde çiçek halkaları rüzgarla tozlaşanlarda olduğu gibi oldukça indirgenmiştir veya yok olmuştur. Örneğin Callitriche'nin erkek çiçeği sadece bir stamen, dişi çiçeği çıplak bir karpel içerir. Bir deniz bitkisi olan Posidonia occanica'nın küçük yılan balıklarına benzeyen ilginç polenleri, anterler patladığında denizde bulutlar oluşturmaktadır. Amphilobis antarctica (deniz nilüferi) anterlerinden çıkan iplik şeklinde polenlerin deniz yüzeyine yayıldığı, Halophila da yuvarlak polen tanelerinin uzun, yapışkan iplikler halinde dağıldığı gözlenir (Şekil 44). Şekil 44. Amphilobis ve Halodule gibi deniz türlerinde iplik şeklindeki stigmalar ve sal şeklinde kümeler oluşturan ipliksi polenler. Su ile tozlaşma yapan bitkilerde diğer önemii bir özellik de polenlerdeki eksin tabakasının son derece indirgenmesi veya ortadan kalkmasıdır. Özellikle ipliksi polenlerin çeperi kara bitkilerininki ile karşılaştırıldığında oldukça indirgenmiştir; eksin yoktur ve yapısı kara bitki polenlerinin intinine benzer. 50

52 Anemofili Tozlaşmayı sağlayan doğal etkenlerden en önemlisi rüzgardır. Rüzgarla olan tozlaşmaya anemofili, böyle çiçeklere de anemofil çiçekler denir. Açık tohumluların hemen hemen tamamı rüzgar ile tozlaşma yapar. Anemofil çiçekler rüzgarla tozlaşma yapmaya uygun bazı yapısal özellikler gösterirler. Bu bitkilerin çiçekleri her şeyden önce böceklerle tozlaşan çiçekler gibi gösterişli ve çekici değildir. Çiçekler küçüktür ve genellikle diklindir (erkek ve dişi organlar farklı çiçeklerde). Periant ya indirgenmiş veya tamamen ortadan kalkmıştır. Anemofil çiçekler amentumlar (tırtıl şeklinde sarkık çiçek durumu) halindedir. Özellikle erkek amentumların sarkık ve eksenlerinin eğilebilir olması, rüzgarla kolaylıkla sallanıp, polenlerin yayılmasını sağlar (Populus, Juglans, Betula). Çiçekler genellikle ince saplı panikulalar (başak) durumundadır (Graminea). Panikulaların ince saplı olması en sakin hava koşullarında bile serbestçe hareket edip polenlerin dağılmasını sağlar. Hafif bir rüzgarla panikulalar sallanır ve polenler çevreye yayılır. Anterlerin versatil, filamentlerin uzun ve ipliksi oluşu da polenlerin kolayca yayılmasına yardımcı olur. Anterlerin versatil olması anterin filamente tek noktada ve ortasından bağlı olması anterin rüzgarla serbestçe hareket etmesini ve polenlerin kolayca çevreye dağılmasını sağlar. Bahsedilen bu özelliklerden başka rüzgarla tozlaşan bitkiler tozlaşma şansını arttırmak için çok sayıda polen meydana getirirler. Çünkü rüzgarla taşınma sırasında birçok polen kaybolur ve uygun stigmaya ulaşamaz. Mercurialis annua nın tek bir bitkisinin 1 milyar 352 milyon polen, Zea mays ın 18 milyon 500 bin, Secale cereale nin 21 milyon polen ürettiği tahmin edilmektedir. Ayrıca Pinus ta olduğu gibi uzun süre havada kalmayı kolaylaştırmak amacıyla hava keseleri taşıyabilir. Böylece polenler çok uzaklara taşınabilirler. Örneğin çam polenleri hava akımları sayesinde 400 km kadar uzaklara taşınabilirler. Bir çam erkek kozalağı yılda 12.5 milyar polen üretir. Çam ormanında bir hektarlık alana yılda 1 ton kadar polen düşmektedir. Polenlerin uzun süre havada kalmaları dişi çiçeklere rastlama şansını arttırır. Ayrıca anemofil bitkilerin polenlerinin yüzeyleri düzdür ve yapışkan değildir. Mısır bitkisinin polenleri oldukça büyük ve ağırdır. Hafif bir rüzgar erkek infloresensi sallar ve polenler yukarıdan aşağıya doğru düşerler. Mısırda erkek ve dişi çiçeklerin konumu (Şekil 45) polenlerin ağır olma dezavantajını yener. Erkek çiçek demetleri terminal olarak, dişi infloresensler (mısır koçanı) daha aşağı seviyede lateral olarak meydana gelirler. 51

53 Koruyucu yaprakların dışına uzanan mısır püskülleri stigmaları içerir. Uzunlukları 50 cm ye kadar ölçülmüş olan püsküller erkek çiçekten düşen polenleri yakalarlar. Anemofil bitkilerin dişi organlarında da adaptasyonlar görülür, her ovaryumdaki tohum taslaklarının sayısında azalma görülür. Bu indirgenmenin biyolojik nedeni polenlerin doğruca stigmaya ulaşma şanslarının az olmasıdır. Anemofiller çok tohum taslağı taşısalardı birçoğu döllenmeden kalabilirdi. Örneğin Graminea lerde her ovaryumda bir tohum taslağı vardır. Anemofil çiçeklerin stigmaları polenleri daha kolay tutabilmek için genişlemiştir ve otlarda olduğu gibi tüylü veya Typha da olduğu gibi fırça şeklindedir. Ayrıca çiçek halkalarından dışarı doğru uzanır. Polenlerin stigmaya ulaşması rüzgara bağlı olduğundan, daha geniş bir stigma yüzeyinin polenleri yakalama şansı şüphesiz daha fazla olacaktır. Şekil 45. Çiçekli bir mısır bitkisi 2. Hayvansal etkenler: Hayvanlarla tozlaşma başlıca üç şekilde olur. Ornitofili Kuşlar ile olan tozlaşma şeklidir. Tropiklerin bazı bölgelerinde kuşiar böceklerden daha önemli tozlaştırma araçlarıdır. Özellikle bu bölgelerde sık yağan yağmurlar böceklerin yaşamasını zorlaştırdığından kuşlar tozlaşmada önemli rol oynarlar. Ornitofilik çiçeklerin genel özellikleri, tüpsü şekilli (Nicotiana glauca), kase şekilli (Callistemon) veya kavanoz şekilli (Ericaceae'nin bazı türleri) olmaları, parlak renkli olmaları, bol polen ve nektar içermeleridir. Birkaç istisna dışında hepsi kokusuzdurlar. Pistilleri ve stamenleri genellikle periant loplarının dışına doğru çıkar. 52

54 Kuşlar koku alma duyguları çok gelişmemiş olmasına rağmen çok kuvvetli bir görme yeteneğine sahiptirler, sırasıyla kırmızı, pembe, turuncu, mavi, sarı, beyaz, yeşil ve kestane renklerinden hoşlanırlar. Kuşlar çiçeğin üstüne konmazlar, etrafında fazla hareket etmeden uçarlar ve nektarı alırlar (Şekil 46). Şekil 46. Bir kuş tarafından ziyaret edilen çiçek Hibiscus cinsinden pek çok bitki türü, sinek kuşları ile tozlaşırlar. Sinek kuşu çiçeğin tam karşısında kanatlarını çarparak havada asılı gibi durup ince uzun gagasını nektara ulaşacak biçimde çiçeğin içine sokar. Polenler kısmen kuşun başına sürülürken, stigmaya da aynı şekilde kuşun başında daha önceden ziyaret ettiği çiçeklerden topladığı polenler sürülür. Strelitzia reginae'de tozlaşma güneş-kuşları ile olur. Bitkinin çiçekleri kayık şekilli braktelerde meydana gelir. Üç sepalden biri uzun ve sert mızrak şeklindedirler, stamen ve karpeli sararlar. Anter boşluğunda her biri yüzlerce polen taşıyan iplik şekilli yapışkan yapıların olması bu bitkinin önemli bir özelliğidir. Kuşlar bu çiçekleri ziyaret ettiğinde polen taşıyan iplikler kuşun göğsüne ve karnına tutunur ve böylece polenler çiçekten çiçeğe taşınırlar. Kripterofili Yarasalar aracılığı ile olan tozlaşma şeklidir ve yarasalar sadece tropiklerde tozlaştırma aracıdırlar. Kripterofilik bitkiler uzun sapları yardımıyla dal ve yapraklardan oldukça uzakta ya tek tek veya demetler halinde bulunurlar. Bu durum yarasaların çiçekleri ziyaretini kolaylaştırır. Mucuna gigantea'da çiçekler uzun saplıdır ve sadece alaca karanlıkta veya biraz sonra açarlar. Anterlerin açılması da bu sırada olur. Çiçekler açıldıktan sonra etrafa hoş olmayan, küf veya ekşimiş süte benzer ve yarasaları cezbededen bir koku salarlar. Donuk renkli olan çiçekler bol nektar meydana getirirler. 53

55 Tozlaşmada iş gören yarasalar ince uzun ağızlı ve geniş dillidir. Pençeleri ile çiçekleri sarar ve nektarı yalarlar. Nektarı emerken yarasanın göğsüne yapışan polenler daha sonra ziyaret edilen çiçeklerin stigmasına taşınırlar (Şekil 47). Şekil 47. Bir yarasa tarafından ziyaret edilen çiçek Entomofili Entomofili böcekler aracılığı ile olan ve bitkiler aleminde en yaygın görülen tozlaşma şeklidir. Tozlaşmada iş gören böceklerden bazıları arılar, sinekler, sarı arılar, pul kanatlılar (pervaneler) ve kın kanatlılardır. Bunlardan arıların, sineklerin ve kın kanatlıların ziyaret ettikleri çiçekler gündüz açıktırlar, pul kanatlılar ise güneş battıktan sonra açan çiçekleri ziyaret ederler. Pervanelerle tozlaşan çiçeklerin çoğu ya alaca karanlıkta veya sonra açarlar ve donuk renklidirler, fakat salgıladıkları ağır kokular ile pervaneleri cezbederler. Yucca bir pervane ile simbiyotik olarak yaşamak zorundadır. Bu pervane Yucca çiçekleri olmadan hayat devrini tamamlayamaz, Yucca'nın da başka bir tozlaştırıcısı yoktur. Dişi pervaneler gece sarkık beyaz çiçekleri ziyaret ederler ve polenleri başlarının altına toplamaya başlarlar. Polen toplanması bittiğinde pervane yumurta bırakmaya yarayan ucu sivri tüp şeklindeki uzvunu çiçeğin ovaryumuna sokar ve yumurtalarını ovaryum boşluğuna bırakır. Sonra stilus tepesine tırmanır ve stilus kanalına polenleri iter. Böylece tozlaşma tamamlanmış olur. Pervane larvaları için Yucca tohumları iyi bir besin kaynağıdır. Bazı tohumlar larvalar tarafından yenirken bazıları da olgunlaşırlar. Olgun larvalar ovaryum çeperini yiyerek dışarı çıkarlar ve yer altında olgun bireyler olarak gelişirler. Toprak altında krizalitlerden (böceğin kelebek olmadan önce koza içinde veya dışındaki hali) pervanelerin çıkış zamanı ile Yucca 54

56 çiçeklerinin açılışı aynı zamana denk gelir. Bu, doğadaki özelleşmenin en çarpıcı örneklerinden biridir. Arılar en önemli tozlaşma aracılarıdırlar. Böceklerle olan tozlaşmanın % 80 'inini arıların yaptığı söylenebilir. Arı ile tozlaşan çiçekler parlak renkli, hoş kokuludurlar ve nektar üretirler. Nektarın içinde sakkaroz, fruktoz, glukoz, organik asitler, enzimler ve aromatik bileşikler bulunur. Bazı bitkilerin nektarlarındaki şeker oranı % 50'ye ulaşmaktadır. Arılar kırmızı renge kördür, sarı, menekşe ve moru severler. Arılar besinlerini (polen ve nektar) toplamak için çiçekleri ziyaret ederler ve tozlaşmaya aracı olurlar. Hem polen hem de nektar almak için çiçeklere giden arılar, yaklaşık 10 km çapında bir alanda dolaşırlar. Çiçeklerin üremek için böceklere, böceklerin önemli bir kısmının da beslenmek için çiçeklere gereksinimleri vardır. Sinekler çiçeklerin hoş olmayan kokuları ile cezbedilirler. Örneğin Rafflessia çürüyen et, Arum insan dışkısı, ve Aristolochia çürüyen tütün veya humus kokar. Aristolochia, Arum ve Ceropegia tozlaşmayı garantilemek için sinek kapma mekanizması geliştirmişlerdir. Aristolochia, çiçeğin kaidesinde genişleyen uzun bir periant tüpü içerir (Şekil 48). Genişlemiş olan kısım eşey organlarını taşır. Tüpün içi kaygandır ve içeri doğru yönelmiş türlerle kaplı olduğundan çiçek kapan şeklini almıştır. Şekil 48. Aristolochia fimbriata'da bir çiçekten boyuna kesit Salvia'nın birçok türünde özel bir tozlaşma mekanizması görülür. Proterandri (tezerlik) gösteren Salvia'nın çiçeğindeki 4 stamenden ikisi verimli ikisi staminod halinde indirgenmiştir. Verimli olan her stamen kısa filamentten ve üzerine tespit olunan şekli değişikliğe uğramış bir anterden oluşur. Anter çok uzamış iki kollu kaldıraca benzer ipliksi bir konnektif taşır. Uzun kolu ucunda bir verimli tekayı, kısa olan ikinci kolu ise körelmiş ve plak şeklini almış verimsiz ikinci tekayı taşır. Çiçeğe gelen bir böcek, çiçeğin platform şeklini alan 55

57 alt dudağı üzerine konar ve nektar almak için uzattığı hortumu ile, plak şeklini almış verimsiz tekaya dokunur ve böylece anteri oynağı çevresinde döndürür. Sonuç olarak verimli tekayı taşıyan konnektifin uzun kolu çiçeğin üst dudağından çıkıp, böceğin sırtına dokunarak polenini bırakır. Erken gelişim evresindeki genç çiçekte stilus hala korollanın üst dudağına dokunacak şekilde yukarıda bulunur ve stigmanın iki lobu henüz kapalıdır. Böylece avtogamiye engel olunur. Çiçek yaşlanınca stilus aşağı doğru sarkar ve stigma lopları açılır. Böylece daha önce ziyaret ettiği bir çiçekten polen taşıyan bir böcek çiçeğin girişinde bulunan stigmaya sırtı ile dokunmak zorunda kalır ve böylece tozlaşma sağlanmış olur. Orchidaceae familyasına dahil bitkilerde çiçekler 2 daireli bir perigon taşırlar. İç dairenin orta tepali bazen birkaç loplu belirgin bir dudak (labellum) şeklini alıp, açılmış çiçekte aşağıya doğru sarkar. Labellum çiçeğe gelen böceklere konmaları için yer sağlar. Çoğunlukla bu perigon nektar içeren bir mahmuzla uzantılıdır (Şekil 49). Eğer bir böcek labellum üzerine oturur ve mahmuzdan nektar emmeye çalışırsa, başı veya hortumu ile bir pollinyumun yapışkan kısmına dokunur. Çiçekten ayrılırken pollinyumu bir bütün olarak anterden çeker ve vücuduna tespit edilmiş bir boynuz gibi taşır. Bu sırada polinyumun sapı kurur ve kururken öne doğru eğilir. Eğer böcek ikinci bir çiçeği ziyaret ederse pollinyum stigma yüzeyine değer ve buraya bırakılır. Şekil 56. Orkidelerde tozlaşma. A. Böcek nektara ulaşmak için çiçeğin merkezine kadar uzanır, pollinyumlar böceğe yapışır ve başka bir çiçeğe taşınır. B. Dişi yaban arısına benzeyen orkide çiçeği. Entomofil çiçekler renk, koku ve şekil gibi birçok pozitif özelliğe sahiptirler. Çiçeklerin büyük, renkli ve kokulu olması, nektar, bol polen ve besleyici dokular gibi böcek yiyeceklerini içermesi bu özelliklerindendir. Nektarlar genellikle %15 şeker, özellikle sakkaroz, fruktoz, glukoz ve az miktarda amino asit içerirler. Entomofil bitkilerin polenleri oldukça kalın bir eksin içerir ve ovaryumları çok tohumludur. 56

58 DÖLLENME Döllenme genel anlamda dişi gametle erkek gametin birleşmesi demektir. Üremeye katılan yapılar polen ve pistildir. Pistil; stigma, stilus ve ovaryumdan oluşur. Ovaryum, sayısı ve dizilişi bitki türüne göre değişen tohum taslaklarını, tohum taslakları da embriyo keselerini içerir. Normalde bir tohum taslağı bir embriyo kesesi (dişi gametofit) içerir. Angiospermlerde dişi gametofit ovaryum boşluğunun içinde, stigmadan oldukça uzakta yer alır. Stigma polenleri kabul edici yüzey, stilus ovaryuma ulaşmak için geçilmesi gereken yoldur. Polenler (erkek gametofit) normal olarak stigmada tutulurlar ve erkek gametlerin dişi gametofit içindeki yumurta hücresine ulaşmaları için uzun bir yol katetmeleri gerekir. Böyle bitkilerde sperm nukleusları polen tanelerinin çimlenmesiyle oluşan polen tüpleri ile stilus dokusunu aşarak embriyo kesesine ulaşırlar (Şekil 57). Stilusun boyu bitki türüne göre değişir, bazı bitkilerde çok kısa veya yok (Gelincik), bazılarında ise oldukça uzundur (Mısır). Polen tüpleri ovaryuma 24 saatten daha kısa bir sürede ulaşırlar ve bu süre bitki türüne göre değişmesine rağmen genellikle 2 günü geçmez. Quercus da tozlaşma ile döllenme arasındaki zaman aydır. Orkidelerde tozlaşmadan birkaç hafta sonra döllenme gerçekleşir. Şekil 57. Tozlaşmadan sonra bamya bitkisinin pistilinden boyuna kesit. Polenler anterde polen keselerinde bulunan polen ana hücrelerinin mayoz bölünmesi sonucunda oluşurlar. Polenler henüz anterde iken mitoz bölünme geçirerek iki hücreli hale geçerler (vegetatif ve generatif hücreler). Çoğu bitkide anterler bu evrede patlayarak iki hücreli polenler doğaya atılırlar ve kendi türlerinin stigmalarına ulaşma şansına erişirlerse 57

59 çimlenerek polen tüplerini oluştururlar. Polen tüpleri stilus dokusunda ilerlerken generatif hücre mitoz bölünme geçirerek sperm nukleuslarını verir. Polen tüpleri normal olarak 2 erkek gamet taşır. Bir başka deyişle mikrogametofit (polen taneleri) iki sperm hücresi, makrogametofit bir yumurta hücresi içerir. Angiospermlerde bitkinin kendisi sporofittir. Erkek ve dişi gametofitler oldukça indirgenmiştir ve gelişim ve farklılaşmaları sporofitin kontrolü altındadır. Tozlaşmadan döllenmeye kadar gelişen olaylar, hem gametofit ve sporofit arasındaki hem de iki gametofit arasındaki etkileşimin sonucudur. Zigotu oluşturmak üzere gametlerin birleşmesine neden olan bir seri fizyolojik, morfolojik ve biyokimyasal olaylar zinciri olan döllenme kademeler halinde incelenebilir. POLEN ÇİMLENMESİ Stigmanın yapı ve görevi Polenler stigmaya rüzgar, su, böcekler gibi çeşitli vasıtalarla taşınır ve burada çimlenerek polen tüplerini oluştururlar. Polen çimlenmesinde ilk kademe, polenin stigmanın nemli yüzeyine yapışması, buradan sıvı alarak şişmesi ve intinin çimlenme poruna doğru çıkıntı yapmasıdır. Polen stigmaya yapıştığı zaman polenin ve stigma yüzey sıvıları birbirine karışır. Su alımı çimlenme porları ile veya eksindeki kanallar yolu ile olur. Birçok bitki poleninin yapışkan ve yağsı bir yüzeyi vardır. Yapışma stigma salgısının yüksek viskosite ve yapışkan özelliğinden ileri gelir. Yapışma oranı sıvının içeriğine, polenin hacmine ve morfolojisine bağiıdır. Stigma sıvısı önce eksine, oradan intine ve polenin sitoplazmasına girer. İntin pektin ve selüloz tabiatındadır ve tipik primer hücre çeperine benzer. SeIüloz yüzeye paralel mikrofibriller halindedir ve intin içinde özellikle çimlenme porları etrafında polenin kendisi tarafından üretilen gametofit kökenli proteinler içerir. Eksin karotinoitlerin oksidatif polimerizasyonu ile oluşan ve hem tapetum hem de polenin kendisi tarafından üretilen sporopollenin deniien bir maddeden oluşur. Çimlenme porları etrafında eksin ya hiç yoktur veya sadece bir kısmı (neksin) bulunur. Polen su alınca intin kolayca şişer, neksin kopar ve intin dışarı doğru bir çıkıntı yaparak çimlenme başlar. Stigma polenleri tutma ve yakalama için uygun bir yüzeye sahiptir ve stilus dokusu ile ilişkide olan özelleşmiş yüzey hücrelerinden oluşur. Stigma ve stilus morfolojisi büyük değişiklikler gösterir. Morfoloji çiçeğin yapısına ve bazı durumlarda tozlaşma tipine bağlıdır. Stigmanın esas görevi polenlerin şişme, enzim aktivitesi ve çimlenme için gereksinim duydukları sıvıyı onlara sağlamaktır. Polenler aynı türün veya yakın bir türün stigmasında çimlenebilirler. 58

