Toegepaste plantkunde
Gegeven door Kathy Steppe + Inge Verstraeten
HOOFDSTUK 0: Herhaling
Inleiding
Zaadplanten: produceren zaden met daarin een embryo + voedingsweefsel
Angiospermen: produceren zaden in een verpakking gymnospermen
Dicoyle planten monocotyle planten
Plantencellen
▪ Stijve celwand
▪ Hangen vast met lamellen → geen migratie mogelijk
▪ Lignine voor sterkte en rigiditeit → hoog groeien
Meristemen = zorgen voor celdeling voor nieuwe cellen (alle mitosen en meiosen gebeuren hier)
▪ Na deze zone verlengen en verbreden cellen waarachter ze beginnen differentiëren
▪ Apicale meristeem → in top stengel en wortel + beschermd → stengel primordia aanleggen
▪ Meristemen in de noden en knoppen → zijscheuten aanleggen met aan top weer apicaal meristeem
▪ Zijwortels gevormd door een inwendig meristematisch weefsel: de pericyclus
, Soorten plantenweefsel
3 grote groepen weefsels
I. Dermaal weefsel
Vormt de epidermis dat primaire groei ondergaat dat bedekt is met een cuticula
Geen cuticula op de wortelepidermis maar wel wortelharen uit de epidermis → wateroppervlak ↑
II. Grondweefsel
Ook hierbinnen komen er 3 weefselgroepen voor
▪ Parenchym
Hierin gebeurt de fotosynthese + opslag reservestoffen
▪ Collenchym
Flexibel steunweefsel met dikke primaire wanden, geen lignine
▪ Sclerenchym
Star steunweefsel voor plantenweefsels die niet meer verlengen, lignine erin met
dikke secundaire wanden
Sclereïden: in zaadhuid en vruchtwand of geïsoleerd
Vezelcellen: vaak in de buurt van vaatweefsel
III. Vaatweefsel
Via geleidingsweefsel + andere celtypes
▪ Xyleem
Transport van water en ionen vanuit de wortel naar de andere plantendelen, opslag, sterkte
Parenchymcellen: reservestoffen opslaan
Sclerenchymvezels: versterken het xyleem
Transportcellen: tracheïden en vaatelementen: dikke secundaire wand “dood”
▪ Floëem
Transport van fotosyntheseproducten
Parenchymcellen
Vezels
Zustercellen: begeleidende functie van de transportcellen
Transportcellen: zeefvaten → suikers vanuit bladeren naar organen transporteren voornamelijk
Zeefplaten: kernloos, leven wel nog
In een dicotyle wortel komen 3 weefsels voor: pericyclus, floëem en xyleem + Casparische lijsten dat een
barrière vormt voor de intercellulaire beweging van water en ionen tussen cellen
In een blad heb je twee lagen grondweefsel = mesofyl (palissade parenchym) met veel chloroplasten en
(sponsachtig weefsel) wat voor de beweeglijkheid zorgt want er zit veel plaats tussen de cellen
, HOOFDSTUK 1: Water
Kern: transpiratie zorgt voor een waterpotentiaalgradiënt en zo dus voor het transport van water in planten
Water in plantencellen
Groeiende plantenweefsel: 80 – 90% watermassa
oudere gedeeltes
▪ Kernhout: 25 – 30% Stevigheid van stam
▪ Spinthout: 50% Regelt transport: floëem, xyleem
Droge stof gehalte
1g DS → 0,5L water nodig (geldt voor meeste C3-planten)
Water drijft de groei van planten + nodig voor hogere
productiviteit: meer water → meer droge stof
Verschillende watertransportmanieren (4)
I. Diffusie
Water stroom van hoge naar lage concentratie
Doet zich voor wanneer water binnen de celwand komt
Apoplastisch
Symplastisch
Is een traag proces: 50 µm → 2,5 sec maar wel effectief op celniveau
II. Massatransport = bulktransport
Obv een drukgradiënt doordat er in het xyleem en floëem transport gebeurt
Xyleem negatieve druk van negatief nr minder negatief → door transpiratie
Floëem positieve druk van positief nr minder positief → door drukgradiënt
Xyleem kan positieve druk hebben = worteldruk
bij sommige soorten zoals esdoorn , berk →
stengel/tak afsnijden → vloeistof drupt eruit
doordat worteldruk water omhoog duwt
III. Osmose
Watertransport van een oplossing met lage concentratie naar een oplossing met hoge concentratie
Semi-permeabel membraan nodig
