Determinarea stării stomatelor în plante de interior

Frunza unei plante îndeplinește diverse funcții. Acesta este organul principal în care au loc fotosinteza, schimbul de gaze și transpirația (evaporarea apei). Pentru implementarea schimbului de gaze în organele terestre ale plantei, există formațiuni speciale - stomatele.

Stomatele, deși fac parte din epidermă (pielea frunzelor), sunt un grup special de celule. Aparatul stomatic este format din două celule de gardă, între care există un gol stomatal, 2-4 celule peristomate și o cameră gaz-aer situată sub golul stomatal.

Celulele de gardă ale stomatelor au o formă alungită-curbă, „în formă de fasole”. Pereții lor orientați spre fisura stomatică sunt îngroșați. Celulele stomatice sunt capabile să își schimbe forma - datorită acestui fapt, are loc deschiderea sau închiderea golului stomatic. Aceste celule conțin cloroplaste (plastide verzi). Deschiderea și închiderea fisurii stomatice se produce datorită modificărilor turgenței (presiunii osmotice) în celulele de gardă. Cloroplastele celulelor de gardă conțin amidon, care poate fi transformat în zahăr. Când amidonul este transformat în zahăr, presiunea osmotică crește și stomatele se deschid. Odată cu scăderea conținutului de zahăr, are loc procesul invers, iar stomatele se închid.

Fantele stomatice sunt adesea larg deschise dimineața devreme și închise (sau semiînchise) în timpul zilei. Numărul stomatelor depinde de condițiile de mediu (temperatură, lumină, umiditate). Gradul de dezvăluire a acestora în timp diferit zilele variază foarte mult în diferite specii. În frunzele plantelor din habitatele umede, densitatea stomatelor este de 100–700 pe 1 mm2.

Majoritatea plantelor terestre au stomatele doar pe partea inferioară a frunzei. Ele pot fi găsite și pe ambele părți ale frunzei, ca, de exemplu, în varză sau floarea soarelui. În același timp, densitatea stomatelor de pe părțile superioare și inferioare ale frunzei nu este aceeași: varza are 140 și 240 la 1 mm 2, iar floarea soarelui are 175 și, respectiv, 325 la 1 mm 2. La plantele acvatice, cum ar fi nuferii, stomatele sunt situate numai pe partea superioară a frunzei, cu o densitate de aproximativ 500 pe 1 mm 2. Plantele subacvatice nu au deloc stomate.

Obiectiv:

determinarea stării stomatelor la diferite plante de interior.

Sarcini

1. Să studieze problema structurii, locației și numărului de stomate la diferite plante conform literaturii suplimentare.

2. Selectați plante pentru cercetare.

3. Determinați starea stomatelor, gradul de deschidere a acestora în diverse plante de interior disponibile în sala de biologie.

Materiale și metode

Determinarea stării stomatelor a fost efectuată conform metodei descrise în „ recomandări metodologice despre fiziologia plantelor” (compilat de E.F. Kim și E.N. Grishina). Esența tehnicii este că gradul de deschidere a stomatelor este determinat de pătrunderea în pulpa frunzei a unora. substanțe chimice. În acest scop sunt folosite diverse lichide: eter, alcool, benzină, kerosen, benzen, xilen. Am folosit alcool, benzen și xilen care ni s-au oferit în laboratorul de chimie. Pătrunderea acestor fluide în carnea frunzei depinde de gradul de deschidere a stomatelor. Dacă pe frunză apare o pată de lumină la 2-3 minute după aplicarea unei picături de lichid pe partea inferioară a lamei frunzei, aceasta înseamnă că lichidul pătrunde prin stomată. În acest caz, alcoolul pătrunde în frunză numai cu stomatele larg deschise, benzenul deja cu o lățime medie de deschidere și doar xilenul pătrunde prin stomatele aproape închise.

În prima etapă a lucrării, am încercat să stabilim posibilitatea determinării stării stomatelor (gradul de deschidere) la diferite plante. În acest experiment au fost folosite agave, cyperus, tradescantia, geranium, oxalis, syngonium, crin amazonian, begonia, sanchetia, dieffenbachia, clerodendron, floarea pasiunii, dovleac și fasole. Oxalis, geranium, begonia, sanchetia, clerodendron, pasiflora, dovleac și fasole au fost selectate pentru lucrări ulterioare. În alte cazuri, gradul de deschidere a stomatelor nu a putut fi determinat. Acest lucru se poate datora faptului că agave, cyperus, crin au frunze destul de dure acoperite cu un înveliș care împiedică pătrunderea substanțelor prin golul stomatic. Un alt motiv posibil ar putea fi că până la momentul experimentului (14.00 h) stomatele lor erau deja închise.

