معلومة

7: الوحدة 4: النباتات الخالية من البذور - علم الأحياء

7: الوحدة 4: النباتات الخالية من البذور - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

7: الوحدة 4: النباتات الخالية من البذور

ملخص القسم

تُظهر النباتات الوعائية الخالية من البذور العديد من الميزات المهمة للعيش على الأرض: الأنسجة الوعائية والجذور والأوراق. تتكون أنظمة الأوعية الدموية من نسيج الخشب ، الذي ينقل الماء والمعادن ، وأنسجة اللحاء التي تنقل السكريات والبروتينات. مع تطور نظام الأوعية الدموية ، بدا أن الأوراق تعمل كأعضاء كبيرة في التمثيل الضوئي ، وجذور للوصول إلى المياه من الأرض. تسمى الأوراق الصغيرة غير المعقدة بـ microphylls. تسمى الأوراق الكبيرة ذات الأنماط الوريدية الضخمة. تسمى الأوراق المعدلة التي تحمل sporangia sporophylls. يتم ترتيب بعض أنواع السبوروفيل في هياكل مخروطية تسمى ستروبيلي.

سمحت الخصائص الداعمة والموصلية للأنسجة الوعائية بتوليد البوغ من النباتات الوعائية لتصبح مهيمنة بشكل متزايد. تشمل النباتات الوعائية الخالية من البذور الطحالب ، وهي أكثر أنواع السراخس بدائية ، والتي فقدت أوراقها وجذورها عن طريق التطور الاختزالي وذيل الحصان والسراخس. السرخس هي المجموعة الأكثر تقدمًا من النباتات الوعائية الخالية من البذور. تتميز بأوراق كبيرة تسمى السعف وهياكل صغيرة تحتوي على sporangia تسمى sori ، والتي توجد على الجانب السفلي من السعف.

تلعب كل من الطحالب والسراخس دورًا أساسيًا في توازن النظم البيئية. تعد الطحالب من الأنواع الرائدة التي تستعمر البيئات العارية أو المدمرة وتجعل من الممكن حدوث الخلافة. فهي تساهم في إثراء التربة وتوفر المأوى والمغذيات للحيوانات في البيئات المعادية. الطحالب هي مؤشرات بيولوجية مهمة للتلوث البيئي. السرخس مهمة لتوفير الموائل الطبيعية ، ومثبتات التربة ، ونباتات الزينة. كل من الطحالب والسراخس جزء من الممارسة الطبية التقليدية. بالإضافة إلى أغراض الطهي والطبية والزخرفية ، يمكن استخدام الطحالب والسراخس كوقود ، وكانت النباتات القديمة الخالية من البذور مساهمين مهمين في رواسب الوقود الأحفوري التي نستخدمها الآن كمصدر للطاقة.


أنسجة الأوعية الدموية: الزيلم واللحاء

يشكل النسيج الخشبي واللحاء نظام الأوعية الدموية للنباتات لنقل الماء والمواد الأخرى في جميع أنحاء النبات.

أهداف التعلم

وصف وظائف الأنسجة الوعائية النباتية

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • Xylem ينقل ويخزن الماء والمغذيات القابلة للذوبان في الماء في النباتات الوعائية.
  • اللحاء مسؤول عن نقل السكريات والبروتينات والجزيئات العضوية الأخرى في النباتات.
  • النباتات الوعائية قادرة على النمو أعلى من النباتات الأخرى بسبب صلابة خلايا نسيج الخشب ، التي تدعم النبات.

الشروط الاساسية

  • نسيج: نسيج وعائي في نباتات اليابسة مسؤول بشكل أساسي عن توزيع المياه والمعادن التي تمتصها الجذور وكذلك المكون الأساسي للخشب
  • اللحاء: نسيج وعائي في النباتات البرية مسؤول بشكل أساسي عن توزيع السكريات والمغذيات المصنعة في النبات
  • القصبة الهوائية: خلايا مستطيلة في نسيج الخشب من النباتات الوعائية التي تعمل في نقل المياه والأملاح المعدنية

أنسجة الأوعية الدموية: الزيلم واللحاء

تعود الحفريات الأولى التي تظهر وجود أنسجة الأوعية الدموية إلى العصر السيلوري ، منذ حوالي 430 مليون سنة. يُظهر الترتيب الأبسط للخلايا الموصلة نمطًا من نسيج الخشب في المركز محاطًا باللحاء. تشكل أنسجة الخشب واللحاء معًا نظام الأوعية الدموية للنباتات.

الخشب واللحاء: نسيج الخشب واللحاء يشكلان خلايا نقل السيقان. تظهر الأسهم اتجاه نقل الماء والسكر عبر كل نسيج.

Xylem هو النسيج المسؤول عن دعم النبات وكذلك عن التخزين والنقل لمسافات طويلة للمياه والمواد المغذية ، بما في ذلك نقل عوامل النمو القابلة للذوبان في الماء من أعضاء التوليف إلى الأعضاء المستهدفة. يتكون النسيج من عناصر الأوعية الدموية ، والخلايا الموصلة ، والمعروفة باسم القصيبات ، ونسيج حشو داعم يسمى الحمة. يتم ربط هذه الخلايا من طرف إلى طرف لتشكيل أنابيب طويلة. السفن والقصيبات ميتة عند النضج. القصبات الهوائية لها جدران خلوية ثانوية سميكة ومدببة في النهايات. إن الجدران السميكة للقصبات الهوائية هي التي توفر الدعم للنبات وتسمح له بتحقيق ارتفاعات مذهلة. تتمتع النباتات الطويلة بميزة انتقائية من خلال قدرتها على الوصول إلى ضوء الشمس غير المصفى وتشتيت جراثيمها أو بذورها بعيدًا ، وبالتالي توسيع نطاقها. من خلال النمو أعلى من النباتات الأخرى ، تلقي الأشجار الطويلة بظلالها على النباتات الأقصر وتحد من المنافسة على المياه والمغذيات الثمينة في التربة. لا تحتوي القصيبات على فتحات نهائية مثل الأوعية ، لكن نهاياتها تتداخل مع بعضها البعض ، مع وجود أزواج من الحفر. تسمح أزواج الحفرة للماء بالمرور أفقيًا من خلية إلى أخرى.