60 Stigma morfolojisi bitki türüne göre değişiklik gösterir. Heslop-Harrison ve Shivanna (1977) 250 familya, 900 cins ve 1000 tür üzerinde yapılan ve stigma yüzeyinin morfolojisine, salgı miktarına ve yüzey hücrelerinin yapısına dayanan genel bir sınıflama önermişlerdir. Stigmalar iki gruba ayrılırlar: bol salgı salgılayan nemli stigmalar, az salgı salgılayan kuru stigmalar. 1. grup: Kuru stigmalarda kabul edici hücreler çeşitli şekillerde olabilirler. Kabul edici hücreler çok sıralı dallar üzerinde; Zea, Sorghum ve Hordeum gibi birçok Gramineae'de olduğu gibi. 2. grup: Nemli stigmalarda kabul edici hücreler belirli bölgelerde yoğunlaşmışlardır. Bu durumda stigma yüzeyi papilsiz (Cyperus ve Potamogeton türleri) veya papilli olabilir. Papilli stigmalarda papiller ya tek hücreli (Allium ve Tulipa gibi bazı Liliaceae örneklerinde, Crocus ve Iris gibi bazı Iridaceae örneklerinde, Luzula gibi bazı Juncaceae örneklerinde) veya çok hücreli olabilirler. Çok hücreli papiller tek sıra (Caliphruria) veya çok sıra (Limnobium) halinde olabilirler. Kuru tip stigmalarda (Brassica oleraceae) stigma polenleri kabul edici duruma geldiğinde kutikula yüzeyinde yapışkan bir tabaka (pelikül) salgılar. Pelikül, gelişen papilli hücrelerin dış sitoplazmik bölgeye yaptıkları salgılarından kökenlenen hidrate olmuş ince bir protein örtüsüdür. Polenleri 2 nukleuslu iken tabiata atılan bitkilerde genellikle nemli tip, 3 nukleuslu iken atılanlarda ise kuru tip stigma bulunur. Nemli stigmalarda (Lilium longiflorum) stigma polenleri kabul edici duruma geldiğinde yoğun salgı nedeniyle kutikula parçalanır ve salgı stigma yüzeyinde damlacıklar halinde birikir. Nemli stigmaların stigma salgısı hem stigmayı kurumaya karşı korur, hem de polenlerin çimlenmesi için uygun bir ortam oluşturur ve ayrıca böcekleri cezbedici olarak iş görür. Analiz sonucunda salgıdaki temel bileşiklerin amino asitler, lipitler, proteinler ve fenolik bileşikler olduğu görülmüştür. Salgı ürünleri polen çimlenmesine çeşitli şekillerde yardım ederler. Örneğin lipitler kurumaya karşı bir koruyucu olarak, glikozitler çimlenen polen tanesi için şeker kaynağı olarak, proteinler tanıma reaksiyonlarında rol oynarlar. Fenoller böcekler ve patojenlere karşı koruyucu olarak iş görürler. Tozlaşma ile ilgili olarak bu salgı kuşiar, arılar vs. için bir besin kaynağı veya bazı polenler için bor kaynağı gibi iş görür. Stigma salgısı türlere göre değişiklik gösterir, genelleme yapmak zordur. Fakat genellikle lipofilik maddeler ve polisakkaritler içerir. Buna ilave olarak polifenoller, taninler veya flavonoitler de birikebilir. Bu bileşikler papilli hücreler tarafından meydana getirilirler 59

61 ve hücre çeperine doğru nakledilirler ve kutikuladaki çatlaklardan yukarıya sızarlar. Salgı hücreleri genellikle tozlaşma oluncaya kadar etkenliklerini korurlar. Polenlerin stigmada çimlenmeleri için gerekli zaman bitkilere göre değişir. Bu süre Zea mays'da 5 dakika, Reseda'da 3 dakikadır. Polen çimlenmesi dış şartlardan çok kolay etkilenir. Birçok polen tanesi monosifoniktir. Yani her bir taneden bir polen tüpü çıkar. Fakat Malvaceae, Cucurbitaceae ve Campanulaceae'ye dahil bazı bitkilerde polisifonik (çok tüplü) polen tanelerine rastlanır. Örneğin Althaea rosea'da 10 tüp, Malva neglecta'da 14 tüp gözlenmiştir. Bununla beraber bu tüplerden sadece biri daha sonraki gelişime devam eder. Bazen polen tüpü bir veya daha fazla dala ayrılabilir. Polen tüplerinin dallanması Amentiferae, Casuarinaceae ve Betulaceae'de sık gözlenen bir durumdur. Polenleri tetratlar veya polinyum halinde atılan bitkilerde aynı anda birçok polen tüpü meydana gelir ve bunların hepsi büyüyebilir (Şekil 58 A). Lilium regale'de polen tüpü spiraller meydana getirir ve 1 veya 2 yan dal oluşur. Şekil 58. A. Cymbidium bicolor da çimlenmiş polen tetradı. B. Elatine triandro nın kleistogam çiçeğinin anterlerinde polen tanelerinin çimlenmesi. Stigmanın polen çimlenmesinde önemli rol oynadığı bilinmektedir, fakat çiçeğin stigmadan başka kısımlarında da polenlerin çimlendiği bilinmektedir. Bazı bitkilerde polenler anter lokusunda çimlenirler, örneğin; Elatine triandra'da, Linum hirsutum'da. (Şekil 58 B). Polen çimlenmesine etki eden etkenler hakkındaki bilgilerin çoğu, polen tanelerinin besi ortamlarında kültürleri yapıldığı zaman elde edilmiştir. Kültürlerde polenleri kontrollü şartlar altında tutmak ve onların çeşitli maddelere karşı tepkilerini ölçmek mümkün olur. Bu nedenle in vitro polen çimlenmesinden bahsetmek yararlı olur. 60

62 In vitro polen çimlenmesi Polen taneleri istirahat halinde olan bitki kısımlarıdır. Sıvı alımı tanelerin şişmesine ve faaliyetine yol açar. Bu nedenle in vitro veya in vivo da yüksek nisbi nem polen çimlenmesi için temel gereksinimdir. Bazı bitkilerin polenleri doymuş atmosferde bile çimlenirler. Çimlenme ve tüp büyümesi için gerekli etkenler şunlardır: 1. Karbonhidratlar: Besi ortamlarında polen tanelerinin çimlenmesi için şeker daima gereklidir. Şekerin iki rolü vardır: 1. Ozmotik basıncın kontrolünde, 2. Solunum elementi olarak rol oynar. Birçok türün poleni suya konulduğunda patlar. Belirli miktarda şeker ilavesi, polen içine suyun difüzyonunu sınırlar. Suyun polen içine girişi ve tüp çıkışı arasındaki zaman, polendeki şekerin cinsine bağlıdır. Impatiens balsamina'nın polenleri çoğunlukla glukoz içerir ve çimlenmeleri için sadece 2-3 dakika, Lilium'un polenleri sakkaroz içerir ve çimlenme için dakika gereklidir. 2. Bor: İnorganik maddeler arasında bor, borik asit veya borat şeklinde, polen çimlenmesi ve tüp büyümesinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Bor bakımından eksik ortamlarda polenlerin düşük oranda çimlendikleri ve tüplerin patladığı görülür. Birçok türün poleni bor içeriği bakımından fakirdir. Doğada bu eksiklik stigma ve stilusun yüksek oranda bor içermesi ile kapatılır. Böyle polen taneleri in vitro büyütüldüklerinde yüksek miktarda bor ( ppm) dıştan ilave edilir. Bor, çimlenme yüzdesini ve tüp büyümesini artırdığı gibi polen tüplerinin patlamasını da azaltır. Borun etkisi şu şekilde özetlenebilir; 1. Su ilişkisine etkisi ve böylece tüp patlamasını önlemesi. 2. Şekerin nakli. 3. Karbonhidratların çeper yapısına katılmalarında dolaylı veya dolaysız etkisi. 3. Kalsiyum: Polen çimlenmesinde ve tüp büyümesinde önemli etkiye sahip olan diğer bir mineralde kalsiyumdur. Bu katyonun etkisi "kalabalık etkisi" diye isimlendirilen etkinin incelenmesiyle ortaya çıkar. Polenler büyük populasyonlar halinde ortama ekildiklerinde, aynı ortama küçük populasyonlar halinde ekildikleri durumdan daha iyi çimlenirler ve daha uzun tüpler oluştururlar. Bu durum, çimlenmeyi ve tüp büyümesini stimüle eden bir maddenin, taneden veya tüpten uzaklaşarak ortama diffüz ettiğini düşündürür. Düşünülen bu maddenin Ca olduğunu 1967 de bulmuştur. Ortama Ca(NO 3 ) 2 olarak verilen, gerekli Ca miktarı % 0,03-0,5' dir. Optimal seviye farklı türlere göre değişir. Polen taneleri, diğer çiçek kısımlarına oranla daha az miktar Ca içerir. Polen taneleri sulu bir 61

63 ortama konulduklarında içlerindeki az miktardaki Ca'u ortama hızlıca salarlar. Ca etkisi uygun osmotik çevreye, oksijen ve boratın varlığına bağlıdır. Kalsiyumun, tüp çeperindeki pektik karboksil gruplarını bağladığı ve pektik sisteme sertlik verdiği ve en önemlisi permeabiliteyi kontrol ettiği düşünülmektedir. Kalsiyum ilave edilmiş ortamda şunlar görülür: 1. Polen tüplerinin büyümesi daha hızlanır. 2. Polen tüpleri daha düz ve sert hale gelir. 3. Polenler gibi polen tüpleri de ortamdaki küçük değişikliklere karşı daha az hassas hale gelirler. 4. Enzimler: Polen tanelerinde bulunan enzimler selülaz, pektinaz ve kallazdır. Polenler çimlenme ortamına konulduktan hemen sonra, selülaz ve pektinaz taneden salınır. Dıştan verildiklerinde de enzimler tüp uzama oranını arttırırlar. 5. Bitki hormonları: Oksin ve giberellinlerin polen tüp büyümesini arttırdığı kaydedilmiştir, fakat etki seçilebilir derecede önemli değildir. 6. Fiziksel faktörler: Polen tüp büyümesine etki eden fiziksel faktörler arasında ısı çok önemlidir. lsıdaki artış ile polen tüplerinin büyüme oranı önemli derecede kuvvetlenir. Optimum ısı derecesi C'dir. Polen tüpünün büyümesi ve yapısı Kural olarak, polen tüpleri polen tanelerinin çimlenme porlarından salınırlar. Polenin yapışmasından sonra su alımı, şişme, intinin dışarıya doğru çıkıntı yapmasıyla tüp oluşumu ve tüp uzaması evreleri görülür. Hemen hemen tanenin tüm içeriği tüpün içine hareket eder. Olgun polenlerin durumuna göre çimlenme hızlı veya yavaş olur. İki veya üç nukleuslu olabilen olgun polenlerde nukleus sayısından başka vakuolleşme oranı, lipit, nişasta gibi depo maddelerinin çeşidi ve miktarı da polen çimlenmesinde etkilidir. Eğer polenler tamamen gelişmişlerse, örneğin birçok 3 nukleuslu durumda olduğu gibi çimlenme hızlı başlar. Polen tüplerinin büyümesi primer hücre çeperi tabiatında olan uç bölgeden olur. Büyüyen tüplerde sitoplazmanın çoğu uç bölgededir, polen tanesini ve tüpün daha yaşlı bölgesini büyük bir vakuol kaplar. Uçta birçok hücre organeli özellikle diktiyozomlar, mitokondriler, granüllü ve granülsüz ER, keseler, amiloplastlar ve lipit cisimleri bulunur. Diktiyosomların uçlarından meydana gelen keseler çeper öncülerini içerirler. Yapılan araştırmalar çeper öncülerinin sentez edildikleri bölgelerden tüp ucuna naklinde 62

64 mikrofilament sisteminin rol oynadığını ortaya çıkarmıştır. Mikrofilamentler büyüyen polen tüplerinin uç bölgelerinde yoğunlaşmışlardır ve salgı vesiküllerini apikal bölgeye yönlendirirler. Polen tüpündeki vegetatif ve generatif hücrelerin nakli tüpün büyümesi mikrofilamentlerle ilgilidir. Ucun gerisinde kalan bölgelerde sitoplazma ince bir tabaka halindedir ve büyük vakuol bulunur. Büyüyen polen tüplerinde bir seri kalloz tıpa düzenli aralarla oluşur ve tamamen gelişmiş polen tüpü tıpalardan dolayı odalara bölünmüş haldedir. Polen tüpleri uzadıkça vegetatif ve sperm nukleusları da kapsayan içerikleri tüpün uç bölgesine akar ve geride kalan kısımda bir kalloz tıpa oluşur. Kalloz tıpa arasında kalan bölüm, büyük bir vakuol ve kenarlarda bulunan biraz sitoplazmadan oluşur. Polen tüpünün çeperi Polen tüplerinin çeperi selüloz ve pektinden oluşur. Uç bölgede çeper pektin içeriği bakımından çok zengindir. Pektin taneye doğru gittikçe azalır. Polen tüpleri kallozu sentez ederler ve kalloz büyüme bölgesinin gerisinde çeperde birikir. Kalloz büyümesi durmuş polen tüplerinin uçlarında görülür. Şekil 68 de uyuşmazlık reaksiyonu nedeniyle büyümesi durmuş polen tüpünün ucunda kalloz birikimi görülmektedir. Büyümesi devam eden polen tüplerinin uçları kalloz içermez. POLEN TÜPÜNÜN YOLU Stilusun yapı ve görevi Polen çimlendikten sonra polen tüpleri ya stigma papillerinin yüzeyde veya çeperinin selüloz-pektin tabakası içinde büyür. Tüpler papillerin kaidesine ulaştıktan sonra stigma dokusunun hücre arası boşluklarında büyür. Tüplerin daha sonraki seyri stilusun durumuna bağlıdır. Stilus boyu bitkilere göre değişkenlik gösterir, bazı bitkilerde örneğin şeker pancarında birkaç mm dir. Mısır bitkisinde püsküller stiluslardır ve 50 cm'ye hatta 1 m'ye kadar ulaştıkları kaydedilmiştir. Stilusun morfolojisi ve anatomisi çok değişkendir ve gelişim süresince birçok değişiklikler ortaya çıkar. Stiluslar nakil dokusunun olup olmamasına ve dokunun gelişim durumuna bağlı olarak üç tipe ayrılırlar: kapalı, yarı kapalı ve açık. Çoğunluk dikotillerde görülen kapalı tip stiluslerde, stilus dokusu küçük hücreler arası boşluk içeren oldukça sert bir doku ile (Petunia), yarı kapalı tiplerde (Cactaceae) stilusun ortası geniş hücreler arası boşluk içeren gevşek bir doku ile kaplıdır. Kapalı stiluslerde hücre arası boşluklarda miktar ve cinsi bitkiye göre değişen salgı maddeleri bulunur. Salgı karbonhidratlar pektik maddeler ve galakturon, glukuronik asit gibi düşük moleküllü asit karbonhidratlardan oluşur. Kapalı 63

65 stiluslerde polen tüpleri geçiş dokusundaki hücreler arası boşluklarda ilerler. Bu bölgeyi içeriklerinin hidrostatik basınçları ile genişletirler ve enzimler salgılayarak orta lameli eriterek kendilerine yol açarlar. Nakil dokusunda polen tüplerine yakın hücreler nekrotik hale geçerler ve tüplerin geçişinden sonra körelmeye başlarlar. Çoğunlukla monokotillerde görülen açık tip stiluslerde, Lilium'da olduğu gibi stilus dokusunun ortasında oldukça geniş bir kanal vardır. Kanalın kenarında kanal hücreieri adını alan salgı tabiatında hücreler bulunur. Bu hücrelerin en önemli özelliği kanala bakan taraflarında 8-14 µm kalınlığında bir salgı bölgesinin olmasıdır (Şekil 59). Lilium'da kanal hücrelerinin altındaki parankima hücrelerinin müsilajımsı bazı maddeleri sentezleyip kanal hücrelerine naklettikleri ve bu maddelerin daha sonra kanalın içine salındıkları düşünülmektedir. Tozlaşmadan sonra kanal tamamen salgı ile dolar. Bu müsilajımsı salgı hem polen tüplerinin kayarak kolayca ilerlemesini sağlar, hem de onlar için besin kaynağı oluşturur. Şekil 59. Kanallı bir stilusdan boyuna kesit. POLEN TÜPÜNÜN TOHUM TASLAĞINA GİRİŞİ Polen tüpünün tohum taslağına giriş yoluna bağlı olarak döllenme üç tipe ayrılır (Şekil 60); 1. Porogami: Çiçekli bitkilerde en sık gözlenen bu tip döllenmede polen tüpü tohum taslağına mikropilden girer. 2. Kalazogami: Polen tüpü tohum taslağına kalazadan girer. 3. Mezogami: Polen tüpü tohum taslağına funikulus (Pistacia) veya integümentlerden (Cucurbita) girer. 64

66 Şekil 60. Polen tüpünün tohum taslağına giriş yolları. POLEN TÜPÜNÜN EMBRİYO KESESİNE GİRİŞİ Polen tüpünün tohum taslağına girişi ne olursa olsun tüpler embriyo kesesine daima mikropil tarafından girer (Şekil 61). Polen tüpü embriyo kesesine sinergit çeperinin farklılaşması ile oluşan çizgili cihazın tepesinden girer ve biraz büyüdükten sonra sinergitin sitoplazmasına ulaşır. Meydana gelen terminal veya subterminal bir por ile içeriğini (vegetatif nukleus, erkek gametler ve az miktarda sitoplazma) boşaltır (Şekil 62). Döllenmede sinergitlerin rolü İnce yapı çalışmaları sinergitlerin polen tüplerinin girişinde çok önemli rol oynadığını ortaya koymuştur. Polen tüpünün sinergitlerden hangisine gireceği önceden tayin edilir. Çoğu bitkide içine girilecek olan sinergit polen tüpünün ulaşmasından önce, fakat tozlaşmadan sonra körelmeye başlar. Tozlaşmadan sonra polen tüpünün embriyo kesesine ulaşmasından çok daha önce, sinergitlerden birine bir mesaj gittiği açıktır. Körelme sinergit sitoplazmasında ortaya çıkan morfolojik ve biyokimyasal değişiklikerle belirir. Organel zarları şişer, kalazadaki büyük vakuol görünmez, nukleus ve nukleolus yassılaşır, nukleus zarı görünmez ve sitoplazmada kristaller ortaya çıkar. Şekil 61. Polen tüpünün girişinden önce ve sonra sinergitlerde meydana gelen değişikliklerin şematik görünüşü. A. Tozlaşmış bir çiçekte sinergitler. B. Polen tüpü boşaldıktan sonra sinergitler. C. Polen tüpünde subterminal bir por oluşumu. 65