Studiul a fost realizat în cursul săptămânii. În fiecare zi după școală, la ora 14.00, am determinat gradul de deschidere a stomatelor folosind metoda de mai sus.

rezultate si discutii

Datele obținute sunt prezentate în tabel. Datele date sunt mediate, deoarece în zile diferite starea stomatelor nu era aceeași. Deci, din șase măsurători, o deschidere largă a stomatelor a fost înregistrată de două ori la oxalis, o dată la geranium și de două ori la begonie. grad mediu deschiderea stomatelor. Aceste diferențe nu depind de timpul experimentului. Poate că sunt legate de condițiile climatice, deși regimul de temperatură din studiu și iluminarea plantelor au fost destul de constante. Astfel, datele medii obținute pot fi considerate o anumită normă pentru aceste plante.

Cercetările efectuate indică faptul că la diferite plante în același timp și în aceleași condiții, gradul de deschidere a stomatelor nu este același. Există plante cu stomatele larg deschise (begonia, sanchetia, dovleac), dimensiunea medie a golului stomatologic (acru, muscata, fasole). Fantele stomatice înguste se găsesc numai în Clerodendron.

Considerăm aceste rezultate ca fiind preliminare. În viitor, intenționăm să stabilim dacă și cum diferă ritmurile biologice în deschiderea și închiderea stomatelor la diferite plante. Pentru a face acest lucru, se va efectua sincronizarea stării fisurilor stomatice în timpul zilei.

stomatele plantelor

găsite în pielea lor (epidermă). Fiecare plantă este în schimb constant cu atmosfera înconjurătoare. Absoarbe constant oxigen și eliberează dioxid de carbon. În plus, cu părțile sale verzi, absoarbe dioxidul de carbon și eliberează oxigen. Apoi, planta evaporă constant apa. Deoarece cuticula, care acoperă frunzele și tulpinile tinere, trece foarte slab gazele și vaporii de apă prin ea însăși, există găuri speciale în piele pentru schimbul nestingherit cu atmosfera înconjurătoare, numite U. Pe secțiunea transversală a frunzei (Fig. 1), U. apare în fantă ( S) care duce la cavitatea de aer ( i).

Smochin. 1. Stoma ( S) a unei frunze de zambila in sectiune.

Pe ambele părți ale U. există unul celula de inchidere.Învelișurile celulelor de gardă dau două excrescențe spre deschiderea stomatică, datorită cărora se desface în două camere: curtea anterioară și posterioară. Privit de la suprafață, U. apare ca o fantă alungită înconjurată de două celule de gardă semilunar (Fig. 2).

Ziua, U. sunt deschise, dar noaptea sunt închise. U. sunt de asemenea închise în timpul zilei pe timp de secetă. Închiderea U. se face prin celule de gardă. Dacă o bucată din pielea frunzei este pusă în apă, atunci U. continuă să rămână deschisă. Dacă apa este înlocuită cu o soluție de zahăr care provoacă plasmoliza celulară, atunci U. se va închide. Deoarece plasmoliza celulelor este însoțită de o scădere a volumului acestora, rezultă că închiderea celulelor este rezultatul unei scăderi a volumului celulelor de gardă. În timpul secetei, celulele de gardă își pierd o parte din apă, scad în volum și închid U. Frunza este acoperită cu un strat continuu de cuticulă, care este slab permeabil la vaporii de apă, ceea ce împiedică uscarea ulterioară. Închiderea de noapte U. se explică prin următoarele considerente. Celulele de gardă conțin în mod constant boabe de clorofilă și, prin urmare, sunt capabile să asimileze dioxidul de carbon din atmosferă, adică să se autoalimenteze. Substanțele organice acumulate în lumină atrag puternic apa din celulele din jur, astfel încât celulele de gardă cresc în volum și se deschid. Noaptea se consumă substanțele organice produse în lumină, iar odată cu ele se pierde capacitatea de a atrage apa, iar U. se închide. U. sunt atat pe frunze cat si pe tulpini. Pe frunze, acestea sunt așezate fie pe ambele suprafețe, fie pe una dintre ele. Frunzele erbacee, moi, au U. atât pe suprafața superioară cât și pe cea inferioară. Frunzele tari pieloase au U. aproape exclusiv pe suprafața inferioară. La frunzele care plutesc la suprafața apei, U. sunt exclusiv pe partea superioară. Cantitatea de U. în diferite plante este foarte diferită. Pentru majoritatea frunzelor, numărul de U. pe milimetru pătrat variază între 40 și 300. Cel mai mare număr U. este situat pe suprafața inferioară a frunzei Brassica Rapa - la 1 mp. mm 716. Există o oarecare relație între cantitatea de U. și umiditatea locului. LA plante generale zonele umede au mai multe U. decât plantele din zonele uscate. Pe lângă U. obișnuite, care servesc pentru schimbul de gaze, multe plante au și apă U. Ele servesc la eliberarea apei nu în stare gazoasă, ci în stare lichidă. În loc de cavitatea de aer aflată sub U. obișnuit, sub U. de apă există un acvifer special, format din celule cu membrane subțiri. Apa U. se găsesc în cea mai mare parte în plantele din zonele umede și se găsesc pe diverse părți Frunzele, indiferent de U. obișnuit, aflate chiar acolo. U. de apă, în cea mai mare parte, emit picături de apă atunci când, din cauza umidității ridicate a aerului, U. purtătoare de aer nu poate evapora apa. Toate astfel de formațiuni sunt numite hidatod(Hidathode). Un exemplu este hidatozii lui Gonocaryum pyriforme (Fig. 3).

