Planten

Bouw, groei en regeling van planten

Een plant verbindt opname, fotosynthese, transport en groei. Wortels nemen water en mineralen op; bladeren bieden veel oppervlak voor lichtopvang; de stengel draagt het geheel en bevat vaatbundels. Wortelharen vergroten het contact met de bodem. Houtvaten vervoeren water en mineralen, terwijl bastvaten stoffen zoals sacharose van bron naar bestemming verplaatsen.

Groei vindt onder meer plaats in meristemen, waar cellen kunnen blijven delen. Na deling kunnen cellen strekken en differentiëren. Nieuwe weefsels hebben zo verschillende bouw en functies. Secundaire groei kan bij houtige planten de dikte vergroten.

Planten reageren op hun omgeving via signalen en veranderingen in groei of fysiologie. Bij fototropie verandert de groeirichting onder invloed van licht. Auxine kan de celstrekking beïnvloeden; het effect hangt onder meer af van orgaan en concentratie. Een reactie is dus niet simpelweg bewust bewegen naar een doel.

Huidmondjes verbinden gaswisseling met waterverlies. Bij droogte kan sluiting het waterverlies beperken, maar ook de opname van koolstofdioxide remmen. In een kas moet een teler daarom water, temperatuur, licht en koolstofdioxide in samenhang beoordelen. Méér van één factor geeft geen extra groei als een andere factor beperkend is.

Fotosynthese maakt autotroof

Een plant hoeft geen organische stof te eten: hij maakt hem zelf. Met koolstofassimilatie bouwt hij uit koolstofdioxide en water glucose, met licht als energiebron en zuurstof als bijproduct.

Dat is wat een organisme autotroof maakt, en het is de reden dat producenten aan het begin van elke voedselketen staan. Veel ecosystemen krijgen hun energie op deze manier binnen. Er bestaan ook ecosystemen waarvan de producenten energie uit chemische reacties halen.

Voorwaarden voor fotosynthese

Fotosynthese heeft licht, koolstofdioxide, water en een geschikte temperatuur nodig, plus chlorofyl om het licht op te vangen.

Ontbreekt er één, dan stopt het proces — hoe ruim de rest ook aanwezig is. Dat is het principe van de beperkende factor: de snelheid wordt bepaald door datgene waar op dat moment het meeste tekort aan is. In een kas is dat vaak koolstofdioxide, en daarom wordt dat er bijgedoseerd.

Waarom fotosynthese de basis is

De glucose uit de fotosynthese is het startpunt voor al het andere. In de voortgezette assimilatie wordt hij omgebouwd tot zetmeel, cellulose, vetten en eiwitten — het materiaal waar de plant zelf uit bestaat.

En hij is de brandstof voor de dissimilatie, waarmee de plant zijn eigen energie levert. Een plant ademt dus gewoon, dag en nacht; bij voldoende licht kan de fotosynthese de dissimilatie overtreffen, zodat er netto zuurstof wordt afgegeven. Bij weinig licht hoeft dat niet zo te zijn.

Vormen van transport

Een cel is geen zeef. Wat er in en uit gaat, hangt af van het molecuul en van de route die ervoor bestaat.

Passief transport gaat met het concentratieverschil mee en kost geen energie: diffusie voor kleine ongeladen moleculen zoals zuurstof, osmose voor water. Actief transport gaat er juist tegenin, met een pomp-eiwit en ten koste van ATP — zo blijven de ionenconcentraties binnen en buiten verschillend.

Grote deeltjes passen door geen enkel eiwit. Die gaan met endocytose naar binnen, doordat het membraan zich eromheen plooit, en met exocytose naar buiten, doordat een blaasje met het membraan versmelt.

Membraan en molecuul

Het celmembraan is een dubbele laag fosfolipiden: wateraantrekkende koppen naar buiten, waterafstotende staarten naar binnen. Die bouw bepaalt wie er zomaar doorheen komt.

Vetoplosbare, apolaire moleculen glijden er dwars doorheen. Ionen en grote polaire moleculen passeren de vetlaag niet gemakkelijk. Kleine polaire moleculen zoals water kunnen beperkt rechtstreeks passeren; water gaat vaak vooral via aquaporinen. Voor die stoffen zijn er eiwitten in het membraan die als kanaal of als pomp dienstdoen. Dat is meteen de reden dat de cel controle heeft over wat er binnenkomt.

