Plantkunde

Plantkunde
Basis plantkunde voor MLO 2
Bellinda van den Helm
Plantkunde
Basis plantkunde voor het MLO
Inhoudsopgave
Inleiding
2
Wat zijn planten?
3
De plantencel
4
Plantenweefsels
6
I Niet gedifferentieerde weefsels
6
II Gedifferentieerde weefsels
7
Overzicht plantenweefsels
10
Plantenorganen
11
Wortel
12
Stengel
15
Blad
Fotosynthese
C3-, C4 en CAM-planten
Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined.
Plantenhormonen
Error! Bookmark not defined.
Plantenweefselkweek
Error! Bookmark not defined.
Gebruikte bronnen
Error! Bookmark not defined.
Vragen bij de bundel
Error! Bookmark not defined.
Praktijk plantkunde
Error! Bookmark not defined.
1
Inleiding
In het boek “Biologie voor het MLO” kun je in hoofdstuk 7 en 9 het een en ander vinden over
fotosynthese en plantenweefsels. In deze bundel wordt een aantal onderwerpen daaruit herhaald en
verder uitgediept.
Omdat niet iedereen biologie heeft gevolgd in het voortgezet onderwijs, komen de basisbegrippen
ook weer terug. Degenen die alles nog vers in het geheugen hebben, kunnen dit wellicht overslaan
en anders versneld doornemen.
Planten vormen de basis van ons bestaan. Ze vormen zuurstof en zijn een belangrijke voedingsbron
voor mens en dier. In de biotechnologie zie je veel toepassingen met planten. Stages zijn te vinden bij
veredelingsbedrijven, telers en veel instituten in Wageningen. Hier wordt onderzoek gedaan naar het
“verbeteren” van planten (grotere en/of meer vruchten, resistentie tegen plagen), maar ook naar
andere kweektechnieken of genetisch onderzoek van plantenrassen.
Heel veel plezier!
Bellinda van den Helm
(met medewerking van Jozé van Riel en Hanneke Peters)
2015
2
Wat zijn planten?
Plantkunde is een mooi begrip, maar dan moet je wel weten wat onder planten wordt verstaan. In de
biologische wetenschap vallen onder de term “Plantae” ook roodwieren, kranswieren en
groenwieren. In deze bundel beperken we ons tot de landplanten, die een onderdeel vormen van de
groene planten.
Binnen de landplanten maken we (natuurlijk) ook weer onderscheid. Het begint met planten zonder
vaatstelsel. Dit zijn de verschillende mossen. Op dit moment zijn ongeveer 24000 soorten mossen
bekend. Als we kijken naar de planten met vaten, kunnen we deze onderscheiden in varens en
zaadplanten. De zaadplanten worden in twee groepen verdeeld, de naaktzadigen en de
bedektzadigen.
Bron: www.10voorbiologie.nl
We beperken ons vanaf nu verder tot de bedektzadigen. De vruchtvorming bij de bedektzadigen
gebeurt vanuit de bloemen, vandaar dat in de figuur hierboven “bloemplanten” staat. De
belangrijkste groepen binnen de bedektzadigen zijn de monocotylen (één zaadlob) en de dicotylen
(twee zaadlobben).
Een zaad is een ontwikkeld embryo, dat samen met reservevoedsel is omgeven door een zaadhuid.
Bij bedektzadigen is het zaad ingekapseld in vruchten.
3
De plantencel
Net zomin als we het hebben over dé dierencel, kunnen we het hebben over dé plantencel. Eerder
tijdens de opleiding hebben we de verschillen tussen planten- en dierencellen behandeld. Hieronder
zie je een “veralgemeende” plantencel.
Bron: VOB jaarboek 2010
Plantencellen worden omgeven door een celwand. Deze bestaat onder andere uit cellulose vezels. De
eerst gevormde celwand, die met de cel mee groeit, heet de primaire celwand. De celwanden van
4
buurcellen worden samengehouden door een middenlamel, die hoofdzakelijk uit pectinen bestaat.
Tussen de cellen zijn dwarsverbindingen om plasma tussen cellen uit te wisselen; plasmodesmata.
