ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΓΕΩΠΟΝΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΓΕΩΠΟΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΦΥΤΩΝ Βλάστηση των σπερμάτων. Μελέτη των εξωγενών περιβαλλοντικών παραγόντων επηρεάζουν τη βλάστηση των σπερμάτων ΔΗΜΟΥ ΔΗΜΗΤΡΑ Δρ. Γεωπόνος

Βλάστηση των σπερμάτων. Μελέτη των εξωγενών περιβαλλοντικών παραγόντων επηρεάζουν τη βλάστηση των σπερμάτων Εισαγωγή Ως σπέρμα (seed) ονομάζουμε το προϊόν της γονιμοποιημένης και διαφοροποιημένης σπερματικής βλάστης. Το σπέρμα είναι δυνατόν, είτε να περιβάλλεται από περικάρπιο είναι προϊόν της διαφοροποίησης των τοιχωμάτων της ωοθήκης (αγγειόσπερμα), είτε όχι (γυμνόσπερμα). Αποτελεί βασικό όργανο της εγγενούς αναπαραγωγής των σπερματόφυτων, αφού περιέχει το φυτικό έμβρυο από το οποίο θα προέλθει το νέο φυτό, συμβάλλοντας κατ αυτό τον τρόπο στη διάδοση και διαιώνιση των φυτικών ειδών. Τα σπέρματα παράγονται σε πολύ μεγάλες ποσότητες και παρουσιάζουν υψηλή ανθεκτικότητα σε δυσμενείς συνθήκες του περιβάλλοντος. Το γεγονός αυτό συντέλεσε στην επικράτηση των σπερματόφυτων σήμερα πάνω στη Γη. Δομή Σπέρματος Παρά το γεγονός ότι όλα τα σπέρματα ανεξάρτητα από το φυτικό είδος επιτελούν την ίδια λειτουργία, η μορφολογία τους παρουσιάζει σημαντικές αποκλίσεις. Η διαφορετική μορφολογία των σπερμάτων αποτελεί τις περισσότερες φορές διαγνωστικό χαρακτήρα για την αναγνώριση του είδους. Το μέγεθος των σπερμάτων ποικίλει από τα μικροσκοπικά σπέρματα των ορχεοειδών έως τα τεράστια σπέρματα της γνωστής ινδικής καρύδας. Το ώριμο σπέρμα αποτελείται από το έμβρυο, μία ή δύο κοτυληδόνες, το ενδοσπέρμιο και τα περιβλήματα (Εικ. 1). 2

Εικ. 1: Δομή σπέρματος: (α) Στα ώριμα σπέρματα του Ricinus communis (β) στο Phaseolus vulgaris, αποτελούν χαρακτηριστικό σχήμα των δικότυλων. Το έμβρυο αποτελεί ουσιαστικά τη μικρογραφία ενός ενήλικου φυτού. Προκύπτει από το ζυγωτό και αποτελείται από ένα μη τελειοποιημένο βλαστίδιο, ονομάζεται πτερίδιο και μία μη αναπτυγμένη ρίζα, το ριζίδιο. Στα μονοκότυλα φυτά το πτερίδιο καλύπτεται από μία προστατευτική δομή, το κολεόπτιλο, και το ριζίδιο από την κολεόριζα (Εικ. 2). Στα σπέρματα των μονοκότυλων φυτών το έμβρυο συνδέεται με ένα περγαμηνοειδές πολύ μικρό φύλλο, ονομάζεται κοτυληδόνα, ενώ στα δικότυλα φυτά το έμβρυο βρίσκεται ανάμεσα σε δύο κοτυληδόνες. Η ύπαρξη μιας ή δύο κοτυληδόνων αντιπροσωπεύει την κύρια διαφορά ανάμεσα στις δύο μεγαλύτερες ομάδες των αγγειόσπερμων, είναι τα μονοκότυλα και τα δικότυλα. 3

