Topic 9: Plant Science

Topic 9: Plant science  

9.1 Plant structure and growth 

  Assessment Statement  IBO Notes  Student Notes 

9.1.1 

Draw and label plan diagrams to show the distribution of tissues in the stem and leaf of a dicotyledonous plant. 

Either sunflower, bean or another dicotyledonous plant with similar tissue distribution should be used. Note that plan diagrams show distribution of tissues (for example, xylem, phloem) and do not show individual cells. They are sometimes called “low‐power” diagrams.

 

9.1.2 

Outline three differences between the structures of dicotyledonous and monocotyledonous plants. 

Teachers should emphasize three differences between monocotyledonous and dicotyledonous plants (examples include: parallel versus net‐like venation in leaves, distribution of vascular tissue in stems, number of cotyledons, floral organs in multiples of 3 in monocotyledonous versus 4 or 5 in dicotyledonous, fibrous adventitious roots in monocotyledonous versus tap root with lateral branches in dicotyledonous). 

 

9.1.3 

Explain the relationship between the distribution of tissues in the leaf and the functions of these tissues. 

This should be restricted to dicotyledonous plants. The functions should include: absorption of light, gas exchange, support, water conservation, and the transport of water and products of photosynthesis. 

 

9.1.4 

Identify modifications of roots, stems and leaves for different functions: bulbs, stem tubers, storage roots and tendrils. 

   

9.1.5 

State that dicotyledonous plants have apical and lateral meristems. 

Apical meristems are sometimes referred to as primary meristems, and lateral meristems as cambium. Meristems generate new cells for growth of the plant. 

 

9.1.6 

Compare growth due to apical and lateral meristems in dicotyledonous plants. 

   

9.1.7 

Explain the role of auxin in phototropism as an example of the control of plant growth. 

   

Plant Structure and Growth 

I) Tissue Distribution 

Some common characteristics of land plants include: 

• they provide protection for their embryos which has increased over time. 

• they have multicellular haploid and diploid phases. 

• they can be compared by the presence of absence of conductive systems 

Land plants are divided into three major groups 

• non‐vascular land plants 

o no conducting tissue 

o often grouped together as bryophytes 

o usually small and grow close to the ground 

o include mosses, liverworts, and hornworts 

• seedless vascular plants 

o well‐developed vascular tissue 

o do not produce seeds 

o include horsetails, ferns, club mosses and whisk ferns 

• seeded vascular plants 

o most living plant species are in this group 

o seeds contain an embryo, a supply of nutrients, and a protective outer coat. 

o Have extensive vascular tissue and include some the world’s largest organisms. 

The seeded vascular plants are divided into two groups 

• Gymnosperms 

o Have seeds that do not develop within an enclosed structure 

• Angiosperms 

o Have seeds that develop within a protective structure. 

Angiosperms have three basic types of tissue 

• Dermal tissue 

o This outer protective covering protects against physical agents and pathogenic organisms; it prevents water loss and may have specialized structures for various purposes. 

• Ground tissue 

o Consists mostly of thin‐walled cells that function in storage, photosynthesis, support and secretion 

• Vascular Tissue 

o Xylem and phloem carry out long‐distance conduction of water, minerals and nutrients within the plant and provide support. 

~ these three tissue types all derive from meristematic tissue which has the same function of stem cells in animals. 

Root Tissue 

• The root’s function is to  

o absorb mineral ions and water from the soil 

o anchor the plant and provide food storage 

• roots have an epidermis for protection 

• the cortex of the root conducts water from the soil into the interior vascular tissue 

o the vascular tissue includes the xylem and phloem. 

Stem Tissue 

• the stem is the plant region where the leaves are attached. 

o the area where the leaf joins the stem is called the node and area between two nodes is called an internode 

• stem epidermis is mostly involved in protection 

o it also pores that play a role in gas exchange 

• the transportation tissues include the phloem and xylem 

• the phloem and xylem occur together and are separated by the cambium. 

