Określenie stanu aparatów szparkowych w rośliny doniczkowe

Liść rośliny pełni różne funkcje. Jest to główny narząd, w którym zachodzi fotosynteza, wymiana gazowa i transpiracja (odparowanie wody). Do realizacji wymiany gazowej w narządach lądowych rośliny istnieją specjalne formacje - aparaty szparkowe.

Szparki, mimo że są częścią naskórka (skóry liści), stanowią szczególną grupę komórek. Aparat szparkowy składa się z dwóch komórek ochronnych, pomiędzy którymi znajduje się szczelina szparkowa, 2–4 komórek okołoszparkowych oraz komory gazowo-powietrznej znajdującej się pod szczeliną szparkową.

Komórki ochronne aparatów szparkowych mają wydłużony, zakrzywiony kształt „fasolowy”. Ich ściany zwrócone w stronę szczeliny szparkowej są pogrubione. Komórki szparkowe są w stanie zmienić swój kształt - dzięki temu następuje otwarcie lub zamknięcie szczeliny szparkowej. Komórki te zawierają chloroplasty (zielone plastydy). Otwieranie i zamykanie szczeliny szparkowej następuje z powodu zmian turgoru (ciśnienia osmotycznego) w komórkach ochronnych. Chloroplasty komórek ochronnych zawierają skrobię, którą można przekształcić w cukier. Kiedy skrobia jest przekształcana w cukier, ciśnienie osmotyczne wzrasta i aparaty szparkowe otwierają się. Wraz ze spadkiem zawartości cukru następuje proces odwrotny, a aparaty szparkowe zamykają się.

Szczeliny szparkowe są często szeroko otwarte wczesnym rankiem i zamykane (lub półzamknięte) w ciągu dnia. Liczba aparatów szparkowych zależy od warunków środowiskowych (temperatura, światło, wilgotność). Stopień ich ujawnienia w inny czas dni różnią się znacznie u różnych gatunków. W liściach roślin na siedliskach wilgotnych gęstość aparatów szparkowych wynosi 100–700 na 1 mm2.

Większość roślin lądowych ma aparaty szparkowe tylko na spodniej stronie liścia. Można je również znaleźć po obu stronach liścia, jak np. w kapuście lub słoneczniku. Jednocześnie gęstość szparek na górnej i dolnej stronie liścia nie jest taka sama: kapusta ma 140 i 240 na 1 mm 2, a słonecznik ma odpowiednio 175 i 325 na 1 mm 2 . W roślinach wodnych, takich jak lilie wodne, aparaty szparkowe znajdują się tylko na górnej stronie liścia z gęstością około 500 na 1 mm2. Rośliny podwodne w ogóle nie mają aparatów szparkowych.

Cel:

określenie stanu aparatów szparkowych w różnych roślinach domowych.

Zadania

1. Zbadanie kwestii budowy, lokalizacji i liczby aparatów szparkowych w różnych roślinach według dodatkowej literatury.

2. Wybierz rośliny do badań.

3. Określ stan aparatów szparkowych, stopień ich otwarcia w różnych roślinach domowych dostępnych w sali biologii.

Materiały i metody

Określenie stanu aparatów szparkowych przeprowadzono zgodnie z metodą opisaną w „ zalecenia metodologiczne o fizjologii roślin” (opracowali EF Kim i EN Grishina). Istotą tej techniki jest to, że stopień otwarcia aparatów szparkowych zależy od penetracji miazgi liścia niektórych substancje chemiczne. Do tego celu wykorzystywane są różne płyny: eter, alkohol, benzyna, nafta, benzen, ksylen. Użyliśmy alkoholu, benzenu i ksylenu dostarczonego nam w laboratorium chemicznym. Wnikanie tych płynów do miąższu liścia zależy od stopnia otwarcia aparatów szparkowych. Jeżeli po 2-3 minutach od nałożenia kropli płynu na spód blaszki liściowej na liściu pojawi się jasna plamka, oznacza to, że płyn przenika przez aparaty szparkowe. W tym przypadku alkohol wnika do liścia tylko przy szeroko otwartych aparatach szparkowych, benzen już przy średniej szerokości otwarcia, a tylko ksylen przenika przez prawie zamknięte aparaty szparkowe.

W pierwszym etapie prac staraliśmy się ustalić możliwość określenia stanu aparatów szparkowych (stopień otwarcia) w różnych roślinach. W eksperymencie wykorzystano agawę, cyperus, tradescantia, geranium, szczawik, syngonium, lilię amazońską, begonię, sanchetię, dieffenbachię, clerodendron, passiflorę, dynię i fasolę. Do dalszych prac wybrano szczawik, geranium, begonię, sanchetię, klerodendron, passiflorę, dynię i fasolę. W innych przypadkach nie można było określić stopnia otwarcia aparatów szparkowych. Może to wynikać z faktu, że agawa, cyperus, lilia mają dość twarde liście pokryte powłoką, która zapobiega przenikaniu substancji przez szczelinę szparkową. Innym możliwym powodem może być to, że do czasu eksperymentu (godz. 14) ich aparaty szparkowe były już zamknięte.

Badanie zostało przeprowadzone w ciągu tygodnia. Codziennie po szkole o godzinie 14.00 określaliśmy stopień otwarcia aparatów szparkowych powyższą metodą.

