2.4. Kasvikunnan luokittelu

WSOY:n oppikirjassa käytetty kasvikunnan luokittelu on seuraavan kaavion

(kuva 47) mukainen.

Kasvit jaetaan tässä vain kahteen kaareen. Nämä ovat sekovartiset ja

putkilokasvit. Joissakin luokitteluissa kaaria saattaa kuitenkin olla jopa

kaksitoista. Rakenteeltaan nuokin sukupuut ovat silti yllä olevan kaltaisia.

Vaikeinta tutkijoille on päästä yksimielisyyteen siitä, mille luokittelun tasolle

kaaren status halutaan antaa.

Yksisirkkaiset -itävästä

siemenestä kohoaa

yksi sirkkalehti

- lehtisuonet

pitkittäiset

- johtojänteet

hujan hajan

Sekovartiset

- ei keskitettyä vedenjakelu-

järjestelmää

Maksasammalet

- pieni koko

- kiiltävät

,maksamai-

sesti

liuskoittuneet

lehdet

Putkilokasvit

- keskitetty

vedenjakelujärjes-

telmä, siis

johtojänteet

Sanikkaiset

- lisääntyvät itiöiden avulla

Siemenkasvit

- lisääntyvät

siementen

avulla Lehtisammalet

- tuttuja perus-

sammalia

Koppisiemeniset

- kukka: alkio

kehittyy emin

sisällä (kopissa)

Paljassiemeniset

- käpy: alkio kehittyy

paljaana käpysuomun päällä

Liekokasvit

Kortteet

Saniaiset

Kaksisirkkaiset

- itävästä siemenestä

kohoaa kaksi

sirkkalehteä

- verkko- tai

kourasuonisuus

- johtojänteet kehänä

Havupuut

- myös muutama

havupuihin

kuulumaton laji

- johtojänteet

kehänä

Kasvikunta

Ruohovartisia on

molemmissa ryhmissä

Puuvartiset ovat jompia

kumpia näistä

Kuva 47. WSOY:n oppikirjassa käytetty

kasvikunnan luokittelu

Putkilokasviasioita: johtojänteet

Putkilokasvien vesitalous perustuu aineiden kuljettamiseen erikoistuneisiin

sisärakenteisiin: johtosolukkoihin. Johtosolukot näkyvät lehdissä ja nuorissa

verson osissa johtojänteinä (kuva 48). Lehdissä johtojänteet näkyvät

lehtisuonina. Johtojänteeseen kuuluu kolmea solukkotyyppiä: nilaa, jälttä ja

puuta.

Jokaisen putkilokasveihin kuuluvan kasviyksilön sisällä on kokonainen joukko

johtojänteitä. Nuorista versonosista tehdyissä poikkileikkauskuvissa (kuva

49) johtojänteet näkyvät erillisinä soikeahkoina rakenteina.

Nilaosa

- sokerit latvasta juureen

Puuosa

- vesi ja ravinteet juuresta latvaan

Jälsi

- tuottaa puu- ja nilasolukkoa

Kuva 48. Yksittäisen johtojänteen

rakenne.

Vuosittain paksuutta kasvavissa puuvartisissa kasveissa soikiot kasvavat

vanhemmissa versonosissa leveyttä niin paljon, että ne sulautuvat lopulta

kiinni toisiinsa. Tällöin varteen muodostuu kehämäiset johtosolukot (kuva 50).

Uloimpana on nilalieriö, sen alla jälsilieriö ja sisimpänä on täyteinen puu.

Katso kuvia 48 – 50 ja tulkitse niitä sukupuu tukenasi.

1. Nilaosa

(kuljettaa

sokereita

latvasta kohti

juurta).

2. Puuosa

(kuljettaa vettä

ja ravinteita

kohti latvaa)

3. Jälsi (tuottaa

ulospäin nila-

ja ytimeen

päin

puusolukkoa)

Erilaistumatonta

ns. perussolukkoa

Kuorisolukkoa Korkkijälsi

(tuottaa

kuorisolukkoa)

Kuva 49. Johtojänteiden sijoittuminen kasvin varteen

nuoressa verson osassa kaksisirkkaisilla ja havupuilla,

poikkileikkaus.

Jälsi muodostaa joka vuosi uuden puu- ja nilakerroksen. Tämä toiminta näkyy

vuosirenkaina. Renkaat johtuvat siitä, että alkukesästä puu muodostaa

maaperän ravinteisuuden turvin isokokoisempia soluja kuin loppukesästä.

1. Nilaosa

(kuljettaa

sokereita

latvasta kohti

juurta).