• the central pith region is a storage and support area 

Leaf tissue 

• leaves are involved in photosynthesis 

• consist of a flat portion called the blade and a stalk called the petiole that attaches the blade to the stem. 

• leaves have  

o a waxy layer called the cuticle that protects against water loss and insect invasion. 

o vascular tissue including a phloem and xylem that occur together in veins or vascular bundles. 

 

 

The function of tissues has a relationship to where they are in the leaf: 

• palisade mesophyll 

o located in the upper portion of the leaf where light is most available. The cells of the region are chloroplast rich. 

• Veins 

o Distributed throughout the leaf for transportation 

• Spongy mesophyll 

o Located just superior around the stomata allowing for continuous gas exchange. 

• Stomatal pores 

o Located on the bottom of leaves where there is less light and lower temperatures to reduce water loss. 

II) Monocotyledonous and Dicotyledonous Plant 

• Angiosperms are grouped into two classes. 

o Monocots 

o Dicots (eudicots) 

 

 

• Botanists now use DNA to further divide angiosperms. 

 

 

III) Plant and Organ Modification 

o there are extensive modifications of roots, stems and leaves in different types of plants. 

o Roots 

prop roots 

• thick adventitious roots that grow from the lower part of the stem and brace the plant (corn) 

storage roots 

• specialized cells within the root that store large quantities of carbohydrates and water (carrots) 

pneumatophores 

• produce by plants that live in wet places, these roots extend above the soil or water and facilitate oxygen uptake (mangroves) 

buttress root 

• large roots that develop near the bottom of trees to provide stability (figs) 

 

o stems 

bulbs 

• vertical, underground stems consisting of enlarged bases of leaves that store food. (onions) 

Tubers 

• Horizontally growing stems below ground that are modified as carbohydrate‐storage structures. (potatoes) 

Rhizomes 

• Horizontal stems that grow just below the surface to allow plant spreading (ginger) 

Stolons 

• Horizontal stems growing above the ground that allow a plant to reproduce asexually (strawberries) 

o Leaves 

Tendrils 

• Structures that coil around objects to aid in support and climbing (pea plants) 

Reproductive leaves 

• Produce tiny plants along the leaf margin that fail to the ground and take root (kalanchoe) 

Bracts or floral leaves 

• Coloured modified leaves that surround flowers and attract insects for pollination (poinsettia) 

Spines 

• Reduce water loss, may be associated with modified stems that carry out photosynthesis 

 

Meristems 

The continual pattern that plants exhibit is called indeterminate (animals exhibit determinate growth) 

o Plants show indeterminate plant growth because of their meristematic tissue which is found in two forms: 

Apical 

• Occurs at the tip of roots and stems 

Lateral 

• Allows for growth in thickness of the plant. 

Auxin and Phototropism 

Tropisms are generally refered to as growth or movement in response to external stimuli. 

o Common stimuli include: 

Light (photo) 

Gravity (geo or gravi) 

Chemical (chemo) 

Barriers (thigmo) 

Auxins are plant hormones that cause the positive phototropism of plant shoots and seedlings.  

1. Compare the adaptations of xerophytes and hydrophytes.(Total 8 marks)

2. Which would be an adaptation of xerophytes?

A. Large air spaces

B. Large numbers of stomata

C. Hairs on the leaves

D. Reduced roots(1)

3. What is a characteristic of xerophytes?

A. Absence of roots

B. Absence of vascular tissue

C. Leaves with very small surface area

D. Large number of stomata(1)

4. The leaves of plants are adapted to absorb light and use it in photosynthesis. Draw a labelleddiagram to show the arrangement of tissues in a leaf.

