PLANT BIOLOGY [REVIEW FOR EXAM 1] -- 4.0ed this course!

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Biological Sciences Program
BSCI 124
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02/24/2014 LECTURE 1 Plants Multicellular organisms Cellulose­rich cell wall Chlorophyll, photosynthetic Adapted to life on land Plant structure Shoot Usually grows above Stem, leaves, nodes, internodes, buds Flowers Specialized shoot where reproduction occurs, fruit & seeds develop Leaves Site of photosynthesis Blade, petiole Node Place in stem where leaf is attached Stem Holds leaves, transports water & nutrients, provides support above ground Root Usually grows below ground Anchors to soil absorbs water & minerals May serve as storage in some species Branch roots, root hairs, root cap Shoot & root apical meristems Region of embryonic tissue capable of developing new parts of the plant Variations in structure Potatoes­ stems that grow underground Celery­ overgrown leaf petiole Radishes & yams­ storage roots Spines of cacti­ modified leaves LECTURE 2 Cell macromolecules­ the molecules of life 4 molecules of life: carbohydrates, lipids, proteins, nucleic acids Carbohydrates Sugars, starches, cellulose Organic molecules composed of C, H, O (1:2:1 ratio) Most abundant of life’s molecules 3 types Monosaccharides (one) Simple sugars of 3­6 carbons, C H n 2n n Glucose­ blood sugar Fructose­ fruit Ribose­ nucleic acids Disaccharides (two) Sucrose­ table sugar Maltose­ 2 glucose Lactose­ milk Polysaccharides (many) Starch­ energy storage Cellulose­ plant cell walls, wood, paper, cloth Functions Energy storage­ in the C­H bonds, glucose, starch For structure in plants­ cellulose for cell wall Carbon sources to make other molecules­ nucleic acids, amino acids Lipids Diverse group of organic compounds Usually composed of C, O, H, sometimes P 3 main types Fats, oils, waxes Made from 2 building blocks­ glycerol molecule & fatty acids Fats & oils are water insoluble Fats are solid lipids at room temperature Usually animal derived­ lard, butter Oils are liquid lipids & do not dissolve in water Usually plant derived­ corn oil, peanut oil, olive oil Phospholipids Similar to fats & oils but contain phosphorous (a phosphate group) Phosphate group makes head hydrophilic (water loving) Fatty acid chain is hydrophobic (water hating) Membranes of cells are lipid bilayers Steroids Structurally different from other lipids Composed of 4 carbon rings & side groups Sex hormones, cortisol, cholesterol, & others Functions High­energy food Part of cell membrane Waxes, hormones, vitamins, pigments Energy storage of lipids Monoglycerides (glycerol + 1 fatty acid chain) Diglycerides (monoglyceride + 2  fatty acid chain) rd Triglycerides (diglyceride + 3  fatty acid chain) Triglycerides­ highest neergy Proteins Composed of amino acids There are 20 amino acids Large complex molecules Composed of C, H, O, S, N Functions Building blocks of cells Transport­ they help control what passes through the plasma membrane Animal structure­ hair, nails, tendons, muscles Enzymes­ to speed up chemical reactions Nucleic acids DNA, RNA Large organic molecules Composed of C, H, O, P, N Basic unit is the nucleotide A sugar, phosphate, & nitrogenous base Nucleic acids are long chains of nucleotides DNA Deoxyribonucleic acid Carries information about the entire cell RNA Ribonucleic acid Copy of DNA ATP Nucleotide compound Energy transfer/exchange Functions Information storage­ DNA & RNA are like a blueprint for the cell Energy carrier­ ATP Characteristics of life’s molecules Carbon­based Formed from a few elements­ C, H, O, P, N Modular construction­ like bricks, cheap & easy to build small building blocks Their function depends on structure­ structure/shape determines function We eat them every day We are composed of fats, carbohydrates, proteins  Cells Basic building blocks of living organisms Form tissues & organs Each cell is functionally independent­ it can live on its own under the right conditions Uses sugars to get energy & stay alive Contains all necessary info to replicate­ produce a multicellular organism Can make a whole plant from a single cell Cell theory Cell is the basic unit of life Organisms are composed of cells Cells arise from other cells 2 types of cells Prokaryotic Simple cells, lack organelles 10­100 times smaller than animal or plant cells Bacteria Older organisms­ 3.5 