MBG-112 GENEL BİYOLOJİ II TOHUMSUZ BİTKİLER Doç. Dr. Yelda Özden Çiftçi 1.2 milyon yıl önce Siyanobakteriler Protistler 500 milyon yıl önce Küçük bitkiler Mantar ve hayvanlar Uzun bitkiler 385 milyon yıl önce İlk ormanlar 1
6 Alemin evrimsel gelişimine ait hipotez PROTİSTA ALEMİ 2
Benzerlikleri Alg Bitki Çok hücreliler Ökaryotlar Fotosentetik ototroflar Selülozdan yapılmış hücre duvarı Klorofil a ve b (yeşil algler) 3
Farklılıkları Karofit olmayan Algler Karofitler Bitki Selülozu sentezlenen proteinler doğrusaldır. Plazma membranlarında selülozu sentezleyen proteinler, belirgin dairesel halkaya (rozet) sahiptir. Kamçılı sperme sahip olan karasal bitkilerde spermin yapsı karofit spermine çok benzerdir. Fragmoplast karofit ve karasal btikilerde sadece oluşur. Fragmoplast oluşumu 4
Sığ sulara adaptasyon ve karaya ön uyum Charophyceae ait alt türlerinin çoğu havuz ve göl kenarındaki sığ sularda yaşar. Arada sırada bu yerlerde kuraklığa maruz kalırlar. Sporopollenin tabakası zigotlar tekrar suya ulaşana kadar kurumalarını önler. Yerleşilmemiş yeni alanlar: Geniş, Parlak güneş ışığı, Atmosferde çok fazla CO 2 var. Toprak mineral besin maddeleri ile zengin, Nispeten az herbivor ve patojen var. 5
Karasal koşullar -Parlak güneş ışığı -CO 2 fazla -Toprak mineral besleyiciler bakımından zengin -Su az -Yerçekimine karşı yapısal desteğin bulunmaması Karofit ve Bitki farkı Döl almaşı Apikal meristem Bitki Çok hücreli bağımlı embriyolar Çok hücreli gametangia Sporopollenin içeren spor duvarları 6
Döl almaşı Döl almaşı Charophyceae Bitkiler Zigot haploid sporlar oluşturmak üzere mayoz geçirir. Zigot çok hücreli bir sporofit oluşturmak üzere mitoz geçirir. Sonra çok hücreli sporofit mayoz ile haploid sporları üretir. Atasal bir Charophyceae üyesindeki bir mutasyon zigotta daha fazla sayıda mitoz gerçekleşinceye kadar, mayozda gecikmeye yol açmıştır.bu sayede çok hücreli diploid bir sporofit oluşmuştur. Sporların sayısı artar. 7
Çok hücreli bağımlı embriyo Sporopollenin içeren spor duvarları 8
Çok hücreli gametangia Apikal meristemler Kutikula Stoma Mikorizae Apical meristem of the root 9
Bitkilerin Kökeni ve Farklılaşması 10
Karasal bitkiler Karayosunları Eğreltiotları Gimnospermler Angiospermler Karasal bitkiler İletim Demetli Bitkiler İletim dokusunda hücreler, bitkinin her yanına su ve besleyicileri taşıyan borular şeklinde biraraya gelmiştir. İletim demetli bitkiler arasında eğreltiotları ve diğer pteridofitler yaşam döngülerinde tohum bulunmadığından tohumsuz bitkiler olarak isimlendirilir. Tohum koruyucu bir kabuk içinde besin kaynağı ile birlikte paketlenmiş olan embriyodan ibarettir. 11
