Definition: Was ist eine Schutzzelle?
Im Wesentlichen sind Schutzzellen zwei bohnenförmige Zellen, die ein Stoma umgeben. Als Epidermiszellen spielen sie eine wichtige Rolle beim Gasaustausch in und aus Pflanzenblättern, indem sie das Öffnen und Schließen von Poren regulieren, die als Stoma bekannt sind. Darüber hinaus sind sie die Kanäle, über die Wasser aus Blättern in die Umwelt freigesetzt wird.
Als solche spielen Schutzzellen eine entscheidende Rolle bei der Photosynthese, indem sie den Eintritt von regulieren für den Prozess notwendige Materialien. Abgesehen von der Regulierung des Gasaustauschs (sowie der Wasserfreisetzung aus Blättern) wurde auch gezeigt, dass sie Chloroplasten enthalten, die sie auch zu einem Ort der Photosynthese machen.
Einige der Faktoren, die die Schutzzellaktivitäten beeinflussen, sind:
- Luftfeuchtigkeit
- Temperatur „6a0df7e6f5“> Licht
- Kohlendioxid
- Kaliumionen
- Hormone
* Im Griechischen das Wort „Stoma“ bedeutet Mund.
* Obwohl Stomata häufig in Pflanzenblättern vorkommen, können sie auch in den Stielen zu finden.
Struktur der Schutzzellen
Wie bereits erwähnt, sind Schutzzellen Bean / nierenförmige Zellen auf der Pflanzenepidermis. Als solche sind sie wie Trichome und Fahrbahnzellen auch Epidermiszellen.
Zwischen jedem Paar von Schutzzellen befindet sich ein Stoma (eine Pore), durch das Wasser und Gase gelangen ausgetauscht werden. Das Öffnen und Schließen dieser Poren (zusammen als Stomata bezeichnet) wird durch das Verdicken und Schrumpfen von Schutzzellen auf der Epidermis ermöglicht.
* Die Anzahl Die Anzahl der Stomata auf einem Pflanzenblatt / -organ hängt stark von der Art der Pflanze und ihrem Lebensraum ab.
Ultrastruktur von Schutzzellen
In verschiedenen Pflanzentypen wurde gezeigt, dass Schutzzellen unterschiedliche Mengen der typischen Zellorganellen (unter anderem Strukturen) mit einigen einzigartigen Eigenschaften enthalten. Beispielsweise ist die Nagelhaut von Schutzzellen im Vergleich zum Rest eines Blattes für Wasserdampf durchlässiger, was wiederum ihre Aktivitäten / Funktionen beeinflusst.
Es wurde auch gezeigt, dass Schutzzellen zahlreiche Ektodesmen aufweisen. Hier wurde auch gezeigt, dass die Nagelhaut für verschiedene polare Substanzen durchlässiger ist. Dies ist besonders wichtig, da die Konzentration dieser Substanzen die Verdickung und Schrumpfung von Schutzzellen beeinflusst.
* Auf Schutzzellen Die Nagelhaut ist an den Außenteilen tendenziell dicker.
* Durchlässigkeit der Nagelhaut hängt auch von seiner chemischen Zusammensetzung ab.
In jungen und sich entwickelnden Schutzzellen lagern sich Pektin und Cellulose allmählich in den Plasmodesmen (einer dünnen Schicht aus Zytoplasma) ab. Es verschwindet jedoch, wenn die Schutzzellen reifen, während die wenigen, die erhalten bleiben, keine Funktion mehr haben.
An ihren Wänden befinden sich auch Perforationen, durch die relativ große Organellen passieren können . Zum Beispiel können Plastiden und Mitochondrien diese Perforationen passieren.
Verschiedene Komponenten können auch in verschiedenen Arten von Schutzzellen in unterschiedlichen Mengen und Ausrichtungen gefunden werden.
In hantelförmigen Schutzzellen befinden sich Fibrillen radial in der Außenwand. Diese Ausrichtung kann sich jedoch mit der Verdickung und Schrumpfung der Zellen ändern. Neben Fibrillen und Mikrofibrillen wurde eine Reihe anderer Substanzen in verschiedenen Schutzzellen identifiziert.
In Zea mays wurde beispielsweise neben Cellulose auch Lignin identifiziert . Andererseits wurde Pektin in den Schutzzellen vieler Pflanzen identifiziert.