Op de volgende bladzijde zie je dit weergegeven in een figuur.
Bron: xaviercatholicschools.haikulearning.com
Als de cel volgroeid is, wordt de secundaire celwand gemaakt. Deze wordt extra verstevigd door het
afzetten van lignine (houtstof) of suberine (kurkstof). Deze stevige structuren maken het transport
van water, mineralen en voedingsstoffen gemakkelijker. Verder maken ze opwaartse groei mogelijk.
Plantencellen bevatten plastiden. Plastiden zijn celorganellen met twee membranen. Er zijn drie
soorten plastiden:
- Leukoplasten
- Chloroplasten
- Chromoplasten
De leukoplasten worden onder andere gebruikt voor het maken en opslaan van zetmeel.
Chloroplasten bevatten een ingewikkeld membraansysteem met de fotosynthese pigmenten
chlorofyl a en b. Ze kunnen ook andere pigmenten als xantofyl (geel) en caroteen (oranje/rood)
bevatten. Deze kleuren zie je in de herfst verschijnen als het bladgroen verdwijnt.
Chromoplasten zijn rijk aan pigmenten. Ze zijn verantwoordelijk voor de kleur van bloemen, groenten
en fruit.
De vacuole is een grote, met celsap gevulde ruimte. Om de vacuole zit een membraan, de tonoplast.
De vacuole heeft diverse functies. Zo worden hier de afvalstoffen verwerkt en oude celorganellen
afgebroken. Verder dient de vacuole voor het opslaan van water. De osmotische druk zorgt ervoor
dat celgroei mogelijk wordt door de elastische celwand uit te rekken. Naast water worden ook
andere stoffen voor kortere of langere tijd opgeslagen in de vacuole. Veel planten gebruiken de
vacuole ook voor het opslaan van giftige stoffen. Deze gifstoffen komen vrij bij beschadiging van de
cel (bijvoorbeeld door insectenvraat).
5
Plantenweefsels
We delen de plantenweefsels in volgens hun functie. Hierbij is er onderscheid tussen wel en niet
gedifferentieerde weefsels.
I
Niet gedifferentieerde weefsels.
Primaire meristemen
Meristemen zijn deelweefsels. Je vindt ze vooral in worteltoppen, stengeltoppen en in de bladoksels.
Ze zorgen voor de lengtegroei. Een deel van de cellen differentieert tot andere weefseltypes.
Bron: www.kennislink.nl
In de bovenstaande foto zijn de kleine, rode cellen meristeemweefsel van de stengeltop.
Meristeemcellen hebben de volgende kenmerken:
- Kleine, kubusvormige cellen
- Kleine vacuolen
- Relatief grote kern
- Zitten in celdeling
- Hebben geen plastiden
- Dunwandig
- Geen intercellulaire ruimtes
Secundaire meristemen
Secundaire meristemen zijn deelweefsels van cellen die al gedifferentieerd zijn. Deze cellen gaan
opnieuw delen. Ze zijn verantwoordelijk voor diktegroei of voor het herstel van wonden. Cambium is
een voorbeeld van een secundair meristeem dat zorgt voor de diktegroei van een plant.
6
II
Gedifferentieerde weefsels
Parenchym
Parenchym wordt ook wel grondweefsel genoemd. Het zijn levende cellen met een dunne wand. Ze
houden lang het vermogen om te delen en vormen daarmee ook de basis voor veel secundaire
weefsels.
Parenchym kan, vooral in bladeren en in jonge stengels, chloroplasten bevatten en daarmee een rol
spelen in de fotosynthese. Verder vindt er opslag van reservestoffen en water plaats in parenchym.
parenchymweefsel
Bron: www.10voorbiologie.nl
Epidermis
Epidermis is het dekweefsel van een plant. Het is meestal één cellaag dik en bedekt het hele
plantenlichaam. De hoofdtaak is het beschermen tegen uitdroging, beschadiging en infecties. Vaak
scheiden epidermiscellen een wasachtige stof af, cutine. Er ontstaat dan een ondoordringbare
buitenlaag, de cuticula. Wortelcellen en cellen die in water ondergedompeld zijn produceren geen
cuticula.
epidermis met huidmondjes
7
Bron: www.levenhuk.com
Verspreid in de epidermis liggen huidmondjes. Deze worden begrensd door sluitcellen. De openingen
komen uit op luchtruimtes in het onderliggende weefsel. Epidermiscellen bevatten meestal geen
chloroplasten, de sluitcellen wel. Door verschillen in turgor kunnen de huidmondjes openen en
sluiten.
