MBG 112 GENEL BİYOLOJİ II BİTKİ YAPISI VE BÜYÜME DOÇ. DR. YELDA ÖZDEN ÇİFTÇİ Bitkilerde 3 temel organ bulunur. Kök Gövde Yaprak 1
Anatomik olarak bu organlar monokotil ve dikotiledonlarda farklılık gösterir. Bitki vücudu 2 ana sistem şeklinde farklılaşmıştır. Kök sistemi kloroplast taşımaz ve karanlıktadırlar. Sürgünlerdeki fotosentetik dokudan şeker ve organik besinleri alır. Sürgün sistemi, kökler tarafından topraktan emilen su ve minerallere bağımlıdır. 2
KÖK SİSTEMİ Saçak kök Kazık kök Monokotillerde İnce kök Dikotillerde küçük yan kök üreten büyük dikey bir kök KÖK SİSTEMİ KÖK TÜYÜ Kök yüzeyindeki epidermis hücrelerinin uzantılarıdır. ADVENTİF KÖK Toprak üstü gövdelerden ya da yapraklardan çıkar. Kökün yüzey alanını aşırı derecede arttırır. Uzun olan gövdeyi desteklemeye yardım eder. 3
Topraküstü sürünücü gövde (stolon) Gövdeler Toprakaltı yatay gövde (Rizom) Besin depolayan rizomların şişkin uç kısmı (Yumru) Sürgün sistemi Dikey yer altı gövde (Soğan) Basit Yapraklar Bileşik Çift bileşik SÜRGÜN SİSTEMİ 4
Değişime uğrayan gövdeler Yapraklar 5
Değişime uğrayan yapraklar Bitki organları 3 doku sisteminden oluşur. Örtü Doku (Epidermis) Bir nevi bitkinin derisidir. Genel korumayı sağlar. Kök tüyleri (su ve mineral absorbsiyonu) Suyun korunmasını sağlayan gövde ve yaprakta bulunan kütikula İletim doku 2 tiptir: ksilem ve floem Ksilem su ve çözünmüş maddeleri, kökten gövdeye taşır. Floemolgun yapraklarda üretilen besinleri, meyve gibi fotosentez yapmayan kısımlara iletir. Temel doku Dikotillerde : Öz ve korteks Öz iletim dokusunun iç kısmında, korteks ise dış kısmında yer alır. Fotosentez, depolama, destek 6
İletim dokusu Ksilem Floem Trakeid Trake Kalburluboru üyesi Kalburlu plak Arkadaş hücresi Ksilem Geçitler Trakeid Uçları sivri uzun ince hücreler Su taşıma + destek Trake Trakeidlerden daha geniş, daha kısa, daha ince çeperli, uçları daha az sivri Yalnızca primer çeper bulunur. İşlevsel olgunlukta ölü hücreler 7
Floem Kalburlu boru Nukleus, ribozom, vakuol yok. Kalburlu plak Kalburlu boru elemanları arasındaki uç çeperlerde delikler bulunur, bunlar kalburlu boru boyunca sıvı akışını kolaylaştırır. Arkadaş hücresi İletim işlevi görmez. Nukleusa sahiptir. İşlevsel olgunlukta canlı Bitki hücresinin genel yapısı 8
Bitki dokuları üç temel hücre tipine sahiptir. Parankima hücreleri İnce esneyen primer çeperlere sahip Çoğunda sekonder çeper yok En az özelleşen hücreler Çeşitli organik ürünlerin sentezlenmesi ve depolanması Olgun parankima hücresi bölünme geçirmez. Çoğu bölünme ve farklılaşma özelliğini korur. Kollenkima hücreleri Primer çeper parankima hücrelerinin çeperinden daha kalın ama düzgün değil Şerit veya silindir halinde gruplanır. Sekonder çeper yok. Primer çeperde lignin yok. Büyüme engellenmeden bitki sürgününün genç kısımlarını destekler. Sklerenkima hücreleri Sekonder çeperleri lignin ile sertleşmiştir. Kollenkima hücrelerinden daha serttir. Olgun hücreleri uzayamaz. İşlevsel olgunlukta çoğu ölü, destek için özelleşen hücrelerdir. Ksilemdeki trake ve trakeidler destek ve taşıma sağlayan sklerenkima hücreleridir. Tümüyle destek için lif ve sklereid olan sklerenkima hücreleri vardır. Lif: uzun, ince ve iki ucu sivri; Sklereid: kısa ve düzensiz şekillidir. 9
Özet olarak; Bitki Organları Kök Gövde Yaprak Bitki Dokuları Örtü doku (Epidermis) İletim dokusu Temel doku Bitki Hücreleri Parankima Kollenkima Sklerenkima BİTKİLERİN BÜYÜME VE GELİŞME SÜRECİ BÜYÜME GELİŞME Hücre bölünmesi ve hücre büyümesine bağlı olarak, kütlenin geriye dönüşümsüz artmasıdır. Bir organizmanın vücudunu giderek saran tüm değişikliklerin toplamıdır. 10