Εικ. 2: Χαρακτηριστική δομή ενός μονοκοτύλου σπέρματος στο Zea mays Κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του εμβρύου και της ωρίμανσης του σπέρματος υπάρχει μία έντονη ροή θρεπτικών συστατικών (υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες) από το γονικό φυτό προς το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Τα υλικά αυτά αποθηκεύονται στους ιστούς του σπέρματος με την προοπτική να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη του νεαρού φυτού (αρτίβλαστου) μέχρις ότου να καταστεί αυτότροφο. Δύο είναι οι ιστολογικοί σχηματισμοί προκύπτουν ως αποθήκες θρεπτικών κατά το σχηματισμό του σπέρματος: το ενδοσπέρμιο και οι κοτυληδόνες. Η ανάπτυξη κοτυληδόνων ή και ενδοσπερμίου παρουσιάζει διαφορές μεταξύ των ειδών. Στα δικότυλα φυτά κατά κανόνα οι κοτυληδόνες αποτελούν τα κύρια αποθησαυριστικά όργανα και συνήθως αναπτύσσονται σε βάρος του ενδοσπερμίου το οποίο ατροφεί πλήρως ( λ.χ. στην περίπτωση των ψυχανθών). Σε άλλα φυτικά είδη τα σπέρματα αποθηκεύουν θρεπτικά συστατικά τόσο στο ενδοσπέρμιο όσο και στις κοτυληδόνες (λ.χ. ρετσινολαδιά). Στα μονοκότυλα φυτά το κύριο αποθησαυριστικό όργανο είναι το ενδοσπέρμιο. Η μοναδική κοτυληδόνα διαθέτουν τα σπέρματα των μονοκότυλων, ονομάζεται ασπίδιο, είναι απορροφητικό όργανο το οποίο προσλαμβάνει τα θρεπτικά συστατικά από το αποδομούμενο ενδοσπέρμιο και τα μεταφέρει στο έμβρυο. Εξωτερικά, το σπέρμα περιβάλλεται από τα περιβλήματα του σπέρματος, τα οποία προέρχονται από τους χιτώνες της σπερματικής βλάστης. Τα 4

περιβλήματα αποτελούνται από στοιβάδες κυττάρων με παχιά κυτταρικά τοιχώματα τα οποία είναι συνήθως εμποτισμένα με λιγνίνη ή άλλους δευτερογενείς μεταβολίτες. Η παρουσία σκληρεΐδων είναι συνήθως έντονη. Τα χαρακτηριστικά αυτά παρέχουν προστασία έναντι της σήψης, προσβολών από εχθρούς και παθογόνα, κατανάλωσης από φυτοφάγα και δυσμενών συνθηκών του περιβάλλοντος. Τα περιβλήματα διαθέτουν συνήθως μια εντοπισμένη περιοχή η οποία διευκολύνει την προσρόφηση νερού καθώς και περιοχές διευκολύνουν τη διάτρησή του από το αναπτυσσόμενο ριζίδιο και το βλαστίδιο. Βλάστηση των σπερμάτων Ως βλάστηση των σπερμάτων χαρακτηρίζουμε την ακολουθία μιας σειράς μορφογενετικών γεγονότων, αρχίζει με την ενυδάτωση των σπερμάτων και καταλήγει με το μετασχηματισμό του εμβρύου σε νεαρό φυτό (αρτίβλαστο). Ένα σπέρμα θεωρείται ότι έχει βλαστήσει όταν γίνει ορατή η έξοδος του νεαρού ριζιδίου (και στη συνέχεια του βλαστιδίου) από τα εξωτερικά περιβλήματα του σπέρματος. Η βλάστηση των σπερμάτων πραγματοποιείται μόνο όταν στο εδαφικό περιβάλλον επικρατούν ευνοϊκές συνθήκες υγρασίας, θερμοκρασίας, συγκέντρωσης οξυγόνου και φωτισμού. 5

