Aseksuele voortplanting bij planten | Biology for Majors II

Beschrijf planten die zich ongeslachtelijk voortplanten

Veel planten planten zich zowel ongeslachtelijk als geslachtelijk voort. Bij ongeslachtelijke voortplanting wordt een deel van de ouderplant gebruikt om een nieuwe plant te kweken. Enten, gelaagdheid en microvermeerdering zijn enkele methoden die voor kunstmatige ongeslachtelijke voortplanting worden gebruikt. De nieuwe plant is genetisch identiek aan de ouderplant waarvan de stam is genomen. Ongeslachtelijk voortplantende planten gedijen goed in stabiele omgevingen.

Leerdoelen

Beschrijf kenmerken van planten die zich ongeslachtelijk voortplanten
Bespreek de mechanismen, voordelen, en nadelen van natuurlijke en kunstmatige ongeslachtelijke voortplanting
Over de levensduur van planten

Ongeslachtelijke planten

Veel planten kunnen zichzelf voortplanten door middel van ongeslachtelijke voortplanting. Deze methode vereist niet de investering die nodig is om een bloem te produceren, bestuivers aan te trekken, of een manier te vinden om zaad te verspreiden. Ongeslachtelijke voortplanting levert planten op die genetisch identiek zijn aan de ouderplant, omdat er geen vermenging van mannelijke en vrouwelijke geslachtscellen plaatsvindt. Van oudsher overleven deze planten goed onder stabiele milieuomstandigheden in vergelijking met planten die door seksuele voortplanting zijn voortgebracht, omdat zij genen dragen die identiek zijn aan die van hun ouders.

Veel verschillende soorten wortels vertonen aseksuele voortplanting Figuur 1. De knol wordt gebruikt door gladiolen en knoflook. Bollen, zoals een geschubde bol bij lelies en een manteldradenbol bij narcissen, zijn andere veel voorkomende voorbeelden. Een aardappel is een stengelknol, terwijl pastinaak zich voortplant uit een penwortel. Gember en iris produceren wortelstokken, terwijl klimop een bijwortel gebruikt (een wortel die ontstaat uit een ander plantendeel dan de hoofd- of primaire wortel), en de aardbeiplant heeft een stoloon, die ook wel een loper wordt genoemd.

Afgebeeld zijn foto's van verschillende wortels. Deel A toont bolvormige knoflookwortels. Deel B toont een tulpenbol die een blad heeft uitgelopen. Deel C toont de gemberwortel, die vele vertakkingen heeft. Deel D toont drie aardappelknollen. Deel E laat een aardbeiplant zien.

Figuur 1. Verschillende soorten stengels maken ongeslachtelijke voortplanting mogelijk. (a) De knol van een knoflookplant lijkt op (b) een tulpenbol, maar de knol is vast weefsel, terwijl de bol bestaat uit lagen gemodificeerde bladeren die een ondergrondse stengel omgeven. Zowel knollen als bollen kunnen zichzelf vermeerderen, waardoor nieuwe planten ontstaan. c) Gember vormt massa’s stengels, wortelstokken genaamd, waaruit meerdere planten kunnen ontstaan. d) Aardappelplanten vormen vlezige stengelknollen. Uit elk oog in de stengelknol kan een nieuwe plant ontstaan. e) Aardbeiplanten vormen stolonen: stengels die aan het bodemoppervlak of vlak onder de grond groeien en waaruit nieuwe planten kunnen ontstaan. (credit a: bewerking van Dwight Sipler; credit c: bewerking van Albert Cahalan, USDA ARS; credit d: bewerking van Richard North; credit e: bewerking van Julie Magro)

Sommige planten kunnen zaden voortbrengen zonder bevruchting. Uit de eicel of een deel van de eierstok, die diploïd van aard is, ontstaat een nieuw zaad. Deze wijze van voortplanting staat bekend als apomixis.