Wyniki i dyskusja

Uzyskane dane przedstawiono w tabeli. Podane dane są uśredniane, ponieważ w różne dni stan aparatów szparkowych nie był taki sam. Tak więc na sześć pomiarów zarejestrowano szerokie otwarcie aparatów szparkowych dwukrotnie w szczawiu, raz w geranium i dwa razy w begonii. średni stopień otwarcie szparki. Różnice te nie zależą od czasu eksperymentu. Być może są one związane z warunkami klimatycznymi, chociaż reżim temperaturowy w badaniu i oświetlenie roślin były dość stałe. Tak więc uzyskane uśrednione dane można uznać za pewną normę dla tych roślin.

Przeprowadzone badania wskazują, że w różnych roślinach jednocześnie iw tych samych warunkach stopień otwarcia aparatów szparkowych nie jest taki sam. Są rośliny z szeroko otwartymi aparatami szparkowymi (begonia, sanchetia, dynia), średniej wielkości szparką (kwaśny, geranium, fasola). Wąskie szczeliny szparkowe występują tylko w Clerodendron.

Wyniki te traktujemy jako wstępne. W przyszłości planujemy ustalić, czy i jak różnią się rytmy biologiczne w otwieraniu i zamykaniu aparatów szparkowych w różnych roślinach. W tym celu zostanie przeprowadzony pomiar czasu stanu szczelin szparkowych w ciągu dnia.

szparki roślinne

znajdują się w ich skórze (naskórku). Każda roślina jest w ciągłej wymianie z otaczającą atmosferą. Stale pochłania tlen i uwalnia dwutlenek węgla. Ponadto dzięki swoim zielonym częściom pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen. Następnie roślina stale odparowuje wodę. Ponieważ naskórek, który pokrywa liście i młode łodygi, bardzo słabo przepuszcza przez siebie gazy i parę wodną, ​​w skórze znajdują się specjalne otwory umożliwiające nieskrępowaną wymianę z otaczającą atmosferą, zwane U. Na poprzecznym przekroju liścia (ryc. 1), U. pojawia się w szczelinie ( S) prowadzące do komory powietrznej ( i).

Figa. 1. Stomia ( S) liścia hiacyntu w przekroju.

Po obu stronach U. jest jeden zamykanie komórki. Muszle komórek strażniczych dają dwa wyrostki w kierunku otworu szparkowego, dzięki czemu rozpada się na dwie komory: dziedziniec przednią i tylną. Patrząc z powierzchni, U. wygląda jak podłużna szczelina otoczona dwoma półksiężycowymi komórkami ochronnymi (ryc. 2).

W dzień U. są otwarte, ale w nocy są zamknięte. U. są również zamknięte w ciągu dnia podczas suszy. Zamknięcie U. jest realizowane przez cele strażnicze. Jeśli kawałek skóry liścia zostanie włożony do wody, U. nadal pozostaje otwarty. Jeśli woda zostanie zastąpiona roztworem cukru, który powoduje plazmolizę komórek, U. zamknie się. Ponieważ plazmolizie komórek towarzyszy zmniejszenie ich objętości, wynika z tego, że zamknięcie komórek jest wynikiem zmniejszenia objętości komórek ochronnych. Podczas suszy komórki stróżujące tracą część wody, zmniejszają swoją objętość i zamykają U. Liść pokryty jest ciągłą warstwą naskórka, która jest słabo przepuszczalna dla pary wodnej, co zapobiega dalszemu wysychaniu. Zamykanie nocne U. wyjaśniają następujące względy. Komórki Guard stale zawierają ziarna chlorofilu i dlatego są zdolne do przyswajania atmosferycznego dwutlenku węgla, czyli do samodzielnego odżywiania się. Substancje organiczne gromadzone w świetle silnie przyciągają wodę z otaczających komórek, dzięki czemu komórki strażnicze zwiększają swoją objętość i otwierają się. W nocy substancje organiczne wytwarzane w świetle są zużywane, a wraz z nimi tracona jest zdolność przyciągania wody, a U. zamyka się. U. znajdują się zarówno na liściach, jak i na łodygach. Na liściach umieszcza się je na obu powierzchniach lub na jednej z nich. Zielne, miękkie liście mają U. zarówno na górnej, jak i dolnej powierzchni. Twarde, skórzaste liście mają U. prawie wyłącznie na dolnej powierzchni. W liściach unoszących się na powierzchni wody U. znajdują się wyłącznie na górnej stronie. Ilość U. w różnych roślinach jest bardzo różna. W przypadku większości liści liczba jednostek na milimetr kwadratowy waha się od 40 do 300. Największa liczba U. znajduje się na dolnej powierzchni liścia Brassica Rapa - za 1 m2. mm 716. Istnieje pewien związek między ilością U. a wilgotnością miejsca. W rośliny ogólne obszary wilgotne mają więcej U. niż rośliny na obszarach suchych. Oprócz zwykłych U., które służą do wymiany gazowej, wiele zakładów posiada również woda U. Służą do uwalniania wody nie w stanie gazowym, ale w stanie ciekłym. Zamiast jamy powietrznej leżącej pod zwykłym U., pod wodą U. znajduje się specjalna warstwa wodonośna, składająca się z komórek o cienkich błonach. Wody U. znajdują się w większości w roślinach na obszarach wilgotnych i znajdują się na różne części Liście, niezależnie od znajdującej się właśnie tam zwykłej U. Woda U. w większości wydziela krople wody, gdy ze względu na wysoką wilgotność powietrza U. unosząca się w powietrzu nie może odparować wody. Wszystkie takie formacje nazywają się hydrat(Hydatoda). Przykładem są hydraty z Gonocaryum pyriforme (ryc. 3).

