Клеточное строение листьев растений

Что такое устьица?

Кожица на нижней стороне листа содержит устьица. Это две замыкающиеся клетки, как уста, которые содержат хлоропласты. Когда лист содержит излишнюю воду, клетки, которые замыкают устьице, набухают и отходят в стороны друг от друга, а через образовавшуюся щель выделяется излишняя влага в виде водяного пара. Если растение чувствует нехватку влаги, то устьица крепко смыкаются и не дают возможности испаряться воде, находящейся внутри растения.

Большинство растений имеют устьица на нижней части листа, например, капуста. У картофеля и подсолнечника они есть как снизу, так и сверху листовой пластины. А вот ковыль и водяные растения устьица имеют только в верхней части.

Наблюдение

Наблюдение за кожурой листьев под микроскопом выявляет несколько ключевых особенностей, связанных с устьицами и их ролью в регуляции газообмена у растений:

1. Видимые эпидермальные клетки: Первое наблюдение показывает наличие клеток эпидермиса на поверхности кожуры листьев. Эти клетки имеют неправильные очертания и кажутся плотно упакованными без межклеточных пространств.
2. Маленькие отверстия (устьица): Среди эпидермальных клеток по всей поверхности листа разбросаны мелкие отверстия или поры. Эти отверстия называются устьицами. Устьица служат основными местами газообмена между внутренними тканями растения и атмосферой.
3. Охранные клетки: При ближайшем рассмотрении можно увидеть отчетливые структуры, известные как замыкающие клетки, окружающие устьичные отверстия. Замыкающие клетки представляют собой две почковидные клетки, расположенные по бокам устьиц и отвечающие за регуляцию их открывания и закрывания.
4. Наличие хлоропластов и ядра в замыкающих клетках: Замыкающие клетки показывают наличие хлоропластов, клеточных органелл, ответственных за фотосинтез. Это связано с тем, что замыкающие клетки должны осуществлять фотосинтез, чтобы производить энергию для своей функции. Кроме того, в замыкающих клетках наблюдается ядро, которое необходимо для контроля клеточной активности.
5. Тонкая наружная оболочка и толстая внутренняя граница замыкающих клеток: Замыкающие клетки имеют специфическое структурное устройство. Они имеют тонкое внешнее покрытие и толстую внутреннюю границу, что придает им вогнутый вид. Эта уникальная конфигурация позволяет замыкающим клеткам изменять форму и контролировать размер устьичных пор во время процесса открытия и закрытия.
6. Контроль открывания и закрывания устьиц: Одним из наиболее важных наблюдений является то, что замыкающие клетки играют решающую роль в контроле открытия и закрытия устьиц. Когда замыкающие клетки набухают (наполняются водой), они изгибаются и создают отверстие, позволяющее газам, таким как углекислый газ, проникать в лист для фотосинтеза. Напротив, когда замыкающие клетки теряют воду и становятся дряблыми, они закрывают устьичные поры, уменьшая потерю воды за счет транспирации.

Устьица листа с хлоропластами и представляет устьичный комплекс в форме аномоцитико Тианны (собственная работа) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], через Wikimedia Commons
Устьица под микроскопом

Значение устьиц

Устьица расположены в покровной ткани, поэтому их главной функцией является обмен веществ организмом с окружающей средой. Одним из них является вода, процесс испарения которой называется транспирацией. Его осуществление является очень важным для того, чтобы растения не перегревались в жаркое время года, ведь это может привести к их гибели. Когда испарение нежелательно, устьица практически прекращают транспирацию, тем самым удерживая необходимую влагу.

А вот Голосеменные растения имеют особое устройство устьиц. Они закупориваются во время зимы специальной смолой. Поэтому все представители данного отдела растений являются вечнозелеными. Им не нужно сбрасывать листву, чтобы защитить себя от потери излишней влаги в зимний период. В отличие от них все Покрытосеменные сохраняют в этот период жизнеспособными лишь побег и корень. А вот их листья опадают, чтобы не потерять запас воды на зиму. Поэтому елочка «зимой и летом одним цветом».

