Blombiologi och genetik Introduktion FREDRIKSDALS FRILUFTSMUSEUM
Illustrationer: Liselotte Nilsson 1, 5, 6 Marie Widén 2, 3, 4 och framsidan Adolf Kerer 7
På Fredriksdals friluftsmuseum finns i den systematiska trädgården en särskild avdelning för blombiologi och genetik. Olika fenomen exemplifieras med en rad arter, där såväl vårväxter (V) som sommarväxter (S) och höstväxter (H) finns representerade. Som ett komplement till uppsatta informationsskyltar kan detta häfte fungera som en vägledning vid egna studier i odlingarna. Det finns också en lärarhandledning. BLOMBIOLOGI Växter som bildar frön kallas fröväxter, blomväxter eller fanerogamer. I rabatterna A-D beskrivs hur blomman hos fröväxter är uppbyggd, hur pollen sprids, hur pollinering sker och hur detta leder till befruktning och fröbildning. Här beskrivs också på vilka sätt frö- och fruktspridning äger rum och att en del fröväxter förökar sig utan frön med hjälp av särskilda spridningsorgan. GENETIK (ÄRFTLIGHETSLÄRA) I rabatterna E-G åskådliggörs hur föräldraplantornas arvsanlag överförs till avkomman samt hur växterna anpassar sig till miljön. Här visas exempel på genetiska förändringar som ständigt uppkommer i växtvärlden genom mutationer, hybridisering, polyploidisering och naturligt urval. Dessa förändringar kan leda till att nya arter bildas, vilket också utnyttjas inom växtförädlingen. Rabatter A Blommans byggnad B Pollenspridning C Pollinering och befruktning D Växternas spridning E Anpassningar till miljön F Omkombination av gener inom en art Hybridisering Polyploidisering Mutationer G Växtförädling B C E F A D G 2
BLOMVÄXTERNAS BYGGNAD Blomväxter är byggda av rot, stam, blad och blommor. Rotens uppgifter är att fästa växten i marken och att suga upp vatten med lösta närsalter. Växtens stam kallas också stjälk (örter) eller strå (gräs). Den lyfter upp bladen i ljuset och håller upp blommorna, så att de syns. I bladen sker fotosyntesen. Solljusets energi tas upp av klorofyllet och omvandlas tillsammans med koldioxid och vatten till syre och energirika kolhydrater. Blomväxternas byggnad Ill. 1 Växten förbränner själv en del av kolhydraterna, men omvandlar dem även inför lagring (socker, stärkelse och fett) i frön, stamdelar och rötter. Dessutom byggs växten upp av cellulosa, som bildas av fotosyntesens socker. Rabatt A Blommans byggnad Blommans delar är kronblad, foderblad, ståndare och pistiller. Kronblad och foderblad benämns gemensamt hylle. Hylleblad med likartat utseende kallas kalkblad. tulpan(v), daglilja(s), tigerlilja(h), nattljus(h) Blommans byggnad Ill. 2 pistill (honorgan) ståndare (hanorgan) Kronbladen är ofta färgade. Är de sammanväxta bildar de en sambladig krona. De sammanvuxna kronbladen har ibland en sporre, som kan fungera som förvaringsplats för nektar. Sitter kronbladen fria bildar de en fribladig krona. Ståndare och pistiller är blommans könsorgan. Tvåkönade blommor har ståndare och pistiller i samma blomma. I enkönade blommor sitter ståndarna i särskilda hanblommor och pistillerna i honblommor. Förekommer han- och honblommor på samma individ kallas växten för sambyggare. Sitter han- och honblommor på olika individer kallas växten för tvåbyggare. När könscellerna bildas i ståndarnas pollen eller i pistillernas fröämnen får varje könscell endast halva antalet kromosomer. Vid befruktningen återställs sedan det normala kromosomantalet. 3
