معلومة

5.11E: الكاروتينات و Phycobilins - علم الأحياء


لمساعدة الكلوروفيل في امتصاص الضوء ، لا تستخدم العديد من الكائنات الحية الضوئية الكاروتينات والفيكوبيلين.

أهداف التعلم

  • فرّق بين الكاروتينات والفيكوبيلينات

النقاط الرئيسية

  • تمتص الكلوروفيل الضوء بشكل أكثر كفاءة عند نهاية الأشعة فوق البنفسجية من الطيف ، ولكن ليس كل الضوء الذي يحصل عليه الكائن الحي يكون عند هذا الطول الموجي. وبالتالي ، تعتمد العديد من الكائنات الحية في التمثيل الضوئي على المركبات الملحقة للحصول على الضوء من أطياف مختلفة.
  • تساعد الكارتينويدات في امتصاص الضوء في طيف النطاق الأزرق ، بينما تساعد في نفس الوقت في الإجهاد التأكسدي بسبب عملية التمثيل الضوئي.
  • تساعد Phycobilins في امتصاص الضوء في الأطوال الموجية للضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر.

الشروط الاساسية

  • الأيزوبرين: هيدروكربون غير مشبع ، C5H8 ، مبلمر بسهولة ؛ المطاط الطبيعي (المطاط) هو cis-1،4-polyisoprene ، و trans-1،4-polyisoprene موجود في gutta-percha و balata ؛ إنه الأساس الهيكلي للتربينات.
  • البناء الضوئي: العملية التي تولد من خلالها النباتات وغيرها من الكائنات ذات التغذية الضوئية الكربوهيدرات والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية في البلاستيدات الخضراء.

يعتمد التمثيل الضوئي في العديد من النباتات والطحالب على الكلوروفيل الذي يمتص الضوء بالقرب من الجانب فوق البنفسجي من الطيف ، وينبعث الضوء في الطرف الأخضر من الطيف. ومع ذلك ، خلال أوقات معينة من العام أو في مواقع مختلفة ، قد يتم تحويل معظم الضوء إلى أطوال موجية أخرى بعيدًا عن طيف الأشعة فوق البنفسجية. للتعامل مع هذه المشاكل ، تعبر الكائنات الحية المعتمدة على التمثيل الضوئي عن مركبات مختلفة تسمح لها بامتصاص طيف مختلف من الضوء. ومن الملاحظ أن الكاروتينات والفيكوبيلينات.

الكروموبلاستيدات من النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى مثل الطحالب وبعض البكتيريا وبعض الفطريات. يمكن أن تنتج جميع هذه الكائنات الكاروتينات من الدهون ولبنات البناء الأيضية العضوية الأساسية الأخرى. لا يمكن تصنيع الكاروتينات عمومًا عن طريق الأنواع الموجودة في المملكة الحيوانية ، لذا تحصل الحيوانات على الكاروتينات في وجباتها الغذائية ، وقد تستخدمها بطرق مختلفة في التمثيل الغذائي. هناك أكثر من 600 كاروتينات معروفة ؛ يتم تقسيمها إلى فئتين ، الزانثوفيل (التي تحتوي على الأكسجين) والكاروتينات (وهي هيدروكربونات بحتة ولا تحتوي على أكسجين). جميع الكاروتينات عبارة عن رباعي اليرقات ، مما يعني أنها تنتج من 8 جزيئات أيزوبرين وتحتوي على 40 ذرة كربون. تمتص الكاروتينات بشكل عام الضوء الأزرق. إنها تؤدي دورين رئيسيين في النباتات والطحالب: تمتص الطاقة الضوئية لاستخدامها في التمثيل الضوئي ، وتحمي الكلوروفيل من التلف الضوئي.

Phycobilins (من اليونانية: φ (phykos) تعني "alga" ، ومن اللاتينية: bilis تعني "الصفراء") هي كروموفورات (جزيئات تلتقط الضوء) توجد في البكتيريا الزرقاء وفي البلاستيدات الخضراء للطحالب الحمراء ، والزرق وبعض الكريبتوموناد (وإن لم يكن كذلك في الطحالب الخضراء والنباتات العليا). إنها فريدة من نوعها بين أصباغ التمثيل الضوئي من حيث أنها مرتبطة ببعض البروتينات القابلة للذوبان في الماء ، والمعروفة باسم البروتينات النباتية. ثم تقوم البروتينات النباتية بتمرير الطاقة الضوئية إلى الكلوروفيل من أجل التمثيل الضوئي. تعتبر phycobilins فعالة بشكل خاص في امتصاص الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر ، وهي الأطوال الموجية التي لا يمتصها الكلوروفيل جيدًا. تميل الكائنات الحية التي تنمو في المياه الضحلة إلى احتواء phycobilins التي يمكنها التقاط الضوء الأصفر / الأحمر ، بينما تحتوي الكائنات الموجودة على عمق أكبر غالبًا على المزيد من phycobilins التي يمكنها التقاط الضوء الأخضر ، وهو أكثر وفرة نسبيًا هناك.


5.11E: الكاروتينات و Phycobilins - علم الأحياء

"العوالق النباتية" ، تصنيف بيئي للحيوانات المعلقة في عمود الماء ، وتتألف من العديد من أصناف الطحالب ، معظمها أحادية الخلية.

ركزت الدراسات التقليدية للعوالق النباتية بشكل أكبر على الخلايا حقيقية النواة ، ولكن البكتيريا الزرقاء الصغيرة هي جزء من هذا المجتمع أيضًا.

خلايا التمثيل الضوئي (حقيقيات النوى وكذلك بدائيات النوى) التي تعيش داخل الجسم أو خلايا كائن حي آخر (مثل الإسفنج والقمصان والشعاب المرجانية والرخويات).

  • تميل إلى أن تكون سريعة النمو (استراتيجي) ، على الرغم من أن الأشكال الخيطية داخل ورقة الماكرواجلاي والأشكال الخيطية لها إنتاجية عالية (أكثر مثل r) في حين أن الأشكال المتكلسة والجلدية أكثر مقاومة للحيوانات العشبية على حساب نمو أبطأ (أكثر مثل A)
  • تفتقر إلى الجذور ، والتعلق عادة بالثبات

العديد منها غير محسوب ، على الرغم من أن بعضها متكلس ، على ما يبدو كرد فعل على الحيوانات العاشبة (Hay 1984)



أولفا س.
فرشاة الحلاقة ميرمان ، Penicillus Caulerpa sp. تحدث العديد من الأنواع المتغيرة شكليًا في بليز
الطحالب المتكلسة Halimeda sp. مساهم رئيسي
للرمال في بعض الأنظمة.
البطين البطيني
Acetabularia ، كأس نبيذ حورية البحر


بعض الأشكال متكلسة لذا فهي مهمة في تقوية الشعاب المرجانية. هذه الأشكال مقاومة للغاية لعمل الأمواج وتحتوي على تركيزات أعلى من المركبات الممتصة للأشعة فوق البنفسجية (استراتيجي بالنسبة إلى الطحالب الأخرى).






مغطى بالطحالب الحمراء المرجانية
منتصب طحلب أحمر مرجاني


لقد ثبت أن التشكل العام وتركيز الأصباغ ، وكذلك أنواع الأصباغ ، جميعها تؤثر على عمق أقصى كفاءة في التمثيل الضوئي (Saffo 1987). يؤثر تعكر الماء على التركيبات الأكثر فعالية في عمق معين.

كيف يمكن للرعي وتوافر المغذيات أن يؤثر على الطحالب الكبيرة؟

النباتات البحرية الوعائية
كيف تختلف نباتات الأوعية الدموية من الناحية الشكلية عن الأعشاب البحرية؟ ماذا يعني هذا بشأن الاختلاف في كيفية وأين يتم الحصول على المغذيات (مثل الفوسفور والنيتروجين)؟




Turtlegrass (Thalassia testudinum) سيرينجوديوم هالوفيلا ديسيبيينز


جوانب أخرى من التاريخ الطبيعي:
Turtlegrass (Thalassia testudinum) هو النوع الشائع الموجود خلف الحاجز المرجاني في بليز. من البطيء إعادة استعمار المناطق المضطربة (K). Halophila و Syringodium ليست شائعة في بليز وتميل إلى النمو بشكل أسرع (r). تميل هالوفيلا إلى إعادة الاستعمار بسرعة أكبر بالاعتماد على البذور أكثر من الاعتماد على النمو الخضري.