billion years old Eukaryotic Have organelles Cells of plants, animals, fungi Some unicellular organisms also­ algae, amoeba More recent­ 1.5 billion years old Plant cells vs. animal cells Plant cells have 4 things animal cells do not Cell walls Chloroplasts Plasmodesmata Vacuoles Cells from animals & other organisms have them but they are much smaller & not as significant Outside of the plant cell Cell wall Protects & supports the cell Made mostly of cellulose Allows water & other molecules to pass through (like a cardboard box) Primary wall Formed early Located on outermost layer Secondary wall Deposited on the inside between primary cell wall & plasma membrane Middle lamella What glues adjacent cells together Plasmodesmata Cytoplasmic connections between adjacent cells Allow for the movement of materials from cell to cell Plasma membrane/plasma membrane Lipid bilayer Hydrophilic heads (outer) & hydrophobic tails (inner) Differentially permeable Lets water pass through, but not other molecules Fluid mosaic model Double layer of phospholipids with scattered proteins (looks like protein icebergs in a sea of lipids) Inside of the plant cell Cytosol A matrix of water (90%), proteins, organic molecules, ions Cytoplasm Cytosol & organelles only, except nucleus Protoplast All of the plant cell enclosed by the cell wall (plasma membrane, cytosol, organelles) Cytoskeleton Microtubules & microfilaments Make up the cytoskeleton A network of protein cables that provide structural support to the cell Help in cell division & elongation Important for mitosis & cell division Organelles Membrane bound sub compartments within the cell See below* Plant cell organelles Nucleus Contains all genetic information (DNA) in chromosomes Chromosomes­ DNA & proteins Nucleolus­ bodies where ribosomes are made Mitochondria Provides energy to the cell by converting sugars into chemical energy (respiration) Powerhouse of the cell Chloroplast Site for photosynthesis Produces sugars from carbon dioxide, water, & sunlight Contain chlorophyll (makes the plant green) & other pigments Vacuole Stores a watery solution of sugars, salts, acids, proteins Makes up to 90% of plant cell volume Makes cells turgid­ water pressure in cell Tonoplast­ vacuole’s own membrane Often acidic content­ sap, what makes lemons & limes tart Ribosomes Site for protein synthesis Use information contained in DNA to produce proteins Not membrane bound Endoplasmic reticulum A network of folded membranes throughout the cytoplasm Smooth ER­ lacks ribosomes, used for packaging & transport of proteins & to make lipids Rough ER­ has ribosomes for protein synthesis Golgi apparatus A stack of flattened, hollow, membranous sacs Modifies proteins & lipids from the ER Packages these materials in vesicles to the plasma membrane UPS of the cell Endosymbiont theory Chloroplasts & mitochondria are the same size as bacteria, have their own DNA, & divide similarly Chloroplasts & mitochondria are descendants of once free­living prokaryotes that were engulfed by larger  cells, establishing a symbiotic (mutually beneficial) relationship LECTURE 3 Plant anatomy & physiology Anatomy­ study of the structure of organisms, looking at cells & tissues Physiology­ study of the function of cells, tissues, organs of living things, & the physics/chemistry of these  functions Structure correlates to function Plant tissue types Dermal Outermost layer Epidermis­ outermost layer of cells Cuticle­ a waxy layer that prevents water loss in the epidermis of stems & leaves Trichomes­ hairs that some have Root hairs­ what a root epidermis has for water & nutrient absorption Vascular Conducting tissue, transports water & organic materials (sugars) throughout the plant Xylem­ transports water & dissolved ions from the root to them stem & leaves (up) Tracheids­ long, thin tube­like structures without perforations at the ends Vessel elements­ short, wide tubes perforated at the ends (together form a pipe, called a vessel) Pits­ thin sections on the walls that both cells have Xylem cells are dead, they are hollow cells & consist only of a cell wall Phloem­ carries dissolved sugars from leaves to the rest of the plant (down) Cells are alive Lack a nucleus & organelles Composed of cells called sieve tube members (STM) Companion cells join sieve tube members, are related, & help to load materials into the STM Sieve plates­ large pores on the end walls