67 Polen tüpü sinergit sitoplazmasına girdikten sonra büyümesi durur. Görülüyor ki sinergitin körelmesi, polen tüpünün girişi ve tüp büyümesinin durması olayları birbiriyle sıkı ilişkide olan olaylardır. Sinergit içine ulaştıktan sonra polen tüpü içeriğini terminal veya subterminal bir pordan boşaltır (Şekil 61 B,C). Porun yeri ve düzgün şekli por oluşumunun basit bir parçalanmadan ziyade planlı bir olay olduğunu düşündürür. Fakat porun nasıl oluştuğu ve tüp içeriğini boşalttığı henüz tam aydınlanmamış noktalardır. Polen tüpünün boşalması Polen tüpü sinergit sitoplazması içine iki sperm, vegatatif nukleus ve bir miktar sitoplazmayı içerdiği yedek besin maddeleri ile boşaltır. Polen tüpü içinde kalan sitoplazma daha sonra hızlıca körelir. Polen tüpünden boşalan sitoplazma ile sinergit sitoplazması birbirine karışmaz, iki ayrı birim olarak kalır. Sinergit sitoplazması mikropilde, polen tüp sitoplazması ise kalazada yer alır. Polen tüpü sitoplazması binlerce küçük polisakkarit kürelerin (0,5-1 µm) varlığı ile kolayca tanınır. Spermler Spermler plazma zarı ile çevrili gerçek hücrelerdir ve EM ile yapıları tam olarak aydınlanmıştır. Sperm sitoplazması mitokondri, ER, ribozom, diktiyozom ve mikrotübüller içerir. Genellikle plastit içermezler. Spermler yuvarlak-elips şeklindedirler, Spermlerin geçişi Spermler sinergitlere gerçek hücreler halinde atılırlar. Jensen (1973) sinergitlerden spermlerin yumurta ve merkezi hücreye geçişini açıklayan bir hipotez ileri sürmüştür (Şekil 62 A-C). Çiçekli bitkilerin çoğunda sinergit ve yumurta hücrelerinin çeperleri kısmi çeper özelliğindedir yani hücrelerin mikropil tarafı çeperle, kalaza tarafı ise sadece plazma zarı ile çevrilidir. Sperm hücrelerinden birinin plazma zarı yumurta hücresinin plazma zarı ile, ikincinin plazma zarı merkezi hücrenin plazma zarı ile temasa geçer. Temas noktalarında zarlar erir ve sperm nukleuslarından biri yumurta hücresinin içine, diğeri merkezi hücrenin içine girer (Şekil 62 C). Erkek nukleuslar hücrelere girdikten sonra kesin olarak bilinmemekle birlikte ya pasif olarak sitoplazma akımı ile veya mikrotübül ya da mikrofilamentlerle yumurta ve polar nukleuslara taşınırlar. Yumurta nukleusuna erkek nukleus polar nukleuslardan daha önce ulaşır. Fakat yumurta nukleuslarının spermle birleşmesi, polar nukleusların spermle birleşmesinden daha uzun zaman alır. Bunun nedeni merkezi hücrenin çok daha aktif durumda olmasıdır. Nukleus birleşmesi lokal temas ile başlar ve 2 nukleusun 66

68 önce dış zarları daha sonra iç zarları birleşir. Bu şekilde 2 nukleus arasında köprüler oluşur ve nukleoplazma devamlı hale gelir. Dişi gameti saran özelleşmiş bir döllenme zarının varlığı hakkında spekülasyonlar yapılmaktadır. Böyle bir membranın spermlerden biri ile birleşmeden sonra değişebildiği ve reseptör hücrenin ikinci bir sperm iie birleşemesinin önlendiği düşünülmektedir. Daha sonra ikinci sperm hücresi merkezi hücrenin reseptif membranı ile birleşir ve böylece ikili döllenme olur. Şekil 62. Embriyo keseside spermlerin naklini gösteren özet diyagram. ÇİFTE DÖLLENME Polen tüpü tarafından salınan iki sperm nukleusunun döllenmeye katıldığını gözleyen ilk araştırıcı Navashin (1898) dir. Spermler embriyo kesesinin iki farklı elementini döllerler. Bu olay angiospermlere hastır ve çifte döllenme olarak isimlendirilir. Spermlerden biri yumurta nukleusu ile birleşir (singami veya karyogami) diğeri polar nukleuslarla veya onların birleşmesi ile oluşan sekonder nukleus ile birleşir (Şekil 63). Bitkilerin çoğu iki polar nukleus içerir. Yani ikinci döllenme üç nukleusun birleşmesini kapsar ve üçlü birleşme adını alır. Şekil 63. Anemone coronaria'da çifte döllenme. A. Embriyo kesesinde 2 sperm (ok ile işaretli), biri yumurta nukleusu ile diğeri sekonder nukleus ile temasta. B. Yumurta nukleusu ile sperm nukleusu temas halinde, diğer sperm kromatini ile sekonder nukleusunki karışmış durumda. 67

69 Singami Yumurta nukleusunun sperm ile birleşmesine singami denir. Döllenme anında eşem nukleuslarının durumlarındaki farklara dayanarak üç tip singami tanımlanmıştır (Şekil 64) Araştırıcıya göre iki nukleus birbiriyle temas ettiğinde, yumurta hücresi derin bir dinlenme halinde, sperm nukleusu ise daha önceki mitoz bölünmenin telofaz evresindedir. 1. Premitotik tip: Sperm nukleusu yumurta nukleusu ile temas eder etmez aradaki zarlar erir, iki kromatin birbirine karışır ve zigot nukleusu mitoz bölünmeye girer. Örnek Gramineae, Compositae. 2. Postmitotik tip: Sperm nukleusu ile yumurta nukleusu bir süre temas halinde kalır ve nukleus zarları erimez. Hatta her iki nukleus ayrı ayrı mitoz bölünme başlar ve daha sonra nukleus zarları eriyerek iki kromatin birbirine karışır. Örnek: Liliaceae (Lilium, Fritillaria). 3. Ara tip: Sperm nukleusu ile yumurta nukleusu temas eder etmez aradaki zar erir fakat iki kromatin birbirine karışmaz, iki ayrı birim halinde kalır. Zigotik mitozun profazında kromozomlar iki ayrı takım halinde görülebilir, iki kromatin daha sonra birbirine karışır. Örnek: lmpatiens. Üçlü birleşme Embriyo kesesindeki polar nukleusların sayısı embriyo kesesi gelişim tipi ile ilişkilidir. Çiçekli bitkilerin çoğu iki polar nukleus içerdiğinden (Polygonum tip) ikinci döllenme üç nukleusun birleşmesini kapsar ve üçlü birleşme adını alır. Bazı bitkilerde 2 polar nukleus döllenmeden önce yanyana gelerek birbirleriyle temas ederler ve temas noktasında zarlar eriyerek iki kromatin materyali birbiriyle birleşir ve embriyo kesesi sekonder nukleusu meydana gelir. Sperm nukleusu daha sonra sekonder nukleusa temas eder ve zarların erimesiyle döllenme gerçekleşir. Bazı bitkilerde ise polar nukleuslar daha önceden birleşmezler ve sperm nukleusu yanyana gelen 2 polar nukleustan birine temas eder ve üç nukleus aynı anda birleşir. ŞekiI 64. Singami tipleri. 68

70 ANORMALLİKLER Polispermi Embriyo kesesine ikiden fazla spermin girmesi demektir. Bu durum bir polen tüpünde ikiden fazla spermin oluşması veya bir embriyo kesesine birden fazla polen tüpünün girmesi ile olur. Normal olarak bir embriyo kesesi sadece iki sperm kabul eder. Polispermi ya yumurta hücresinin birden fazla erkek gametle döllenmesine neden olur ve böylece poliploid bir döl ortaya çıkar veya çok sayıdaki spermler sinergit, antipot gibi embriyo kesesinin diğer hücrelerini dölleyebilirler ve sonuçta birden fazla embriyo meydana gelir (poliembriyoni). Daimi ve dallanmış polen tüpleri Angiospermlerde polen tüpü normal olarak dallanma göstermez ve döllenmeden hemen sonra körelirler. Fakat ender olarak polen tüpü üç hafta kadar körelmeden kalabilir, Ispanakta mikropil bölgesinde polen tüpünün dallandığı ve dalların iç ve dış integümenler çevresinde ve arasında büyüdüklerini görülmüştür. EŞEY UYUŞMAZLlĞl Çiçekler, bitkilerde üremenin olduğu organlardır. Dişi organın tepecik kısmı olan stigma su, rüzgar, hayvanlar gibi çeşitli yollarla gelen polenleri kabul eder. Stigma salgısı ve polen arasındaki karşılıklı etkileşim polenin çimlenip çimlenemeyeceğini tayin eder. Polen çimlenmesi, polenin stigma ve stilus tarafından kabulüne bağlıdır. Herhangi bir noktada uyumsuzluk var ise çaprazlama döllenme ile sonuçlanmaz. Faal dişi gamet taşıyan bir pistil, diğer pistillerde döllenme yapabilen canlı ve verimli polenler ile tozlaşmadan sonra tohum veremezse, polen ve pistilin birbiriyle uyuşmaz oldukları söylenir ve olay eşey uyuşmazlığı olarak isimlendirilir. Bu olay farklı türlerin fertleri arasında veya aynı türün fertleri arasında ortaya çıkabilir. İkincisi kendine uyuşmazlık olarak bilinir ve faal dişi ve erkek gametleri taşıyan bir bitkinin kendi polenleri ile tozlaşmadan sonra tohum verememesi şeklinde tanımlanır. KENDİNE UYUŞMAZLIK Çok sayıda çiçekli bitki hermafrodittir; bir çiçek hem erkek hem dişi organları taşır ve kendi polenleri ile de döllenerek tohum verir. Doğada çiçek yapısındaki farklı adaptasyonlar kendine tozlaşmayı önler. Fakat bunun için en etkin mekanizma kendine uyuşmazlıktır. Bu mekanizma bir tür içinde, her ikisi de tamamen verimli olmasına rağmen erkek ve dişi gametlerin birleşmesini önleyen bir engeldir. 200 yıldan beri bilinmekte ve 50' den fazla familyaya ait takriben 3000 türde görülmektedir. 69

71 Morfolojik olarak kendine uyuşmazlık 2 tiptir: 1. Heteromorfik kendine uyuşmazlık: Bir tür içinde çaprazlama testleri yapılmadan kolaylıkla ayırt edilebilen farklı morfolojideki tiplerin olması ile karakterize olur. Eşleşen bitkilerdeki morfolojik farklar genellikle stigma ve anterlerin pozisyonları, stamen ve stilus boyları, polen hacimleri ile ilgilidir. Bu sistemde uyuşmazlık reaksiyonu dimorfik (distili) türlerde (Primula) olduğu gibi 2 allelli bir gen ile kontrol edilir (S ve s) veya Lythrum'da olduğu gibi (tristili) herbiri 2 allelli 2 gen ile kontrol edilir. Heteromorfik uyuşmazlığın diğer özellikleri şöyle sıralanabiiir: a. Uyuşmazlık reaksiyonu sporofitik olarak tayin edilir. b. Uyuşmaz polen tüpünün büyümesi stilusda inhibe olur. Armeria maritima bu duruma bir istisna oluşturur ve bu bitkide inhibisyon stigma yüzeyinde ortaya çıkar. c. Uyuşmazlık genlerinin allelleri arasındaki dominansi hem polen hem stilusda ortaya çıkar. Heteromorfik bir tür olan Linum grandiflorum'un 2 tip çiçeğinde (uzun stiluslu ve kısa stiluslu) polen ve stilus hücrelerinin osmatik basınçlarında farklar vardır. Bir çeşit çiçekte stilus hücrelerinin osmatik basıncı %11 sakkaroza, poleninkiler % 80 sakkaroza eşit, diğer çeşitteki çiçekte ise stilus hücrelerinin osmatik basıncı % 20 sakkaroza poleninkiler % 50 sakkaroza eşittir. Lewis'e (1979) a göre uyuşur çaprazlamalarda (uzun x kısa veya kısa x uzun) polen / stigma osmatik basınç oranı 4/1 olmalıdır ve bu orandan önemli bir sapma uyuşmazlığa götürür. Örneğin 1. çeşit çiçeğin pistili kendi polenleri ile tozlaştırılırsa polenin osmatik basıncı stilus hücrelerininkinden 7 kat fazla olacaktır ve sonuç olarak polen tüpleri stilusde çok fazla su absorplayacak ve patlayacaklardır. 2. çeşit çiçeklerde kendine tozlaşma sonucunda polen taneleri çimlenmede tamamen başarısız olacaklardır. Çünkü polenlerin osmatik basıncı stigmanınkinden çok düşük olacak ve polenler su absorplayamayacaklardır. 2. Homomorfik kendine uyuşmazlık: Bir tür içindeki tüm eşleşen bireyler morfolojik olarak ayırt edilemezler ve tanımlanabilmeleri için çaprazlama testleri yapılmalıdır. Bu tipte uyuşmazlık gösteren bir tür, çok sayıda eşleşen tiplere sahiptir, kat alellik söz konusudur. Kendine uyuşmazlık polen ile ilgili etkenlere bağlı olarak iki tipe ayrılır. a) Gametofitik kendine uyuşmazlık (GSl) : Uyuşmazlık olayı polen tanesinin (erkek gametofit) genotipi tarafından tayin edilir. Diploit sporofit dokusunda bir etkileşim yoktur. Yani her bir uyuşmazlık geni haploit polende ve diploit sporofitte (stilüs dokusunda) bağımsız 70

72 olarak etki eder. Gametofitik sistem angiospermlerin çoğunda görülen uyuşmazlık sistemidir. Örneğin: Gramineae, Liliaceae, Solanaceae, Trifolium. b) Sporofitik kendine uyuşmazlık (SSI) : Uyuşmazlık olayı polenin meydana geldiği bitkinin diploit sporofit dokusunun genotipi tarafından tayin edilir. Polen ve stilüsdeki S allelleri baskınlık ilişkisine ve etkileşimin farklı ihtimallerine sahip olabilir. Örneğin: Compositae, Cruciferae. Bir çiçekli bitkide döllenmeye kadar olan temel kademelerin sağlıklı bir şekilde ilerleyebilmesi Döllenme konusunda anlatıldığı gibi pistil dokusu ile polen tüpünün etkileşimine bağlıdır. Eğer bir aksaklık varsa örneğin polenler stilus dokusuna uyuşmaz ise aşağıdaki Tablo 1 de özetlendiği gibi olay ilerlemez ve bir kademede durur. Tablo 1. Uyuşur ve uyuşmaz tozlaşmadan sonra ortaya çıkan olaylar Uyuşur tozlaşma Uyuşmaz tozlaşma Polenler stigmaya taşınır Polenler hidrate olur Polenler çimlenir ve tüpleri oluşturur Polenler çimlenmez Tüpler stigma ve stilusta büyür Tüpler stigmaya giremez Tüpler nakil dokusunda büyür Tüplerin stilusta büyümesi durur Tüpler ovaryuma girer Tüpler ovaryuma giremez Tüpler tohum taslaklarına girer Tüpler tohum taslaklarına giremez Tüpler embriyo kesesine girer Tüpler embriyo kesesine giremez Tüpler erkek gametleri boşaltır Tüpler erkek gametleri boşaltamaz Döllenme olur Döllenme olmaz Tozlaşma olayının sonucu tohum eldesi ile öiçülür. Fakat bu tip çalışmalarda kontrollü tozlaşma yapmak gerekir. Tozlaşma yapıldıktan sonra stilus dokusunda polen tüplerini gözlemek için çeşitli boyalar kullanılır. Böylece polen tüplerinin boyları ve büyüme hızları da ölçülebilir. KENDİNE UYUŞMAZLIĞIN GENETİK ESASl Uyuşmazlık bir gen-fizyolojik olaydır. Bu yüzden olayın fizyolojik yönlerini incelemeden önce genetik yönünü incelemekte yarar vardır. Kendine uyuşmazlık genetik kontrol altındadır ve her iki sistem için uyuşmazlık reaksiyonları S geni diye isimlendirilen ve birkaç tane alleli bulunan bir gen (multiple alleli) tarafından kontrol edilir. Kendine 71

73 uyuşmazlığın her iki tipinde de dişi organın tepkisi stigma ve stilus dokusunda ortaya çıkar. Polenler pistil hücreleri ile aynı S allelerini içerdiğinde döllenmede etkili olamazlar. Sporofitik hücrelerinde S 1 S 2 allelerini taşıyan ve gametofitik kendine uyuşmazlık gösteren bir bitki düşünelim (Şekil 65). Şekil 65. Gametofıtik kendine uyuşmazlık gösteren bir S 1 S 2 bitkisinin pistilinde polenlerin davranışı. A. S 1 S 2 bitkisinin tüm polenleri döllenmede başarısız. B. S 2 S 3 bitkisinin Sadece S 3 allelini taşıyan polenleri döllenmede başarılı. C. S 3 S 4 bitkisinden gelen tüm polenler döllenmede başarılı. Böyle bir bitki mikrosporogenez sonunda yarısı S 1 yarısı S 2 allel genlerini taşıyan polenler oluşturur. Stilus hücrelerinde her iki allel de bulunduğu için bitkinin polenleri döllenmede etkili olmaz (Şekil 65). Üç durumda da görüldüğü gibi polenin yani gametofitin taşıdığı S alleli uyuşmazlık reaksiyonunu tayin eder (GSI). Polen ve pistil aynı S allelini taşıdığında bu polenler döllenmede etkili olamazlar. Görüldüğü gibi bu tip uyuşmazlıkta kendine uyuşmazlık polenin (gametofitin) genotipi tarafından tayin edilmektedir. SSl sistemlerinde bitkinin tüm polenleri taşıdıkları S alleline bakılmaksızın benzer davranırlar ve uyuşmazlık sporofit tarafından kontrol edilir. Erkek ebeveynin sporofitik dokusunda, stilüs dokusunun allellerinden birinin bile varlığı bu bitkinin polenlerinin tümünün stilüse karşı etkili olmamasına neden olacaktır. Bu nedenle S 1 S 2 taşıyan bitkilere (Şekil 66 A), S 1 S 4, S 1 S 5 veya S 2 S 3 (Şekil 66 B), S 2 S 4, S 2 S 5 ve vb taşıyan bitkilere % 100 uyuşmaz, fakat S 3 S 4 (Şekil 77 C) ve S 3 S 5 vb bitkilere %100 uyuşur olacaktır. Bu tip uyuşmazlık Brassicaceae, Asteraceae ve Convolvulaceae familyaları için karakteristiktir. 72

74 Şekil 66. Sporofitik kendine uyuşmazlık gösteren bir S 1 S 2 bitkisinin pistilinde polenlerin davranışı. A. S 1 S 2 bitkisinin B. S 2 S 3 bitkisinin tüm polenler döllenmede başarısız. C. S 3 S 4 bitkisinin tüm polenleri döllenmede başarılı. DÖLLENME ENGELLERİ Döllenmeyi önleyen uyuşmazlık engelleri bitkinin farklı kısımlarında ortaya çıkabilir: a. STİGMA YÜZEYİNDE: Bu tipte ya polenler stigmada çimlenmez veya polen tüpü stigmadan içeri giremez. Bu tip uyuşmazlık Cruciferae, Papilonaceae, Gramineae, Compositae vs. de görülür. b. STİLÜSDE: Uyuşmazlık polen tüplerinin stilusde büyümeleri sırasında ya nakil dokusunda veya stilüs kanalında ortaya çıkar. Bu tip uyuşmazlık Solanaceae, Liliaceae vs. de görülür. c. OVARYUMDA; TOHUM TASLAKLARINDA veya EMBRİYO KESESİNDE: Bazı uyuşmaz çaprazlamalarda polen tüpleri stilusde büyüyebilir ve kaidesine kadar ulaşabilirler. Fakat erkek ve dişi gametler birleşemezler ve döllenmemiş tohum taslakları körelir. Bazı Liliaceae üyelerinde (Hemerocallis), Gasteria ve Theobroma cacao da görülür. Kendine uyuşmazlık üzerinde son 35 yılda yapılan fizyolojik ve biyo-kimyasal çalışmalar, erkek gametofitin stilus ve stigmadaki davranışını kapsar. Materyal teminindeki güçlüklerden dolayı ovaryum üzerindeki çalışmaiar ihmal edilmiştir. Sporofitik uyuşmazlık sisteminde uyuşmazlık reaksiyonu stigma yüzeyinde polen tanesinin çimlenmesi veya stigmadan içeri girişi sırasında; gametofitik sistemde ise stilusde polen tüpünün büyümesi sırasında ortaya çıkar. Gametofitik uyuşmazlık gösteren birçok familyada nemli stigmalar, sporofitik uyuşmazlık gösterenlerde ise kuru ve papilli stigmalar daha çok görülür. 73

75 Sporofitik (SSl) ve gametofitik (GSl) kendine uyuşmazlık sistemlerinin bazı özellikleri Tablo 2 de gösterilmiştir. Tablo 2. Sporofitik (SSl) ve gametofitik (GSl) kendine uyuşmazlık sistemlerinin bazı özellikleri. Özellikler SSI GSI POLEN Sitoloji 3 hücreli 2 hücreli In vitro çimlenme Zor Kolay Canlılık Kısa yaşamlı Kısa yaşamlı Solunum oranı Yüksek düşük PİSTİL Stigma Kuru Islak RET REAKSİYONU Stigmada Stilüsde SSl sisteminde S geni ürünleri polen tüplerinin durdurulduğu yer olan stigmada, GSl de S geni ürünleri polen tüplerinin büyümesinin durdurulduğu yer olan stilusun nakil dokusunda ortaya çıkar. S geni ürününün bir glikoprotein olduğu saptanmıştır. S allellerinin ortaya çıkışı ile ilgili ürünler immünolojik olarak gözlenmişlerdir. S geni ürünleri eriyebilir haldedir ve apoplast sistem içine salınırlar. Polen tüpünde S geni ürünü için bazı reseptörler vardır ve böyle bir etkileşime tepki olarak polen tüp büyümesi inhibe olur. UYUŞMAZLIĞIN BİYOKİMYASI VE FİZYOLOJİSİ Vegatatif olarak üretilmiş ve bilinen S alleline göre homozigot bitkilerin polen, stigma ve stilusları üzerinde birçok araştırma yapılmış ve bunların sonucunda uyuşmazlık engelinde iki noktanın ayırt edilmesinin gerekli olduğu vurgulanmıştır: 1. Tanıma 2. Ret Tanıma retten önce ortaya çıkar ve ikisi birden döllenmeye engel oluştururlar. 1. Tanıma reaksiyonu: Moleküler seviyede ortaya çıkar ve bu reaksiyonla pistilin polen tanesini kabul edip etmeyeceği yani uyuşup uyuşmayacakları anlaşılır. SSl sistemlerinde tanıma reaksiyonu polen stigma ile temas ettikten hemen sonra ortaya çıkar. GSl sisteminde ise stigmada tanıma reaksiyonu ortaya çıktıktan sonra ret reaksiyonunun, tüp 74

