Plantkunde
1. inleiding
klimaatsverandering zal doorgaan zelfs al krijgen we CO2 uitstoot onder controle
VRAAG: Hoe kan biologie een bijdrage leveren tot het aanreiken van oplossingen voor de huidige
wereldproblemen?
• CO2 -opname en koolstofvastlegging verbeteren
o Gewassen ontwikkelen met meer biomassa (hogere CO2-opslag)
o Wortelsystemen verbeteren voor diepere koolstofopslag in de bodem
• Hogere opbrengsten via veredeling en genetische modificatie
o Nieuwe stress-tolerante gewassen
o GGO’s = genetisch gemanipuleerde organismen
▪ om eigenschappen te verbeteren, als ziekte- of insectresistentie, of nieuwe
eigenschappen toe te voegen
• duurzame energie en grondstoffen: biofuels en bioplastics
• bioremidiatie = planten en m.o. inzetten om afval op te ruimen
Phytophtora infestans : aardappelziekte (geen echte schimmel eerder een protist)
• convergente evolutie = onverwante organismen die onafhankelijk van elkaar vergelijkbare
kenmerken ontwikkelen, omdat ze onder vergelijkbare omstandigheden leven of dezelfde
ecologische rol vervullen
Voorbeelden van GGO’s
• Ug99: killer fungus op tarwe → Ug99-resistente tarwe variëteiten werden ontwikkeld
• Stay green maïs: fotosynthese draait langer door, zelfs onder slechtere omstandigheden
• Transgene tabak met meer cytokinine hormoon blijven langer groen
• Halotolerante rijst: gemanipuleerd zodat het in hoge zout concentratie kan groeien
• Fructosyl transferase (FT) introductie in rijst
➢ FT = enzyme dat fructanen aanmaakt
➢ WT rijst bevat geen fructanen: gen komt oorspronkelijk uit tarwe
➢ Gevolgen: betere resistentie tegen droogte en koude
1.1 Verschillen in ontwikkeling: dieren vs planten
Embryogenese: Tijdens deze ontwikkeling gebeuren gelijktijdig drie kernprocessen:
• Celdeling (mitose): direct na bevruchting
wanneer zygote deelt, gaat door in alle
volgende stadia
• Morfogenese: proces waarbij het embryo vorm
krijgt, begint in het globular stadium
➢ Hoe wordt het fenotype opgebouwd
• Differentiatie: vorming van specifieke weefsels
en meristemen
Volledige embryogenese vind plaats IN het zaad
Suspensor: transporteert nutriënten naar embryo
1
,Planten: open ontwikkeling, sterk afhankelijk van omgevingsfactoren
• Planten zijn zeer sensitief voor signalen uit de omgeving, ze hebben evenveel genen als mensen
• Licht belangrijkste factor: morfogenese verschilt in licht en donker
Mensen: gesloten ontwikkeling, “body plan” ligt vast als embryo al
• Schedel kan niet zomaar meer veranderen
Planten groeien via eindmeristemen: deze zullen heel leven lang delen en differentiëren
Plantencellen zijn totipotent: kunnen zich ontwikkelen tot een volledig nieuw organisme en kunnen
geherprogrammeerd worden
1.2 Wat maakt plantencellen uniek?
1.2.1 Plastiden
Proplastiden
• Samenstelling: fosfolipiden, proteïnen, DNA, RNA
• Structuur:
o Dubbel membraan: binnenste vertoont instulpingen
o 70S ribosomen
• Functie: vorming van verschillende andere typen
o Leukoplasten
o Chloroplasten
o Chromoplasten
• Oorsprong: tweedeling = insnoering tot twee nieuwe plastiden
Leukoplasten
• Niet gekleurd (wit)
• Meestal amyloplasten (met zetmeelkorrels)
• Bevatten naast proplastiden componenten ook veel zetmeel
• Dubbel membraan met weinig instulpingen (= thylakoïden)
• Reservefunctie in zaden, knollen, wortels, …
Chromoplasten
• Bevatten naast proplastiden componenten ook geel-oranje kleurstoffen (= carotenoïden)
• Komen voor in bloemen en vruchten
• Dubbel membraan met weinig thylakoïden
• Functie: aantrekken van insecten → verspreiden van zaden
Chloroplasten
• Samenstelling:
o Hetgeen in proplastiden aangetroffen wordt (o.a. DNA en 70 S ribosomen)
o Veel pigmenten voor de fotosynthese, vooral het groene chlorofyl
o Tijdelijk kan zetmeel opgestapeld worden overdag (dient als reserve voor s’nachts)
• Structuur:
o Dubbele membraan
o Talrijke thylakoïden (instulpingen van binnenmembraan)
o Plaatselijk opgestapeld tot grana
o Oplossing tussen de thylakoïden = stroma
o Tijdelijk dus ook zetmeelkorrels
• Functie: fotosynthese
o Lichtreacties op de vele membranen (grana en thylakoïden)
o CO2 fixatie reacties (= calvincyclus) in het stroma
2
, • Oorsprong:
o Uit proplastiden
o Soms door 2-deling
Insuline: een wateroplosbaar polymeer van
fructose (fructan), een gekend prebioticum
1.2.2 Vacuolen
Prebioticum = stof die selectief door goedaardige
Samenstelling: m.o. wordt opgenomen en gemetaboliseerd
• Fosfolipiden
• Proteïnen: onder andere enzymen met zuur pH optimum
• Stoffen die sterk kunnen verschillen naar gelang van weefsel
en soort (mineralen, suikers, organische zuren, inuline, ...)
