Wegetatywne rozmnażanie się roślin

Pewnie niejednokrotnie miałeś/aś okazję spotkać się z terminem „wegetatywne rozmnażanie się roślin”, a może również zdarzyło Ci się obserwować to zjawisko? Jest ono dosyć częste i szeroko stosowane, na przykład w domowej uprawie roślin, lecz na czym to polega? Skąd wynika i jakie ma znaczenie? Jeśli chcesz poznać odpowiedzi na te i inne pytania zapraszam do czytania.

To co najważniejsze w formie pogadanki 🙂

Jednakże polecam przejrzeć artykuł, w szczególności przykłady rozmnażania wegetatywnego inne niż bulwy 😉

O co generalnie chodzi?

Zacznijmy od istotnej definicji:

  • Rozmnażanie– inaczej reprodukcja. Termin ten oznacza wytwarzanie przez dany organizm nowych osobników, tego samego gatunku. (za SJP PWN)

Czyli wiemy już czym w istocie jest rozmnażanie, jest procesem służącym powstaniu nowych osobników. Skoro jest to jakiś proces, musi stać za nim pewien mechanizm. No właśnie, stąd wyróżniamy dwa typy rozmnażania mianowicie:

  • rozmnażanie płciowe
  • rozmnażanie bezpłciowe

Mogą one przybierać skrajnie różnorodne formy (#biologia_jest_różnorodna), ale podział rozmnażania na dwa typy wynika z jednego ważnego faktu. W przypadku rozmnażania płciowego, w procesie biorą udział gamety, czyli komórki rozrodcze. Z kolei w przypadku rozmnażania bezpłciowego coś takiego jak płeć nie ma znaczenia, gamety nie biorą w nim udziału.

Do sedna sprawy

Rozmnażanie wegetatywne jako jedno z bezpłciowych sposobów rozmnażania nie angażuje w tworzenie nowego osobnika gamet, tylko… wiele różnych struktur i części ciała 🙂 Powtórzę się, aczkolwiek biologia jest różnorodna. Sztuką jest w tej ogólnej różnorodności odnaleźć ISTOTĘ zjawiska. To co łączy rośliny rozmnażające się wegetatywnie to fragmentacja. Wszakże opiera się ono na powstawaniu roślin potomnych z fragmentów rośliny macierzystej.

Każda taka cząstka rośliny ma w sobie „potencjał życiowy”, mianowicie jest w stanie zregenerować się w nową samodzielną roślinę. Żeby nie brzmiało to zbytnio onirycznie, nazwijmy „potencjał życiowy” materiałem genetycznym, to w nim istnieje przyszła roślina. Powoli właśnie zbliżamy się do tej ISTOTY, bez której to o czym tu chcę pisać nie miałoby sensu a mianowicie jest nią bardzo duża zdolność roślin do regenerowania się. A wynika ona z:

Totipotencji komórek roślinnych.

Totipotencja to nic innego jak zdolność komórek do różnicowania się w dowolny typ komórek budujących organizm. Także nawet zróżnicowane komórki tkanek są w stanie odróżnicować się i następnie zróżnicować się w inny typ komórki. Pamiętajmy, że każda komórka somatyczna posiada te same geny, ale nie zawsze wszystkie są aktywne. Właśnie taka selektywna aktywacja i dezaktywacja genów skutkuje zróżnicowaniem się komórki.

Dzięki tej totipotencji grupa komórek (nawet i jedna wystarczy), fragment tkanki, organu może w wyniku odróżnicowania części komórek i organogenezy pośredniej lub bezpośredniej wytworzyć zawiązki pędów i korzeni. W organogenezie pośredniej powstawanie zalążków korzeni i pędów poprzedzone jest wytworzeniem kallusa (tkanki przyrannej). Z kolei w bezpośredniej zawiązki te powstają wprost z dzielących się komórek.

Tak notabene ta zdolność ma niesamowicie ważne znaczenie w zabliźnianiu się ran. Bez tego każde, choćby małe uszkodzenie łodygi, pnia kończyłoby się niegojącą raną i wrotami dla grzybów i innych patogenów. Zdolność do odróżnicowania się komórek i intensywnego dzielenia się pozwala zasklepić ranę w pniu.

