Die Pflanzenmorphogenese (griechische Morph / μορφη , Form und Genese / γένεσις , Geburt) ist die Reihe von Mechanismen, die zum Aufbau einer Pflanze beitragen. Es greift von der Keimung des Samens bis zum Tod der Pflanze ein. Die grundlegenden Mechanismen der Pflanzenmorphogenese sind allen Pflanzenarten gemeinsam.
Der Hafen bezeichnet das Aussehen, die allgemeine Form einer Pflanze . Zum Beispiel kann ein Baum aufrecht stehen, in einer Kugel oder in einer Flagge. Es ergibt sich aus der Anordnung und Entwicklung der Organe, dh des Stammes und der Zweige , Stängel und Zweige , Blätter ... Die Morphologie hängt von den genetischen Eigenschaften der Art ab . Es gibt Unterschiede zwischen Pflanzen derselben Art. All diese Unterschiede lassen sich durch Wechselwirkungen mit der Umwelt (Baumschatten, Licht, Wind, Luft usw.) erklären.
Ähnliche Morphologien in Pflanzen verschiedener ArtenPflanzen verschiedener Arten können ähnlich aussehen, wenn sie derselben Umgebung ausgesetzt sind . Dies wird demonstriert, wenn wir eine Bergblume in die Nähe einer einfachen Blume bewegen , wobei letztere ihr Aussehen so ändert, dass sie sich ähnelt.
Genotyp und PhänotypDie Morphologie der Pflanzen ergibt sich aus der Expression des Genotyps der Art. Diese genetische Information wird von den Chromosomen im Kern übertragen (denken Sie daran, dass Pflanzenzellen Eukaryoten sind ). Die Realisierung des Genotyps wird durch Umweltfaktoren verändert.
Der im Samen enthaltene Embryo enthält eine raue Wurzel . Während der Keimung verlängert sich dieser Rohling von seinem Ende und sinkt in den Boden. Es bildet die Hauptwurzel, aus der die Seitenäste gebildet werden: die Sekundärwurzeln.
Der Aufbau der AntennenteileDer Embryo hat einen kleinen Stiel mit einer rauen Endknospe . Der Stamm entwickelt sich aus dieser apikalen Knospe . Ein Stamm wird durch eine Abfolge von Knoten und Internodien gebildet. Die Blätter werden auf Höhe der Knoten eingesetzt, die ebenfalls eine Achselknospe haben. Daraus entwickeln sich die Nebenäste. In gemäßigten Klimazonen haben Blätter normalerweise eine begrenzte Lebensdauer. Bei den sogenannten einjährigen Pflanzen sind die Knospen dauerhafte Strukturen, aber ihre Funktion ist nicht kontinuierlich, die Blätter fallen, dann erscheinen im Frühjahr neue Blätter durch diese sogenannten "axillären" Knospen, bei den mehrjährigen Pflanzen dagegen die Das Funktionieren der Knospen erfolgt während der gesamten Lebensdauer der Pflanze. Die apikale Knospe (Hauptknospe in Höhe der Spitze, Kuppel der Pflanze) schlüpft jedes Frühjahr, um das Wachstum und die Verzweigung des Stiels zu gewährleisten. Daher hängt die Organisation der Luftteile von der Funktion der Knospen ab.
Wachstum in der DickeDas Wachstum der Dicke wird nur bei mehrjährigen Pflanzen (Bäumen) beobachtet und von Jahr zu Jahr verwandelt sich der Stamm in einen Stamm .
Das Längenwachstum ist wenige Millimeter vom Ende der Pflanze entfernt (unter der Spitze). Es kombiniert zwei Phänomene: Zellteilung ( Mitose auf Meristemebene ) und Verlängerung der produzierten Zellen.
Das Meristem ist ein Teilungsbereich, der sich unter einer Schutzkappe befindet. Die Zellen sind dort klein und undifferenziert. Sie geben daher wahrscheinlich jeden Zelltyp an. Es entstehen zwei Arten von Zellen: eine, die undifferenziert bleibt und sich weiter teilt, und eine Zelle, die sich nicht mehr teilt, aber an der Struktur der Wurzel beteiligt ist (die in der Dehnungszone eine Dehnung erfährt). Zur Dehnung: siehe 3. Weiter vom Ende entfernt erhalten die Zellen im Zusammenhang mit ihrer Funktion bestimmte Merkmale: Dies ist die Differenzierungszone. Zum Beispiel übernehmen Zellen ihre Funktion, Saft zu transportieren , Haare zu absorbieren, Saft zu leiten, Stärke zu lagern usw.
