Для чего растениям необходимы устьица

Для чего растениям необходимы устьица

Пользуясь таблицей «Число устьиц на 1 〖мм〗^2 листа» и знаниями курса биологии, ответьте на следующие вопросы:

1) Зачем нужны устьица растениям?

2) У каких растений число устьиц на обеих поверхностях примерно одинаково и чем это можно обяснить?

3) Почему у кувшинки устьица расположены на одной стороне?

Число устьиц на 1 мм 2 листа

1) Устьица нужны для испарения воды и газообмена с окружающей средой.

2) У злаков — пшеницы и овса. Их листья расположены вертикально, а не плоско по отношению к солнечным лучам

3) Кувшинка — водное растение, у которого листья соприкасаются нижней стороной с водой. Испарение происходит через поверхность листа

Источник

Для чего растениям необходимы устьица

Пользуясь таблицей «Число устьиц на 1 мм 2 листа» и знаниями курса биологии, ответьте на следующие вопросы:

1) Для чего нужны устьица растениям?

2) У каких растений число устьиц на обеих поверхностях примерно одинаково и чем это можно объяснить?

3) На какой стороне листа расположены устьица у кувшинки и почему?

1) Устьица нужны для испарения воды и газообмена с окружающей средой.

2) У злаков — пшеницы и овса — число устьиц на обеих поверхностях примерно одинаково. Их листья расположены вертикально, а не плоско по отношению к солнечным лучам.

3) Кувшинка — водное растение, у которого листья соприкасаются нижней стороной с водой. Устьица находятся только на верхней стороне листа, и испарение происходит через его поверхность.

Источник

Устьица вьюнка

На этом снимке, который был отмечен жюри международного конкурса микрофотографии Nikon’s Small World — 2020, запечатлена поверхность листа вьюнка (Convolvulus). Клетки эпидермиса имеют извилистые края, что повышает площадь контакта их стенок и придает соединениям прочность. Среди клеток эпидермиса видны устьица — поры, состоящие из пары замыкающих клеток и устьичной щели между ними.

Устьица возникли у растений, когда они вышли из воды на сушу. Назначение устьиц — обеспечивать растению газообмен (то есть поглощать углекислый газ и выделять кислород в ходе фотосинтеза, выделять углекислый газ и поглощать кислород в процессе дыхания), сводя при этом к минимуму испарение воды. Испарение происходит только когда устьица открыты и только из межклетников — расположенных под ними микропустот, воздух в которых насыщен водяным паром. Остальная поверхность листьев покрыта непроницаемым для воды воскообразным слоем — кутикулой (ее вырабатывают клетки внешнего покровного слоя — эпидермиса). Испарение воды через устьица — транспирация — создает ток воды через растение. 99–99,5% воды при транспирации испаряется через устьица, остальная усвоенная корнями из почвы вода тратится на нужды роста и метаболизма растения.

Длина устьичной щели колеблется от 0,01 до 0,06 мм, крупнее бывают устьица полиплоидных растений и у листьев, растущих в тени, где испарение происходит менее интенсивно. Самые крупные устьица — 0,12 мм — были обнаружены у вымершего растения Zosterophyllum, росшего во времена силура и девона.

Устьиц больше на листьях, но на стебле они тоже есть: интенсивность стеблевого фотосинтеза может достигать 60% от интенсивности листового. У двудольных растений, как правило, больше устьиц находится с нижней стороны листа, которая меньше нагревается днем на солнце (хотя у водных растений, листья которых лежат на поверхности воды, устьица, по понятной причине, есть только сверху). У таких однодольных, как злаки, листья ориентированы вертикально, освещенность обеих их сторон примерно одинакова, как и плотность устьиц.

Плотность расположения устьиц, от которой зависит интенсивность фотосинтеза, варьирует не только у особей одного вида, но даже у листьев одного растения и зависит от внешних факторов, связанных с обеспечением растения водой. Например, недавно было показано, что увеличение засоленности почвы существенно снижает устьичный индекс — отношение числа замыкающих клеток устьиц к общему числу клеток эпидермиса на единице ее поверхности. Проще говоря, устьиц на листьях растений, растущих на таких почвах, становится меньше — видимо, из-за снижения интенсивности транспирации: из засоленной почвы корням труднее усваивать воду.

