Plant growth, development and differentiation (6 hr) - Plant growth and development - Plant cell differentiation - Plant hormones and their controls in plant development - Control of flowering

Growth การเติบโต Development การเจริญ www.gutenberg.org การเติบโตกับการเจริญแตกต่างกันอย่างไร การเติบโตเป็นความสนใจด้านการเปลี่ยนแปลงของขนาด มีการวัดค่าเชิงปริมาณ แต่การเจริญนั้นเป็นความสนใจถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างมีลำดับขั้นตอนจากสิ่งหนึ่งไปเป็นอีกสิ่งหนึ่ง ซึ่ง มีการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างเกิดขึ้น ผลของการเปลี่ยนแปลงมักแสดงด้วยภาพ

Plant growth and development depends on environmental signals การเจริญเติบโตของพืชกำหนดโดยสิ่งแวดล้อมอย่างมาก

Plant growth regulators: plant hormones พืชควบคุมการเจริญเติบโตด้วยฮอร์โมน

Three stages of plant development Embryogenesis Vegetative development - Reproductive development ระยะการเจริญอย่างน้อย 3 ระยะที่จะเรียนรู้ในหัวข้อนี้

Embryogenesis การเจริญของเอมบริโอเริ่มจากการสร้างแนวแกนราก-ยอด (root-shoot axis) และพักตัวอยู่ในเมล็ด ทั้งสาหร่ายและพืชที่เริ่มต้นจากเซลล์ 1 เซลล์ คือ zygote เกิดการเจริญจาก zygote เป็น embryo (กระบวนการ embryogenesis) ด้วยการกำหนดแนวแกน โดยมีการกระจายตัวของโมเลกุลต่าง ๆ ภายในเซลล์ไม่ท่ากัน ดังแสดง Web Figure 16.1.A   A summary of the events involved in the establishment of polarity in zygotes of the brown alga Fucus. (A) The zygote is polarized by an asymmetric stimulus from the environment, such as unilateral light. (B) A current flows (charged calcium ions move) through the polarized but still spherical zygote at the site at which the rhizoid will emerge, driven by Ca2+ uptake in the shaded half of the cell, from which the rhizoid will emerge. The current (Ca2+) flows out on the opposite side. (C) Cell polarity becomes fixed when actin microfilaments assemble at the site of rhizoid emergence and a cell wall is assembled around the zygote. The cell wall completely surrounds the zygote, but its composition differs in the rhizoid and thallus halves. Vesicles containing sulfated polysaccharides are transported by actin filaments to the plasma membrane and deposited in the cell wall only at the site of rhizoid emergence. (D) Finally, the zygote divides, and the rhizoid cell grows at its tip.

Web Figure 16.1.C   Cytoplasmic vesicles that contain specific cell wall components become asymmetrically distributed early in the development of Fucus zygote polarity. (A) A toluidine blue stained Fucus zygote before fixation of the polar axis. The toluidine blue dye stains a wall component in vesicles or in walls. (B) The embryo after establishment of rhizoid–thallus polarity, with toluidine blue staining confined to the cell wall in the rhizoid portion of the embryo. (From Quatrano and Shaw 1997, courtesy of R. S. Quatrano.) ภาพแสดงผลการทดลองที่ยืนยันการค้นพบข้อสรุปหลักการดังกล่าว

ทบทวนระยะการเจริญและระบบเนื้อเยื่อของพืช

Embryogenesis

apical-basal polarity Vegetative development Reproductive development Taiz and Zeiger 2006

Vegetative development การเจริญเติบโตในระยะก่อนเจริญพันธุ์ (vegetative stage) เนื้อเยื่อเจริญส่วน ปลาย (apical meristem) แบ่งตัว เกิด กลุ่มเซลล์ที่จะเจริญต่อไปเป็นใบ (leaf primodium) ข้อ (node) และปล้อง (internode) การเจริญเติบโตเกิดในลักษณะซ้ำเดิม เช่นนี้อย่างต่อเนื่อง เกิดเป็นต้นพืชที่ ประกอบด้วยส่วนที่เป็นปล้อง และข้อที่มี ตาข้าง (bud) และใบเจริญอยู่

Reproductive development การเข้าสู่ระยะเจริญพันธุ์ (reproductive stage) ควบคุมโดยปัจจัยสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและ จำนวนชั่วโมงแสง เนื้อเยื่อเกิดการเจริญเป็น floral meristem

ส่วนต่างๆ ของพืชเกิดมาจาก meristem

Vegetative development

Cell division, growth, and differentiation

การเจริญเติบโตของราก การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ของเซลล์ใน differentiation zone การยืดตัวของเซลล์ใน Elongation zone การสร้างเซลล์ใหม่ โดย apical root meristem ใน division zone http://www.soilandhealth.org/index.html