Knospenfunktion und ZelldifferenzierungDie Knospen befinden sich am Ende der Stängel oder Zweige (apikale Knospe) und in den Blattachseln (Achselknospe). Jede Knospe besteht aus einem apikalen Meristem , einem Rohling überlappender Blätter, die dieses apikale Meristem bedecken, und meristematischen Zellen, die sich in der Achse jedes Blattrohlings befinden.
Eine Zelle, die sich durch Mitose teilt, führt zu zwei Tochterzellen, die die gleiche Anzahl von Chromosomen wie die Elternzelle haben. Dies beinhaltet das Kopieren der genetischen Information, bevor die beiden Kopien während der Mitose geteilt werden. Diese Chromosomenduplikation (und DNA-Replikation ) findet während der Interphase statt .
Vor der Mitose wird das Chromosom dupliziert, es ist ein Doppelchromosom, dh ein Chromosom mit zwei Chromatiden und damit zwei Doppelhelices.
Die ProphaseDie Chromosomen kondensieren. Sie werden in der Zelle sichtbar. Zwischen zwei Polen der Zelle erscheint eine mitotische Spindel . Die Kernhülle verschwindet und die duplizierten und sehr dicken Chromosomen sind zufällig im Zytoplasma verteilt .
die MetaphaseDie Zentromere der Chromosomen sind am Äquator der mitotischen Spindel ausgerichtet und bilden eine Figur, die als Äquatorplatte bezeichnet wird .
Die AnaphaseFür jedes duplizierte Chromosom trennen sich die beiden einzelnen Chromosomen, also ein Chromatid , am Zentromer . Wir haben zwei identische Sätze einzelner Chromatidchromosomen, die in entgegengesetzte Richtungen zu jedem Zellpol wandern. Von der Anaphase beginnt die Trennung des Zytoplasmas.
die télophaseJede Charge einzelner Chromosomen erreicht einen Pol der Zelle und dekondensiert. Um jede Charge bildet sich eine Kernhülle, die die Bildung der beiden Kinderkerne vervollständigt, was das Ende der Mitose markiert. Die mitotische Spindel verschwindet und die Trennung des Zytoplasmas geht weiter. Jede Phase ist durch den Zustand der Chromosomen und ihre Position in der Zelle gekennzeichnet.
Die DNA-Replikation findet an einem Punkt in der Interphase statt , der als S-Phase bezeichnet wird . Es folgt einer Wachstumsphase der G1-Zelle und geht einer zweiten Wachstumsphase voraus, die als G2 bezeichnet wird.
Replikation, ein halbkonservativer MechanismusDas Modell von Watson und Crick : 1953 entdeckten sie die Struktur der DNA . Anschließend schlagen sie ein Replikationsmodell vor, das semi-konservative Modell. DNA ist eine Doppelhelix aus zwei komplementären Strängen, die sich gemäß den Nukleotidbindungen durch Komplementarität stickstoffhaltiger Basen ( Adenin / Thymin , Guanin / Cytosin ) verbinden. Jeder der beiden Stränge dient als Vorlage für die Synthese eines neuen Strangs. Jedes DNA- Molekül enthält daher einen alten und einen neuen Strang.
Enzymkomplex , der die Reaktion katalysiertDNA-Moleküle im Replikationsprozess können unter einem Elektronenmikroskop beobachtet werden . Es ist dann möglich, Bereiche zu sehen, die als replizierendes Auge bezeichnet werden und in denen sich das DNA-Molekül gespalten zu haben scheint. Ein Auge wird von zwei Replikationsgabeln gebildet . Die Replikation findet an jeder Gabelung statt und verläuft auf beiden Strängen gleichzeitig.