القصبات الهوائية وعناصر الأوعية: القصبات الهوائية (في الأعلى) وعناصر الأوعية (القاع) هي الخلايا الموصلة للماء لنسيج نسيج الخشب.

نسيج اللحاء مسؤول عن النقل ، وهو نقل المواد العضوية القابلة للذوبان ، مثل السكر. تنتقل المواد عبر عناصر الغربال ، ولكن توجد أيضًا أنواع أخرى من الخلايا: الخلايا المصاحبة ، وخلايا الحمة ، والألياف. لا تحتوي الجدران النهائية ، على عكس أعضاء الأوعية في نسيج الخشب ، على فتحات كبيرة. ومع ذلك ، فإن الجدران النهائية مليئة بالمسام الصغيرة حيث يمتد السيتوبلازم من خلية إلى أخرى. تسمى هذه الوصلات المسامية ألواح الغربال. على الرغم من حقيقة أن السيتوبلازم الخاص بهم يشارك بنشاط في توصيل المواد الغذائية ، فإن أعضاء أنبوب الغربال ليس لديهم نوى عند النضج. يتم التحكم في نشاط الأنابيب الغربالية بواسطة الخلايا المصاحبة من خلال plasmadesmata.


مقياس الوقت الجيولوجي لتطور النبات

من المهم أن نتذكر أن نباتات الأسلاف لديها العديد من الميزات المشتركة مع نباتات الفحم أكثر من تلك الموجودة في النباتات الحديثة. كان من الممكن أن يكونوا انتقاليين بين الطحالب الخضراء والنباتات الموجودة اليوم. كانت البيئة التي شغلوها على الأرجح عرضة لفترات من التجفيف ، بحيث تطورت ببطء ميزات سمحت لهم بالوجود في بيئة أرضية بدلاً من بيئة مائية. موضوع التكيف مع الظروف البيئية ، عن طريق الانتقاء الطبيعي ، مهم للغاية في دراسة تطور النبات.

تعود بقايا النباتات الأحفورية التي تظهر بوضوح ميزات النباتات الحقيقية إلى ما قبل 475 مليون سنة. يوفر سجل الحفريات نوافذ صغيرة إلى الماضي ، ويساعد العلماء في تقريب أشكال الحياة التي كانت موجودة خلال فترة زمنية معينة. نظرًا لأن الأمر قد يستغرق ملايين السنين حتى يتم تأسيس التغييرات التطورية ولأن حدوث التحجر نادر أكثر من الشائع ، يقدر العلماء أن النباتات الأولى بدأت في التطور قبل ظهور أول دليل على النباتات في السجل الأحفوري. في الواقع ، تشير بعض الأدلة إلى أن النباتات الأرضية ظهرت قبل 700 مليون سنة.


26.1 تطور نباتات البذور

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • صِفْ اثنين من الابتكارات الرئيسية التي سمحت لنباتات البذور بالتكاثر في غياب الماء
  • اشرح متى ظهرت البذور لأول مرة ومتى أصبحت عاريات البذور المجموعة النباتية المهيمنة
  • ناقش الغرض من حبوب اللقاح والبذور
  • صف أهمية كاسيات البذور التي تحمل الأزهار والفاكهة

كانت النباتات الأولى التي استعمرت الأرض على الأرجح مرتبطة بأسلاف الطحالب الحديثة (الطحالب) ، والتي يُعتقد أنها ظهرت منذ حوالي 500 مليون سنة. وتبعهم حشيشة الكبد (أيضًا الطحالب) والنباتات الوعائية البدائية - النباتات الزاحفة - التي تنحدر منها السراخس الحديثة. تتميز دورة حياة الطحالب والنباتات الطحلبية بـ تناوب الأجيال، والتي يتم عرضها أيضًا في عاريات البذور و كاسيات البذور. ومع ذلك ، فإن ما يميز نباتات الطحالب والجراثيم بصرف النظر عن عاريات البذور وكاسيات البذور هو مطلبها الإنجابي للمياه. يتطلب إكمال دورة حياة الطحالب والنباتات الطحلبية الماء لأن الطور المشيجي الذكر يطلق الحيوانات المنوية الجلد، والتي يجب أن تسبح للوصول إلى الأمشاج أو البويضة الأنثوية وتخصيبها. بعد الإخصاب ، تخضع البيضة الملقحة للانقسام الخلوي وتنمو إلى أ نيت بوغي ثنائي الصيغة الصبغية، والتي بدورها ستشكل sporangia أو "أوعية بوغ". في sporangia ، تخضع الخلايا الأم للانقسام الاختزالي وتنتج جراثيم أحادية العدد. سيؤدي إطلاق الأبواغ في بيئة مناسبة إلى إنبات وجيل جديد من الطور المشيجي.