76 stigmadan girip stilüsun yarısına kadar büyüdükten sonra ortaya çıkar. Tanıma, polen kabulü ve çimlenme için gerekli bir evredir. Kabulden sonra polen aktive olur ve çimlenmeye başlar. Giriş için gerekli kutinaz gibi enzimleri salgılar. 2. Ret reaksiyonu: Tanıma reaksiyonu polenlere has pistilde fizyolojik ve biyokimyasal olaylarla belirir. Uyuşmaz tozlaşmada bu değişmelerin fenotipik belirtileri ret reaksiyonunu meydana getirir. Ret reaksiyonu ya polen çimlenmesine ket vuran veya stigma içine polen tüpünün girişini önleyerek stigmada (SSl sistemlerinde) veya stilüsde polen tüpünün patlamasına yol açarak veya tüpün büyümesini önleyerek stilüsde ortaya çıkar (GSI sistemlerinde). Türler arası veya tür içi uyuşmazlık üzerindeki biyokimyasal ve fizyolojik birçok araştırma, polen çeperinin ve polen-stigma ilişkisinde çeper proteinlerinin önemini ortaya koymuştur. Çimlenme sırasında polenden çeşitli hidrolitik enzimler salınır ve bu enzimler polen-stigma ilişkisinde önemli rol oynarlar. Polen tanelerindeki bu proteinlerin önemli miktarının S genine has olduğunu ve depo yerinin de polen çeperinin eksin ve intin tabakalarıdır. Uyuşmazlığın tanıma proteinleri, polen çeperinde ekstra-selular olarak tutulur. GSl bitkilerinde bu proteinlerin intinde olduğu, SSI bitkilerinde ise eksinde olduğu önemli bir gerçektir. Uyuşmazlık reaksiyonu bakımından polen çeperi ve çeper proteinleri önem kazandığı için polen stigma ilişkisine girmeden önce çeper tabakalarını (intin ve eksin) incelemek yararlı olacaktır (Şekil 67). Şekil 67. Polen çeperindeki proteinlerin depolanma yerlerini gösteren diyagram. Polen çeperi Polen çeperi kompleks bir yapıdır ve türe hatta genusa has özellikler taşır. Polen 2 çeperle çevrilidir: Dış çeper eksin, iç çeper intin. 75

77 İntin Mikrospor tetratındaki sporların dağılmasından sonra meydana gelen polenin iç çeperidir. Polenin kendisi tarafından oluşturulur. Selülozik yapıdadır ve jelatinimsi matrikste gömülü pektin ve hemiseluloz içeren tipik bir primer hücre çeperidir. Selüloz, yüzeye paralel dizili mikrofibriller halindedir. Çimlenme porlarında intin kalınlaşmıştır ve porlarda genellikle eksin bulunmaz. Çimlenme sırasında intin polen tüpünü oluşturmak üzere çıkıntı yapar. İntin haploit polen tarafından oluşturulan proteinler içerir. Gametofit kökenli olan bu proteinler özellikle çimlenme porları etrafında yoğunlaşmış lameller veya granüller halindedir. Eksin Çiçekli bitkilerin çoğu iyi gelişmiş bir eksin içerir. Eksin sporopollenin denilen bir maddeden oluşur. Sporopollenin karotenoit ve karotenoit esterlerinin polimeridir ve bunlar çevre şartlarına, kimyasal ve biyolojik parçalayıcılara karşı çok dirençlidir. Bu nedenle polenler fosil halinde uzun yıllar bozulmadan kalabilirler. Eksin oluşumunda hem tapetum hem polenin kendisi rol oynar. Polenler olgunlaşmadan hemen önce tapetum hücreleri tarafından sentezlenen ve lokus içindeki polenlere doğru gönderilen maddeler, eksin oyuklarında birikir. Sporofitik kökenli olan bu maddeler karbonhidrat, protein, glikoprotein, lipidler ve pigmentlerdir. Pigmentli lipitler polenkiti oluşturur. Bu maddeler polenin stigma yüzeyine veya polen taşıyıcısına yapışmasını sağlar ve polenlerin hidratasyonuna ve çimlenmesine yol açan makromoleküler teması başlatırlar. Polen Çeper Proteinleri Proteinler polen çeperinin hem intin hem eksin tabakalarında bulunur. Bu proteinler özellikle çimlenme porları etrafında ve eksin girintilerinde yoğunlaşmış durumdadır. İntinde bulunanlar gametofitik, eksinde bulunanlar sporofitik kökenlidir ve çeper proteinlerinin çoğu enzim, özellikle hidrolitik enzim proteinleridir. Stigmanın nemli yüzeyi ile polenlerin temasından hemen sonra eksinde ve intinde bulunan proteinler hızlıca ortama salınırlar ve temas yüzeyi üstünde diffüz olurlar. Eksine tutunmuş proteinler birkaç saniyede (en fazla 30 sn) çıkmasına rağmen intinde bulunanlar çimlenme porlarından birkaç dakikada (5 dk) salınırlar. Birinci etkileşim yeri stigma, ikinci etkileşim yeri intinin çimlenme porundan çıkıp uzaması ile meydana gelen polen tüpüdür. Tür içi ve türler arası uyuşmazlıktan sorumlu olan bu proteinler aynı zamanda insanlarda alerji ve saman nezlesine neden olurlar. Sporofitik kökenli proteinlerin hemen salınımı GSl sistemi ile karşılaştırıldığında, SSl sisteminde ret reaksiyonunun stigmada erken evrede ortaya çıkmasını kısmen izah edebilir. 76

78 STİGMA YÜZEY İNHİBİSYONU SSl sistemlerinde ve bazı gametofitik sistemlerde ret reaksiyonu stigma yüzeyinde ortaya çıkar; polen taneleri ya stigmada çimlenemezler veya polen tüpleri içeriye giremezler yani stigma yüzeyi (kuru tip stigma) uyuşmaz tozlaşmada önemli bir engeldir. Polen çeperinde bulunan ve sporofitik uyuşmazlık reaksiyonundan sorumlu olan proteinlerin tapetum hücrelerinde sentezlenip polenin eksin tabakasına transfer edildiği bilinmektedir. Ret reaksiyonunun stigma yüzeyinde ortaya çıktığı birçok tür, kuru stigma (bol salgıdan yoksun) ile karakterize edilir. Kuru stigma yüzeylerinde görülebilir bir salgı veya sıvı kutiküla yoktur. Fakat kuru stigma diye isimlendirilen stigmalar kütikülanın üstünde pelikül denilen hidrate olmuş proteinimsi bir tabaka ile örtülüdür. Bu örtü polen tanelerinin tutulduğu ve hidrate olduğu bir yerdir. Polen stigma yüzeyine tutunduktan sonra yüzey stigmanın papilli hücreleri tarafından salınan sudan dolayı nemli hale gelir. Bununla stimüle olan ve eksine tutunmuş anter tapetumu kökenli proteinler birkaç saniye içinde ortama akarlar ve örtünün proteinleri ile bağlanırlar. Tüm bu olaylar tozlaşmadan sonra ilk dakikalarda (30 sn - 30 dk.) olur. Örtünün, eksin proteinleri için stigma yüzeyinde kabul edici bir yüzey oluşturduğu düşünülür ve iki protein fraksiyonu arasındaki ilişki uyuşmazlık reaksiyonundan sorumludur. Sinyal maddeler stigmanın örtü tabakası ile reaksiyona girerler. Sinyalin dur yani uyuşmaz veya devam et yani uyuşur olup olmamasına göre kütinaz enzimi polen tanesinden salınır. Kütinaz stigma hücrelerinin kütiküla tabakasını parçaiar ve böylece polen tüpü stigma papiline girebilir, papilin hücre çeperi ve plazma zarı arasında büyüyerek papilin kaidesine doğru ilerleyebilir (Şekil 68A). Uyuşmaz tozlaşmada ise stigma papilina kalloz birikir, polen tüpü stigmada içeri giremez (Şekil 68 B). Şekil 68. Sporofitik sistemde polen-stigma etkileşimi. A. Uyuşur tozlaşma, B. Uyuşmaz tozlaşma. Uyuşmaz tozlaşmada stigma papilinin plazma zarı ve hücre çeperi arasında kalloz birikimi. 77

79 STİLÜSTE İNHİBİSYON Daha önceden belirtildiği gibi GSl sistemlerinde, Gramineae ve Oenothera hariç, ret reaksiyonu stilusde; polen tüpü stilusun yaklaşık 2/3 üne kadar büyüdükten sonra ortaya çıkar. Bu sistemde S geni ürünleri oldukça eriyebilir durumda olan glikoproteinlerdir ve nakil dokusunun apoplast (hücre arası) sistemine salınırlar. Büyük bir olasılıkla polen tüplerinde S geni ürünleri için reseptörler vardır ve böyle bir etkileşime tepki olarak polen tüp büyümesi inhibe olur. Genetik çalışmalar erkekteki tanıma faktörünün tapetum tarafından değil erkek gametofitin (polenin) kendisi tarafından gelişim sırasında oluşturturulduğunu ortaya çıkarmıştır. Büyük ihtimalle polen çeper gelişimi sırasında intinde yerleşmiş ve gametofit kökenli proteinlerle ilgilidir. Fakat SSl sistemleri ile karşılaştırıldığında GSl sistemlerinde sentez veya aktivasyon ve tanıma maddelerinin salınması gecikir ve ret reaksiyonu polen tüpünde ortaya çıkar. Stilüsde polen tüp uzamasına ket vurulmaya tipik bir örnek olan Petunia hybrida'da uyuşmazlık reaksiyonu polen tüp çeperinin kalınlaşması ve tüp sitoplazmasının körelmesi ile ortaya çıkar (Şekil 69). Diğer bazı bitkilerde uyuşma göstermeyen stilusde tüpler başlangıçta normal bir yapı gösterirler, fakat tüpler stilus boyunun tahminen üçte ikisine kadar büyüdükten sonra iç çeperleri yavaş yavaş incetir ve sonunda görünmez olur. Bu gözlemler uyuşmazlık olayının aktif bir olay olduğunu açıkça gösterir. Şekil 69. Petunia hybrida'da kendine uyuşmaz polen tüplerinde görülen anormallikler. Petunia hybrida bitkisinde uyuşur tozlaşmadan sonra generatif hücre polen tüpünde bölünerek 2 tane sperm hücresi meydana getirir. Uyuşmaz polen tüplerinde ise generatif hücrenin mitoz bölünmesinde düzensizlikler olmakta ve bunun sonucunda sperm nukleuslarının sayısında, şeklinde ve hacimlerinde anormallikler görüimektedir (Şekil 70). 78

80 Karşı tozlaşmadan sonra meydana gelen uyuşur polen tüplerinde çapları çoğunluk 4-6 µm arasında olan sperm nukleuslarının, kendine tozlaşmadan sonra meydana gelen uyuşmaz polen tüplerinde ise çaplarının 2-4 µm arasında olduğu görülmüştür. Uyuşma göstermeyen polen tüplerinde görülen diğer anormal davranışlar şunlardır: 1. Polen tüp büyümesi gecikir; 2. Polen tüp nukleusları anormal davranır; generatif hücre bölünmez, vegetatif hücre ilk birkaç saat içinde görünmez olur; 3. Polen tüplerinin uçlan dallanır, kalloz tıpa sayısı artar, kalınlaşmış çeperde çok yoğun selüloz fibrilleri görülür. Şekil 70. Petunia hybrida'da uyuşma göstermeyen polen tüplerinde generatif nukleusun bölünmesinde gözlenen bozukluklar, iki spermli ve üç spermli polen tüpleri. ENDOSPERMA Endosperma gelişen embriyolar için besin kaynağıdır. Gimnospermlerde haploittir ve dişi gametofitin devamıdır. Angiospermlerde döllenme ürünüdür ve birçok bitkide triploittir. Yumurta hücresi erkek gametle döllenmeden sonra zigotu meydana getirir. Polar nukleusların ikinci erkek gametle birleşmesi ile primer endosperma nukleusu oluşur. Birinci birleşmeden embriyo, ikinci birleşmeden endosperma meydana gelir. Angiospermler içinde Orchidaceae, Podostemaceae ve Trapaceae familyaiarında endosperma yoktur; ya primer endosperma nukleusu bölünmez veya birkaç bölünmeden sonra meydana gelen nukleuslar körelir veya Dicraea (Podostemaceae) tipi embriyo kesesi gelişimi gösteren bitkilerde olduğu gibi olgun embriyo kesesi polar nukleus içermez. Endosperma varsa ya gelişen embriyo tarafından harcanır; bu durumda tohumlar endospermasızdır (bezelye, fasulye) veya endosperma olgun tohumda da kalır ve tohumun çimlenmesi sırasında embriyonun büyümesine destek olmaya devam eder. Endospermalı tohumlara tahıllar, hindistan cevizi ve hint yağı tohumu örnek olarak verilebilir. Endosperma, gelişimine bağlı olarak üç tipe ayrılır: 1) serbest nukleuslu (nuklear), 2) hücreli (sellular), 3) ara tip (helobial) 79

81 Davis (1966) üzerinde çalışılan 288 familyanın 161' inde serbest nukleuslu, 72'sinde hücreli ve 17'sinde helobial tipte endosperma görüldüğünü belirtmiştir. Hücreli endospermaya genellikle dikotillerde rastlanır, monokotillerden sadece Araceae ve Lemnaceae familyalarında görülür. Helobial tip endosperma içeren 17 familyanın 14'ü monokotildir. ENDOSPERMA TİPLERİ Serbest Nukleuslu Endosperma Bu tip endospermada primer endosperma nukleusunun ilk bölünmelerini çeper oluşumu izlemez. İlk birkaç bölünme sinkroniktir yani nukleuslar aynı anda aynı evrede bulunurlar. Daha sonra sinkronizasyon bozulur, yani bazı nukleuslar profazda iken diğerleri bölünmenin daha ileri evrelerinde olabilir. Bölünmeler sonunda merkezi hücrede, ortak bir sitoplazmada sayıları birkaç taneden birkaç bine değişen serbest nukleuslar meydana gelir (Şekil 71). Nukleuslar embriyo kesesinin mikropil veya kalaza tarafında veya her iki bölgesinde kümelenirler veya merkezdeki büyük vakuolün etrafında bulunan sitoplazma içinde yer alırlar. Böyle bir durum ya nukleuslar gelişen embriyo tarafından tamamen harcanıncaya kadar devam eder, veya birçok bitkide olduğu gibi gelişimin daha ileri evresinde hücreli duruma geçilir. Çeper oluşumu farklı türlerde farklı gelişim evrelerinde meydana gelir. Örneğin Coffea arabica'da 4 nukleuslu embriyo kesesi evresinde, Anemone'de 1000 serbest nukleus oluştuktan sonra çeper oluşumu başlar. Çeper oluşumu ilk önce proembriyo etrafında başlar ve yavaş yavaş kalaza tarafına doğru ilerler. Gramineae'lerde endospermanın en dış tabakası alevron tabakasını oluşturmak üzere farklılaşır. Endosperma emeçleri Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Leguminaceae ve Proteaceae familyalarında görülür. En uzun endosperma emeci (16 mm) Cucurbitaceae'den Echinocystis lobata'da gözlenmiştir. Linum hirsutum polar nukleuslar döllenmeden önce birleşirler. Döllenmeden sonra embriyo kesesi genişler. Primer endosperma nukleusu merkeze ilerleyerek ardışık mitoz bölünmeler geçirir ve serbest nukleuslu endospermayı meydana getirir. Bu evrede bölünmeler sinkroniktir (Şekil 72 A). Daha sonra sentripetal çeper oluşumu proembriyo etrafında başlar ve embriyo kesesinin kalaza tarafına doğru ilerler. Gelişmiş tohum taslaklarında endosperma tamamen hücreli hale geçer ve bu evrede embriyo kesesinin kalaza bölgesi uzayarak bir emeç oluşturur. Emeç mm uzunluğunda tüpsü ve serbest nukleuslu bir yapıdır (Şekil 72 B,C). Hindistan cevizinde endosperma gelişimi özel bir durum gösterir. Cocus nucifera (Palmae) da primer endosperma nukleusu birçok serbest nukleus bölünmesi geçirir. Meyve 50 mm'ye ulaştığında embriyo kesesi, çeşitli hacimlerde ve çok sayıda nukleus içeren sıvı 80

82 endosperma ile dolar. Meyve 100 mm'ye ulaştığında, sıvıda birçok kese görülür µm çapında olan bu keseler serbest nukleusların etrafını saran sitoplazmik materyalin birleşmesi ile meydana gelirler ve 40 kadar nukleus içerirler. Meyveler 150 mm'ye ulaştığında keseler kalazaya hareket ederler ve sonunda görünmez olurlar. Kese içeriği serbest endosperma nukleusları ile karışır ve jelatinimsi bir yapı oluşturur. Bu yapıda mitotik aktivite hızlıdır ve çeper oluşumu görülür. Hücreli endosperma hindistan cevizinin etli kısmını oluşturur ve daima kenarda kalır ve embriyo kesesinin ortasında bulunmaz. Olgun Hindistan cevizlerinde sıvı endosperma sütlü hale gelir. Hindistan cevizi sütü yani sıvı endosperma büyüme hormonları, protein granülleri, yağ damlaları ve birçok nukleus içerir. Doku kültürü çalışmalarında çok kullanılan Hindistan cevizi sütünün aktivitesi biyokimyasal bakımdan hala çok iyi anlaşılmamıştır. Şekil 71. Acalypha indica'da serbest nukleuslu endosperma. A. Döllenmeden sonra embriyo kesesi. B,C. Endosperma nukleuslarında sinkronik bölünmeler. D. Endosperma nukleusları kesenin kenarında. E. Kenar kısımda hücre oluşumu. F. Endosperma tamamen hücreli. ŞekiI 72. Linum hirsutum 'un endospermasında A. Serbest nukleuslu endospermada profaz B,C. Emeç oluşumu. 81

83 Hücreli Endosperma Primer endosperma nukleusunun ilk ve daha sonraki bölünmelerini düzenli çeper oluşumu izler (Şekil 73 A-E). İlk bölme çeper genellikle eninedir, bazen boyuna veya eğik olabilir. Çeper oluşumunda bitkilere göre değişen çeşitlilik görülür. Emeçlerin görülüşü bu tip endosperma için çok rastlanan bir durumdur ve emeçler serbest nukleuslu endospermadan çok daha fazla değişiklik gösterirler. Emeçler hem mikropil hem kalazada görülebilir. Şekil 73. Drimys winteri de hücreli endosperma. A. Döllenmeden sonra embriyo kesesi. B-D. iki, üç ve dört hücreli endosperma. E. Endosperma tamamen hücreli durumda. Magnolia obovata' da kalazada oluşan emeç iki hücrelidir (Şekil 74). Bu bitkide primer endosperma nukleusunun ilk bölünmesini enine bir çeper oluşumu izler ve hemen hemen eşit büyüklükte iki odacık oluşur (Şekil 74 A). Mikropildeki odacıkta bölünmeler hızlıdır. Kalaza bölgesinde nukleus enine bölünür ve bölünme oldukça yavaştır (Şekil 74 B). Mikropil tarafındaki yoğun hücreli kitleye tutunmuş kuyruk gibi bir yapı oluşur (Şekil 74 C) Kuyruğun uçtaki iki veya üç hücresi bir emeç oluşturacak şekilde uzar (Şekil 74 D) ve nusellusun kalaza bölgesine girer. Endospermada mikropil ve kalazada emeçlerin görülmesi Scrophulariaceae familyası için de olağan bir durumdur. Impatiens'de mikropil tarafında iyi gelişmiş emeç görülür. Endosperma nukleusunun ilk bölünmesiyle iki odacık oluşur. Mikropildeki küçüktür ve enine bölünerek üç hücre oluşturur. Bunun üst tarafı zigotu içerir ve büyük dallı bir emeç oluşturur. Loranthaceae'de gerçek tohum taslağı yoktur; tüm embriyo keseleri birbirlerine çok yakındırlar ve aynı anda gelişirler. Döllenmeden sonra primer endosperma nukleusu embriyo kesesinin bazal kısmına doğru hareket eder ve burada bölünür. Daha sonra ovaryumdaki tüm embriyo keselerinin endospermaları birbirleriyle birleşerek bir endosperma oluştururlar. 82