O secțiune transversală printr-o frunză arată că unele dintre celulele pielii s-au schimbat într-un mod special și s-au transformat în hidatode. Fiecare hidatod este format din trei părți. O excrescentă înclinată iese în afară, străpunsă de un tub îngust prin care curge apa hidatodului. Partea din mijloc arată ca o pâlnie cu pereții foarte îngroșați. Partea inferioară a hidatodului este formată dintr-o bulă cu pereți subțiri. Unele plante își dau frunzele cantitati mari apa, fara a avea nici o hidatoda special amenajata. De exemplu. tipuri diferite Salacia secretă cantități atât de mari de apă între orele 6-7 dimineața încât merită din plin numele de arbuști de ploaie: cu o atingere ușoară pe ramuri, din ei cade ploaie adevărată. Apa este secretată de pori simpli care acoperă în cantități mari membranele exterioare ale celulelor pielii.

V. Palladin.

Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron. - Sankt Petersburg: Brockhaus-Efron. 1890-1907 .

Vedeți ce este „Stomatele plantelor” în alte dicționare:

Se găsesc în pielea lor (epidermă). Fiecare plantă este în schimb constant cu atmosfera înconjurătoare. Absoarbe constant oxigen și eliberează dioxid de carbon. În plus, cu părțile sale verzi, absoarbe dioxidul de carbon și eliberează oxigen...

Stoma unei frunze de tomate sub microscopul electronic Stoma (latina stoma, din grecescul στόμα „gură, gură”) în botanică este un por situat pe stratul inferior sau superior al epidermei frunzei unei plante, prin care apa se evaporă și gazele. schimb cu ...... Wikipedia

Primele încercări de clasificare a plantelor cu flori, precum și a lumii plantelor în general, s-au bazat pe câteva semne externe, luate în mod arbitrar, ușor vizibile. Erau curați clasificări artificiale, în care într-una ...... Enciclopedia biologică

Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron

Grupuri de celule situate în corpul unei plante într-o anumită ordine, având o anumită structură și servesc pentru diferite funcții vitale ale organismului vegetal. Celulele aproape tuturor plantelor multicelulare nu sunt omogene, dar sunt colectate în T. În partea inferioară ... Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron- sunt astfel de procese și fenomene care apar într-un organism vegetal viu care nu apar niciodată în timpul vieții sale normale. Potrivit lui Frank, B. plante este o abatere de la starea normală a speciei ... Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron

Cuprins: Subiectul de nutriție F.F. F. creştere. F. forme ale plantelor. F. reproducere. Literatură. Fizica plantelor studiază procesele care au loc în plante. Această parte a vastei științe a plantelor botanice diferă de celelalte părți ale taxonomiei, ...... Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron

Frunza (folium), un organ al plantelor superioare care îndeplinește funcțiile de fotosinteză și transpirație, precum și asigură schimbul de gaze cu aerul și participă la alte procese importante ale vieții plantelor. Morfologia, anatomia frunzei și ...... Marea Enciclopedie Sovietică

Frunza este un organ vegetativ al plantelor, face parte din lăstar. Funcțiile frunzei sunt fotosinteza, evaporarea apei (transpirația) și schimbul de gaze. Pe lângă aceste funcții de bază, ca urmare a idioadaptărilor la diferite condiții de existență, frunzele, în schimbare, pot servi următoarele scopuri.

• Acumularea de nutrienți (ceapă, varză), apă (aloe);
• protecție împotriva consumului de animale (spini de cactus și arpaș);
• înmulțire vegetativă (begonie, violet);
• prinderea și digerarea insectelor (roua, capcană de muște venus);
• mișcarea și întărirea unei tulpini slabe (vârci de mazăre, wikis);
• îndepărtarea produselor metabolice în timpul căderii frunzelor (în copaci și arbuști).

Caracteristicile generale ale frunzei unei plante

Frunzele majorității plantelor sunt verzi, cel mai adesea plate, de obicei simetrice bilateral. Dimensiuni de la cativa milimetri (linte de rata) pana la 10-15m (in palme).

Frunza este formată din celule țesătură educațională conuri de creștere a tulpinii. Rudimentul frunzei se diferențiază în:

• lama frunzelor;
• pețiol, cu care frunza este atașată de tulpină;
• stipulele.