Przekrój przez liść pokazuje, że niektóre komórki skóry zmieniły się w szczególny sposób i zamieniły się w hydraty. Każda hydroda składa się z trzech części. Na zewnątrz wystaje ukośny wyrostek, przebity wąskim kanalikiem, przez który przepływa woda hydatody. Środkowa część wygląda jak lejek o bardzo pogrubionych ściankach. Dolna część hydatody składa się z cienkościennej bańki. Niektóre rośliny wydzielają liście duże ilości woda, bez specjalnie ułożonych hydratów. Np. Różne rodzaje Salacia wydzielają tak duże ilości wody między godziną 6-7 rano, że w pełni zasługują na miano krzewów deszczowych: z lekkim dotknięciem gałęzi spada z nich prawdziwy deszcz. Woda jest wydzielana przez proste pory, które w dużych ilościach pokrywają zewnętrzne błony komórek skóry.

V. Palladina.

Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhaus i I.A. Efron. - Petersburg: Brockhaus-Efron. 1890-1907 .

Zobacz, co „Roślin szparki” znajduje się w innych słownikach:

Znajdują się w ich skórze (naskórku). Każda roślina jest w ciągłej wymianie z otaczającą atmosferą. Stale pochłania tlen i uwalnia dwutlenek węgla. Ponadto dzięki swoim zielonym częściom pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen ...

Szparki liścia pomidora pod mikroskopem elektronowym Szparki (łac. stomia, od greckiego στόμα „usta, usta”) w botanice to por znajdujący się na dolnej lub górnej warstwie naskórka liścia rośliny, przez który paruje woda i gaz wymiana z ... ... Wikipedia

Pierwsze próby klasyfikacji roślin kwitnących, a także ogólnie świata roślin, opierały się na kilku arbitralnie przyjętych, łatwo rzucających się w oczy znakach zewnętrznych. Były czyste sztuczne klasyfikacje, w którym w jednym ... ... Encyklopedia biologiczna

Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Grupy komórek znajdujące się w ciele rośliny w określonej kolejności, mające określoną strukturę i służące do różnych funkcji życiowych organizmu roślinnego. Komórki prawie wszystkich roślin wielokomórkowych nie są jednorodne, ale są zbierane w T. W dolnym ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhaus i I.A. Efron- czy takie procesy i zjawiska zachodzące w żywym organizmie roślinnym, które nigdy nie występują podczas jego normalnego życia. Według Franka rośliny B. to odstępstwo od normalnego stanu gatunku… Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Treść: Temat żywienia F.F. F. wzrost. F. formy roślin. F. reprodukcja. Literatura. Fizyka roślin bada procesy zachodzące w roślinach. Ta część ogromnej nauki roślinnej botaniki różni się od innych części taksonomii, ... ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Liść (folium), organ roślin wyższych pełniący funkcje fotosyntezy i transpiracji, a także zapewniający wymianę gazową z powietrzem i uczestniczący w innych ważnych procesach życia roślin. Morfologia, anatomia liści i jej ... ... Wielka radziecka encyklopedia

Liść jest organem wegetatywnym roślin, jest częścią pędu. Funkcje liścia to fotosynteza, parowanie wody (transpiracja) i wymiana gazowa. Oprócz tych podstawowych funkcji, w wyniku idioadaptacji do różnych warunków egzystencji, liście, zmiany mogą służyć następującym celom.

• Nagromadzenie składników odżywczych (cebula, kapusta), woda (aloes);
• ochrona przed zjedzeniem przez zwierzęta (ciernie kaktusa i berberysu);
• rozmnażanie wegetatywne (begonia, fiołek);
• łapanie i trawienie owadów (rosa, muchołówka);
• ruch i wzmocnienie słabej łodygi (wąski grochu, wiki);
• usuwanie produktów przemiany materii podczas opadania liści (na drzewach i krzewach).

Ogólna charakterystyka liścia rośliny

Liście większości roślin są zielone, najczęściej płaskie, zwykle dwustronnie symetryczne. Rozmiary od kilku milimetrów (rzęsa) do 10-15m (w dłoniach).

Liść składa się z komórek tkanina edukacyjna szyszki wzrostu łodygi. Zaczątek liścia dzieli się na:

• blaszka liścia;
• ogonek, za pomocą którego liść jest przymocowany do łodygi;
• przylistki.

Niektóre rośliny nie mają ogonków, takie liście, w przeciwieństwie do ogonków, nazywane są siedzący. Nie we wszystkich roślinach znajdują się również przylistki. Są to sparowane wyrostki różnej wielkości u podstawy ogonka liściowego. Ich forma jest zróżnicowana (filmy, łuski, drobne listki, kolce), pełnią funkcję ochronną.

liście proste i złożone wyróżnia się liczbą blaszek liściowych. Prosty arkusz ma jedną płytkę i znika całkowicie. Kompleks posiada kilka tabliczek na ogonku. Są one przymocowane do głównego ogonka za pomocą małych ogonków i nazywane są ulotkami. Kiedy umiera liść złożony, najpierw odpadają listki, a następnie ogonek główny.