Structuur: 1 groot organel met enkelvoudig membraan (= tonoplast)
• Permeabiliteit verschilt licht met plasmamebraan
• Vacuole kan 80 – 90% van het celvolume innemen
Functie:
• Belangrijk voor de groei van plantencellen
o Met eenvoudige moleculen (mineralen, suikers, zuren)
kan door osmose een groot volume bereikt worden
• Hierdoor kan groot oppervlak gerealiseerd worden, is voordelig:
o In de bodem: voor opname van water en mineralen
o In de lucht: voor opvangen van licht
Turgor = druk die plantencellen uitoefenen op
• Door de osmotische druk is er turgor, dit is belangrijk voor: hun celwand door opname van water via
o Blad expansie ↔ verwelken van bladeren osmose, geeft plant stevigheid
o Openen van de huidmondjes om CO2 op te nemen
Oorsprong: ontstaan door groei en versmelting van lysosoomachtige blaasjes afgesnoerd v/h Golgi-
apparaat
1.2.3 celwand
meeste plantencellen hebben een stevige celwand
• groeiende cellen hebben een plastische primaire celwand
• volgroeide een dikkere, starre secundaire celwand
3
, primaire celwand
• samenstelling:
o cellulosemoleculen via H-bruggen geassocieerd
tot cellulose microfibrillen
o liggen ingebed in amorfe matrix, bestaande uit:
▪ verschillende proteïnen
▪ heteropolysacchariden:
❖ pectine is een polymeer van
galacturonzuur veresterd met
CH3OH
❖ hemicellulose bestaat uit
verschillende pentosen en
hexosen
• structuur: oriëntatie cellulose microfibrillen varieert in de
verschillende celwandlagen
o Bij het laatst (meest recente) afgezette celwand materiaal: oriëntatie
loodrecht op de groeirichting
o Bij oudere lagen: oriëntatie meer longitudinaal
o Buitenste (oudste) laag liggen ze kris kras
• Volgens de multinet-groei-hypothese oriënteren de microfibrillen de groeirichting:
HOE? Binding tussen microfibrillen is zwakker dan de fibrillen zelf, cel groeit
loodrecht op de richting van de microfibrillen
Secundaire celwand
• Samenstelling: naast dezelfde componenten als de primaire (wel meer cellulose)
o Mineralen zoals silicaat
o Lignine, een polymeer van fenol-achtige stoffen
→ celwand star en ondoorlaatbaar
o Cutine, bestaat uit esters van hydroxy-vetzuren
→ ondoorlaatbaar voor water, beschermd blad en jonge stengel tegen uitdrogen
o Suberine, intermediair tussen lignine en cutine
→ wordt aangetroffen in kurkcellen, ook ondoorlaatbaar
• Structuur: cellulosemicrofibrillen vaak afwisselend georiënteerd (geen groei meer!)
o Er komen ook speciale differentiaties in voor: plasmodesmata, stippels en hofstippels
▪ Plasmodesma: verbinden 2 naburige cellen
→ materiaal kan van cel tot cel getransporteerd worden zonder het
plasmamembraan te passeren (symplastisch transport)
▪ Stippels: hier ontbreekt de secundaire celwand zodat uitwisseling van
materialen makkelijker wordt
▪ Hofstippels: komen vooral voor in houtvaten en fungeren als klep
4
1. inleiding
klimaatsverandering zal doorgaan zelfs al krijgen we CO2 uitstoot onder controle
VRAAG: Hoe kan biologie een bijdrage leveren tot het aanreiken van oplossingen voor de huidige
wereldproblemen?
