Définition: Qu’est-ce qu’une cellule de garde?
Essentiellement, les cellules de garde sont deux cellules en forme de haricot qui entourent une stomie. En tant que cellules épidermiques, elles jouent un rôle important dans les échanges gazeux à l’intérieur et à l’extérieur des feuilles des plantes en régulant l’ouverture et la fermeture des pores connus sous le nom de stomie. De plus, ce sont les canaux par lesquels l’eau est libérée des feuilles vers l’environnement.
En tant que telles, les cellules de garde jouent un rôle crucial dans la photosynthèse en régulant l’entrée de les matériaux nécessaires au processus. Outre la régulation des échanges gazeux (ainsi que la libération d’eau par les feuilles), il a également été démontré qu’ils contiennent des chloroplastes qui en font également un site de photosynthèse.
Certains des facteurs qui influencent les activités des cellules de garde incluent:
- Humidité
- Température
- Léger
- Dioxyde de carbone
- Ions potassium
- Hormones
* En grec, le mot « stoma » signifie bouche.
* Bien que les stomates soient couramment trouvés dans les feuilles des plantes, ils peuvent se trouve également dans les tiges.
Structure des cellules de garde
Comme mentionné, les cellules de garde sont des haricots / cellules en forme de rein situées sur l’épiderme de la plante. En tant que tels, ils, comme les trichomes et les cellules de la chaussée, sont également des cellules épidermiques.
Entre chaque paire de cellules de garde se trouve une stomie (un pore) à travers laquelle l’eau et les gaz sont échangés. L’ouverture et la fermeture de ces pores (appelés collectivement stomates) sont rendues possibles par l’épaississement et le rétrécissement des cellules de garde de l’épiderme.
* Le nombre de stomates sur une feuille / un organe d’une plante dépend fortement du type de plante ainsi que de son habitat.
Ultrastructure des cellules de garde
Dans différents types de plantes, il a été démontré que les cellules de garde contiennent des quantités variables d’organites cellulaires typiques (entre autres structures) avec certaines caractéristiques uniques. Par exemple, par rapport au reste d’une feuille, la cuticule des cellules de garde est plus perméable à la vapeur d’eau qui à son tour influence leurs activités / fonctions.
Il a également été démontré que les cellules de garde contiennent de nombreux ectodesmes. Ici, la cuticule s’est également avérée plus perméable à diverses substances polaires. Ceci est particulièrement important étant donné que c’est la concentration de ces substances qui influence l’épaississement et le retrait des cellules de garde.
* Sur les cellules de garde , la cuticule a tendance à être plus épaisse sur les parties extérieures.
* Perméabilité de la cuticule dépend également de sa composition chimique.
Dans les cellules de garde jeunes et en développement, la pectine et la cellulose se déposent progressivement dans les plasmodesmes (une fine couche de cytoplasme). Cependant, il disparaît au fur et à mesure que les cellules de garde mûrissent tandis que les rares qui sont retenues sont dépourvues de toute fonction.
Il y a aussi des perforations sur leurs parois qui permettent le passage d’organites relativement gros . Par exemple, les plastes et les mitochondries peuvent passer à travers ces perforations.
Différents composants peuvent également être trouvés dans différents types de cellules de garde dans des quantités et des orientations variables.
Dans les cellules de garde en forme d’haltères, les fibrilles sont radialement dans la paroi externe. Cette orientation, cependant, peut changer avec l’épaississement et le rétrécissement des cellules. Outre les fibrilles et les microfibrilles, un certain nombre d’autres substances ont été identifiées dans diverses cellules de garde.
À Zea mays, par exemple, la lignine a été identifiée en plus de la cellulose . En revanche, la pectine a été identifiée dans les cellules de garde de nombreuses plantes.
Certains des organites trouvés dans les cellules de garde incluent:
· Microtubules – servent à orienter les microfibrilles de cellulose. Ils contribuent également à la construction et au développement des cellules de garde.
· Réticulum endoplasmique – Les quantités élevées de réticulum endoplasmique rugueux présentes dans les cellules de garde sont impliquées dans la synthèse des protéines.Outre la synthèse des protéines, ER est également impliqué dans la formation de vacuoles et de vésicules.
· Lysosomes – contiennent un certain nombre de molécules qui contribuent au bon fonctionnement de la cellule . Ceux-ci inclus; lipases, endopeptidases, phosphates et DNAse.
· Gouttelettes lipidiques – dans les cellules de garde sont les intermédiaires dans la synthèse de la cire et de la cutine
· Les noyaux – sont situés au centre des cellules de garde. Il a été démontré qu’ils changent de forme générale avec des formes avec l’ouverture et la fermeture de la stomie.
· Plastes – Dans les cellules de garde, les plastes tels que les chloroplastes varient en nombre d’une plante à l’autre. Alors que certains de ces plastes peuvent être peu développés, d’autres sont bien développés et capables de fonctions telles que la photosynthèse. Dans les cellules de garde avec des chloroplastes fonctionnels, de grandes quantités d’amidon pendant la nuit
· Mitochondries – De grandes quantités de mitochondries peuvent être trouvées dans les cellules de garde (par rapport aux cellules mésophylles) qui est la preuve d’activités métaboliques élevées.