No i teraz staje się to klarownym

Wszakże duża zdolność do regeneracji wynikająca z totipotencji komórek roślinnych właśnie stoi u podstawy rozmnażania wegetatywnego. Oczywiście roślina, roślinie nierówna. Przykładowo drzewa szpilkowe gorzej sobie radzą z regeneracją, niżeli taka wierzba, ale jednak wiele roślin jest w stanie odtworzyć swoje ciało z fragmentu rośliny macierzystej. Niektóre wymagają odpowiednich warunków, kolejne wymagają silnie kontrolowanych kultur in vitro a jeszcze kolejne wyrosną z opadłego na ziemię liścia 🙂

No to o co chodzi z cebulami?

Zazwyczaj jak rozmawiamy o rozmnażaniu wegetatywnym roślin mówimy o sztampowych przykładach takich jak kłącza, cebule, rozłogi, bulwy, jednakże chciałbym zaznaczyć, że nie są to jedyne przykłady. W istocie są one tylko specyficznym typem rozmnażania wegetatywnego, w którym biorą udział wyspecjalizowane ku temu struktury. Często niezmodyfikowany pęd, liście, rzadziej korzenie są w stanie same z siebie dać początek nowej roślinie.

No ale do rzeczy

Omówmy pokrótce modyfikacje pędu służące między innymi rozmnażaniu wegetatywnemu:

Rozłogi

Są to odgałęzienia dolnej części pędu, płożące się po powierzchni ziemi. Międzywęźla takiego pędu są znacznie wydłużone, a w węzłach występują zredukowane, łuskowate liście, pąki pachwinowe i z węzłów mogą wyrastać korzenie przybyszowe. Dzięki temu w węzłach mogą formować się nowe rośliny, które następnie mogą się oddzielić od rośliny macierzystej.

Rozłóg truskawki
źródło: harvesttotable.com
Rozłóg nurzańca śrubowego
źródło: tropica.com

Kłącza

Kłącza są można powiedzieć podziemnymi rozłogami. Trochę trwalszymi i zgrubiałymi rozłogami. Są wszakże również przekształceniem pędu, tyle że tym razem występuje on pod ziemią. O „pędowej” genezie świadczy na przykład obecność łuskowatych liści i pąków bocznych. Są to struktury nieodpowiadające wyłącznie za rozmnażanie wegetatywne, ale również mają charakter przetrwalnikowy jak i spichrzowy.

Kłącze imbiru
autor: Frank C. Müller, Baden-Baden, CC BY-SA 3.0
Kłącze kurkumy.
źródło: smallgreenthings.com.au
Kłącze kapturnicy

Bulwy

Chyba każdemu znane są bulwy ziemniaczane i znany jest ich wygląd. Są to podobnie jak kłącza podziemne modyfikacje pędu z tymże charakteryzuje je ograniczony wzrost i znacznie mniejsza trwałość. Kłącza bywają wieloletnie kiedy to trwałość bulwy ograniczona jest do jednego sezonu wegetacyjnego. Powstają one w wyniku intensywnego rozrostu/ grubienia końcówki tak zwanego stolonu czyli właśnie podziemnego pędu. Pełnią rolę organu spichrzowego, jak również służą rozmnażaniu wegetatywnemu. Mogą również występować bulwy powstające z korzeni np. u dalii.