Εικ.3: Δοκιμή βλαστικής ικανότητας σπόρων. Διακρίνονται τα κανονικά αναπτυγμένα φύτρα, τα ελαττωματικά και οι σπόροι δε. Το πρώτο συμβάν κατά τη βλάστηση των σπερμάτων αποτελεί η προσρόφηση νερού από το περιβάλλον. Το βήμα αυτό είναι εξαιρετικά κρίσιμο, αν λάβει κανείς υπόψη ότι τα σπέρματα είναι αφυδατωμένες δομές περιέχουν μόνο 5 10 % νερό. Η προσρόφηση του νερού οφείλεται στη διαφορά υδατικού δυναμικού μεταξύ του σπέρματος (το οποίο λόγω της αφυδατωμένης κατάστασης στην οποία συνήθως βρίσκεται παρουσιάζει πολύ χαμηλό δυναμικό νερού) και του περιβάλλοντος διαλύματος. Επομένως η διόγκωση των σπερμάτων αποτελεί μία καθαρά αυθόρμητη φυσική διαδικασία οφείλεται στην προσρόφηση νερού από τα αφυδατωμένα συστατικά του σπέρματος και είναι δυνατό να παρατηρηθεί και σε νεκρά σπέρματα. Συνεπώς κατά την εκτίμηση της βλαστικότητας των σπερμάτων, δηλαδή του ποσοστού των σπερμάτων σε σχέση με αυτά σπάρθηκαν, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η εμφάνιση του ριζιδίου και όχι η διόγκωση του σπέρματος. Κατά τη διόγκωση των σπερμάτων ασκούνται υψηλές πιέσεις οι οποίες αρκούν προκειμένου να διαρραγούν ακόμη και τα πλέον ισχυρά περιβλήματα. Κατά τη διάρκεια της προσρόφησης νερού παρατηρείται 6

ενυδάτωση των κυττάρων τα οποία παρέμεναν σε αφυδατωμένη μορφή, ανάκτηση της δομής των οργανιδίων και ενεργοποίηση υδρολυτικών ενζύμων, τα οποία ευθύνονται για τη διάσπαση των διαφόρων αποταμιευμένων ουσιών σε απλούστερες. Παράλληλα παράγονται ορμόνες οι οποίες συντονίζουν την όλη διαδικασία. Όταν ολοκληρωθεί η διόγκωση του σπέρματος ακολουθούν έντονες κυτταροδιαιρέσεις και ταχύτατη επιμήκυνση του εμβρύου. Το ριζίδιο διαπερνά το περίβλημα και ξεκινά η ανάπτυξη του νεαρού αρτίβλαστου. Οι διαδικασίες αυτές απαιτούν αφ ενός τη διάσπαση των διαφόρων αποταμιευμένων ουσιών σε απλούστερες, ώστε να δομηθούν τα επιμέρους συστατικά των νέων κυττάρων και αφ ετέρου την εντονότερη πρόσληψη του νερού για τις ανάγκες των κυττάρων του επιμηκυνόμενου εμβρύου. Στα αρχικά στάδια της βλάστησης, η αναπνοή μπορεί να είναι τελείως αναερόβια, αλλά μόλις το περίβλημα διαρρηχθεί μετατρέπεται σε αερόβια. Εάν το έδαφος είναι πλημμυρισμένο, τα διαθέσιμα ποσά οξυγόνου μπορεί να είναι ανεπαρκή για αερόβια αναπνοή, οπότε το σπέρμα δεν τα καταφέρνει να βλαστήσει. Οι πιο ευνοϊκές θερμοκρασίες για το φύτρωμα των σπόρων κυμαίνονται από 15 ο C 30 ο C, ανάλογα με το είδος του σπόρου. Οι σπόροι μερικών ειδών απαιτούν εναλλαγή θερμοκρασίας. Τα φυτά κατατάσσονται σ εκείνα οι σπόροι τους βλαστάνουν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, εκείνα βλαστάνουν σε σχετικά ψηλές, και σε κείνα βλαστάνουν σε μια μεγάλη κλίμακα θερμοκρασιών. Οι απαιτήσεις κάθε φυτού καθορίζουν και την εποχή σποράς, όταν αυτή γίνεται σε μη ελεγχόμενες συνθήκες (ύπαιθρο). Η βλάστηση πολλών σπερμάτων γίνεται είτε στο σκοτάδι είτε στο φως, άλλα απαιτούν φως για να βλαστήσουν, ενώ σε άλλα παρεμποδίζεται η βλάστηση από αυτό. Είδη χρειάζονται φωτισμό είναι η βεγόνια, πετούνια, αντίρρινο. Τα περισσότερα σπέρματα μπορούν να διατηρηθούν στη ζωή για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Η ικανότητά τους αυτή οφείλεται στην ανθεκτική κατασκευή των περιβλημάτων και στη χαμηλή περιεκτικότητά τους σε νερό (5%-10% του βάρους τους) συνδυάζεται με χαμηλή μεταβολική δραστηριότητα. 7