يمكن لكل من الأوراق والجذور امتصاص العناصر الغذائية مباشرة. ألغى الوسط المائي الحاجة إلى نظام دعم ليفي كما هو موجود في النباتات الأرضية والمرونة تسمح للأعشاب البحرية بمقاومة حركة الأمواج. ما هي عيوب الموجات العالية والطاقة الحالية للأعشاب البحرية؟

ما هو تأثير صفاء المياه على الأعشاب البحرية والأعشاب البحرية على صفاء المياه؟

تعزز تأثيرات الاستقرار للأعشاب البحرية على رواسب القاع من تكوين الطحالب الكبيرة واللافقاريات اللافقارية. كيف سيؤثر التركيب الفيزيائي للأعشاب البحرية على تبادل يرقات العوالق والفضلات من عمود الماء؟




    • لها جذور منتشرة على نطاق واسع أو لها جذور دعامة غريبة تنبع من الجذع لماذا؟ . بمجرد التأسيس ، كيف يمكن أن تتأثر ديناميكيات الرواسب حول الجذور؟ لماذا هذه "الأرض" من الرواسب الدقيقة مستقرة نسبيًا؟
    • لديهم تكيفات للعيش في المياه المالحة باستخدام استراتيجيات مختلفة (فهي قادرة على البقاء على قيد الحياة في المياه العذبة ، ولكن لا تحدث هناك. لماذا لا؟).
    • تنمو "البذور" بسرعة بعد الإخصاب (النمو غير متأثر) بينما لا تزال على النبات الأم ، وتطفو عند إطلاقها من النبات الأم.



    من السهل التعرف على أشجار المانغروف الحمراء (Rhizophora mangle) من خلال جذورها الداعمة المتقوسة التي يأتي منها لقبها ، "شجرة المشي". يعتبر المنغروف الأحمر من الأنواع الرائدة (ص). تحتوي أشجار المانغروف السوداء (Avicennia germinans) على أنابيب تُعرف باسم pneumatophores تنمو من التربة المغمورة بالمياه للمساعدة في تبادل الغازات (A). لا يوجد في المنغروف الأبيض (Languncularia racemosa) نظام جذر مرئي فوق الأرض (K).

    جوانب أخرى من التاريخ الطبيعي:
    ما نوع الأنماط التي قد تتوقع رؤيتها في أنواع غابات المانغروف عبر الفضاء (تقسيم المناطق) والوقت (التعاقب)؟


    Hay، M. 1984. الهروب المكاني المتوقع من الحيوانات العاشبة: كيف تؤثر على تطور مقاومة الحيوانات العاشبة في المجتمعات البحرية الاستوائية؟ أويكولوجيا. 64: 396-407


    المستقبلات الضوئية للأصباغ الضوئية

    توضح النقاط التالية الأنواع السبعة الرئيسية للمستقبلات الضوئية للأصباغ الضوئية. المستقبلات الضوئية هي: 1. Phycobilins 2. Cryptochrome 3. مستقبلات UV-B 4. مركبات الفلافونويد 5. Betacyanins 6. Chloroplasts 7. أصباغ كاروتينويد.

    مستقبلات ضوئية # 1. Phycobilins:

    توجد هذه في الطحالب الحمراء أو البكتيريا الزرقاء أو حتى النباتات الخضراء وتعمل كصبغات ملحقة لحصاد الضوء.

    تم الإبلاغ عن أربعة أنواع من الفيكوبيلينات ، ثلاثة منها تشارك في عملية التمثيل الضوئي والرابع ينظم جوانب مختلفة من النمو والتنمية. يطلق عليه فيتوكروموبيلين.

    Phycoerythin و phycocyanin و allophycocyanin وتشارك في التمثيل الضوئي. تحتوي أصباغ Phycobilin على رباعي بيرول مفتوح السلسلة وبروتين كجزء لا يتجزأ منه ، وهو بروتين كروم. يتكون الجزيء الكامل (الهولوكروم) من الكروموفون بالإضافة إلى البروتين الصبغي. يتم تنظيم بروتينات Phycobilin في phycobilisomes.

    تم العثور على فيتوكروموبيلين فقط في النباتات العليا. يلعب Phytochrome دورًا مهمًا في العديد من الظواهر الضوئية ويوجد في شكلين يمكن عكسهما للصور (Pn و Pfn). Pfn هو شكل نشط من الصباغ.

    Phycocyanin و Phycoerythrin نوعان من أصباغ التمثيل الضوئي الأخرى الموجودة في الطحالب الخضراء والزرقاء والحمراء. الأول أزرق بينما الأخير أحمر. تُعرف باسم phycobilins وهي أيضًا tetrapyrroles حيث تكون حلقات البيرول الأربعة عبارة عن فيتول.

    وهي مرتبطة بالبروتينات وقابلة للذوبان في الماء. كلاهما يمتص الضوء ويسبب التمثيل الضوئي. في الطحالب الحمراء ، تكون أعلى كفاءة في المنطقة الخضراء (495 إلى 595 نانومتر) حيث يكون الامتصاص بواسطة Phycoerythrin هو الحد الأقصى والكلوروفيل أقل.

    يبلغ طيف الامتصاص phycocyanin ذروته عند 500 و 615 نانومتر. دور phycobilins غير مباشر. تمتص الطاقة الضوئية وتنقلها إلى الكلوروفيل الذي يستخدمها للتأثير على عملية التمثيل الضوئي. تسمى هذه الأصباغ وكذلك الكاروتينات بالأصباغ الإضافية. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر الكلوروفيل ب ، ج ، د أيضًا أصباغ ملحقة.

    مستقبلات ضوئية # 2. الكريبتوكروم:

    تمت ملاحظة العديد من الاستجابات للأشعة الزرقاء و UV-A لفترة طويلة ولكن لم يتم الكشف عن الهوية الدقيقة للمستقبلات الضوئية - وبالتالي فإن اسم cryptochrome. تم اقتراح الكاروتينات والفلافينات ، أو كليهما ، كمتنافسين محتملين لأنها كانت موجودة في كل مكان في الكائنات الحية.

    ثلاثة أنواع من الفلافين الأكثر شيوعًا هي الريبوفلافين و FAD و FMN وتوجد خالية أو معقدة مع البروتينات (بروتينات الفلافوبروتينات). FAD و FMN ، عاملان مساعدان مهمان في تفاعلات تقليل الأكسدة داخل الخلية. من الواضح أن بروتينات الفلافوبروتينات تشكل جزءًا صغيرًا جدًا من البركة ، وبالتالي فهي مملة جدًا لعزلها وتوصيفها.

    تم تحديد الدراسات الحديثة التي تجمع بين الأساليب الجينية والبيولوجية والكيميائية الحيوية في Arabidopsis ، جين HY4 لترميز المستقبل الضوئي الأزرق الذي يتوسط تثبيط استطالة hypocotyl. نتاج هذا الجين هو بروتين CRYL-a cytoplasmic ، مشابه ل photolyase (بروتينات الفلافوبروتينات التي تستخدم الضوء الأزرق لتعزيز الضرر الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية للحمض النووي الميكروبي. وجهة النظر العامة هي أن CRYl يمكن أن تكون كريبتوكروم.

    مستقبلات ضوئية # 3. مستقبلات UV-B:

    أشارت النتائج الحديثة في معلقات خلايا الجزر والجزر الصغيرة إلى وجود واحد أو أكثر من مستقبلات الأشعة فوق البنفسجية - باء في النباتات على الرغم من أن الطبيعة الدقيقة للمستقبلات الضوئية لا تزال مراوغة. يبدو أن مستقبل الأشعة فوق البنفسجية - باء يعدل الاستجابات للفيتوكروم في بعض الأنظمة.

    مستقبلات ضوئية # 4. الفلافونويد:

    تُنسب ألوان مختلفة من الأزهار القرمزية والأرجوانية والوردية والأزرق إلى الأنثوسيانين والأخيرة تنتمي إلى مركبات الفلافونويد. بعض مركبات الفلافونويد مثل الطباشير والكالكون مسؤولة عن اللون الأصفر لبعض الزهور. بتلات الأزهار البيضاء بسبب الفلافون.

    مركبات الفلافونويد هي مشتقات فينيل بروبان مع C أساسي6 & # 8211 ج3 & # 8211 ج6 التكوين والهيكل الأساسي للمجموعة هو الفلافان. في المجموع هناك اثنتا عشرة مجموعة من مركبات الفلافونويد وثلاث مجموعات رئيسية وهي الفلافون والفلافونول والأنثوسياندين. يتم تلوين الأنثوسيانيدين والأنثوسيانين بشدة والأول من اثني عشر نوعًا.

    الأنثوسيانين قابل للذوبان في الماء ويوجد في النسغ الفراغي ويمكن استخلاصه في محلول حمضي. في أوراق بعض النباتات مثل الكوليوس ، تم العثور على أنثوسيانين أيسر في فجوات خلايا البشرة ويبدو أنها تحجب الكلوروفيل.

    نظرًا لاختلاف أطياف الامتصاص الخاصة بهم ، فإن وجودهم لا يتداخل مع عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها البلاستيدات الخضراء الموجودة في خلايا الميزوفيل الموجودة أدناه. تتمثل إحدى الوظائف الممكنة لمركبات الفلافونويد في حماية أنسجة الأوراق الكامنة من التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية.