في نباتات البذور ، أدى الاتجاه التطوري إلى جيل من الطور البوغي المهيمن مصحوبًا بتخفيض مماثل في حجم الطور المشيجي من بنية واضحة إلى مجموعة مجهرية من الخلايا محاطة بأنسجة الطور البوغي. في حين أن النباتات الوعائية السفلية ، مثل الطحالب والسراخس ، هي في الغالب مثلي (تنتج نوعًا واحدًا فقط من البوغ) ، جميع نباتات البذور ، أو الحيوانات المنوية غير متجانس، وتنتج نوعين من الجراثيم: الجراثيم الضخمة (الإناث) والميكروسبورات (الذكور). تتطور Megaspores إلى نباتات مشيجية أنثوية تنتج البويضات ، وتنضج المجهرية لتصبح نباتات مشيجية ذكورية تولد الحيوانات المنوية. نظرًا لأن المشيجيات تنضج داخل الأبواغ ، فهي ليست حرة العيش ، كما هو الحال بالنسبة للنباتات المشيمية للنباتات الوعائية الأخرى الخالية من البذور.

نباتات عديمة البذور غير متجانسة الأسلاف ، ممثلة بنباتات العصر الحديث مثل الطحالب السنبلة سيلاجينيلا، يُنظر إليهم على أنهم رواد تطوريون لنباتات البذور. في دورة حياة سيلاجينيلا، تتطور الأبواغ الذكرية والأنثوية داخل نفس ستروبيلوس الشبيهة بالساق. في كل ذكور سبورانجيوم ، يتم إنتاج العديد من المجهرية عن طريق الانقسام الاختزالي. كل microspore تنتج صغيرة antheridium الواردة في حالة بوغ. مع تطوره ، يتم إطلاقه من الستروبيلوس ، ويتم إنتاج عدد من الحيوانات المنوية ذات الجلد الذي يترك بعد ذلك حالة البوغ. في أنثى sporangium ، تخضع خلية أم مفردة كبيرة الحجم للانقسام الاختزالي لإنتاج أربعة شظايا ضخمة. تتطور الخلايا المشيمية داخل كل ميغا باس ، تتكون من كتلة من الأنسجة التي ستغذي فيما بعد الجنين وعدد قليل من الأركونيا. قد تظل الأنثى المشيجية داخل بقايا جدار البوغ في megasporangium حتى بعد حدوث الإخصاب ويبدأ الجنين في التطور. هذا المزيج من الخلايا الجنينية والتغذوية يختلف قليلاً عن تنظيم البذرة ، حيث أنها مغذية السويداء في البذرة تتكون من خلية واحدة بدلاً من خلايا متعددة.

يميز كل من البذور وحبوب اللقاح نباتات البذور عن النباتات الوعائية الخالية من البذور. سمحت هذه الهياكل المبتكرة لنباتات البذور بتقليل أو القضاء على اعتمادها على المياه لتخصيب الأمشاج وتطور الجنين ، وغزو الأراضي الجافة. حبوب اللقاح هي نبات مشيجي ذكر يحتوي على الحيوانات المنوية (الأمشاج) للنبات. أحادي العدد الصغير (1ن) يتم تغليف الخلايا بطبقة واقية تمنع الجفاف (الجفاف) والأضرار الميكانيكية. يمكن أن تنتقل حبوب اللقاح بعيدًا عن البوغة الأصلية ، وتنشر جينات النبات. توفر البذور حماية الجنين وتغذيته وآلية للحفاظ على السكون لعشرات أو حتى آلاف السنين ، مما يضمن حدوث الإنبات عندما تكون ظروف النمو مثالية. لذلك تسمح البذور للنباتات بتفريق الجيل التالي عبر المكان والزمان. مع هذه المزايا التطورية ، أصبحت نباتات البذور أكثر مجموعات النباتات نجاحًا وشهرة.

وسّع كلا التكييفين استعمار الأرض الذي بدأه الطحالب وأسلافهم. تضع الأحافير نباتات البذور الأولى المتميزة منذ حوالي 350 مليون سنة. يرجع أول سجل موثوق لعاريات البذور ظهورها إلى فترة بنسلفانيا ، منذ حوالي 319 مليون سنة (الشكل 26.2). سبقت عاريات البذور progymnosperms ، وهي أول نباتات بذرة عارية ، نشأت منذ حوالي 380 مليون سنة. Progymnosperms كانت مجموعة انتقالية من النباتات التي تشبه ظاهريًا الصنوبريات (حاملات المخروط) لأنها أنتجت الخشب من النمو الثانوي للأنسجة الوعائية ، ومع ذلك ، فإنها لا تزال تتكاثر مثل السرخس ، وتطلق الأبواغ في البيئة. على الأقل كانت بعض الأنواع غير متجانسة. Progymnosperms ، مثل المنقرضة أركيوبتريس (لا ينبغي الخلط بينه وبين الطائر القديم الأركيوبتركس) ، سيطر على غابات أواخر العصر الديفوني. ومع ذلك ، في وقت مبكر (العصر الترياسي ، ج. 240 MYA) والوسطى (Jurassic ، c. 205 MYA) ، كانت المناظر الطبيعية تهيمن عليها عاريات البذور الحقيقية. تجاوزت كاسيات البذور عاريات البذور بحلول منتصف العصر الطباشيري (حوالي 100 سنة مضت) في أواخر عصر الدهر الوسيط ، وهي اليوم المجموعة النباتية الأكثر وفرة وتنوعًا بيولوجيًا في معظم المناطق الأحيائية الأرضية.

تطور عاريات البذور

النبات الأحفوري Elkinsia polymorpha، "سرخس البذور" من العصر الديفوني - منذ حوالي 400 مليون سنة - يعتبر أقدم نبات بذرة معروف حتى الآن. أنتجت سرخس البذور (الشكل 26.3) بذورها على طول فروعها ، في هياكل تسمى القُبيبات التي تحيط بالبويضة وتحميها - الطور المشيجي الأنثوي والأنسجة المرتبطة به - والتي تتطور إلى بذرة عند الإخصاب. أصبحت نباتات البذور التي تشبه سرخس الأشجار الحديثة أكثر عددًا وتنوعًا في مستنقعات الفحم في العصر الكربوني.