Wczesne fazy rozwoju bulwy ziemniaka.
źródło: Weeda, S. et al. (2009)
Bulwy topinamburu (słonecznik bulwiasty)
autor: H2ase, CC BY-SA 3.0

Cebule

Główną częścią cebul są przekształcone liście z kolei łodyga jest silnie skrócona i tworzy tak zwaną piętkę, z której wyrastają korzenie przybyszowe, jak i wyżej wspomniane mięsiste liście. Na szczycie piętki znajduje pąk wierzchołkowy, z którego na wiosnę może wyrosnąć pęd nadziemny a w pachwinach liści znajdują się pąki boczne z których mogą wyrosnąć nowe cebule, czyli poniekąd nowe rośliny. Organ ten służy rozmnażaniu wegetatywnemu, ale i pełni również funkcję spichrzową oraz przetrwalnikową. Ewolucja jest oszczędna i pożądanym jest by dana struktura pełniła kilka funkcji 🙂

Przekrój pionowy przez cebulę
źródło: www.quora.com
Cebula czosnku
autor: Donovan Govan., CC BY-SA 3.0

Pamiętajmy o jednej rzeczy, u podstaw funkcjonowania powyższych organów rozmnażania wegetatywnego dalej stoi fragmentacja, jednakże w nieco ulepszonej formie. Proces fragmentacji jest wydłużony w czasie i nie jest już stricte przypadkowym zjawiskiem. Taki rozłóg truskawki sam siebie „sadzonkuje” i dzięki połączeniu z rośliną mateczną młody osobnik ma „dobry start”. Ma ciągły dostęp do substancji odżywczych płynących od rośliny macierzystej i może się spokojnie rozwijać. Jest to nic innego jak usprawnienie procesu fragmentacji.

Krótko o znaczeniu rozmnażania wegetatywnego

Na początku gamet nie było. Rozmnażanie płciowe jest właściwie nowszym „wynalazkiem” w porównaniu z rozmnażaniem bezpłciowym ( w tym wegetatywnym ) i na początku organizmy rozmnażały się wyłącznie bezpłciowo. Sama tematyka ewolucji płci jest skrajnie ciekawa i wymaga głębszego pochylenia, jednakże ograniczmy się w tym momencie do wymienienia zalet i wad rozmnażania bezpłciowego.

ZaletyWady
Szybkie zwiększenie liczby osobników (umożliwia szybką kolonizację niszy i wykorzystanie korzystnych warunków)Mała (prawie żadna) zmienność genetyczna powstających osobników
Powielenie cech korzystnych w danych warunkach
środowiska
Mała odporność populacji na zmiany czynników środowiskowych (temperatura, światło, pasożyty)
Jest oszczędniejsze. Klony powstające z organów wegetatywnych zazwyczaj mają lepszy, pewniejszy
start aniżeli stadium siewki po wykiełkowaniu. Rośliny rekompensują niedoskonałość nasion ich ogromną produkcją, ale to kosztuje…
Zazwyczaj organy służące rozmnażaniu wegetatywnemu nie umożliwiają dalekiej dyspersji diaspor. Z kolei nasiona znacznie to ułatwiają.
Umożliwia szybkie opanowanie środowiska. Wykorzystanie okazji, nowopowstałej niszy.Fragmenty wegetatywne roślin mają zazwyczaj mniejszą zdolność do przetrwania niekorzystnych warunków w stanie uśpienia aniżeli nasiona. Przykładowo udało się wyhodować Daktylowca z nasiona sprzed ok. 2 tysięcy lat. Odsyłam zainteresowanych do: LINK
Nie wymaga zapylacza. W szczególności pożyteczne w przypadku roślin rosnących w dużym rozproszeniu.Ułatwia gromadzenie się i przekazywanie dalej niekorzystnych alleli genów.

Krótko mówiąc

Rozmnażanie wegetatywne to właściwie powielanie osobników i CECH, w takiej sytuacji powstaje nam armia klonów równie dobrze przystosowana do danych warunków siedliskowych. Ułatwia to zasiedlenie nowego siedliska, wykorzystanie szansy (na przykład rozwój flory runa leśnego po przerzedzeniu się lasu po wichurze ). Ponadto pozwala na powielanie korzystnych cech. Zmienność i stojąca za nią rekombinacja nie jest „cukierkowo” zawsze korzystna. Ma swoje złe strony.

