Növények: meghatározás, felépítés, életmód és fotoszintézis
Ismerd meg a növények meghatározását, felépítését, életmódját és fotoszintézisét — levelek, gyökerek, klorofill és tápanyagkörforgás egyszerű, áttekinthető magyarázata.
A növények az élőlények hat nagy csoportjának (királyságának) egyike. Az élet fáján belül a növények jellemzően autotróf eukarióták, vagyis összetett sejtekkel rendelkeznek, és saját maguk állítják elő táplálékukat fotoszintézis útján. Többségük nem képes helyváltoztatásra aktív mozgással (a növekedés és helyzetváltoztatás bizonyos formái kivételt jelentenek), és testszerveik többsége a környezethez rögzült módon működik.
Főbb csoportok és előfordulás
A növényvilágba olyan ismerős típusok tartoznak, mint a fák, gyógynövények, bokrok, füvek, szőlő, páfrányok, mohák és zöld algák. A növények tanulmányozása, az úgynevezett botanika, több százezer fajt azonosított: a jelenlegi ismeretek szerint mintegy 350 000 létező (élő) növényfaj ismert. Fontos megjegyezni, hogy a gombák és a nem zöld algák nem tartoznak a növények közé.
Felépítés — testtájak és szervek
A legtöbb szárazföldi növény testét három alapvető részre oszthatjuk: a gyökér-, szár- és levélrendszerre. Ezek a részek együtt látják el a tápanyagfelvétel, a táplálékkészítés, a víz- és ásványianyag-szállítás, valamint a támasztó és szaporodási funkciókat.
- Gyökerek: a talajból veszik fel a vizet és az oldott ásványi anyagokat; rögzítik a növényt, és gyakran tápanyagraktárként is szolgálnak.
- Szárak: tartják a leveleket és virágokat, belső szállítónyalábok (farész és szállítónyaláb) továbbítják a vizet, ásványi anyagokat és a fotoszintézis termékeit.
- Levelek: a fő fotoszintetizáló szervek; alakjuk és felületük alkalmazkodik a fényfelvételhez és a párologtatáshoz.
A sejtekben található speciális szervecskék, a plasztidokban, amelyek a levélsejtek belsejében vannak
(pl. kloroplasztisz), tartalmazzák a zöld festékanyagot, a klorofillt, amely a napfényt csapdába ejti.Életmód: tápanyagok, víz és gázcsere
A növényeknek napfényre, szén-dioxidra, ásványi anyagokra és vízre van szükségük ahhoz, hogy fotoszintézis útján szerves anyagokat (cukrokat) állítsanak elő. A gyökérrendszer a talajból felveszi a vizet és a tápanyagokat; ezek a víz áramlásával feljutnak a levelekbe. A levelek pórusain, a gázcserenyílásokon (szomata) keresztül történik a CO2 felvétele és az O2 leadása. A levelek pórusaiból a víz elpárolgása — a transzspiráció — vizet húz át a növényen, és ez segíti a tápanyagok felfelé szállítását.
Fotoszintézis (áttekintés)
A fotoszintézis a növények és egyes algák által végzett biokémiai folyamat, melynek során a fényenergia kémiai energiává alakul. Röviden:
- Fényreakciók (a kloroplasztisz belső membránjain): a fény energiáját ATP-vé és NADPH-vá alakítják, miközben vízből O2 szabadul fel.
- Fényfüggetlen reakciók (Calvin-ciklus): a megtermelt ATP és NADPH segítségével a CO2 szerves molekulákká (például cukrokká) alakul.
A fotoszintézis sebességét és hatékonyságát befolyásolja a fényintenzitás, a CO2-koncentráció, a hőmérséklet és a klorofill mennyisége. A növények különböző ökológiai adaptációkat alakítottak ki (például C3-, C4- és CAM-útvonalak), hogy különböző környezeti feltételek mellett is hatékonyan termeljenek táplálékot.
Szaporodás és életciklus
A növények szaporodása lehet szexualis és asszexuális (vegetatív). A magasabbrendű növények többségében a szexuális szaporodás virágokhoz és magvakhoz kötődik: a virágokban történik a megtermékenyítés, amelynek eredményeként mag fejlődik. Más csoportok — például páfrányok vagy moha‑társaságok — spórákkal szaporodnak, és gyakran kettős életciklussal (generációváltással) rendelkeznek: ivaros és ivartalan generáció váltja egymást.
