Functionele biologie van planten
Inhoudsopgave
1. Ontstaan van leven .................................................................................................................................. 3
1.1 Oorsprong en definitie van leven .................................................................................................. 3
1.2 Ecosystemen en ecologie .............................................................................................................. 6
2. Biologische oplossingen voor wereldproblemen: een rol voor stresstolerante planten ................... 6
2.1 Drie uitdagingen ............................................................................................................................. 6
2.2 Gevolgen ......................................................................................................................................... 6
3. Planten versus andere organismen: mechanismen van autotrofie, rol van dynamische celwanden
en open ontwikkeling ....................................................................................................................................... 8
3.1 Verschillen in ontwikkeling: dieren vs planten ..................................................................................... 8
3.2 Wat maakt plantencellen uniek? .......................................................................................................... 9
4. Plantenweefsels en organen: de link tussen structuur en functie ..................................................... 16
4.1 Plantenweefsels ........................................................................................................................... 16
4.1.1 Meristemen ................................................................................................................................... 16
4.1.2 Gedifferentieerde weefsels .......................................................................................................... 17
4.2 Structuur van de stengel ............................................................................................................. 20
4.2.1 Primaire stengel ....................................................................................................................... 20
4.2.2 Secundaire stengel .................................................................................................................. 21
4.3 Structuur van het blad ................................................................................................................. 26
4.4 Primaire structuur van de wortel ................................................................................................ 27
5. Mechanismen van wateropname en transport in planten ................................................................. 28
5.1 Waterpotentiaal ........................................................................................................................... 28
5.2 Watertransport in de plant.......................................................................................................... 31
5.3 Regulatie door veranderende hoeveelheid beschikbaar water........................................................ 33
6. Plant autotrofe mechanismen: fotosynthese....................................................................................... 35
6.1 Fotosynthese algemeen............................................................................................................... 35
6.2 Lichtreacties ................................................................................................................................. 35
6.3 Calvincyclus .................................................................................................................................. 35
6.4 Energie cyclus ............................................................................................................................... 35
6.4.1 Massastroming – Mass flow – Hypothese van Munch ......................................................... 35
6.4.2 Respiratie: oxidatie van glucose ............................................................................................. 35
6.4.3 Overzicht energie cyclus ......................................................................................................... 35
7. Voortplanting.......................................................................................................................................... 35
7.1 Eukaryote celcyclus – mitose ...................................................................................................... 35
, 7.2 Manieren van voortplanting........................................................................................................ 35
7.3 Reductiedeling – meiose ............................................................................................................. 35
7.4 Evolutie ......................................................................................................................................... 35
8. Oorsprong en biodiversiteit................................................................................................................... 36
8.1 Ontstaan van biodiversiteit ......................................................................................................... 36
8.2 Gevolgen van biodiversiteit ......................................................................................................... 36
8.2.1 Gevolgen van chromosoommutaties ..................................................................................... 36
8.2.2 Biodiversiteit niveaus .............................................................................................................. 37
9. Biodiversiteit en het centrale dogma: virussen ................................................................................... 37
10. Biodiversiteit bij prokaryoten........................................................................................................... 38
10.1 Structuur prokaryoten ................................................................................................................. 38
10.2 Adaptaties – evolutie ................................................................................................................... 39
10.3 Interacties met andere organismen ........................................................................................... 41
11. Biodiversiteit bij eukaryoten ............................................................................................................ 42
11.1 Ontstaan van eukaryoten ............................................................................................................ 42
11.2 Protista .......................................................................................................................................... 43
11.3 Fungi.............................................................................................................................................. 43
11.3.1 Classificatie en diversiteit ........................................................................................................... 43
11.3.1 Interacties met andere organismen .................................................................................. 49
11.4 Planten .......................................................................................................................................... 50
11.4.1 Wieren/algen....................................................................................................................... 51
11.4.2 Landplanten: Non-vasculaire planten en hogere planten = Vaatplanten/Tracheophyten
52
12. Rol van inwendige signalen (plantenhormonen en suikers) en uitwendige factoren (licht, T…) bij:
65
12.1 Plantengroei en ontwikkeling ...................................................................................................... 65
12.2 Bloeiinductie ................................................................................................................................. 65
13. Biochemische adapties bij hogere planten met focus op droogtetolerantie....................................... 65
14. Plantenbiotechnologie, GGO’s ................................................................................................................ 65
15. Bloemplanten ........................................................................................................................................... 65
2
,1. Ontstaan van leven
Biologie = wetenschap van het leven = doorspekt met het concept evolutie dat leidt tot biodiversiteit.