Τρόποι βλάστησης των σπερμάτων Η βλάστηση μπορεί να είναι επίγεια ή υπόγεια ανάλογα με το είδος του φυτού. Υπόγεια βλάστηση: Το πρώτο μέρος του εμβρύου εμφανίζεται από ένα σπέρμα, όταν αρχίσει να φυτρώνει, είναι το ριζίδιο, το οποίο επιμηκύνεται και βγαίνει από τη μικροπύλη σπάζοντας το περίβλημα του σπέρματος. Με την επιμήκυνση του ριζιδίου και τη διείσδυσή του στο έδαφος αρχίζουν να εμφανίζονται οι πρώτες πλευρικές ρίζες, οι οποίες θα σχηματίσουν το πλευρικό ριζικό σύστημα. Ταυτόχρονα με την αύξηση του ριζιδίου επιμηκύνεται και η βάση του πτεριδίου, το επικοτύλιο, το οποίο παίρνει σχήμα δρεπανοειδές καθώς αυξάνει ανάμεσα στις κοτυληδόνες μέσα στο χώμα το περιβάλλει. Τελικά το πτερίδιο φθάνει στην επιφάνεια του χώματος, ό το επικοτύλιο ευθυγραμμίζεται και αυξάνει κατακόρυφα. Τα εμβρυώδη φύλλα εκπτύσσονται και αναπτύσσονται σε μόνιμα τυπικά φύλλα. Οι κοτυληδόνες βαθμιαία συρρικνώνονται καθώς τα αποθέματα των τροφών χρησιμοποιούνται (Εικ. 4). Στην περίπτωση των μονοκότυλων φυτών, των οποίων η βλάστηση είναι υπόγεια, το βλαστίδιο κατά την ανάδυσή του από το έδαφος καλύπτεται συνεχώς από το κολεόπτιλο. Το κολεόπτιλο προσφέρει πρόσκαιρη προστασία στο βλαστίδιο και αμέσως μετά την ανάδυσή του διαρρηγνύεται και απελευθερώνει τα πρώτα φύλλα του αρτίβλαστου (Εικ. 5). 8

Εικ. 4: Υπόγεια βλάστηση σπερμάτων: Οι κοτυληδόνες του Pisum sativum (μπιζέλι) είναι τα αποταμιευτικά όργανα και παραμένουν μέσα στο έδαφος. Εικ. 5: Βλάστηση σπερμάτων στα δημητριακά. 9

Επίγεια βλάστηση: Κατά την επίγεια βλάστηση οι κοτυληδόνες αναδύονται από το έδαφος. Η έξοδος των κοτυληδόνων από το έδαφος επιτυγχάνεται με την αύξηση του μήκους του υποκοτυλίου (το τμήμα μεταξύ του ριζιδίου και του σημείου σύνδεσης με τις κοτυληδόνες). Το υποκοτύλιο αρχικά έχει δρεπανοειδή μορφή, ενώ στη συνέχεια καθώς οι κοτυληδόνες με το μικροσκοπικό πτερίδιο μεταξύ αυτών σύρονται πάνω από το επίπεδο του εδάφους μετατρέπεται σε ευθύγραμμο. Στην περίπτωση της υπέργειας βλάστησης οι κοτυληδόνες αποτελούν και τα πρώτα φωτοσυνθετικά όργανα του φυτού. Με την πλήρη ανάπτυξη των πρώτων φύλλων, οι κοτυληδόνες ατροφούν και αποπίπτουν (Εικ.6). Εικ. 6: Επίγεια βλάστηση σπερμάτων: (Phaseolus vulgaris, φασόλι). Οι κοτυληδόνες κατά τη βλάστηση εξέρχονται από την επιφάνεια του εδάφους 10