Stomates
Fondamentalement, les stomates se réfèrent à la fois au pore (stomie) et aux cellules de garde qui les entourent l’épiderme. Autour des cellules de garde se trouvent des cellules subsidiaires qui ont été utilisées pour classer les différents types de stomates.
Alors que la stomie (pore / ouverture) est le canal par lequel les gaz entrent les espaces aériens dans les vantaux, l’ouverture et la fermeture de ces ouvertures sont régulées par des cellules de garde situées sur l’épiderme.
Classification des stomates
En général, les stomates sont classés en fonction de leur distribution et de leur structure.
Types de stomates basés sur la distribution / le placement:
· Type de nénuphar – se trouvent sur l’épiderme supérieur des feuilles. On les trouve dans de nombreuses plantes aquatiques telles que le nénuphar.
· Type de pomme (type mûrier) – sont des stomates qui se trouvent généralement sur la face inférieure des feuilles . En tant que tels, ils peuvent être trouvés dans des plantes telles que la noix, les pommes et la pêche, entre autres.
· Type de pomme de terre – La majorité de ces stomates se trouvent sur le surface inférieure des feuilles tandis que quelques-unes peuvent être trouvées sur la surface supérieure. En tant que tels, ils se trouvent généralement dans les feuilles amphistomatiques et anisostomatiques (par exemple pomme de terre, tomate, chou, etc.)
· Type d’avoine – se trouvent dans les feuilles isostomatiques (où les stomates sont répartis sur la surface supérieure et inférieure des feuilles)
· Type Potamogeton – sont soit absents, soit non fonctionnels comme c’est le cas dans les plantes aquatiques submergées.
Basé sur la structure
· Anomocytique – Un petit nombre des cellules subsidiaires entourent les stomates. Pour la plupart, ces cellules (cellules subsidiaires) sont identiques aux autres cellules épidermiques.
· Crucifère – La stomie est entourée de trois types de cellules dont la taille varie.
· Paracytique – La stomie est entourée de deux cellules (subsidiaires) disposées parallèlement à l’axe des cellules de garde.
· Graminacées – Ici, les cellules de garde sont en forme d’haltères. Avec des cellules subsidiaires disposées parallèlement à elles.
· Diacytique – La stomie dans cette classification est constituée de deux cellules de garde. La paroi des cellules subsidiaires entourant la stomie est à angle droit par rapport aux cellules de garde.
· Cyclocytique – Ici, un minimum de quatre cellules subsidiaires entourent la cellule de garde .
* 80 à 90 pour cent de la transpiration se fait par les stomates. L’eau est également perdue par transpiration lenticulaire et cuticulaire.
* Seulement une petite quantité d’eau absorbée (environ 2 pour cent) est utilisée pour la photosynthèse chez les plantes.
Adaptations
Les cellules de garde ont un certain nombre d’adaptations qui contribuent à leurs fonctions.
Ceux-ci incluent:
Ils ont des perforations à travers lesquelles les solutés et l’eau entrent ou sortent des cellules – C’est l’une des adaptations les plus importantes des cellules de garde parce que le mouvement des solutés et de l’eau dans et hors des cellules de garde les fait rétrécir ou gonfler. À son tour, cela entraîne la fermeture ou l’ouverture de la stomie / pore à travers laquelle l’eau et les gaz sont échangés.
Ils contiennent des chloroplastes – Bien qu’ils ne contiennent pas autant de chloroplastes que de cellules mésophylles, les cellules de garde se sont avérées être les seules cellules épidermiques contenant du chloroplaste.
En tant que telles, les cellules de garde des plantes soma sont des sites photosynthétiques où les sucres et l’énergie sont produits. Il est intéressant de noter que le chloroplaste est absent ou inactif dans certaines cellules de garde.
Ils contiennent des récepteurs hormonaux, ce qui leur permet de répondre de manière appropriée aux changements de leur environnement. Pour Par exemple, la pénurie d’eau dans le sol provoque la libération d’une hormone (l’acide abscissique (ABA)).
Cette hormone est transportée des cellules de la racine vers les récepteurs en garde cellules qui à leur tour amènent les cellules de garde à fermer la stomie afin d’éviter une perte d’eau excessive.
Forme de haricot / rein – La forme des cellules de garde est pratique pour la fermeture et l’ouverture de la stomie afin de réguler les échanges gazeux et la libération d’eau.
Les cellules de garde sont entourées d’une paroi externe mince et élastique – contribue au mouvement de l’eau et des solutés à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule.
Emplacement – En fonction de l’habitat , les cellules de garde peuvent être localisées d sur la face supérieure ou inférieure de la feuille. Cela régule la quantité d’eau perdue dans l’environnement.
Dans la plupart des plantes aquatiques, les cellules de garde, et donc les stomates, sont situées sur la surface supérieure de la feuille, ce qui permet à plus d’eau d’être libérée dans l’environnement. Cependant, pour les plantes dans les zones plus chaudes / sèches, ces cellules sont situées sur la face inférieure de la feuille et ont tendance à être moins nombreuses.