1.1 Oorsprong en definitie van leven
Wat is leven?
Kenmerken van levende wezens:
• Orde
• Metabolisme en regulatie → bioch reacties leiden tot groei en ontwikkeling van (cellulaire)
homeostase
• Voortplanting
• Evolutie → leidt tot aanpassing en biodiversiteit
• Sensitiviteit voor stimuli uit omgeving en respons
Hoe ontstond leven?
Aanwijzingen voor een gemeenschappelijke oorsprong van alle levende organismen
(Gelijkenissen tussen alle levende wezens)
DNA Opslaan genetische informatie
RNA Dezelfde werkkopie van de genetische informatie
AZ-sequentie Vertalen RNA tot AZ-sequentie van proteïnen mbv genetische code
Proteïnen 20 zelfde L-AZ’en
Enzymen Katalysator (proteïne) van metabolische reactie
Metabolisme Zelfde hoofdwegen van het metabolisme (glycolyse, Krebs…)
Bescherming cel Isolatie van de cel van de buitenwereld door plasmamembraan met apolaire
laag
Verwante organismen Vaak fossiele tussenvormen gevonden
Basen- en AZ-sequentie Evolutionair verwantschap groter → gelijkenis basensequentie (genen DNA)
en AZ-sequentie (proteïnen) groter
Oorsprong van het leven
Als alles ontstond uit 1 oercel, hoe ontstond dan die oercel?
Hypothese 1 Leven ontstond op aarde:
Chemische en fysische processen op jonge aarde hebben geleid tot
simpele cellen (+- 3,5 MYA)
→ via 4 stadia
Stadium 1: abiotische Reducerende jonge aarde of niet?
processen van kleine
moleculen Optie 1: Enkel CO2, N2, H2O → neutraal moeilijkere synthese
Optie 2: Extra H2, H2S, NH3, CH4 → meer H-atomen, dus hebben een
meer reducerend karakter → makkelijkere synthese (E via bliksem, UV…)
3
, Stadium 2: synthese van Stap 1: abiotische synthese van organische bio-moleculen (Miller en
macromoleculen uit Urey):
kleine moleculen (=
polymerisatie) Vb: CO en H2 → formaldehyde (CHOH) → suiker vb hexose (= 6x
formaldehyde)
Eenvoudige molecule → synthese suikers, DNA-basen (purine, pyrimidine)
Synthese door oersoep/ nabij vulkanen/ nabij hydrothermale bronnen
Stap 2: opstapeling en polymerisatie
Door uitdroging (onttrekken H2O), reducerende omgeving (hulp van
katalyserende mineralen, UV, bliksem?) & in afwezigheid van O2 en
organismen + [monomeren] hoog + [H2O] laag
Stadium 3: samenpakken Protobionten = spontaan gevormde aggregaten van abiotisch
protobionten (= eerste geproduceerde moleculen omringt door een membraan
cellen), omgeven door →Vertonen simpele reproductie + metabolisme mbv nutriënten en
een membraan andere componenten uit de buitenwereld
Vb liposomen: bio-macromoleculen in membraan omgeven druppel
Primitief metabolisme?