2. Puuosa (kuljettaa

vettä ja ravinteita

kohti latvaa)

3. Jälsi (tuottaa

ulospäin nila-

ja ytimeen

päin puusoluk-

koa)

Korkkijälsi (nilaa ympäröivä

kerros, joka tuottaa kuoren

solukkoa

Kuorisolukkoa

Kuva 50. Johtosolukoiden rakenne ja sijoittuminen varren

poikkileikkaukseen vanhoissa verson osissa kaksisirkkaisilla ja

havupuilla. Johtosolukot on merkitty lihavoidulla. Jälsi muodostaa

joka vuosi uuden puu- ja nilakerroksen. Tämä toiminta näkyy

vuosirenkaina. Renkaat syntyvät siten, että alkukesästä puu

muodostaa maaperän ravinteisuuden turvin isokokoisempia soluja

kuin loppukesästä.

Kaikki havupuut ovat paksuutta kasvavia puuvartisia, samoin suuri osa

kaksisirkkaista kasveista. Ruohovartisia kasveja ovat kaikki yksisirkkaiset ja

osa kaksisirkkaisista lajeista (tämän osion alussa ollut kuva 47).

Johtojänteillä on siis monta erilaista olomuotoa riippuen siitä, mitä kasvinosaa

kulloinkin tarkkaillaan (Kuva 51).

Osmoosi ja haihtumisimu: vesitalouden perusteet

Nilaosa

Puuosa

Jälsi

Poikkileikattu

lehtisuoni

(= yksi

johtojänne)

Nila

Jälsi

Puu Johtojänne

Kuva 51. Johtosolukoiden ulkonäkö kasvin eri osissa.

Lehdissä ja nuorissa versonosissa johtosolukko on

erillisinä johtojänteinä. Vanhempiin rungon osiin

muodostuu yhtenäiset johtosolukkokerrokset.

Kasvi saa tarvitsemansa ravinteet veteen liuenneina. Vesi toimii myös

ravinnehissinä, jonka välityksellä ravinteet kohoavat juuresta kasvin latvaan

asti. Vesi kulkeutuu korkeuksiin johtojänteiden puuosassa.

Vesitalouden ymmärtämiseksi on tärkeätä ensin tutustua vesimolekyylin

ominaisuuksiin.

Vesimolekyyli muistuttaa rakenteeltaan Mikki-Hiirtä. Happiatomi muodostaa

Mikki-Hiiren kasvot ja vedyt toimivat sen korvina. Vetyjen ja hapen väliset

sidoselektronit eivät liiku atomien ympärillä tasaisesti, vaan ne viettävät

suurimman osan ajastaan happiatomin ympärillä. Syy tähän

”epädemokraattiseen” asiaintilaan on happiatomin selvästi vetyä

suuremmassa elektronegatiivisuudessa (ilmiön syistä voit neuvotella

fysiikanopettajasi kanssa).

Elektronien epätasainen jakautuminen aiheuttaa varauseron vesimolekyylin

vety- ja happipuolen kesken. Se puoli, missä vedyt sijaitsevat, on

varaukseltaan positiivinen verrattuna happipuoleen, mikä taas on

varaukseltaan negatiivinen. Näin yksittäisestä vesimolekyylistä tulee

pienoismagneetti plus- ja miinusnapoineen (kuva 52).

Magneettisuutensa vuoksi joukko vesimolekyylejä ryhmittyy mielellään

ketjuksi. Ilmiö havaitaan vedessä pintajännityksenä. Veden magneettisuutta

kasvit hyödyntävät vesitaloudessaan

Kasvin lehdissä on pieniä ilmarakosia, jotka avaamalla se saa vesimolekyylit

haihtumaan lehdestä ilmaan. Yhden molekyylin haihtuminen tavallaan vetää

kaikkia sen perässä sauvamagneettien tavoin roikkuvia vesimolekyylejä.

Tällöin koko latvasta maahan asti ulottuva vesimolekyylien ketju liikahtaa

yhden molekyylin verran ylöspäin. Ilmiö on nimeltään haihtumisimu. Koska

ravinteita on maaperän vedessä niukasti, kasvi joutuu haihduttamaan vettä

ylimäärin pysyäkseen edes kohtuullisesti “ruuassa”.

Diffuusio ja osmoosi

-

+ +

Kuva 52. Vesimolekyylin Mikki-Hiiri –malli.

Vetyatomi on

positiivisesti

varautunut

Happiatomi on

negatiivisesti

varautunut

Nyt joudun käyttämään kahta hivenen vieraalta kuulostavaa sanaa: diffuusio

ja osmoosi (= Osmo ja Ossi).