Unele plante nu au pețioli, astfel de frunze, spre deosebire de pețioli, sunt numite sedentar. De asemenea, stipulele nu se găsesc în toate plantele. Sunt apendice pereche de diferite dimensiuni la baza pețiolului frunzei. Forma lor este diversă (filme, solzi, frunze mici, țepi), funcția lor este de protecție.

frunze simple și compuse se distinge prin numărul de lame de frunze. O foaie simplă are o singură farfurie și dispare în întregime. Complexul are mai multe plăci pe pețiol. Ele sunt atașate de pețiolul principal cu pețiolii lor mici și se numesc foliole. Când o frunză compusă moare, foliolele cad mai întâi și apoi pețiolul principal.

Lamele frunzelor sunt diverse ca formă: liniare (cereale), ovale (salcâm), lanceolate (salcie), ovate (pară), în formă de săgeată (vârf de săgeată), etc.

Lamele frunzelor sunt străpunse în direcții diferite de vene, care sunt mănunchiuri vascular-fibroase și dau rezistență foii. Frunzele plantelor dicotiledonate au cel mai adesea o nervură reticulata sau pinnată, în timp ce frunzele plantelor monocotiledonate au o nervură paralelă sau arcuită.

Marginile lamei frunzei pot fi solide, o astfel de foaie se numește margine întreagă (liliac) sau crestă. În funcție de forma crestăturii, de-a lungul marginii lamei frunzei, sunt zimțate, zimțate, crenate etc. La frunzele zimțate, crestaturile au laturile mai mult sau mai puțin egale (fag, alun), în zimțat - o latură a dintele este mai lung decât celălalt (pară), crenat - are crestături ascuțite și umflături tocite (salvie, budra). Toate aceste frunze se numesc întregi, deoarece adânciturile lor sunt puțin adânci, nu ating lățimea plăcii.

În prezența unor adâncituri mai adânci, frunzele sunt lobate, când adâncimea adâncimii este egală cu jumătate din lățimea plăcii (stejar), separate - mai mult de jumătate (mac). În frunzele disecate, adânciturile ajung la nervura mediană sau la baza frunzei (brusture).

În condiții optime de creștere, frunzele inferioare și superioare ale lăstarilor nu sunt la fel. Există frunze inferioare, mijlocii și superioare. O astfel de diferențiere este determinată chiar și în rinichi.

Frunzele inferioare, sau primele, ale lăstarului sunt solzii rinichilor, solzii uscati exteriori ai bulbilor, frunzele cotiledonului. Frunzele inferioare cad de obicei în timpul dezvoltării lăstarilor. Frunzele rozetelor bazale aparțin și ele de bază. Frunzele mediane sau tulpinile sunt tipice pentru toate tipurile de plante. Frunzele superioare au de obicei dimensiuni mai mici, sunt situate lângă flori sau inflorescențe, sunt vopsite în diferite culori sau sunt incolore (acoperă frunzele florilor, inflorescențelor, bracteelor).

Tipuri de aranjare a foilor

Există trei tipuri principale de aranjare a frunzelor:

• Regular sau spiralat;
• opus;
• învârtit.

La următorul aranjament, frunzele simple sunt atașate de nodurile tulpinii într-o spirală (măr, ficus). Cu opusul - două frunze din nod sunt situate una împotriva celeilalte (liliac, arțar). Aranjamentul frunzelor spiralate - trei sau mai multe frunze într-un nod acoperă tulpina cu un inel (elodea, oleandru).

Orice aranjament de frunze permite plantelor să capteze cantitatea maximă de lumină, deoarece frunzele formează un mozaic de frunze și nu se ascund unele pe altele.

Structura celulară a frunzei

Frunza, ca toate celelalte organe ale plantelor, are o structură celulară. Suprafețele superioare și inferioare ale lamei frunzei sunt acoperite cu piele. Celulele vii incolore ale pielii conțin citoplasma și nucleul, sunt situate într-un singur strat continuu. Cojile lor exterioare sunt îngroșate.

Stomatele sunt organele respiratorii ale unei plante.

În piele sunt stomatele - goluri formate din două celule trase, sau stomatice. Celulele de gardă sunt în formă de semilună și conțin citoplasmă, nucleu, cloroplaste și o vacuola centrală. Membranele acestor celule sunt îngroșate neuniform: interiorul, cu fața la gol, este mai gros decât opusul.

O modificare a turgenței celulelor de gardă le modifică forma, din cauza căreia deschiderea stomatică este deschisă, îngustată sau complet închisă, în funcție de condiții. mediu inconjurator. Deci, în timpul zilei, stomatele sunt deschise, iar noaptea și pe vreme caldă și uscată sunt închise. Rolul stomatelor este de a regla evaporarea apei de către plantă și schimbul de gaze cu mediul.

Stomatele sunt de obicei situate pe suprafața inferioară a frunzei, dar există și pe cea superioară, uneori sunt distribuite mai mult sau mai puțin uniform pe ambele părți (porumb); la plantele acvatice plutitoare, stomatele sunt situate numai pe partea superioară a frunzei. Numărul de stomi pe unitatea de suprafață a frunzelor depinde de specia de plante și de condițiile de creștere. În medie, sunt 100-300 dintre ele pe 1 mm 2 de suprafață, dar pot fi mult mai multe.