Что такое устьица, как они устроены и осуществляют свои функции, мы достаточно подробно рассмотрели. Однако стоит еще сказать, что кроме транспирации они служат также специализированным устройством для поступления кислорода, чтобы был возможен процесс дыхания и поступления углекислого газа для осуществления фотосинтеза. Кроме того, устьица способны контролировать интенсивность всех этих процессов, которая зависит от внешних факторов, и проявляется в способности к адаптации всех живых организмов к быстро изменяющимся условиям окружающей среды.

Итак, в покровной ткани листа находятся специализированные образования, которые называются устьицами. Они состоят из бинарных замыкающих клеток и щели между ними. Благодаря деятельности этой структуры в растительном организме осуществляются важнейшие процессы испарения воды, фотосинтеза и дыхания.

движений.

Устьица
выполняют две основные функции:
осуществляют газообмен и транспирацию
(испарение).

Устьице
состоит из двух замыкающих клеток и
устьичной щели между ними. К замыкающим
примыкают побочные (околоустьичные)
клетки. Под устьицем расположена
воздушная полость. Устьица способны
автоматически закрываться или открываться
по мере необходимости. Это обусловлено
тургорными явлениями.

Степень
раскрытия устьиц зависит от интенсивности
света, кол-ва воды в листе и угл.газа. в
межклетниках, t
воздуха и др.факторов. В зависимости
от фактора, запускающего двигательный
механизм (свет или начинающийся водный
дефицит в тканях листа), различают фото-
и гидроактивное движение устьиц.
Существует также гидропаесивное
движение, вызванное изменением
оводненности клеток эпидермиса и не
затрагивающее метаболизм замыкающих
клеток. Например, глубокий водный
дефицит может вызвать подвядание листа,
эпидермальные клетки при этом, уменьшаясь
в размерах, растягивают замыкающие
клетки, и устьица открываются. Или,
наоборот, сразу после дождя эпидермальные
клетки настолько разбухают

от
воды, что сдавливают замыкающие клетки,
и устьица закрываются.

Гидропассивная
р-ция — закрывание устьичных щелей,
когда паренхимы клетки переполнены
водой и механ.сдавливают замык.клетки

Гидроактивная
открывания и закрывания — движения,
вызванные изменением в содержании воды
в замыкающих клетках устьиц.

Фотоактивная
— проявл.в открытии устьиц на свету и
закрывании в темноте.

История исследований[править | править код]

Хотя учёные давно знали об испарении воды поверхностью листа, первым, кто наблюдал устьица, был итальянский натуралист Марчелло Мальпиги, который это открытие опубликовал в 1675 году в своей работе Anatomia plantarum. Однако он не понял их настоящую функцию. В то же время его современник Неемия Грю развил гипотезу об участии устьиц в вентиляции внутренней среды растения и сравнил их с трахеями насекомых. Прогресс в изучении наступил в XIX веке, и тогда же, в 1827 году, швейцарским ботаником Декандолем было впервые использовано слово «stoma». Изучением устьиц в то время занимались Гуго фон Моль, который открыл основной принцип открывания устьиц, и Симон Швенденер, классифицировавший устьица по типу их строения.

Некоторые аспекты функционирования устьиц продолжают интенсивно изучаться и в настоящее время; материалом в основном служат Коммелина обыкновенная (Commelina communis), Боб садовый (Vicia faba), Кукуруза сахарная (Zea mays).