    تبين أن الايسوفلافونويدس تظهر نشاطًا مضادًا للميكروبات وبعضها يعمل مثل فيتواليكسينز. يحد تخليق فيتواليكسينز استجابة لهجوم فطري أو بعض المستنبطات من انتشار العامل الممرض.

    مستقبلات ضوئية # 5. Betacyanins:

    أصباغ حمراء في جذر البنجر وبوغانفيليا هي مجموعة معقدة من مركبات الجليكوزيلات تسمى بيتايسانين أو بيتالين. لا تستجيب هذه الأصباغ بشكل عكسي لتغير درجة الحموضة ويحتوي الجزيء على النيتروجين.

    مستقبلات ضوئية # 6.الكلوروبلاستس:

    كشف الفحص المجهري الإلكتروني أن البلاستيدات الخضراء حقيقية النواة محاطة بجدار خارجي قابل للنفاذ تفاضليًا يتكون من غشاءين أملس لا يوجد بهما انثقاب وداخله يحتوي على مصفوفة بروتينية ، السدى.

    يمتد الغشاء الداخلي في عدة أماكن عبر البلاستيد ليشكل نظام رقائقي. في نقاط مختلفة ، تتحد هذه الامتدادات مع مجموعة أغشية متطابقة تقريبًا. كل كومة من هذا القبيل تشبه كومة من العملات المعدنية وتسمى جرانوم.

    عادة ما تكون 40 إلى 60 جرانا موجودة في البلاستيدات الخضراء الناضجة. يتم إقران هذه الأغشية. في منطقة السدى تكون رقيقة وتسمى السدى lamellae. تقتصر أصباغ البناء الضوئي على النظام الرقائقي للبلاستيدات الخضراء.

    يُطلق على كيس الغشاء المسطح في البلاستيدات الخضراء اسم ثايلاكويد بينما المكون على شكل عملة معدنية للحجران هو جرانا ثايلاكويد ستروما ثايلاكويدات يربط جرانا adajcent. تُعرف Thylakoids أيضًا باسم lamellae. الفراغ داخل ستروما ثايلاكويد مستمر مع فراغات الثايلاكويد لبعض جرانا ثايلاكويد الفردية.

    في جرانوم قد يكون هناك ما يصل إلى مائة ثايلاكويد مكدسة. هناك أيضًا حبيبات دائرية مصبوغة بشكل غامق (غلوبات بلاستوجلوبولي) والعديد من الريبوسومات وتجمع ليفية الحمض النووي. تتكون البلاستوجلوبولي من فيتامين K ، و plastoquiones ، وما إلى ذلك ، ويعتقد أنها تلعب دورًا ما في التخليق الحيوي للأغشية.

    تشترك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في العديد من السمات. على سبيل المثال ، وجود أكثر من غلاف غشائي ، به دنا وآلات ريبوزومية وأغشية بروتين شحمي بها نظام فسفرة ADP ، إلخ. لكنها تختلف في الوظيفة والعدد والشكل في خلية معينة ، إلى جانب التنظيم.

    في الطحالب ذات اللون الأزرق والأخضر ، يتم توزيع الثايلاكويدات في السيتوبلازم مع تباعد منتظم ولا يتم حصرها أبدًا داخل عضيات محددة. توجد الثايلاكويدات بشكل محيطي ونادرًا ما تلتصق بالأغشية.

    في البكتيريا الأرجواني ، تتطور الثايلاكويدات كمناطق مغطاة بعمق من غشاء البلازما وتستمر مع غشاء البلازما.

    تحتوي السدى على إنزيمات تتعلق بتثبيت ثاني أكسيد الكربون2 وتحويله إلى كربوهيدرات ودهون وبروتينات. تحتوي السدى أيضًا على بعض الحمض النووي والريبوزومات. تتكاثر البلاستيدات الخضراء بشكل مستقل عن النواة ويمكن لريبوسوماتها تصنيع بروتينات البلاستيدات الخضراء.

    تحتوي البلاستيدات الخضراء أو الصبغيات على أصباغ تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية أثناء عملية التمثيل الضوئي. هناك ثلاثة أنواع من الأصباغ في الخلايا الضوئية ، الكلوروفيل ، الكاروتينات والفيكوبيلين.

    تظهر الصيغ التركيبية لبعضها في الشكل 13-4 من هذه الفيكوبيلينات تحدث فقط في الطحالب الحمراء والزرقاء والخضراء. بالمقارنة مع الكلوروفيل ، الذي يقع في غشاء عضيات البلاستيدات الخضراء ، phycobilins في phycobilisomes.

    تعتبر الكلوروفيل من أهم الأصباغ التي تنشط في عملية التمثيل الضوئي. غالبًا ما تكون أنواعًا: الكلوروفيل ، أ ، ب ، ج ، د ، هـ جرثومي كلوروفيلسا ، ب ، ج ، د وكلوروبيوم كلوروفيل (جرثومي).

    يتم رؤية الكلوروفيل أ و ب في جميع ذاتية التغذية باستثناء البكتيريا المحتوية على الصباغ. الكلوروفيل ب غائب أيضًا في الطحالب الخضراء المزرقة والبنية والحمراء. توجد الكلوروفيل c و d و e فقط في الطحالب وبالاقتران مع الكلوروفيل أ.

    يحتوي جزيء الكلوروفيل على هيكل رباعي البيرول دوري (بورفيرين) مع حلقة متساوية الحلقة تحتوي على ذرة مغنيسيوم في مركزها (الشكل 13-5). كما سيُلاحظ ، يحتوي جزيء البيرول على هيكل عظمي من أربعة كربون ونيتروجين وله هيكل حلقي.

    أربعة من هذه البيرولات مرتبة في حلقة تشكل الرأس (جزء البورفيرين) لجزيء الكلوروفيل (الشكل 13-5). من إحدى حلقات البيرول عند 0 ذرة ، يوجد كحول طويل السلسلة ، جزء فيتول من الجزيء ، يشكل & # 8220tail & # 8221. الحلقة isocyclic هي حلقة مكونة من 5 كربون وهي موقع التفاعل الكيميائي للجزيء (الشكل 13-5).

    أنواع مختلفة من الكلوروفيل لها بدائل مختلفة في حلقة البيرولي من البورفيرين (الشكل 13-4).

    الكلوروفيل أ أخضر أزرق ، بينما الكلوروفيل ب لونه أصفر-أخضر ، على التوالي. في الكلوروفيل أ عند ذرة الكربون 3 ، توجد مجموعة ميثيل بينما توجد مجموعة ألدهيد في الكلوروفيل ب.

    الكلوروفيل أ قابل للذوبان في الأثير البترولي ، بينما الكلوروفيل ب قابل للذوبان بشكل أفضل في كحول الميثيل. يظهر كل من الكلوروفيل أ و ب أقصى امتصاص في المنطقة الزرقاء البنفسجية مع قمم عند حوالي 429 نانومتر و 453 نانومتر على التوالي. يحتوي الكلوروفيل أ و ب على أقصى امتصاص ثانوي في المنطقة الحمراء مع قمم عند حوالي 663 نانومتر و 645 نانومتر ، على التوالي.

    عندما يكون الكلوروفيل في المحلول شديد الفلورسنت وينبعث منه لون أحمر عميق عند الإضاءة. في النباتات السليمة لا تظهر أي تألق.

    الصيغة التجريبية لاثنين من الكلوروفيل معطاة أدناه:

    تخليق الكلوروفيل:

    كشف العديد من المحققين عن معظم الخطوات المتعلقة بتركيب الكلوروفيل أ.

    فيما يلي بعض الخطوات المقترحة:

    (أ) Succinyl COA ، وسيط دورة كريبس يتحد مع حمض الجلايسين الأميني لتكوين δ- amino β- Ketoadipic acid كمركب غير مستقر. هذا يفقد ثاني أكسيد الكربون2 لإنتاج حمض أمينوليفولينك. إن وجود العوامل المساعدة بيريدوكسال الفوسفات والحديد ضروريان. إنزيم δ- مركب حمض أمينوليفولينيك يحفزه. كما ذكرنا سابقًا ، يتسبب نقص الحديد في الإصابة بالكلور في الأوراق الصغيرة. يظهر الضوء كوسيط لتكثيف هذين المركبين.

    (ب) في الخطوة التالية ، يتكثف جزيئين من حمض δ-aminolevulinic acid ، وتتم العملية بوساطة إنزيم δ-aminolevulinic acid dehydrase لتكوين البورفوبيلينوجين. في هذا التفاعل يوجد اندماج جزيئين.