Tohumlu bitkiler Tohumlu iletim demetli ilk bitki yaklaşık 305 milyon yıl önce Devoniyen periyodu sonlarında ortaya çıkmıştır. Tohumları herhangi bir özelleşmiş odacık ile kuşatılmış değil 130 milyon yıl önce Kretase periyodunun başlangıcında çiçekler gelişmiştir. Çiçekler, ovaryumlar denilen koruyucu bölmelerin içinde tohumları taşıyan gelişmiş yapıdır. «Angiospermler» İlk tohumlu bitkiler «Gimnospermler» Charophyceae ve bitkiler arasındaki benzerlik ve farklılıklar (ÖZET): B E N Z E R L İ K Plazma zarlarında hücre çeperinin selüloz mikrofibrillerini sentezleyen dairesel halka şeklinde protein dizilerinin varlığı Peroksizom enzimlerinin benzeşmesi (fotorespirasyon sonucu organik ürünlerde oluşan kaybı en aza indirir). Kamçılı sperm yapısı Hücre bölünmesi sırasında yeni ortak çeper sentezi fragmoplast oluşumu F A R K L I L I K Apikal meristemin varlığı Çok hücreli bağımlı embriyolar Döl almaşı Çeperli sporlar Çok hücreli gametangia Suyun korunmasına yönelik adaptasyonlar Su taşınımı ile ilgili adaptasyonlar Karasal adaptasyonlar için sekonder bileşikler B İ T K İ L E R 12
Karayosunları (Bryophyte) İletim demetsiz bitkiler Hepatophyta (Ciğerotları) Toprağa bağlandıkları yer olan rizoidler uzun tüp şeklinde tek hücrelerdir. En basit sporofitlere sahiptir. Anthocerophyta (Boynuzlu ciğerotları) Rizoidler uzun tüp şeklinde tek hücrelerdir. Sporofitlerinde kütikula vardır. Sporofitlerin epidermisinde stoma benzeri yapılar bulunur. Bryophyta (Karayosunu) Rizoidler hücrelerden oluşmuş ipliksi yapılardır. Sporofitlerin epidermisinde stoma benzeri yapılar bulunur. Gametofit en baskın evredir. Sporofitler küçük ve kısa bir süre bulunur. Sporlar nemli ortamda çimlenir ve mitoz geçirerek, gametofitler gelişir. Çimlenen sporlar «protonema» (ilk iplikler) oluşturur. Protonema doku oluşturan meristemlere sahip tomurcuklar oluşturur. Meristemler «gametofor» oluşturur. Protonema ve gametofor yapraklı karayosunun gametofit yapısını oluşturur. Bryofit gametofitlerinin hücreleri su ve çözünmüş maddelere yakın olarak yerleşmişlerdir. Bazılarında su ve çözünmüş madde taşınmasında iş gören özelleşmiş dokular vardır. Ancak bu dokuların hücre çeperleri, bitki ksilemin özelliği olan ligninden yoksundur. 13
Bryofitlerin çoğu, zemine yakın gelişir ve toprağa narin yapılı renksiz rizoidler ile bağlanır. Rizoidler; Dokulardan oluşmamıştır, İletim yapan özelleşmiş hücreleri yok, Su ve mineral absorbsiyonunda primer rol oynamaz, Bitkilerin köklerinden bu nedenlerle farklıdır. Yapraklı karayosunları ve bazı ciğerotu gametofitleri «yapraklıdır». Ancak ligninli iletim hücreleri içermediklerinden gerçek gövde ve yaprak değildir. Yaprakları genellikle bir hücre kalınlığında ve kütikulasızdır. 14
Karayosunları Genç evrede yeşil ve fotosentetik olmasına karşın, yapraklı karayosunu sporofitleri sporlarını yaymaya hazır hale geldiğinde kızarır ya da kahverengileşir. Sporlar çevreye saçıldıktan birkaç ay sonra gözle görülmeye devam eder. Yapraklı karayosunu sporofitleri bir ayak, seta olarak isimlendirilen uzun bir sap ve spor üreten organ olan sporangiyum ya da kapsülden oluşmuştur. Ayak kısmı transfer hücreleri aracılığıyla ebeveyn gametofitten şekerleri, amino asitleri, su ve mineralleri toplar. Seta, bu maddeleri kapsüle gönderir. Kapsül, kaynakları spor üretiminde kullanır. Seta, uzayarak kapsülün uzamasını ve sporların çevreye yayılmasını arttırır. Kapsül, mayoz bölünmenin ve sporların üretiminin gerçekleştiği yerdir. Kapsül olgunlaşmamış iken gametofit dokusundan oluşmuş bir koruyucu şapka (kaliptra) ile örtülür. Kapsülün peristom denen üst kısmı, çoğunlukla sporları kademeli olarak dışarı salar. Karayosunları Ekolojik ve Ekonomik Önemleri Azotun toprağa geri kazandırılmasına yardım eder. Zararlı UV ışını seviyelerini absorbe eder. Peat (organik materyal), atmosferik CO 2 stabilize eder. 15