(Total 6 marks)

5. Distinguish between xerophytes and hydrophytes, giving one structural adaptation for each typeof plant.

(Total 4 marks)

6. Compare the structure of bryophytes and angiospermophytes.(Total 5 marks)

7. Which of the following is a correct comparison of the bryophytes and the filicinophytes?

Bryophytes Filicinophytes

A. Has a waxy cuticle No waxy cuticle

B. Has true leaves Has scales

C. Has rhizoids Has roots

D. Has woody tissue No woody tissue(1)

8. State one structural feature of each of the following plant groups: bryophytes,angiospermophytes and coniferophytes.

(Total 3 marks)

9. Draw a labelled diagram to show the external parts of a named dicotyledonous plant.(Total 5 marks)

9.2 Transport in angiospermophytes 

  Assessment Statement  IBO Notes  Student Notes 

9.2.1 Outline how the root system provides a large surface area for mineral ion and water uptake by means of branching and root hairs. 

   

9.2.2 

List ways in which mineral ions in the soil move to the root. 

There are three processes: diffusion of mineral ions, fungal hyphae (mutualism), and mass flow of water in the soil carrying ions. 

 

9.2.3  Explain the process of mineral ion absorption from the soil into roots by active transport.    

9.2.4 State that terrestrial plants support themselves by means of thickened cellulose, cell turgor and lignified xylem. 

   

9.2.5 

Define transpiration.  Transpiration is the loss of water vapour from the leaves and stems of plants. Aim 7: Data logging with pressure sensors, humidity, light or temperature probes to measure rates of transpiration can be performed. 

 

9.2.6 

Explain how water is carried by the transpiration stream, including the structure of xylem vessels, transpiration pull, cohesion, adhesion and evaporation. 

Limit the structure of xylem vessels to one type of primary xylem. 

 

9.2.7  State that guard cells can regulate transpiration by opening and closing stomata.    

9.2.8  State that the plant hormone abscisic acid causes the closing of stomata.    

9.2.9 Explain how the abiotic factors light, temperature, wind and humidity, affect the rate of transpiration in a typical terrestrial plant. 

   

9.2.10 

Outline four adaptations of xerophytes that help to reduce transpiration. 

These could include: reduced leaves, rolled leaves, spines, deep roots, thickened waxy cuticle, reduced number of stomata, stomata in pits surrounded by hairs, water storage tissue, low growth form, CAM (crassulacean acid metabolism) and C4 physiology. 

 

9.2.11 

Outline the role of phloem in active translocation of sugars (sucrose) and amino acids from source (photosynthetic tissue and storage organs) to sink (fruits, seeds, roots). 

No detail of the mechanism of translocation or the structure of phloem is required. 

 

9.3 Reproduction in angiospermophytes 

  Assessment Statement  IBO Notes  Student Notes 

9.3.1 Draw and label a diagram showing the structure of a dicotyledonous animal‐pollinated flower. 

Limit the diagram to sepal, petal, anther, filament, stigma, style and ovary. 

9.3.2  Distinguish between pollination, fertilization and seed dispersal. 

 

9.3.3 

Draw and label a diagram showing the external and internal structure of a named dicotyledonous seed. 

The named seed should be non‐endospermic. The structure in the diagram should be limited to testa, micropyle, embryo root, embryo shoot and cotyledons. 

9.3.4 Explain the conditions needed for the germination of a typical seed. 

Seeds vary in their light requirements and, therefore, this factor need not be included. 

9.3.5 

Outline the metabolic processes during germination of a starchy seed. 

Absorption of water precedes the formation of gibberellin in the embryo’s cotyledon. This stimulates the production of amylase, which catalyses the breakdown of starch to maltose. This subsequently diffuses to the embryo for energy release and growth. No further details are expected. 

9.3.6 

Explain how flowering is controlled in long‐day and short‐day plants, including the role of phytochrome. 

Limit this to the conversion of Pr (red absorbing) to Pfr (far‐red absorbing) in red or white light, the gradual reversion of Pfr to Pr in darkness, and the action of Pfr as a promoter of flowering in long‐day plants and an inhibitor of flowering in short‐day plants.