    (ج) ثم تتكثف 4 جزيئات من البورفوبيلينوجين لتشكيل uroporphyrinogen III. يتم فقدان أربعة أيونات أمونيوم في هذا التفاعل ويتم التوسط في العملية بواسطة إنزيم uroporphyrinogen-Isynthetase و uroporphyrinogen III cosynthetase.

    (د) بدائل حمض الأسيتيك الأربعة من uroporphyrinogen-III تنتج coproporphyrinogen-III ويتم تحفيز التفاعل بواسطة uroporphyrinogen decarboxylase.

    (هـ) في ظل الظروف الهوائية ، يؤدي الكوبروبورفيرينوجين الثالث ، في وجود الكوبروبورفيرينوجين المؤكسد ديكاربوكسيلاز إلى بروتوبورفيرينوجين التاسع.

    (و) يخضع البروتوبرفيرينوجين التاسع للأكسدة وبالتالي يتشكل البروتوبورفيرين التاسع. يأخذ المغنيسيوم لتشكيل Mg protoporphyrin IX. Mg بروتوبورفيرين ميثيل إستراز يحفز إضافة مجموعة ميثيل من Mg بروتوبورفيرين IX. تجدر الإشارة إلى أن مجموعة الميثيل يتم التبرع بها من قبل S-adenosyl methionine.

    (ز) في الخطوة التالية ، يتم تحويل Mg protoporphyrin IX mono-methylester إلى بروتوكلورو فيليد.

    (ح) تضاف مجموعة فيتول إلى بروتوكلورو فيليد لإنتاج بروتوكلوروفيل. بمجرد أن كان يعتقد أن البروتوكلوروفيل هو السلائف المباشرة للكلوروفيل أ. ومع ذلك ، تشير الأدلة الحديثة إلى أن السلائف المباشرة للكلوروفيل أ هي الكلوروفيل أ. عندما تتعرض الشتلات المهترئة للضوء ، يتم تقليل بروتوكلوروفيليد لتشكيل الكلوروفيليد أ. الضوء مطلوب بشكل أساسي لهذا التحويل.

    (ط) في الخطوة النهائية ، يحدث أسترة لمجموعة فيتول إلى الكلوروفيليد أ وبالتالي يتم إنتاج الكلوروفيل أ. يشارك إنزيم الكلوروفيلاز في هذه العملية.

    في عاريات البذور ، وبعض السرخس ، والعديد من الطحالب ، يمكن تصنيع الكلوروفيل في الظلام القاتم فقط من خلال النشاط الأنزيمي. من ناحية أخرى ، يُعتقد أن الكلوروفيل ب يتكون من الكلوروفيل أ. بعض المعادن مثل المنغنيز والبوتاسيوم والزنك والنحاس والمغنيسيوم والحديد والنيتروجين ضرورية لتركيب الكلوروفيل.

    عندما تكون غائبة أو ناقصة فإنها تسبب الإصابة بالكلور. يعتمد تكوين الكلوروفيل أيضًا على العوامل الوراثية. ينتج عن غياب الجين (الجينات) الضرورية لتكوينه في التكوين الجيني شتلات من البذور النابتة التي تفتقر إلى الكلوروفيل. تُعرف هذه باسم & # 8220albinos & # 8221.

    يتم تلخيص خطوات تصنيع الكلوروفيل أدناه:

    مستقبلات ضوئية # 7. أصباغ كاروتينويد:

    الكاروتينات هي مركبات دهنية موجودة بشكل عام في جميع النباتات العليا تقريبًا والعديد من الكائنات الحية الدقيقة. عادة ما تكون حمراء أو برتقالية أو صفراء أو بنية اللون وترتبط بالكلوروفيل. وهي مقسمة إلى مجموعتين كيميائيتين: الكاروتينات والزانثوفيل. الكاروتينات برتقالية حمراء بينما الزانثوفيل صفراء اللون. كل منهم لديه 40 ذرة كربون.

    من المعروف أن الكربونات تحدث في شكلين متشابهين ، أي كاروتين وأكاروتين. كلاهما عبارة عن هيدروكربونات لها صيغة جزيئية مثل C40 ح56. من ناحية أخرى ، تمتلك الزانثوفيل ، مثل لوتين وزياكسانثين ، ذرات أكسجين متحدة مع الحلقات الطرفية. تم عزل الكاروتين من جذور الجزر والليكوبين وهو صبغة حمراء من ثمار الطماطم.

    تتكون الكاروتينات من حلقتين من ستة أعضاء مع سلسلة مستقيمة غير مشبعة للغاية ممتدة بينهما. وهي تتألف من ثماني وحدات من الأيزوبرين ، يتم فيها ربط هذه الوحدات بطريقة من الرأس إلى الذيل (الشكل 13-4).

    أحد الاقتراحات هو أن الكلوروفيل والكاروتينات مرتبطة بالجزء نفسه مكونًا مركب بروتين غير قابل للذوبان في الماء.

    يتم تصنيع كل من الكاروتينات والزانثوفيل من أسيتيل أنزيم أ ، من خلال مسار حمض الميفالونيك. يمكن التعرف على 4 مراحل على الأقل في التخليق الحيوي للكاروتينات.

    هذه كالتالي:

    (ط) إضافة ذيل إلى ذيل لوحدتين من بيروفوسفات geranylgeranyl لتشكيل هيكل عظمي 40 درجة مئوية يسمى phyton.

    (2) في سلسلة من الخطوات ، يتم نزع الهيدروجين من الفيتون لتكوين الليكوبين.

    (3) يخضع الليكوبين للدورة.

    (4) مشتق Xanthophylls من الكاروتينات بالأكسدة.

    تؤدي الكاروتينات وظائف في عمليات متنوعة بما في ذلك التمثيل الضوئي ، والتوجهات الضوئية والحماية من الضوء الزائد. يبدو أن دورها في التمثيل الضوئي ثانوي لأن الأنسجة الغنية بالكاروتينات والتي تفتقر إلى الكلوروفيل لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

    يُعتقد أيضًا أن الطاقة الضوئية التي تمتصها يتم نقلها إلى الكلوروفيل واستخدامها في عملية التمثيل الضوئي. عندما يتعرض النبات لأطوال موجية من الضوء تمتصه حصريًا الكاروتينات ، يُلاحظ تألق أحمر للكلوروفيل أ.

    يوضح طيف العمل وطيف الامتصاص للطحالب الخضراء (Ulva) أن عملية التمثيل الضوئي ملحوظة في المنطقة الخضراء المزرقة عند أطوال موجية 480-500 نانومتر ، مما يشير إلى بعض نقل الطاقة من الكاروتينات إلى الكلوروفيل.

    كما أنها تمنع تدمير الكلوروفيل من التأثيرات التدميرية التي يسببها الضوء الزائد والأكسجين الجزيئي (الأكسدة الضوئية).


    أصباغ التمثيل الضوئي: الكلوروفيل والكاروتينات والفيكوبيلين

    يفحص هذا الفصل أصباغ التمثيل الضوئي الأولية المستخدمة في امتصاص الإشعاع النشط ضوئيًا ، والذي يتضمن الكلوروفيل ، والكاروتينات ، والفيكوبيلين - مع الكلوروفيل الذي يمثل الصبغة الضوئية السائدة. على الرغم من وجود كمية أكبر من الكلوروفيل على اليابسة ، فإن 75 ٪ من معدل الدوران العالمي السنوي يحدث في المحيطات والبحيرات والأنهار / مصبات الأنهار. ترتبط جميع أصباغ حصاد الضوء ببروتينات مكونة مركبات كاروتينويد مميزة وبروتين الكلوروفيل. يتناول الفصل الكيمياء وتطبيق هذه المؤشرات الحيوية الكيميائية المهمة جدًا ويناقش حدودها في الأنظمة المائية. تم تقديم برنامج التحليل الكيميائي لعامل المصفوفة (CHEMTAX) لحساب الوفرة النسبية لمجموعات الطحالب الرئيسية بناءً على تركيزات الأصباغ التشخيصية ، كما تمت مناقشته.

    تتطلب منحة برينستون عبر الإنترنت اشتراكًا أو شراءًا للوصول إلى النص الكامل للكتب داخل الخدمة. ومع ذلك ، يمكن للمستخدمين العموميين البحث في الموقع بحرية وعرض الملخصات والكلمات الرئيسية لكل كتاب وفصل.

    يرجى الاشتراك أو تسجيل الدخول للوصول إلى محتوى النص الكامل.

    إذا كنت تعتقد أنه يجب أن يكون لديك حق الوصول إلى هذا العنوان ، فيرجى الاتصال بأمين المكتبة.

    لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها ، يرجى مراجعة الأسئلة الشائعة ، وإذا لم تتمكن من العثور على الإجابة هناك ، فيرجى الاتصال بنا.