Juurissa vesi tunkeutuu kasviin osmoottisesti. Ja osmoosi on diffuusiota

puoliläpäisevän kalvon läpi. Apua,Iik!

Kun osmoosi määritellään näin, on vain rohkeasti selvitettävä käsitteet

puoliläpäisevyys ja diffuusio. Ensin puoliläpäisevyys…

Puoliläpäisevyys

Puoliläpäisevyys on hieman monimutkaiselta kuulostava sana. Kuitenkin tuttu

kalanpyydys, katiska, koostuu puoliläpäisevästä rautalankaverkosta. Se

päästää kalat sisäänsä, mutta ei enää ulos. Samaan tapaan toimivat kasvin

juurisolujen solukelmut. Ne päästävät sokereita sisäänsä, mutta eivät enää

ulos. Sitten diffuusio…

Diffuusio poika- ja tyttöesimerkin avulla

Diffuusio tarkoittaa sitä, että jos samaan astiaan tai tilaan laitetaan kahta tai

useampaa eri kaasua tai nestettä, aineet itsestään sekoittuvat lopulta

tasaisesti toisiinsa. Tämä siis tosiaan tapahtuu itsestään, ilman

sekoittamista. Asiasta voidaan piirtää seuraava havaintomalli (Kuva 53).

Kuvassa 53 pojat ja tytöt sijoitetaan ensin eripuolille huonetta (= HETKI A).

Kun huoneen ovi suljetaan hetkeksi, alkaa luokassa huikea diffuusio.

Diffuusion tuloksena poikien ja tyttöjen pitoisuusero nopeasti tasaantuu

(HETKI B).

Osmoosi poika- ja tyttöesimerkin avulla

Myös osmoosista voidaan piirtää havaintomalli (Kuva 54). Siinä jälleen pojat

ja tytöt sijoitetaan eripuolille huonetta mutta nyt tyttöjen liikkuminen estetään

HETKI B

Kuva 53. Diffuusio. Kuvassa pojat kuvaavat

vettä, tytöt sokeri- ja ravinnemolekyylejä.

HETKI A

(= HETKI A). Lopputulos on kuitenkin sama kuin edellä kuvassa 53: poikien ja

tyttöjen pitoisuusero nopeasti tasaantuu (HETKI B). Riittää, kun edes toinen

sukupuoli pääsee liikkumaan vapaasti.

HETKI B

Kuva 54. Osmoosi. Kuvassa pojat kuvaavat vettä, tytöt sokeri- ja

ravinnemolekyylejä, kahle ja pallo kasvin juuressa olevan solun

solukelmua.

Kun kasvi saalistaa ravinteita, se varastoi niitä juurisolujensa sisälle.

Juurisoluihin myös virtaa latvasta sokereita. Sokerit virtaavat paikalle

johtojänteiden nilaosassa. Sokereista ja ravinteista kasvi ei luovu, vaan

pitää ne visusti solujensa sisällä. Näin solujen sisältämä neste säilyy

kaiken aikaan väkevämpänä kuin maaperässä oleva vesi.

Mainitunlaiset väkevyyserot pyrkivät aina tasaantumaan. Sokerikin

liukenee kahviin lopulta tasaisesti. Yhtä hyvin voitaisin sanoa, että

kahvi liukenee tasaisesti sokeriin. Jälkimmäinen lause kuvaa veden

kulkua juurisoluihin. Ja tämä ilmiö on nimeltään osmoosi.

HETKI A

Osmoosi kasvin juurissa

Kun kasvi tuottaa sokereita, se varastoi niitä juurisolujensa sisälle. Sokerit

virtaavat paikalle kasvin latvasta johtojänteiden nilaosaa pitkin. Sokereista

(osmoosia esittävässä kuvassa paikalleen ankkuroidut tytöt) kasvi ei luovu,

vaan pitää ne visusti solujensa sisällä. Näin solujen sisältämä neste säilyy

kaiken aikaan sokerisempana kuin maaperässä oleva vesi.

Luonnossa mainitunlaiset väkevyyserot pyrkivät aina tasaantumaan. Koska

juurisoluja päällystää puoliläpäisevä kalvo, sokeri ei pääse siirtymään

maaperään. Veden liikkeitä sen sijaan ei estä mikään. Siksi se siirtyy

juurisolun sisälle sokereiden luo (Kuten pojat kuvassa 54).