84 Şekil 74. Magnolia obovata'da endosperma gelişimi. A. İki hücreli endosperma. B. 13 hücreli endosperma, zigot bölünmemiş durumda. C. Kalazada 2 hücreli emeç içeren endosperma diyagramı. D. C den büyütülmüş bir bölge. Ara Tip (Helobial) Endosperma Bu tip endosperma genellikle monokotillerde görülür. Primer endosperma nukleusu embriyo kesesinin kalaza tarafına doğru hareket eder ve burada bölünerek mikropil tarafında büyük, kalaza tarafında küçük birer odacık oluşturur (Şekil 75 A-D). Mikropildekinde kural olarak serbest nukleus bölünmeleri görülür ve hücre oluşumu geç başlar. Kalazadaki nukleus ya bölünmeden kalır veya sadece birkaç defa bölünür. Kalaza bölgesi genellikle sönositik olarak kalır ve bir emeç görevi yapar, sadece birkaç durumda çeper oluşumu görülür. Şekil 75. A-D. Eremurus himalaicus'da helobial tip endosperma gelişimi. 83

85 Monokotillerde helobial endospermanın erken gelişim evrelerinde az çok benzer durumlar görülür, değişiklikler daha ileri evrelerde ortaya çıkar. Monokotillerde helobial endospermanın önemli özellikleri şöyle sıralanabilir: 1. Primer endosperma nukleusu antipotlara komşu kalaza bölgesinde yer alır. 2. Primer endosperma nukleusunun bölünmesiyle mikropilde büyük, kalazada küçük birer odacık oluşur. 3. Mikropildeki nukleus bölünmeden önce daima embriyo kesesinin üst kısmına göç eder. 4. Mikropildeki ilk iki bölünme serbest nukleusludur, eğer varsa çeper oluşumu daha ileri evrede görülür. 5. Kalazadaki odacık "bazal cihaz" ismini de alır ve emeç görevi yapar. Bu odacıktaki nukleus bölünmeleri, eğer varsa daima serbest nukleusludur. Çeper oluşumu varsa mikropildekinden çok daha geç ortaya çıkar. 6. Kalaza odacığındaki nukleus sayısı azdır ve bölünme hızları daha yavaştır. Ruminat Endosperma Düzensizlik görülen ve yüzeyinde buruşukluk olan endosperma, ruminat endosperma adını alır. "Ruminate" kelimesi Latince çiğnenmiş anlamında "ruminatis'' kelimesinden türevlenir. Fakat aslında endosperma dokusunda "çiğnenme" durumunun olmadığını gösterilmiştir. Bu endosperma, tohum gömleğinin veya endospermanın kendisinin düzensiz büyüme aktivitesi nedeniyle ortaya çıkar (Şekil 76). Ruminat endosperma dördüncü tip endosperma olarak kabul edilemez. Üç tip endospermanın herhangi birinde ve endosperma gelişiminin ileri evresinde ortaya çıkabilir. Ruminat endosperma 32 angiosperm familyasında gözlenmiştir. Şekil 76. Artabotrys odoratissimus'un genç tohumlarından A. Boyuna. B. Enine kesit. 84

86 ENDOSPERMANlN SİTOLOJİSİ Bitkilerin çoğunda endosperma başlangıcında triploittir çünkü üç haploit nukleusun birleşmesiyle oluşur. Birleşen sperm nukleuslarının sayısı daima birdir, fakat embriyo kesesinin gelişim tipine bağlı olarak kutup nukleuslarının sayısı değişir. Buna bağlı olarak endospermanın kromozom sayısı da değişir. Örneğin Oenothera'da polar nukleusların sayısı 1 ve endosperma diploit (2n); Peperomia da 8 ve endosperma 9n'dir. Gelişim sırasında endosperma hücrelerinde endomitoz, politeni ve nukleus birleşmeleri nedeniyle yüksek derecede poliploidi görülür. Thesium alpinum'da endosperma emecinde ploidi derecesi 384n e kadar çıkar. En yüksek ploidi Arum maculatum'da görülür. Bu bitkinin tek nukleuslu kalazal haustoryumunda politeniden dolayı ploidi seviyesinin 24576n e çıktığı bilinmektedir. Endopoliploidi, gelişim sırasında embriyonun büyümesi, farklılaşması ve çimlenmesi için gerekli olan karbonhidrat, protein gibi makromoleküllerin sentezini arttırmak için ortaya çıkan ve genle kontrol edilen bir mekanizmadır. Endosperma genellikle klorofilsizdir. Mathiola, Raphanus, Viscum gibi bazı bitkilerde klorofilli endospermaya da rastlanır. Endosperma dokusunda mitoz bölünmede kromozom köprüleri, çekilmeyen kromozomlar, kromozom parçaları, nukleus parçalanması gibi düzensizlikler sık sık görülür. Bu düzensizliklerin sonucu olarak nukleusların hacminde ve şeklinde ayrıca nukleolusların sayısında da büyük değişiklikler görülür. Alevron Dokusu Tahıllarda endospermanın en dıştaki bir veya birkaç tabakası morfolojik ve fizyolojik olarak oldukça özelleşmiştir ve bunlar alevron dokusunu oluşturur. Pamukta alevron dokusu üç veya dört tabakalıdır. Olgun tanelerde alevron hücreleri canlıdır. Endospermanın alevron hücreleri tarafından sarılan nişastalı kısmı ise bitki fizyologları tarafından ölü olarak kabul edilmektedir. Şekil 77. A. Arpada alevron hücreleri. B. Büyütülmüş tek bir alevron tanesi. 85

87 Alevron hücreleri vakuolsuz sitoplazmalı ve kalın çeperlidir (Şekil 77 A). Birbirleriyle plazmodezmalar ile bağlantıdadırlar. Bu hücrelerde sferozomlar ile çevrili alevron taneleri bulunur. Alevron taneleri sferozomlar ile sıkı ilişkide olan tek birim zarla çevrilidir. (Şekil 77 B). Alevron tanelerinin temel bileşikleri protein, fitin, fosfolipitler ve bazı karbonhidratlardır. Bu bileşiklerin her biri ayrı kısımlarda bulunur; a. Globoidal boşlukta bulunan globoidler: fitin ve lipit içerir. b µm çapında protein-karbonhidrat cisimleri. Temel madde yüksek yoğunlukta protein içerir. Son yılarda alevron dokusu bitki hormonlarının incelenmesi bakımından çok önem kazanmıştır. Tohum çimlenmesi sırasında endosperma hücrelerindeki depo besinler (nişasta ve protein), alevron hücreleri tarafından salınan hidrolitik enzimlerin (amilaz ve proteaz) aktivitesi ile sindirilir. Bir tohumun su ile temasından sonra embriyonun salgıladığı giberellik asit denilen büyüme hormonu, alevron hücrelerini uyarır ve onların hidrolitik enzimleri salgılamasına neden olur (Şekil 78). Endospermaya doğru salınan hidrolitik enzimler de endospermadaki yedek besin maddelerini yapı taşlarına parçalar ve böylece embriyo tarafından kolayca alınmalarını sağlar. Örneğin, nişastanın parçalanmasıyla oluşan glikozu embriyo hücreleri alarak hem solunum substratı olarak hem de yeni hücrelerin çeper sentezinde yapı elemanı olarak kullanırlar. Proteinlerin parçalanmasıyla oluşan amino asitlerden triptofanı alarak, büyümesi için gerekli olan büyüme hormonu indol asetik asitin sentezinde kullanırlar. Nukleik asitlerin parçalanmasıyla oluşan adenini kullanarak özellikle hücre bölünmesi için gerekli olan büyüme hormonu sitokininleri sentezler. Böylece büyüyüp gelişen embriyo tohum testasını çatlatarak dışarı çıkar. Şekil 78. Bir arpa tohumunda embriyonun beslenmesini gösteren diyagram. GA: Giberellik asit 86

88 ENDOSPERMANlN GÖREVLERİ Endospermanın olgun tohumlarda bulunduğu durumlarda endosperma karbonhidrat, yağ, protein yani depo maddeleri bakımından zengindir. Tohum çimlenmesi sırasında bu maddeler sindirilir ve yeşil pigmentler gelişinceye kadar fidelerin büyümesi için kullanılır. Endosperma için düşünülen klasik görev, embriyoyu erken gelişim evrelerinde beslemesidir. Bu görüş aşağıdaki bulgularla desteklenir. 1. Döllenme zamanında embriyo kesesi çok az besin içerir. Endospermanın gelişimi ilerledikten sonra embriyo için yeterli besin bu dokuda depo edilir. 2. Angiospermlerin çoğunda zigot, endosperma ancak belirli bir gelişim evresine geldikten sonra bölünür. Zigotun endospermadan önce veya aynı anda bölündüğü durumlarda bile endosperma büyümede embriyoyu geçer. 3. Embriyo genellikle endosperma normal bir şekilde büyüdüğü zaman gelişir. Eğer endosperma kusurlu ise embriyonun büyümesi olumsuz yönde etkilenir. 4. Embriyo gelişimi sırasında kendini saran endosperma hücrelerini tüketir. Baklagiller, kabaklar gibi birçok bitkide embriyo endospermayı tohum olgunluğa erişmeden tüketir. 5. Endosperma yokluğunda (Orchidaceae, Podostemaceae ve Trapaceae) özel bazı yapılar gelişen embriyoyu besleme görevini üstlenirler. Endosperma, embriyo için besin kaynağı oluşturmaktan başka, embriyo gelişimi üzerinde morfogenik bir etkiye de sahiptir. Çok genç embriyolar endospermanın etkisinden uzaklaştırıldığında en zengin yapay besin ortamlarında bile olgunluğa erişemezler. Eğer yaşlı embriyolar kültür ortamlarında yetiştirilirlerse gelişmelerini tamamlayabilir ve çimlenme gösterirler. EMBRİYO Döllenmiş yumurta hücresi zigot adını alır. Zigotun gelişmesi ile tüm bir bitki oluşturma potansiyeline sahip olan embriyo meydana gelir. Tipik bir dikotil embriyosu lateral olarak bağlı iki kotiledon taşıyan bir eksen içerir (Şekil 79 A). Kotiledonların üst kısmındaki eksen epikotil, kotiledonların alt bölgesindeki eksen hipokotil adını alır. Epikotil plumula (embriyonik gövde) halinde sona erer, hipokotil alt ucunda radikulayı (embriyonik kök) taşır. 87

89 Monokotil embriyosu bir kotiledon taşımasıyla dikotil embriyosundan ayrılır (Şekil 79 B). Tipik bir dikotil embriyosunun gelişim evreleri şöyle sıralanabilir: zigot, globular embriyo, kalp şekilli embriyo, torpido şekilli embriyo ve olgun embriyo (Şekil 80). Başlangıçta embriyo bir parazit gibi yaşar. Besinlerini embriyo kesesinden veya tohum taslağının çeşitli kısımlarından temin eder. Şekil 79. A. Olgun bir dikotil embriyosu (Capsella bursa-pastoris). B. Olgun bir monokotil embriyosu (Hydrilla verticillata) Şekil 80. Tipik bir dikotil embriyosunun gelişim evreleri. ZİGOT Yumurta hücresinin döllenmesiyle zigot meydana gelir. Zigot tüm gelişmiş bir bitkiyi oluşturacak potansiyele sahip tek hücreli bir sistemdir. Angiospermlerde zigot embriyo kesesinin mikropil ucuna bağlıdır; bazal kısmı ile embriyo kesesine tutunur, apikal kısmı ise kesenin içine doğru yer alır. Zigot meydana geldikten sonra bir uyku süresi geçirir. Bu süre bitki türüne göre değişir. Genellikle hücreli endospermalılarda, serbest nukleuslu endosperma içerenlere göre daha kısadır. Uyku süresince zigot olgunlaşır, bazı fiziksel ve kimyasal 88

90 değişiklikler geçirir ve bunun sonucu olarak zigot yumurtadan daha belirgin bir kutuplaşma gösterir. Zigotun apikal ve bazal bölgeleri arasında farklılaşma ortaya çıkar. Apikal bölgede nukleus ve diğer hücre organelleri bulunur ve bu bölge protein sentezi bakımından aktiftir. Bazal bölgede çok az sayıda hücre organeli vardır, büyük bir vakuol bulunur ve bu bölgede osmotik bakımdan aktif maddeler birikir. Daha sonra ortaya çıkan diğer bir değişiklik de zigot etrafında çeper sentezi ile ilgilidir. Döllenmeden önce yumurtanın sadece mikropil bölgesinde olan çeper zigotu tamamen çevirir ve bir anlamda zigot soyutlanmış bir hücre durumuna geçer. Etrafındaki hücrelerle plasmodezma bağları tıkanır. Ribozomlar polizomları oluşturmak üzere kümelenir. Bu, metabolik etkinliğin başladığını gösterir. Zigot genellikle primer endosperma nukleusundan sonra bölünür. Colchicum autumnale'de döllenme sonbaharda olur ve hemen endosperma nukleusları oluşmaya başlar, fakat zigot 4-5 ay kış devresinde uyku halinde kalır. EMBRİYOGENİ Zigottan mitoz bölünmelerle embriyonun oluşması olayına embriyogeni denir. Angiospermlerin çoğunda zigot enine olarak bölünür ve embriyo kesesinin içine doğru küçük bir apikal hücre (ca) ve mikropile doğru büyük bir bazal hücre (cb) meydana gelir. Ender olarak zigotun bölünmesi boyuna (Loranthaceae) veya eğik (Triticum) olabilir. Monokotiller ve dikotiller arasında embriyo gelişimindeki farklar plumula ve kotiledonlar belirdiğinde ortaya çıkar. İki hücreli evreden organ oluşumunun başlamasına kadar olan evrede embriyo proembriyo adını alır. İki hücreli proembriyoda bazal hücre (cb) ya bölünmeden kalır veya enine bir çeperle bölünerek iki hücre (m ve ci) oluşturur. Daha sonra apikal hücrenin (ca) enine veya boyuna bölünüp bölünmemesine bağlı olarak linear ve T şekilli proembriyo ortaya çıkar (Şekil 81). Linear proembriyoda ca dan oluşan iki kardeş hücre (L 1, L 2 ) iki boyuna bölünme geçirir ve sekiz hücreli bir proembriyo oluşur. T şekilli proembriyoda bir enine bir boyuna bölünme ile aynı şekilde olan bir sekizli proembriyo ortaya çıkar. Şekil 81. Linear veya T şekilli proembriyo oluşumu. 89

91 DİKOTİLLERDE EMBRİYOGENİ İki hücreli proembriyoda apikal hücrenin bölünme düzlemine ve embriyo gelişiminde apikal (ca) ve bazal (cb) hücrenin katkısına bağlı olarak embriyo gelişimi beş tipe ayrılır. A) İki hücreli proembriyonun apikal hücresi boyuna bölünür. 1. Bazal hücre embriyonun daha sonra gelişiminde çok az veya hiç rol oynamaz. Cruciferae tip veya Onagrad tip (Ranunculaceae, Onagraceae, Cruciferae, Scrophulariaceae). 2. Hem bazal hemde apikal hücre embriyo gelişimine katılır. Asterad tip (Asteraceae, Vitaceae, Violaceae). B) İki hücreli proembriyonun apikal hücresi enine bölünür. I. Bazal hücre embriyonun daha sonraki gelişiminde ya hiç veya çok az rol oynar. 3. Bazal hücre genellikle bir süspansör oluşturur. Solanad tip (Campanulaceae, Theaceae, Linaceae, Solanaceae). 4. Bazal hücre bölünmez ve eğer varsa süspansör daima apikal hücreden meydana gelir. Caryophyllad tip (Caryophyllaceae, Crassuraceae, Haroiagaceae). II. 5. Bazal ve apikal hücrenin her ikisi de embriyo gelişimine katılır. Chenopodiad tip (Boraginaceae, Chenopodiaceae). Embriyogeninin beş tipini gösteren bitkilerde zigotun ilk bölünmesi eninedir ve apikal ve bazal hücreler meydana gelir. Johansen (1950) Piperad tip diye isimlendirdiği altıncı bir tip tanımlamıştır. Piperaceae ve Loranthaceae'de görülen bu tipte zigotun ilk bölünmesi boyuna veya eğik bir çeperle olur. Şekil 82 de embriyogenik sınıflandırrna görülmektedir. Embriyogeninin bir tipi genellikle bir familyanın tüm türleri için sabittir. Ender olarak aynı türde birden fazla embriyo gelişimi görülebilir. MONOKOTİLLERDE EMBRİYOGENİ Monokotil ve dikotillerde embriyo gelişiminin ilk evreleri birbirine benzer. Farklar daha sonra ortaya çıkar. Monokotil ve dikotillerin olgun embriyoları arasındaki esas fark kotiledonların sayısındadır. Monokotillerde tek kotiledon terminal bir yapı olarak ortaya çıkar. Dikotil embriyolarında plumula iki kotiledon arasında bulunur. Monokotil embriyolarında gövde ucu lateral durumdadır, kotiledon terminaldir. 90

92 Şekil 82. Temel embriyogeni tiplerinin şematik gösterilmesi. Monokotil embriyolarının gelişimine tipik bir örnek olarak Najas lacerata verilebilir. N. lacerata'da zigot enine bölünerek büyük bir bazal (cb) küçük bir apikal (ca) hücre oluşur (Şekil 83 A). Bazal hücre, bölünmeden tek hücreli bir emeç oluşturmak üzere genişler (Şekil 83 A-D). Böylece tüm embriyo apikal hücrenin enine bölünmesiyle oluşan c ve d hücrelerinden meydana gelir. d hücresinin enine bölünmesiyle dört hücreli linear dizili proembriyo (c, m, ci, cb) gelişir (Şekil 83 B). c ve m hücrelerinin iki vertikal bölünmesiyle her birinde dört hücre bulunan iki dizi (q' m) ortaya çıkar (Şekil 83 C-D). Bu sırada ci enine bölünerek n ve n' oluşur (Şekil 83 D). n hücresi boyuna, n' enine bölünür (o, p) (Şekil 83 E). p enine bölünerek h ve s hücrelerini oluşturur (Şekil 83 F). q dörtlüsü çepere paralel bölünür (Şekil 83 E). m dizisindeki hücreler boyuna ve enine bölünür. Bu evreden embriyo yuvarlakçadır (Şekil 83 F). Bundan son m ve n dizilerindeki enine bölünmelerden dolayı embriyoda uzama görülür. Bu evrede embriyo oval hale gelirken q, m ve n dizilerinin merkezindeki hücreler plerom kökenleri olarak farklılaşır (Şekil 83 G, noktalarla gösterilen hücreier). 91

93 q dizisinin sekiz hücreli evresinde (4 eksensel hücre ve 4 etraftaki hücre) eksensel hücrenin üçü dördüncüden daha hızlı bölünür. Bu, proembriyonun simetrisini bozar ve tepe kısım yarılmaya başlar (Şekil 83 H). q dizisinin hızlı büyüyen kısmı tek kotiledonu oluşturur (Şekil 83 I) ve dördüncü eksensel hücreden meydana gelen yavaş büyüyen doku epikotil kökenlerini verir. Radikula n'nin türevlerinden gelişir. Şekil 83. Najas lacerata'da embriyo gelişimi. GRAMINAE EMBRİYOLARI Graminae embriyoları hem gelişimleri bakımından hem de olgun haldeki yapıları bakımından diğer monokotillerden farklar gösterirler. Triticum'un olgun embriyosu (Şekil 84) skutellum denilen tek bir kotiledon taşır. Kotiledon embriyonal eksene lateral olarak bağlıdır. Skutellumun altında kalan embriyonal eksen kısmı radikuladır. Radikula alt ucunda kök şapkası ve apikal meristem taşır. Radikulayı proembriyonun farklılaşmış alt kısmı olan ve koleoriza denen bir örtü sarar. Skutellumun üstündeki embriyo ekseni epikotildir ve bazı yaprak taslakları ile gövde ucunu kapsar. Plumula ile yaprak taslaklarını koleoptil denen bir örtü sarar. 92