Хлоропласты в устьицах листа

Устьица отличаются от покровной ткани листа, где они чаще всего содержатся, одной особенностью: они имеют хлоропласты. Покровная же ткань, как известно, их не содержит.
Хлоропласты устьиц имеют такое же строение, как и хлоропласты основной ассимиляционной (фотосинтезирующей) ткани. Они на свету обеспечивают фотосинтез, который обеспечивает клетки глюкозой (сахаром, углеводом). Она необходима для работы замыкающих клеток. Этот сахар оттягивает воду из близлежащих клеток, вследствие чего тургор в устьице становится выше, чем в них. По этой же причине увеличиваются оболочки устьиц. После этого клетки размыкаются для нужного движения. В этом заключается функция глюкозы как осмотически активного углевода.
Так, хлоропласты в устьицах листа – гарант их работы вследствие синтеза собственного дисахара.

Испарение воды устьицем листа

Как было сказано ранее, этот процесс называется транспирацией. Идёт он по большей части в листьях растений – составляет от 80 до 90% транспирации по всему растению. Существует одна закономерность: транспирация тем больше, чем больше лист растения. Это связано с тем, что на большой листовой пластине размещается больше устьиц, чтобы обеспечить достаточное количество поступающих внутрь газов.
В данном процессе выделяют три основных этапа.
1. Сначала осуществляется переход воды из оболочек клеток (клеточных стенок) в межклетники. Здесь она находится в капельно-жидком состоянии, но начинается переход в парообразное состояние.
2. На втором этапе пары воды выходят в воздушную полость устьица. Устьица к этому времени уже открыты под увеличением тургорного давления: форма клеток изменилась и устьичная щель увеличилась. Преодолевая внутренний дворик, пары готовятся к выходу из листа. Если случается так, что устьица все ещё закрыты, переход воды из одного состояния в другое прекращается, процесс транспирации замедляется.
3. Заключительный этап является непосредственным выходом паров в атмосферный воздух. Когда их испарение закончится, давление уменьшается и замыкающие клетки возвращаются к закрытому состоянию.

Расположение устьица листа

Расположение устьиц зависит от специфики самого растения. В том числе, влияет его принадлежность к классам и отделам.
Первые различия в расположении устьиц на листовой пластинке выделяют у двудольных и однодольных растений.
• Двудольные обычно содержат замыкающие клетки и сверху, и снизу листа, беспорядочно расположенные относительно других клеток. Их приблизительное количество редко одинаково – внизу их обычно больше. Так лист приспособился к тому, что сверху, где света больше, испарять излишне большое количество воды не нужно. Её напротив иногда нужно сохранять подольше. Но встречаются среди двудольных и те, что устьица содержат исключительно в нижней части. Такие листья получили название гипостоматических.
• Однодольные более разнообразны в данном плане. У них нет общих определенных стандартов расположения замыкающих клеток (кроме того, что в основном они расположены ровными рядами). Это зависит от того, как лист расположится относительно стебля. Если он расположен вертикально, количество устьиц на обеих сторонах будет относительно равным. Это листья амфистоматические.
Более интересно дела обстоят у водных растений. Плавающие на поверхности воды имеют устьица только сверху. Влага поступает с помощью кутикулы. Эпистоматические листья – те, что устьица имеют только сверху листовой пластины. Подводные растения не испытывают потребности наличия устьиц, поэтому они полностью отсутствуют.
Чуть другие особенности появляются у некоторых отделов продуцентов биоценозов.
• Суккуленты имеют устьица только на стеблях, потому что листья редуцированы до иголок.
• Хвойные содержат устьица под эндодермой. Это способствует сохранению воды во время перезимовки и засух. При этом расположение по отношению к другим клетках тоже различно:
1. они могут быть и наравне, и ниже, и выше;
2. могут образовывать ряды или быть расположенными беспорядочно.
• Мхи не содержат настоящих устьиц, есть только подобные им.

Строение листовой кожицы

Самое первое, что мы можем увидеть и рассмотреть под микроскопом – это кожица. Если использовать иглу или пинцет, её можно легко снять с поверхности листа и рассмотреть под микроскопом.