Enkel water erdoor, geen opgeloste stoffen
Krijgt osmotische druk → worteldruk gebruikt osmose om positieve druk in xyleem te creëren
lijkt tegenstrijdig maar de worteldruk oefent een minder zuigend
effect uit op het xyleem dan de zuigende kracht van de transpiratie-
stroom, vandaar dat het xyleem negatieve druk heeft
Een lage concentratie aan opgeloste stoffen geeft een hoge waterpotentiaal en
Water stroomt van hoge naar lage potentiaal
Verklaart osmose niet, is door semipermeabel membraan waardoor de kanaaltjes in het
semipermeabel membraan deeltjes afstoten en vrijkomen waardoor water erdoor kan stromen
Osmose blijft doorgaan tot de afstotende kracht = de drukopbouw → evenwicht concentratie
,IV. Aquaporines
= kanaal waar water heel snel ( diffusie) door kan en enkel water, peroxiden of CO2 doorlaat
Het zijn integrale membraaneiwitten
Er lopen dus geen ionen door → belangrijk bv om osmose op te bouwen
Ze komen ook voor in semipermeabele membranen → snel water doorheen celmembranen
Types
▪ PIPs op plasmamembraan
▪ TIPs op tonoplast
▪ NIPs, SIPs, XIP,s
Aquaporines kunnen bewust door
de plant gesloten worden in een
veranderende omgeving
PIP lost bij droogte → kan geen water meer door aquaporine
PIP wordt geprotoneerd bij overstroming → zuur mileiu → aquaporine gaat toe
Droogtestress bij een plant treedt op bij droogte OF overstroming: anaerobe respiratie waardoor je daling
van de pH en ook door stoppen van acitivteit protonenpomp en de H+ blijft wat de aquaporines doet sluiten
Kort: krijgt verzuring van het cytoplasma wat voor de protonatie van aquaporines zorgt en ze doet sluiten
De drijvende kracht achter watertransport
De totale waterpotentiaal 𝚿 [Mpa = 10 bar = 9,85 arm] = drijvende kracht
▪ Typische middag stamwaterpotentiaal -1 MPa
▪ Typische middag bladwaterpotentiaal -2 MPa (gigantisch autoband = 0,3 Mpa)
Water stroomt van hoge naar lage potentiaal (absolute waarden)
Dus water stroomt van stam → blad → transpiratie
De waterpotentiaal is geen trekkracht maar een zuigkracht
Het is de transpiratie die de waterpotentiaal opbouwt
Water stroomt van een hoge naar een lage potentiaal
of anders verwoord: van een negatieve naar een meer negatieve potentiaal
▪ Ψ𝑔 = gravitatiepotentiaal = 𝜌𝑤 𝑔ℎ verwaarloosbaar voor kleine planten (pos)
▪ Ψ𝑠 = osmotische potentiaal = −𝑅𝑇𝐶𝑠 hoe hoger, hoe meer negatief = ± -2,8 MPa
▪ Ψ𝑝 = hydrostatische drukpotentiaal kan positief of negatief
Deze wordt opgebouwd door de turgor = inwendige van de plant die tegen de celwand duwt
Voor de osmotische potentiaal: plant met veel water heeft een
lagere osmotische potentiaal dan planten in droge omgeving
→ meer negatieve osmotische potentiaal om zo totale
potentiaal meer negatief te maken en zo water uit de omgeving
op te nemen, gaat van -8,9 tot -0,74 in verschillende planten
De totale waterpotentiaal in een levende cel
Figuur hiernaast kan op examen: zelf enkele berekeningen uitvoeren
A = zuiver water - B = sucroseoplossing
,Relatie tussen celvolume en turgordruk
Turgor bepaald de groei: hfst 8 sturing
Door een cel een hogere osmotische potentiaal te
geven (meer negatief) kan je zo ook de turgordruk
verhogen om de plant sneller te laten groeien
(som = 0 → 𝚿𝒔 = 𝚿𝒑 in evenwichtstoestand)
5% water verloren → cel volume = 0,95 = 95% over
▪ Waterpotentiaal daalt sterk dus sterk
afhankelijk van de turgordruk in levende cel
Turgordruk = 0 → plasmolyse: de cel kan niet meer
groeien vanaf dit punt = beginpunt van verwelking
de waterpotentiaal wordt dan enkel nog door de
osmotische waterpotentiaal Ψ𝑠 gedreven
Als punt van plasmolyse dichter naar de y-as
toe ligt = stress-gevoelige plant resistente
Plasmolyse = op turgor-loss point TLP: 𝚿𝒑 = 0
Grootte 𝜀 = steile helling → TLP meer naar links
