Aihearkisto: Yhteyttäminen

BIO-004: Yhteyttäminen – oppimateriaali

Kuva

Yhteyttäminen

Kasvin rakenne

Kasvit ovat modulaarisia eliöitä eli ne kasvavat kasvupisteistä, joista muodostuu uusia moduuleja. Moduuli on siis kasvin osa, johon muodostuu sen kasvaessa uusi kasvupiste. Esimerkki moduulista on vaikkapa kasvin varresta työntyvä haara. Kasvupisteitä kasveilla on useita. Kasvi kasvaa pituutta varren kärjen kärkikasvupisteestä. Lisäksi kasvi haarautuu varren muista kasvupisteistä. Kasvien kasvu on periaatteessa loputonta: uusia moduuleja voi muodostua peräkkäin niin kauan, kuin kasvi elää. Useimmilla eläimillä taas kasvu ei jatku läpi elämän, vaan pysähtyy eläimen vanhetessa.

Kasvien perusrakenteeseen kuuluvat juuret, varsi ja lehdet. Kaikki muut kasvin osat ovat muuntuneita juuria, varsia tai lehtiä. Esimerkiksi kukat ovat kehittyneet lehdistä. Kasvi ottaa juurilla vettä ja ravinteita. Yleensä kasvien juuret sijaitsevat maaperässä, mutta ne voivat kasvaa myös suoraan vedessä. Kosteissa sademetsissä juuret kasvavat ilmassa, josta ne ottavat tarvitsemansa veden.

Juurissa vesi siirtyy onttoihin putkimaisiin soluihin, joita pitkin vesi kulkee ylös kasvin varteen ja lehtiin. Varren tehtävänä on pitää kasvi pystyssä, jotta se saisi valoa. Ylimääräinen vesi haihtuu lehdistä. Lehtien tärkein tehtävä on yhteyttää.

Kasvi muodostuu maan päällisestä versosta sekä juurista. Verso koostuu varresta, sen haaroista sekä lehdistä ja mahdollisesti kukista. Verso kasvaa pituutta kärkikasvupisteen avulla ja varsi myös haarautuu.

Yhteyttäminen

Tuottajiksi kutsutaan eliöitä, jotka pystyvät käyttämään auringonvaloa energianlähteenä. Tällaisia eliöitä ovat kasvit, levät sekä eräät lehtivihreää sisältävät bakteerit. Kasvit hyödyntävät auringon valoenergiaa yhteyttämisen eli fotosynteesin avulla. Kasveilla reaktio tapahtuu lehtien viherhiukkasissa eli kloroplasteissa.

Auringon valoenergian lisäksi yhteyttämiseen tarvitaan vettä, jonka kasvit ottavat juurillaan maasta. Vesi nousee ohuita putkia pitkin kasvin lehtiin, joissa yhteyttäminen tapahtuu. Lisäksi kasvi ottaa hiilidioksidia ilmasta lehden ilmarakojen kautta. Yhteyttämisessä ilmakehään vapautuu vesimolekyylin sisältämää happea. Lisäksi vesi ja hiilidioksidi yhdistyvät sokeriksi. Auringon valoenergia sitoutuu sokerimolekyylin kemialliseksi energiaksi.  

Yhteyttämisessä osa sokerista muuttuu tärkkelykseksi, jonka nauris varastoi esimerkiksi juureensa. Kuva: Anni Peltoniemi

 

 

Yhteyttäminen eli fotosynteesi voidaan esittää seuraavan reaktioyhtälön avulla:

Vesi (6H2O) + Hiilidioksidi (6CO2 ) + valoenergiaa

→ sokeri (C6H12O6 ) + Happi (6O2) + sitoutunut energiaa

Yhteyttämisreaktion jälkeen suurin osa sokerista muuttuu tärkkelykseksi, jonka kasvi varastoi esimerkiksi juureensa myöhempää käyttöä varten. Tätä varastoitua tärkkelystä se pystyy hyödyntämään esimerkiksi seuraavana kesänä kukinnon kasvattamiseen. Lisäksi kasvi valmistaa sokerista omia rakennusaineitaan, kuten soluseinän selluloosaa ja puuainetta.

Lisätietolaatikko: ilmaraot ja lehden rakenne

Lehden pinnalla on solujen erittämistä vahoista koostuva kutikulakerros. Sen tehtävänä on estää liiallista veden haihtumista kasvista. Ilman kutikulaa kasvi kuivuisi. Kutikulan alla on epidermi. Se on pienikokoisista soluista koostuva kerros. Epidermin solujen soluseinät ovat yleensä puutuneet koviksi. Myös epidermin tehtävänä on estää kasvin kuivuminen ja yhdessä kutikulan kanssa se suojaa kasvia taudinaiheuttajilta.

Epidermissä ja kutikulassa on kuitenkin reikiä, joita kutsutaan ilmaraoiksi. Ilmarakojen kautta kasvi haihduttaa ylimääräisen veden sekä ottaa soluihin hiilidioksidia, jota tarvitaan yhteyttämiseen. Ilmarakoja reunustavat huulisolut. Kun kasvi on saanut tarpeeksi hiilidioksidia tai sitä uhkaa kuivuminen, huulisolut turpoavat ja sulkevat ilmaraon. Solujen turpoaminen perustuu osmoosiin. Kun ilmarako sulkeutuu, huulisoluihin vapautuu ioneita. Suuri ionikonsentraatio saa aikaan veden osmoottisen virtauksen huulisoluun sitä ympäröivistä soluista. Huulisolut turpoavat sulkien ilmaraon.