Optie 1: chemoautotroof
Optie 2: heterotroof + anaeroob → langere suikerketens zouden terug
gefermenteerd (afgebroken) kunnen worden onder anaerobe
omstandigheden + ATP vrij
4
Inhoudsopgave
1. Ontstaan van leven .................................................................................................................................. 3
1.1 Oorsprong en definitie van leven .................................................................................................. 3
1.2 Ecosystemen en ecologie .............................................................................................................. 6
2. Biologische oplossingen voor wereldproblemen: een rol voor stresstolerante planten ................... 6
2.1 Drie uitdagingen ............................................................................................................................. 6
2.2 Gevolgen ......................................................................................................................................... 6
3. Planten versus andere organismen: mechanismen van autotrofie, rol van dynamische celwanden
en open ontwikkeling ....................................................................................................................................... 8
3.1 Verschillen in ontwikkeling: dieren vs planten ..................................................................................... 8
3.2 Wat maakt plantencellen uniek? .......................................................................................................... 9
4. Plantenweefsels en organen: de link tussen structuur en functie ..................................................... 16
4.1 Plantenweefsels ........................................................................................................................... 16
4.1.1 Meristemen ................................................................................................................................... 16
4.1.2 Gedifferentieerde weefsels .......................................................................................................... 17
4.2 Structuur van de stengel ............................................................................................................. 20
4.2.1 Primaire stengel ....................................................................................................................... 20
4.2.2 Secundaire stengel .................................................................................................................. 21
4.3 Structuur van het blad ................................................................................................................. 26
4.4 Primaire structuur van de wortel ................................................................................................ 27
5. Mechanismen van wateropname en transport in planten ................................................................. 28
5.1 Waterpotentiaal ........................................................................................................................... 28
5.2 Watertransport in de plant.......................................................................................................... 31
5.3 Regulatie door veranderende hoeveelheid beschikbaar water........................................................ 33
6. Plant autotrofe mechanismen: fotosynthese....................................................................................... 35
6.1 Fotosynthese algemeen............................................................................................................... 35
6.2 Lichtreacties ................................................................................................................................. 35
6.3 Calvincyclus .................................................................................................................................. 35
6.4 Energie cyclus ............................................................................................................................... 35
6.4.1 Massastroming – Mass flow – Hypothese van Munch ......................................................... 35
6.4.2 Respiratie: oxidatie van glucose ............................................................................................. 35
6.4.3 Overzicht energie cyclus ......................................................................................................... 35
7. Voortplanting.......................................................................................................................................... 35
7.1 Eukaryote celcyclus – mitose ...................................................................................................... 35
, 7.2 Manieren van voortplanting........................................................................................................ 35
7.3 Reductiedeling – meiose ............................................................................................................. 35
7.4 Evolutie ......................................................................................................................................... 35
8. Oorsprong en biodiversiteit................................................................................................................... 36
8.1 Ontstaan van biodiversiteit ......................................................................................................... 36
8.2 Gevolgen van biodiversiteit ......................................................................................................... 36
8.2.1 Gevolgen van chromosoommutaties ..................................................................................... 36
8.2.2 Biodiversiteit niveaus .............................................................................................................. 37
9. Biodiversiteit en het centrale dogma: virussen ................................................................................... 37
10. Biodiversiteit bij prokaryoten........................................................................................................... 38
10.1 Structuur prokaryoten ................................................................................................................. 38
10.2 Adaptaties – evolutie ................................................................................................................... 39
10.3 Interacties met andere organismen ........................................................................................... 41
11. Biodiversiteit bij eukaryoten ............................................................................................................ 42
11.1 Ontstaan van eukaryoten ............................................................................................................ 42
11.2 Protista .......................................................................................................................................... 43
11.3 Fungi.............................................................................................................................................. 43
11.3.1 Classificatie en diversiteit ........................................................................................................... 43
11.3.1 Interacties met andere organismen .................................................................................. 49
11.4 Planten .......................................................................................................................................... 50
11.4.1 Wieren/algen....................................................................................................................... 51
11.4.2 Landplanten: Non-vasculaire planten en hogere planten = Vaatplanten/Tracheophyten
52
12. Rol van inwendige signalen (plantenhormonen en suikers) en uitwendige factoren (licht, T…) bij:
65
12.1 Plantengroei en ontwikkeling ...................................................................................................... 65
12.2 Bloeiinductie ................................................................................................................................. 65
13. Biochemische adapties bij hogere planten met focus op droogtetolerantie....................................... 65
14. Plantenbiotechnologie, GGO’s ................................................................................................................ 65
15. Bloemplanten ........................................................................................................................................... 65
2
,1. Ontstaan van leven
Biologie = wetenschap van het leven = doorspekt met het concept evolutie dat leidt tot biodiversiteit.