    رودوفيزاي: الطحالب الحمراء

    ♦ الطحالب الحمراء هي مجموعة قديمة من الطحالب تضم أكثر من 5000 نوع حي.
    ♦ إنها بحرية باستثناء عدد قليل من أنواع المياه العذبة (مثل Batrachospermum و Compsopogon و Lemnea). الطحالب المائية الأرضية.
    ♦ الطحالب الحمراء ذاتية التغذية باستثناء عدد قليل منها مثل Harveyella و Riccardia عديم اللون والطفيلية على الطحالب الحمراء الأخرى. Harveyella طفيلي فوق Polysiphonia. يعيش الإسفنجي Ceratodictyon كتعويض في بعض الإسفنج.
    المرحلة المتحركة أو السوطية غائبة تمامًا.
    يتنوع جسم النبات من لا خلوي إلى أشكال متعددة الخلايا.
    ♦ أنها صغيرة الحجم بشكل عام. الحجم الأقصى حوالي 50 سم.
    ♦ يحتوي جدار الخلية على السليلوز والمركبات البكتيرية وبعض عديدات السكاريد المخاطية التي تسمى phycocolloids أو الجيلاتين. عادة ما يتم كبريتات الأخير. الغروانيات النباتية الهامة للطحالب الحمراء هي الأجار والكاراجينين والفونوري.
    تتطور بعض الطحالب الحمراء إلى قشور من الجير ، على سبيل المثال ، كورالينا ، ليثوثامنيون ، وما إلى ذلك. وتسمى الطحالب المرجانية. وهي ترسب الحجر الجيري وتشكل جزءًا من الشعاب المرجانية.
    ♦ تسمى عضيات التمثيل الضوئي بالكروماتوفور أو بانيات الرودوبلاستس. لديهم ثايلاكويد واحد. تشمل أصباغ التمثيل الضوئي الكلوروفيل أ والكاروتينات والفيكوبيلينات. تم الإبلاغ عن الكلوروفيل د في بعض الحالات. Phycobilins هي أصباغ قابلة للذوبان في الماء من نوعين ، أحمر اللون r-phycoerythrin واللون الأزرق

    r- فيكوسيانين في الطحالب الحمراء.
    يرجع اللون الأحمر للطحالب الحمراء إلى التكوين الوفير للفيكويريثرين.
    تتكيف الطحالب الحمراء لتنمو في المياه العميقة حتى قاعدة المنطقة الضوئية (عمق 200 م) بسبب وجود كمية وفيرة من مادة r-phycoerythrin. هذا الأخير متخصص لامتصاص الإشعاعات الزرقاء البنفسجية. يمكن لهذه الإشعاعات كونها أقصر ضوء مرئي أن تخترق الأعمق. مع الانخفاض في العمق ، ينخفض ​​تخليق phycoerythrin بحيث تكون هذه الطحالب أرجوانية أو بنفسجية اللون في المياه الضحلة.
    احتياطي الغذاء هو النشا الفلوريدي. في الدستور ، يشبه إلى حد كبير الأميلوبكتين والجليكوجين.
    يحدث التكاثر الخضري عن طريق التفتت ، والأحجار الكريمة ، وتجديد الصمود.
    يحدث التكاثر اللاجنسي من خلال مجموعة متنوعة من الأبواغ مثل الكاربوسبوريس ، الأبواغ أحادية الأبواغ ، رباعي الأبواغ والجراثيم المحايدة.
    ♦ التكاثر الجنسي هو نوع متقدم من الزوجات. يسمى العضو الجنسي الذكري spermatangium أو antheridium. ينتج مشيج ذكر غير مسطح يعرف باسم الحيوانات المنوية. العضو الجنسي الأنثوي على شكل دورق ويطلق عليه اسم carpogonium. يحتوي كل كربوجونيوم على رقبة طويلة تشبه البنية تسمى trichogyne وقاعدة منتفخة لها نواة أنثى. يتلقى trichogyne الحيوانات المنوية التي تحملها التيارات المائية. وهكذا يحدث النطاف في الطحالب الحمراء.
    ينتج عن التسميد بنية جديدة تسمى carposporophyte. لا يزال مرتبطًا بالطحالب الأم.
    ♦ الطحالب الحمراء لها مرحلتان أو أكثر في دورة حياتها بحيث يمكن أن تكون متفرعة ، أو فردانية ، أو ثنائية الشكل ، وما إلى ذلك.


    موارد قاعدة البيانات لبحوث البكتيريا الزرقاء

    أنيل كومار ، برافولا كومار أريا ، في التقدم في علم الأحياء الزرقاء ، 2020

    4.2.8 CyanoLyase

    CyanoLyase (http://cyanolyase.genouest.org/) هو مستودع منسق يدويًا من ليات phycobilin والبروتينات ذات الصلة. هذه الإنزيمات مسؤولة عن الربط التساهمي للكروموفور (phycobilins) بالبروتينات النباتية (PBPs). PBPs هي لبنات البناء الحاسمة من phycobilisomes التي تعد أنظمة حصاد الضوء الرئيسية للبكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء. تحتوي قواعد البيانات العامة على تسلسلات phycobilin lyases مشروحة بشكل سيئ. لإنشاء قاعدة بيانات CyanoLyase ، تم استرجاع تسلسل phycobilin lyase من جميع الجينومات السيانوبكتيرية المتاحة باستخدام تسلسلات إنزيمية مميزة كيميائيًا ثم تصنيفها إلى 3 عشائر و 32 عائلة. تم استخدام أداة حسابية "Protomata learner" للتنبؤ بزخارف الأحماض الأمينية لكل عائلة. تتضمن قاعدة البيانات هذه أيضًا BLAST وأداة مطابقة الأنماط الجديدة "ProtoMatch" والتي تتوفر للمستخدمين لاسترداد والتعليق على lyases من أي جينوم جديد. يتم أيضًا توفير تحليلات علم الوراثة لجميع عائلات phycobilin lyase ووظائفها ووجودها / غيابها في جميع الجينومات المتاحة في قاعدة البيانات. تمت مراجعة قاعدة البيانات بشكل جيد مع التقارير / المؤلفات المنشورة وقواعد البيانات ذات الصلة. المعلومات المتوفرة في قاعدة البيانات مفيدة جدًا للباحثين المهتمين بـ PBPs الطبيعية أو الاصطناعية التي لها تطبيقات تكنولوجية حيوية محتملة (Bretaudeau et al.، 2013).


    مملكة النبات أسئلة إضافية مهمة نوع الإجابة قصيرة جدًا

    السؤال رقم 1.
    حدد بيرينويد.
    إجابة:
    Pyrenoid هو نشا يخزن عضية موجودة في الطحالب الخضراء.

    السؤال 2.
    حدد ramenta.
    إجابة:
    يُعرف التركيب الشبيه بالشعر الموجود على الجذع الأصغر سنًا ، والسويقات ، وفتحات الأوراق الناضجة باسم ramenta.

    السؤال 3.
    ما هي وظيفة الصمغ في النباتات المائية؟
    إجابة:
    يحمي الصمغ الطحالب من نمو النباتات العشوائية وتأثير الماء المتحلل.

    السؤال 4.
    ما هي كمية الماء التي يمكن أن يمتصها الطحالب؟
    إجابة:
    يمكن أن يمتص الطحالب الماء حتى 18 مرة من وزنه.

    السؤال 5.
    ما هي وظيفة حويصلات الهواء في الطحالب البنية؟
    إجابة:
    تحافظ حويصلات الهواء في الطحالب البنية على الطفو.

    السؤال 6.
    لماذا يسمى Adiantum a & # 8216walking fern & # 8217؟
    إجابة:
    يُعرف Adiantum باسم & # 8216walking fern & # 8217 لأن أطراف الأوراق تتلامس مع التربة ، وتضرب جذورًا عرضية وتتطور إلى نبات جديد.

    السؤال 7.
    أعط مثالاً واحدًا عن نبات أحادي الكارب.
    إجابة:
    الخيزران.

    السؤال 8.
    ما هي صوري؟
    إجابة:
    هم مجموعات فصل وجدت في Dryopteris السرخس.

    السؤال 9.
    ما هي الجذور؟
    إجابة:
    إنها هياكل نحيلة أحادية الخلية أو متعددة الخلايا تشبه الشعر تخترق التربة الرطبة وتمتص الماء للنباتات.

    السؤال 10.
    ما هي الأصباغ الموجودة في الطحالب الخضراء؟
    إجابة:
    الكلوروفيل & # 8216a & # 8217 و & # 8216 ب & # 8217 و & # 8216 بيتا & # 8217 كاروتين.

    السؤال 11.
    حدد فاكهة.
    إجابة:
    الفاكهة عبارة عن مبيض متطور للزهرة يحيط بالبذور وقد يرتبط بأجزاء أخرى من الزهرة.

    السؤال 12.
    قم بتسمية مجموعة النباتات الوعائية ذات البذور المجردة.
    إجابة:
    عاريات البذور.