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

Рис.2. Строение кожицы

На рисунке отчётливо видно, что внешняя оболочка состоит из однослойной покровной ткани. Клетки здесь плотно прилегают друг к другу. Их наружные оболочки покрыты плёнкой в виде жироподобного вещества и имеют большее утолщение, чем внутренние. Это связано с защитной функцией данной ткани. Благодаря такому строению внутренние клетки не высыхают и защищены от повреждения. Также за счёт кожицы происходит связь растения с внешней средой. Клетка кожицы состоит из вакуоли с клеточным соком, цитоплазмы с ядром и бесцветных пластидов. За счёт этого покровная ткань является бесцветной. Но имеются и зелёные клетки в кожице – это устьица.

Что происходит с устьицем при недостатке воды

Недостаток влаги – проблема нередкая. Одно дело, когда растение уже обитает в засушливых местах и уже имеет необходимые для таких условий изменения. И совсем другое, когда недостаток влаги предстаёт новым и довольно долгим явлением. Природные условия неоднородны: иногда и в местности с устойчивым уровнем влажности наступают более сухие времена.
Тогда растение ищет способы для сохранения воды, обеспечивающей многие процессы жизнедеятельности, внутри себя. Главные структуры для удаления жидкости – устьица – сначала становятся значительное меньше по сравнению со своими стандартными размерами. А после этого они становятся плотнее друг к другу. Со временем устьице просто исчезает, а его клетки вступают в другую по характеру работу с помощью иной своей составляющей – хлоропластов.

Функции устьица листа

Функций у устьиц на самом деле не так много. Всё сводится к тому, что они обеспечивают взаимодействие листовой пластины с окружающей средой: внутренняя среда связывается с внешней.
1. Устьица удаляют побочный продукт фотосинтеза (процесса синтеза органических веществ из неорганических листьями растения с использованием энергии солнечного света) – кислород (О2). Несмотря на то, что для растений он здесь выступает как побочный, для планеты, а именно атмосферы, он имеет огромное значение.
2. Через устьица в растение поступают углекислый газ (СО2) и кислород. Кислород идёт на дыхание и высвобождение энергии. Углекислый газ же необходим для фотосинтеза, особенно для темновой его фазы.
Функции 1 и 2 образуют одну общую – газообмен.
3. Устьица обеспечивают транспирацию. Она необходима для поддержания температуры растения: испарение воды не даёт ему перегреваться, и с помощью этого перенести жару с минимальным её влиянием на жизнедеятельность растения. Поэтому транспирация в листьях идёт активнее при чрезмерном нагревании воздуха окружающей среды или усилении порывов ветра. Способствуют устьица и противоположному процессу – сохранению воды (Н2О) внутри растения при её недостатке.

Гелиофиты

Гелиофиты проявляют некоторые особенности, характерные для ксерофитов (растений, растущих в засушливых условиях), это объясняется тем, что большое количество солнечных лучей приводит к избыточному испарению и нехватке воды. Для избежания бóльшего испарения воды листья гелиофитов имеют небольшую площадь, направлены вертикально, что уменьшает количество лучей, которые одномоментно попадают на лист.

Лист гелиофитов покрыт плотной кутикулой, которая может дополняться восковым слоем, устьица погруженные. Все это заметно уменьшает количество выделяемой листьями воды.

Типы устьиц

Число сопровождающих клеток и их расположение относительно устьичной щели позволяют выделить ряд типов устьиц:

• аномоцитный — сопровождающие клетки не отличаются от остальных клеток эпидермиса, тип весьма обычен для всех групп высших растений, за исключением хвойных;
• диацитный — характеризуется только двумя сопровождающими клетками, общая стенка которых находится под прямым углом к замыкающим клеткам;
• парацитный — сопровождающие клетки располагаются параллельно замыкающим и устьичной щели;
• анизоцитный — замыкающие клетки окружены тремя неравными сопровождающими, одна из которых заметно крупнее или мельче остальных, такой тип обнаружен только у цветковых растений;
• тетрацитный — четыре сопровождающие клетки, характерен для однодольных;
• энциклоцитный — сопровождающие клетки образуют узкое кольцо вокруг замыкающих клеток;
• актиноцитный — несколько сопровождающих клеток радиально расположены вокруг устьичных клеток, напоминая лучи звезды;
• перицитный — замыкающие клетки окружены одной побочной сопровождающей клеткой, устьице не соединено с сопровождающей клеткой антиклинальной клеточной стенкой;
• десмоцитный — замыкающие клетки окружены одной сопровождающей клеткой, устьице соединено с ней антиклинальной клеточной стенкой;
• полоцитный — замыкающие клетки окружены одной сопровождающей не полностью: к одному из устьичных полюсов примыкает одна или две эпидермальные клетки; устьице прикреплено к дистальной стороне единственной сопровождающей клетки, имеющей U-образную или подковообразную форму;
• стефаноцитный — устьице, окружённое четырьмя или более (обычно пять-семь) слабодифференцированными сопровождающими клетками, образующими более или менее отчётливую розетку;
• латероцитный — такой тип устьичного аппарата рассматривается большинством ботаников как простая модификация аномоцитного типа.

У двудольных распространённым является парацитный тип устьиц. Замыкающие клетки почковидной (бобовидной) формы — такими они видны с поверхности листа — несут хлоропласты, тонкие неутолщённые участки оболочки образуют выступы (носики) закрывающие устьичную щель.

Наружные стенки замыкающих клеток обычно имеют выросты, что хорошо видно на поперечном разрезе устьица. Пространство, ограниченное этими выростами, называют передним двориком. Нередко аналогичные выросты наблюдаются и у внутренних оболочек замыкающих клеток. Они образуют задний дворик, или внутренний, соединённый с крупным межклетником — подустьичной полостью.

У однодольных парацитное строение устьиц отмечено у злаковых. Замыкающие клетки имеют гантелевидную форму — сужены в средней части и расширены на обоих концах, при этом стенки расширенных участков очень тонкие, а в средней части замыкающих клеток сильно утолщены. Хлоропласты располагаются в пузыревидных окончаниях клеток.

Для одних видов растений характерен только один тип устьичного аппарата, для других — два и несколько даже в пределах одной листовой пластинки.

Строение листа

Такие части растений, как эпидермис и устьице, относятся к внутреннему устройству листа, однако сначала следует изучить его внешнее строение. Итак, лист состоит из:

• Листовой пластины — плоской и гибкой части, отвечающей за фотосинтез, газообмен, испарение воды и вегетативное размножение (для определённых видов).
• Основания, в котором находится образовательная ткань, служащая для роста пластины и черешка. Также с его помощью лист крепится к стеблю.
• Прилистника — парного образования в основании, защищающего пазушные почки.
• Черешка — сужающейся части листа, соединяющей пластинку со стеблем. Он отвечает за жизненно важные функции: ориентирование на свет и рост посредством образовательной ткани.

Внешнее строение листа может несколько различаться в зависимости от его формы и типа (простой/сложный), но все перечисленные выше части присутствуют всегда.

К внутреннему устройству относят эпидерму и устьице, а также различные формирующие ткани и жилки. Каждый из элементов имеет собственную конструкцию.

Например, покровная ткань внешней стороны листа состоит из живых клеток, отличных по размеру и форме. Самые поверхностные из них обладают прозрачностью, позволяющей солнечному свету проникать внутрь листа.

Более мелкие клетки, расположенные несколько глубже, содержат хлоропласты, придающие листьям зеленый цвет. За счёт своих свойств они были названы замыкающими. В зависимости от степени увлажнения они то сжимаются, то образуют меж собой устьичные щели.

У каких растений нет устьиц?

Поскольку устьичная щель характерна для высших растений, она имеется у всех видов, и ошибочно считать её отсутствующей, даже если у дерева или цветка нет листьев. Единственное исключение из правила составляет ламинария и прочие водоросли.

