De structuur en de functies van bloemen

Het vrouwelijke voortplantingsorgaan: de carpel

De vrouwelijke delen van een bloem bestaan uit een vruchtbeginsel, dat een of meer eicellen bevat, een stijl en de stempel. De eierstok bevindt zich aan de basis van de bloem.

Uit de eierstok steekt een buisvormige structuur, de stijl genaamd, en aan de top van de stijl bevindt zich een oppervlak dat ontvankelijk is voor stuifmeel, de stempel genaamd.

De stempel kan vele verschillende vormen aannemen, waarvan de meeste bedoeld zijn om stuifmeel te helpen opvangen. Er zijn vele variaties op dit structurele basisthema.

Na de bevruchting wordt de eicel het zaad en de eierstok de vrucht.

Het mannelijke voortplantingsorgaan: de meeldraden

De mannelijke delen van een bloem bestaan uit een of meer meeldraden. Elke meeldraad bestaat uit paarsgewijs gepaarde helmknoppen (zakjes met stuifmeel) aan een filament of steeltje.

De helmknoppen zijn de oranje/gele structuren die vaak in het midden van een bloem te zien zijn.

Pollen van de helmknoppen van een bloem worden overgebracht naar de stempel van een andere bloem, meestal door de wind of door dieren, vooral insecten.

Petalen, kroonblad, kelkbladen, bloemkelk

De voortplantingsstructuren in hogere planten bevinden zich in bloemen. Bloemen hebben meer dan één bloemblaadje, en de bloemblaadjes worden gezamenlijk de bloemkroon genoemd. Een bloemknop wordt beschermd door groene bladachtige structuren die kelkbladen worden genoemd. Alle kelkbladen samen vormen de bloemkelk.

De bloemkroon of de kroonbladen zijn vaak fel gekleurd met voor insecten aantrekkelijke tekening. De bloemen kunnen ook geparfumeerd zijn. Kamperfoelie bijvoorbeeld heeft opzichtige, aantrekkelijke bloemen die overdag insecten aantrekken. In het donker heeft hun kleurige show echter niet veel zin, en hun bedwelmende geur helpt dan om ’s nachts vliegende motten aan te trekken.

In planten die door insecten worden bestoven, zijn er meestal ook nectarvaten die suikerhoudende nectar afscheiden, die zich binnenin de bloem bevinden. Deze vormen een stimulans voor insecten om de bloemen te bezoeken. Bij het zoeken naar nectar zullen de insecten vaak stuifmeelkorrels op hun lichaam krijgen. Deze kunnen vervolgens op de stempel van de volgende bezochte bloem terechtkomen en zo worden de bloemen bestoven.
De receptaculum is de plaats op de stengel waar de bloemorganen ontstaan en aanhechten.

Vorming van geslachtscellen

De geslachtscellen van de bloeiende plant worden gameten genoemd. Er zijn zowel mannelijke als vrouwelijke gameten, zodat de bloem geslachtelijke voortplanting ondergaat.

Pollenvorming: Ontwikkeling van een stuifmeelkorrel binnen de stuifmeelzak van een helmknop:

Een dwarsdoorsnede van de zich ontwikkelende helmknop toont vier kamers. Deze kamers worden stuifmeelzakken genoemd (zie de bovenste illustratie). Elke stuifmeelzak is gevuld met cellen die grote kernen bevatten. Tijdens de groei van de helmknop ondergaat elk van deze cellen twee meiose delingen, waardoor een tetrad wordt gevormd. Deze cellen worden microsporen genoemd. Elk van deze microsporen wordt uiteindelijk een stuifmeelkorrel. Elke stuifmeelzak is omgeven door een beschermende epidermis en een vezelige laag. Binnen de vezelige laag bevindt zich het tapetum. Dit is een voedselopslagplaats en levert energie voor toekomstige celdelingen.

Elke stuifmeelkorrel is omgeven door een taaie beschermende wand die exine wordt genoemd. Dit is een taaie bedekking die de stuifmeelkorrel in staat stelt zware omstandigheden gedurende lange perioden te overleven. De intine is een andere dunne beschermlaag.

