Bitkilerde Eşeyli Üreme ve Gelişme

Konu Anlatımı

Ne Öğreneceğiz?

Bu konuda bitkilerdeki eşeyli üreme sürecini baştan sona inceleyeceğiz. Bir çiçeğin kısımlarını tanıyacak, tozlaşma ile döllenme arasındaki farkı ayırt edecek, kapalı tohumlu bitkilerdeki çift döllenme olayını kromozom sayılarıyla birlikte açıklayacak ve tohum ile çimlenme evrelerini ele alacağız. Bitkilerde eşeyli üreme, kalıtsal bilginin kuşaklar boyunca aktarılmasının ve tür içi çeşitliliğin sağlanmasının başlıca yoludur.

Konuyu anlamanın en sağlam yolu, önce kromozom sayılarını netleştirmektir. Çiçekli bitkinin kendisi, yani sporofit evresi diploittir (2n). Buna karşılık gametofit yapıları haploittir (n). Kapalı tohumlularda gametofitler çok küçülmüştür: polen tanesi erkek gametofit, embriyo kesesi ise dişi gametofittir. Bu iki yapı döllenmede n + n olarak birleşir ve 2n kromozomlu zigotu meydana getirir.

Ön Bilgi: Çiçek Nedir ve Hangi Kısımlardan Oluşur?

Çiçek, bitkinin üreme organıdır; döllenme sonucunda tohumun oluşmasını sağlar. Bir çiçeğin temel kısımları dıştan içe doğru şöyle sıralanır: çanak yapraklar (kaliks), taç yapraklar (korolla), stamens (androecium) ve pistil (gynoecium). Çanak ve taç yapraklar birlikte çiçek örtüsü adını alır; çoğu bitkide koruyucu ve çekici görev üstlenirler, üreme organı değildirler. Bazı bitkilerde çiçek örtüsü belirgin değildir ya da iki halka biçiminde görünür.

Stamens erkek organlardır. Her stamen filament (sap) ve anter (tosun) olmak üzere iki kısımdan oluşur. Anterin içindeki polen keselerinde gerçekleşen mayoz sonucunda haploit polen taneleri meydana gelir. Polen tanesi erkek gametofittir; stigmada çimlendiğinde üreme çekirdeği mitoz geçirerek iki sperm çekirdeği oluşturur, tüp çekirdeği ise polen borusunun büyümesini ve borunun yönlendirilmesini sağlar.

Pistil dişi organdır ve bir veya daha fazla karpel denilen yapının birleşmesiyle oluşur. Pistilin üç bölümü vardır: stigma (tepecik) polen tanelerini tutar, stil (sap) stigma ile ovaryumu birbirine bağlar, ovaryum ise tohum taslakları (ovüller)i barındırır. Her tohum taslağında bir embriyo kesesi yer alır. Tipik embriyo kesesinde yedi hücre ve sekiz çekirdek bulunur; bunlardan biri olan yumurta hücresi döllenecek, iki kutup çekirdeği ise endospermi oluşturacak çekirdeklerdir.

Tozlaşma

Tozlaşma, polen tanelerinin anterden stigmaya taşınmasıdır. Bu olay tek başına döllenme değildir; döllenmenin ön koşuludur. Taşıma rüzgâr, böcek, kuş, yarasa veya su aracılığıyla gerçekleşebilir. Rüzgârla gerçekleşene anemofili, böceklerle gerçekleşene entomofili, su yüzeyinde gerçekleşene hidrofili adı verilir. Rüzgârla tozlanan bitkilerde polen bol miktarda ve hafiftir, çiçekler gösterişsizdir; böceklerle tozlananlarda ise polen azdır ama daha yapışkandır ve çiçekler çekici renk, koku ve nektar taşır.

Tozlaşmanın aynı bireye ait polenlerle gerçekleşmesi kendileme, başka bir bitki bireyinin polenleriyle gerçekleşmesi ise çapraz tozlaşma olarak adlandırılır. Aynı bireyin farklı çiçekleri arasında gerçekleşen kendileme ayrı bir ad taşır. Çapraz tozlaşma, farklı gen kombinasyonlarının bir araya gelmesini sağladığı için tür içi genetik çeşitliliği artırır. Bu nedenle tabiatta birçok bitkide kendileşmeyi azaltan ya da çapraz tozlaşmayı kolaylaştıran özellikler gelişmiştir.

Döllenme ve Çift Döllenme

Döllenme, haploit bir sperm çekirdeğinin yumurta hücresiyle birleşmesidir. Polen tanesi stigmada çimlenir ve polen borusu oluşturur. Polen borusu stilin içinden ilerler, tohum taslağının örtüleri arasında kalan mikropil açıklığından içeri girer ve yumurta hücresine ulaşır. Kapalı tohumlu bitkilerde bu olay çift döllenme ile sonuçlanır: iki sperm çekirdeği ayrı ayrı birleşme yapar.