    السؤال 13.
    اسم الطحالب الخضراء المستخدمة كغذاء.
    إجابة:
    شلوريلا ، أولفا.

    السؤال 14.
    قم بتسمية ما يلي:
    (ط) أصباغ ضوئية من الطحالب البنية
    إجابة:
    الكلوروفيل أ وج وفوكوكسانثين ،

    (2) الطحالب الخضراء أحادية الخلية ، ثنائية الطور ، على شكل كمثرى.
    إجابة:
    كلاميدوموناس ،

    السؤال 15.
    ما هي الجذور المرجانية؟
    إجابة:
    جذور كورالويد غير منتظمة ، جيوتروبية سلبية ،

    السؤال 16.
    ما هو الانصهار الثلاثي؟
    إجابة:
    يسمى اندماج النواة الثانوية ثنائية الصبغية مع ذكر مشيج واحد بالاندماج الثلاثي.

    السؤال 17.
    حدد البذرة.
    إجابة:
    إنها بويضة ناضجة وقادرة على تكوين نبات جديد.

    السؤال 18.
    حدد فاكهة.
    إجابة:
    الفاكهة مبيض ناضج.

    السؤال 19.
    أعط مثالاً على بذرة ديكوت وآخر من بذرة أحادية الفوهة.
    إجابة:
    الديكوت: غرام ، مونوكوت: حبوب الذرة.

    بيولوجيا مملكة النبات أسئلة إضافية مهمة نوع الإجابة المختصرة

    السؤال رقم 1.
    لماذا الطحالب الحمراء قادرة على البقاء على قيد الحياة في أعماق البحار؟
    إجابة:
    تحتوي الطحالب الحمراء على أصباغ phycoerythrin و phycocyanin. Phycoerythrin قادر على امتصاص الأطوال الموجية الزرقاء للضوء وبالتالي يمكنه التمثيل الضوئي. نظرًا لأن الطحالب الحمراء يمكنها استخدام الأشعة الزرقاء والخضراء ، فيمكنها العيش في أعماق أكبر.

    السؤال 2.
    What are the features that have led to the success and dominance of vascular plants?
    إجابة:

    1. Development of deep penetrating roots to anchor the plant in soil and absorb water and minerals for the plants from the deeper layers of the soil.
    2. Development of cutin as a waterproof layer on leaves to reduce transpiration.
    3. Development of mechanical tissue to provide support.
    4. Development of a well developed vascular system.

    السؤال 3.
    Define monopodial growth?
    إجابة:
    When the main axis of the trunk rises straight from the base and reaches up to the tip, this type of growth is known as monopodial growth.

    السؤال 4.
    Why do marine algae have no mechanical tissue?
    إجابة:
    Marine algae have no mechanical tissue because buoyancy holds them erect under the sea surface.^

    السؤال 5.
    Explain the different types of sexual reproduction in green algae.
    إجابة:
    Sexual reproduction in green algae can be of three different types:

    1. Isogamy: Both the fusing gametes are morphologically and physiologically similar.
    2. Anisogamy: The fusing gametes are structurally similar but differ in size and behaviour.
    3. Oogamy: The female gamete is bigger, food-laden and non-motile, whereas the male gamete is smaller, without food reserve and motile.

    السؤال 6.
    Why are seed plants considered the most successful land plants?
    إجابة:
    Seed plant is considered as the most successful land plants because:

    1. Fertilization is not water-dependent.
    2. Seed enclosing the future embryo is well protected within the ovary.
    3. The extensive root system for anchoring and absorption of water.
    4. Well developed mechanical tissue
    5. Formation of bark during secondary growth for protection.

    السؤال 7.
    Give one example of each
    (i) Liverworts
    إجابة:
    Riccia

    (iii) A pteridophyte having bipinnate leaves.
    إجابة:
    Dryopteris

    (iv) A pteridophyte having Unipinnate leaves.
    إجابة:
    Adiantum caudatum

    السؤال 8.
    Give five distinguishing characteristics of red algae.
    إجابة:
    Five distinguishing characteristics of red algae are:

    1. Most of the red algae are marine.
    2. The motile stage is absent in the life cycle.
    3. The plant body varies from unicellular filamentous to parenchymatous form.
    4. The cell wall possesses cellulose and hydrocolloids.
    5. Photosynthetic pigments include chlorophyll a, carotenoids and phycobilins.

    السؤال 9.
    Discuss the development of seed habit.
    إجابة:
    The development of seed habit takes place due to the

    1. Development of heterospory.
    2. The megasporangium developed an intelligent covering with a micropyle.
    3. The development of female gametophyte takes place from functional-megaspore.
    4. Development of pollen tube.
    5. The fertilized ovule developed into a seed.

    السؤال 10.
    Draw a neat diagram of Chlamydomonas.
    إجابة:

    كلاميدوموناس

    السؤال 11.
    Draw a neat diagram of Spirogyra.
    إجابة:

    سبيروجيرا

    السؤال 12.
    Describe the fern sporophyte.
    إجابة:
    Fem sporophyte is differentiated into root, the stem is a rhizome with adventitious roots, the young part of the rhizome has ramenta. the leaves are bipinnately compound.

    السؤال 13.
    Distinguish between Antherida and Archaegonia.
    إجابة:

    Antheridia Archaegonia
    1. It is the male reproductive organ. 1. It is the female reproductive organ.
    2. It is racket-shaped 2. It is usually flask-shaped.
    3. Sterile cells are absent inside antheridia. 3. Neck canal cells, venter canal cells form the sterile cells.
    4. It produces many male gametes 4. It produces only one female gamete.
    5. The male gamete is usually motile 5. The female gamete is usually non-motile.

    السؤال 14.
    How do red algae differ from brown algae?
    إجابة:
    Differences between red algae and brown algae:

    Red algae Brown algae
    1. Unicellular and microscopic only a few are filamentous and Heterotrichous. 1. Filaments and heterotrichous.
    2. Phycoerythrin, phycocyanin and phycobilins pigments are present. 2. Fucoxanthin pigment is present.
    3. Reserve food material is Floridian starch. 3. Reserve food material is Laminarian starch.
    4. Chlorophyll ‘a’ present. 4. Chlorophyll ‘a’ + ‘c’ present.
    5. e.g. Gelidium Polysiphonia. 5. e.g. Laminaria, Fucus and Surgaassum.


    Red algae


    Porphyra or Polysiphonia

    السؤال 15.
    Distinguish the reproductive organs of gymnosperms and angiosperms.
    إجابة:

    عاريات البذور كاسيات البذور
    1. The sporophylls are aggregated to form cones. 1. The sporophylls are aggregated to produce flowers.
    2. Microporosphyll consists of micro-sporangia bearing microspores. 2. Microsporophyll is differentiated into anther and filament.
    3. Stigma and style are absent. 3. Stigma and style are present.
    4. Ovule lies on the lower side and exposed to the megasporophyll. 4. Ovules are attached to the funic-ulus and are present inside the ovary.
    5. One too many cotyledons are present. 5. One or two cotyledons are present.
    6. Fruit formation doesn’t take place. 6. Fruit formation takes place.
    7. Double fertilization is absent. 7. Double fertilization is present.
    8. Archaegonia are present. 8. Archaegonia are present.

    السؤال 16.
    Mention the changes that take place when the fruit ripens.
    إجابة:

    1. Starch is converted into sugar.
    2. The production of various organic substances gives it a texture, taste and flavour.
    3. The breakdown of chlorophyll leads to changes in the colour of the skin of the fruit.

    السؤال 17.
    What is the importance of seed?
    إجابة:

    1. The seed contains the young embryo which develops into a new plant.
    2. Seed can be dispersed and carried to faraway places without losing viability.
    3. Seed is neither the beginning nor the end of life. It is a state of suspended animation.

    السؤال 18.
    Describe the important characteristics of gymnosperms.
    إجابة:
    Characteristic features of gymnosperms:

    1. Gymnosperms are evergreen woody, perennial plants.
    2. Plants are heterosporous.
    3. Reduction of gametophytic generation.
    4. The enclosure of the female gametophyte by the megasporangium.
    5. Ovules are exposed to receive pollen grains.
    6. Gymnosperms possess exposed or naked seeds.
    7. Polyembryony is a common occurrence.
    8. Xylem lacks vessels and phloem lacks companion cells. Example Cycas, Pinus and Cedms.

    السؤال 19.
    Name two characters Used for the classification of dicotyledons in 3 sub-classes.
    إجابة:
    Number and nature of floral whorls. Sub-classes are divided into series mainly on the position of the ovary with respect to other floral parts.

    السؤال 20.
    Explain briefly the alternation of generation in bryophytes.
    إجابة:
    Alternation of generations: Moss plants are a gametophyte. Spore is the beginning of the gametophytic generation. It develops into protonema which rises to male and female gametes produced in them. Club-shaped antheridium bears biflagellate sperms or antherozoids. Flask-shaped archegonium encloses the female egg. a zygote is formed after the fertilization (syngamy) of male and female gametes with the help of water.