Een voordeel van ongeslachtelijke voortplanting is dat de resulterende plant sneller volgroeid zal zijn. Aangezien de nieuwe plant uit een volwassen plant of plantendelen voortkomt, zal zij ook steviger zijn dan een zaailing. Aseksuele voortplanting kan op natuurlijke of kunstmatige (door de mens geassisteerde) wijze plaatsvinden.

Natuurlijke methoden van aseksuele voortplanting

Natuurlijke methoden van aseksuele voortplanting omvatten strategieën die planten hebben ontwikkeld om zichzelf voort te planten. Veel planten, zoals gember, ui, gladiolen en dahlia’s, blijven groeien uit knoppen die zich aan het oppervlak van de stengel bevinden. Bij sommige planten, zoals de zoete aardappel, kunnen uit adventieve wortels of uitlopers nieuwe planten ontspruiten (figuur 2). Bij Bryophyllum en Kalanchoë hebben de bladeren kleine knoppen aan de rand. Wanneer deze worden losgemaakt van de plant, groeien ze uit tot zelfstandige planten; of ze kunnen beginnen uit te groeien tot zelfstandige planten als het blad de grond raakt. Sommige planten kunnen alleen door stekken worden vermeerderd.

Illustratie toont een volwassen plant. Een loper ontspruit aan de basis van de plant en loopt langs de grond. Uit de loper vormen zich een knop en een bijkomend wortelstelsel.

Figuur 2. Een stoloon, of loper, is een stengel die langs de grond loopt. Op de knopen vormt hij uitlopers en knoppen die uitgroeien tot een nieuwe plant.

Kunstmatige methoden van ongeslachtelijke voortplanting

Deze methoden worden vaak toegepast om nieuwe, en soms nieuwe, planten te doen ontstaan. Zij omvatten enten, stekken, gelaagdheid en microvermeerdering.

Enten

Illustratie toont de stam van een jonge boomstam, die is gesplitst. Het bovenste deel van een andere jonge boom wordt in de scheur geklemd en met tape vastgezet, zodat de twee delen aan elkaar kunnen groeien.

Figuur 3. Enten is een kunstmatige methode van ongeslachtelijke voortplanting die wordt gebruikt om planten te produceren die gunstige stameigenschappen combineren met gunstige worteleigenschappen. De stengel van de te enten plant wordt de ent genoemd, en de wortel wordt de stam genoemd.

Enten wordt al lang gebruikt om nieuwe variëteiten van rozen, citrussoorten en andere planten te produceren. Bij het enten worden twee plantensoorten gebruikt; een deel van de stengel van de gewenste plant wordt geënt op een plant met wortels, de stam. Het deel dat wordt geënt of vastgehecht, wordt de ent genoemd. Beide worden onder een schuine hoek (elke andere hoek dan een rechte hoek) afgesneden, dicht bij elkaar geplaatst, en vervolgens bijeengehouden Figuur 3. Het is uiterst belangrijk dat deze twee oppervlakken zo goed mogelijk op elkaar aansluiten, want zij zullen de plant bijeenhouden. De vaatstelsels van de twee planten groeien en versmelten, waardoor een ent wordt gevormd. Na verloop van tijd begint de ent scheuten te produceren en uiteindelijk bloemen en vruchten te dragen. Enten wordt veel gebruikt in de wijnbouw (druiventeelt) en de citrusvruchtenteelt. De enten die in staat zijn een bepaald fruitras voort te brengen, worden geraspt op wortelstokken met een specifieke weerstand tegen ziekten.

Stekken

Planten zoals coleus en geldplant worden vermeerderd door middel van stengelstekken, waarbij een deel van de stengel met knopen en internodiën in vochtige grond wordt geplaatst en laat wortelen. Bij sommige soorten kunnen stengels al een wortel vormen als ze alleen in water worden geplaatst. De bladeren van het Afrikaans viooltje bijvoorbeeld schieten wortel als ze enkele weken ongestoord in water worden gehouden.