Blaszki liściowe mają zróżnicowany kształt: liniowy (zboża), owalny (akacja), lancetowaty (wierzba), jajowaty (gruszka), strzałkowaty (grot) itp.

Blaszki liściowe są przebijane w różnych kierunkach przez żyły, które są wiązkami włóknisto-naczyniowych i nadają arkuszowi wytrzymałość. Liście roślin dwuliściennych mają najczęściej żyłkowanie siateczkowate lub pierzaste, natomiast liście roślin jednoliściennych mają żyłkowanie równoległe lub łukowate.

Krawędzie blaszki liściowej mogą być pełne, taki arkusz nazywa się całą krawędzią (liliowy) lub karbowany. W zależności od kształtu nacięcia wzdłuż krawędzi blaszki liściowej występują ząbkowane, ząbkowane, ząbkowane itp. W ząbkowanych ząbkowanie mają mniej więcej równe boki (buk, leszczyna), w ząbkowane - jedna strona ząb dłuższy od drugiego (gruszka), ząbkowany - posiada ostre nacięcia i tępe wybrzuszenia (szałwia, budra). Wszystkie te liście nazywane są całymi, ponieważ ich wgłębienia są płytkie, nie osiągają szerokości płyty.

W przypadku głębszych wgłębień liście są klapowane, gdy głębokość wgłębienia jest równa połowie szerokości płyty (dąb), oddzielne - ponad połowa (mak). W rozciętych liściach wgłębienia sięgają nerwu głównego lub podstawy liścia (łopianu).

W optymalnych warunkach wzrostu dolne i górne liście pędów nie są takie same. Istnieją liście dolne, środkowe i górne. Takie zróżnicowanie określa się nawet w nerkach.

Dolne lub pierwsze liście pędu to łuski nerek, zewnętrzne suche łuski cebulek, liście liścienia. Dolne liście zwykle opadają podczas rozwoju pędu. Liście rozet podstawnych również należą do oddolnych. Liście środkowe lub łodygowe są typowe dla wszystkich rodzajów roślin. Górne liście mają zwykle mniejsze rozmiary, znajdują się w pobliżu kwiatów lub kwiatostanów, są pomalowane na różne kolory lub są bezbarwne (pokrywające liście kwiatów, kwiatostany, przylistki).

Rodzaje układania arkuszy

Istnieją trzy główne rodzaje ułożenia liści:

• Regularny lub spiralny;
• naprzeciwko;
• whorled.

W następnym układzie pojedyncze liście są przymocowane do węzłów łodygi spiralnie (jabłko, figowiec). Wręcz przeciwnie - dwa liście w węźle znajdują się jeden na drugim (liliowy, klonowy). Układ liści w okółku - trzy lub więcej liści w węźle zakrywają łodygę pierścieniem (elodea, oleander).

Dowolny układ liści pozwala roślinom przechwycić maksymalną ilość światła, ponieważ liście tworzą mozaikę liści i nie zasłaniają się nawzajem.

Struktura komórkowa liścia

Liść, podobnie jak wszystkie inne narządy roślin, ma strukturę komórkową. Górne i dolne powierzchnie blaszki liściowej pokryte są skórą. Żywe bezbarwne komórki skóry zawierają cytoplazmę i jądro, znajdują się w jednej ciągłej warstwie. Ich zewnętrzne powłoki są pogrubione.

Szparki to narządy oddechowe rośliny.

W skórze znajdują się aparaty szparkowe - szczeliny utworzone przez dwie końcowe komórki lub komórki szparkowe. Komórki ochronne mają kształt półksiężyca i zawierają cytoplazmę, jądro, chloroplasty i centralną wakuolę. Błony tych komórek są nierównomiernie pogrubione: wewnętrzna, skierowana w stronę szczeliny, jest grubsza niż przeciwna.

Zmiana turgoru komórek osłonowych zmienia ich kształt, dzięki czemu otwór szparkowy jest otwarty, zwężony lub całkowicie zamknięty w zależności od warunków. środowisko. Tak więc w ciągu dnia aparaty szparkowe są otwarte, a w nocy i przy gorącej, suchej pogodzie są zamknięte. Rolą aparatów szparkowych jest regulowanie parowania wody przez roślinę oraz wymiany gazowej z otoczeniem.

Szparki zwykle znajdują się na dolnej powierzchni liścia, ale są też na górnej, czasami są rozmieszczone mniej więcej równomiernie po obu stronach (kukurydza); w wodnych roślinach pływających aparaty szparkowe znajdują się tylko w górnej części liścia. Liczba aparatów szparkowych na jednostkę powierzchni liścia zależy od gatunku rośliny i warunków wzrostu. Średnio jest ich 100-300 na 1 mm 2 powierzchni, ale może być znacznie więcej.