    Repeated divisions of the zygote give rise to the embryo (2n) which soon develop into a sporophyte. The sporophyte of moss gets differentiated into three parts -foot, seta and capsule. Inside the capsule, single-celled spores are produced. After the dehiscences, they begin to germinate and give rise to the protonema to start the cycle again. Gametophytic generation al¬ternates the sporophytic generation.

    السؤال 21.
    Draw the haplontic life-cycle.
    إجابة:

    Haplontic life-cycle

    السؤال 22.
    Draw the diplontic and haplo-diplontic cycles.
    إجابة:

    Diplontic cycles


    Haplo-diplontic cycles

    Plant Kingdom Biology Important Extra Questions Long Answer Type

    السؤال رقم 1.
    What are angiosperms? Give their characteristic features.
    إجابة:
    Angiosperms are a group of flowering plants where seeds are embedded in the fruits.

    They show the following characters:

    1. The ovules/seeds are enclosed within the ovary, or we may say that after fertilization seeds are located in the fruit.
    2. Male and female gametes i.e. pollen grains and egg nucleus are borne by the flowers.
    3. During pollination pollen grains fall on the stigma, they develop on the stigma of the ovary and male gametes enter the egg nucleus through Onicropyh.
    4. Male gametophyte is a three-celled structure when dehisced.
    5. Embryosac or female gametophyte is eight celled when young and becomes seven celled at the time of fertilization.
    6. There is double fertilization wherein one male gamete fuses with the egg nucleus to form a diploid zygote and another fuse with the secondary nucleus to form a triploid endosperm.
    7. Xylem consists of tracheids, vessels fibres and parenchyma while phloem consists of sieve tubes, companion cells and phloem parenchyma and fibres. Xylem conducts water to the tip of tall trees and phloem is responsible for the translocation of food.

    السؤال 2.
    Write brief notes on:
    (i) Green algae
    إجابة:
    Green Algae: The Class (Chlorophyta: ‘GK’ choros = green: phyton = plant) has over 7,000 species. They are in several shapes and sizes. Some are unicellular and microscopic. Some are motile colonies like Volvox. Some, are multinucleated but unicellular i.e. coenocytic like cholera.

    Volvox


    كلاميدوموناس


    Chara

    (ii) Brown algae
    إجابة:
    Brown Algae: The Class (Phaeophyta: GK: pharos = brown: phyton = plant) has about 2,000 species, mostly marine. Some of, the world’s largest sea plants measuring 40-60 metres long. Brown algae occur chiefly in cooler seas. Some are filamentous. Brown algae like Laminaria are attached firmly to the rocks below by holdfasts.

    Laminaria


    Fucus


    Dictyota

    (iii) Club moss
    إجابة:
    Club mass: It belongs to Lycopsida. In most parts of the world, Lycopodium is found. Sporangia’ are produced on mature leaves.

    (iv) Horsetail
    إجابة:
    Horsetail: Also called Sphenopsida. This group exists only Equisetuin. Because they look like the tail of a horse, so they are called horsetail. These plants are up to 1 metre in length. But some extinct species are of several metres. The root, stem and leaves are true.

    (v) Sporophyll
    إجابة:
    SporphyMs: They are special spore-bearing leaves and. produce sporangia in sori on their underside, where haploid spores are formed by meiosis. Spores germinate to form an independent, small gametophyte, the prothallus. This bears archegonia and antheridia. Male gamete from antheridia and swim in a film of water to egg cells in archegonia and fertilize them.

    السؤال 3.
    Discuss the development of seed habit.
    إجابة:
    The seed plants have two kinds of sporangia. These sporangia are born on the sporophylls.

    One type of sporangia are ovule or megasparangium. The other type of sporangia is the pollen sac or archegonium. The egg develops a pollen sac or microsporangium. The egg develops in the ovule from the megaspores. Many pollen grains are produced in the pollen sac.

    The pollen grains are dispersed by the air! They reach the ovule. The male gamete and the female egg cell fuse together. The zygote is formed as a result of fertilization. Later on, the zygote forms the embryo. The seed is developed from the ovule. The development of seed habit in gymnosperm and angiosperm do not require liquid water during fertilization

    السؤال 4.
    What are the different lifestyles shown by Angiosperms?
    إجابة:


    Brief Details

    Solar energy accumulation during photosynthesis depends to a big extent on the level of cell protection against oxidative degradation. Multiple antioxidant components (omega-3 fatty acids, vitamin E, carotenoids, etc.)—substances, which act to neutralize free radicals—protect both vegetal and animal cells preventing apoptosis, because the fundamental cellular signaling processes and the mechanisms of protection and adaptation are very conservative throughout the entire living world.

    Multiple extracts of algae and higher plants, products of photosynthesis, are capable to manipulate signaling processes in human cells and as a result, gene expression. For example, phytoestrogens (a group of flavones that play the role of messengers in plant—microbe interaction) mimic the activity of the human hormone estrogen.

    Carotenoids, such as zeaxanthin and lutein protect the photosynthetic systems from the destructive action of ultraviolet light, but can also be found in the human retina (Lutein is apparently employed by animals as an anti-oxidant and for blue light absorption while zeaxanthin may serve as a photopro-
    tectant for retina from the damaging effects of free radicals produced by blue light).

    An important role in the regulation of plant life is played by the solar light spectrum, which, besides photosynthesis, participates in the regulation of certain physiological processes (like growth and development).

    Importance of Photosynthesis and the Global Role of Green Plants

    Photosynthesis is the process through which the energy of light is absorbed by chlorophyll molecules and converted to potential chemical energy of organic substances, composed of carbon dioxide and water. This process includes a large number of reactions, however, for autotrophic organisms producing oxygen, it can be summarized by the following equation:

    According to this equation, the outcome of photosynthesis is light-dependent CO2 fixation with its reduction to carbohydrates and the oxidation of H2O to O2. However, oxygen formation is not characteristic for all photosynthetic organisms. Some photosynthetic bacteria use as a hydrogen donor other inorganic substances (hydrogen sulfide, thiosulfite, etc.) or organic compounds (lactic acid, isopropanol). For instance, green sulfur bacteria use hydrogen sulfide. In this case the summary
    equation of photosynthesis is as follows:

    In the process of photosynthesis, besides carbon dioxide that is the main acceptor of hydrogen ions in photosynthetic autotrophic organisms, sulfate or nitrogen can be reduced, forming hydrogen. Thus, the process of photosynthesis in different photosynthetic organisms can take place with the participation of different donors and acceptors of hydrogen ions.

    The appearance of green plants capable of photosynthesis (2 billion years ago) marked a very important step in the evolution of life on Earth. Photosynthesizing organisms and, consequently, all living organisms have gained access to a limitless and renewable source of electrons, participating in all bioenergetic processes—water.

    This fact has determined the extent of photosynthesis, assuring energy flow and transformation in the biosphere. Eukaryotic organisms (superior green plants and eukaryotic algae) and prokaryotes (photosy-nthetic bacteria and cyanophytic algae) capture solar energy, and convert it into potential chemical energy.

    This is why photosynthesis can be considered a phenomenon of cosmic nature, and the only means by which energy from a celestial body is fixed and stored on Earth in the form of biomass used later in all
    life processes of vegetable and animal organisms. The cosmic role of green plants has been widely described and argued by the Russian scientist K.A. Timireazev.

    Photosynthesis ensures the continuous existence of life by purifying the atmosphere from carbon dioxide. The oxygen released within this physiological process, replenishes its amounts in atmosphere, keeping it within limits optimal for respiration. Annually, green plants release 460 billion tons of oxygen in the external environment, representing the only natural source of oxygen.

    Photosynthesis represents also the primary source of all organic substances as well: carbohydrates, lipids, vitamins, proteins, hormones, glycosides, tannins, etc. These compounds synthesized by plants for their own needs serve later as the main nutrition source for the multitude of trophic chains. Photosynthesis constitutes a most crucial step for energy and matter circulation in nature.

    Fig. The cycle of photosynthesis products in nature

    The unique physiological importance of this process can be generalized by the following contribution of photosynthesis in:
    • transforming the nature of the atmosphere from a reducing one into an oxidant
    one which lead to the advent and spread of aerobic organisms
    • conversion of solar radiation into metabolic energy
    • purifying the atmosphere through gas exchange
    • formation of organic substances from inorganic ones
    • formation of the reserves of mineral resources
    • ensuring the circuit of carbon in nature.

    Photosynthesis as the most complicated fundamental biological process, is a research object for biologists, physicists, chemists, mathematicians, etc. Knowledge of the molecular mechanisms of photosynthesis is very important in solving many industrial-economic problems related to the use of ecologically pure unlimited energy sources (for example, obtaining oxygen and molecular hydrogen through water photooxidation), in increasing the photosynthetic productivity of plants, ensuring long-term cosmic expeditions with organic matter and molecular oxygen.