Alkalmazkodások és változatosság
A növények számos módon alkalmazkodtak különböző élőhelyekhez:
- Szárazságtűrők (xerofiták): vastag levelek, viaszréteg, mély gyökerek, CAM-fotoszintézis.
- Vízi növények: lebegő levelek, levegőzsákok, gyökerek csökevényesedése.
- Fényigény szerint: árnyéktűrő és fénykedvelő fajok eltérő levélszerkezettel és pigmentációval rendelkeznek.
Ökológiai szerep és emberi hasznosítás
A növények alapvetőek az ökoszisztémák működéséhez: oxigént termelnek, a tápláléklánc alapját képezik, élőhelyet nyújtanak sok állatnak és mikroorganizmusnak, valamint szén-dioxidot kötnek meg (szénelnyelés). Az emberek számára élelmet (gabona, zöldségek, gyümölcsök), takarmányt, gyógyszereket, építőanyagot, rostokat és dísznövényeket biztosítanak. Például a hagyományos gazdálkodásban a "ültetés" kifejezés arra is utal, hogy valamit a földbe helyeznek: a gazdák magokat ültetnek a mezőre.
Összefoglalás
A növények változatos, alapvető fontosságú élőlénycsoportot alkotnak: bonyolult sejtszervezettel rendelkeznek, képesek saját táplálék előállítására fotoszintézis révén, és szerveződött szerveik (gyökér, szár, levél, virág) különféle feladatokat látnak el. Tanulmányozásuk — a botanika — segít megérteni biológiai sokféleségüket, szerepüket az ökoszisztémákban és az emberi életben.
Zöld levelek és sárga virágok egy nárcisz növényen
Növénytípusok
Zöld algák:
Szárazföldi növények (embriófita)
- Nem vaszkuláris növények (bryofiták):
- Liverworts
- Moha
- Szarkalábak
- †Horneophytopsida
- Vaszkuláris növények (tracheofiták)
- Lycopodiophyta-klubmohák
- Pteridophyta: a páfrányok
- Pteridopsida: a tipikus páfrányok
- Sphenopsida: a lószerszámok
- Marattiopsida: a páfrányok eltérő csoportja
- Psilotopsida: az összes többi páfrány testvércsoportja.
- †Rhyniophyta-rhyniophyták
- †Zosterophyllophyta-zosterophylls
- †Trimerophytophyta-trimerophyták
- †Progymnospermophyta
- Magoncnövények (spermatofiták)
- †Pteridospermatophyta: a magpáfrányok
- Pinophyta: a tűlevelűek
- Cycadophyta: a cikádok
- Ginkgophyta: a ginkgók
- Gnetophyta: az Angiospermák testvércsoportja.
- Magnoliophyta vagy Angiospermák (virágos növények)
- Dicotyledons
- Egyszikűek
- †Nematofiták
A növényi táplálékgyár
Legalább néhány növényi sejt tartalmaz fotoszintetikus szerveket (plasztidokat), amelyek lehetővé teszik számukra, hogy táplálékot állítsanak elő maguknak. A plasztidok napfény, víz és szén-dioxid segítségével cukrokat, a növény számára szükséges alapmolekulákat állítanak elő. A fotoszintézis melléktermékeként szabad oxigén (O2) keletkezik.
Később, a sejt citoplazmájában a cukrok a fehérjékhez szükséges aminosavakká, a DNS-hez és az RNS-hez szükséges nukleotidokká, valamint olyan szénhidrátokká, mint a keményítő. Ehhez a folyamathoz bizonyos ásványi anyagokra van szükség: nitrogénre, káliumra, foszforra, vasra és magnéziumra.
Növényi tápanyagok
A növénytáplálás a növények növekedéséhez szükséges kémiai elemek tanulmányozása.