Pulpa frunzelor (mezofilă)

Între pielea superioară și inferioară a limboului frunzei se află pulpa frunzei (mezofilă). Sub stratul superior se află unul sau mai multe straturi de celule dreptunghiulare mari care au numeroase cloroplaste. Acesta este un parenchim columnar sau palisat - principalul țesut de asimilare în care se desfășoară procesele de fotosinteză.

Sub parenchimul palisat există mai multe straturi de celule de formă neregulată cu spații intercelulare mari. Aceste straturi de celule formează un parenchim spongios sau liber. Celulele parenchimului spongios conțin mai puține cloroplaste. Ei îndeplinesc funcțiile de transpirație, schimb de gaze și stocare a nutrienților.

Carnea frunzei este pătrunsă cu o rețea densă de vene, mănunchiuri vascular-fibroase care alimentează frunza cu apă și substanțe dizolvate în ea, precum și elimină asimilanții din frunză. În plus, venele îndeplinesc un rol mecanic. Pe măsură ce venele se îndepărtează de baza frunzei și se apropie de ele spre vârf, acestea devin mai subțiri din cauza ramificării și pierderii treptate a elementelor mecanice, apoi a tuburilor de sită și, în final, a traheidelor. Cele mai mici ramuri de la marginea frunzei constau de obicei numai din traheide.

Diagrama structurii unei frunze de plante

Structura microscopică a lamei frunzelor variază semnificativ chiar și în cadrul aceluiași grup sistematic de plante, în funcție de diferite condiții de creștere, în primul rând de condițiile de iluminare și de alimentare cu apă. Plantele din locurile umbrite sunt adesea lipsite de perenchimul palisat. Celulele țesutului de asimilare au palisade mai mari, concentrația de clorofilă în ele este mai mare decât la plantele fotofile.

Fotosinteză

În cloroplastele celulelor pulpare (în special parenchimul columnar), procesul de fotosinteză are loc în lumină. Esența sa constă în faptul că plantele verzi absorb energia solară și creează substanțe organice complexe din dioxid de carbon și apă. Aceasta eliberează oxigen liber în atmosferă.

Substanțele organice create de plantele verzi sunt hrană nu numai pentru plantele în sine, ci și pentru animale și oameni. Astfel, viața pe pământ depinde de plantele verzi.

Tot oxigenul continut in atmosfera este de origine fotosintetica, se acumuleaza datorita activitatii vitale a plantelor verzi si continutul sau cantitativ se mentine constant (aproximativ 21%) datorita fotosintezei.

Folosind dioxidul de carbon din atmosferă pentru procesul de fotosinteză, plantele verzi purifică astfel aerul.

Evaporarea apei din frunze (transpirație)

Pe lângă fotosinteză și schimbul de gaze, procesul de transpirație are loc în frunze - evaporarea apei de către frunze. Stomatele joacă rolul principal în evaporare, iar întreaga suprafață a frunzei participă parțial la acest proces. În acest sens, se disting transpirația stomatică și transpirația cuticulară - prin suprafața cuticulei care acoperă epiderma frunzei. Transpirația cuticulară este mult mai mică decât stomatică: la frunzele bătrâne, 5-10% din transpirația totală, dar la frunzele tinere cu o cuticulă subțire, poate ajunge la 40-70%.

Deoarece transpirația se realizează în principal prin stomatele, unde dioxidul de carbon intră și pentru procesul de fotosinteză, există o relație între evaporarea apei și acumularea de substanță uscată în plantă. Se numește cantitatea de apă pe care o plantă o evaporă pentru a construi 1 g de substanță uscată coeficientul de transpirație. Valoarea sa variază de la 30 la 1000 și depinde de condițiile de creștere, tipul și varietatea plantelor.

Planta folosește în medie 0,2% din apa trecută pentru a-și construi corpul, restul este cheltuit pe termoreglare și transportul mineralelor.

Transpirația creează o forță de aspirație în celula frunzei și rădăcinii, menținând astfel mișcarea constantă a apei în întreaga plantă. În acest sens, frunzele sunt numite pompa de apă superioară, spre deosebire de sistemul radicular - pompa de apă inferioară, care pompează apă în plantă.

Evaporarea protejează frunzele de supraîncălzire, ceea ce are mare importanță pentru toate procesele vitale ale unei plante, în special fotosinteza.

Plantele din locurile aride, precum și pe vreme uscată, se evaporă mai multă apă decât în ​​condiții de umiditate ridicată. Evaporarea apei, cu excepția stomatelor, este reglată de formațiunile protectoare de pe pielea frunzei. Aceste formațiuni sunt: ​​cuticula, învelișul de ceară, pubescența din diverse fire de păr etc. La plantele suculente, frunza se transformă în spini (cactusi), iar tulpina își îndeplinește funcțiile. Plantele din habitatele umede au lame mari de frunze, nu există formațiuni de protecție pe piele.

Transpirația este mecanismul prin care apa este evaporată din frunzele unei plante.