Steunweefsels
Als planten nog jong en klein zijn houdt de turgordruk ze overeind. Wanneer planten door groeien,
hebben de plantendelen extra steun nodig. Dat gebeurt door twee soorten weefsel die extra verdikte
wanden hebben: collenchym en sklerenchym.
1. Collenchym
Collenchym bestaat uit levende cellen die vaak nog lang de mogelijkheid houden om te delen. Vaak
zit het net onder de epidermis.
2. Sklerenchym
Sklerenchym ontstaat uit parenchym waarvan de celwand verdikt. Het bestaat vooral uit lignine dat
bijna niets door laat. Hierdoor sterft de cel uiteindelijk af. Sklerenchym is dus meestal dood
steunweefsel.
Sklerenchymvezels zijn langwerpige, puntige cellen. Gegroepeerd vormen ze lange, stevige
structuren.
Bron: www.slideshare.net
Transportweefsels
De vaatplanten hebben hun naam te danken aan het feit dat ze gespecialiseerde transportweefsels
hebben. Naast de transportweefsels is er ook langzaam transport van cel tot cel.
Transportweefsel bestaat uit xyleem en floëem. Xyleem zorgt vooral voor transport van water en
mineralen en zorgt daarnaast ook voor ondersteuning. Het floëem zorgt voor het vervoer van
stofwisselingsproducten en signaalmoleculen naar alle delen van de plant.
8
1. Xyleem
Xyleem bestaat bij bedektzadigen uit drie verschillende celtypes.
- Parenchymcellen voor de opslag van reservemateriaal
- Vezels die steun geven
- Houtvaten die zorgen voor transport
Houtvaten ontstaan door het aaneenschakelen van cellen. Bij het ontstaan van houtvaten verdwijnen
de dwarswanden tussen de cellen uiteindelijk. In het begin zijn de wanden van houtvaten ringvormig
of spiraalvormig door afzettingen van houtstof. Deze vaten kunnen nog uitrekken tijdens het
groeiproces.
Later wordt er extra lignine afgezet, waardoor ze uiteindelijk niet meer kunnen rekken. De houtvaten
bestaan dan uit net- en stippelvaten.
(a) ringvat (b) spiraalvat (c)stippelvat (d) netvat (e) laddervat
Bron: VOB jaarboek 2010
2. Floëem
Net als het xyleem heeft ook het floëem buisvormige structuren. Deze worden zeefvaten genoemd.
In tegenstelling tot de houtvaten hebben de zeefvaten wel levend plasma.
Zeefvatcellen ontstaan uit meristeemcellen. Van de twee dochtercellen wordt er één een zeefvatcel
en de andere een begeleidende cel. Het plasma van een volwassen zeefvatcel bevat geen kern,
ribosomen en Golgicomplex. De stofwisseling van een zeefvatcel wordt geregeld door de
begeleidende cellen.
Een zeefvat ontstaat uit fusie van verschillende zeefvatcellen. De dwarswanden blijven wel bestaan,
maar hebben veel openingen, waardoor plasmastromingen mogelijk worden. Deze geperforeerde
dwarswanden worden zeefplaten genoemd. De openingen ontstaan uit plasmodesmata.
9
Bron: VOB jaarboek 2010
Overzicht plantenweefsels
10
Plantenorganen
11
Ook bij de plantenorganen beperken we ons tot de monocotylen en de eudicotylen.