Mécanisme de fermeture et d’ouverture
L’une des fonctions les plus importantes des cellules de garde est de contrôler la fermeture et l’ouverture du stomie / pores. Si l’ouverture de ces pores permet à l’eau d’être libérée dans l’environnement, elle permet également au dioxyde de carbone de pénétrer dans la cellule pour la photosynthèse (ainsi que la libération d’oxygène dans l’environnement). Pour cette raison, les cellules de garde jouent un rôle crucial dans la photosynthèse.
Sur la base d’un certain nombre d’études, il a été démontré que des facteurs tels que l’intensité lumineuse et les hormones influencent le gonflement ou le rétrécissement des cellules de garde et donc l’ouverture et la fermeture du
Ici, en ce qui concerne l’ouverture des pores, ces facteurs influencent l’absorption d’eau dans la cellule provoquant le gonflement des cellules de garde. Ce gonflage / gonflement se traduit par l’ouverture des pores qui à leur tour permet un échange gazeux (ainsi que la libération d’eau / transpiration).
Bien que le processus semble simple, la voie de signalisation qui influence les activités des cellules de garde n’est pas encore entièrement comprise. Pour cette raison, un certain nombre de théories ont été présentées (et réfutées) pour décrire l’ensemble du processus / mécanisme. Quoi qu’il en soit, plusieurs aspects sont bien compris et seront mis en évidence dans cette section.
Les théories visant à expliquer le mouvement de l’eau dans et hors des cellules de garde comprennent:
· Théorie du pH – Une augmentation de la concentration d’ions hydrogène entraîne une diminution du pH qui à son tour entraîne la conversion du glucose-1-phosphate en amidon.
· Théorie de l’amidon-sucre – La conversion de l’amidon en sucre augmente le potentiel osmotique, attirant ainsi l’eau dans les cellules de garde.
· Théorie de la pompe à proton-potassium – Grâce à une séquence d’événements, les ions potassium sont transportés dans les cellules de garde pendant la journée, augmentant la concentration de soluté et aspirant l’eau dans la cellule.
· Théorie du transport actif K + – Une augmentation des ions potassium est causée par la conversion de l’amidon en phosphoénolpyruvate et par conséquent en acide malique.
Dioxyde de carbone e Détection et signalisation
L’un des facteurs qui influencent le gonflement et le rétrécissement des cellules de garde est la concentration de dioxyde de carbone. En cas de concentration élevée de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, des études ont montré que les canaux anioniques étaient activés, provoquant le déplacement des ions potassium hors des cellules. Dans le même temps, le chlorure est libéré des cellules, réutilisant finalement dans la dépolarisation de la membrane.
Avec les solutés sortant de la cellule, leur concentration hors de la cellule augmente par rapport à celle à l’intérieur de la cellule. En conséquence, l’eau est expulsée de la cellule par osmose. À son tour, cela provoque le rétrécissement de la cellule et la fermeture de l’ouverture / du pore.
* Il est suggéré que le malate soit un effecteur intermédiaire entre le gaz (dioxyde de carbone) et l’activation du canal.
* À basse pression partielle de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, l’inverse se produit .
Détection et signalisation de l’acide abscisique (ABA)
Dans différents types de plantes, l’ABA (une hormone végétale) a un certain nombre de fonctions allant du contrôle de la germination des graines à son impact sur les cellules de garde.
Dans des conditions environnementales telles que la sécheresse ou l’augmentation de la salinité du sol, il a été démontré que les racines produisent cette hormone en quantités plus élevées. La détection de cette hormone par les cellules de garde provoque des changements dans l’absorption ou l’élimination des ions des cellules qui à leur tour provoquent l’ouverture ou la fermeture de la stomie. Ici, une sous-unité de Mg-chélatase s’est avérée se lier à l’hormone et servir ainsi d’intermédiaire.
Dans les cas de grandes quantités d’ABA, l’efflux d’anions comme ainsi que le potassium à travers les canaux se produit. En même temps, l’importation d’ions potassium est inhibée, ce qui empêche les ions de se déplacer dans la cellule (cela entraînerait autrement une concentration élevée de solutés dans la cellule).
Avec une concentration élevée de soluté à l’extérieur de la cellule, l’eau est expulsée par osmose, ce qui réduit à son tour la pression de turgescence des cellules de garde. À son tour, cela provoque la fermeture de l’ouverture, empêchant les cellules de perdre plus d’eau.
* Dans des conditions environnementales normales, les stomates s’ouvrent pendant la journée pour permettre l’apport de dioxyde de carbone et se ferment la nuit lorsque des réactions indépendantes de la lumière (réactions photosynthétiques) se produisent.
* La nuit, l’eau pénètre dans les cellules subsidiaires depuis les cellules de garde ce qui les rend flasques (réduisant la pression de turgescence dans les cellules de garde) et provoquant stomie à fermer.
Voir aussi Cellules de mésophylle et cellules de méristème.
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