Kahvikupissa sokeri liukenee kahviin, niin, että sokeria lopulta on kahvissa

kaikkialla tasaisesti. Samaan lopputulokseen päästään, jos kahvi imeytyykin

sokeriin. Näin tapahtuu kasvien juurissa: osmoosikuvan pojat (=maaperän

vesi) imeytyvät tyttöihin (=juurisoluissa olevaan sokeriin ”sweet honey

babes”).

Ravinteiden valikoinnin varmistaminen, johtojänteiden sijainti juuressa

Kasvin juurissa johtosolukot sijaitsevat toisin kuin varressa. Juuressa on

ainoastaan yksi johtojänne. Sen keskellä on poikkileikkauksessa tähtimäisenä

kuviona erottuva puuosa (kuva 55). Nilaa on tähden sakaroiden väleissä.

Johtojännettä ympäröi sisäketto. Se on yhden solukerroksen paksuinen

kerros joka sisältää kasvianatomisesti kiinnostavan rakenteen: Casparian

verkon. Se on tärkeä rakenne kasvin valikoidessa ravinteita.

Juuren ulko-osan solut ovat rakenteeltaan hentoja. Täällä vesi kulkeutuu

kasviin paljolti solujen välissä olevia huokoisia soluseiniä pitkin. Niin kauan

kuin vesi on soluseinissä, ei kasvi voi valikoida veden mukana kulkeutuvia

Kuva 55. Juuren ja juuressa olevan johtojänteen

(lihavoidut kohdat) rakenne (poikkileikkauskuva).

Juurikarva

Cortex eli kuorikerros

erilaistumatonta perus-

solukkoa

3. Casparian verkko (mustat neliöt johtojänteen

ympärillä). Casparian verkko siinä kiinni olevine

soluineen muodostaa rakenteen nimeltä sisäketto

(katso alla kuva nro 44 .) Sisäketto on johtojänteen ja

cortexin välinen rajapinta.

1. Johtojänteen

puuosa (ruudutettu

alue)

2. Johtojänteen

nilaosa eli

nilakimppu

(palloilla kuvattu

alue)

ravinteita. Tätä varten vesi on tavalla tai toisella pakotettava läpäisemään

ainakin yksi solu ennen veden pääsyä johtojänteeseen.

Sisäketon kohdalla kasvi tekee tämän Casparian verkon avulla. Casparian

verkko on vesitiivistä vahamaista soluväliainetta. Se tiivistää sisäketon

kohdalla solujen väliset seinät (kuva 56). Sisäketon solut ovat verkon silmiä.

Vain verkon silmien läpi vesi pääsee johtojänteeseen. Samalla vesi joutuu

sopivasti pistäytymään sisäketon solujen sisällä “kylässä”. Ymmärtämistä

helpottavana vertauskuvana Casparian verkon voi kuvitella verkkosukaksi,

joka on puettu juuren johtojänteen päälle (kuva 56).

Protonien merkitys kasvien ravinnetaloudessa

Olemme jo ykköskurssissa oppineet, että kasvit hyödyntävät protoneita eli

vetyatomin ytimiä eli vety-ioneja (H+) ravinnetaloudessaan.

Casparian verkko (mustat

rinkulat)

Sisäketon solu (verkonsilmässä

oleva kala)

Kuva 56. Kalaverkko Casparian verkon

rakennemallina.

Maaperässä olevat ravinteet ovat peräisin eloperäisestä ja

kivennäisaineksesta. Ravinteita liukenee hitaasti elollisen ja elottoman

luonnon toiminnan tuloksena.

Kasvien tarvitsemat ravinteet ovat maaperässä enimmäkseen positiivisesti

varautuneina ioneina. Koska maaperän kivennäis- ja humus-hiukkaset ovat

negatiivisesti varautuneita, ravinteet pysyvät näiden pinnalla.

Kasvit saalistavat positiivisesti varautuneita ravinneioneja pumppaamalla

juurisoluistaan protoneita maaperään. Pumppaaminen tapahtuu

solukelmussa olevien proteiinirakenteisten protonipumppujen avulla ja

kuluttaa ATP:tä.

Maaperään joutuvat protonit asettuvat ravinnehiukkasten paikalle ja irrottavat

nämä vapaiksi maaperässä olevaan veteen (tsekkaa tämä kuvasta 55

aloittaen kohdasta, jossa lukee veden autoprotolyysi).

Koska protonit ovat varaukseltaan positiivisia, pumppaaminen tuottaa

juurisolun sisälle negatiivisen varaustilan. Protonien maaperästä syrjäyttämät

ravinneionit siirtyvät tämän vuoksi juurisoluihin kuin itsestään, eivät silti mistä

tahansa, vaan solukelmussa olevien kanavaproteiinien läpi.