Zauważmy że rekombinacja genetyczna charakterystyczna dla rozmnażania płciowego może powodować ujawnianie się cech niekorzystnych na przykład chorób recesywnych, stąd rozmnażanie płciowe może skutkować powstaniem gorszego jakościowo potomstwa od osobników rodzicielskich. Także jeżeli warunki są stałe a populacja dobrze przystosowana, korzystnym jest kopiowanie swojego genomu i przekazywanie go potomstwu w niezrekombinowanej formie. I wszystko jest fajnie dopóki warunki środowiskowe się nie zmienią, albo pasożyty nie przełamią barier obronnych. Jeśli się tak stanie to los takiej populacji jest marny. Nagle populacja równie dobrze przystosowanych osobników, zmienia się w populację równie źle przystosowanych… i podatnych na ekstynkcje osobników.

No to może jakieś ciekawsze przykłady?

Drosera scorpioides i jej gemmae

Pierwszym ciekawym przykładem mogą być rosiczki pigmejskie, na przykład Drosera scorpioides

Rosiczki pigmejskie pochodzą z południowo-zachodniej Australii i ich typową cechą jest wytwarzanie tak zwanych gemmae (liczba pojedyncza gemma). Służą one właśnie do rozmnażania wegetatywnego, wszakże są to przekształcone liście, które po opadnięciu na podłoże z łatwością się ukorzeniają i dają początek nowej roślinie. Zwróćmy uwagę na to że powstająca siewka ma swego rodzaju „dobry start”. Na wstępie wyposażona jest w mięsisty liść przeprowadzający fotosyntezę, jak również zaopatrujący siewkę w substancje odżywcze, oraz siewka może natychmiast rosnąć dzięki odpowiedniemu ugrupowaniu komórek merystematycznych.

Krótka prezentacja gemmae Drosera scorpioides.

Tak tylko dodam, użyte w filmie określenie zalążek może być mylące, nie ma to nic wspólnego z zalążkiem w nasieniu. Jest to po prostu ugrupowanie komórek merystematycznych zdolnych do zapoczątkowania wzrostu łodygi i korzenia.

Film pięknie pokazujący rozwijającą się młodą rosiczkę z gemma.

Kalanchoe daigremontiana i jej szeroko znane rozmnóżki.

Roślina ta zwana jest po polsku żyworódką a po angielsku „mother of thousands”, co chyba niezbyt dziwi

Kalanachoe daigremontiana jest rośliną wywodzącą się z madagaskaru i jest szeroko uprawiana jako roślina pokojowa. Znana jest głównie z swojej umiejętności do wytwarzania charakterystycznych rozmnóżek. W istocie na karbowanych brzegach liści w zagłębieniach znajdują się ugrupowania komórek merystematycznych zdolnych do dawania początku młodej roślince. Po odpadnięciu od rośliny macierzystej, jeśli szczęście dopisze młoda roślinka zakorzeni się w podłożu i wyda własne młode pokolenie 🙂

Autor zdjęcia: CrazyD, 26 October 2005, CC BY-SA 3.0

Film prezentujący rozwój rozmnóżki Kalanchoe daigremontiana.

Drosera prolifera i łatwość regeneracji

Kolejna rosiczka, Drosera prolifera i znowu z Australii.

Drosera prolifera, zwana po polsku rosiczką przerastającą wywodzi się z północno-wschodniej Australii, z regionu Queensland. Nie tworzy struktur specjalnie przeznaczonych do rozmnażania wegetatywnego, ale za to jej organy bardzo łatwo się ukorzeniają. Liść opadły torf jest w stanie bez dodatkowej stymulacji hormonalnej wytworzyć zalążki merystemów (pędu i korzenia) i dać początek paru nowym roślinom 🙂 Jednak co jeszcze ciekawsze miałem okazje zauważyć, że nawet pęd kwiatowy po przekwitnięciu dawał początek nowym rośliną 🙂

Film prezentujący ukorzeniający się pęd kwiatowy.

Żywiec cebulkowy, czyli nietypowe cebulki

Cebulki powstające w kątach liści.