İletim demetli bitkiler Bryophyte Baskın evre gametofit Sporofit gametofite bağımlıdır. İletim demetsiz İletim demetli Eğrelti, gimnosperm, angiosperm Ligninleşmiş ksilem ve floem Baskın evre sporofit Bağımsız dallanmış sporofit Yapraklı karayosunu ve pterofitlerin arasında «Protracheophyte» Ligninleşmiş iletim dokusu bulunmaz. Büyümek için gametofitlere bağımlı olmayan dallanmış sporofitlere sahiptir. Cooksonia, bilinen en eski iletim demetli bitkidir. Günümüz pteridofitlerinin ksilemindeki su ileten hücrelere benzerlik gösteren küçük ligninleşmiş hücrelere sahipti. Fosil kayıtlara göre Devoniyen de (360-408 milyon yıl önce) iletim demetli bitkiler çeşitlenmiştir. 16
Tohumsuz iletim demetli bitkiler- Pteridofitler Pteridophyte Lycophyta (Kibritotları) Epifit Mikrofillere sahiptir. Pterophyta (Monilophyta) Megafillere sahiptir. Süpürge eğreltiotları Gerçek yaprak ve köklerden yoksunlar Atkuyrukları Dik gövde ve rizomları var. Küçük yapraklar ve gövdede hava kanalları var. Eğreltiotları Rizomları var, yaprak pek çok yaprakçığa bölünmüştür. Ligninleşmiş iletim dokusu bulunan gerçek köklere sahiptir. Kibritotları dallanmamış tek bir damar içeren küçük yapraklara (mikrofiller) sahiptir. İletim demetli diğer bitkilerin yaprakları büyük olduklarından megafildir ve dallanmış iletim demetine sahiptir. Gametofit evre indirgenmiş, sporofit evre baskındır. 17
Eğreltiler Eğrelti sporu küçük, kalp şeklindeki bir gametofite dönüşür. Gametofit fotosentezle yaşamını sürdürür. Her gametofit, hem erkek hem de dişi eşey organlarına sahiptir. Fakat gametofitler arasında karşılıklı döllenmeyi garanti altına almak için, arkegonyumlar ve anteridyumlar farklı zamanlarda olgunlaşır. Diğer tohumsuz iletim demetli tüm bitkiler gibi, eğrelti spermi anteridyumdan arkegonyumdaki yumurtalara nemli ortamdan yüzmek ve daha sonra yumurtaları döllemek için kamçı kullanır. Döllenmiş bir yumurta yeni bir sporofit şeklinde gelişir ve genç bitki gametofitin arkegonyumundan dışa doğru büyür. Üretken yaprakların alt tarafındaki benekler sorus olarak isimlendirilir. Sporangiyum gametofitleri oluşturan sporları serbest bırakır. Karbonifer ormanlarının iletim demetli tohumsuz bitkileri, kömür formunda fosil yakıtlar bırakmışlardır. 18
Eğreltiotları ve iletim demetli bitkiler arasındaki anahtar varyasyon Homosporlu (Eğreltiotu) Sporofit Tek tip spor Biseksüel gametofit Yumurta Sperm Heterosporlu (Sucul eğreltiotları, bitkiler) Sporofit Megaspor Dişi gametofit Yumurtalar Mikrospor Erkek gametofit Sperm 19
Lycophyta Pterophyta Turba Karbonifer periyodu Isı + basınç Kömür 20