Wortel
Op een primaire wortel kunnen we verschillende zones onderscheiden:
- een delingszone, waar voortdurend nieuwe cellen gevormd worden
- een strekkingszone, waar de cellen in de lengterichting uitrekken
- een differentiëringszone, waar cellen differentiëren tot bepaalde weefsels.
De delingscellen van de wortel worden beschermd door parenchymcellen, het wortelmutsje.
Bron: www.10voorbiologie.nl
Boven de differentiëringszone sterven de epidermiscellen af. De parenchymcellen die eronder liggen
verkurken en vormen zo een ondoordringbare, beschermende laag.
In de differentiëringszone groeien veel epidermiscellen uit tot wortelharen. Hierdoor vergroot het
contactoppervlak met de bodem. Het gebied waarbinnen een wortel water uit de omgeving kan
opnemen is beperkt tot de zone met wortelhaartjes.
Bron: www.prakan.ac.th
Schors en centrale cilinder
12
Als je voorbij de strekkingszone een dwarsdoorsnede van een jonge wortel maakt, kun je twee
gebieden onderscheiden, de schors (cortex) en de centrale cilinder.
monocotyl
dicotyl
Bron: www.vcbio.science.ru.nl
De schors wordt naar buiten toe begrensd door de exodermis, die bestaat uit ondoordringbare,
verkurkte parenchymcellen. Daarna zie je een dikke laag vulweefsel, het schorsparenchym, waar
reservestoffen worden opgeslagen.
Aan de binnenkant wordt de schors begrensd door de endodermis. Deze bestaat uit dicht
aaneengesloten cellen met ringvormige afzettingen van kurkstof, de bandjes van Caspary. Deze
bandjes zorgen ervoor dat het transport naar de centrale cilinder via de levende celinhoud van de
endodermiscellen gaat, en niet via de celwanden.
Bron: www.elements.geoscienceworld.org
Bron: www.studyblue.com
13
Aan de buitenkant van de centrale cilinder zit de pericykel. Deze bestaat uit parenchymcellen. Bij
dicotylen kunnen cellen van de pericykel uitgroeien tot zijwortels.
Er is een duidelijk verschil tussen monocotyle en dicotyle wortels. Dit kun je zien in de eerste figuur
van deze paragraaf. Hieronder zie je de centrale cilinders naast elkaar.
Bron: VOB jaarboek 2010
Bij dicotylen zie je een stervorm bij het xyleem. Verder is er cambium bij dicotylen. Dit is deelweefsel
wat zorgt voor diktegroei bij de wortel.
Bron: nl.wikipedia.org
14
Stengel
De dwarsdoorsneden van monocotyle en dicotyle stengels zijn ook verschillend.
(a) monocotyle stengel (b) vaatbundel monocotyl (c) dicotyle stengel (d) vaatbundel dicotyl
Bron: www.natuurwetenschappen.blogspot.com
Bij monocotylen liggen de vaatbundels verspreid in het parenchym. Bij dicotylen liggen ze in een
cirkel. Bij dicotylen ligt er cambium tussen floëem en xyleem.
De stengel dient niet alleen voor transport. Er wordt ook reservevoedsel opgeslagen en hij zorgt
ervoor dat bladeren voldoende zonlicht op kunnen vangen.
15
Bron: VOB jaarboek 2008
In de wortels worden water en anorganische ionen geabsorbeerd (Ab). Ze worden door houtvaten
vervoerd en afgestaan (A). In de bladeren worden ze gebruikt voor assimilatie (As) door
fotosynthese. De gevormde producten en niet gebruikt water en ionen worden opgenomen (O) in de
zeefvaten. Er is ook zijdelings transport, uitwisseling (U) tussen hout- en zeefvaten.
De belangrijkste kracht voor opwaarts transport is de verdamping van water via de bladeren. De
cohesiekrachten zorgen voor een ononderbroken ketting van watermoleculen van de wortels tot aan
de bladeren.
De sapstroom in het floëem ontstaan door afgifte van suikers. Hierdoor stijgt de osmotische waarde
en wordt water uit het xyleem in het floëem getrokken. Als suikers het floëem verlaten, verlaagt de
osmotische waarde en wordt het water weer afgestaan.
16