Eerst deelt elke kern zich door mitose tot twee kernen. De ene is de buiskern. De andere is een generatieve kern. De wand van de cel wordt dikker om de zich ontwikkelende stuifmeelkorrel te beschermen. Als de helmknop rijpt, verdwijnt de wand tussen de gepaarde stuifmeelzakken. De stuifmeelzakken barsten open en de rijpe stuifmeelkorrels zijn klaar voor verspreiding.

Ontwikkeling van de Embryozak

Elke eierstok bevat een of meer eicellen. De groene structuur bovenin het diagram is de eicel. De integumenten zijn de 2 wanden van de eicel. Er is een kleine opening in de wanden, micropyle genaamd. Dit is waar de stuifmeelbuis naar binnen gaat. (Wordt later besproken.) De nucellus zijn cellen die voeding leveren voor de groei van de eicel. De embryozak, ook bekend als de megasporus, deelt zich door meiose tot 4 haploïde cellen. Drie van deze cellen degenereren en één blijft over. Slechts één megasporie overleeft in elke eicel. Dit wordt de embryozak. De haploïde kern van de overlevende megasporie ondergaat drie mitotische delingen. Er zijn nu acht haploïde kernen aanwezig. Binnen de opgezwollen megasporiumcel worden zes haploïde cellen en twee polaire kernen gevormd. De hele structuur wordt de embryozak genoemd. Een van de cellen nabij het uiteinde van de micropyle is de haploïde vrouwelijke gameet (eicel).

De carpel met een volgroeide embryozak ziet eruit zoals hieronder afgebeeld:

Bestuiving

Bestuiving is de overdracht van stuifmeel (mannelijke gameet) van de helmknop naar een stempel. Kruisbestuiving: stuifmeel wordt overgebracht op de stempel van een andere plant. Verhoogt de genetische variatie, populatie beter bestand tegen veranderingen in het milieu.

Zelfbestuiving: stuifmeel wordt overgebracht op de stempel van dezelfde bloem of een bloem van dezelfde plant. Garandeert voortplanting als bestuiver afwezig of niet efficiënt is.

Bestuiving kan worden bewerkstelligd door de wind of door dieren. Insecten zijn de meest voorkomende dieren die een carpel bestuiven.

De meest geavanceerde relaties tussen planten en insecten zijn over het algemeen die waarbij bijen betrokken zijn. Bijen verzamelen stuifmeel en nectar, niet alleen voor zichzelf, maar ook om hun jongen te voeden. Daarom hebben bijen een aantal aanpassingen ontwikkeld die hen tot bijzonder goede stuifmeeldragers maken. Bijen hebben speciale haren die zo zijn gerangschikt dat ze stuifmeelkorfjes vormen op hun achterpoten en de onderzijde van hun achterlijf. Dankzij deze aanpassingen kunnen ze grote hoeveelheden stuifmeel verzamelen en dragen. Bijen zijn ideale bestuivers omdat ze veel bloemen bezoeken en veel stuifmeel meedragen, voordat ze naar hun nest terugkeren. De kans dat een bij het stuifmeel overbrengt tussen bloemen van dezelfde soort is dus zeer groot.

Veel insecten eten stuifmeel. Tijdens het eten raken ze ermee bedekt. Bestuiving vindt plaats wanneer de stuifmeelvoeder het stuifmeel overbrengt naar de stuifmeelontvangers van dezelfde plant, of een andere plant van dezelfde soort, omdat het insect op zoek is naar meer stuifmeel om te eten.

Vruchtvorming

Vruchtvorming is de vereniging van de mannelijke en vrouwelijke gameten om een zygote te vormen. Aangezien de mannelijke en vrouwelijke gameten haploïd (n) zijn, is bij de vereniging van beide de zygote diploïd (2n).