تشير السجلات الأحفورية إلى أن أول عاريات البذور (progymnosperms) نشأت على الأرجح في عصر الباليوزويك ، خلال الفترة الديفونية الوسطى: منذ حوالي 390 مليون سنة. كانت الفترتان السابقتان في ميسيسيبي وبنسلفانيا رطبة وتهيمن عليها أشجار السرخس العملاقة. لكن فترة العصر البرمي التالية كانت جافة ، مما أعطى ميزة تكاثرية لنباتات البذور ، والتي تتكيف بشكل أفضل مع نوبات الجفاف. Ginkgoales ، وهي مجموعة من عاريات البذور مع نوع واحد فقط على قيد الحياة هو الجنكة بيلوبا-كانت أول عاريات البذور التي ظهرت خلال العصر الجوراسي السفلي. توسعت عاريات البذور في حقبة الدهر الوسيط (منذ حوالي 240 مليون سنة) ، لتحل محل السرخس في المناظر الطبيعية ، ووصلت إلى أكبر تنوع لها خلال هذا الوقت. كان العصر الجوراسي هو عصر السيكاسيات (عاريات البذور الشبيهة بأشجار النخيل) مثل عصر الديناصورات. كما انتشرت الجنكة والصنوبريات الأكثر شيوعًا في المناظر الطبيعية. على الرغم من أن كاسيات البذور (النباتات المزهرة) هي الشكل الرئيسي للحياة النباتية في معظم المناطق الأحيائية ، إلا أن عاريات البذور لا تزال تهيمن على بعض النظم البيئية ، مثل التايغا (الغابات الشمالية) وغابات جبال الألب في المرتفعات الجبلية العالية (الشكل 26.4) بسبب تكيفها مع البرد و ظروف النمو الجاف.

البذور وحبوب اللقاح كتكيف تطوري للأرض الجافة

جراثيم الطحالب والسرخس هي خلايا أحادية الصيغة الصبغية تعتمد على الرطوبة من أجل التطور السريع للنباتات المشيمية متعددة الخلايا. في نباتات البذور ، تتكون الطور المشيجي الأنثوي من عدد قليل من الخلايا: البويضة وبعض الخلايا الداعمة ، بما في ذلك الخلية المنتجة للسويداء التي ستدعم نمو الجنين. بعد إخصاب البويضة ، تنتج البيضة الملقحة ثنائية الصبغة جنينًا ينمو في البوغة عندما تنبت البذرة. يمنح تخزين الأنسجة للحفاظ على نمو الجنين والطبقة الواقية البذور ميزة تطورية فائقة. تمنع طبقات عديدة من الأنسجة المتصلبة الجفاف ، وتحرر الجنين من الحاجة إلى إمداد مستمر بالمياه. علاوة على ذلك ، تظل البذور في حالة سكون بسبب الجفاف والهرمون حمض الأبسيسيك- حتى تصبح ظروف النمو مواتية. سواء كانت تهب بفعل الرياح ، أو تطفو على الماء ، أو تحملها الحيوانات ، فإن البذور مبعثرة في نطاق جغرافي موسع ، وبالتالي تجنب المنافسة مع النبات الأم.

حبوب اللقاح (الشكل 26.5) عبارة عن نباتات مشيمية ذكورية تحتوي على عدد قليل من الخلايا ويتم توزيعها عن طريق الرياح أو الماء أو ملقح حيواني. الهيكل بأكمله محمي من الجفاف ويمكن أن يصل إلى الأعضاء الأنثوية دون الاعتماد على الماء. بعد الوصول إلى الطور المشيجي الأنثوي ، تقوم حبوب اللقاح بتنمية أنبوب يقوم بإيصال نواة ذكر إلى خلية البويضة. الحيوانات المنوية لعاريات البذور الحديثة وجميع كاسيات البذور تفتقر إلى الأسواط ، ولكن في السيكاسيات ، الجنكة، وغيرها من عاريات البذور البدائية ، لا تزال الحيوانات المنوية متحركة ، وتستخدم الأسواط لتسبح إلى الأمشاج الأنثوي ، ومع ذلك ، يتم توصيلها إلى الطور المشيجي الأنثوي المغلف بحبوب حبوب اللقاح. ينمو حبوب اللقاح أو يتم نقلها إلى غرفة الإخصاب ، حيث يتم إطلاق الحيوانات المنوية المتحركة وتسبح لمسافة قصيرة إلى البويضة.

تطور كاسيات البذور

ما يقرب من 200 مليون سنة بين ظهور عاريات البذور والنباتات المزهرة تعطينا بعض التقدير للتجارب التطورية التي أنتجت الزهور والفاكهة في النهاية. تنتج كاسيات البذور ("بذرة في وعاء") زهرة تحتوي على بنى تناسلية ذكورية و / أو أنثوية. تشير الأدلة الأحفورية (الشكل 26.6) إلى أن النباتات المزهرة ظهرت لأول مرة منذ حوالي 125 مليون سنة في العصر الطباشيري السفلي (أواخر حقبة الدهر الوسيط) ، وكانت تتنوع بسرعة بنحو 100 مليون سنة مضت في العصر الطباشيري الأوسط. الآثار المبكرة من كاسيات البذور نادرة. تم إرجاع حبوب اللقاح المتحجرة المستخرجة من المواد الجيولوجية الجوراسية إلى كاسيات البذور. تظهر بعض الصخور الطباشيرية المبكرة بصمات واضحة لأوراق تشبه أوراق كاسيات البذور. بحلول منتصف العصر الطباشيري ، حشد عدد مذهل من النباتات المزهرة المتنوعة السجل الأحفوري. تتميز نفس الفترة الجيولوجية أيضًا بظهور العديد من المجموعات الحديثة من الحشرات ، مما يشير إلى أن الحشرات الملقحة لعبت دورًا رئيسيًا في تطور النباتات المزهرة.