94 Şekil 84. Triticum'un olgun embriyosundan boyuna kesit. Triticum'da embriyo gelişimi diğer monokotillerden ve dikotillerden çok farklı bir durum gösterir. Bu modele Graminad tip adı verilmiştir ve embriyo gelişiminin erken evrelerinde eğik çeperlerin görülüşü ile tanımlanır. Zigot (Şekil 85 A) ilk olarak eğik bir çeperle bölünür ve küçük bir apikal hücre (ca) ve büyük bir bazal hücre (cb) meydana gelir (Şekil 98 B). cb tekrar eğri bir çeperle ci ve m hücrelerini vermek üzere bölünür (Şekil 85 C,D). Bu bölünme sırasında meydana gelen çeperin üst ucu ca ve cb yi ayıran çeper ile birleşir. ca hücresinde lll. bölünme zigotun ilk bölünmesine dikey yönde olur. Böylece T şeklinde dört hücreli proembriyo meydana gelir (Şekil 85 D), fakat çeper durumu dikotil ve diğer monokotillerdeki T şeklindeki tetratlardakinden çok farklıdır. Bu tahıllardaki embriyo gelişiminin özelliğidir. ci hücresi ci ve cm arasındaki çepere dik bir çeperle n ve n' vermek üzere bölünür (Şekil 85 E). ca'nın kardeş hücreleri ilkine dik bir çeperle bölünür ve tipik bir q dörtlüsü meydana gelir (Şekil 85 E,F). m hücresi boyuna bölünür (Şekil 85 E-H). Daha sonraki bölünmeler çeşitli yönlerde olur (Şekil 85 G-l) Proembriyonun hücreli evresinde organogenez başlar. İlk oluşmaya başlayan organ kotiledon (skutellum) dur. Farklılaşması proembriyonun apikal-lateral bölgesinde bir büyüme ile başlar (Şekil 98). Daha ileri gelişme ile skutelluma zıt tarafta bir büzülme ve daralma görüiür (Şekil 98 J). Bunu koleoptil ve gövde taslaklarının belirmesi izler (Şekil 98 K,L). Radikula embriyonun merkezi bölgesinde dışa doğru farklılaşır (Şekil 98 L,M). Triticum'da da epikotil terminal dizi (q) tarafından meydana getirilir. Olgun embriyoda 93

95 epikotilin lateral durumu sekonder bir özelliktir ve epikotilin gerisinde kalan kotiledonun aktif büyümesinden dolayı ortaya çıkar. Şekil 85. Triticum'da embriyo gelişimi. SÜSPANSÖR Süspansör zigotun ilk bölünmesi sonucu meydana gelen bazal hücreden meydana gelir ve proembriyonun radikular ucunda bulunan geçici bir yapıdır. Bazal hücre ardışık mitoz bölünmeler sonucu süspansörü oluşturur. Genellikle maksimum gelişmeye embriyo globular evreye geldiğinde ulaşır. Olgun bir tohumda süspansörün sadece kalıntıları görülür. Süspansör kendisini oluşturan hücrelerin sayı, şekil ve hacmine bağlı olarak büyük değişiklikler gösterir. Değişikler embriyonun beslenmesi ile ilgilidir. Lycopsis, Penaea, Tilia ve Viola gibi bazı taksonlarda süspansör yoktur. Süspansör embriyoyu embriyo kesesine bağlar ve uygun bir besin ortamı olan endosperma içine iter. Trapaceae familyalarında endosperma yoktur, embriyo çok iyi gelişmiş süspansör emeçleri içerir. Birçok angiosperm familyasında süspansör hücreleri emeçler oluşturarak endosperma, nusellus, integüment, plasenta ve diğer dokulardan besin absorplar. 94

96 Süspansör hücrelerinde bol miktarda yağ cisimlerinin bulunması bu yapının gelişen embriyonun yağ kaynağını oluşturduğunu düşündürmektedir. İnce yapı çalışmaları süspansörün metabolik bakımından çok aktif bir yapı olduğunu göstermektedir. Süspansör hücreleri bitki büyüme hormonları da içermektedir. Phaseolus üzerinde yapılan çalışmalar süspansör hücrelerinin embriyo hücrelerinden yaklaşık 30 kat daha fazla giberellik asit içerdiğini, ayrıca oksin ve sitokinin içerdiklerini göstermektedir. Capsella, Phaseolus, Stellaria'da ince yapı çalışmaları embriyo içine besin naklinin süspansör vasıtasıyla olduğunu ortaya çıkartmıştır. Capsella'da süspansörün en uçtaki hücresi şişkin bir şekil alır ve süspansörün emeç hücresini oluşturur (Şekil 86). Trapa natans'da süspansör hücreleri gelişimin erken evreleri sırasında endomitozdan kaynaklanan poliploidi gösterirler ve rastlanan en yüksek ploidi seviyesi 256x dir. Poliploidi seviyesi Tropaeolum majus'da 1024x, Phaseolus coccineus'da 409x dir. Dev kromozomların varlığı süspansör hücrelerinin metabolik aktivitelerinin çok yüksek olduğunu gösterir. Şekil 86. Capsella bursa-pastoris de A.Globular proembriyo. B. Büyütülmüş emeç hücresi. Embriyonun beslenmesinde süspansörün aktif rolünü destekleyen gerçekler şunlardır. 1. Süspansör hücresindeki kromozomların politenik hale geçmesi (Phaseolus). 2. Primer süspansör hücresinin büyüyen embriyo tarafından kullanılan protein ile dolu hale gelmesi (Stellaria media). 3. Embriyo gelişmesi boyunca süspansör hücrelerinin daha çok RNA ve protein içermeleri ve onları embriyonun diğer hücrelerinden dahi yüksek oranda sentez etmeleri (Phaseolus coccineus). Embriyo gelişiminin son evrelerinde süspansörün yapısında körelme görülür ve süspansör embriyo hücreleri tarafından tamamen absorbe edilir. Sonuç olarak süspansör, belirli gelişim evrelerinde embriyoya besin temin eden ve içerdiği büyüme hormonları ile embriyo gelişimini kontrol eden önemli bir yapıdır. 95

97 EMBRİYONUN BESLENMESİNDE ROL OYNAYAN BESİ DOKULAR Endosperma Tohum taslağında embriyo beslenmesinin temel kaynağını oluşturan endosperma, besin maddeleri ve büyümeyi düzenleyen maddeler bakımından zengindir. Hindistan cevizinin sıvı endospermasının kimyasal analizleri endospermanın inorganik iyonlar ve amino asitler bakımından zengin olduğunu, ayrıca şeker ve büyüme regülatörlerini içerdiğini gösterir. Mısır endosperması süt evresinde çok miktarda karbonhidrat, amino asitler ve protein içerir ve laa bakımından zengindir. Yaşlandıkça amino asit yoğunluğu azalır. Olgun olmayan mısır endospermasında hücre bölünmesini teşvik eden zeatin ve diğer sitokininler bulunur. Pirinç, buğday, arpa gibi birçok tahılın endosperması oksinler bakımından zengindir. Endospermanın besleyici özelliğini gösteren diğer bir kanıt da olgun olmayan hindistan cevizinden alınan sütün birçok bitkinin genç embriyosunun büyümesini teşvik etmesidir. Endosperma, emeçler meydana getirerek embriyonun beslenme kapasitesini daha da arttırır. Emeçler tohum taslağının çeşitli dokularına girerek besinleri absorbe eder ve embriyoya nakleder. Endospermanın olmadığı veya iyi gelişmediği durumlarda embriyo, beslenmesi için diğer yapılara gereksinim duyar. Genellikle süspansör emeçleri endospermanın görevini yapar. Bu emeçler tohum taslağının diğer kısımlarından besinleri alır ve gelişen embriyoya aktarırlar. Süspansör emeçleri maddeleri absorplama ve kısa mesafeye nakletme için uygun bir yapıya sahiptirler. Yalancı Embriyo Kesesi Podostemaceae'de endosperma yoktur. Endospermanın yerini süspansör emeçleri ve yalancı embriyo kesesi alır. Dört hücreli proembriyo evresinde embriyo kesesinin çevresindeki nusellus hücreleri genişler, çeperleri incelir ve sonunda parçalanırlar ve yalancı embriyo kesesi denen bir boşluk meydana getirirler (Şekil 87). Yalancı embriyo kesesi serbest nukleuslar ve yoğun sitoplazma içerir ve bunlar gelişen embriyolar tarafından tüketilir. Perisperma Nusellus gelişen embriyo tarafından harcanır. Piperaceae, Amaranthaceae, Zingiberaceae, Cannaceae gibi familyalarda embriyoyu saran nusellus dokusu tohumda da kalır ve besin maddeleri ile dolar. Daimi nusellus perisperma adını alır. Bu durumda endosperma bir ara doku olarak görev yapar, besini perispermadan absorplar ve embriyoya verir. 96

98 Şekil 87. Indotristicha ramosissima'da yalancı embriyo kesesi olgun oluşumu. A. embriyo kesesi. B. Proembriyo ve nusellus hücrelerinde parçalanma. Kalazosperma Cyanastrum'da tohum gelişimi sırasında endosperma ve nusellusun büyük bir kısmı görünmez. Fakat tohum taslağının kalaza bölgesindeki nusellus hücreleri bölünürler ve kalazosperma adını alan bir doku oluştururlar. Bu dokunun hücreleri yağ ve nişasta ile dolar endospermanın yerini alır. POLİEMBRİYONİ Çifte döllenme canlılar aleminde sadece çiçekli bitkilerde görülen bir durumdur. Embriyo kesesinde yer alan yumurtanın polen tüpüyle taşınan spermlerden biri ile döllenmesiyle zigot ve onun ardışık mitoz bölünmeleriyle embriyo oluşur. Zigotik embriyo (eşeyli embriyo) endospermadan beslenerek gelişir. Normal olarak, bir tohum taslağı ve onun olgunlaşmasıyla meydana gelen bir tohum bir embriyo içerir. Fakat bazı hallerde bir tohumda birden fazla embriyo bulunabilir. Bir tohumda birden fazla embriyonun bulunmasına poliembriyoni denir. Poliembriyoniye angiospermler arasında çok sık rastlanır ve 59 familya ve 140 genusa dahil 244 türde görülür. Fakat bu bölümde tanımlanan örneklerden de anlaşılacağı gibi meydana gelen embriyoların hepsi birden olgunlaşamaz, bazıları gelişimin erken evresinde, bazıları tohum gelişimi sırasında körelirler. Gelişen bir tohum taslağında iki veya daha fazla proembriyonun veya embriyonun bulunması poliembriyoni olarak tanımlanır ve bir tohumdan çok sayıda fidenin çıkışı ile gözlenebilir. Bir kaç takson (Citrus, Mangifera) hariç poliembriyoni bir anormallik olarak ortaya çıkar. 97

99 Poliembriyoni ilk olarak Leeuwenhoek (1719) tarafından portakalda gözlenmiştir. Daha sonra birçok araştırıcı poliembriyoni gösteren bitkiler ve poliembriyoninin sınıflandırılması üzerinde çalışmıştır. Çiçekli bitkilerde poliembriyoni dört şekilde meydana gelir: 1. Proembriyoda meydana gelen yarılma ya da süspansörde tomurcuklanma ile, 2. Embriyo kesesinde yumurtadan başka hücrelerden embriyoların meydana gelmesiyle, 3. Aynı tohum taslağında birden fazla embriyo kesesinin oluşmasıyla, 4. Tohum taslağının sporofit hücrelerinin faaliyetiyle (embriyo kesesinin dışındaki hücrelerden embriyoların meydana gelmesiyle). Yarılma Poliembriyonisi Angiospermlerden orkidelerde bu tip poliembriyoniye sık rastlanır. Birçok embriyo, zigot veya proembriyonun yarılması ile meydana gelir. Erythronium americanum da zigotun meydana getirdiği embriyonik kitledeki apikal hücrelerin yarılmasıyla çok sayıda embriyo ortaya çıkar (Şekil 88). Buna benzer durum Tulipa gesneriana, Cocus nucifera, Primula auricula, Corydalis teva'da gözlenmiştir. Süspansör Poliembriyonisi Süspansör hücrelerinden çok sayıda embriyonun oluşması Acanthaceae, Actinidiaceae, Santalaceae, Zygophyllaceae ve diğer bazı familyalarda sıklıkla görülen bir durumdur. Zygophyllum fabago'da tek hücre sıralı süspansörden embriyo veren tomurcuklar gelişir. Bu bitkide süspansör embriyoları kalp şekilli evreye kadar geiişebilir. Exocarpus'da süspansör hücrelerinin tomurcuklanmasıyla 6 tane embriyo meydana gelebilir. Fakat bunlardan sadece biri olgunluğa kadar erişebiiir. Şekil 88. Eulophia epidendraea'da zigotik poliembriyoni. A. Zigottan meydana gelen 3 grup hücreden gelişmiş üç proembriyo. B. Globular proembriyodan bir embriyonun tomurcuklanması. C. Tek bir proembriyonun yarılmasıyla ikiz embriyoların oluşumu. A-C de süspansör hücrelerinden meydana gelen emeçler görülmekte. 98

100 EMBRİYO KESESİNDE YUMURTADAN BAŞKA HÜCRELERDEN MEYDANA GELEN EMBRİYOLAR Sinergit poliembriyonisi: Embriyo kesesinde bazen yumurtadan başka hücrelerden de embriyolar meydana gelebilir. Bu hücreler genellikle sinergitlerdir. Döllenmiş veya döllenmemiş sinergitlerden meydana gelip gelmemeye göre embriyolar haploit veya diploit olabilir. Amaryllidaceae, Apocynaceae, Cucurbitaceae gibi bazı familyalarda daimi sinergit embriyo halinde gelişir. Sinergit ve yumurta hücresi bir polen tüpüne ait iki sperm tarafından döllenirlerse sekonder nukleus döllenmeyeceğinden endosperma oluşmaz. Bu durumda embriyolar besinsizlikten gelişemezler. Birden fazla polen tüpü döllenmeye katıldığında sinergit ve yumurtadan gelişen embriyoları besleyecek endosperma da gelişir. Bu durum ender olarak bir polen tüpünün ikiden fazla sperm taşımasıyla ortaya çıkabilir. Birçok bitkide embriyo kesesine iki polen tüpünün girdiği, yumurta ve polar nukleusların yanısıra bir veya her iki sinergitin de döllenmeye katıldığı gözlenmiştir. Embriyo kesesinde diploit zigot kökenli embriyo gelişimini sürdürürken birçok bitkide bir sinergit hücresinden meydana gelen haploit embriyo gelişimi gözlenmiştir. Lilium martagon'da bir sinergitten, Azadirachta indica'da iki sinergitten döllenme olmadan iki haploit embriyo gelişir (Şekil 89 A,B). Şekil 89. A. Lilium martagon'da diploit (zigot kökenli) ve haploit (sinergit kökenli) embriyolar. B. Azadirachta indica'da iki sinergit (n) ve bir zigot (2n) kökenli embriyolar. Zigot ve sinergit embriyoları başlangıçta morfolojik olarak birbirine benzerler. Fakat haploit proembriyolar gelişmelerini tamamlayamazlar. Diploit proembriyo endospermanın çoğunu kullanır, zayıf olan haploit proembriyo ise açlıktan ölür. Antipot poliembriyonisi: Antipotlardan embriyo meydana gelişi enderdir. Antipot hücreleri proembriyoya benzer yapılar oluşturmak üzere bölünürler (Şekil 90). Fakat bu proembriyolar olgun embriyo halinde gelişemezler ve şimdiye kadar antipotlardan meydana gelmiş embriyoların çimlendiğini gösteren bir örnek yoktur. 99

101 Şekil 90. Ulmus glabra'da zigot ve antipot kökenli embriyoları içeren embriyo kesesi. BİR TOHUM TASLAĞINDA BİRDEN FAZLA EMBRİYO KESESİ OLUŞUMU Bir tohum taslağında birden fazla embriyo kesesi 3 şekilde oluşabilir: 1. Aynı megaspor ana hücresinden, 2. İki veya daha fazla megaspor ana hücresinden, 3. Nusellus hücrelerinden Bir tohum taslağı içinde ikiz embriyo kesesi oluşumu, Casuarina, Citrus ve Poa gibi cinslerde bilinmektedir. Pennisetum ciliare'de tohumların % 22'si ikiz embriyo içerir. Loranthaceae'ye ait birçok bitkide tipik gelişmiş tohum taslakları yoktur. Bir grup sporogenik hücreden birkaç embriyo kesesi meydana gelir ve bunların yumurta cihazını taşıyan uç kısımları stilus kanalında büyürler. Döllenmeden sonra embriyolar aşağı doğru büyüyerek ovaryumda tüm embriyo keselerindeki endospermaların birleşmesiyle oluşan birleşik endospermaya girerler. Genellikle bir embriyo olgunluğa ulaşırken diğerleri körelir. Ender olarak iki veya daha fazla embriyo da olgunluğa ulaşabilir. TOHUM TASLAĞININ BAZI SPOROFİTİK HÜCRELERİNİN FAALİYETİ İLE MEYDANA GELEN EMBRİYOLAR Embriyo kesesi dışındaki ana sporofit doku hücrelerinden meydana gelen embriyolara adventif embriyolar denir. Adventif embriyoları oluşturduğu bilinen dokular nusellus ve integümentlerdir. Adventif embriyoni gösteren en önemli örnek Citrus'dur. Citrus'un bazı türleri tek embriyolu (C. grandis, C. limon) bazılan çok embriyolu (C. microcarpa, C. reticulata)'dur. C. unshiu'da 40 embriyolu tohumlar gözlenmiştir. Poliembriyoni bundan başka Rutaceae'nin diğer genuslarında, Buxaceae, Cactaceae, Euphorbiaceae, Myrtaceae ve Orchidaceae familyalarında görülür. 100

102 Adventif embriyolar çoğunlukla nusellustan meydana gelir (Şekil 91 A-C). Nusellusun köreldiği durumlarda integümentten, eğer iki integümentli ise içteki integümentten meydana gelir. Köken, bazen tek bir hücre bazen bir grup hücredir. Adventif embriyoları verecek nusellus hücreleri daha büyük hacimleri, daha bol sitoplazmaları, nişasta içerikleri ve büyük nukleusları ile diğer nusellus hücrelerinden kolayca ayırt edilirler (Şekil 91 B). Bu hücreler küçük bir hücre grubu oluşturmak üzere bölünürler (Şekil 91 C). Bu hücre grupları yavaş yavaş embriyo kesesi içine doğru itilirler ve burada bölünerek olgun embriyo halinde farklılaşırlar. Adventif embriyolar sinkronik gelişim göstermezler, yani aynı tohumdaki embriyolar farklı gelişim evrelerinde olabilirler. Bunlar zigot kökenli embriyolardan embriyo kesesindeki lateral durumları, düzensiz şekilleri ve süspansörlerinin olmaması ile ayırt edilirler. Nusellus embriyolarının kotiledonlarının boyları ve kalınlıkları eşit değildir. Adventif embriyolar vaskular elementler içerir. Şekil 91. Mangifera'da adventif embriyoni. A. Bir tohum taslağı diyagramı (işaretli kısım büyültülerek B ve C de gösterildi). Aegle marmelos'da olgun embriyo keselerinin % 75-80'i tamamen körelir. Geri kalan embriyo keselerinde yumurta cihazı ve antipot hücreleri körelir, fakat polar nukleuslar erkek gametle döllenir ve endosperma gelişir. Mikropil taraftaki nusellus hücrelerinden biri farklılaşır ve embriyonik kitle oluşturur. Köken hücrenin bölünmesiyle meydana gelen bu kitleden iki veya daha fazla embriyo, endosperma içeren embriyo kesesinde gelişir. Genellikle bunlardan sadece biri diğerleri ile girdiği besin rekabetini kazanarak olgunluğa erişir ve testayı çatlatarak uygun koşullarda çimlenip fideyi oluşturur. Adventif embriyoların nusellusun mikropil ucunda meydana gelmesi sık rastlanan bir durumdur. Fakat embriyo kesesine komşu birkaç hücre tabakasından başlaması da olağandır. Buna ilave olarak nusellusun dış epidermise yakın kısımlarından veya kalaza ucundaki 101

103 hücrelerden adventif embriyolar meydana gelebilir. Fakat bu embriyolar embriyo kesesine ulaşamadıklarından endospermadan beslenemezler ve olgunluğa erişemezler. Son yıllarda adventif embriyo gelişiminin üçlü birleşmeye, daha doğrusu endosperma gelişimine bağlı olduğu kanıtlanmıştır. Ender olarak adventif embriyoların kökenini integüment oluşturur. Spiranthes cernua'da iç integümentteki terminal hücre ve ona komşu olan alttaki hücreler genişler ve sitoplazmaları zenginleşir (Şekil 92 A-C). Eşeyli oluşan embriyo kesesi dört nukleuslu evrede körelir (Şekil 92 D). Bu sırada farklılaşmış integüment hücreleri bölünürler ve tohum taslağının mikropil bölgesinde 2-6 embriyo oluştururlar (Şekil 92 E,F). Şekil 92. Spiranthes cernua'da integüment kökenli poliembriyoni. A-D. İntegümentten gelişen proembriyolar çeşitli gelişim evrelerinde. A. Diat. B. T-şekilli tetrat. C. Faal megaspor. D. Körelen nusellus ve körelen 4 nukleuslu embriyo kesesi. E,F. Tohum taslağından enine kesit. POLİEMBRİYONİNİN NEDENLERİ Poliembriyoni uzun zaman bir anormallik, istisnai bir durum ve ilkel bir özellik olarak düşünülmüştür ve eşeyliliğin zayıflamasından dolayı eşeyli üremenin yerini aldığı ve türün dağılım kapasitesini artırmak için ortaya çıkan bir olay olduğu şeklinde yorumlanmıştır. Poliembriyoninin nedenlerini açıklamak için birçok varsayım ileri sürülmüştür. Fakat bunların hiçbiri konuyu tam olarak açıklayamamaktadır. Varsayımlarda poliembriyoniye neden olarak melezlik, nekrohormonlar, resesif genlerin etkisi vs. düşünülmektedir. Haberlandt (1921, 1922) nekrohormon varsayımını ileri sürmüştür. Buna göre, körelen bazı nusellus hücrelerinin salgıladığı maddeler, komşu hücreleri bölünmeye ve adventif embriyoları oluşturmaya teşvik eder. Emst (1918), Baher (1960) ve Cesca (1961) melezlemenin, çok sayıda embriyo oluşumuna yol açan bir etken olduğunu düşünmüşlerdir. 102