Miąższ liści (mezofil)

Pomiędzy górną i dolną skórką blaszki liściowej znajduje się miazga liścia (mezofil). Pod górną warstwą znajduje się jedna lub więcej warstw dużych prostokątnych komórek, które mają liczne chloroplasty. Jest to miąższ kolumnowy lub palisadowy - główna tkanka asymilacyjna, w której zachodzą procesy fotosyntezy.

Pod miąższem palisadowym znajduje się kilka warstw komórek o nieregularnym kształcie z dużymi przestrzeniami międzykomórkowymi. Te warstwy komórek tworzą gąbczasty lub luźny miąższ. Gąbczaste komórki miąższu zawierają mniej chloroplastów. Pełnią funkcje transpiracji, wymiany gazowej i magazynowania składników odżywczych.

Miąższ liścia jest przesiąknięty gęstą siecią żył, wiązek włóknisto-naczyniowych, które zaopatrują liść w wodę i rozpuszczone w nim substancje oraz usuwają z liścia substancje asymilujące. Ponadto żyły pełnią rolę mechaniczną. W miarę jak żyłki oddalają się od podstawy liścia i zbliżają się do nich ku górze, stają się one cieńsze na skutek rozgałęzień i stopniowej utraty elementów mechanicznych, następnie rurek sitowych, a na końcu tracheid. Najmniejsze gałązki na samym skraju liścia składają się zwykle tylko z tchawicy.

Schemat budowy liścia rośliny

Mikroskopijna struktura blaszki liściowej różni się znacznie nawet w obrębie tej samej systematycznej grupy roślin, w zależności od różnych warunków wzrostu, przede wszystkim oświetlenia i zaopatrzenia w wodę. Roślinom w zacienionych miejscach często brakuje perenchymy palisadowej. Komórki tkanki asymilacyjnej mają większe palisady, stężenie chlorofilu w nich jest wyższe niż w roślinach światłolubnych.

Fotosynteza

W chloroplastach komórek miazgi (zwłaszcza miąższu kolumnowego) proces fotosyntezy zachodzi w świetle. Jego istota polega na tym, że zielone rośliny pochłaniają energię słoneczną i tworzą złożone substancje organiczne z dwutlenku węgla i wody. To uwalnia wolny tlen do atmosfery.

Substancje organiczne wytwarzane przez rośliny zielone są pokarmem nie tylko dla samych roślin, ale także dla zwierząt i ludzi. Tak więc życie na ziemi zależy od zielonych roślin.

Cały tlen zawarty w atmosferze jest pochodzenia fotosyntetycznego, gromadzi się dzięki żywotnej aktywności roślin zielonych, a jego zawartość ilościowa jest utrzymywana na stałym poziomie (około 21%) dzięki fotosyntezie.

Wykorzystując dwutlenek węgla z atmosfery do procesu fotosyntezy, rośliny zielone oczyszczają w ten sposób powietrze.

Odparowanie wody z liści (transpiracja)

Oprócz fotosyntezy i wymiany gazowej w liściach zachodzi proces transpiracji - parowania wody przez liście. Główną rolę w parowaniu odgrywają aparaty szparkowe, a częściowo również cała powierzchnia liścia. Pod tym względem wyróżnia się transpirację szparkową i transpirację kutykularną – poprzez powierzchnię naskórka pokrywającego naskórek liścia. Transpiracja naskórka jest znacznie mniejsza niż szparkowa: w starych liściach 5-10% całkowitej transpiracji, ale w młodych liściach o cienkiej naskórku może osiągnąć 40-70%.

Ponieważ transpiracja odbywa się głównie przez aparaty szparkowe, do których w procesie fotosyntezy wchodzi również dwutlenek węgla, istnieje związek pomiędzy parowaniem wody a gromadzeniem się suchej masy w roślinie. Ilość wody, którą roślina odparowuje, aby zbudować 1 g suchej masy, nazywa się szybkość transpiracji. Jego wartość waha się od 30 do 1000 i zależy od warunków wzrostu, rodzaju i odmiany roślin.

Roślina zużywa średnio 0,2% przepuszczanej wody do budowy swojego organizmu, reszta przeznaczana jest na termoregulację i transport minerałów.

Transpiracja wytwarza siłę ssącą w komórce liścia i korzenia, utrzymując w ten sposób stały ruch wody w całej roślinie. Pod tym względem liście nazywane są górną pompą wodną, ​​w przeciwieństwie do systemu korzeniowego - dolną pompą wodną, ​​która pompuje wodę do rośliny.

Parowanie chroni liście przed przegrzaniem, co ma bardzo ważne dla wszystkich procesów życiowych rośliny, zwłaszcza fotosyntezy.

Rośliny z suchych miejsc, a także przy suchej pogodzie, odparowują więcej wody niż w warunkach wysokiej wilgotności. Parowanie wody, z wyjątkiem aparatów szparkowych, jest regulowane przez ochronne formacje na skórze liścia. Te formacje to: naskórek, powłoka woskowa, pokwitanie z różnych włosów itp. U sukulentów liść zamienia się w kolce (kaktusy), a łodyga spełnia swoje funkcje. Rośliny siedlisk wilgotnych mają duże blaszki liściowe, na skórze nie ma formacji ochronnych.

Transpiracja to mechanizm parowania wody z liści rośliny.