= lage rigiditeit
Irreversibele groei als bepaalde parameter overschreden wordt (± = 𝜀)
Snelheid van waterbeweging in levende cel
Om de beweging van water te beschrijven
▪ Lp = de hydraulische geleidbaarheid van celmembraan = in functie van de aquaporines
▪ JV = stroomsnelheid
De tijd die verloopt om de stroomsnelheid te halveren
Ze geeft de formule en je moet die uitleggen
Moleculaire mechanismen op de aquaporines dat de watersnelheid beïnvloeden
▪ Gating - openen en sluiten van aquaporines
▪ Genexpressie - aantal aquaporines
▪ Afbraaksnelheid - afbraaksnelheid van aquaporines
▪ Subcell reclaclisatie - aquaporines stockeren
▪ Tetramerisatie - 4 aquaporines in een groep (kan #types samen)
,Betekenis van de waterpotentiaal
Als de waterpotentiaal daalt wordt het water
minder beschikbaar want moet een meer
negatieve waterpotentiaal hebben om water
op te nemen
➔ Plant onder stress
Dikte van de pijl geeft aan wat de invloed
van droogtestress is op verschillende
processen in de plant
Klein beetje water weg
▪ Enorme invloed op groei en turgor
▪ Fotosynthese kan nog wel even
verduren maar je zit al zonder groei
Wet van Liebig: limiterende factor
De totale waterpotentiaal in een dode cel In een levende cel is de hydrostatische druk meestal positief
tenzij de cel uitdroogdt negatief in dode cel
Dit heeft betrekking tot de xyleemvaten en tracheïden waar er bijna puur water doorstroomt
→ enkel de hydrostatische druk speelt een rol
De gemiddelde middagwaterpotentiaal in dode cellen bedraag – 0,8 MPa
▪ Is meer negatief dan middagcelpotentiaal
Pakken water uit de cellen
▪ Ze hebben dat water nodig om te groeien normaal dus een plant
zal ’s nachts groeien
!!!wel op voorwaarde dat de bladeren een meer negatieve
waterpotentiaal hebben, als er een regenlaagje op ligt, dan zal
er water naar de stam gaan ipv naar de bladeren vb Sequioa
Conclusies
Halofyte planten laten Ψ𝑠 verder zakken om zo Ψ𝑤 negatiever te maken zodat ze water kunnen
opnemen en in zout- of brakwater milieu
Ψ𝑠 weegt dus sterk door in zoute omgevingen
Ψ𝑝 in een levende cel is positief terwijl buiten de cel Ψ𝑝 negatief kan zijn bv in de xyleemvaten door
de zuigkracht van de transpiratiestroom, de Ψ𝑝 -waarden in de levende cel zijn het kleinst overdag
op de momenten dat de transpiratie het grootst is, ze zijn minder negatief in de nacht in de
xyleemvaten door de bijna wegvallende transpiratie → stengeldiameter neemt af = indirecte
maat voor de mate van transpiratie
Landplanten verliezen continu water aan de atmosfeer, opname terug via bodem
Waterpotentiaal is de drijvende kracht achter osmose (= transport door semipermeabele
membranen dat grotendeels via aquaporines loopt)
,Water van de bodem tot in de top van een hoge boom
Water in de bodem
Ψ𝑝 in de bodem = de matrixpotentiaal met
▪ T = de oppervlaktespanning
▪ r = de straal, hoe kleiner de straal, hoe negatiever 𝚿𝒑
Plantbeschikbare water = het water dat zich tussen de
veldcapaciteit en het permanent verwelkingspunt bevindt
▪ Veldcapaciteit = water dat nog beschikbaar is in de
bodem na regenval en nadat de
bodem is gedraineerd = wat over schiet
= hoogste waterhoudende capaciteit bodem
▪ Permanent verwelkingspunt
Analoog met TLP bij levende cel, maar gaat nu over de bodem
“Hoe negatief moet de bodemwaterpotentiaal zijn zodat de
plant geen water meer kan opnemen”
De hydraulische geleidbaarheid van de bodem bepaald hoe goed het
water door de bodem stroomt en neemt af bij verdroging aangezien
een droge bodem minder vocht bevat en meer lucht waardoor het bewegende water meer weerstand
ondervindt (zandbodems → grote poriën → goeie geleidbaarheid want grote straal → minder negatieve
waterpotentiaal dus gaan water ook minder hard willen vasthouden)
Hoe neemt een wortel water op?