Birinci birleşmede sperm çekirdeği (n) yumurta hücresiyle (n) birleşerek 2n kromozomlu zigotu oluşturur. Zigot mitotik bölünmeler geçirerek embriyoyu meydana getirir; mitozda kromozom sayısı korunduğu için embriyo da diploittir. İkinci birleşmede diğer sperm çekirdeği (n) iki kutup çekirdeğiyle (n + n) birleşerek 3n kromozomlu endosperm çekirdeğini oluşturur. Endosperm çekirdeği de mitozla bölünerek depo maddesi bakımından zengin besi dokuyu meydana getirir ve embriyonun ilk beslenmesini sağlar.

Çift döllenmenin sonucu, zigot ile endosperm çekirdeğinin aynı anda oluşmasıdır. Böylece bitki, döllenmeyle embriyo oluştururken aynı anda embriyonun beslenmesi için gerekli doku hazırlanmış olur. Endosperm oluşmazsa embriyo beslenemez ve gelişim durur. Açık tohumlularda ise çift döllenme görülmez; besin dokusu döllenmeden önce oluşmuştur.

Tohum ve Meyvenin Oluşumu

Tohum taslağının gelişmesiyle tohum meydana gelir. Tohumun en dışında, taslağın örtülerinden gelişen tohum kabuğu bulunur; kabuk tohumu korur ve su kaybını azaltır. İçeride embriyo yer alır. Embriyoda toprağın derinliğine doğru büyüyen kökçük (radikül), toprak yüzeyine doğru büyüyen sürgün (plumül) ve aralarında kotiledon (embriyonik yaprak) bulunur. Kotiledon sayısı, bitkinin tek çim yapraklı mı çift çim yapraklı mı olduğunu gösterir.

Depo maddelerinin önemli bir kısmı endospermde tutulur. Tek çim yapraklı bitkilerde endosperm genellikle tohumun içinde kalır; çift çim yapraklı bitkilerin çoğunda ise endosperm çimlenme sırasında tüketilir ve depo maddesi kotiledonlara aktarılır. Kısacası çimlenme sırasında yeni bitkicik, kotiledonlardaki veya endospermdeki besinleri kullanarak gelişir.

Dişi organın ovaryum duvarı ise meydana gelen meyvenin dış duvarını oluşturur; bu duvara perikarp adı verilir. Meyve, tohum taslaklarının döllenip tohuma dönüşmesiyle birlikte olgunlaşır. Meyvenin büyüklüğü, dokusunun sertliği ve içindeki tohum sayısı doğrudan ovaryumun yapısıyla ilişkilidir.

Çimlenme

Çimlenme, uygun koşullar sağlandığında tohumun depo maddelerini kullanarak embriyonu büyütüp genç bitki oluşturmasıdır. Çimlenme için su, oksijen ve uygun sıcaklık gereklidir. Su tohumun şişmesini sağlar, uygun sıcaklıkta enzimlerin çalışmasını mümkün kılar, oksijen ise solunum için zorunludur. Sıcaklık optimumun altındaysa enzimler etkin çalışamaz, su fazlaysa oksijen yetersiz kalır ve çimlenme gerçekleşmez. Bazı bitkilerde ışık da çimlenmeyi etkiler.

Çimlenme suyun tohum tarafından emilmesiyle başlar; bu olaya emilim (imbibisyon) adı verilir. Depo maddeleri enzimler aracılığıyla basit şekerlere dönüştürülür ve embriyo hücrelerine taşınır. Ardından kökçük toprağın derinliğine doğru büyür, sürgün ise toprak yüzeyine çıkar. Çimlenme sırasında oluşan genç bitkiye fide adı verilir.

Kotiledonların çimlenme sırasında toprak altında kalıp kalmamasına göre iki çimlenme tipi ayırt edilir. Kotiledonlar tohum altında kalıyorsa hipogeal çimlenme, yüzeye çıkıyorsa epigeal çimlenme görülür. Hipogeal çimlenmede yalnızca sürgün toprak yüzeyine çıkar, kotiledonlar tohum kabuğuyla birlikte toprakta kalır; fasulye buna örnektir. Epigeal çimlenmede ise sürgün kotiledonları bir kalkan gibi taşıyarak yüzeye çıkar ve kotiledonlar daha sonra yaprak görevini üstlenir.