Rabatt B Pollenspridning Pollenkorn kan spridas med hjälp av vind och djur. Vindpollen produceras i stort antal, eftersom många pollenkorn "blåser bort. Vindpollen är också lätta och ibland försedda med luftsäckar. Ståndarna hos vindpollinerade blommor har ofta långa ståndarsträngar, så att de kan skaka av pollenkornen. brännässla(v), råg(v), gråbo(h), grusstarr(h) Pollenkorn kan spridas med djur, som söker sin näring i blomman. Dessa pollenkorn är ofta klibbiga och försedda med taggar. Växterna byter sin vara (pollen) mot en tjänst (att bli pollinerade). Vindpollen med luftsäckar Ill. 3 De vanligaste pollinatörerna i vårt land är insekter, men i tropikerna kan även andra djur, t ex fåglar och fladdermöss, sprida pollen. Insekterna lockas till blommorna av deras utseende och doft. De söker mat i blommorna. Pollen är rikt på protein. Nektar innehåller socker. Blommans färg är viktig. Om blommorna är små kan de för att synas bättre bilda klasar, korgar, huvuden, flockar eller kvastar. Insektspollen med taggar Ill. 4 purpurhortensia(v), alpgemsrot(v), prästkrage(s), färgginst (V,S), hampflockel (H), brittsommaraster(h) Vissa blommor har mönster i form av ränder, som leder in mot blommans mitt. trädgårdsiris(v) Dofter, som lockar insekterna, utsöndras från särskilda doftkörtlar vid kronbladens bas. backglim(s), schersmin(s), blomsterkaprifol(h) Nektar kan bildas i nektarier, som finns inne i blomman mellan ståndar- och pistillfästena. Ibland förekommer nektargömmen där kronbladen vuxit samman till en sporre. vitplister(v), kejsarkrona(v) syrenbuddleja(s,h), svartblommig stockros(h) Blommor med pollen som attraktionsmedel har i regel stor pollenproduktion. Dessa växter har antingen många små ståndare eller få ståndare med stora ståndarknappar. våradonis(v), tovsippa(v), tulpan(v), madonnalilja(s,h), praktjohannesört(h), hybridlilja(h) Om en insektsart är specialiserad för att pollinera en viss växtart behöver blomman inte så mycket pollen. Risken är dock att blomman inte blir pollinerad om insekten uteblir. hornviol(v), munkhätta(v), hålrot(v,s), häckfuchsia(v,s,h), blomsterkaprifol(s), akleja(s), brudsporre(s), muskatellsalvia(h) 4
Rabatt C Pollinering och befruktning När pollenkornen med de hanliga könscellerna fastnar på pistillens märke talar man om pollinering. Befruktningen sker när en hancell, efter att via en pollenslang ha tagit sig ner till pistillens fröämne, sammansmälter med en honcell. När fröet sedan gror bildas en ny individ med egenskaper från båda föräldrarna. Självpollinering Ill. 5 När pollenkornen fastnar på pistillens märke i samma blomma som de kom från kallas det självpollinering. Om befruktning sker blir den nya växten genetiskt identisk med moderväxten. Det bildas inga nya genetiska kombinationer och risken för inavel ökar. Vid korspollinering överförs pollen från en blomma till en annan blomma av samma art. Växter som är tvåbyggare korspollineras alltid. Om korspollinering uteblir, kan vissa arter självpollineras. Egentlig korspollinering, d v s mellan olika växtindivider, med åtföljande befruktning medför en ständig omkombination av arvsanlagen och plantor med nya egenskaper bildas. Detta är av största betydelse för artens förmåga att anpassa sig till förändringar i omgivningen. Korspollinering Ill. 6 rödblära(v), krypvide(v,s,h), vitblära(s,h), röd hundrova(s,h) hundstarr(v), knölbegonia(s), majs(h) rosenplister(v,s), fingerborgsblomma(h) jättestäpplilja(s), kungsljus(s,h) jordviva(v), guldlin(s) guldazalea(v), hybridlilja(h), kungslilja(h) underviol (V), vildbalsamin (S,H) Hos många växter finns det olika metoder för att förhindra självpollinering och underlätta korspollinering. Sambyggare har enkönade blommor på olika ställen på samma planta. Dikogami innebär att ståndare och pistiller i samma Hos tvåbyggare sitter enkönade blommor på olika plantor. blomma mognar vid olika tidpunkter. Det finns två varianter. Protandri: ståndarna mognar först. Protogyni: pistillerna mognar först. Vid heterostyli är ståndare och pistiller i en blomma olika långa, så att insekten ej kan pollinera blomman den sitter i med dess eget pollen. Hos blommor med herkogami växer ståndare och pistiller åt olika håll. Vissa växter har blommor som ej slår ut, s k kleistogami. I dessa sker då självbefruktning. 5
Rabatt D Växternas spridning Växter kan spridas med frukter och frön (sexuell förökning) eller vegetativt (asexuell förökning). Det efter befruktningen bildade fröet är väl anpassat till att sprida arten till nya växtplatser. Fröet omges av ett fröskal och innehåller rotanlag och hjärtblad. För att frukterna eller fröna inte ska ramla ner intill moderplantan, gro där och därmed konkurrera med den, måste de skickas iväg på något sätt. Olika metoder för frukt- och fröspridning är självspridning, spridning med vind, djur eller vatten. Frukter som sprids med djur kan fastna på dem eller ätas upp av dem. För att frukterna ska upptäckas av t ex fåglar måste de ha stark färg och söt smak. Omogna frukter smakar inte gott. De kan t o m vara giftiga. Hos fåglarna passerar fröna matspjälkningsapparaten utan att förstöras. Frukter som sprids med vinden är lätta och kan ha hår, penslar eller vingar. Självspridning kan ske aktivt eller passivt. Vid aktiv självspridning slungas fröna ut med hjälp av särskilda mekanismer hos växten. Fruktväggen kan torka ut tills den spricker upp och fröna kastas ut. I andra fall kan saftspänningar i fruktväggens celler medföra att fröna kastas ut då fruktväggen spricker upp. Vid passiv självspridning sätter vinden fruktskaftet i svängning, varvid fröna kastas ut genom små öppningar i fruktväggen, likt en saltströare. Vid vegetativ spridning lossnar bitar av växten, t ex groddknoppar eller grenfragment. I andra fall bildas det revor ovan jord (stoloner) eller under jord (rhizom). Nya plantor kan också utvecklas ur stamknölar. Den nya växten får samma genuppsättning och samma egenskaper som moderplantan. Vid förändringar i miljön kan arten därför dö ut p g a variationsbrist. Frö Ill. 7 stor kardborre(h), småborre(h), nejlikrot(h), lingonoxbär(h), hålnunneört(v), harris(h) backsippa(v), maskros(v,s), brudborste(h), fjädergräs(h) lundbräsma(v), kärrnäva(s,h) gullviva(v,s), tjärblomster(s,h) sprutgurka(h) strandiris(h), jättevallmo(h) svalört(v), brandgul lilja(v,s,h), luftlök(s,h), parksmultron(v,s,h), sandstarr(v,s,h), potatis (S,H), rosmarinvide(v,s,h) Rabatt E Anpassningar till miljön Om fröna hos en art gror i olika miljöer kan plantorna få olika former när de växer upp. Formerna kallas modifikationer. Modifikationer är inte ärftliga. Variationer som uppstått genom korsning av olika anlag är däremot ärftliga. De variationer som passar bäst i sin miljö överlever. vattenpilört (V,S,H) en(v,s,h), flockfibbla(s,h), gullris(s,h), gulmåra(s) 6