104 Kappert (1933), Maheshwari ve Rangaswamy (1958) poliembriyoninin bir multiple allel genler serisi ile kontrol edilen resesif kalıtsal bir karakter olduğunu kabul etmişlerdir. Frusato ve arkadaşları (1957) Citrus tohumlarında poliembriyonin aşağıdaki etkenlerden etkilendiğini göstermiştir: 1. Ağacın yaşı; yaşlı ağaçlarda embriyo sayısı artar. 2. Meyve tutma; daha çok meyve tuttukları senelerde embriyo sayısı artar. 3. Bitkinin beslenme durumu; bitki daha az beslendiğinde embriyo sayısı da azalır. 4. Ağaç dallarının düzeni; kuzeydeki dallarda güneydekilerden daha çok sayıda embriyo bulunur. POLİEMBRİYONİNİN SINIFLANDIRILMASI Bazı araştırıcılar poliembriyoniyi gerçek ve yalancı poliembriyoni olmak üzere iki temel grupta toplamıştır. 1. Gerçek poliembriyoni: Aynı embriyo kesesinde iki veya daha çok embriyonun meydana gelmesidir. İlave embriyolar zigot veya embriyodan (Eulophia, Vanda), sinergitten (Sagittaria), antipot hücrelerinden (Ulmus), nusellus veya integümentlerden (Citrus, Spiranthes) meydana gelebilir 2. Yalancı poliembriyoni: Aynı tohum taslağında (Fragaria) veya plasentada (Loranthaceae) bulunan birden fazla embriyo kesesi içinde embriyoların gelişmesi. Yakovlev (1967) poliembriyoniyi genetik temele dayanarak iki tipe ayırmıştır: 1. Gametofitik poliembriyoni: Döllenme olmadan veya döllenmeden sonra embriyo kesesinin herhangi bir gametik hücresinden embriyoların meydana gelmesi. 2. Sporofitik poliembriyoni: Zigottan, proembriyodan veya tohum taslağının sporofitik hücrelerinden (nusellus, integümentler) embriyoların meydana gelmesi. Bouman ve Boesewinken (1969) meydana gelen embriyoların kökenine bağlı olarak diğer bir sınıflandırma sistemi ileri sürmüştür: 1. Embriyolar ana dokunun sporofit hücrelerinden (nusellus integüment) meydana gelir. 2. Embriyolar dişi gametofit hücrelerinden meydana gelir (aynı tohum taslağında bir veya daha fazla embriyo kesesinden) 3. Embriyolar yeni sporofitten (döllenmiş yumurta veya proembriyo) meydana gelir. 4. Embriyolar erkek gametofitten meydana gelir (tartışmalı grup) 103

105 Poliembriyoni, apomiksis ve adventif embriyoni tanımları arasında zaman zaman karışıklıklar olmuştur. Poliembriyonide aynı tohum içinde genellikle hem eşeyli hem eşeysiz embriyolar birlikte meydana gelirler (Rutaceae, Anacardiaceae, Myrtaceae, Cactaceae, Papaveraceae). Bazı durumlarda zigotik embriyolar (eşeyli embriyolar) gelişimini tamamlayamasa bile eşeysiz embriyoların gelişimi tohum taslaklarındaki döllenme olayına bağımlıdır yani poliembriyonideki eşeysiz embriyolar döllenme olmadan bağımsız olarak gelişemezler. POLİEMBRİYONİNİN PRATİKTEKİ DEĞERİ Nusellustan meydana gelen adventif poliembriyoninin bahçecilikte büyük önemi vardır. Adventif embriyolar, aşı kalemi yöntemiyle vegetatif üretilerek elde edilen bitkilerde olduğu gibi ana ile aynı olan fidelerin elde edilmesini sağlarlar. Haploit bitkiler genetik ve bitki ıslahı çalışmaları için büyük önem taşırlar. Çünkü bu bitkilerden bazı yöntemler ile örneğin, kolşisinle homozigot diploitler elde edilebilir. Döllenmemiş yumurta veya sinergitlerden meydana gelen haploit bitkiler bu amaç için kullanılır. Doğada böyle haploit bitkiler çok az sayıda ortaya çıktığından elde edilmeleri için birçok deneysel çalışrna yapılmıştır. Örneğin çiçekler düşük ve yüksek ısıya maruz bırakılmış; tozlaşma geciktirilmiş veya tohum taslakları çeşitli kimyasal maddeler ile muamele edilmiştir. Bunlara ilave olarak bugün anter kültürlerinde yeni yöntemler ile androgenik haploitler elde edilmektedir. Somatik ve üreme organlarında poliembriyoniyi teşvik etmek için birçok yeni doku kültürü teknikleri geliştirilmektedir. APOMİKSİS Organizmaların çoğalmaları iki tipte olur: Eşeyli ve eşeysiz. Eşeyli çoğalma (amphimiksis) iki önemli olayı kapsar: 1. Mayoz: Diploit sporofitik bir hücrenin gametofitik haploit dört hücre haline dönüşünü sağlar. 2. Döllenme: Zıt eşeyli iki gametin birleşmesi ile tekrar diploit bir dölün meydana gelmesini sağlar. Böylece eşey devrinde diploit döl (sporofit) ile haploit döl (gametofit) birbirini izler yani döl almaşı görülür. Angiospermlerde gametofitik-döl indirgenmiştir ve çok kısa sürer, embriyo kesesi (dişi gametofit) ve polen tanesi (erkek gametofit) ile temsil edilir. Hayat devrinin geri kalan kısmı sporofite aittir. 104

106 Eşeyli üremede tohum taslakları çok işlevlidir ve bu nedenle çok önemlidir, çünkü dişi gametogenez, döllenme, embriyo gelişimi gibi olaylara ev sahipliği yapar. Tohum taslağında nusellus dokusunda genellikle tek bir hücre megaspor ana hücresi olarak farklılaşır ve bu hücre (diploit) mayoz bölünme geçirerek 4 megaspor (haploit) verir. Çiçekli bitkilerin çoğunda 4 megaspordan genellikle 3'ü körelir ve geriye kalan faal megaspor ardışık 3 mitoz bölünme geçirerek 8 nukleuslu embriyo kesesini verir. Daha sonra 8 nukleusun organizasyonu ile yumurta hücresini (haploit) taşıyan olgun emriyo kesesi (dişi gametofit) oluşur. Bu olaylar olurken anterdeki polen keselerinde mikrospor ana hücreleri (polen ana hücreleri) (diploit) mayoz bölünme ile mikrosporları (polenler) (haploit) verirler. Polenlerde mitoz bölünme ile bir büyük (vegetatif) ve bir küçük (generatif) hücre meydana gelir. Çoğu bitkide bu evrede anterler patlar ve 2 hücreli polenler doğaya atılırlar. Polenlerin çeşitli vasıtalarla taşındıkları stigmada (tozlaşma) çimlenmeleriyle meydana getirdikleri polen tüplerinde generatif hücre mitoz bölünme geçirerek 2 sperm hücresi (erkek gamet) (haploit) oluşur. Polen tüpleri ile embriyo kesesine taşınan spermlerden biri yumurta hücresini (singami) diğeri polar nukleusları (üçlü birleşme) döller (çifte döllenme). Birinci döllenme ürünü olan zigot (diploit) ve onun ardışık mitozları ile oluşan embriyo, ikinci döllenme ürünü olan primer endosperma nukleusu (triploit) ve onun ardışık mitozları ile embriyoyu besleyen endosperma dokusu meydana gelir. Bu arada tohum taslağını çeviren integümentlerin testaya dönüşmesiyle gelecek nesli verecek olan tohum oluşur. Normal eşey devrinin herhangi bir kademesinin olmaması veya bu kademedeki bir sapma gelişimin durmasına ve canlı tohumların üretilmemesine neden olur. Bazı bitkilerde eşeyli üremenin yerini apomiksis denen bir çeşit eşeysiz üreme alır. Apomiksis ile üreyen bitkilere apomiktik bitkiler denir. Apomiksis terimini ilk olarak kullanan Winkler'e (1908) göre apomiksisde mayoz bölünme ve nukleus birleşmesi (singami) olmaz. Winkler apomiksisi vivipari, bulb ve rizom gibi vegetatif kısımlarla üremeyi de kapsayacak şekilde oldukça geniş anlamda kullanmıştır. Bu terim daha sonra Edman (1931), Darlington, (1937), Fagerlind (1940), Gustafsson (1946,47) ve Battaglia (1963) tarafından çeşitli şekillerde yorumlanmıştır. Battaglia apomiksisi eşey hücrelerinin birleşmesi olmadan gametofitte sporofitin meydana gelmesi şeklinde tanımlar ve tekrarlanan ve tekrarlanmayan apomiksis olarak 2'ye ayırır. Davis (1966, 1972) de Battaglia'nın sınıflandırmasını kabul eder. Bhojwani ve Bhatnagar (1979 a göre apomiksis 2 ana gruba ayrılır: 105

107 1. Vegetatif üreme: Bu gruptaki bitkilerde çoğalma tohumlarla değil bulbil, stolon, rizom gibi vegetatatif kısımlarla olur ve bu amaç için kullanılan yapıya probagül (üretken kısım) denir. 2. Agamospermi: Bu gruptaki bitkilerde tohum çoğalma aracı olarak kalır, fakat embriyo normal mayoz bölünmenin ve singaminin olmadığı bazı olaylar ile meydana gelir. Agomospermi 3 tipe ayrılır: a) Adventif embriyoni: Agomosperminin bu tipinde diploit sporofit (nusellus ve integümentler) doğrudan embriyoları meydana getirir. Eşeyli oluşmuş embriyo kesesi normal olarak gelişir ve zigottan meydana gelen embriyo ya körelir veya apomiktik embriyolar ile rekabete girer. b) Diplospori: Megaspor ana hücresi indirgenmemiş kromozom sayılı (2n) embriyo kesesi oluşturur. Embriyo, ya döllenmemiş yumurta hücresinden (partenogenez) veya embriyo kesesinin diğer hücrelerinden (apogami) meydana gelir. c) Apospori: Nusellustaki bir somatik hücre indirgenmemiş kromozom sayılı embriyo kesesi verir ve diploit yumurta partenogenez ile embriyo halinde gelişir. Apospori ve diplosporide gametofitteki kromozom sayısı indirgenmemiştir. Diplospori ve apospori tohum taslağının erken gelişim evresinde ortaya çıkar; diplospori megaspor ana hücresinin farklılaşması sırasında, apospori megaspor ana hücresinin farklılaşmasından sonra ortaya çıkar. Diplospori ve apospori, mayotik indirgenme olmaksızın megagametofit (embriyo kesesi) oluşumuna neden olur ve embriyo bu indirgenmemiş megagametofit içindeki bir hücreden gelişir. Bu nedenle diplospori ve apospori gametofitik apomiktik olaylar olarak tanımlanır. Buna zıt olarak adventif embriyoni tohum taslağı gelişiminde daha geç evrede başlar ve genellikle olgun tohum taslaklarında ortaya çıkar. Embriyolar, eşeyli oluşmuş megagametofitin dışındaki tohum taslağı doku hücrelerinden kökenlenir. Bu nedenle adventif embriyolar sporofitik apomiksis olarak isimlendirilir. Gametofitik apomiksis gösteren birçok bitki poliploittir, fakat adventif embriyolar genellikle diploittir. Vegetatif üreme ve apomiksis ile meydana gelen yeni bitkilerin kökenleri birbirinden farklıdır. Apomiktiklerde embriyo, embriyo kesesindeki bir hücreden veya tohum taslağının vegetatif bir hücresinden meydana gelir. Vegetatif üremede ise bir grup somatik hücre veya spesifik somatik probagül yeni bir bitki halinde gelişir. Şekil 93 normal eşey devri ile karşılaştırmalı olarak verilen agamospermi tipleri görülmektedir. 106

108 Şekil 93. Normal eşey devri ile karşılaştırmalı olarak agamospermi tiplerinin gelişim yolları. Döllenme olmadan verimli tohum üretimi şeklinde de tanımlanan apomiksis, 40'dan fazla familyada ortaya çıkmakta ve apomiktik bitkilerin çoğunun atasının eşeyli ürediği düşünülmektedir. 62'si Gramineae'ye dahil olmak üzere Monokotillere ait 110 genusta apomiksis görülmektedir. Tohumla üremenin özel bir şekli olan apomiksisin en sık rastlandığı familyalar Gramineae, Compositae, Rosaceae ve Rutaceae'dir ve tarımı yapılan bitkilerde elma ve Citrus hariç çok sık rastlanmamaktatır. Apomiktik olarak meydana gelen bitkiler morfolojik ve genetik olarak ana bitkinin aynı oldukları için tarımda önemli avantaj sağlarlar. Eğer apomiksis tarım bitkilerine aktarılabilirse istenilen bir genotipin ucuz bir şekilde çoğaltılması sağlanmış olacaktır. Apomiksisin tarım bitkilerine aktarılması genellikle başarısızlıkla sonuçlanmıştır, fakat çalışmalar devam etmekte ve özellikle son yıllarda apomiksisin moleküler esası çözülmeye çalışılmaktadır. Apomiksis teknolojisinin dünyamızda gittikçe artan populasyonu beslemede büyük rol oynayabileceği umulmaktadır. Nogler (1984) angiospermlerde apomiksisin sadece tohumlarla olan eşeysiz üremeyi yani agomospermiyi kapsadığını belirtmektedir ve böylece apomiksis ve agamospermi sinonim hale gelmiştir. Araştırıcı agomospermiyi adventif embriyoni ve gametofitik apomiksis diye ikiye ayırmıştır. Gametofitik apomiksis diplospori ve aposporiyi içerir. Tiplerin anlatılmasına geçilmeden önce normal eşey devri ile karşılaştırmalı olarak agamospermi tiplerini bir şema halinde görelim (Şekil 94). 107

109 Şekil 94. Normal eşey devri ile agamoaspermi tiplerinin karşılaştırılması. AGAMOSPERMİ ADVENTİF EMBRİYONİ Bu tip agamospermide gametofit (embriyo kesesi) tamamen ortadan kalkar ve sporofit hücre yeni bir sporofit meydana getirir. Diğer bir deyimle embriyolar embriyo kesesi 108

110 dışındaki sporofit doku hücrelerinden, genellikle nusellus hücrelerinden veya integüment hücrelerinden meydana gelirler. Embriyo kesesi içinde sadece bitkideki normal eşey devri sonucu oluşan endosperma meydana gelir. Adventif embriyoni vegetatif üremeye benzetilebilir, fakat bunda tek bir sporofit hücre tüm embriyogeni evrelerini geçirir ve eşeyli oluşmuş embriyo kesesi içinde olgun embriyo halinde büyür. Adventif embriyoni genellikle poliembriyoniye yol açar ve bu konunun ayrıntıları Poliembriyoni bölümünde verilmiştir. Kısaca özetlemek gerekirse nusellus içindeki hücrelerden bazıları farklılaşarak ardışık mitoz bölünmeler geçirirler ve tipik bitki embriyolarına benzer adventif embriyolar oluştururlar. Adventif embriyolardan embriyo kesesine yakın olanlar kese içine itilerek ve eşeyli oluşmuş embriyo ile rekabet ederek endospermadan beslenirler. Rekabeti kazanan ki bu genellikle en gelişmiş olan adventif embriyo olur, testayı çatlatarak dışarı çıkar. En iyi bilinen örnek olan Citrus'dan başka adventif embriyoni Buxaceae, Cactaceae, Euphorbiceae, Myrtaceae ve Orchidaceae familyalarında görülür. GAMETOFİTİK APOMİKSİS Gametofitik apomiksis 2 tipe ayrılır: Diplospori ve Apospori. Diplosporide embriyo kesesi indirgenmemiş kromozomiu generatif hücreden (arkespor hücresi veya megaspor ana hücresi) ya doğrudan mitoz bölünme ile (Antennaria tip) veya indirgenmemiş kromozomlu bir restitüsyon nukleusu oluşturan değişikliğe uğramış mayoz bölünme ile (Taraxacum tip ve Ixeris tip) meydana gelir. Mayotik diplosporide megaspor ana hücresi nusellusta farklılaşır ve mayoza başlar, fakat mayoz henüz bilinmeyen mekanizmalar ile bir evrede inhibe olur ve nukleus mitozun ortaya çıkmasını sağlayan bir şekle dönüşür (Taraxacum ve Ixeris). Diplosporinin daha çok rastlanan şekli olan mitotik diplosporide megaspor ana hücresinin mayoza girmesi inhibe olur. İster bozuk mayozdan ister megaspor ana hücresinin mayoza girişindeki başarısızlıktan olsun, indirgenmemiş hücre gelişmeye devam eder ve gelişim bakımından megaspora eştir: Mitozlar geçirir ve indirgenmemiş kromozom sayılı embriyo kesesi oluşur. Bunun içindeki hücrelerin sayısı, dizilişi indirgenmiş embriyo kesesindekilerle aynıdır. Aposporide ise indirgenmemiş kromozomlu embriyo kesesi nusellus hücrelerinden kökenlenir. Diplospori ve aposporide mayoz bölünme ve singami (yumurta hücresinin spermle döllenmesi) olmaz. Diploit kromozom içeren yumurta hücresi, döllenmeden embriyo halinde gelişme yeteneğindedir. Bu olaya partenogenez denir. Apomiksisde anlatılması gereken diğer önemli bir olay endospermanın durumudur ve 2 olasılık vardır. 109

111 1. Yumurtanın partenogenik olarak gelişebilmesi için polar nukleusların döllenmesi gereklidir. Bu şekildeki endosperma oluşumu pseudogamiktir. 2. Hem yumurta hem polar nukleuslar döllenme olmadan gelişme yeteneğindedirler yani embriyo ve endosperma gelişimi partenogeniktir. Aynı genustaki apomiktik türler genellikle ya otonomik veya pseudogamik endosperm gelişimi gösterler. Her ikisini de gösteren genuslar çok enderdir. DİPLOSPORİ Eski literatürlerde generatif apospori olarak isimlendirilen diplosporide megaspor ana hücresi diploit bir embriyo kesesi meydana getirir. Ana hücrenin geçirdiği bölünme tipine bağlı olarak diplospori iki tipe ayrılır. 1. Antennaria Tip (=Mitotik Diplospori): Bu tipte megaspor ana hücresi mayoz geçirmez, doğrudan mitoz geçirir. Bu nedenle bazı araştırıcılar bu tipi mitotik diplospori veya ilk olarak Antennaria alpina da görüldüğünden Antennaria tipi olarak isimlendirmişlerdir. Bu tip diplospori oldukça geniş bir dağıtım gösterir ve apomiktik türler içeren birçok önemli cinste ortaya çıkar (Şekil 95). Şekil 95. Eupatorium glandulosum'da diplosporik embriyo kesesi gelişimi. A. Megaspor ana hücresi B. Megaspor ana hücresi ileri anafazda C-E. iki, dört ve sekiz nukleuslu embriyo kesesi 2. Taraxacum Tip: İlk olarak Taraxacum'da keşfedilen bu tipte megaspor ana hücresi bölünmeye mayoz profazına benzer şekilde başlar ve bir dereceye kadar kromozomlarda eşleşme de görülebilir, fakat hiçbir zaman tam bir eşleşme olmaz ve univalentler metafaz l de tüm iğ ipliği üzerine dağılırlar. Restitüsyon nukleuslu megaspor ana hücresi bölünmeyi tamamlar ve sitokinez sonunda iki tane indirgenmemiş kromozomlu diploit iki diat hücresi meydana gelir. Genellikle kalaza tarafındaki diat hücresi ardışık 3 mitoz bölünme geçirir ve 8 nukleuslu embriyo kesesi meydana gelir. 110

