Definiție: Ce este o celulă de pază?
În esență, celulele de gardă sunt două celule în formă de bob care înconjoară o stomă. Ca celule epidermice, ele joacă un rol important în schimbul gazos în și din frunzele plantelor prin reglarea deschiderii și închiderii porilor cunoscuți sub numele de stoma. În plus, acestea sunt canalele prin care apa este eliberată din frunze în mediu.
Ca atare, celulele de pază joacă un rol crucial în fotosinteză prin reglarea intrării materiale necesare procesului. În afară de reglarea schimbului gazos (precum și eliberarea apei din frunze), s-a dovedit că conțin cloroplaste care le fac și ele un loc de fotosinteză.
Unii dintre factorii care influențează activitățile celulei de pază includ:
- Umiditate
- Temperatură
- Lumina
- Dioxid de carbon
- Ioni de potasiu
- Hormoni
* În greacă, cuvântul „stoma” înseamnă gură.
* Deși stomatele se găsesc frecvent în frunzele plantelor, ele pot pot fi găsite și în tulpini.
Structura celulelor de pază
După cum sa menționat, celulele de pază sunt bean / celule în formă de rinichi localizate pe epiderma plantei. Ca atare, ele, la fel ca tricomii și celulele de pavaj, sunt și celule epidermice.
Între fiecare pereche de celule de gardă se află o stomă (un por) prin care apa și gazele sunt schimbate. Deschiderea și închiderea acestor pori (denumite în mod colectiv sub numele de stomate) este posibilă prin îngroșarea și micșorarea celulelor de gardă pe epidermă.
* Numărul de stomate pe o frunză / organ de plantă este foarte dependentă de tipul de plantă, precum și de habitatul său.
Ultrastructura celulelor de pază
În diferite tipuri de plante, s-a demonstrat că celulele de pază conțin cantități variabile de organite celulare tipice (printre alte structuri) cu unele caracteristici unice. De exemplu, în comparație cu restul unei frunze, cuticula celulelor de gardă este mai permeabilă la vaporii de apă, care la rândul lor le influențează activitățile / funcțiile.
De asemenea, s-a demonstrat că celulele de gardă au numeroase ectodesmate. Aici, cuticula sa dovedit a fi mai permeabilă la diferite substanțe polare. Acest lucru este deosebit de important, dat fiind faptul că concentrația acestor substanțe influențează îngroșarea și restrângerea celulelor de gardă.
* Pe celulele de gardă , cuticula tinde să fie mai groasă pe părțile exterioare.
* Permeabilitatea cuticulelor este, de asemenea, dependentă de compoziția sa chimică.
La celulele de gardă tinere și în curs de dezvoltare, pectina și celuloza sunt depuse treptat în plasmodesme (un strat subțire de citoplasmă). Cu toate acestea, dispare pe măsură ce celulele de gardă se maturizează, în timp ce puținele care sunt reținute sunt lipsite de orice funcție.
Există, de asemenea, perforări pe pereții lor care permit trecerea organelor relativ mari . De exemplu, plastidele și mitocondriile pot trece prin aceste perforații.
Diverse componente pot fi găsite, de asemenea, în diferite tipuri de celule de gardă în cantități și orientări variate.
În celulele de gardă în formă de halteră, fibrilele sunt radial în peretele exterior. Cu toate acestea, această orientare se poate modifica odată cu îngroșarea și micșorarea celulelor. În afară de fibrile și microfibrile, au fost identificate o serie de alte substanțe în diferite celule de pază.
În Zea mays, de exemplu, lignina a fost identificată pe lângă celuloză . Pe de altă parte, pectina a fost identificată în celulele de gardă ale multor plante.
Unele dintre organele găsite în celulele de gardă includ:
· Microtubuli – servesc la orientarea microfibrilelor de celuloză. De asemenea, ele contribuie la construirea și dezvoltarea celulelor de pază.