Przy trudnym parowaniu w roślinach, guttation- uwolnienie wody przez aparaty szparkowe w stanie kroplowo-ciekłym. Zjawisko to występuje w przyrodzie zwykle rano, kiedy powietrze zbliża się do nasycenia parą wodną lub przed deszczem. W warunkach laboratoryjnych patroszenie można zaobserwować, przykrywając młode siewki pszenicy szklanymi wieczkami. Po krótkim czasie na czubkach ich liści pojawiają się kropelki płynu.

System izolacji - opadanie liści (opadanie liści)

Biologiczna adaptacja roślin do ochrony przed parowaniem to opadanie liści - masowe opadanie liści w zimnych lub gorących porach roku. W strefach umiarkowanych drzewa zrzucają liście na zimę, gdy korzenie nie są w stanie dostarczyć wody z zamarzniętej gleby, a mróz wysusza roślinę. W tropikach opadanie liści obserwuje się w porze suchej.

Przygotowanie do zrzucania liści rozpoczyna się od osłabienia intensywności procesów życiowych późnym latem - wczesną jesienią. Przede wszystkim chlorofil ulega zniszczeniu, inne barwniki (karoten i ksantofil) utrzymują się dłużej i nadają liściom jesienny kolor. Następnie u podstawy ogonka liściowego komórki miąższowe zaczynają się dzielić i tworzą warstwę oddzielającą. Następnie liść odpada, a na łodydze pozostaje ślad - blizna po liściu. Do czasu opadania liści liście starzeją się, gromadzą się w nich niepotrzebne produkty przemiany materii, które są usuwane z rośliny wraz z opadłymi liśćmi.

Wszystkie rośliny (najczęściej drzewa i krzewy, rzadziej zioła) dzielimy na liściaste i zimozielone. W liściach liściastych liście rozwijają się w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego. Każdego roku, wraz z nadejściem niekorzystnych warunków, spadają. Liście roślin zimozielonych żyją od 1 do 15 lat. Śmierć części starych i pojawianie się nowych liści następuje stale, drzewo wydaje się wiecznie zielone (iglaste, cytrusowe).

I uwalnia dwutlenek węgla. Ponadto dzięki swoim zielonym częściom pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen. Następnie roślina stale odparowuje wodę. Ponieważ naskórek, który przykrywa liście i młode łodygi, bardzo słabo przepuszcza przez siebie gazy i parę wodną, ​​w skórze znajdują się specjalne otwory umożliwiające swobodną wymianę z otaczającą atmosferą, zwane U. Na poprzecznym przekroju liścia (ryc. 1), U. pojawia się w szczelinie ( S) prowadzące do komory powietrznej ( i).

Figa. 1. Stomia ( S) przekrój liścia hiacyntowego.

Po obu stronach U. jest jeden zamykanie komórki. Muszle komórek strażniczych dają dwa wyrostki w kierunku otworu szparkowego, dzięki czemu rozpada się na dwie komory: dziedziniec przednią i tylną. Patrząc z powierzchni, U. wygląda jak podłużna szczelina otoczona dwoma półksiężycowymi komórkami ochronnymi (ryc. 2).

Figa. 2. Szparki liścia Sedum purpurascens z powierzchni.

W dzień U. są otwarte, ale w nocy są zamknięte. U. są również zamknięte w ciągu dnia podczas suszy. Zamknięcie U. jest realizowane przez cele strażnicze. Jeśli kawałek skóry liścia zostanie włożony do wody, U. nadal pozostaje otwarty. Jeśli woda zostanie zastąpiona roztworem cukru, który powoduje plazmolizę komórek, U. zamknie się. Ponieważ plazmolizie komórek towarzyszy zmniejszenie ich objętości, wynika z tego, że zamknięcie komórek jest wynikiem zmniejszenia objętości komórek ochronnych. Podczas suszy komórki stróżujące tracą część wody, zmniejszają swoją objętość i zamykają U. Liść okazuje się pokryty ciągłą warstwą naskórka, który słabo przepuszcza parę wodną i jest chroniony przed dalszym wysychaniem. Zamykanie nocne U. wyjaśniają następujące względy. Komórki Guard stale zawierają ziarna chlorofilu i dlatego są zdolne do przyswajania atmosferycznego dwutlenku węgla, czyli do samodzielnego odżywiania się. Substancje organiczne gromadzone w świetle silnie przyciągają wodę z otaczających komórek, dzięki czemu komórki strażnicze zwiększają swoją objętość i otwierają się. W nocy substancje organiczne wytwarzane w świetle są zużywane, a wraz z nimi tracona jest zdolność przyciągania wody, a U. zamyka się. U. znajdują się zarówno na liściach, jak i na łodygach. Na liściach umieszcza się je na obu powierzchniach lub na jednej z nich. Zielne, miękkie liście mają U. zarówno na górnej, jak i dolnej powierzchni. Twarde, skórzaste liście mają U. prawie wyłącznie na dolnej powierzchni. W liściach unoszących się na powierzchni wody U. znajdują się wyłącznie na górnej stronie. Ilość U. w różnych roślinach jest bardzo różna. W przypadku większości liści liczba U., znajdująca się na jednym milimetrze kwadratowym, wynosi od 40 do 300. Największa liczba U. znajduje się na dolnej powierzchni liścia Brassica Rara - na 1 kwadrat. mm 716. Istnieje pewien związek między ilością U. a wilgotnością miejsca. Ogólnie rzecz biorąc, rośliny na obszarach wilgotnych mają więcej promieniowania UV niż rośliny na obszarach suchych. Oprócz zwykłych U., które służą do wymiany gazowej, wiele zakładów posiada również woda U. Służą do uwalniania wody nie w stanie gazowym, ale w stanie ciekłym. Zamiast jamy powietrznej leżącej pod zwykłym U., pod wodą U. znajduje się specjalna warstwa wodonośna, składająca się z komórek o cienkich błonach. Woda W. występuje w przeważającej części w roślinach obszarów wilgotnych i znajduje się na różnych częściach liści, niezależnie od znajdującego się tam zwykłego W. U. istnieje szereg różnych urządzeń do uwalniania wody w cieczy forma przez liście. Wszystkie takie formacje nazywają się hydrat(Hydatoda). Przykładem są hydraty z Gonocaryum pyriforme (ryc. 3).