ألقت البيانات الجديدة في علم الجينوم المقارن وعلم النباتات القديمة (دراسة النباتات القديمة) بعض الضوء على تطور كاسيات البذور. على الرغم من ظهور كاسيات البذور بعد عاريات البذور ، فمن المحتمل أنها ليست مشتقة من أسلاف عاريات البذور. وبدلاً من ذلك ، تشكل كاسيات البذور كليدًا أختًا (نوعًا وأسلافه) تطور بالتوازي مع عاريات البذور. يمثل الهيكلان المبتكران للزهور والفاكهة استراتيجية إنجابية محسنة تعمل على حماية الجنين ، مع زيادة التباين الجيني والمدى. لا يوجد إجماع حالي على أصل كاسيات البذور. يناقش علماء النباتات القديمة ما إذا كانت كاسيات البذور قد تطورت من شجيرات خشبية صغيرة ، أو كانت مرتبطة بأسلاف الأعشاب الاستوائية. كلا الرأيين يستمدان الدعم من الكلاديسيات ، وما يسمى بالخشب فرضية ماغنوليا- التي تقترح أن أسلاف كاسيات البذور الأوائل كانت شجيرات مثل ماغنوليا الحديثة - تقدم أيضًا أدلة بيولوجية جزيئية.

تعتبر كاسيات البذور الحية الأكثر بدائية Amborella trichopoda، نبات صغير موطنه الغابات المطيرة في كاليدونيا الجديدة ، وهي جزيرة في جنوب المحيط الهادئ. تحليل جينوم A. trichopoda أظهر أنه مرتبط بجميع النباتات المزهرة الموجودة وينتمي إلى أقدم فرع مؤكد من شجرة عائلة كاسيات البذور. يُظهر الجينوم النووي دليلًا على ازدواجية الجينوم القديم بالكامل. جينوم الميتوكوندريا كبير ومتعدد الصبغيات ، ويحتوي على عناصر من جينومات الميتوكوندريا للعديد من الأنواع الأخرى ، بما في ذلك الطحالب والطحالب. يُنظر إلى عدد قليل من مجموعات كاسيات البذور الأخرى ، التي تسمى كاسيات البذور القاعدية ، على أنها تتمتع بصفات أسلافية لأنها تشعبت مبكرًا من شجرة النشوء والتطور. تُصنف معظم كاسيات البذور الحديثة على أنها إما أحادية النواة أو ذوات ذوات مائية ، بناءً على بنية أوراقها وأجنةها. تعتبر كاسيات البذور القاعدية ، مثل زنابق الماء ، أكثر أسلافًا في الطبيعة لأنها تشترك في الصفات المورفولوجية مع كل من الأحاديات و eudicots.

الزهور والفواكه كتكيف تطوري

تنتج كاسيات البذور أمشاجها في أعضاء منفصلة ، والتي توجد عادة في زهرة. يحدث كل من الإخصاب وتطور الجنين داخل بنية تشريحية توفر نظامًا مستقرًا للتكاثر الجنسي محميًا إلى حد كبير من التقلبات البيئية. مع وجود حوالي 300000 نوع ، تعد النباتات المزهرة أكثر الفئات تنوعًا على وجه الأرض بعد الحشرات ، والتي يبلغ عددها حوالي 1200000 نوع. تأتي الأزهار في مجموعة محيرة من الأحجام والأشكال والألوان والروائح والتنسيقات. تحتوي معظم الأزهار على مُلقِح متبادل ، مع السمات المميزة للزهور التي تعكس طبيعة عامل التلقيح. تعتبر العلاقة بين خصائص الملقحات والزهرة من أعظم الأمثلة على التطور المشترك.

بعد إخصاب البويضة ، تنمو البويضة لتصبح بذرة. تتكاثف الأنسجة المحيطة بالمبيض ، وتتطور إلى ثمرة تحمي البذور وغالبًا ما تضمن انتشارها على نطاق جغرافي واسع. لا تنمو جميع الثمار تمامًا من المبيض مثل "الثمار الزائفة" أو pseudocarps تتطور من الأنسجة المجاورة للمبيض. مثل الزهور ، يمكن أن تختلف الفاكهة بشكل كبير في المظهر والحجم والرائحة والطعم. الطماطم والفلفل الأخضر والذرة والأفوكادو كلها أمثلة على الفواكه. إلى جانب حبوب اللقاح والبذور ، تعمل الثمار أيضًا كعوامل تشتت. قد تحمل الريح البعض. يجذب الكثيرون الحيوانات التي ستأكل الفاكهة وتمرر البذور عبر أجهزتها الهضمية ، ثم تودع البذور في مكان آخر. تُغطى صغار الحيوانات بأشواك معقوفة صلبة يمكن ربطها بالفراء (أو الملابس) وتوصيل الحيوانات لمسافات طويلة. ألهمت صغار القواقع التي تشبثت بالسراويل المخملية للمتنزه السويسري المغامر ، جورج دي ميسترال ، اختراعه للحلقة وخطاف التثبيت الذي أطلق عليه اسم Velcro.