· Reticul endoplasmatic – Cantitățile mari de reticul endoplasmatic dur prezente în celulele de pază sunt implicate în sinteza proteinelor.În afară de sinteza proteinelor, ER este implicat și în formarea vacuolelor și veziculelor.
· Lizozomii – conțin o serie de molecule care contribuie la buna funcționare a celulei . Acestea includ; lipaze, endopeptidaze, fosfați și DNAse.
· Picăturile de lipide – în celulele de gardă sunt intermediari în sinteza ceară și cutină
· Nucleele – sunt situate central în celulele de gardă. S-a arătat că își schimbă forma generală cu forme cu deschiderea și închiderea stomei.
· Plastide – În celulele de gardă, plastidele precum cloroplastele variază ca număr de la o plantă la alta. În timp ce unele dintre aceste plastide pot fi slab dezvoltate, altele sunt bine dezvoltate și capabile de funcții precum fotosinteza. În celulele de gardă cu cloroplaste funcționale, cantități mari de amidon în timpul nopții
· Mitocondrii – Cantități mari de mitocondrii pot fi găsite în celulele de gardă (comparativ cu celulele mezofile) care este dovada activităților metabolice ridicate.
Stomate
Practic, stomatele se referă atât la pori (stoma), cât și la celulele de gardă care le înconjoară epiderma. Înconjurătorul celulelor de pază sunt celule subsidiare care au fost utilizate pentru clasificarea diferitelor tipuri de stomate.
În timp ce stoma (porul / deschiderea) este canalul prin care intră gazele spațiile aeriene din frunze, deschiderea și închiderea acestor deschideri sunt reglementate de celule de pază situate pe epidermă.
Clasificare of Stomata
În general, stomatele sunt clasificate în funcție de distribuție și structură.
Tipuri de stomate bazate pe distribuție / plasare:
· tip nufăr – se află pe epiderma superioară a frunzelor. Ele pot fi găsite în multe plante acvatice, cum ar fi nufărul.
· Tipul de mere (tip de dud) – sunt stomate care se găsesc de obicei pe suprafața inferioară a frunzelor. . Ca atare, pot fi găsite în plante precum nuc, mere și piersici, printre altele.
· Tipul cartofului – Majoritatea acestor stomate se găsesc pe suprafața inferioară a frunzelor, în timp ce câteva pot fi găsite pe suprafața superioară. Ca atare, ele se găsesc în mod obișnuit în frunzele amfistomatice și anisostomatice (de exemplu, cartofi, roșii, varză etc.)
· Tipul de ovăz – se găsesc în frunzele izostomatice (unde stomatele sunt distribuite pe suprafața superioară și inferioară a frunzelor)
· Tip Potamogeton – sunt fie absente, fie nefuncționale, așa cum este cazul plantelor acvatice scufundate.
Bazat pe structură
· Anomocitic – Un număr mic de celule subsidiare înconjoară stomatele. În cea mai mare parte, aceste celule (celule subsidiare) sunt identice cu celelalte celule epidermice.
· Crucifer – Stoma este înconjurată de trei tipuri de filiale celule care variază în mărime.
· Paracytic – Stoma este înconjurată de două celule (subsidiare) care sunt dispuse în mod paralel cu axa celulelor de gardă.
· Graminacee – Aici, celulele de gardă sunt în formă de halteră. Cu celule subsidiare dispuse paralel cu ele.
· Diacitic – Stoma din această clasificare este de două celule de gardă. Peretele celulelor secundare care înconjoară stoma se află într-un unghi drept față de celulele de pază.
· Cyclocytic – Aici, cel puțin patru celule secundare înconjoară celula de pază. .
* 80-90 la sută din transpirație are loc prin stomate. Apa se pierde și prin transpirația lenticulară și cuticulară.
* Doar o cantitate mică de apă absorbită (aproximativ 2%) este utilizată pentru fotosinteza plantelor.