Epidermin alla on tylppysolukkoa. Sen tehtävänä on yhteyttää. Tylppysolukon soluissa on paljon viherhiukkasia eli kloroplasteja. Valoisissa paikoissa, kuten lehden yläpinnalla, tylppysolut ovat kehittyneet pitkiksiä ja näyttävät pylväiltä (pylvästylppy). Kun valoa on runsaasti, se pääsee läpi pitkänomaisen solun. Hämärämmissä paikoissa, kuten lehden alapinnalla, tylppysolut ovat pyöreitä, jotta valo pääsisi solun joka kohtaan (hohkatylppy).

Kuva: Giancarlo Dessi / Wikipedia Commons / Lisenssi: Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Kuvassa on lehden poikkileikkaus. Kuvan yläreunassa näkyy lehden yläpinta. C=kutikula E.S.=epidermi lehden yläpinnalla E.I.=epidermi lehden alapinnalla P=pylvästylppy L=hohkatylppy C.S.=ilmarako S=huulisolut

Yhteyttämisen merkitys planeetalle

Ilman yhteyttäviä kasveja nykyisenlainen elämä ei olisi mahdollista maan pinnalla. Elämä perustuu viime kädessä auringon energiaan, jota ainoastaan vihreät kasvit kykenevät sitomaan suoraan itseensä yhteyttämisen kautta. Muut eliöt voivat hyödyntää tätä energiaa esimerkiksi syömällä eläviä kasveja, hajottamalla kuolleita kasveja tai syömällä muita eliöitä jotka ovat syöneet kasveja. Kasvit ovat siten eliöyhteisön tuottajia – maaperän ravinteiden ja auringon energian avulla ne kasvavat. Kasvit ovat energian suhteen omavaraisia eli ne tuottavat tarvitsemansa energian itse. Esimerkiksi eläimet ovat toisenvaraisia ja ne ovat riippuvaisia kasvien tuottamasta energiasta. Ravintoketjujen ensimmäinen askel tai ravintoverkkojen lähtöpiste on yhteyttävä kasvi.

Yksinkertaistettu savannin ravintoverkko. Kuva: Siyavula Education

Yhteyttämisellä on oleellinen rooli ilmastonmuutoksen torjumisessa. Sen myötä kasvit sitovat itseensä yhtä tärkeintä kasvihuonekaasua, hiilidioksidia. Koska yhteyttävät kasvit sitovat hiilidioksidia ja vapauttavat happea,  sademetsiä kutsutaan usein maailman keuhkoiksi. Kasvien on huomattu sitovan itseensä aiempaa enemmän hiilidioksidia sen määrän kasvaessa ilmakehässä, mutta ne eivät pysy nykyisen tahdin perässä. Vanhat, tiheät metsät kykenevät sitomaan valtavia määriä hiilidioksidia, mutta niiden pinta-ala on ihmisten hakkuiden seurauksena vähenemässä. Yhtenä tärkeänä ilmastonmuutoksen torjunnan keinona olisikin vanhojen metsien suojelu ja metsäpinta-alan lisääminen istutuksin.

Yhden lehden tuottaman hapen määrä on häviävän pieni, mutta yhdessä maapallon kasvit tuottavat yhteyttäessään valtavasti happea. Esimerkiksi yksi ihminen hengittää arviolta yhtä paljon happea kuin 10 000 lehteä kykenee tuottamaan, mikä tarkoittaa kasvista riippuen useaa sataa kasviyksilöä ihmistä kohden.

 

Tehtävät

  1. Yhdistä yhteyttämiseen tarvittavat lähtöaineet ja yhteyttämisessä syntyvät reaktiotuotteet oikeisiin kohtiin
    Lähtöaine

    Vesi

    Hiilidioksidi

    Auringon valoenergia

    Sokeri

    Happi

    		 Reaktiotuote

     

  2. Selitä parille alla olevaa kasvin kuvaa apuna käyttäen, kuinka kasvi yhteyttää.

    Kuva: International Institute of Tropical Agriculture (CC BY-NC 2.0)

     

     

  3. Pystyvätkö kasvit yhteyttämään lumen alla? Voit selvittää asiaa alla olevan linkin avulla.
    http://pinkka.helsinki.fi/pinkat/#/subpinkkas/200
  4. Piirrä kuva yleiskuva kasvista ja lähikuva sen lehdestä. Piirrä kuvaan seuraavat asiat: varsi, juuri, lehti, kutikula, epidermi, tylppysolukko, ilmarako, kloroplasti. Mitä tehtäviä näillä kasvin osilla on?
  5. Kaikki karhun ravinnostaan saama energia on lähtöisin auringosta. Voiko näin väittää? Miksi tai miksi ei?
  6. Kuvaajassa näkyy hiilidioksidin (CO2) taso ilmakehässä vuosina 2002-2014. Yksiköllä ppmv (parts per million by volume) tarkoitetaan kuinka monta osaa miljoonasta on mitattua ainetta, eli hiilidioksidia.
    1. Kuinka paljon hiilidioksidia ilmakehässä oli mittauksen alkupisteessä? Entä loppupisteessä?
    2. Mikä selittää joka vuosi säännöllisesti tapahtuvan nousun ja laskun?

      Kuva: NASA/JPL AIRS Project