Einige der in Schutzzellen gefundenen Organellen umfassen:
· Mikrotubuli – dienen zur Orientierung von Cellulosemikrofibrillen. Sie tragen auch zum Aufbau und zur Entwicklung von Schutzzellen bei.
· Endoplasmatisches Retikulum – Die hohen Mengen an rauem endoplasmatischem Retikulum in Schutzzellen sind an der Proteinsynthese beteiligt.Neben der Proteinsynthese ist ER auch an der Bildung von Vakuolen und Vesikeln beteiligt.
· Lysosomen – enthalten eine Reihe von Molekülen, die zur guten Funktion der Zelle beitragen . Diese schließen ein; Lipasen, Endopeptidasen, Phosphate und DNAse.
· Lipidtröpfchen – in Schutzzellen sind die Zwischenprodukte bei der Synthese von Wachs und Cutin
· Kerne – befinden sich zentral in Schutzzellen. Es wurde gezeigt, dass sie ihre allgemeine Form mit dem Öffnen und Schließen des Stomas ändern.
· Plastiden – In Schutzzellen variieren Plastiden wie Chloroplasten in ihrer Anzahl von einer Pflanze zur anderen. Während einige dieser Plastiden möglicherweise schlecht entwickelt sind, sind andere gut entwickelt und können Funktionen wie die Photosynthese ausführen. In Schutzzellen mit funktionellen Chloroplasten sind hohe Mengen an Stärke während der Nacht
· Mitochondrien – In Schutzzellen (im Vergleich zu Mesophyllzellen) können hohe Mengen an Mitochondrien gefunden werden ist ein Hinweis auf hohe Stoffwechselaktivitäten.
Stomata
Grundsätzlich beziehen sich Stomata sowohl auf die Pore (Stoma) als auch auf die Schutzzellen, die sie umgeben die Epidermis. Um die Schutzzellen herum befinden sich Nebenzellen, die zur Klassifizierung der verschiedenen Arten von Stomata verwendet wurden.
Während das Stoma (Pore / Öffnung) der Kanal ist, durch den Gase eintreten Die Lufträume in Blättern, das Öffnen und Schließen dieser Öffnungen werden durch Schutzzellen auf der Epidermis reguliert.
Klassifizierung von Stomata
Im Allgemeinen werden Stomata basierend auf Verteilung und Struktur klassifiziert.
Arten von Stomata basierend auf Verteilung / Platzierung:
· Seerosentyp – befinden sich auf die obere Epidermis der Blätter. Sie kommen in vielen Wasserpflanzen wie der Seerose vor.
· Apfeltyp (Maulbeertyp) – sind Stomata, die typischerweise auf der Unterseite von Blättern vorkommen . Als solche kommen sie unter anderem in Pflanzen wie Walnuss, Äpfeln und Pfirsich vor.
· Kartoffeltyp – Ein Großteil dieser Stomata befindet sich auf der Unterseite der Blätter, während einige auf der Oberseite gefunden werden können. Als solche sind sie typischerweise in amphistomatischen und anisostomatischen Blättern (z. B. Kartoffeln, Tomaten, Kohl usw.) zu finden.
· Hafertyp – sind in isostomatischen Blättern zu finden (wobei Stomata sind auf der Ober- und Unterseite der Blätter verteilt.
· Potamogeton-Typ – fehlen oder sind nicht funktionsfähig, wie dies bei untergetauchten Wasserpflanzen der Fall ist / p>
Basierend auf der Struktur
· Anomocytic – Eine kleine Zahl von Nebenzellen umgeben die Stomata. Diese Zellen (Nebenzellen) sind größtenteils identisch mit den anderen Epidermiszellen.
· Kreuzblütler – Das Stoma ist von drei Arten von Nebenzellen umgeben Zellen unterschiedlicher Größe.
· Paracytisch – Das Stoma ist von zwei Zellen (Nebenzellen) umgeben, die parallel zur Achse der Schutzzellen angeordnet sind.
· Graminaceous – Hier sind die Schutzzellen hantelförmig. Mit parallel dazu angeordneten Nebenzellen.
· Diacytic – Das Stoma in dieser Klassifikation besteht aus zwei Schutzzellen. Die Wand der das Stoma umgebenden Nebenzellen steht im rechten Winkel zu den Schutzzellen.