Osmose bij plant en dier

Dezelfde osmose pakt bij een plantencel anders uit dan bij een dierlijke cel, en dat komt door de celwand.

In een hypotonische omgeving neemt een plantencel water op tot de celwand tegendruk geeft: turgor. Dat is wat een kruidachtige plant rechtop houdt. Een dierlijke cel heeft die wand niet en kan in dezelfde omgeving knappen.

In een hypertonische omgeving verliest de plantencel water en trekt het membraan met de inhoud los van de wand — plasmolyse. De dierlijke cel schrompelt gewoon ineen.

Waarom binnen anders is dan buiten

Het celmembraan is selectief permeabel: het laat de ene stof door en de andere niet. Daardoor kan de samenstelling binnen blijvend verschillen van die buiten — zonder dat verschil is er geen leven.

Om te vergelijken gebruik je de osmotische waarde. Een oplossing is isotonisch, hypotonisch of hypertonisch ten opzichte van een andere, en bij gelijke druk gaat water netto door een semipermeabel membraan naar de kant met de hoogste osmotische waarde. Druk kan deze stroom tegenwerken, zoals turgor in een plantencel. Algemeen stroomt water van hogere naar lagere waterpotentiaal, waarin zowel opgeloste stoffen als druk meetellen. De osmotische druk is de druk die je zou moeten uitoefenen om die stroom tegen te houden.

Transport in de plant

Een plant heeft twee transportstelsels met verschillende stoffen en aandrijvende processen.

De houtvaten voeren water met opgeloste zouten omhoog, van wortel naar blad: de anorganische sapstroom. Het begint bij de wortelharen, die het opnameoppervlak enorm vergroten. Worteldruk duwt van onderaf, maar de grootste kracht komt van boven: verdamping via de huidmondjes trekt de waterkolom omhoog. Dat lukt doordat watermoleculen elkaar vasthouden (cohesiekracht) en aan de vaatwand plakken (adhesiekracht), zodat de kolom niet afbreekt.

De bastvaten vervoeren assimilaten, vooral suikers, van een bron naar een bestemming waar zij worden gebruikt of opgeslagen. Een bron kan een fotosynthetiserend blad of een reserveorgaan zijn. Bestemmingen zijn bijvoorbeeld groeiende scheuten, vruchten en wortels. Transport kan dus omhoog of omlaag gaan, in verschillende zeefbuizen; de baststroom is geen vaste tegenrichting van de houtstroom.

Bloemen, zaden en ongeslachtelijke voortplanting

Bij zaadplanten maakt geslachtelijke voortplanting nieuwe combinaties van erfelijke informatie mogelijk. Stuifmeel ontstaat in de helmknoppen; in het zaadbeginsel ontstaat de vrouwelijke geslachtscel. Bestuiving is de overdracht van stuifmeel naar de stempel. Bevruchting is de versmelting van geslachtscellen en gebeurt pas later, na groei van een stuifmeelbuis.

Na bevruchting kan het zaadbeginsel zich tot een zaad ontwikkelen en het vruchtbeginsel tot een vrucht. Het zaad bevat het jonge plantje en materiaal dat de eerste groei ondersteunt. Bij kieming zijn onder meer water, geschikte temperatuur en zuurstof nodig. Lichtbehoefte kan tussen soorten verschillen. De kiemplant gebruikt aanvankelijk reserves en wordt later afhankelijker van fotosynthese.

Ongeslachtelijke voortplanting kan via uitlopers, bollen, knollen of stekken plaatsvinden. Er is geen versmelting van gameten; nakomelingen zijn doorgaans genetisch gelijk aan de ouder, afgezien van mutaties. Dat maakt snel vermeerderen van gewenste eigenschappen mogelijk, maar beperkt de variatie waarop selectie kan aangrijpen.

Vergelijk in een landbouwvraag daarom snelheid, uniformiteit, erfelijke variatie en kwetsbaarheid. Uniformiteit kan handig zijn voor oogst en kwaliteit, maar een ziekteverwekker kan een genetisch uniforme teelt sterk treffen.