Leggen

De illustratie toont een plant met een stengel die is gebogen en onder de grond is begraven. Een staak houdt het uiteinde van de stengel omhoog, zodat deze een nieuwe rechtopstaande plant kan vormen.

Figuur 4. Bij gelaagdheid wordt een deel van de stengel begraven zodat het een nieuwe plant vormt.

Laagdheid is een methode waarbij een aan de plant vastzittende stengel wordt gebogen en bedekt met aarde. De voorkeur gaat uit naar jonge stengels die gemakkelijk kunnen worden gebogen zonder dat ze verwonden. Jasmijn en bougainvillea (papierbloem) kunnen op deze manier worden vermeerderd Figuur 4.

Bij sommige planten wordt een gewijzigde vorm van gelaagdheid toegepast, die bekend staat als luchtgelaagdheid. Een deel van de schors of de buitenste laag van de stengel wordt verwijderd en bedekt met mos, dat vervolgens wordt vastgeplakt. Sommige tuiniers gebruiken ook bewortelingshormoon. Na enige tijd zullen wortels verschijnen en kan dit deel van de plant worden verwijderd en in een aparte pot worden overgeplant.

Microvermeerdering

Microvermeerdering (ook wel plantenweefselkweek genoemd) is een methode om in korte tijd onder laboratoriumomstandigheden een groot aantal planten uit één plant te vermeerderen (figuur 5). Met deze methode kunnen zeldzame, bedreigde soorten worden vermeerderd die onder natuurlijke omstandigheden moeilijk te kweken zijn, economisch belangrijk zijn, of gewild zijn als ziektevrije planten.

Foto toont een plant die groeit in een reageerbuis.

Figuur 5. Microvermeerdering wordt gebruikt om planten in steriele omstandigheden te vermeerderen. (credit: Nikhilesh Sanyal)

Om met weefselkweek van planten te beginnen, kan een deel van de plant, zoals een stengel, blad, embryo, helmknop of zaad, worden gebruikt. Het plantmateriaal wordt grondig gesteriliseerd met een combinatie van voor die soort gestandaardiseerde chemische behandelingen. Onder steriele omstandigheden wordt het plantaardig materiaal op een plantaardig weefselkweekmedium geplaatst dat alle mineralen, vitaminen en hormonen bevat die de plant nodig heeft. Uit het plantendeel ontstaat vaak een ongedifferentieerde massa die callus wordt genoemd en waaruit na enige tijd individuele plantjes beginnen te groeien. Deze kunnen worden afgescheiden en worden eerst onder kasomstandigheden opgekweekt voordat ze naar veldomstandigheden worden verplaatst.

Levensduur van planten

Foto toont de knoestige stam van een borstelkegeldennen.

Figuur 6. Van de borstelkegeldennen, hier te zien in het Ancient Bristlecone Pine Forest in de White Mountains van oostelijk Californië, is bekend dat ze 4.500 jaar oud kunnen worden. (credit: Rick Goldwaser)

De lengte van de tijd tussen het begin van de ontwikkeling en de dood van een plant wordt de levensduur genoemd. De levenscyclus daarentegen is de opeenvolging van stadia die een plant doorloopt vanaf het ontkiemen van het zaad tot de zaadvorming van de volwassen plant. Sommige planten, zoals eenjarigen, hebben maar een paar weken nodig om te groeien, zaden te produceren en af te sterven. Andere planten, zoals de borstelkegeldennen, leven duizenden jaren. Sommige borstelkegeldennen hebben een gedocumenteerde leeftijd van 4.500 jaar (figuur 6). Zelfs als sommige delen van een plant, zoals gebieden met meristematisch weefsel – het gebied van actieve plantengroei bestaande uit ongedifferentieerde cellen die in staat zijn tot celdeling – blijven groeien, ondergaan sommige delen geprogrammeerde celdood (apoptose). De kurk van de stengels en het watergeleidende weefsel van het xyleem bestaan bijvoorbeeld uit dode cellen.