BİTKİ BÜYÜMESİ GENEL BAKIŞ Bitkiler yaşadıkları sürece büyümeyi sürdürürler AMA ÖLÜMSÜZ DEĞİLLERDİR!! Ağaçlar, çalılar ve çimenler çok yıl yaşarlar. Bitki sonuçta ölür ama bu yaşlanmadan değil, enfeksiyon, yangın veya abiyotik koşullar nedeniyledir. ÇOK YILLIK (PRENNİAL) Yaşam döngüleri iki yılda tamamlanır. Vejetatif büyüme (1. ilkbahar/yaz), çiçeklenme (2. ilkbahar/yaz), arasında kalan soğuk periyotta yaşarlar. Pancar, havuç İKİ YILLIK (BIENNIAL) Çimlenmeden çiçeklenmeye ve tohum üretiminden ölüme kadar olan yaşam döngülerini bir yıl veya daha kısa zamanda tamamlarlar. Tahıllar, baklagiller, yabani çiçekler TEK YILLIK (ANNUAL) Sınırsız büyüme Bitkiler bunu büyüme bölgelerinde bulunan meristem denilen sürekli olarak bölünen embriyonik dokulara sahip olması ile başarır. Meristematik hücreler yeni hücreler oluşturmak üzere bölünürler. Bu hücrelerin bir kısmı meristematik bölgelerde kalıp, yeni hücreler oluşturur (inisiyaller); bir kısmı ise özelleşip, bitkinin büyüyen doku ve organlarına katılır (derivatif hücreler) Primer büyüme (uzama): Apikal meristem ile olur. Otsu bitkilerde sadece primer büyüme vardır. Sekonder büyüme (Çap artar): Lateral meristemler Odunsular da primer ve sekonder büyüme eş zamanlı ancak farklı bölgelerde olur. Apikal meristem (kök, gövde ucu) Lateral meristem (uçtan belirli uzaklıkta kök ve gövdelerin bir ölçüde yaşlı kısmında) 11
Primer büyüme Apikal meristem tarafından üretilen kök ve sürgün sistemlerinin kısımlarını oluşturur. Otsu ve odunsu bitkinin genç kısımları primer bitki yapısına örnek oluşturur. Köklerin Primer Büyümesi Bölünür hücreler bölgesi (Hücre bölünme zonu) Hücre uzaması Olgunlaşma bölgesi 12
Köklerin primer büyümesi Bölünür hücreler bölgesi Protoderm Epidermis Örtü doku Bölünür hücreler bölgesi Prokambiyum Stele İletim dokusu Bölünür hücreler bölgesi Temel meristem Korteks Temel doku Kökün Primer Dokuları 13
Lateral kökün oluşumu Sürgünlerin primer büyümesi Kökte olduğu gibi sürgünlerde de apikal meristem; Protoderm, Prokambiyum, Temel meristemi oluşturur. 14
Gövdenin primer dokuları Kökte; iletim dokusu merkezde bir silindir oluşturur. Gövdede, iletim dokuları diziler halinde uzanır, iletim demetleri denilir. 15
Yaprak dokularının organizasyonu Epidermis Epidermisin üzerinde kutikula, Epidermis stoma ile kesintiye uğrar. Stoma, bekçi hücresi denen özelleşmiş epidermis hücreleri tarafından kuşatılan küçük deliklerdir. Temel doku (mezofil) üst ve alt epidermis arasındadır. Mezofil silindirik hücreler palizat parankiması; labirent şeklinde hava boşlukları sünger parankimasıdır. İletim dokusu, gövdedeki ksilem ve floemin devamıdır. 16
Sekonder büyüme Dikotillerin çoğunda, yapraklar hariç, gövde ve köklerde çap artışı sekonder büyüme ile sağlanır. Sekonder büyüme iki lateral meristem iş görür: 1) Vasküler kambiyum (sekonder ksilem ve floemi oluşturur) 2) Mantar kambiyumu (Epidermisin yerini alır ve gövde ve kökte sert bir kalın örtü oluşturur). Gövdelerin sekonder büyümesi Vasküler kambiyum, sekonder iletim dokusunu oluşturan meristematik hücrelerden oluşan bir silindirdir. İçe doğru sekonder ksilemi, dışa doğru ise sekonder floemi verir. Vasküler kambiyum yeniden bölünme kapasitesi kazanan parankima hücrelerinden oluşur. Yani hücreler meristematik hale gelir. 17
Vasküler kambiyum Işın inisiyalleri (parankima olan ksilem ve floemin ışınsal dizilerini üretir. İletim dokusunun kama şeklindeki kısımlarını birbirinden ayırır.) Fusiform inisiyalleri (iletim demeti içindeki kambiyum hücreleridir. Yeni vasküler doku oluşturur). Trakeid Trake (Angio.) Odun Lif İlk oluşan trake ve trakeidler boyutları genellikle nispeten daha büyük ve çeperleri ince olur. 18