اتصال التطور

بناء أشجار النشوء والتطور مع تحليل محاذاة تسلسل الحمض النووي

تعرض جميع الكائنات الحية أنماطًا من العلاقات المستمدة من تاريخها التطوري. علم التطور هو العلم الذي يصف الروابط النسبية بين الكائنات الحية ، من حيث الأجداد والأنواع المتحدرة. الأشجار التطورية ، مثل التاريخ التطوري للنبات الموضح في الشكل 26.7 ، هي مخططات متفرعة تشبه الأشجار تصور هذه العلاقات. تم العثور على الأنواع في أطراف الفروع. كل نقطة تفرع ، تسمى عقدة ، هي النقطة التي تنقسم عندها مجموعة تصنيفية واحدة (تصنيف) ، مثل النوع ، إلى نوعين أو أكثر.

تم بناء أشجار النشوء والتطور لوصف العلاقات بين الأنواع منذ الرسم الأول للشجرة التي ظهرت في داروين. أصل الأنواع. تتضمن الطرق التقليدية مقارنة الهياكل التشريحية المتماثلة والتطور الجنيني ، بافتراض أن الكائنات الحية وثيقة الصلة تشترك في السمات التشريحية التي تظهر أثناء نمو الجنين. بعض السمات التي تختفي عند البالغين موجودة في الجنين على سبيل المثال ، لدى الجنين البشري المبكر ذيل ما بعد الشرج ، كما هو الحال مع جميع أعضاء Phylum Chordata. توضح دراسة السجلات الأحفورية المراحل الوسيطة التي تربط شكل الأجداد بأحفاده. ومع ذلك ، فإن العديد من مناهج التصنيف القائمة على السجل الأحفوري وحده غير دقيقة وتفسح المجال لتفسيرات متعددة. نظرًا لأن أدوات البيولوجيا الجزيئية والتحليل الحسابي قد تم تطويرها وإتقانها في السنوات الأخيرة ، فقد تبلور جيل جديد من أساليب بناء الأشجار. الافتراض الأساسي هو أن الجينات للبروتينات الأساسية أو هياكل الحمض النووي الريبي ، مثل الحمض النووي الريبي الريباسي ، يتم حفظها بطبيعتها لأن الطفرات (التغييرات في تسلسل الحمض النووي) يمكن أن تعرض بقاء الكائن الحي للخطر. يمكن تضخيم الحمض النووي من عينات دقيقة من الكائنات الحية أو الأحافير تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) والمتسلسلة ، تستهدف مناطق الجينوم التي من المرجح أن يتم حفظها بين الأنواع. كثيرًا ما يتم اختيار الجينات التي تشفر الحمض النووي الريبي 18S من الوحدة الفرعية الصغيرة وجينات البلاستيد لتحليل محاذاة الحمض النووي.

بمجرد الحصول على تسلسل الاهتمام ، تتم مقارنتها بالتسلسلات الموجودة في قواعد البيانات مثل GenBank ، والتي يتم الاحتفاظ بها من قبل المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. يتوفر عدد من الأدوات الحسابية لمحاذاة التسلسلات وتحليلها. تحدد برامج تحليل الكمبيوتر المتطورة النسبة المئوية لهوية التسلسل أو التماثل. يمكن استخدام تماثل التسلسل لتقدير المسافة التطورية بين تسلسلين من الحمض النووي وتعكس الوقت المنقضي منذ انفصال الجينات عن سلف مشترك. أحدث التحليل الجزيئي ثورة في أشجار النشوء والتطور. في بعض الحالات ، تم تأكيد النتائج السابقة من الدراسات المورفولوجية: على سبيل المثال ، التأكيد Amborella trichopoda كأكثر أنواع كاسيات البذور بدائية معروفة. ومع ذلك ، فقد تم إعادة ترتيب بعض المجموعات والعلاقات نتيجة لتحليل الحمض النووي.


BIOL 1122 UNIT 4 رقم تعيين DF 13

آخر نبات أود التحدث عنه هو نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور. ستكون النباتات الوعائية الخالية من البذور عبارة عن نباتات تحتوي على أنسجة وعائية وتتكاثر وتنتشر عبر الأبواغ ، ولكن لا تتفتح أو تزرع بأي صفة. تعتبر نباتات الأوعية الدموية أو القصبة الهوائية التجمع السائد والأكثر وضوحًا للنباتات البرية ، والتي تحتوي أيضًا على الأنسجة التي تنقل الماء والمواد المختلفة عبر النبات. من خلال إلقاء نظرة على ذلك ، يتحدث أكثر من 260.000 نوع من القصبات الهوائية إلى أكثر من 90 ٪ من الغطاء النباتي في العالم. في بعض الفترات ، كان للنباتات أنسجة وعائية متطورة ، حول الأوراق المميزة وأطر الجذور. من خلال إلقاء نظرة على النقاط المحورية ، توسعت النباتات في الطول والحجم ، وكان لديها خيار الانتشار في جميع المناطق.

ستكون النباتات الوعائية الخالية من البذور عبارة عن نباتات تحتوي على أنسجة وعائية وتتكاثر وتنتشر عبر الأبواغ ، ولكن لا تتفتح أو تزرع بأي صفة. تعتبر نباتات الأوعية الدموية أو القصبة الهوائية التجمع السائد والأكثر وضوحًا للنباتات البرية ، والتي تحتوي أيضًا على الأنسجة التي تنقل الماء والمواد المختلفة عبر النبات. بالنظر إلى ذلك ، هناك أكثر من 260.000 نوع من القصبات الهوائية تتحدث عن أكثر من 90٪ من الغطاء النباتي في العالم. في بعض الفترات ، كان للنباتات أنسجة وعائية متطورة ، حول الأوراق المميزة وأطر الجذور. من خلال إلقاء نظرة على النقاط المحورية ، توسعت النباتات في الطول والحجم ، وكان لديها خيار الانتشار في جميع المناطق.