Żywiec cebulkowy ( Cardamine bulbifera ) jest rośliną występującą między innymi w Polsce, którą charakteryzuje wytwarzania struktur zwanych bulwkami. Są one zaangażowane w rozmnażanie wegetatywne tej rośliny i powstają w wyniku modyfikacji pąków bocznych pędu. Taka bulwka po odpadnięciu od rośliny macierzystej łatwo się ukorzenia i wyrasta z niej nowa roślina. Jest to przekształcony pąk boczny, a takowy zawiera komórki merystematyczne, a te z kolei znacznie ułatwiają wzrost nowej roślince 🙂

Autor fotografii: Jerzy Opioła

Cylindropuntia fulgida i jej okrutne kolce

Uroczy kaktusik z ameryki północnej

Cylindropuntia fulgida jest kaktusem pochodzącym z suchych terenów południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Jak na kaktusa przystało wyposażona jest w ciernie, będące przekształconymi liśćmi, jednakże oprócz typowej funkcji odstraszania roślinożerców, pełnią jeszcze jedną subtelną funkcję… umożliwiają podróż na gapę. Jest to możliwe dzięki dwóm właściwościom rośliny. Po pierwsze, pędy bardzo łatwo się odłamują i następnie regenerują w nowe rośliny. Po drugie, ciernie nie dość że są ostre to jeszcze wyposażone w mikroskopijne haczyki/kolce, które bardzo dobrze kotwiczą fragment rośliny w futrze lub w skórze pustynnego zwierzęcia. Następnie po jakimś czasie odpadają od powierzchni ciała zwierzęcia i dają początek nowej roślinie 🙂

Autor zdjęcia: Lon&Queta, flickr

Tłustosz i regeneracja z liścia

Mięsożerny tłustosz zdolny do regeneracji z liścia.

Tłustosz Pinguicula x Tina jest bardzo popularną, domową rośliną mięsożerną i wywodzi się z grupy tłustoszy meksykańskich. Charakterystycznym dla wielu tłustoszy jest fakt iż ich liście bardzo łatwo ukorzeniają się i dają początek młodym rośliną (co hodowcy bardzo często wykorzystują). Wystarczy że odpadnie od rośliny, lub zostanie oderwany i położony na wilgotny torf, sam pokieruje swoim dalszym rozwojem.

Film prezentujący tłustosza i jego sposób na wegetatywne rozmnażanie.

Inne przykłady regeneracji z fragmentów rośliny

Regeneracja z liścia u rośliny z rodziny Crassulaceae (Gruboszowate). Pięknie widać wyrastające u nasady liści korzonki.

Film cudownie pokazujący rozwój młodych roślin z liści sukulentów.

Regeneracja z fragmentu łodygi u Fikusa sprężystego Ficus elastica. Można powiedzieć, że to jest taki bardziej typowy sposób rozmnażania wegetatywnego, wszakże regeneracja z fragmentów łodyg jest stosunkowo częsta, z kolei zdolność do regeneracji z liści lub korzeni jest stosunkowo rzadka w przyrodzie. Nie jest to dziwne, łodyga która w dodatku posiada zdrowy stożek wzrostu pędu, wystarczy że się ukorzeni. Regeneracja z liścia wymaga wytworzenia merystemów zarówno korzenia jak i pędu.

I tak dalej…

Przykładów można by jeszcze wymieniać bardzo długo, lecz nie o to w tym chodzi. Ogólny sens został ujęty, przykłady podane to teraz trzeba samemu starać się zobaczyć przykłady wegetatywnego rozmnażania roślin wokół siebie. Jest to dosyć powszechne, więc na pewno coś znajdziesz 🙂

Z mojej strony to tyle, pozdrawiam flori 😉

Literatura:

  1. Biologia Campbella, Rebis (2017)
  2. Botanika Tom 1 Morfologia, Alicja Szweykowska, Jerzy Szweykowski (2011)
  3. http://www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=1&taxon_id=134329
  4. Fizjologia roślin, Kopcewicz (2012)
  5. International carnivorous plant society. https://www.carnivorousplants.org/grow/guides/PygmyDrosera
  6. Weeda, S. et al. “Developmentally linked changes in proteases and protease inhibitors suggest a role for potato multicystatin in regulating protein content of potato tubers.” Planta 230 (2009): 73-84.