Root X-section http://www.nsci.plu.edu/ การเกิดรากแขนง เนื้อเยื่อที่ไม่ใช่ meristem สามารถเปลี่ยนเป็น meristem ได้ เช่น เนื้อเยื่อชั้น pericycle แบ่งเซลล์เพื่อเจริญต่อไปเป็นรากแขนง Root X-section http://www.nsci.plu.edu/ Longisection of a root, showing the origin of a lateral. The formative regions are labeled according to mature regions into which they develop. http://www.soilandhealth.org/index.html

Cell division, growth, and differentiation>> tissue systems ทบทวนระบบเนื้อเยื่อของพืช

ทบทวนระบบเนื้อเยื่อของพืช

ทบทวนระบบเนื้อเยื่อของพืช

ทบทวนระบบเนื้อเยื่อของพืช

“การเพิ่มปริมาตรหรือขนาดอย่างถาวร” การเติบโต (growth) “การเพิ่มปริมาตรหรือขนาดอย่างถาวร” การแบ่งเซลล์โดยที่ปริมาตรรวมเท่าเดิมไม่ถือว่ามีการเติบโต www.gutenberg.org

Cell Growth Diffuse growth Tip growth การเติบโตระดับเซลล์แบ่งได้เป็น 2 แบบ

Tip-growth: pollen tube Figure 1   Growing pollen tubes exhibit a pronounced "tip-focused" calcium gradient (top, left and right). The gradient oscillates between high (left) and low (right) levels. The pollen tube was injected with the calcium sensitive dye, fura-2-dextran, and photographed using ratio-metric ion imaging. Growing pollen tubes also exhibit a pH gradient in which the tip is slightly acidic (bottom, left and right). Back from the tip is a prominent alkaline band. This band oscillates between high (left) and low (right) pH. The pollen tube was injected with the pH sensitive dye, BCECF-dextran, and subjected to ratio-metric ion imaging. Bar = 10 μm. (From Hepler et al. 2006.) ตัวอย่างการเติบโตแบบ tip growth ที่มี การงอกของ pollen tube เป็นโมเดลในการศึกษา http://www.testtubelilies.com/

ตัวอย่างการเติบโตแบบ tip growth ที่มี การงอกของ pollen tube เป็นโมเดลในการศึกษา Figure 2   Oscillation of intracellular calcium plotted against growth rate. Note that both oscillations show the same period. Cross-correlation analysis reveals that the calcium peak follows the peak on growth rate by 1–4 sec. (From Cárdenas and Hepler, unpublished results.)

ตัวอย่างการเติบโตแบบ tip growth ที่มี การงอกของ pollen tube เป็นโมเดลในการศึกษา Figure 5   Lily pollen tube exhibits a prominent cortical actin fringe in the apical domain (a). The fringe can start 1–5 μm behind the apex and extend for an additional 5–10 μm. In the shank of the tube, the actin microfilaments are evenly dispersed throughout the thickness of the tube. This pollen tube was prepared by rapid-freeze fixation and freeze substitution. The pollen tube was then rehydrated and probed with anti-actin antibodies, and imaged by confocal laser scanning microscopy (b). Lily pollen tube prepared as above but stained with an antibody to lily ADF (actin depolymerizing factor). Note that ADF colocalizes with the cortical actin fringe. Bar = 10 μm. (From Lovy-Wheeler et al. 2005, 2006.)

Growing cells cell expansion cell elongation Biochemical wall loosening Deposition of new material Water uptake to increase turgor เซลล์ที่กำลังเติบโต อาจเติบโตแบบขยายขยาด หรือ แบบยืดยาว ซึ่งกระบวนการที่ต้องมี ก็คือ การทำให้ผนังเซลล์คลายตัว การนำวัตถุดิบไปสะสมบริเวณที่จะขยายขนาด การนำเข้าน้ำเพื่อเพิ่มแรงดันเต่ง

Cell wall ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (primary wall) ผนังเซลล์ทุติยภูมิ (secondary wall) เซลล์หลั่งโพลีแซคคาไรด์และโปรตีนออกสู่ภายนอก Cellulose microfibril Middle lamella (pectin) Plasmodesmata การสะสมสารที่มีสมบัติกันน้ำ Lignin Suberin ทบทวนโครงสร้างผนังเซลล์

ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (primary wall) ทบทวนโครงสร้างผนังเซลล์

ทบทวนโครงสร้างผนังเซลล์

transverse longitudinal ทิศทางการขยายขนาดของเซลล์กำหนดโดย รูปแบบการจัดเรียงตัวของ cellulose microfibril ที่ผนังเซลล์ transverse longitudinal เซลล์จะขยายขนาดในทิศทางใดกำหนดจากแนวของ cellulose microfibril ที่ผนังเซลล์

Cell growth rate = m (p – Y) กราฟที่แสดงให้เห็นว่า การเติบโตขึ้นกับแรงดันเต่ง (วัดจากค่า pressure potential) เห็นได้จากสมการ Cell growth rate = m (p – Y) Yield threshold turgor