112 APOSPORİ Eski literatürde ''somatik apospori'' olarak geçen apospori ilk olarak Rosenberg (1908) tarafından Hieracium' un bazı türlerinde gözlenmiştir ve genellikle monokotillerde görülür. İndirgenmemiş kromozomlu embriyo kesesi, genellikle nusellusun merkezinde yer alan, megaspor ana hücresine, diat veya megaspora kalaza tarafından komşu olan somatik hücreler tarafından meydana getirilir. Köken hücre ender olarak kalazanın daha derinlerinde, hatta içteki integümente yer alabilir. Her tohum taslağında genellikle sadece bir köken hücre oluşur. Çok hücre ortaya çıksa bile genellikle bunlardan sadece biri aposporik embriyo kesesi halinde olgunlaşır. İki tip aposporik embriyo kesesi tanımlanabilir. a) HieraciumTip: Hieracium excellens, H. fiagellare ve H. aurantiacum türlerinde gözlenmiştir. Megaspor ana hücresi normal mayoz bölünme geçirir ve megaspor tetratını oluşturur. Genellikle bu evrede aposporik embriyo kesesini oluşturacak olan köken hücre, nusellusta farklılaşmaya başlar (Şekil 96 A). Aposporik kese oluşturacak köken hücreler büyük hacimleri, büyük nukleus ve nukleolusları ile dikkati çekerler ve vakuolleşme gösterirler. Hacmi gittikçe artan köken hücre, yanında yer alan eşeyli oluşmuş megasporları ezer ve ardışık üç mitoz bölünme geçirerek 8 nukleuslu aposporik embriyo kesesini verir (Şekil 96 B,C). Şekil 96. Hieracium flagellare'de aposporik embriyo kesesi gelişimi A. Nusellus hücresi (okla gösterilen) genişlemiş durumda. B. Megaspor tetradı körelmiş durumda C. İki nukleuslu aposporik embriyo kesesi. Megasporlar yavaş yavaş körelirken aposporik embriyo kesesi olgunlaşır. Bu kesedeki kromozom sayısı indirgenmemiş olan yumurta hücresi (2n) döllenmeden partenogenez ile ardışık mitoz bölünmeler ile embriyoyu verir. Bir veya daha fazla sayıda aposporik embriyo kesesi gelişebilir. 111

113 b) Panicum Tip: Panicoideae (Gramineae) de değişik bir tip apospori görülür. İlk olarak Warmke (1954) tarafından Panicum maximum'da görülmüştür. Bu bitkide bir veya daha fazla nusellus hücresi aposporik embriyo kesesi halinde gelişir. Köken hücrede görülen vakuelleşmeden sonra iki mitoz bölünme ile 4 nukleus oluşur. Nukleuslar kesenin mikropil bölgesinde yer alırlar, kalazada vakuoller meydana gelir. Hücre çeperlerinin oluşmasıyla iki sinergit, bir yumurta hücresi ve bir polar nukleus meydana gelir. Tüm nukleuslar indirgenmemiş kromozom sayılı yani diploittir. Bu tip aposporik embriyo kesesi Panicoideae'nin diğer örneklerinde ve Andropogoneae'de görülür. Partenogenez: Apospori gibi diplosporide de diploit embriyo keseleri meydana gelir. Sporofitik dölün kromozom sayısı değişmeden apomiktik devri tamamlaması için diploit yumurtanın sperm ile döllenmeden embriyo halinde gelişmesi gerekir. Döllenmemiş yumurta hücresinden embriyo gelişmesine partenogenez denir. Partenogenez embriyo kesesinin indirgenmiş veya indirgenmemiş kromozomlu olup olmamasına bağlı olarak haploit veya diploit olabilir. Partenogenez bitki hormonları uygulaması veya sıcaklık gibi çevre koşulları ile deneysel olarak da meydana getirilebilir. Otonomik apomiktiklerde (Compositae ve Rubiaceae familyasındaki apomiktikler) embriyo gelişmesi için tozlaşmaya gereksinim yoktur ve endosperma da otonomik olarak gelişir. Bu tip bitkilerde hem yumurta hem polar nukleuslar döllenmeye gerek duymadan partenogenik olarak gelişirler. Diploit yumurta hücresi ana bitkiye ait tüm genetik bilgiyi içerir ve partenogenetik olarak gelişerek zigot gibi bir bitki verme yeteneğindedir. Otonomik apomiktiklerde endospermanın sitolojik analizi dokuda ploidi derecesini oldukça değişken olduğunu göstermektedir. Buna neden polar nukleusların birleşme derecesi, sayılarındaki değişkenlik, ayrıca eşemli üreme sonucu oluşanlarda olduğu gibi endomitotik duplikasyondur. Birçok apomiktik türde embriyo ancak tozlaşmadan sonra gelişebilir, çünkü gelişebilmesi için polar nukleusların döllenerek endospermayı oluşturması gerekmektedir. Olay pseudogami olarak bilinir ve partenogenez tozlaşmadan sonra orlaya çıkar. Otonomik apomiktiklerde çoğunluk embriyo gelişimi antesisden önce olur, fakat endosperma gelişiminden sonra olanlar da vardır. Yumurtanın önce bölünmeye başlaması döllenmeyi imkansızlaştırır. Heslop-Harrison (1972) pseudogamide tozlaşmanın üç rolü olabileceğini düşünmüştür: a) ovaryum ve tohum taslağının büyümesini aktive etmek, b) endosperma gelişimi için erkek gamet temin etmek ve c) partenogenezi teşvik etmek. 112

114 Citrus türlerinde adventif embriyoların gelişmesi için tozlaşma gereklidir. Gramineae apomiktiklerin çoğunda yumurta partenogenik olarak bölünme yeteneğindedir. Fakat proembriyonun büyümesi endosperma gelişmedikçe durur. Endospermanın gelişmesi için erkek gametin polar nukleuslar ile birleşmesi gerekmektedir. Bu nedenle bu bitkilerde olgun bir apomiktik kese ancak tozlaşmadan sonra oluşabilir. APOMİKSİSİN NEDENLERİ Apomiksis ve eşeyli üreme eski yıllarda düşünüldüğü gibi birbirinin alternatifi değildir, birbirinden bağımsız üreme modelleridir. Apomiksis geçirmek zorunda olan bitkilerin çoğu melez kökenli ve poliploittir. Melez kökenli apomiktik türlerde mayoz bölünmenin neden düzensiz geçtiğini, sinapsisin başarısızlığını ve kromozomların normal dağılmasının nedenlerini açıklar. Çaprazlama deneyleri apomiksisin genetik yönüne işaret etmiş ve apomiksisin resesif genler tarafından kontrol edildiğini ortaya çıkarmıştır. Doğal apomiktiklerin genetik esası hakkında yeterli bilgi yoktur ve genetiklerinin anlaşılması ve neden olan genlerin bulunması bize eşeyli tahıl türlerinin apomiktik hale sokulmasının gerçekleşip gerçekleşemeyeceği hakkında bize fikir verecektir. Triploitlerde apomiksis daha az görülür, genellikle diplosporinin Taraxacum ve Ixeris tiplerinde ortaya çıkar. Tetraploitlerde apomiksis çok daha sıktır, fakat daha yüksek ploidi seviyelerinde, 12n hatta daha yüksek katlarda da apomiksise rastlanabilir. APOMİKSİSİN ÖNEMİ Angiospermlerdeki apomiktik çalışmalar 1841'de John Smit tarafından Alchornea ilicifolia (Euphorbiaceae) bitkisinde polensiz tohumların oluştuğunun gözlenmesiyle başlamıştır. Apomiksis hakkında birçok teorik bilgi olmasına rağmen hala çok önemli boşluklar vardır. En ciddi boşluk apomiksis elementlerinin fizyolojik yapıları hakkındadır. Apomiksis heterozigot gen kombinasyonunun genetik tespitini ifade eder ve melezliğe rağmen ana bitkinin genetik olarak aynı olan kopyalarının eldesine olanak sağlar. Diğer bir ifadeyle apomiksis, rekombinasyon veya kutuplara dağılma olmadığından elverişli biyotiplerin çoğalmasını sağlar. Hastalıklara direnç sağlayan genleri taşımak gibi önemli tarımsal özellikler içeren heterozigotların korunmasına olanak sağlar. Son yıllarda apomiksis tahılların yetiştirilmesindeki büyük potansiyelinden dolayı ve apomiksis teknolojisi ile eşeyli tahılların apomiktik hale dönüştürülmesi ihtimalinden dolayı önem kazanmıştır. Doğal olarak günümüz tahıllarında görülmeyen apomiksis modern 113

115 moleküler teknikler ile yapay apomiktik tahıllar eldesinde kullanılmaktadır. Ayrıca eşemli türler ile apomiktik akrabalar arasında çaprazlama deneyleri yapılmaktadır. Apomiksis üzerinde gerçek bir ilerleme, ancak apomiksisin nedenleri ve genetiği ile ilgili varsayımlardan ve olaya katılan genlerin kesin görevlerinin anlaşılmasıyla elde edilebilir ve herşeyden önce apomiksis elemanlarının fizyolojik yapılarının anlaşılması gerekmektedir. TOHUM Tohum embriyo, besi doku ve tohum kabuğundan oluşan döllenmiş olgun tohum taslağıdır. Besidoku çoğunlukla endosperma, bazı hallerde perisperma veya kalazospermadır. Embriyo ve endosperma çifte döllenme sonunda oluşurken tohum kabuğu ana bitkiye ait bir dokudur. Çifte döllenme tohum oluşumuna neden olan gelişim olaylarını etkileyen bir teşvik sağlar. Döllenmeden sonra tohum taslağında bazı değişiklikler olur; çoğunlukla nusellus körelir, embriyo kesesindeki sinergit ve antipotlar da körelir. Döllenmiş yumurta hücresi embriyo halinde gelişirken primer endosperma nukleusu endospermayı oluşturur, integümentler de yavaş yavaş tohum kabuğu (testa) haline dönüşür. Böylece tohum taslağı döllenmeden sonra gelecek nesli verecek olan tohum haline dönüşmüş olur (Şekil 97). Şekil 97. Dikotillerde tohum gelişim evreleri. Gelişimi sırasında embriyo, çoğu bitkide endosperma olan besidokuyu kullanır ve besidoku tamamen absorbe oluncaya kadar büyümeye devam eder. Bir ovaryumdaki tüm tohum taslakları tohum halinde olgunlaşmayabilir. Tüm tohum taslaklarının tohum halinde olgunlaşabilmesi için hepsinin döllenme şansını yakalaması gerekir. Döllenme şansını 114

116 yakalamayanlar bir süre sonra körelerek yok olur. Bu durum fasulye, bezelye gibi bitkilerin meyveleri açıldığında kolaylıkla gözlenebilir: şişkin tipik renkli tohumların yanında buruşmuş, küçük ve farklı renkte döllenmemiş tohum taslakları kolaylıkla ayırt edilebilir. Kirazda her ovaryum iki tohum taslağı içerir ve bunlardan sadece biri tohum halinde olgunlaşır, ikisinin birden gelişmesi enderdir. Tohumların iç ve dış yapısal ayrıntılarında türlere göre değişen büyük farklılıklar vardır. İç yapı ile ilgili farklar tohum kabuğunun (gömleğinin) yapısını, endospermanın varlığı veya yokluğunu, embriyodaki kotiledonların sayısını ve embriyo kısımlarının şekli ve nisbi hacmini kapsar. Dış yapı ile ilgili farklar ise tohumların şekli, hacmi, rengi ve tohum kabuğunda bulunan süslerdeki farklılıklar ile ilgilidir. Tohumların dış görünüşleri ile ilgili farklar o kadar belirgindir ki sadece bir tohumun dış görünüşünden bir cinsin hatta bir türün tayini yapılabilir. Bazı bitkilerin tohumları toz parçacıkları gibi çok küçüktür, örneğin orkide tohumlarının milyonlarcası bir kılıf içinde meydana gelir. Bazı orkide türlerinin tek bir çiçeği 1 milyon kadar tohum üretebilir. Her bir tohum sadece birkaç hücre içerir ve bir tohumun çimlenmesi için bazı mantarlar ile mikoriza oluşturulması gerekir. Tek bir orkide tohumunun taze ağırlığı 0, g'dır. Mora oleifera nın tohumları muhtemelen en ağır tohumlardır ve bir tohum 1,000 g'dır. Tohumların önemli özelliklerini şekilleri, hacimleri, tohum kabuğunun yüzey durumu, hilumun yeri, aril ve karunkula gibi bazı yapıların varlığı oiuşturur. Tohumlar genellikle kahverengi, siyah, gri ve donuk renklidirler. Kırmızı, yeşil, sarı gibi canlı renkler enderdir. Canlı renkli tohumlar genellikle zookori ile dağılırlar. Magnolia'nın canlı renkli sarkotestası, Meliaceae ve Celastraceae'nin kırmızı-turuncu arilleri örnek olarak verilebilir. Birçok tohumda mikropil küçük bir açıklık halinde görülür. Bazılarında yok olmuş durumdadır. Funikulus tamamen veya kısmen tohum taslağında düşer ve hilum denilen bir iz bırakır. Anatrop tipte tohum taslağından gelişen tohumda funikulusun integümentle birleştiği yer boyuna bir yarık olarak görülür ve rafe adını alır (Şekil 98). TOHUM GELİŞİMİ Tohumun esas kısımlarını embriyo, besidoku ve tohum kabuğu oluşturur. Embriyoyu besleyen besidokunun çoğunlukla endosperma olduğu, bazen nusellusun veya başka yapıların besleyici görev üstlendiği daha önce anlatılmıştı. Şekil 98'de genel tohum morfolojisi görülmektedir. 115

117 Şekil 98. Genel tohum morfolojisi. TOHUM KABUĞU Tohum, tohum taslağındaki integümentlerden gelişen tohum kabuğu (tohum gömleği = testa) ile çevrilidir. Döllenmeden sonra integümentler tohum kabuğu haline dönüşürken birçok histolojik değişiklik geçirirler. Bitegmik tohum taslaklarında tohum gömleği her iki integümentten kaynaklanabilir veya iç integüment kaybolur, dış integüment tek başına tohum gömleğini meydana getirir. Tüm durumlarda tohum kabuğu sporofite ait diploit bir doku durumundadır. Tohum gömleği yer fıstığında incedir ve embriyo etrafındaki kahverengi ince tabakayı oluşturur. Pamukta tohum kabuğunun dış epiderma hücreleri pamuk liflerini oluşturur. Bu tüyler tek hücreli ve ince çeperlidir. 45 mm'ye kadar ulaşabilen bu fibriller karakteristik kıvrımlar gösterirler. Tohum kabuğu tohumların dağılmasına yardımcı olan bazı yapılar içerir. Hayvan ve insanlar tarafından yenen çoğu tohumların testası sindirim olaylarına dirençlidir ve herhangi bir zarara uğramadan bağırsaktan dışarı atılır. Epidermisi müsilaj içeren tohumlar su ile temas edince şişerler ve yapışkan hale gelirler, böylece hayvanlara kolayca yapışırlar ve uygun yerlere taşınabilirler. Veya toprağa yapışarak rüzgar veya yağmur ile uygun olmayan yerlere taşınmaları önlenir. Müsilaj çimlenen tohumu kurumaya karşı korur veya nem çok olduğunda oksijen geçişine engel olarak çimlenme olayını kontrol eder. İntegümentlerin testa oluşumuna katılımında farklar görülür. Umbelliferae'de sadece dış integümentin epiderması tohum kabuğunu oluşturur. Bazen nusellus da testa yapısına katılırlar. Testa tabakalarının kökenini anlamak ancak ontogenik bir çalışmayla mümkün olabilir. Cucurbitaceae'de tohum taslakları bitegmiktir, fakat sadece dış integüment tohum kabuğunu oluşturur. İç integüment ise körelir. 116

118 İntegümentlerin gelişimi ve farklılaşması ile oluşan tohum kabuğunda çeşitli görevler üstlenen hücreler vardır: parankima hücreleri, tanin hücreleri, kristal hücreleri, müsilaj hücreler, sklerankima hücreleri gibi. Parankima hücreleri tohum kabuğunda depolama işlevini yapmak için genellikie genişlemiş haldedirler. Bazı bitkilerde aerankimayı oluşturmak için farklılaşırlar. Salgı dokusunun tohum kabuğunda bulunması enderdir. Clusiaceae'de süt ve sakız kanalları, Winteraceae, Monimiaceae, Canellaceae, Magnoliaceae, Lauraceae, Bixaceae familyalarında yağ içeren idioblastlar bulunur. Tanin hücreleri, tanin vakuolleri içerirler. Tanin polifenol ve zor metabolize olan sekonder bileşiklerden oluşur. Genellikle dış integümentte bazı bitkilerde (Linum) iç integümentte bulunur. Taninler tohum kabuğunun sertliğini artırırlar ve tohuma renk verirler. Prizmatik, druz gibi değişik şekillerde olan kristaller çoğunlukla kalsiyum oksalattan, bazen kalsiyum karbonattan (Euphorbiaceae) veya silikadan (Zingiberales, Commelinaceae) oluşur. Birçok taksonda kristal hücreleri dış integümentin iç tabakasında bulunur. Kristaller tohumun mekaniksel direncini arttırmada ve hayvansal saldırılara karşı korunmasında rol oynarlar. Müsilaj hücreleri çoğunlukla epiderma kökenlidir. Müsilaj hidratasyondan sonra sekonder çeperlerin şişmesi ile meydana gelir Müsilajın en önemli görevi tohumların hayvanlara yapışmasını ve toprağa tutunmasını sağlamaktır. Epiderma kökenli müsilaj Podostemaceae, Plantaginaceae, Cruciferae ve Linaceae tohumlarında görülür. Çeperlerinde suberin içeren mantar hücreleri çoğunluk kalazada bulunur. Testada mekaniksel hücrelerin bulunması çok yaygındır. Çeperlerince lignin içeren mekaniksel tabaka hücreleri tohumlara sertlik sağlayarak onlar herbivorlardan ve mikroorganizmalardan korur. Sklerenkima, sklereit veya sklerenkima lifleri halinde bulunur. Makroskleroitler Leguminosae üyelerinde çok yaygındır. Corner (1976) mekaniksel tabakaların kökenine bağlı olarak tohum örtüsünü ekzotesta, mezotesta ve endotesta diye sınıflandırmıştır. Ekzotestalılarda mekaniksel tabakalar dış integümentin dış epidermasında bulunur (Begoniacea, Berberidaceae, Centrospermae, Leguminosae, Melianthaceae Rhamnaceae ve Sapindaceae). Mezotestalılarda kübik ve boyuna uzamış olan mekaniksel elementler, dış integümentin orta tabakasında (mezofilde) bulunur (Hamamelidacea, Myrtoceae, Rosaceae, Theaceae, Cucurbitaceae, Paeoniaceae). 117

119 Endotestalılarda mekaniksel tabaka dış integümentin iç tabakasında bulunur ve tek veya çok tabakalı olabilir (Magnoliaceae, Viteceae, Myristicaceae). Endotesta hücrelerinde kristallerin görülmesi çok sık rastlanan bir durumdur. Acanthaceae'de tohum taslakları unitegmiktir. İntegümentin büyük kısmı gelişen endosperma tarafından tüketilir ve olgun tohumda sadece epiderma kalır. Andrographis, Elytragia ve Haptanthus'da integüment tamamen sindirilir ve olgun tohum kabuk içermez. Loranthaceae'ye ait parazitler de çıplak tohumludur, çünkü bu bitkilerde integümentler yoktur. Orkidelerde tohum kabuğu ince çeperli hücrelerden oluşan şeffaf bir kın oluşturur (Şekil 99). Şekil 99. Cypripedium'un tohumu. Tohum kabuğu şeffaf. Magnolia'da iç integüment koruyucu bir tabaka meydana getirir ve dış integüment etli ve parlak renkli hale gelir. Dış integüment hücreleri sarkotesta adını alır. Sarkotesta terimi tohum kabuğunun etli ve yenebilen kısmı için kullanılır. Sarkotestalı tohumlar genellikle çekici renklidir ve bu durum zookori için uygun bir adaptasyondur. Yağ bakımından zengin olan bu tabaka tohum dağılımında böcekleri cezbedici rol oynar. Plantago'da tohum kabuğunun epidermisi higroskopiktir ve su ile temas edince musilajımsı hale gelir. Punica (nar) da tohum kabuğunun dış epidermisi yenen etli kısmı oluşturur. Döllenmeden sonra tohum taslağının çeşitli kısımlarından bazı özel yapılar gelişir: 1. Karunkula: Tohumun mikropil bölgesinde bulunan etli beyazca bir yapıdır. Mikropilin çevresinde veya funikulus tarafında dış integümentin ucundaki hücrelerin tomurcuklanmasıyla meydana gelir. Karunkulaya Euphorbiaceae familyasında sık rastlanır (Şekil 100). Karunkulanın görevleri şöyle sıralanabilir: a) Şekerli oldukları için karıncalar tarafından yenir ve böylece tohum dağılmasına yardımcı olur. b) Higroskopik yapısından dolayı suyu topraktan absorbe eder ve çimlenme sırasında embriyoya geçirir. 118