    Red Algae: Characters and Types (With Diagram)

    Red algae are defined as eukaryotic algae which possess chlorophyll a, phycobilins, floridean starch as food reserve, abundant phycocolloids (like agar, carrageenin, and funori) but lack flagellate cells.

    1. Red algae/rhodophytes are an ancient group of algae with 5000 living species.

    2. They are marine except for a few fresh water species (e.g., Batrachospermum).

    3. Red algae are autotrophic with the exception of a few like Harvey Ella which are colourless and parasitic on other red algae.

    4. A motile or flagellate stage in the life cycle is absent.

    5. The plant body varies from unicellular (e.g., Porphyridium), filamentous (e.g., Spermothamnion), pseudoparenchymatous (Asterocystis), parenchymatous sheets (e.g., Porphyra), ribbons (e.g., Chondrus) to graceful lace-like complex multicellular sea weeds (e.g., Gelidium).

    6. Cell wall possesses cellulose, pectic compounds and certain mucopolysaccharides called phycocolloids (e.g., agar, carrageenin and funori). The latter are usually sulphated.

    7. Some red algae have an incrustation of calcium carbonate over their walls. They appear coral-like and are called coralline (e.g., Corallina). Coralline algae produce limestone. They are important component of reef formations along with corals.

    8. The photosynthetic organelles called chromatophores, have un-stacked or single thylakoids.

    9. Photosynthetic pigments include chlorophyll a, carotenoids and phycobilins. Chlo­rophyll d has been reported in some cases. Phycobilins are water soluble pigments of two types, red coloured phycoerythrin and blue-coloured phycocyanin as well as allophycocyanin. Similar pigments also occur in cyanobacteria (blue-green algae).

    10. The red colour of red algae is due to abundant formation of phycoerythrin. Phyco­erythrin is able to absorb blue green wavelengths of light. Being shorter, these wavelengths are able to reach the maximum depth in water.

    Therefore, red algae reach the maximum depth in sea where no other types of photosynthetic organisms grow. However, rhodophytes living in shallower waters do not appear reddish due to lesser synthesis of phycoerythrin.

    11. Reserve food is floridean starch. In constitution, it is very much similar to glycogen.

    12. Asexual reproduction takes place through a variety of spores—neutral spores, monospores, tetraspores, carpospores, gemmae.

    13. Sexual reproduction is oogamous. The male sex organ is called spermatangium or antheridium. It produces non-flagellate male gamete known as spermatium. The female sex organ is flask-shaped and is termed carpogonium.

    Carpogonium possesses an elongated receptive organ named trichogyne. Spermatia are carried by water currents to trichogyne tips for effecting fertilization. The female sex organ remains attached to the plant and forms a new structure called carposporophyte.

    14. Multicellular forms have an alternation of haploid and diploid generations.

    Types of Common Red Algae:

    It is a stiff cartilaginous pinnately branched agar yielding red alga that is attached to the substratum by a number of rhizoids. Appearance is lace-like. Gelidium is the major source of agar which is obtained from cell wall. Agar has been under manufac­ture in Japan since 1760.

    It is an edible flat thalloid marine red alga. The thallus is made of 1-2 layers of cells covered on the outside by a cuticle of solidified gel. Asexual reproduction occurs by means of neutral spores. Sexual reproduction pro­duces a diploid zygote which on. Meiosis forms haploid carpospores.

    Each carpospore grows into a filamentous structure called conchocelis stage. The stage may multiply by means of monospores. Ultimately conchocelis stage produces the typical flat parenchyma­tous thallus.

    It is a fresh water filamentous rhodophycean alga, com­monly called frog spawn alga. The colour depends upon depth at which the alga occurs— blue-green to purple, violet and pink. The filament gives a branched beaded appearance. The beads occur in the region of nodes where whorls of short branches or glomerules occur.

    The alga multiplies asexually by mono-spores. Male sex organs are called spermatangia while female sex organs are called carpogonia. Meiosis occurs immediately after fertilization.

    A haploid carposporophyte or cystocarp is formed. It produces carpospores. A carpospore forms a highly branched filamentous chantransia stage. It is juvenile stage which can multiply by mono-spores. The adult alga grows over the chantransia stage.

    It is an agar yielding red alga (agarophyte) which grows in lagoons. The thallus is branched, cartilaginous, cylindrical or compressed cylindrical. Plants are unisexual.

    It is a small upright bushy marine alga with feathery multi-axial structure. The plants are fixed to the substratum by rhizoids, holdfast or prostrate system. The plant bears two types of branches, dwarf and long. Dwarf branches are trichoblasts. They develop sex organs, antheridia on male plants and carpogonia on female plants.

    Cells show pit connections. Fertilization produces diploid cystocarp or carposporophyte. The latter bears diploid carpospores. On germination each carpospore forms a tetra sporophyte which resembles the gametophytic plant body in morphology.

    Tetra sporophyte develops haploid tetraspores. A tetraspore germinates to produce gametophytic plant body. Life cycle is diplo-diplohaplontic and triphase with one gametophytic (n) and two sporophytic (2n) phases.

    Polysiphonia has been one of the sources of bromine.

    Economic Importance of Red Algae:

    A number of red algae are edible, e.g., Porphyra (Laver), Rhodymenia (Dulse), Chondrus (Irish Moss). Rhodymenia (also called sheep’s weed) is also used as fodder. Porphyra is cultivated in Japan for commercial exploitation.

    A number of phycocolloids are extracted for commercial use. They include agar, carrageenin and funori. Agar is used in solidifying laboratory culture media and is added as stabilizer or thickener in the preparation of jellies, puddings, creams, cheese, bakery, etc. Agar is obtained from cell wall of Gelidium and Gracilaria.

    Carrageenin is used as a clearing agent in liquors, leather finishing and as emulsifier in chocolates, ice-creams, and tooth pastes, paints, etc. It is extracted from Chondrus. Funori is glue used as adhesive and in sizing textiles, papers, etc. It is got from Gloiopeltis.

    Bromine is obtained from some of the red algae, e.g., Rhodomela Polysiphonia.

    Corallina is capable of curing worm infections. Polysiphonia has anti­bacterial properties. Agar is laxative. Carrageenin can coagulate blood.


    5.11E: Carotenoids and Phycobilins - Biology

    Seaweeds are Successful Marine Organisms

    Seaweeds are Important Autotrophs

      1. Provide food and cover for animals.
      2. Photosynthetic: use sunlight as an energy source to produce sugar
      3. General formula for photosynthesis:
      6CO 2+ 6H 2 O -----> C 6 ح 12 ا 6 + 6O 2
      1. Seaweeds differ from terrestrial plants
      2. Although multicellular, seaweeds lack roots, stems, leaves, flowers, fruits and seeds
      1. No wood
      2. Seaweeds get support from water via buoyancy
      3. Can reach large sizes without supporting tissues

    Lack Specialized Absorptive Tissues

      1. A simple body is called a thallus
      2. A filament, mass, branched structure or encrustation
      1. Holdfast: anchors
      2. Stipe: holds blades in light and acts as a shock absorber
      3. Blade (frond): exposes surface to light and nutrients in seawater
      4. Air bladders: provide buoyancy
      1. Seaweeds reproduce sexually by gamete formation
      2. Seaweeds reproduce asexually by spore formation
    1. 4,000 marine species
    2. Contain red and green photopigments
    3. Have simple structure
      Browns (Phylum Phaeophyta)
      1. 1,500 marine species
      2. Contain yellow, orange and green photopigments
      3. Have complex structure
      Greens (Phylum Chlorophyta)
    1. 700 marine species (6,300 freshwater)
    2. Contain green photopigments
    3. Have simple structure

    Adaptation to Intertidal Zone

      1. Heavy wave action
      2. Small, tough stipes and blades
      3. Strong holdfasts
      4. Hydrodynamic shapes
      5. Low surface to volume ratio
      6. Dessication
      7. Low surface to volume ratio
      8. Trap water

    Adaptation to Shallows (subtidal to 30 meters)

      1. Less wave Action
      2. Storm waves only
      3. Strong holdfasts, stipes & blades
      4. Decreased light intensity
      5. Higher surface-to-volume ratio
      6. Long stipes and large blades

    Adaptation to Depths (30 to 100 meters)

      1. No wave action
      2. Delicate forms survive
      3. Low light
      4. Very high surface-to-volume ratio
      5. Highly branching forms
      6. Broad blades
      1. Carotenoids and phycobilins
      2. Photopigments that capture light energy and pass it to chlorophyll
      3. Adaptation to low light
      4. Absorb blue and green light which penetrate deepest

    Plants are Primarily Terrestrial Organisms