Aangezien de bodemwaterpotentiaal -0,01 is kan water makkelijk in de wortel gezogen worden (-0,6)
indien dit omgekeerd is zou de wortel water verliezen aan de bodem en uitdrogen
Van de wortel naar binnen toe krijgen de cellen een meer en meer negatiever wordende waterpotentiaal
1. Door import ionen vanuit bodem, vooral in epidermis en cortex
Krijgt osmotische gradiënt, Ψ𝑠 wordt neagtiever wat water aantrekt via osmose
Ionen bewegen naar het xyleem toe via een concentratiegradiënt en zorgen daardoor dus voor een
negatief wordende potentiaal waardoor het water de weg volgt naar het xyleem
2. Door ontlading van sucrose door het floëem komt er minst suiker in de epidermiscellen terecht,
naargelang de weg van het floëem stijgt Ψ𝑠 , daalt Ψ𝑝 en stijgt Ψ𝑤 waardoor het water zijn weg vindt
naar de stele (middenste wortel)
,Verschillende pathways voor het water
▪ Apoplastisch = water stroomt in de dode ruimtes, gaat snel want moet niets doorkruisen
▪ Symplastisch = water stroomt via plasmodermate: water gaat in epidermiscel en dan van
cel naar cel, aquaporines hebben dan weer invloed op de snelheid
▪ Transcellulair = stroomt door celwand – celmembraan – celmembraan – celwand - ….
ook is de snelheid afhankelijk hier van hoeveelheid aquaporines
Al deze wegen komen in de endodermis bij de casparische bandjes, apoplastisch kan niet door dus moet via
symplastische weg door capsarische bandjes via semipermeabel membraan dat zorgt voor de opbouw van
de worteldruk want water kan niet moeilijk terug, hierna kunnen ze weer drie wegen uit en in het xyleem gaan
In meer gedifferentieerde wortel wordt de transcellulair pathway geblokkeerd door suberine
In eerste stadium plantwortel nog geen capsarische bandjes en kunnen alle wegen gewoon door
De totale wortelgeleidbaarheid = som van die van de drie wegen
Kleine wortels en wortels bovenaan hebben een betere geleidbaarheid
→ nemen meer water op, hoe dichter bij penwortel, hoe sneller
Wortels groeien ook anders door stikstof, fosfor en zwavel toediening
wat dan ook weer een effect heeft op de wateropname + ook afh van
de temperatuur, bij lage temperatuur worden er 100% primaire wortels gemaakt terwijl bij hogere temperatuur
ook laterale wortels bekomen worden, als het te warm wordt weer daling
Water van wortel naar atmosfeer
Bladeren verliezen water aan de
atmosfeer via hun stomata en
krijgt je transpiratie
→ er ontstaat hierdoor een sterke
trekspanning = negatieve 𝚿𝒑
waardoor water in de xyleemvaten omhoog getrokken wordt
Die negatieve druk bouwt zich op aan het oppervlak van de celwanden van de mesofylcellen in het
sponsachtig mesofylweefsel gevuld met lucht en een waterfilm die de intercellulaire ruimten bedekt
Er vindt transpiratie plaats
De waterfilm verkleint en trekt zich terug naar de kleinste ruimten tussen de cellen
Er ontstaan minisci (kleine straal r) die een oppervlaktespanning veroorzaken
Hierdoor ontstaat een trekspannning tot aan de xyleemvezels in de bladnerven
Water uit capillaire xyleemvaten omhoog getrokken
Hoe groter de transpiratie, hoe groter de trekspanning
Cohesion tension theory: Elke watermolecule die gelost wordt, wordt direct vervangen uit die pathways
(apoplastische en synplastisch) doordat ze redelijk sterk aan elkaar hangen door waterstofbruggen
(cohesiekrachten) → krijgt een soort waterdraad, een lange keten, waterkolom die wortel en blad verbindt
▪ Cohesion wijst op de waterdraad
▪ Tension wijst op de transpiratie als basis voor de negatieve waterpotentiaal
Soms vindt er geen transpiratie plaats en dus geen wateropname ook
- Overdag wanneer de luchtvochtigheid 100% bedraagt
- ’s nachts omdat de huidmondjes toe zijn (plant kan groeien dan → water → turgor → groei)