Bazı bitkilerde tohum, çimlenme yeteneği olmasına rağmen belirli bir süre çimlenmez. Bu duruma dormansi adı verilir. Dormansi tohumun olgunlaşmasıyla ilişkili olduğu gibi mevsimin soğuk veya kurak dönemlerinde tohumun hayatta kalmasını da sağlar; koşullar değişince dormansi bozulur ve çimlenme gerçekleşebilir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Bir bitkide gamet çekirdeklerinin kromozom sayısı n = 8'dir. Bu bitkide döllenme gerçekleştiğinde önce bir sperm çekirdeği yumurta hücresiyle birleşir. Bu birleşmede iki haploit çekirdek bir araya geldiği için 8 + 8 = 16, yani 2n kromozomlu bir zigot oluşur. Zigot mitoz geçirerek embriyoyu meydana getirir ve embriyo 16 kromozomlu kalır. Ardından diğer sperm çekirdeği iki kutup çekirdeğiyle birleşir; bu kez üç haploit çekirdek bir araya geldiği için 8 + 8 + 8 = 24, yani 3n kromozomlu endosperm çekirdeği oluşur. Dikkat edilecek nokta, zigotun iki çekirdeğin, endospermin ise üç çekirdeğin birleşmesiyle oluşmasıdır.

Kavram Karşılaştırma Tablosu

İki tabloyu birlikte okumak soruların çoğunu tek bakışta çözer: birinci tablo kısım ile görev eşleştirmesini, ikinci tablo ise çimlenme tiplerini karşılaştırır. Sorularda genellikle bir yapının adı ya da iki olay arasındaki fark sorulur.

Sık Yapılan Hatalar

En sık hata, tozlaşmayı döllenme sanmaktır; oysa tozlaşma yalnızca polen aktarımıdır, döllenme ise çekirdek birleşmesidir. İkinci sık hata, endospermin 2n olduğunu düşünmektir; endosperm çekirdeği üç haploit çekirdeğin birleşmesiyle oluştuğu için 3n kromozomludur. Üçüncü hata, endospermin zigottan oluştuğu görüşüdür; zigot embriyoyu, endosperm çekirdeği ise besi dokuyu oluşturur. Dördüncü hata, hipogeal çimlenmede kotiledonların yüzeye çıktığını söylemektir. Beşinci hata, çimlenme için yalnızca su yeterli saymaktır; oksijen ve uygun sıcaklık da zorunludur. Altıncı hata, meyvenin tohum taslağından oluştuğunu sanmaktır; meyve ovaryum duvarından, tohum ise tohum taslağından gelişir.

Sınav Odaklı Ek Not

Kromozom sorularında üç adım yeterlidir. Önce n değerini bul (n = 2n ÷ 2), sonra hangi yapının kaç çekirdek birleşmesiyle oluştuğunu yaz (zigot iki, endosperm üç çekirdek), en sonunda toplamı hesapla. Karşılaştırma sorularında tohum taslağının tohuma, ovaryum duvarının meyveye dönüştüğünü eşleştir. Süreç sorularında sıra şöyledir: tozlaşma, polen borusunun oluşumu, mikropilden giriş, çift döllenme, zigotun gelişmesi, tohumun oluşumu, çimlenme. Çimlenme sorularında önce üç temel koşulu (su, oksijen, uygun sıcaklık) sor, sonra kotiledonların yerini sor. Zor sorularda sorunun kromozom sayısı mı, yapı eşleştirmesi mi, yoksa süreç sırası mı olduğunu belirle ve sonra şıkları ele.

Özet ve Kendini Dene

Bitkilerde eşeyli üreme çiçekle gerçekleşir. Stamens erkek, pistil dişi organdır; ovaryumdaki tohum taslakları döllenerek tohuma dönüşür. Tozlaşmada polen anterden stigmaya taşınır, döllenmede ise sperm çekirdeği yumurta hücresiyle birleşir. Kapalı tohumlarda çift döllenme görülür; zigot 2n, endosperm 3n kromozomludur. Çimlenme için su, oksijen ve uygun sıcaklık gereklidir; çimlenirken kökçük aşağı, sürgün yukarı doğru büyür. Kendini dene: bir çiçeğin dört ana bölümü hangileridir, n = 8 iken endosperm kaç kromozomludur, hipogeal çimlenmede hangi yapılar toprak altında kalır?

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: 2n = 16 kromozomlu bir bitkinin gametofit yapılarında kaç kromozom bulunur?

1. Adım 1: Gametofit yapılarının haploit olduğunu belirle.
2. Adım 2: n = 2n ÷ 2 = 16 ÷ 2 = 8 olarak hesapla.
3. Adım 3: Polen tanesi ve embriyo kesesinin 8 kromozom taşıdığını yaz.

Sonuç/cevap: Polen tanesi ve embriyo kesesi 8 kromozomludur (n = 8).