Rabatt F Omkombination av gener inom en art underblomma(h) Om anlagen för en egenskap är lika starka hos båda föräldraplantorna kommer barnen att få en egenskap som är en mellanform av föräldrarnas. Detta kallas intermediär nedärvning. Korsning mellan plantor med röd resp. vit blomfärg. 1:a generationens anlag anlag i könscellerna R1R1 x R2R2 röd vit R1 R2 2:a generationens anlag R1R 2 rosa Alla plantorna bland barnen i andra generationen får rosa blommor. När dessa plantor blir föräldrar kommer alla anlag att synas hos deras barn. R1R2 x R1R2 2:a generationens anlag rosa rosa anlag i könscellerna 3:e generationens anlag R1 R1 eller R 2 hos båda R1 R2 R1R1 R1R2 röd rosa R2 R1R2 rosa R2R2 vit Sannolikheten för de olika blomfärgerna i tredje generationen blir vid intermediär nedärvning: 25% röd, 50% rosa och 25% vit humleblomster x nejlikrot (V) blåbär x lingon (V,S,H) vitsippa x gulsippa (S,H) berberis x mahonia (V,S,H) timotej(v,s,h), hundäxing(v,s,h), rödklöver(s,h) Hybridisering Inom växtvärlden (och ibland inom djurvärlden) kan korsning mellan närstående arter äga rum. Detta kallas arthybridisering. Släkthybridisering sker vid korsning mellan närstående släkten. Polyploidisering Om antalet kromosomuppsättningar i cellkärnan ökar talar man om polyploidi. De metoder som används vid växtförädling, men som även kan uppkomma spontant i naturen, är autoploidi och alloploidi. Vid autoploidi ökar kromosomuppsättningarna hos samma art. Könsceller har enkel kromosomuppsättning n Vanliga vävnadsceller har dubbel kromosomuppsättning 2n Triploida celler har 3n, tetraploida celler 4n o s v 7
Vid alloploidi kommer kromosomuppsättningarna från olika arter. Antalet kromosomer i könscellerna är inte halverade. Vid sammansmältningen av könscellerna blir kromosomantalet 2na + 2nb = 2nx, där x är den uppkomna hybriden mellan a och b. hallon x björnbär = loganberry (S,H) rhododendron(s) Brassica-arter svartsenap B. nigra 2n = 16 AA abyssinsk senap sareptasenap B. carinata B. juncea 2n = 34 AABB 2n = 36 AACC kål raps åkerkål B. oleracea B. napus B. rapa 2n = 18 BB 2n = 38 BBCC 2n = 20 CC B. oleraceae med flera underarter: bladkål, huvudkål, brysselkål, blomkål, broccoli, savojkål B. napus med två varieteter: kålrot, raps B. rapa med två varieteter: rova, rybs Mutationer Mutationer innebär förändringar i arvsanlagen. Förändringarna kan ske på molekylär nivå i DNA-molekylen, men även i större delar av kromosomerna. Om mutationer sker i kroppsceller blir de inte ärftliga. Sker mutationer i könsceller överförs de till kommande generationer. liljekonvalj(v), träjon(v,s,h), veketåg(v,s,h), skelört(s,h), parksmultron(s,h), röllika(s,h), safsa(s,h), stor blåklocka(s,h) Mutationer är vanligt förekommande i naturen. De flesta ger dock upphov till sämre rustade växter, som snabbt slås ut p g a det naturliga urvalet. Under utvecklingens gång har goda mutationer överlevt, vilket varit nödvändigt för arternas anpassningar till förändringar i miljön. Rabatt G Växtförädling Vid växtförädling använder man olika metoder, för att få fram önskade egenskaper hos plantorna. Urval görs för att välja ut de bästa exemplaren av en art, som sedan korsas med varandra. Mutationer kan framkallas med strålning, temperaturchock eller kemikalier, varpå ett urval görs. Vid hybridisering korsas olika närstående arter med varandra. Polyploidisering ger en ökning av kromosomantalet i cellerna. 8 strandbeta(h), sockerbeta(h) röllika(s,h) vresros x persisk gulros = Agnes (S) hornviol x styvmorsviol = pensé(s) jordgubbe x ölandstok = Fragaria Pink Panda (S,H) rödklöver(s,h), timotej(s.h)