Adaptări
Celulele de gardă au o serie de adaptări care contribuie la funcțiile lor.
Acestea includ:
Au perforații prin care solutii și apa intră sau ies din celule – Aceasta este una dintre cele mai importante adaptări a celulelor de gardă, deoarece mișcarea solutelor și a apei în și în afara celulelor de gardă le determină să se micșoreze sau să se umfle. La rândul său, acest lucru are ca rezultat închiderea sau deschiderea stomei / porului prin care se schimbă apa și gazele.
Acestea conțin cloroplaste – Deși nu conțin atât de multe cloroplaste ca celule mezofile, celulele de gardă s-au dovedit a fi singurele celule epidermice cu cloroplast.
Ca atare, celulele de gardă ale plantelor soma sunt situri fotosintetice în care sunt produse zaharuri și energie. Merită remarcat faptul că cloroplastul este absent sau inactiv în unele celule de pază.
Acestea conțin receptori hormonali – permițându-le să răspundă în mod adecvat la schimbările din mediul lor. de exemplu, deficitul de apă din sol determină eliberarea unui hormon (acid abscisic (ABA)).
Acest hormon este transportat din celulele rădăcinii către receptorii de pază celule care la rândul lor determină închiderea celulelor de gardă pentru a preveni pierderile excesive de apă.
În formă de fasole / rinichi – Forma celulelor de protecție este convenabilă pentru închiderea și deschiderea stomei pentru a regla schimbul gazos și eliberarea apei.
Celulele de gardă sunt înconjurate de un perete exterior subțire și elastic – contribuie la mișcarea apei și a substanțelor solubile în și din celulă.
Locație – În funcție de habitat , celulele de pază pot fi localizate d pe suprafața superioară sau inferioară a frunzei. Aceasta reglează cantitatea de apă pierdută în mediu.
La majoritatea plantelor acvatice, celulele de gardă și, prin urmare, stomatele, sunt situate pe suprafața superioară a frunzei, ceea ce permite ca mai multă apă să fie eliberată în mediu. Cu toate acestea, pentru plantele din zone mai calde / uscate, aceste celule sunt situate pe suprafața inferioară a frunzei și tind să fie mai puține ca număr.
Mecanismul de închidere și deschidere
Una dintre cele mai importante funcții ale celulelor de pază este de a controla închiderea și deschiderea stomă / pori. În timp ce deschiderea acestor pori permite eliberarea apei în mediu, permite și dioxidului de carbon să pătrundă în celulă pentru fotosinteză (precum și eliberarea de oxigen în mediu). Din acest motiv, celulele de gardă joacă un rol crucial în fotosinteză.
Pe baza mai multor studii, s-a demonstrat că factori precum intensitatea luminii și hormonii influențează umflarea sau micșorarea celulelor de gardă și astfel deschiderea și închiderea pori.
Aici, în ceea ce privește deschiderea porilor, acești factori influențează absorbția apei în celulă determinând umflarea celulelor de gardă. Această umflare / umflare are ca rezultat deschiderea porilor, care la rândul lor permite schimbul gazos (precum și eliberarea de apă / transpirație).
În timp ce procesul pare a fi unul simplu, calea de semnalizare care influențează activitățile celulei de pază nu este încă pe deplin înțeleasă. Din acest motiv, au fost prezentate (și infirmate) o serie de teorii pentru a descrie întregul proces / mecanism. Indiferent, mai multe aspecte sunt bine înțelese și vor fi evidențiate în această secțiune.
Teoriile care au ca scop explicarea mișcării apei în și în afara celulelor de pază includ:
· teoria pH-ului – O creștere a concentrației de ioni de hidrogen determină o scădere a pH-ului, care la rândul său duce la conversia glucozei-1-fosfat în amidon.
· Teoria amidon-zahăr – Conversia amidonului în zahăr determină creșterea potențialului osmotic, atragând astfel apa în celulele de protecție.