Figa. 3. Wodnik liściasty Gonocaryum pyriforme.

Przekrój przez liść pokazuje, że niektóre komórki skóry zmieniły się w szczególny sposób i zamieniły się w hydraty. Każda hydroda składa się z trzech części. Na zewnątrz wystaje ukośny wyrostek, przebity wąskim kanalikiem, przez który przepływa woda hydatody. Środkowa część wygląda jak lejek o bardzo pogrubionych ściankach. Dolna część hydatody składa się z cienkościennej bańki. Niektóre rośliny wydzielają duże ilości wody swoimi liśćmi, bez specjalnie ułożonych wodorostów. Np. Różne gatunki Salacia wydzielają tak duże ilości wody między godziną 6-7 rano, że w pełni zasługują na miano krzewów deszczowych: po lekkim dotknięciu spada z nich prawdziwy deszcz. Woda jest wydzielana przez proste pory, które w dużych ilościach pokrywają zewnętrzne błony komórek skóry.

Szparki, ich budowa i mechanizm działania

Komórki naskórka są prawie nieprzepuszczalne dla wody i gazów dzięki specyficznej strukturze ich zewnętrznej ściany. Jak przebiega wymiana gazowa między rośliną a środowiskiem zewnętrznym i parowanie wody – procesy niezbędne do normalnego życia rośliny? Wśród komórek naskórka znajdują się charakterystyczne formacje zwane aparatami szparkowymi.

Aparat szparkowy jest otworem przypominającym szczelinę, otoczonym z obu stron dwiema tylnymi komórkami, które w większości mają kształt półksiężycowy.

Szparki to pory w naskórku, przez które zachodzi wymiana gazowa. Znajdują się głównie w liściach, ale także na łodydze. Każda szparka otoczona jest z obu stron komórkami ochronnymi, które w przeciwieństwie do innych komórek naskórka zawierają chloroplasty. Komórki ochronne kontrolują wielkość otworu szparkowego poprzez zmianę ich jędrności.

Komórki te są żywe i zawierają ziarna chlorofilu oraz ziarna skrobi, których nie ma w innych komórkach naskórka. Na liściu jest szczególnie dużo aparatów szparkowych. Przekrój pokazuje, że bezpośrednio pod aparatami szparkowymi w tkance liścia znajduje się jama zwana jamą oddechową. W obrębie luki cele strażnicze są bliżej siebie w środkowej części cel, a powyżej i poniżej oddalają się od siebie, tworząc przestrzenie zwane dziedzińcem przednim i tylnym.

Komórki ochronne są w stanie zwiększać i zmniejszać swój rozmiar, dzięki czemu otwór szparkowy jest albo szeroko otwarty, a następnie zwężony, a nawet całkowicie zamknięty.

Tak więc komórki ochronne są aparatem regulującym proces otwierania i zamykania aparatów szparkowych.

Jak przebiega ten proces?

Ściany komórek osłonowych zwrócone w stronę szczeliny są pogrubione znacznie silniej niż ściany zwrócone do sąsiednich komórek naskórka. Gdy roślina jest oświetlona i ma nadmiar wilgoci, skrobia gromadzi się w ziarnach chlorofilu komórek ochronnych, z których część jest przekształcana w cukier. Cukier rozpuszczony w soku komórkowym przyciąga wodę z sąsiednich komórek naskórka, w wyniku czego zwiększa się turgor komórek ochronnych. Silny nacisk prowadzi do wysunięcia się ścian komórkowych przylegających do naskórkowych, a przeciwległe, silnie pogrubione ściany prostują się. W rezultacie otwiera się otwór szparkowy i zwiększa się wymiana gazowa, a także parowanie wody. W ciemności lub przy braku wilgoci ciśnienie turgoru spada, komórki strażnicze przyjmują swoją poprzednią pozycję, a pogrubione ściany zamykają się. Otwór aparatów szparkowych zamyka się.

Szparki znajdują się na wszystkich młodych, niezdrewniałych narządach naziemnych rośliny. Szczególnie dużo jest ich na liściach, a tutaj znajdują się głównie na dolnej powierzchni. Jeśli liść znajduje się pionowo, po obu jego stronach rozwijają się aparaty szparkowe. Niektóre liście unoszą się na powierzchni wody rośliny wodne(np. lilie wodne, kapsułki) aparaty szparkowe znajdują się tylko na górnej stronie liścia.