Die DNA-Polymerase bindet an das DNA-Molekül und öffnet es. Die beiden Stränge trennen sich. Freie Nukleotide, die zu jedem Strang komplementär sind, sind gegenüber den Nukleotiden der beiden Stränge angeordnet. Die DNA-Polymerase bindet die freien Nukleotide durch eine kovalente Bindung : Es bilden sich zwei neue Stränge. Es bewegt sich entlang der DNA und am Ende der S-Phase wird das gesamte DNA-Molekül repliziert, außer auf der Ebene des Zentromers , das die beiden neuen DNA-Moleküle bindet. Die Replikation erfordert freie Nukleotide, DNA-Polymerase und Energie. DNA-Polymerase ist ein Enzym, das mit einer Fehlerkorrekturfunktion ausgestattet ist: Wenn ein Fehler vorliegt, liest es das letzte Nukleotid erneut und ersetzt es.
Die wichtigsten und am einfachsten zu beobachtenden Ereignisse betreffen Chromosomen, aber andere zelluläre Strukturen unterliegen signifikanten Veränderungen.
Mitotischen Spindel InterventionDie Chromosomen werden während der Mitose mit der mitotischen Spindel, einer Maschine zum Bewegen der Chromosomen, doppelt oder einzeln bewegt . Es beginnt sich in der Prophase aufzubauen und verschwindet in der Telophase, nachdem es die Bewegung der Chromosomen während der Metaphase und Anaphase ermöglicht hat .
In Pflanzen wird die Zytodese durch das Auftreten einer neuen Wand am Äquator der Zelle durchgeführt.
Bei Tieren wird das Zytoplasma durch eine einfache Verengung des Zytoplasmas im äquatorialen Bereich der Teilungsspindel in zwei Teile geteilt. Tochterzellen haben alle Organellen, die für ihr Überleben notwendig sind.
Der systematische Wechsel der DNA-Replikation (in der Interphase S ) und zwei gemeinsame Duplikationen (in der Anaphase der Mitose ) gewährleisten die Erhaltung der genetischen Information in aufeinanderfolgenden Zellgenerationen. So Interphase und Mitose bilden den Zellzyklus.
Pflanzenzellen haben eine dehnbare Wand , ein mehr oder weniger starres Gerüst, das jede Zelle dauerhaft umgibt. Es ist die Existenz dieser Mauer, die die Existenz bedingt.
Die Primärwand ist eine dehnbare OberflächeEs besteht aus mehreren Teilen, die nacheinander installiert werden.
Die Skelettwand ist eine primäre Trennwand, die die beiden Tochterzellen nach der Mitose aufbaut und trennt . Auf jeder Seite des mittleren Deckglases entwickelt jede wachsende Tochterzelle ihre eigene Wand.
Die dehnbare Primärwand hat eine Dicke von 1 bis 3 um. Es besteht aus Polysacchariden (Kette von Zuckern): Cellulose, die aus Einheiten von Glucose, Hemicellulose , pektischen Verbindungen , Proteinen und Glykoproteinen gebildet wird . Cellulosemoleküle bilden ein Netzwerk von Mikrofibrillen, die in eine Paste eingebettet sind, die hauptsächlich aus proteingebundenen Hemicellulosen besteht. Diese relativ weiche Paste macht die Primärwand ausgedehnt.
ZellverlängerungDer Dehnungsprozess erfordert das Eingreifen von zwei Prozessen: eine Entspannung des Teigs, der die Mikrofibrillen von Cellulose vereint, und das Hinzufügen neuer Cellulosemikrofibrillen (und anderer Verbindungen) zur Primärwand. Dadurch nimmt die parietale Oberfläche zu und die Zelle wächst. Das Zellwachstum in Pflanzen ist keine einfache Schwellung, sondern ein echtes Wachstum.
In einer wachsenden Zelle entsteht neuer Raum. Dieser Raum wird größtenteils von seinen Vakuolen, Hohlräumen im Zytoplasma, besetzt. Vakuolen enthalten eine wasserreiche Flüssigkeit, in der viele Substanzen gelöst sind (Mineralionen: Kalium , Magnesium , Aminosäuren , Saccharose usw.). Diese gelösten Substanzen rufen Wasser von außen nach innen auf. Das Ergebnis ist Druck: der Turgor oder osmotische Druck, der über das Zytoplasma auf die gesamte Oberfläche der Wand ausgeübt wird . Dieser Turgordruck erzeugt die Kraft, die für das Quellen der Zelle erforderlich ist, und ist der Motor der Zellverlängerung. Der normale physiologische Zustand einer wachsenden oder nicht wachsenden Pflanzenzelle ist der pralle Zustand. Wenn die Zelle Wasser verliert, schrumpft die Vakuole und die Zelle wird plasmolysiert. Eine verlängerte Plasmolyse führt zum Zelltod. Andererseits ermöglicht die Wand, dass die Zelle unter dem Einfluss dieses Drucks nicht platzt. Der Beweis wird durch eine Suspension von Protoplasten erbracht . Protoplasten sind Pflanzenzellen, denen die Wand entzogen ist (enzymatischer Angriff). In einer Umgebung, in der Wasser in die Protoplasten eindringt, platzen diese.