Cu evaporare dificilă în plante, gutație- eliberarea apei prin stomate în stare de picătură-lichid. Acest fenomen apare în natură de obicei dimineața, când aerul se apropie de saturația cu vapori de apă sau înainte de ploaie. În condiții de laborator, guttarea poate fi observată prin acoperirea puieților tineri de grâu cu capace de sticlă. După un timp scurt, pe vârfurile frunzelor lor apar picături de lichid.

Sistem de izolare - căderea frunzelor (căderea frunzelor)

Adaptarea biologică a plantelor la protecția împotriva evaporării este căderea frunzelor - o cădere masivă a frunzelor în sezonul rece sau cald. În zonele temperate, copacii își aruncă frunzele pentru iarnă, când rădăcinile nu pot furniza apă din solul înghețat și înghețul usucă planta. La tropice, căderea frunzelor se observă în timpul sezonului uscat.

Pregătirea pentru vărsarea frunzelor începe cu o slăbire a intensității proceselor de viață la sfârșitul verii - începutul toamnei. În primul rând, clorofila este distrusă, alți pigmenți (caroten și xantofilă) rezistă mai mult și dau frunzelor o culoare de toamnă. Apoi, la baza pețiolului frunzei, celulele parenchimatoase încep să se dividă și să formeze un strat separator. După aceea, frunza se desprinde și rămâne o urmă pe tulpină - o cicatrice a frunzei. Până în momentul căderii frunzelor, frunzele îmbătrânesc, în ele se acumulează produse metabolice inutile, care sunt îndepărtate din plantă împreună cu frunzele căzute.

Toate plantele (de obicei copaci și arbuști, mai rar ierburi) sunt împărțite în foioase și veșnic verzi. În foioase, frunzele se dezvoltă în timpul unui sezon de creștere. În fiecare an, odată cu apariția condițiilor nefavorabile, acestea cad. Frunzele plantelor veșnic verzi trăiesc de la 1 la 15 ani. Moartea unei părți din vechiul și apariția de frunze noi are loc în mod constant, copacul pare veșnic verde (conifere, citrice).

Și eliberează dioxid de carbon. În plus, cu părțile sale verzi, absoarbe dioxidul de carbon și eliberează oxigen. Apoi, planta evaporă constant apa. Deoarece cuticula, care acoperă frunzele și tulpinile tinere, trece prin ea însăși gazele și vaporii de apă foarte slab, există găuri speciale în piele pentru schimbul nestingherit cu atmosfera înconjurătoare, numite U. Pe secțiunea transversală a frunzei (Fig. 1), U. apare în fantă ( S) care duce la cavitatea de aer ( i).

Smochin. 1. Stoma ( S) tăietură dintr-o frunză de zambile.

Pe ambele părți ale U. există unul celula de inchidere.Învelișurile celulelor de gardă dau două excrescențe spre deschiderea stomatică, datorită cărora se desface în două camere: curtea anterioară și posterioară. Privit de la suprafață, U. apare ca o fantă alungită înconjurată de două celule de gardă semilunar (Fig. 2).

Smochin. 2. Stomate ale unei frunze de Sedum purpurascens de la suprafață.

Ziua, U. sunt deschise, dar noaptea sunt închise. U. sunt de asemenea închise în timpul zilei pe timp de secetă. Închiderea U. se face prin celule de gardă. Dacă o bucată din pielea frunzei este pusă în apă, atunci U. continuă să rămână deschisă. Dacă apa este înlocuită cu o soluție de zahăr care provoacă plasmoliza celulară, atunci U. se va închide. Deoarece plasmoliza celulelor este însoțită de o scădere a volumului acestora, rezultă că închiderea celulelor este rezultatul unei scăderi a volumului celulelor de gardă. În timpul secetei, celulele de gardă își pierd o parte din apă, scad în volum și închid U. Frunza se dovedește a fi acoperită cu un strat continuu de cuticulă, care trece prost vaporii de apă, iar aceasta este protejată de uscarea ulterioară. Închiderea de noapte U. se explică prin următoarele considerente. Celulele de gardă conțin în mod constant boabe de clorofilă și, prin urmare, sunt capabile să asimileze dioxidul de carbon din atmosferă, adică să se autoalimenteze. Substanțele organice acumulate în lumină atrag puternic apa din celulele din jur, astfel încât celulele de gardă cresc în volum și se deschid. Noaptea se consumă substanțele organice produse în lumină, iar odată cu ele se pierde capacitatea de a atrage apa, iar U. se închide. U. sunt atat pe frunze cat si pe tulpini. Pe frunze, acestea sunt așezate fie pe ambele suprafețe, fie pe una dintre ele. Frunzele erbacee, moi, au U. atât pe suprafața superioară cât și pe cea inferioară. Frunzele tari pieloase au U. aproape exclusiv pe suprafața inferioară. La frunzele care plutesc la suprafața apei, U. sunt exclusiv pe partea superioară. Cantitatea de U. în diferite plante este foarte diferită. Pentru majoritatea frunzelor, numărul de U., situat pe un milimetru pătrat, variază între 40 și 300. Cel mai mare număr de U. se află pe suprafața inferioară a frunzei Brassica Rara - la 1 pătrat. mm 716. Există o oarecare relație între cantitatea de U. și umiditatea locului. În general, plantele din zonele umede au mai mult UV decât plantele din zonele uscate. Pe lângă U. obișnuite, care servesc pentru schimbul de gaze, multe plante au și apă U. Ele servesc la eliberarea apei nu în stare gazoasă, ci în stare lichidă. În loc de cavitatea de aer aflată sub U. obișnuit, sub U. de apă există un acvifer special, format din celule cu membrane subțiri. Apa W. se găsesc în cea mai mare parte în plantele din zonele umede și se găsesc pe diferite părți ale frunzelor, indiferent de W. obișnuit situat acolo. U., există o serie de dispozitive diferite pentru eliberarea apei în lichid forma din frunze. Toate astfel de formațiuni sunt numite hidatod(Hidathode). Un exemplu este hidatozii lui Gonocaryum pyriforme (Fig. 3).