De bevruchting begint wanneer een stuifmeelkorrel op de stempel landt. De stuifmeelkorrel ontkiemt dan en vormt een stuifmeelbuis. De kern van de buis regelt de groei van de stuifmeelbuis. De stuifmeelbuis is een voorbeeld van chemotropisme, aangezien deze groeit in de richting van chemische stoffen die door de eicel worden geproduceerd. De generatieve kern beweegt zich door de stuifmeelbuis. Hij ondergaat mitose en vormt twee haploïde kernen van de mannelijke gameet. De stuifmeelbuis komt de eicel binnen via de micropyle. De twee mannelijke gameetkernen komen vrij in de embryozak. De kern van de buis valt uiteen.

Double Fertilisation

Omdat er 2 zaadkernen zijn die de embryozak hebben bereikt, zullen beide kernen samensmelten met vrouwelijke gameten. De ene spermacel versmelt met de eicel en vormt zo de zygote (2n), terwijl de andere spermacel versmelt met de 2 polaire kernen in de embryozak en zo een endospermale kern vormt (3n).

Zaadvorming

De bevruchte wordt het zaad. De integumenten worden de wand van het zaad, de testa genaamd. De micropyle sluit zich. De kern van het endosperm leidt tot de vorming van triploïd endosperm, een voedingsweefsel. De diploïde zygote ontwikkelt zich, door mitose, tot een plantenembryo. Het zich ontwikkelende embryo haalt voeding uit het endosperm. Het embryo staakt de ontwikkeling en gaat sluimeren. De eicel wordt een zaad, dat een slapende plantembryo bevat, een voedselreserve en de beschermende laag die de testa wordt genoemd.

De Embryo

De embryo bestaat uit de kiemwortel of toekomstige wortel en de plumule of toekomstige scheut. De cellen van het endosperm delen zich vele malen en nemen de nucellus op. Dit is de voeding (voornamelijk vetten, oliën en zetmeel) voor het embryo.

Er zijn 2 soorten zaden. Sommige zijn endospermisch, terwijl andere niet-endospermisch zijn. Bij endospermische zaden is de voedselreserve het endosperm, dat zich buiten het plantenembryo bevindt. Voorbeelden van dit soort zaad zijn maïs en tarwe. Niet-endospermische zaden hebben een voedselreserve binnen het cotyledon (de zaadlobben) van het plantenembryo. Dit komt voor bij tuinbonen.

Monocoten en Dicoten

Monocoten hebben één zaadlob in het zaad, terwijl dicoten twee zaadlobben hebben. De zaadlobben zijn voedselreserves voor de jonge plant nadat deze uit de grond is ontkiemd. Zij gebruikt deze voedselreserves totdat zij in staat is haar eigen voedsel te maken. Bij eenzaadlobbigen wordt het voedsel uit het endosperm opgenomen, terwijl het bij tweezaadlobbigen in de zaadlobben wordt opgeslagen.

Monocot:

Dicot:

Vruchtontwikkeling

De eierstok wordt een vrucht. De wand van de eierstok wordt de wand van de vrucht, het vruchtvlies genoemd. De vrucht beschermt de zich ontwikkelende zaden en speelt een belangrijke rol bij de zaadverspreiding. Dit proces wordt geregeld door auxines die door de zaden worden geproduceerd. Zodra de vrucht is gevormd, sterft de rest van de bloemdelen af en valt weg.

Vrucht- en zaadverspreiding

Zaadverspreiding is de verspreiding van nakomelingen, weg van elkaar en van de ouderplant. Door verspreiding is er een grotere kans op succes door vermindering van concurrentie en overbevolking. Verspreiding maakt ook de kolonisatie van nieuwe geschikte habitats mogelijk, waardoor de overlevingskans van de soort toeneemt.

Zaadverspreidingsmethoden:

Wind: De zaden van door de wind verspreide planten zijn lichtgewicht zaden. Ze hebben een hoge luchtweerstand, zodat ze ver van de moederplant kunnen worden vervoerd.

Waterverspreiding:

Vruchten die drijven, zoals die van de waterlelie en de kokospalm, worden door water vervoerd. Kokosnoten kunnen duizenden kilometers afleggen over zeeën en oceanen.

De oorspronkelijke kokospalmen op de Zuidzee-eilanden groeiden uit vruchten, die door oceaanstromingen van het vasteland daarheen werden gevoerd.