Πειραματικός μέρος Σκοπός της άσκησης είναι να μελετηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας, του φωτός και του οξυγόνου στη βλαστικότητα των σπόρων διαφόρων φυτών. Το ποσοστό των σπόρων βλαστάνουν κανονικά ονομάζεται βλαστική ικανότητα (τελευταία μέτρηση σε ημέρες), ενώ βλαστική ενέργεια (ευρωστία) ονομάζεται το ποσοστό των σπόρων φύτρωσαν σε δεδομένο, μικρό σχετικά χρονικό διάστημα (πρώτη μέτρηση σε ημέρες). Υλικά και μέσα: Τρυβλία petri, Διηθητικό χαρτί, Σπόροι φυτών. Εκτέλεση άσκησης. Χρησιμοποιούμε 1 τρυβλίο για κάθε μεταχείριση. Καλύπτουμε τον πυθμένα του τρυβλίου με δύο φύλλα διηθητικό χαρτί αφού προηγουμένως το κόψουμε σε κύκλους. Ρίχνουμε νερό έτσι ώστε να διαβραχεί το χαρτί χωρίς να περισσέψει νερό. Τοποθετούμε τους σπόρους ομοιόμορφα πάνω στο βρεγμένο χαρτί (10-20 σπόρους, ανάλογα με το μέγεθος του σπόρου), και στη συνέχεια σκεπάζουμε τα τρυβλία με τα καλύμματά τους. Σημειώνουμε σε κάθε τρυβλίο τα ακόλουθα: Ονοματεπώνυμο σδαστή Το είδος του σπόρου Ημερομηνία σποράς Την μεταχείριση Κάθε 2-3 μέρες γίνεται έλεγχος στους σπόρους, παίρνουμε τις παρατηρήσεις και προσθέτουμε νερό. Καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας και τα συμπεράσματά μας ως προς την κάθε μεταχείριση. 11

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΒΛΑΣΤΗΣΗ ΤΩΝ ΣΠΕΡΜΑΤΩΝ Ημέρες Αριθμός Aριθμός Αριθμός σπόρων Σπόρων Σπόρων 7 ο C 22-25 ο C 35 ο C Σύνολο Συμπεράσματα: o Αναφέρατε το πώς επιδρά η θερμοκρασία στη βλάστηση των σπερμάτων (άριστη θερμοκρασία) του συγκεκριμένου φυτού. o Ποια είναι η βλαστική ικανότητα και η βλαστική ενέργεια του συγκεκριμένου σπόρου στις διάφορες θερμοκρασίες; ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΤΗ ΒΛΑΣΤΗΣΗ ΤΩΝ ΣΠΕΡΜΑΤΩΝ Ημέρες Αρ. σπόρων Aρ. Σπόρων Με Ο 2 Χωρίς Ο 2 Σύνολο Συμπεράσματα: Αναφέρατε πως επιδρά το οξυγόνο στην βλάστηση των σπερμάτων. 12

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΣΤΗ ΒΛΑΣΤΗΣΗ ΤΩΝ ΣΠΕΡΜΑΤΩΝ Ημέρες Αρ. σπόρων Aρ. Σπόρων Με φως Χωρίς φως Σύνολο Συμπεράσματα o Αναφέρατε πως επιδρά το φως στη βλάστηση των σπερμάτων (αδιάφορο, χρειάζονται φως για να βλαστήσουν ή βλαστάνουν μόνο στο σκοτάδι) του συγκεκριμένου φυτού. o Ποια είναι η βλαστική ικανότητα και η βλαστική ενέργεια του συγκεκριμένου σπόρου στο φως και στο σκοτάδι. Βιβλιογραφία Aϊβαλάκης Γ., Καραμρνιώτης Γ. και Φασσέας Κ. (2005) Γενική Βοτανική (Κεφ. 8). Εκδόσεις Έμβρυο. Καράταγλης Σ. (1994). Φυσιολογία φυτών (Κεφ. 1). Εκδόσεις ART OF TEXT. Κυπαρίσης Α. και Λιακόλος Γ. (2005). Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσιολογίας Φυτών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών. Εργαστήριο Βοτανικής. Τσόγκας Μ. και Παπαχατζή Αποστολάτου Μ. 1992. Παραγωγή Πολλαπλασιαστικού Υλικού Ανθοκομίας. Οργανισμός Εκδόσεως Διδακτικών Βιβλίων. Reiss Carol (1994). Experiments in Plant Physiology. Prentice Hall, Inc. 13