· Zyklozytisch – Hier umgeben mindestens vier Nebenzellen die Schutzzelle
* 80 bis 90 Prozent der Transpiration erfolgen über die Stomata. Wasser geht auch durch linsenförmige und kutikuläre Transpiration verloren.
* Nur eine kleine Menge Die absorbierte Wassermenge (etwa 2 Prozent) wird für die Photosynthese in Pflanzen verwendet.
Anpassungen
Schutzzellen weisen eine Reihe von Anpassungen auf, die zu ihren Funktionen beitragen.
Dazu gehören:
Sie haben Perforationen, durch die gelöste Stoffe und Wasser in die Zellen gelangen oder diese verlassen – Dies ist eine der wichtigsten Anpassungen der Schutzzellen, weil die Bewegung von gelösten Stoffen und Wasser in und aus den Schutzzellen dazu führt, dass sie schrumpfen oder anschwellen. Dies führt wiederum zum Schließen oder Öffnen des Stomas / der Pore, durch die Wasser und Gase ausgetauscht werden.
Sie enthalten Chloroplasten – Obwohl sie nicht so viele Chloroplasten wie Mesophyllzellen enthalten, wurde gezeigt, dass Schutzzellen die einzigen Epidermiszellen mit Chloroplasten sind.
Als solche sind Schutzzellen von Somapflanzen Photosynthesestellen, an denen Zucker und Energie produziert werden. Es ist erwähnenswert, dass Chloroplasten in einigen Schutzzellen entweder fehlen oder inaktiv sind.
Sie enthalten Hormonrezeptoren, sodass sie angemessen auf Änderungen in ihrer Umgebung reagieren können Beispielsweise führt Wasserknappheit im Boden zur Freisetzung eines Hormons (Abscisinsäure (ABA)).
Dieses Hormon wird von den Wurzelzellen zu den Wachrezeptoren transportiert Zellen, die wiederum dazu führen, dass die Schutzzellen das Stoma schließen, um einen übermäßigen Wasserverlust zu verhindern.
Bohnen- / Nierenform – Die Form der Schutzzellen eignet sich zum Schließen und Öffnen des Stomas, um den Gasaustausch und die Freisetzung von Wasser zu regulieren.
Schutzzellen sind von einer dünnen, elastischen Außenwand umgeben – trägt zur Bewegung von Wasser und gelösten Stoffen in und aus der Zelle bei.
Standort – Abhängig vom Lebensraum können Schutzzellen lokalisiert werden d auf der Ober- oder Unterseite des Blattes. Dies reguliert die Menge an Wasser, die an die Umwelt verloren geht.
In den meisten Wasserpflanzen befinden sich Schutzzellen und damit die Stomata auf der Oberseite des Blattes, wodurch mehr Wasser in die Umwelt freigesetzt werden kann. Bei Pflanzen in heißeren / trockenen Gebieten befinden sich diese Zellen jedoch auf der Unterseite des Blattes und weisen tendenziell eine geringere Anzahl auf.
Schließ- und Öffnungsmechanismus
Eine der wichtigsten Funktionen von Schutzzellen ist die Steuerung des Schließens und Öffnens der Stoma / Poren. Während die Öffnung dieser Poren die Freisetzung von Wasser in die Umwelt ermöglicht, kann Kohlendioxid zur Photosynthese (sowie zur Freisetzung von Sauerstoff in die Umwelt) in die Zelle gelangen. Aus diesem Grund spielen Schutzzellen eine entscheidende Rolle bei der Photosynthese.
Basierend auf einer Reihe von Studien wurde gezeigt, dass Faktoren wie Lichtintensität und Hormone die Schwellung oder Schrumpfung von Schutzzellen und damit das Öffnen und Schließen der Schutzzellen beeinflussen Poren.
In Bezug auf die Porenöffnung beeinflussen diese Faktoren die Wasseraufnahme in die Zelle, wodurch sich die Schutzzellen aufblasen. Dieses Aufblasen / Quellen führt zur Öffnung der Poren, was wiederum einen Gasaustausch (sowie die Freisetzung von Wasser / Transpiration) ermöglicht.
Während der Prozess einfach zu sein scheint, muss der Signalweg, der die Aktivitäten der Schutzzellen beeinflusst, noch vollständig verstanden werden. Aus diesem Grund wurde eine Reihe von Theorien vorgestellt (und widerlegt), um den gesamten Prozess / Mechanismus zu beschreiben. Unabhängig davon sind einige Aspekte gut verstanden und werden in diesem Abschnitt hervorgehoben.