Dierlijke verspreiding:

Sommige planten hebben sappige vruchten die dieren graag eten.

Het dier eet de vrucht, maar alleen het sappige deel wordt verteerd.
De pitten en pitten gaan door het spijsverteringsstelsel van het dier en worden uitgescheiden om nieuwe planten te vormen. Dit kan ver weg zijn van de moederplant. Zaden van bramen, kersen en appels worden op deze manier verspreid.

Vogels eten ook graag fruit en zij helpen via hun uitwerpselen de zaden naar andere gebieden te verspreiden.

Mistletoe heeft kleverige vruchten die aantrekkelijk zijn voor vogels. De kleverige zaden kleven aan de snavel van de vogel. Ze wrijven dan hun snavel schoon op de schors van bomen. De kleverige zaden blijven achter op de schors om uit te groeien tot nieuwe maretakplanten – maretak is een parasitaire plant.

Eekhoorns verzamelen noten zoals eikels en begraven ze als wintervoedsel, maar ze vergeten vaak waar ze ze begraven hebben en deze groeien uit tot nieuwe bomen.

Sommige vruchten zoals die van de klisplant hebben zaden met haakjes. Deze blijven haken aan de vacht van dieren en worden meegevoerd.

Zelfverspreidend: Sommige planten hebben peulen die bij rijpheid exploderen en de zaden naar buiten schieten. Lupinen, brem en brem verspreiden hun zaden op deze manier. Erwten- en bonenplanten houden hun zaden ook in een peul. Als de zaden rijp zijn en de peul is opgedroogd, barst de peul open en worden de erwten en bonen uitgestrooid.

Slaaptijd

Slaaptijd is een periode van inactiviteit. Er is zeer weinig cellulaire activiteit en geen groei. Een of meer van de volgende redenen zorgen voor dormantie:

Auxinen die de groei remmen- Groeiremmers

De testa is ondoordringbaar voor water en zuurstof- De testa zal uiteindelijk afbreken en water en zuurstof in het zaad toelaten.

De testa kan te hard zijn voor het embryo om te ontkiemen.

Een Auxine (Groeiregulator) kan afwezig zijn tot de geschikte omgevingsomstandigheden zich ontwikkelen.

Kieming

Het embryo zal ontkiemen uit het zaad als de juiste omgevingsomstandigheden aanwezig zijn. Wanneer dit gebeurt, hervat het embryo zijn groei.

Om te kunnen ontkiemen, moeten de volgende omstandigheden aanwezig zijn:
Water moet aanwezig zijn. Hierdoor kan het zaad opzwellen en kunnen enzymen functioneren.
Zuurstof moet in de grond aanwezig zijn.
De temperatuur moet geschikt zijn voor de plantensoort. Geschikte temperaturen liggen meestal tussen 5-30 graden Celsius, afhankelijk van de soort.
De rustperiode moet voltooid zijn.
Sommige zaden hebben licht nodig en andere donker.

Gebeurtenissen van het ontkiemen

Wanneer het ontkiemen begint, is het eerste wat er gebeurt dat er water door het zaad wordt opgenomen door de micropyle en door de testa.

Enzymen in de bodem verteren nu het voedsel dat in de zaden is opgeslagen:
Olie wordt vetzuur en glycerol
Zetmeel wordt glucose
Eiwit wordt aminozuur
Deze voedingsmiddelen worden nu door het embryo geabsorbeerd.
De glucose en aminozuren maken nieuwe structuren zoals celwanden en enzymen.
De vetten en glucose worden gebruikt bij de celademhaling om energie te produceren.
Het opgeslagen voedsel van het zaad wordt opgebruikt terwijl het embryo groter wordt.
De kiemwortel wordt groter en breekt door de testa. Het worden de wortels van de nieuwe plant.
De plumule wordt groter en komt boven de grond uit.
Bladeren vormen zich.

Germinatie vindt bij verschillende planten verschillend plaats. Bij sommige planten blijft de zaadlob onder de grond, terwijl bij andere planten de zaadlob boven de grond uitkomt. De onderstaande diagrammen tonen deze 2 manieren van ontkieming.