Makrotápanyagok:
- N = nitrogén (szénhidrátok)
- P = Foszfor (ATP és az energiaciklus)
- K = Kálium (vízszabályozás)
- Ca = kalcium (más tápanyagok szállítása)
- Mg = magnézium (enzimek)
- S = kén (egyes aminosavak)
- Si = szilícium (sejtfalak)
A mikrotápanyagok (nyomelemek) a következők:
- Cl = klór (ozmózis és ionegyensúly)
- Fe = vas (fotoszintézis és enzim kofaktor)
- B = bór (cukortranszport és sejtosztódás)
- Mn = mangán (kloroplasztiszok építése)
- Na = nátrium (különböző)
- Zn = cink (számos enzim)
- Cu = Réz (fotoszintézis)
- Ni= nikkel (enzim)
- Mo = molibdén (enzim kofaktorok)
A Plagiomnium affine sejtjeiben látható kloroplasztiszok
Gyökerek
A növények gyökerei két fő funkciót látnak el. Először is, rögzítik a növényt a talajhoz. Másodszor, felszívják a vizet és a talajból a vízben oldott különböző tápanyagokat. A növények a vizet táplálék előállítására használják fel. A víz emellett támasztékot is nyújt a növénynek. A vízhiányos növények nagyon petyhüdté válnak, és a száruk nem tudja megtartani a leveleiket. A sivatagi területekre specializálódott növényeket xerofitáknak vagy freatofitáknak nevezik, a gyökérzet növekedésének típusától függően.
A víz a gyökerekből a növény többi részébe a növényben található speciális edényeken keresztül jut el. Amikor a víz eléri a leveleket, egy része elpárolog a levegőbe. Sok növénynek szüksége van a gombák segítségére ahhoz, hogy a gyökerei megfelelően működjenek. Ezt a növény-gomba szimbiózist mikorrhizának nevezik. A gyökérgumókban lévő Rhizobia baktériumok segítenek egyes növényeknek nitrogénhez jutni.
Virágos növények szaporodása
Virágok és beporzás
A virágok csak a virágos növények (Angiospermák) szaporító szervei. A virág szirmai gyakran élénk színűek és illatosak, hogy vonzzák a rovarokat és más beporzókat. A porzó a növény hímivarú része. A porzószálból (egy szárból) áll, amely az anteret tartja, amely a virágport termeli. A virágporra a növényeknek a magok előállításához van szükségük. A porzó a virág női része. A porzó felső része tartalmazza a porzószálat. A levélnyak a porzó nyaka. A porzó a porzó alján lévő duzzadt terület. A petefészek termeli a magokat. A fellevél egy levél, amely bimbóként védi a virágot.
Azt a folyamatot, amelynek során a virágpor egyik virágból a másikba kerül, beporzásnak nevezzük. Ez az átvitel különböző módokon történhet. A rovarokat, például a méheket vonzzák a fényes, illatos virágok. Amikor a méhek bemennek a virágba nektárt gyűjteni, a tüskés virágpor a hátsó lábukhoz tapad. A másik virágon lévő ragacsos stigma felfogja a virágport, amikor a méh leszáll vagy a közelébe repül.
Egyes virágok a szél segítségével szállítják a virágport. Lógó porzóik sok virágport termelnek, amelyek elég könnyűek ahhoz, hogy a szél hordozza őket. Virágaik általában kicsik és nem túl színesek. Ezeknek a virágoknak a bibéi tollasak, és a virágon kívül lógnak, hogy felfogják a lehulló virágport.
Vetőmag utazók
A növény sok spórát vagy magot termel. Az alacsonyabb rendű növények, például a mohák és a páfrányok termelnek spórákat. A magról kelő növények a gymnospermák és az angiospermák. Ha az összes mag a növény mellett a földre hullana, a terület túlzsúfolttá válhatna. Lehet, hogy nem lenne elegendő víz és ásványi anyag az összes mag számára. A magvaknak általában van valamilyen módjuk arra, hogy új helyekre jussanak. Egyes magvak a szél vagy a víz segítségével terjedhetnek szét. A lédús gyümölcsökben lévő magok elfogyasztás után szétszóródnak. Néha a magok állatokra tapadnak, és így terjednek szét.
Fosszíliák
A legkorábbi növényi fosszíliák kérdése attól függ, hogy mit értünk a "növény" szó alatt.
- Ha a növények alatt a klorofillt használó fototrófokot értjük, akkor a sztromatolitokban található cianobaktériumok az első kövületek, 3450 millió évvel ezelőtt (mya), az archaeus eonban. A figyelemre méltó pontosság azért lehetséges, mert a fosszíliák olyan lávafolyamok közé voltak beékelve, amelyeket a beágyazott cirkonkristályok alapján pontosan lehetett datálni.