Smochin. 3. Hidatodul frunzelor Gonocaryum pyriforme.

O secțiune transversală printr-o frunză arată că unele dintre celulele pielii s-au schimbat într-un mod special și s-au transformat în hidatode. Fiecare hidatod este format din trei părți. O excrescentă înclinată iese în afară, străpunsă de un tub îngust prin care curge apa hidatodului. Partea din mijloc arată ca o pâlnie cu pereții foarte îngroșați. Partea inferioară a hidatodului este formată dintr-o bulă cu pereți subțiri. Unele plante emană cantități mari de apă cu frunzele lor, fără hidatode special aranjate. De exemplu. diferitele specii de Salacia emană cantități atât de mari de apă între orele 6-7 dimineața încât merită pe deplin denumirea de arbuști de ploaie: când sunt ușor atinse, din ele cade ploaie adevărată. Apa este secretată de pori simpli care acoperă în cantități mari membranele exterioare ale celulelor pielii.

Stomatele, structura și mecanismul lor de acțiune

Celulele epidermei sunt aproape impermeabile la apă și gaze datorită structurii particulare a peretelui lor exterior. Cum sunt schimburile de gaze între plantă și mediul extern și evaporarea apei - procese necesare pentru viața normală a plantei? Printre celulele epidermei există formațiuni caracteristice numite stomate.

Stomata este o deschidere asemănătoare unei fante, mărginită pe ambele părți de două celule trase, care sunt în mare parte semilunar.

Stomatele sunt pori din epidermă prin care are loc schimbul de gaze. Se găsesc mai ales în frunze, dar și pe tulpină. Fiecare stomată este înconjurată pe ambele părți de celule de gardă, care, spre deosebire de alte celule epidermice, conțin cloroplaste. Celulele de gardă controlează dimensiunea deschiderii stomatice modificându-le turgescența.

Aceste celule sunt vii și conțin boabe de clorofilă și boabe de amidon, care sunt absente în alte celule ale epidermei. Există în special multe stomi pe frunze. Secțiunea transversală arată că direct sub stomatele din interiorul țesutului frunzelor se află o cavitate numită cavitate respiratorie. În interiorul golului, celulele de gardă sunt mai apropiate între ele în partea de mijloc a celulelor, iar deasupra și dedesubt se retrag și mai mult una de cealaltă, formând spații numite curțile din față și din spate.

Celulele de gardă sunt capabile să-și mărească și să-și scadă dimensiunea, datorită cărora deschiderea stomatică este fie larg deschisă, apoi îngustată, fie chiar complet închisă.

Astfel, celulele de gardă sunt aparatul care reglează procesul de deschidere și închidere a stomatelor.

Cum se realizează acest proces?

Pereții celulelor de gardă care se confruntă cu golul sunt îngroșați mult mai puternic decât pereții care se confruntă cu celulele adiacente ale epidermei. Când planta este aprinsă și are umiditate în exces, amidonul se acumulează în boabele de clorofilă ale celulelor de gardă, din care o parte este transformată în zahăr. Zahărul, dizolvat în seva celulară, atrage apa din celulele învecinate ale epidermei, în urma căreia turgul crește în celulele de gardă. Presiunea puternică duce la proeminența pereților celulari adiacenți celor epidermici, iar pereții opuși, puternic îngroșați, se îndreaptă. Ca urmare, deschiderea stomatică se deschide, iar schimbul de gaze, precum și evaporarea apei cresc. Pe întuneric sau cu lipsă de umiditate, presiunea turgenței scade, celulele de gardă își iau poziția anterioară, iar pereții îngroșați se închid. Deschiderea stomatelor se închide.