تمنح النباتات الوعائية الخالية من البذور حقًا العديد من المزايا للحياة في البيئات ، بما في ذلك الطعام والمنزل الآمن والوقود والأدوية للناس. يمكن التحقق من أن النباتات الخالية من البذور تلعب دورًا أساسيًا في حياة الإنسان من خلال طرق استخدام الأجهزة والطب والطاقة. تُستخدم المساحات الخضراء الخثية المجففة عادةً كوقود في قطع فردية من أوروبا ، وتعتبر من الأصول المستدامة. يتم تطوير أراضي Sphagnum المنخفضة باستخدام تحوطات التوت البري والتوت. قدرة الطحالب على الاحتفاظ بالرطوبة تجعل المساحات الخضراء مكيفًا نموذجيًا للتربة. يستخدم متخصصو الزهور مربعات الطحالب في أماكن أخرى للحفاظ على الرطوبة لتخطيطات الزينة.


مناقشة

التطورات الحالية في تقنيات التربية الجديدة مثل تحرير الجينوم متاحة الآن أيضًا في نباتات المحاصيل. هنا ، قمنا بتطوير تحرير الجينوم عالي الكفاءة باستخدام نظام CRISPR / Cas9 في الطماطم ، مما يدل لأول مرة على جدوى تقنية التربية القائمة على تحرير الجينوم لإنتاج نباتات طماطم بارثينوكاربية عن طريق تعطيل SlIAA9 الجين. وانغ وآخرون. 8 ذكرت أن SlIAA9 يتم التعبير عن الجين في جميع أنحاء تطور نمو الأوراق والفاكهة (الشكل التكميلي 8) وهذا التقليل من تنظيم IAA9 تسبب الجين الذي يستخدم الحمض النووي الريبي المضاد للاندماج في حدوث بارثينوكاربي ، مما دفعهم إلى اقتراح أن بروتين IAA9 يمنع نمو المبيض قبل التلقيح في الطماطم البرية. في هذه الدراسة ، قمنا بتحسين نظام CRISPR / Cas9 في الطماطم من حيث المروجين المستخدمة لتعبير جرنا و Cas9 ، وعدد NLS في Cas9 ، وطول تسلسل هدف جرنا ، وأنشأنا مجموعة من أشرطة التعبير التي تنتج كفاءة عالية الطفرات الموجهة للموقع على الهدف المحدد في كل من طماطم نموذجية والصنف التجاري Ailsa Craig (الشكلان 1 و 3). أظهر عملنا أن العديد من التحسينات لأشرطة الكاسيت القاعدية في CRISPR / Cas9 عززت كفاءة الطفرات في كلا صنفي الطماطم بشكل كبير. في حين أنه من الصعب إسناد التحسين إلى عناصر محددة أو متعددة في المتجهات من بياناتنا الحالية ، يمكن أن يُعزى التحسين إلى المتجهات الجديدة ككل. تشير نتائجنا إلى أن نظام CRISPR / Cas9 هو بالفعل أحد أقوى الأدوات المتاحة لتحرير الجينات حتى الآن ، مع وجود المزيد من الاحتمالات لمزيد من التحسينات في هذا النظام الفعال.

في النباتات المعدلة وراثيًا التي تم تجديدها من الكالس الذي تم تكاثره على أقراص الأوراق المستأصلة ، يجب الحفاظ على كل من تعبير gRNA و Cas9 عند مستويات عالية أثناء تكوين الكالس وانتشاره لضمان حدوث طفرات فعالة. تمت دراسة التأثيرات غير المستهدفة لنظام CRISPR / Cas9 على نطاق واسع ، ووجد أن تحمل gRNA لعدم التطابق المتعدد داخل تسلسل protospacer تسبب أيضًا في DSBs في بعض التسلسلات الجينومية غير المستهدفة 30،31،32،33 . التجديد والتكاثر الدقيق تقنيات مهمة لتربية بعض المحاصيل المفيدة ، مثل أنواع الأشجار التي يصعب إنتاج بذورها. في مثل هذه الحالات ، يعد التكرار المرتفع للتأثيرات غير المستهدفة على المستوى الجسدي الذي من شأنه أن يتسبب في حدوث طفرات غير مرغوبة في النباتات المجددة أحد المخاطر العالية أثناء توليد نباتات فردية مع طفرات مستحثة حديثًا على الهدف. لذلك ، فإن الحد من الآثار غير المستهدفة أمر مرغوب فيه للغاية ، خاصة في أنواع المحاصيل. في هذه الدراسة ، قمنا بتصميم gRNAs محددة للغاية تهدف إلى تجنب الآثار غير المستهدفة ، وكانت إحدى هذه الإستراتيجيات هي استخدام أهداف جرنا (tru-gRNA) المقطوعة مع متواليات مستهدفة من 17 إلى 18 ب. تم استخدام tru-gRNAs في خلايا الثدييات وخلايا نبات الأرابيدوبسيس ، وقد ثبت بالفعل أنها تقلل من مخاطر الآثار غير المستهدفة 26. في الطماطم ، لدينا استهداف tru-gRNA SlIAA9 أدخلت الطفرات على الهدف بكفاءة مع عدم وجود أهداف بعيدة كما يتم الحكم عليها من خلال تحليل تسلسل amplicon (الشكل 2). ومن المثير للاهتمام أن التسلسل المستهدف 20 ب gRNA2 في SlIAA9 أدى أيضًا إلى طفرة عالية على الهدف مع عدم وجود تأثيرات خارج الهدف ، مما يشير إلى أننا اخترنا جرنا عالي الجودة. مزيد من تطبيق في السيليكو ستواصل الأدوات ، مثل حاسبة النتيجة المستهدفة 26،28 ، وتحسينات النواقل ، المساهمة في تطوير أنظمة فعالة لتحرير الجينوم دون حدوث طفرات خارج الهدف في مختلف أنواع المحاصيل المفيدة.