· Teoria pompei proton-potasiu – Printr-o succesiune de evenimente, ionii de potasiu sunt transportați în celulele de protecție în timpul zilei, crescând concentrația de solut și atrăgând apa în celulă.
· Teoria activă a transportului K + – O creștere a ionilor de potasiu este cauzată de conversia amidonului în fosfoenolpiruvat și în consecință a acidului malic.
Dioxid de carbon e Detectare și semnalizare
Unul dintre factorii care influențează umflarea și contracția celulelor de gardă este concentrația de dioxid de carbon. În cazurile de concentrație ridicată de dioxid de carbon în atmosferă, studiile au arătat că se activează canalele anionice determinând ieșirea ionilor de potasiu din celule. În același timp, clorura este eliberată din celule reutilizându-se în cele din urmă în depolarizarea membranei.
Cu solutii care se deplasează în afara celulei, concentrația lor în afara celulei crește în comparație cu cea din interiorul celulei. Ca urmare, apa este forțată să iasă din celulă prin osmoză. La rândul său, acest lucru face ca celula să se micșoreze și să închidă diafragma / porul.
* Se sugerează că malatul este un efector intermediar între gaz (dioxid de carbon) și activarea canalului.
* La o presiune parțială scăzută a dioxidului de carbon din atmosferă, apare invers .
Detectarea și semnalizarea acidului abscizic (ABA)
În diferite tipuri de plante, ABA (un hormon vegetal) are o serie de funcții de la controlul germinării semințelor la impactul acesteia asupra celulelor de pază.
În condiții de mediu precum seceta sau salinitatea crescută în sol, s-a demonstrat că rădăcinile produc acest hormon în cantități mai mari. Detectarea acestui hormon de către celulele de pază determină modificări în aportul sau îndepărtarea ionilor din celule, care la rândul lor determină deschiderea sau închiderea stomiei. Aici, s-a arătat că o subunitate de Mg-chelatază leagă hormonul și, astfel, servește ca intermediar.
În cazurile de cantități mari de ABA, efluxul de anioni precum și potasiul prin canale apare. În același timp, este inhibat importul de ioni de potasiu, ceea ce împiedică mișcarea ionilor în celulă (altfel ar provoca o concentrație ridicată de substanțe dizolvate în celulă).
Cu o concentrație ridicată de substanță dizolvată în afara celulei, apa este forțată să iasă prin osmoză, ceea ce, la rândul său, reduce presiunea turgor a celulelor de protecție. La rândul său, acest lucru determină închiderea diafragmei, împiedicând celulele să mai piardă apă.
* În condiții normale de mediu, stomatele se deschid în timpul zilei pentru a permite aportul de dioxid de carbon și se închid noaptea când au loc reacții independente de lumină (reacții fotosintetice).
* Noaptea, apa pătrunde în celulele secundare din celulele de gardă, ceea ce le face să devină flacide (reducând presiunea turgorului în celulele de gardă) și provocând astfel stoma să fie închisă.
A se vedea, de asemenea, celulele mesofile și celulele Meristem.
Reveniți la studierea structurii frunzei la microscop
Reveniți de la celulele de gardă la MicroscopeMaster acasă
Cecie Starr. (1991). Biologie: concepte și aplicații.
June M. Kwak, Pascal Mäser, Julian I. Schroeder. (2009). The Cellable Guard Cell, Versiunea II: Model interactiv de mecanisme și căi de transducție a semnalului de celule de pază.
J. M. Whatley. (1971). Untrastructura celulelor de pază ale Phaseolus Vulgaris.
Mareike Jezek și Michael R. Blatt. (2017). Sistemul de transport cu membrană al celulei de pază și integrarea sa pentru dinamica stomacală.
Sallanon Huguette, Daniel Laffray și Alain Coudret. (1993). Structura, ultrastructura și funcționarea celulelor de gardă ale plantelor de trandafir in vitro. ResearchGate.
Linkuri