Строение устьиц и их работа у хвойных, папоротников, хвощей, плавунов и моховидных растений отличаются от таковых у цветковых. У большинства из них днём щели открыты и активно участвуют в газообмене и транспирации; исключением являются кактусы и суккуленты, у которых поры распахнуты ночью и закрываются с наступлением утра в целях экономии влаги в засушливых регионах.

Устьица у растения, листья которого плавают на поверхности воды, расположены только в верхнем слое эпидермиса, а у «сидячих» листьев — в нижнем. У остальных разновидностей эти щели присутствуют с обеих сторон пластины.

Строение и функции устьица

 Среди клеток кожицы находятся многочисленные отверстия. Они окружены замыкающими клетками, содержащими хлоропласты. Эти клеточные образования называются устьица.

Замыкающие клетки могут менять свой размер, расширятся и замыкаться. Благодаря этому отверстия меняют величину и происходит газообмен и испарение воды.

Движения устьичных клеток зависят от обеспеченности растения водой, освещенности, температуры. 

У большинства наземных растений устьица находятся на нижней поверхности листа, это предотвращает пересыхание влаги из-за солнечного света. А у растений, живущих на поверхности водоемов — на верхней. Количество устьиц на поверхности пластины может достигать 500 на 1 квадратный миллиметр.

 Функции устьиц:

1. Транспирация.
2. Поглощение кислорода из окружающей среды.
3. Выведение углекислого газа в процессе дыхания.
4. Поглощение углекислого газа для фотосинтеза.
5. Выведение кислорода при фотосинтезе.

Принцип/теория

Принцип или теория эксперимента с устьицами под микроскопом основана на понимании того, что растения, как первичные производители, выполняют важные физиологические процессы, такие как фотосинтез и дыхание. Для облегчения этих процессов должен существовать механизм газообмена между внутренними тканями растения и окружающей атмосферой. Этот газообмен в основном происходит через специальные структуры, называемые устьицами, которые представляют собой крошечные отверстия, расположенные на поверхности листьев.

Устьица — это жизненно важные структуры в листьях растений, которые обеспечивают обмен газами, такими как углекислый газ и кислород, с внешней средой. Во время фотосинтеза растения поглощают углекислый газ через эти устьичные отверстия и выделяют кислород в качестве побочного продукта. Напротив, при дыхании растениям требуется кислород, и они выделяют углекислый газ в качестве побочного продукта через те же устьичные поры.

Эксперимент с устьицами под микроскопом направлен на детальное наблюдение и изучение этих микроскопических структур. Тщательно подготовив временный препарат кожуры листа и поместив его под микроскоп, исследователи могут изучить распределение, форму и расположение устьиц на эпидермисе листа.

Принцип этого эксперимента основан на том факте, что устьица играют важнейшую роль в регуляции газообмена и баланса водяного пара в растении. Изучая устьица под микроскопом, исследователи могут делать важные наблюдения и делать выводы о различных аспектах, таких как плотность устьиц, размер и поведение в ответ на факторы окружающей среды.

Эксперимент может помочь исследователям и студентам углубить свое понимание анатомии и физиологии растений. Это позволяет им визуализировать и исследовать структурные адаптации, которые позволяют растениям процветать и выживать в различных условиях окружающей среды. Кроме того, изучая устьица под микроскопом, исследователи могут понять, как растения реагируют на изменения факторов окружающей среды, таких как интенсивность света, влажность и доступность воды.

В целом, принцип эксперимента с устьицами под микроскопом заключается в том, чтобы обеспечить практический и практический подход к изучению фундаментальных процессов, поддерживающих жизнь растений. Изучая устьица, исследователи могут оценить сложные механизмы, с помощью которых растения взаимодействуют с окружающей средой, и то, как эти взаимодействия влияют на их рост, развитие и общее экологическое значение в качестве первичных производителей.