Stomatele sunt localizate pe toate organele solului tinere nelignificate ale plantei. Există în special multe dintre ele pe frunze, iar aici sunt localizate în principal pe suprafața inferioară. Dacă frunza este situată vertical, atunci stomatele se dezvoltă pe ambele părți ale acesteia. Unele frunze plutesc la suprafața apei plante acvatice(de exemplu, nuferi, capsule) stomatele sunt situate numai pe partea superioară a frunzei.

Numărul de stomi pe 1 pătrat. mm de suprafață a frunzei este în medie de 300, dar uneori ajunge la 600 sau mai mult. În coada (Typha) există peste 1300 de stomi pe 1 mp. mm. Frunzele scufundate în apă nu au stomate. Stomatele sunt cel mai adesea distribuite uniform pe întreaga suprafață a pielii, dar la unele plante sunt colectate în grupuri. În plantele monocotiledone, precum și pe acele multor conifere, acestea sunt situate în rânduri longitudinale. La plantele din regiunile aride, stomatele sunt adesea scufundate în țesutul frunzelor. Dezvoltarea stomatică se desfășoară de obicei după cum urmează. În celulele individuale ale epidermei, se formează pereți arcuați, împărțind celula în mai multe mai mici, astfel încât cea centrală să devină strămoșul stomatelor. Această celulă este împărțită de un sept longitudinal (de-a lungul axei celulei). Apoi, acest sept se desparte și se formează un gol. Celulele care o limitează devin celule de gardă ale stomatelor. Unii mușchi de ficat au stomatele deosebite, lipsite de celule de gardă.

Pe fig. arată aspectul stomatelor și al celulelor de gardă într-o micrografie obținută cu ajutorul unui microscop electronic cu scanare.

Se poate observa aici că pereții celulari ai celulelor de gardă nu sunt uniformi ca grosime: peretele cel mai apropiat de deschiderea stomatică este clar mai gros decât peretele opus. În plus, microfibrilele de celuloză care alcătuiesc peretele celular sunt dispuse în așa fel încât peretele care se confruntă cu orificiul să fie mai puțin elastic, iar unele fibre formează un fel de cercuri în jurul celulelor de gardă asemănătoare cârnaților. Pe măsură ce celula aspiră apă și devine turgentă, aceste cercuri o împiedică să se extindă în continuare, permițându-i doar să se extindă în lungime. Deoarece celulele de gardă sunt conectate la capetele lor, iar pereții mai subțiri departe de fisura stomatică se întind mai ușor, celulele capătă o formă semicirculară. Prin urmare, între celulele de gardă apare o gaură. (Vom obține același efect dacă umflam un cârnați în formă de cârnați balon cu bandă adezivă lipită de el de-a lungul uneia dintre laturile sale.)

În schimb, atunci când apa părăsește celulele de gardă, porul se închide. Cum se produce schimbarea turgenței celulare nu este încă clar.

Într-una dintre ipotezele tradiționale, ipoteza „amidonului de zahăr”, se presupune că în timpul zilei crește concentrația de zahăr în celulele de gardă și, ca urmare, presiunea osmotică în celule și fluxul de apă în ele crește. . Cu toate acestea, nimeni nu a reușit încă să arate că în celulele de gardă se acumulează suficient zahăr pentru a provoca modificările observate ale presiunii osmotice. S-a stabilit recent că în timpul zilei, la lumină, ionii de potasiu și anionii lor însoțitori se acumulează în celulele de gardă; această acumulare de ioni este suficientă pentru a provoca modificările observate. În întuneric, ionii de potasiu (K +) ies din celulele de gardă în celulele epidermice adiacente acestora. Încă nu este clar care anion echilibrează sarcina pozitivă a ionului de potasiu. Unele (dar nu toate) plantele studiate au arătat acumularea unor cantități mari de anioni ai acizilor organici precum malatul. În același timp, boabele de amidon, care apar în întuneric în cloroplastele celulelor de gardă, scad în dimensiune. Acest lucru sugerează că amidonul este transformat în malat în prezența luminii.

Unele plante, cum ar fi Allium cepa (ceapa), nu au amidon în celulele lor de gardă. Prin urmare, cu stomatele deschise, malatul nu se acumulează, iar cationii, aparent, sunt absorbiți împreună cu anionii anorganici precum clorura (Cl-).

Unele probleme rămân nerezolvate. De exemplu, de ce stomatele au nevoie de lumină pentru a se deschide? Ce rol joacă cloroplastele în afară de depozitarea amidonului? Malatul se transformă înapoi în amidon în întuneric? În 1979, s-a demonstrat că cloroplastele celulelor de gardă Vicia faba (fasole de cal) sunt lipsite de enzimele ciclului Calvin, iar sistemul tilacoid este slab dezvoltat, deși clorofila este prezentă. Ca urmare, C3 obișnuit - calea fotosintezei nu funcționează și nu se formează amidon. Acest lucru ar putea explica de ce amidonul nu se formează în timpul zilei, ca în celulele fotosintetice normale, ci noaptea. O alta fapt interesant- absența plasmodesmelor în celulele de gardă, i.e. izolarea comparativă a acestor celule de alte celule ale epidermei.