Liczba szparek na 1 kwadrat. mm powierzchni liścia wynosi średnio 300, ale czasami dochodzi do 600 i więcej. W ożypałce (Typha) na 1 m2 przypada ponad 1300 aparatów szparkowych. mm. Liście zanurzone w wodzie nie mają szparek. Szparki są najczęściej równomiernie rozmieszczone na całej powierzchni skóry, ale w niektórych roślinach zbierane są w grupach. W roślinach jednoliściennych, a także na igłach wielu drzew iglastych znajdują się w podłużnych rzędach. W roślinach z regionów suchych aparaty szparkowe są często zanurzone w tkance liściowej. Rozwój aparatów szparkowych przebiega zwykle w następujący sposób. W poszczególnych komórkach naskórka tworzą się łukowate ściany, dzielące komórkę na kilka mniejszych tak, że środkowa staje się przodkiem aparatów szparkowych. Komórka ta jest podzielona podłużną (wzdłuż osi komórki) przegrodą. Następnie ta przegroda pęka i powstaje szczelina. Ograniczające ją komórki stają się komórkami ochronnymi aparatów szparkowych. Niektóre mchy wątrobowe mają osobliwe aparaty szparkowe, pozbawione komórek ochronnych.

Na ryc. pokazuje wygląd komórek szparkowych i ochronnych na mikrofotografii uzyskanej przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego.

Widać tutaj, że ściany komórkowe komórek osłonowych nie mają jednolitej grubości: ściana najbliżej otworu szparkowego jest wyraźnie grubsza niż ściana przeciwległa. Ponadto mikrofibryle celulozy tworzące ścianę komórkową są ułożone w taki sposób, że ścianka zwrócona do otworu jest mniej elastyczna, a niektóre włókna tworzą rodzaj obręczy wokół przypominających kiełbaski komórek ochronnych. Gdy komórka zasysa wodę i staje się jędrna, te obręcze zapobiegają dalszemu rozszerzaniu się, pozwalając tylko na rozszerzenie jej długości. Ponieważ komórki ochronne są połączone na swoich końcach, a cieńsze ścianki z dala od szczeliny szparkowej łatwiej się rozciągają, komórki przybierają półokrągły kształt. Dlatego między celami ochronnymi pojawia się dziura. (Ten sam efekt uzyskamy, jeśli nadmuchamy kiełbaskę w kształcie kiełbasy balon taśmą klejącą przyklejoną wzdłuż jednej z jego stron.)

I odwrotnie, gdy woda opuszcza komórki ochronne, pory się zamykają. Nie jest jeszcze jasne, w jaki sposób następuje zmiana w zmęczeniu komórek.

W jednej z tradycyjnych hipotez, hipotezie „skrobi cukrowej”, zakłada się, że w ciągu dnia wzrasta stężenie cukru w ​​komórkach strażniczych, a w efekcie ciśnienie osmotyczne w komórkach i przepływ do nich wody . Jednak nikt jeszcze nie był w stanie wykazać, że w komórkach ochronnych gromadzi się wystarczająca ilość cukru, która powoduje obserwowane zmiany ciśnienia osmotycznego. Niedawno ustalono, że w ciągu dnia, w świetle, jony potasu i towarzyszące im aniony gromadzą się w komórkach ochronnych; ta akumulacja jonów jest wystarczająca do wywołania obserwowanych zmian. W ciemności jony potasu (K+) wychodzą z komórek ochronnych do sąsiadujących z nimi komórek naskórka. Nadal nie jest jasne, który anion równoważy dodatni ładunek jonu potasu. Niektóre (ale nie wszystkie) z badanych roślin wykazywały akumulację dużych ilości anionów kwasów organicznych, takich jak jabłczan. Jednocześnie zmniejszają się rozmiary ziaren skrobi, które pojawiają się w ciemności w chloroplastach komórek ochronnych. Sugeruje to, że skrobia jest przekształcana w jabłczan w obecności światła.

Niektóre rośliny, takie jak Allium cepa (cebula), nie zawierają skrobi w swoich komórkach ochronnych. Dlatego przy otwartych aparatach szparkowych jabłczan nie kumuluje się, a kationy najwyraźniej są absorbowane razem z anionami nieorganicznymi, takimi jak chlorek (Cl-).

Niektóre problemy pozostają nierozwiązane. Na przykład, dlaczego aparaty szparkowe potrzebują światła do otwarcia? Jaką rolę oprócz przechowywania skrobi odgrywają chloroplasty? Czy jabłczan zamienia się z powrotem w skrobię w ciemności? W 1979 roku wykazano, że w chloroplastach komórek strażniczych Vicia faba (bosik koński) brakuje enzymów cyklu Calvina, a układ tylakoidów jest słabo rozwinięty, chociaż obecny jest chlorofil. W rezultacie nie działa zwykła ścieżka fotosyntezy C3 i nie powstaje skrobia. To może pomóc wyjaśnić, dlaczego skrobia nie powstaje w ciągu dnia, jak w normalnych komórkach fotosyntetycznych, ale w nocy. Inne interesujący fakt- brak plazmodesmy w komórkach ochronnych, tj. porównawcza izolacja tych komórek z innych komórek naskórka.