of the STM Ground Bulk of inner layers/plant organs Functions­ metabolism, storage, & support Plant organs Organs­ tissues that act together to serve a specific function Roots Anchorage Water/nutrient absorption from soil & transport The hidden half Storage of surplus sugars & starch Dermal Root epidermis­ outermost single layer of cells that protect from disease & absorb water & nutrients Root cap­ tubular extensions of epidermal cells Root hairs­ increase surface area for better absorption Ground Root ground tissue/cortex­ provides support, often stores sugars & starch (yams, sweet potatoes, carrots) Endodermis­ the innermost layer of the cortex Casparian strip­ water impermeable strip of waxy material found in the endodermis, helps control the  uptake of minerals into the xylem­ they have to go through the cytoplasm Stems Usually above ground Support leaves & fruits Conducts water & sugars throughout the plant (xylem & phloem) Herbaceous & woody types Dermal Epidermis Provides protection Cuticle/wax­ prevents water loss Trichomes/hairs­ protection, to release scents & oils Vascular Vascular bundles­ composed of xylem & phloem Xylem­ conducts water, supports Phloem­ conducts food, supports Vascular cambium­ located in the middle of the vascular bundle between the xylem & phloem Located on the outer layers of the tree Girdling­ cutting around a tree, damages the phloem & xylem, eventually killing the tree Forms annual rings­ xylem formed by the vascular cambium during one growing season, one ring = one  year Ground Cortex & pith Stores food (potato) Site of photosynthesis (when green) Supports cells & other organs Leaves Photosynthesis, photosynthetic factories of the plant Food production for the whole plant Blade­ flat expanded area Petiole­ stalk that connects leave blade to stem & transports materials Anatomy is correlated to photosynthesis Carbon dioxide + water ▯ sugars + oxygen Dermal Epidermis is transparent so sunlight can go through Waxy cuticle protects against trying out Lower epidermis­ stomata with guard cells for gas exchange Trichomes­ give fuzzy texture, secrete chemicals (scents, flavors, oils), reflect light Vascular Veins­ vascular tissue of leaves, contain xylem, phloem, & bundle sheaths Bundle sheaths­ cells surrounding the xylem/phloem for strength & support Ground Mesophyll­ middle of the leaf Composed of photosynthetic ground cells Palisade parenchyma­ long columns below epidermis, have a lot of chloroplast for photosynthesis Spongy parenchyma­ spherical cells with air spaces around for gas exchange Water transport in trees Same way we drink from straws Water has good cohesive forces­ molecules sticking to each other & adhesive forces­ attaching to walls of  xylem cells Transpiration­ loss of water vapor through leaves (stomata) Transpiration­cohesion theory For water transport in the xylem Evaporation of water in the leaves through stomates generates the sucking force that pulls adjacent water  molecules up the leaf surface Water moves up by using the suns evaporative energy Plants control transpiration by opening & closing the stomata Sugar translocation Sugars made in leaf mesophyll cells diffuse to phloem cells in the vascular bundles Companion cells load dissolved sugars into the phloem STM using energy/ATP Water moves into cells with high sugar concentration Osmotic water flow generates a high hydraulic pressure that moves dissolved sugars through the phloem to  the rest of the plant Plant hormones Effective at very low concentrations Auxins Promote cell growth Involved in gravitropism & phototropism Control fruit development Apical dominance­ when you slice a stem, 2 new stems grow out of the auxiliary buds Gibberellins Promote stem elongation Cytokinins Promote cell division & organ differentiation Abscisic acid Promotes seed dormancy Causes stomata closing Ethylene Gaseous hormone, very simple formula Promotes fruit ripening To ripe an avocado, put it in a paper bag with a ripe banana One rotten apple spoils the barrel­ the rotten apple produces a lot of ethylene LECTURE 4 Photosynthesis Process whereby plants, algae, & some bacteria use the energy of the sun to synthesize organic  compounds (sugars) from inorganic compounds (carbon dioxide & water) Produces oxygen, consumes much of the carbon dioxide Occurs in the plant’s leaf & in the plant cell’
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