Mantar kambiyumu ve periderm Sekonder büyümenin erken evrelerinde, epidermis parçalanır. Epidermisin yerini mantar kambiyumu tarafından üretilen yeni bir koruyucu doku alır. Mantar kambiyumunu, kambiyumun dış kısmında biriken mantar hücreleri üretir. Mantar + mantar kambiyumu =Periderm Mantar hücreleri olgunlaştıklarında çeperlerinde süberin biriktirir ve ölürler. Mantar kambiyumu lokal alanlarda yırtılır, bu bölgelere lentisel denir. Lentiseller gövde içindeki canlı hücrelerin hücresel solunum için gaz alışverişini sağlar. Canlı floem + Periderm = Kabuk 19
Köklerde sekonderbüyüme Vasküler kambiyum Stele içinde oluşur ve içe doğru sekonder ksilemi, dışa doğru sekonder floemi üretir. Mantar kambiyumu Steledeki perisiklden mantar kambiyumu ve periderm oluşur. Periderm Su geçirmez. Bu nedenle su ve mineralleri kökün yalnızca genç kısımları alır. Sekonder büyüme gösteren yaşlı kısımlar, esasen bitkiyi toprağa bağlar. Peridermde içeride kalan dokulara oksijen sağlanması lentisellerarayıcılığıyla olur. Bitkilerin büyüme ve gelişme mekanizmaları Döllenmiş yumurtanın bir bitkiye dönüşümünden: Büyüme Geri dönüşümsüz büyüklükte artış (Hücre bölünmesi ve genişlemesi) Morfogenez Doku, organ veya organizmaya şeklini veren ve hücrelerin yerleşimini belirleyen işlem (Vücut formu ve organizasyonunun gelişimi) Farklılaşma Aynı genlere sahip olan hücrelerin birbirinden farklılaşması (Hücresel çeşitliliğin oluşturulması) 20
Büyüme Büyüme 21
Hücre genişlemesi Hayvan hücreleri Proteince zengin bir sitoplazma sentezleyerek büyür. Bitki hücreleri Sitoplazmada fazladan organik madde üretirler ama genişlemenin %90 nından su alınımı sorumludur. 22
Morfogenez Özgül bölgelerde özgül yapıların gelişimi, yapı planı oluşumu ve biçim kazanma sürecine bağlıdır. Yapı ve biçim kazanma işlemi, büyük ölçüde konumsal ilgiye bağlıdır. Özel moleküllerin, genellikle de protein gradientlerinin konumla ilgili bilgiyi sağladığı yönünde kanıtlar bulunmaktadır. Konuma ait bilgi çeşitlerinden biri kutuplaşmadır. Bitkilerde iyi gelişmiş eksen bulunmakla birlikte, eksenin bir ucunda kök diğer ucunda ise gövde bulunur. Zigottaki ilk bölünme asimetriktir. Asimetrik bölünme, bitkinin gövde ve kök şeklinde kutuplaşmasını başlatır. Bitkiler de homeotik genler denilen asıl düzenleyici genlere sahiptir. Bu genler, bir organın oluşmaya başlamasında olduğu gibi, bir bireyin gelişimindeki ana olayları kontrol eder. 23
Hücresel farklılaşma Farklılaşma farklı hücre tiplerinde farklı proteinlerin sentezlenmesini yansıtır. Örneğin kök tüylü ve tüysüz epidermis hücrelerinin oluşumu, epidermis hücrelerinin konumu ile ilgilidir. Hücresel farklılaşma, büyük ölçüde gen ifadesinin kontrolü altındadır. Gen ifadesi, özel proteinlerin sentezlenmesi için transkripsiyon ve translasyonun düzenlenmesidir. Aynı genoma sahip hücreler, farklı gelişim yolları izlerler çünkü, bu hücreler farklılaşmaları sırasında belirli zamanlarda seçici olarak belirli genleri ifade ederler. Çiçeklenmenin genetik kontrolü Çiçek oluşumu vejetatif büyümeden reproduktif büyümeye geçiş evresini içermektedir. Bu geçiş, gün uzunluğu gibi çevresel etkenler ve hormonlar gibi içsel sinyaller tarafından sağlanır. Gövde apikal meristemi tarafından çiçek oluşumu genellikle ilgili gövdenin primer büyümesini durdurur. Vejetatif büyümeden çiçeklenmeye geçiş çiçek meristem kimlik genlerinin açılıp kapanması ile ilgilidir. Bu genlerin ürünü olan proteinler, sınırsız büyüme gösteren vejetatif meristemlerden sınırlı büyümenin olduğuçiçek meristemlerine dönüşüm için gerekli olan genlerin ekspresyonlarını düzenleyen transkripsiyon faktörleridir. Gövde apikal meristeminde çiçeklenme uyarıldığında, her bir primordiumun sırası, çiçek organının özgün tiplerinin sepal, petal,stamen veya karpel gelişimini belirler. Bitki biyologları bu özgün çiçek yapısının gelişimini düzenleyen transkripsiyon faktörlerini kodlayan MADS kutusu ailesine üye olan birkaç organ kimlik genlerini belirlemiştir. 24
25