Theorien zur Erklärung der Bewegung von Wasser in und aus Schutzzellen umfassen:
· pH-Theorie – Eine Erhöhung der Konzentration von Wasserstoffionen führt zu einer Verringerung des pH-Werts, was wiederum zur Umwandlung von Glucose-1-phosphat in Stärke führt.
· Stärkezuckertheorie – Die Umwandlung von Stärke in Zucker führt zu einer Erhöhung des osmotischen Potentials, wodurch Wasser in die Schutzzellen gezogen wird.
· Protonen-Kalium-Pumpentheorie – Durch eine Abfolge von Ereignissen werden Kaliumionen tagsüber in die Schutzzellen transportiert, wodurch die Konzentration gelöster Stoffe erhöht und Wasser in die Zelle gezogen wird.
· Theorie des aktiven K + -Transports – Ein Anstieg der Kaliumionen wird durch die Umwandlung von Stärke in Phosphoenolpyruvat und folglich Apfelsäure verursacht.
Kohlendioxid e Erfassung und Signalisierung
Einer der Faktoren, die die Schwellung und Schrumpfung von Schutzzellen beeinflussen, ist die Kohlendioxidkonzentration. In Fällen hoher Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre haben Studien gezeigt, dass Anionenkanäle aktiviert werden und Kaliumionen aus den Zellen austreten. Gleichzeitig wird Chlorid aus den Zellen freigesetzt, das letztendlich bei der Depolarisation der Membran wiederverwendet wird.
Wenn sich gelöste Stoffe aus der Zelle herausbewegen, steigt ihre Konzentration aus der Zelle im Vergleich zu der in der Zelle. Infolgedessen wird Wasser durch Osmose aus der Zelle gedrückt. Dies führt wiederum dazu, dass die Zelle schrumpft und die Öffnung / Pore schließt.
* Malat wird als Zwischeneffektor zwischen dem Gas (Kohlendioxid) und der Aktivierung des Kanals vorgeschlagen.
* Bei niedrigem Partialdruck von Kohlendioxid in der Atmosphäre tritt das Gegenteil auf
Abscisic Acid (ABA) Sensing and Signaling
In verschiedenen Pflanzentypen hat ABA (ein Pflanzenhormon) eine Reihe von Funktionen Von der Kontrolle der Keimung von Samen bis zu ihrer Auswirkung auf Schutzzellen.
Unter Umweltbedingungen wie Trockenheit oder erhöhtem Salzgehalt im Boden wurde gezeigt, dass Wurzeln produzieren dieses Hormon in höheren Mengen. Der Nachweis dieses Hormons durch Schutzzellen führt zu Veränderungen bei der Aufnahme oder Entfernung von Ionen aus den Zellen, was wiederum das Öffnen oder Schließen des Stomas bewirkt. Hier wurde gezeigt, dass eine Untereinheit von Mg-Chelatase das Hormon bindet und somit als Zwischenprodukt dient.
In Fällen hoher Mengen an ABA ist der Ausfluss von Anionen als sowie Kalium durch die Kanäle auftritt. Gleichzeitig wird der Import von Kaliumionen gehemmt, wodurch verhindert wird, dass sich die Ionen in die Zelle bewegen (dies würde andernfalls eine hohe Konzentration an gelösten Stoffen in der Zelle verursachen).
Bei einer hohen Konzentration gelöster Stoffe außerhalb der Zelle wird Wasser durch Osmose herausgedrückt, was wiederum den Turgordruck der Schutzzellen verringert. Dies führt wiederum dazu, dass sich die Öffnung schließt und die Zellen kein Wasser mehr verlieren.
* Unter normalen Umgebungsbedingungen öffnen sich die Stomata tagsüber, um die Aufnahme von Kohlendioxid zu ermöglichen, und schließen nachts, wenn lichtunabhängige Reaktionen (Photosynthesereaktionen) stattfinden.
* Nachts gelangt Wasser aus den Schutzzellen in die Nebenzellen, wodurch sie schlaff werden (wodurch der Turgordruck in den Schutzzellen verringert wird) und somit verursacht werden zu schließendes Stoma.
Siehe auch Mesophyllzellen und Meristemzellen.
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