• CO2 -opname en koolstofvastlegging verbeteren
o Gewassen ontwikkelen met meer biomassa (hogere CO2-opslag)
o Wortelsystemen verbeteren voor diepere koolstofopslag in de bodem
• Hogere opbrengsten via veredeling en genetische modificatie
o Nieuwe stress-tolerante gewassen
o GGO’s = genetisch gemanipuleerde organismen
▪ om eigenschappen te verbeteren, als ziekte- of insectresistentie, of nieuwe
eigenschappen toe te voegen
• duurzame energie en grondstoffen: biofuels en bioplastics
• bioremidiatie = planten en m.o. inzetten om afval op te ruimen
Phytophtora infestans : aardappelziekte (geen echte schimmel eerder een protist)
• convergente evolutie = onverwante organismen die onafhankelijk van elkaar vergelijkbare
kenmerken ontwikkelen, omdat ze onder vergelijkbare omstandigheden leven of dezelfde
ecologische rol vervullen
Voorbeelden van GGO’s
• Ug99: killer fungus op tarwe → Ug99-resistente tarwe variëteiten werden ontwikkeld
• Stay green maïs: fotosynthese draait langer door, zelfs onder slechtere omstandigheden
• Transgene tabak met meer cytokinine hormoon blijven langer groen
• Halotolerante rijst: gemanipuleerd zodat het in hoge zout concentratie kan groeien
• Fructosyl transferase (FT) introductie in rijst
➢ FT = enzyme dat fructanen aanmaakt
➢ WT rijst bevat geen fructanen: gen komt oorspronkelijk uit tarwe
➢ Gevolgen: betere resistentie tegen droogte en koude
1.1 Verschillen in ontwikkeling: dieren vs planten
Embryogenese: Tijdens deze ontwikkeling gebeuren gelijktijdig drie kernprocessen:
• Celdeling (mitose): direct na bevruchting
wanneer zygote deelt, gaat door in alle
volgende stadia
• Morfogenese: proces waarbij het embryo vorm
krijgt, begint in het globular stadium
➢ Hoe wordt het fenotype opgebouwd
• Differentiatie: vorming van specifieke weefsels
en meristemen
Volledige embryogenese vind plaats IN het zaad
Suspensor: transporteert nutriënten naar embryo
1
,Planten: open ontwikkeling, sterk afhankelijk van omgevingsfactoren
• Planten zijn zeer sensitief voor signalen uit de omgeving, ze hebben evenveel genen als mensen
• Licht belangrijkste factor: morfogenese verschilt in licht en donker
Mensen: gesloten ontwikkeling, “body plan” ligt vast als embryo al
• Schedel kan niet zomaar meer veranderen
Planten groeien via eindmeristemen: deze zullen heel leven lang delen en differentiëren
Plantencellen zijn totipotent: kunnen zich ontwikkelen tot een volledig nieuw organisme en kunnen
geherprogrammeerd worden
1.2 Wat maakt plantencellen uniek?
1.2.1 Plastiden
Proplastiden
• Samenstelling: fosfolipiden, proteïnen, DNA, RNA
• Structuur:
o Dubbel membraan: binnenste vertoont instulpingen
o 70S ribosomen
• Functie: vorming van verschillende andere typen
o Leukoplasten
o Chloroplasten
o Chromoplasten
• Oorsprong: tweedeling = insnoering tot twee nieuwe plastiden
Leukoplasten
• Niet gekleurd (wit)
• Meestal amyloplasten (met zetmeelkorrels)
• Bevatten naast proplastiden componenten ook veel zetmeel
• Dubbel membraan met weinig instulpingen (= thylakoïden)
• Reservefunctie in zaden, knollen, wortels, …
Chromoplasten
• Bevatten naast proplastiden componenten ook geel-oranje kleurstoffen (= carotenoïden)
• Komen voor in bloemen en vruchten
• Dubbel membraan met weinig thylakoïden
• Functie: aantrekken van insecten → verspreiden van zaden
Chloroplasten
• Samenstelling:
o Hetgeen in proplastiden aangetroffen wordt (o.a. DNA en 70 S ribosomen)
o Veel pigmenten voor de fotosynthese, vooral het groene chlorofyl
o Tijdelijk kan zetmeel opgestapeld worden overdag (dient als reserve voor s’nachts)
• Structuur:
o Dubbele membraan
o Talrijke thylakoïden (instulpingen van binnenmembraan)
o Plaatselijk opgestapeld tot grana
o Oplossing tussen de thylakoïden = stroma
o Tijdelijk dus ook zetmeelkorrels
• Functie: fotosynthese
o Lichtreacties op de vele membranen (grana en thylakoïden)
o CO2 fixatie reacties (= calvincyclus) in het stroma
2
, • Oorsprong:
o Uit proplastiden
o Soms door 2-deling
Insuline: een wateroplosbaar polymeer van
fructose (fructan), een gekend prebioticum
1.2.2 Vacuolen
Prebioticum = stof die selectief door goedaardige
Samenstelling: m.o. wordt opgenomen en gemetaboliseerd
• Fosfolipiden
• Proteïnen: onder andere enzymen met zuur pH optimum
• Stoffen die sterk kunnen verschillen naar gelang van weefsel
en soort (mineralen, suikers, organische zuren, inuline, ...)