- Ha növények alatt az algák minden fajtáját értjük, akkor a legkorábbi ismert vörös algák 1,6 milliárd évvel ezelőtt éltek. A közelmúltban Indiában találtak fosszíliákat belőlük.
- Ha növények alatt zöld növényeket, Viridiplantae-t értünk, akkor az első kövületek zöld algák. Valószínűleg ez a többség álláspontja a hivatásos botanikusok körében. Meggyőző bizonyíték van a charofita zöldalgák és az embriofiták monofíliájára. Még mindig két lehetőség van:
- Az akritarchák (a szerves falú mikrokövületek csoportja) a zöld algák szaporodási cisztái lehetnek. Ha igen, akkor a neoproterozoikumban, 1000 mya-ban vannak jelen.
- Egyébként a kambriumban 540 mya körül a planktonikus algák nagymértékű növekedése figyelhető meg.
- Ha a növények alatt szárazföldi növényeket értünk, az első kövületek a szilurban találhatók.
A szilur korból egész növények fosszíliái maradtak fenn, köztük a Baragwanathia nevű lycofita. A devonból a rhyniophyták részletes fosszíliáit találták meg. Ezeknek az ősi növényeknek a korai fosszíliáin a növényi szöveten belüli egyes sejtek láthatók. A devon időszakból származik a fosszilis feljegyzésekben szereplő első fa, a Wattezia fejlődése is. Ennek a páfrányszerű fának törzse háncsokkal rendelkezett, és spórákat termelt.
A szénrétegek a paleozoikumi növényi fosszíliák egyik fő forrása, számos növénycsoport létezett ebben az időben. A szénbányák lerakói a legjobb gyűjtőhelyek; a szén maga is megkövesedett növények maradványa, bár a növényi fosszíliák szerkezeti részletei ritkán láthatók a szénben. A glasgow-i Victoria Parkban található fosszilis erdőben a Lepidodendron fák tuskóit eredeti növekedési helyzetükben találjuk.
Filogenetikai növényfa, amely a főbb kládokat és hagyományos csoportokat mutatja. A monofiletikus csoportok feketével, a parafiletikusok kékkel vannak jelölve. A növényi sejtek szimbiózis szerinti eredete, valamint az algák, a bryofiták, az érnövények és a virágos növények filogenezise szerinti diagram.
Kapcsolódó oldalak
Kérdések és válaszok
K: Mik azok a növények?
V: A növények az élőlények öt nagy csoportjának (királyságának) egyike. Autotróf eukarióták, ami azt jelenti, hogy összetett sejtekkel rendelkeznek, és saját maguk állítják elő táplálékukat. Általában nem tudnak mozogni (a növekedést nem számítva). A növények közé olyan ismert típusok tartoznak, mint a fák, gyógynövények, bokrok, füvek, szőlő, páfrányok, mohák és zöld algák.
K: Hány növényfajt azonosítottak már?
V: A növények tudományos vizsgálata során mintegy 350 000 létező (élő) növényfajt azonosítottak.
K: Hol nő a legtöbb növény?
V: A legtöbb növény a földben nő, a szárak a levegőben, a gyökerek pedig a felszín alatt. Egyesek a vízen lebegnek.
K: Mire van szüksége egy növénynek az élethez és a növekedéshez?
V: A növényeknek napfényre, szén-dioxidra, ásványi anyagokra és vízre van szükségük ahhoz, hogy fotoszintézis útján táplálékot termeljenek.
K: Mi az a klorofill?
V: A klorofill egy zöld anyag, amely a növényekben található, és amely a Napból származó, a táplálék előállításához szükséges energiát csapdába ejti. Leginkább a levelekben található meg, a levélsejtek belsejében lévő plasztidokban.
K: Mi az a transzspiráció?
V: A transzspiráció az, amikor a víz párolgása a levelek pórusaiból vizet húz át a növényen.
K: Mit jelent a "növény" kifejezés az élő szervezetek egyik fajtáján kívül?
V: A "növény" jelentheti azt is, hogy valamit a földbe helyezünk, például a gazdák magokat ültetnek a mezőre.
Keres