1.1 Oorsprong en definitie van leven
Wat is leven?
Kenmerken van levende wezens:
• Orde
• Metabolisme en regulatie → bioch reacties leiden tot groei en ontwikkeling van (cellulaire)
homeostase
• Voortplanting
• Evolutie → leidt tot aanpassing en biodiversiteit
• Sensitiviteit voor stimuli uit omgeving en respons
Hoe ontstond leven?
Aanwijzingen voor een gemeenschappelijke oorsprong van alle levende organismen
(Gelijkenissen tussen alle levende wezens)
DNA Opslaan genetische informatie
RNA Dezelfde werkkopie van de genetische informatie
AZ-sequentie Vertalen RNA tot AZ-sequentie van proteïnen mbv genetische code
Proteïnen 20 zelfde L-AZ’en
Enzymen Katalysator (proteïne) van metabolische reactie
Metabolisme Zelfde hoofdwegen van het metabolisme (glycolyse, Krebs…)
Bescherming cel Isolatie van de cel van de buitenwereld door plasmamembraan met apolaire
laag
Verwante organismen Vaak fossiele tussenvormen gevonden
Basen- en AZ-sequentie Evolutionair verwantschap groter → gelijkenis basensequentie (genen DNA)
en AZ-sequentie (proteïnen) groter
Oorsprong van het leven
Als alles ontstond uit 1 oercel, hoe ontstond dan die oercel?
Hypothese 1 Leven ontstond op aarde:
Chemische en fysische processen op jonge aarde hebben geleid tot
simpele cellen (+- 3,5 MYA)
→ via 4 stadia
Stadium 1: abiotische Reducerende jonge aarde of niet?
processen van kleine
moleculen Optie 1: Enkel CO2, N2, H2O → neutraal moeilijkere synthese
Optie 2: Extra H2, H2S, NH3, CH4 → meer H-atomen, dus hebben een
meer reducerend karakter → makkelijkere synthese (E via bliksem, UV…)
3
, Stadium 2: synthese van Stap 1: abiotische synthese van organische bio-moleculen (Miller en
macromoleculen uit Urey):
kleine moleculen (=
polymerisatie) Vb: CO en H2 → formaldehyde (CHOH) → suiker vb hexose (= 6x
formaldehyde)
Eenvoudige molecule → synthese suikers, DNA-basen (purine, pyrimidine)
Synthese door oersoep/ nabij vulkanen/ nabij hydrothermale bronnen
Stap 2: opstapeling en polymerisatie
Door uitdroging (onttrekken H2O), reducerende omgeving (hulp van
katalyserende mineralen, UV, bliksem?) & in afwezigheid van O2 en
organismen + [monomeren] hoog + [H2O] laag
Stadium 3: samenpakken Protobionten = spontaan gevormde aggregaten van abiotisch
protobionten (= eerste geproduceerde moleculen omringt door een membraan
cellen), omgeven door →Vertonen simpele reproductie + metabolisme mbv nutriënten en
een membraan andere componenten uit de buitenwereld
Vb liposomen: bio-macromoleculen in membraan omgeven druppel
Primitief metabolisme?
Optie 1: chemoautotroof
Optie 2: heterotroof + anaeroob → langere suikerketens zouden terug
gefermenteerd (afgebroken) kunnen worden onder anaerobe
omstandigheden + ATP vrij
4