Die Funktion der SkelettwandSobald die Größe der Zelle erfasst wurde, wird die Sekundärwand durch aufeinanderfolgende Ablagerungen innerhalb der Primärwand gebildet. Diese Ablagerungen ohne pektische Verbindungen und Proteine haben Cellulosemikrofibrillen, die extrem dicht aneinander liegen. Diese Ablagerungen können nicht mehr wachsen.
Das Auxin ist die erste Entdeckung von Pflanzenhormonen. Derzeit wird eine Substanz, die mehrere Bedingungen erfüllt, als Hormon bezeichnet:
Die Herstellung von Auxin erfolgt in den Meristemen der Stämme einer Aminosäure, Tryptophan . Es wandert zur Zielspitze an der Basis der Organe, daher ist der Transport von Auxin polarisiert. Auxin steuert das Zellwachstum, indem es die Zunahme der Größe aufgrund der Zellverlängerung stimuliert. Neben diesem Effekt wirkt Auxin auf die zelluläre Konsequenz, indem es die Bildung von Seitenwurzeln und leitfähigen Geweben verursacht .
Eine doppelte Wirkung auf das ZellwachstumAuxin steuert das Wachstum durch Stimulierung der Zellverlängerung. Seine Wirkung ist zweifach:
Das Koleoptil eines Grases kräuselt sich, wenn es von der Seite beleuchtet wird. Wir sprechen dann von Phototropismus. Diese Krümmung resultiert nur aus einem Wachstumsunterschied zwischen der beleuchteten Seite und der dunklen Seite durch Dehnung der Zellen. Die lange Seite verlängert sich mehr, weil sie viel mehr Auxin enthält, das die Zellverlängerung stimuliert. Bei niedrigen Dosen bewirkt das Licht, dass das Auxin in Richtung der nicht beleuchteten Regionen der Pflanze wandert, bei hohen Lichtdosen wird das Auxin auf der beleuchteten Seite zerstört und nur die dunkle Seite bleibt übrig; In beiden Fällen ist es die dem Licht gegenüberliegende Seite, die das lebhafteste Wachstum erfährt, was das beobachtete orientierte Wachstum erklärt.
Die Endknospe verhindert, dass sich die darunter liegenden Knospen entwickeln. Es wird gesagt, apikale Dominanz auszuüben. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass die Endknospe Auxin produziert, das die Entwicklung anderer Knospen direkt hemmt. Der Abschnitt der Endknospe verändert die Verteilung von Auxin und beseitigt diese Dominanz. Wir werden vom Auxin-Gradian sprechen. Endknospe
________ \ / \ / \ / \/ racine Die Organogenese : ein Fall von HormonhaushaltAuxin ist nicht das einzige Pflanzenhormon, das für Entwicklung und Wachstum notwendig ist: Cytokinine (an der Zellteilung beteiligt), Gibberelline , Abscisinsäuren , Ethylen . Die In-vitro-Kultur von Pflanzenzellen ist ein gutes Beispiel für die kombinierte Intervention dieser Hormone . Wenn wir ein Planfragment mit so vielen Auxinen wie Cytokininen setzen, stimulieren wir die Zellteilung, aber es gibt kein Organerscheinungsbild. Es werden Schwielen erhalten, die Klumpen undifferenzierter Zellen sind. Wenn wir mehr Auxin als Cytokinine einsetzen, entwickeln sich die Wurzeln . Umgekehrt bekommen wir Knospen.
Die Bildung von Pflanzenorganen wird daher im Wesentlichen durch die Anteile der Pflanzenhormone Auxin und Cytokinine gesteuert .