لقد حصلنا على طفرات ثنائية الأليلات ومتماثلة اللواقح في نباتات T0 المجددة لـ Micro-Tom وكذلك في أفضل صنف Ailsa Craig. باستخدام هذا النظام ، تم إنشاء نباتات T0 ذات الأنماط الظاهرية المرغوبة وطفرة 100٪ في الجين المستهدف في الأصناف العامة بكفاءة عالية (الشكل 2). تم العثور على طفرات الفسيفساء أيضًا في هذه الأصناف ، ومع ذلك ، فقد أظهرت العديد من السلالات ما يقرب من 100 ٪ متواليات مستهدفة متحولة على المستوى الجسدي (الشكل 2) في نباتات متحولة فردية ذات أنماط ظاهرية قوية ، حيث لم يتم إنشاء جزيئات بروتين IAA9 طبيعية في المسوخات المنقطعة. . ال SlIAA9 عرضت طماطم CRISPR / Cas9 الضربة القاضية الأنماط الظاهرية النموذجية للبارثينوكاربي ، والتي تعالج الإثمار دون إخصاب وتؤدي إلى ثمار بدون بذور. في شريحة SlIAA9-crispr، تم إنتاج ثمار الطماطم الخالية من البذور ، ومع ذلك ، في حالات قليلة جدًا ، طورت أعداد صغيرة من الثمار المخصبة عددًا قليلاً من البذور ، والتي نمت مع ظهور أنماط ظاهرية للطفرة الوراثية (الشكل التكميلي 6). في الأنسجة الخضرية ، شريحة SlIAA9-crispr عرضت النمط الظاهري للأوراق النموذجية للآخر SlIAA9 الطفرات الناتجة عن الطفرات الكيميائية أو الفيزيائية أو التي يسببها الحمض النووي الريبي 8. هذه الأنماط غير الطبيعية للأوراق لا تؤثر سلبًا على نمو النبات. التطورات الجديدة في أنظمة توصيل CRISPR-Cas9 في الخلايا النباتية 34،35 باستخدام نظامنا الفعال ستعمل أيضًا على تعزيز التطبيق الإضافي للبارثينوكاربي والسمات المهمة الأخرى ، مثل تحمل الإجهاد ، في مختلف المحاصيل المفيدة في المستقبل.


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يُرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


مقدمة

تلعب النباتات دورًا أساسيًا في جميع جوانب الحياة على هذا الكوكب ، وتشكيل التضاريس المادية ، والتأثير على المناخ ، والحفاظ على الحياة كما نعرفها. منذ آلاف السنين ، اعتمدت المجتمعات البشرية على النباتات للتغذية والمركبات الطبية ، وبالنسبة للعديد من المنتجات الثانوية الصناعية ، مثل الأخشاب والورق والأصباغ والمنسوجات. يوفر النخيل المواد بما في ذلك الروطان والزيوت والتمور. يزرع القمح لإطعام كل من البشر والحيوانات. يتم حصاد زهرة لوز القطن وتحويل أليافها إلى ملابس أو لب الورق. تقدر قيمة خشخاش الأفيون المبهرج كزهرة زينة وكمصدر للمركبات الأفيونية القوية.

Current evolutionary thought holds that all plants are monophyletic: that is, descendants of a single common ancestor. The evolutionary transition from water to land imposed severe constraints on the ancestors of contemporary plants. Plants had to evolve strategies to avoid drying out, to disperse reproductive cells in air, for structural support, and to filter sunlight. While seed plants developed adaptations that allowed them to populate even the most arid habitats on Earth, full independence from water did not happen in all plants, and most seedless plants still require a moist environment.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: سامانثا فاولر ، ريبيكا روش ، جيمس وايز
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: مفاهيم علم الأحياء
    • تاريخ النشر: 25 أبريل 2013
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/14-introduction

    © 12 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    A Level AQA Notes

    A Level Biology revision notes made for the AQA exam boards. This covers all the topics and modules for all specifications including 2410, 7401, 7402.

    Topics that are covered include: 3.1 – Biological Molecules 3.2 – Cells 3.3 – Organisms Exchange Substances with their Environment 3.4 – Genetic Information, Variation and Relationships Between Organisms 3.5 – Energy Transfers In and Between Organisms 3.6 – Organisms Respond to Changes in their Internal and External Environments 3.7 – Genetics, Populations, Evolution and Ecosystems and 3.8 – The Control of Gene Expression.

    3.1 – Biological Molecules Revision Notes:

    3.2 – Cells Revision Notes:

    3.3 – Organisms Exchange Substances with their Environment Revision Notes:

    3.4 – Genetic Information, Variation and Relationships Between Organisms Revision Notes:

    3.5 – Energy Transfers In and Between Organisms Revision Notes:

    3.6 – Organisms Respond to Changes in their Internal and External Environments Revision Notes:

    3.7 – Genetics, Populations, Evolution and Ecosystems Revision Notes:

    3.8 – The Control of Gene Expression Revision Notes:


    شاهد الفيديو: الخلايا النباتية (ديسمبر 2022).