Structuur: 1 groot organel met enkelvoudig membraan (= tonoplast)
• Permeabiliteit verschilt licht met plasmamebraan
• Vacuole kan 80 – 90% van het celvolume innemen
Functie:
• Belangrijk voor de groei van plantencellen
o Met eenvoudige moleculen (mineralen, suikers, zuren)
kan door osmose een groot volume bereikt worden
• Hierdoor kan groot oppervlak gerealiseerd worden, is voordelig:
o In de bodem: voor opname van water en mineralen
o In de lucht: voor opvangen van licht
Turgor = druk die plantencellen uitoefenen op
• Door de osmotische druk is er turgor, dit is belangrijk voor: hun celwand door opname van water via
o Blad expansie ↔ verwelken van bladeren osmose, geeft plant stevigheid
o Openen van de huidmondjes om CO2 op te nemen
Oorsprong: ontstaan door groei en versmelting van lysosoomachtige blaasjes afgesnoerd v/h Golgi-
apparaat
1.2.3 celwand
meeste plantencellen hebben een stevige celwand
• groeiende cellen hebben een plastische primaire celwand
• volgroeide een dikkere, starre secundaire celwand
3
, primaire celwand
• samenstelling:
o cellulosemoleculen via H-bruggen geassocieerd
tot cellulose microfibrillen
o liggen ingebed in amorfe matrix, bestaande uit:
▪ verschillende proteïnen
▪ heteropolysacchariden:
❖ pectine is een polymeer van
galacturonzuur veresterd met
CH3OH
❖ hemicellulose bestaat uit
verschillende pentosen en
hexosen
• structuur: oriëntatie cellulose microfibrillen varieert in de
verschillende celwandlagen
o Bij het laatst (meest recente) afgezette celwand materiaal: oriëntatie
loodrecht op de groeirichting
o Bij oudere lagen: oriëntatie meer longitudinaal
o Buitenste (oudste) laag liggen ze kris kras
• Volgens de multinet-groei-hypothese oriënteren de microfibrillen de groeirichting:
HOE? Binding tussen microfibrillen is zwakker dan de fibrillen zelf, cel groeit
loodrecht op de richting van de microfibrillen
Secundaire celwand
• Samenstelling: naast dezelfde componenten als de primaire (wel meer cellulose)
o Mineralen zoals silicaat
o Lignine, een polymeer van fenol-achtige stoffen
→ celwand star en ondoorlaatbaar
o Cutine, bestaat uit esters van hydroxy-vetzuren
→ ondoorlaatbaar voor water, beschermd blad en jonge stengel tegen uitdrogen
o Suberine, intermediair tussen lignine en cutine
→ wordt aangetroffen in kurkcellen, ook ondoorlaatbaar
• Structuur: cellulosemicrofibrillen vaak afwisselend georiënteerd (geen groei meer!)
o Er komen ook speciale differentiaties in voor: plasmodesmata, stippels en hofstippels
▪ Plasmodesma: verbinden 2 naburige cellen
→ materiaal kan van cel tot cel getransporteerd worden zonder het
plasmamembraan te passeren (symplastisch transport)
▪ Stippels: hier ontbreekt de secundaire celwand zodat uitwisseling van
materialen makkelijker wordt
▪ Hofstippels: komen vooral voor in houtvaten en fungeren als klep
4