Plantsoorten die hun levenscyclus in één seizoen voltooien, staan bekend als eenjarigen; een voorbeeld hiervan is Arabidopsis, of muizenoorkers. Tweejarigen, zoals wortelen, voltooien hun levenscyclus in twee seizoenen. In het eerste seizoen van een tweejarige heeft de plant een vegetatieve fase, terwijl hij in het volgende seizoen de voortplantingsfase voltooit. Commerciële telers oogsten de wortels van de wortels na het eerste groeijaar en laten de planten niet bloeien. Meerjarige planten, zoals de magnolia, voltooien hun levenscyclus in twee jaar of meer.

In een andere classificatie, gebaseerd op de bloeifrequentie, bloeien eenhuizige planten slechts eenmaal in hun leven; voorbeelden zijn bamboe en yucca. Tijdens de vegetatieve periode van hun levenscyclus (die bij sommige bamboesoorten kan oplopen tot 120 jaar) kunnen deze planten zich ongeslachtelijk voortplanten en een grote hoeveelheid voedselmateriaal verzamelen dat nodig zal zijn tijdens hun eenmalige bloei en zaadzetting na bevruchting. Kort na de bloei sterven deze planten. Polycarpische planten vormen tijdens hun leven vele malen bloemen. Fruitbomen, zoals appel- en sinaasappelbomen, zijn polycarpisch; zij bloeien elk jaar. Andere polycarpische soorten, zoals overblijvende planten, bloeien verscheidene keren tijdens hun levensduur, maar niet elk jaar. De plant hoeft dus niet al zijn voedingsstoffen elk jaar naar de bloei te leiden.

Zoals bij alle levende organismen spelen genetica en milieuomstandigheden een rol bij het bepalen van de levensduur van een plant. Gevoeligheid voor ziekten, veranderende milieuomstandigheden, droogte, koude en concurrentie om voedingsstoffen zijn enkele van de factoren die bepalend zijn voor het overleven van een plant. Planten blijven groeien, ondanks de aanwezigheid van dood weefsel zoals kurk. Afzonderlijke delen van planten, zoals bloemen en bladeren, hebben verschillende overlevingspercentages. Bij veel bomen worden de oudere bladeren geel en vallen uiteindelijk van de boom. De bladval wordt veroorzaakt door factoren zoals een afname van de fotosynthetische efficiëntie, door beschaduwing door bovenste bladeren, of oxidatieve schade als gevolg van fotosynthetische reacties. De componenten van het af te vallen deel worden door de plant gerecycleerd voor gebruik in andere processen, zoals de ontwikkeling van zaad en opslag. Dit proces staat bekend als voedingsstoffenrecycling.

De veroudering van een plant en alle daarmee gepaard gaande processen staat bekend als senescentie, die wordt gekenmerkt door een aantal complexe biochemische veranderingen. Een van de kenmerken van senescentie is de afbraak van chloroplasten, die wordt gekenmerkt door het geel worden van de bladeren. De chloroplasten bevatten onderdelen van de fotosynthetische machinerie, zoals membranen en eiwitten. Chloroplasten bevatten ook DNA. De eiwitten, lipiden en nucleïnezuren worden door specifieke enzymen afgebroken tot kleinere moleculen en door de plant opgeslagen om de groei van andere plantweefsels te ondersteunen.

De complexe paden van voedingsstoffenrecycling binnen een plant worden niet goed begrepen. Het is bekend dat hormonen een rol spelen bij senescentie. Toepassen van cytokininen en ethyleen vertragen of voorkomen senescentie; absciszuur daarentegen veroorzaakt vroegtijdige senescentie.

Check Your Understanding

Beantwoord de onderstaande vraag (vragen) om te zien hoe goed je de onderwerpen uit het vorige deel begrijpt. Deze korte quiz telt niet mee voor je cijfer en je kunt hem een onbeperkt aantal keren overdoen.

Gebruik deze quiz om je begrip te toetsen en te beslissen of je (1) de vorige paragraaf verder wilt bestuderen of (2) verder wilt gaan met de volgende paragraaf.