Kanavaproteiineja tarvitaan paljon, sillä jokaista ravinnetyyppiä varten on oma

kanavaproteiinityyppinsä.

Osa kasvien tarvitsemista ravinteista on negatiivisia ioneja. Niiden saamiseksi

juurisoluissa on valikoivasti toimivia ATP:tä kuluttavia ionipumppuja. Niiden

toiminta ei perustu vaihtokauppaan, vaan kohdistuu suoraan tarvittaviin

ravinneioneihin (tsekkaa kuvasta 57 fosfaattipumppua esittävä kohta).

Happo on aine, joka luovuttaa protonin

Kasvien ravinnetalous on kuin hallittu muunnelma happosateista. Vapaat

protonit ovat nimittäin happojen tuntomerkki. Kun taivaalta sataa hapanta

vettä, vievät sateen mukana tulevat protonit paikan maaperän ravinneioneilta.

P

P

02

Sokeri

ATP

ADP

ADP

H+ H+

H+

H H

0

e- H

0

Ca+

H20

C02

Solukelmun pumppu-

tai kanavaproteiini

Ribosomi

P04-

Fosfaattipumpp

u

Protonipump

pu

Kalsiumkanava

Maaperässä oleva

hiukkanen

DNA

mRNA

Tuma

Mitokondrio

veden pro-

tolyysi

Kuva 57. Kasvien ravinnetalous ja sen suhde

energiatalouteen (mitokondrio kuvassa

keskellä).

Ca+

Vapautuvat ravinteet aiheuttavat kasveissa lyhyen kasvupyrähdyksen. Kasvit

eivät ehdi käyttää kaikkia vapautuvia ravinteita. Siksi ravinteet painuvat

syvälle maaperään juurten ulottumattomiin. Lopulta tuloksena on maaperän

köyhtyminen. Ravinteiden puute aiheuttaa puiden harsuuntumisen.

Maaperästä karanneet ravinteet rehevöittävät pohja- ja pintavesiä. Maaperän

myrkylliset raskasmetallit kuten alumiini ja elohopea lähtevät samoin

liikkeelle. Eristyneistä metsälammistakin voi siksi saada elohopeapitoisia

kaloja. Alumiini saostuu kalojen kiduksiin ja saattaa aiheuttaa niille

tukehtumiskuoleman.

Vielä pari kasvien luokitteluun liittyvää käsitettä.

Seuraavissa kuvissa (kuvat 58 - 60 ) esittelen käsitteet yksi- ja

kaksineuvoisuus sekä yksi- ja kaksikotisuus. Nämä esiintyvät usein

kasvitieteellisessä kirjallisuudessa. Käsitteet eivät ole taksonomisesti (=

luokittelutieteellisesti) käyttökelpoisia, koska kaikkiin mainittuihin ryhmiin

sisältyy kasvilajeja toisistaan taksonomisesti etäisistäkin ryhmistä.

Käsitteiden ymmärtäminen on kuitenkin tärkeätä varsinkin silloin, kun haluat

lajintuntemusoppaiden avulla tehdä selkoa vastaasi tulevista kasvilajeista.

Tutustu siis ajatuksella seuraaviin kuviin.

Emi :

naaraspuolinen

lisääntymiselin

Hede :

koiraspuolinen

lisääntymiselin

Palho

Luotti

Vartalo

Sikiäin

Ponsi

Kuva 58. Kukkakasvien lisääntymiselinten rakenne. Emin sikiäimessä

sijaitsee yksi tai useampia munasoluja. Heteen ponnesta irtautuvat

siitepölyhiukkaset siirtyvät emin luotille tuulen tai hyönteisten mukana.

Siitepölyhiukkasista kasvaa emin vartalon sisällä sikiäimeen siiteputki, jota

pitkin siittiösolujen tumat pääsevät hedelmöittämään munasolun /-solut.

Hedekukka

Yksineuvoiset kukat

Terälehti

Verholehti

Kaksineuvoinen kukka

Emikukka

Samassa kukassa sekä

heteet että emi(t)

Kuva 59. Kukkakasvien neuvoisuus.

Kuva 60. Kukkakasvien

kotisuus

Yksikotinen kasvilaji: hede- ja

emikukat samassa kasviyksilössä.

Kaksikotinen kasvilaji: hede- ja

emikukat eri kasviyksilöissä

(= erikseen naaras- ja

koirasyksilöitä).

Ja tähän sitten päättyikin kasvitaksonominen tuokiomme!