, De waterdraad kan ook breken in sommige gevallen
I. Embolisme vorming
Bij veel transpiratie of bodemdroogte → meer en meer spanning op waterketen waardoor ie kan
breken = embolisme + vult met lucht, water kan dan via de stippels in de xyleemvaten langst het
embolisme stromen
Veel vaten gevuld met lucht → verlaagt hydraulische geleidbaarheid L
Gaat van negatieve druk → atmosferische druk → nefast bij teveel lucht
Kan ook ten gevolge van vorst of pathogenen
II. Worteldruk (lente)
Ter hoogte van de endodermis van wortel krijg je osmometer, krijgt positieve druk in het xyleem bij
sommige soorten doordat water van buiten naar binnen gaat = worteldruk (terwijl we zeide dat
xyleem negatieve druk is), water wordt door de worteldruk naar boven geduwd en hierdoor, als je
een tak afsnijdt, drupt er vloeistof uit bij die soorten
Hoe ontstaat die → in begin lente: grote bodemwaterpotentiaal en plant start met opname water
en ionen → opbouw meer negatieve osmotische waterpotentiaal → totale wordt negatiever
krijgt drukopbouw in het xyleem = positieve worteldruk dat water naar boven duwt
III. Worteldruk en guttatie
Het resultaat van worteldruk transport geeft guttatie → waterdruppels aan de rand van blad (geen
condens dat aan oppervlakte blad optreedt), als je dit wil zien moet je sochtends kijken want
overdag krijg je transpiratie die het transport regelt
Kleine synthese
Worteldruk vormt zich bij sommige soorten, het vormt een positieve druk in het xyleem en duwt het water naar boven, dit vindt
snachts plaats (bij die soorten) aangezien overdag het transport door de transpiratie geregeld wordt en het water naar boven gezogen
wordt door de negatieve hydrostatische druk. De worteldruk kan ook emboliën bestrijden omdat de onderdurk minder negatief wordt
Bij 100% luchtvochtigheid valt de transpiratie stil en neemt
de worteldruk het watertransport over, maar het water kan niet
meer verdampen en kan de bladeren via guttatie verlaten
Hoe groter het VPD, hoe meer transpiratie er zal zijn
Plant kan stomata beetje sluiten om zo te
transpiratie te verminderen en zo de kans op
embolisme en mortaliteit tegen te gaan
Stel je hebt gutatie op je plant → kan slecht zijn
bv tomaten kunnen barsten
Oplossing → raam openzetten serre bv → lucht
initieert transpiratie weer ipv worteldruktransport
, Waarom openen stomata?
Omwille van druk – hun structuur: verdikking van sluitcellen – licht
Bij fotosynthetisch actief licht (PAR) gaan ze open
Door blauw licht
K+-ionen in sluitcellen stijgt + zie hfst 2 en 8 (absicinezuur)
Ψ𝑠 daalt (meer negatief) waardoor water binnestroomt via de aquaporines
Turgordruk stijgt en sluitcellen zetten uit in de breedte → kromming
Blauw licht en calcium houden die negatieve potentiaal op punt, zwakt wel af rond 11h maar wordt
dan overgenomen door sucrose
= Horner concept
= via sapstroomsensoren debiet mere,n
Water use efficiënty (WUE)
= hoeveel liter water nodig voor 1 kg DS
0,5 liter (500 g) water voor 1 g DS
Is vuistregel voor C3-planten → C4-planten verbruiken minder (efficiënter)
HOOFDSTUK 2: Mineralen en transport van opgeloste stoffen tussen cellen
Planten = arbeiders voor ons: mineralen uit gesteenten en bodem halen
Green revolution = opkomst van synthetische meststoffen en veredeling
Meer opbrengst
Probleem is dat er maximaal 50% van de toegediende stoffen opgenomen wordt → vervuiling
Oplossing: 20% minder toedienen om zo meststofverlies met 50% te reduceren
Inleiding
Er kunnen al nutriënten in zaad zitten (vooral in droge klimaten) maar wordt ook opgenomen uit de grond
Het is ook niet altijd nodig en dan kunnen ze via fytoremediatie uit de bodem gehaald worden
Brassicaceae gebruiken bv om ze op te nemen en in de plant op te slaan
Saneren van vervuilde bodems