Паутинный клещ размером менее 1 мм на листе кактуса, устьица которого хорошо видны. Фото © Maciej Łukasik с сайта flickr.com

У растений, живущих в жарких странах, — например, ананаса или толстянковых — выработалось еще одно приспособление: они раскрывают устьица в темное время суток, когда воздух прохладнее и воды испаряется меньше. При этом усвоенный в темноте из воздуха углекислый газ они запасают в виде яблочной кислоты, чтобы днем использовать его для фотосинтеза, уже с закрытыми устьицами (такой тип называется CAM-фотосинтез, от crassulacean acid metabolism (CAM) — «кислотный метаболизм толстянковых»).

Через устьица в ткани растений могут проникать не только газообразные вещества, но и патогенные бактерии. Известно, что бактерия Pseudomonas syringae, вызывающая у многих растений бурую пятнистость, выделяет вещество коронатин (см. Coronatine), способствующее открыванию устьиц.

Механизм работы устьиц определяется их строением, которое изучает специальный раздел анатомии растений — стоматография (от греческого στόμα ‘рот’). Устьичный аппарат состоит из двух замыкающих клеток, которые непосредственно открывают и закрывают щель, и прилегающих к ним побочных клеток эпидермиса (на главном фото их можно опознать по «волосам» — токам воды). Замыкающие клетки имеют более толстые стенки вдоль щели; когда в этих клетках (точнее, в их вакуолях) становится больше воды, она сильнее растягивает внешние тонкие стенки, а внутренние толстые втягиваются внутрь, и щель открывается.

Замыкающие клетки набухают после того, как «протонный насос» выкачивает из них протоны (ионы H + ). Вместо них из побочных клеток через каналы в мембранах поступают ионы калия (K + ). После этого вода начинает проникать в замыкающие клетки из окрестных клеток эпидермиса, пытаясь выровнять между ними концентрацию ионов калия — этот процесс называется осмосом. При закрывании устьиц между замыкающими и побочными клетками происходит обратный ионный обмен. Как раз в снабжении замыкающих клеток ионами K + и заключается роль побочных клеток. Показано, что мутантные растения, у которых побочные клетки не развиваются, не могут открывать устьица так же широко, как нормальные (см. Открыт молекулярный механизм формирования устьиц у растений, «Элементы», 30.01.2009).

Механизм открывания и закрывания устьиц. Обратите внимание на разницу в толщине клеточной стенки замыкающей клетки с разных сторон от устьичной щели. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Форма замыкающих клеток бывает разной: у двудольных цветковых растений она бобовидная, у однодольных — гантелевидная:

Слева — устьица на нижней стороне листа двудольного растения — каланхоэ. Фото с сайта flickr.com. Справа — устьица листа однодольного маиса. Фото © Umberto Salvagnin с сайта flickr.com

Побочных клеток может быть разное количество, они могут иметь разную форму, и по-разному прилегать к замыкающим. Все эти признаки также являются систематическими, то есть их можно использовать при определении принадлежности растения к определенному таксону — например, классу, семейству или роду.

Основные типы строения устьичного аппарата двудольных растений. A — аномоцитный или иррегулярный, когда к замыкающим клеткам прилегает несколько побочных, не отличающихся по форме от прочих клеток эпидермиса; встречается, например, у растений семейств лютиковые, мальвовые, тыквенные. B — анизоцитные: замыкающие клетки окружены тремя неравными побочными, одна из которых заметно крупнее или мельче остальных; встречается у крестоцветных, толстянковых. C — парацитный: две побочные клетки располагаются параллельно замыкающим и устьичной щели; встречаются в семействе мареновых, бобовых. D — диацитный: есть две побочные клетки, общая стенка которых находится под прямым углом к замыкающим; встречается, например, у акантовых и гвоздичных. E — актиноцитный: несколько побочных клеток радиально окружают замыкающие, как лучи звезды; встречается, например, в семействе сумаховых. F — циклоцитный: побочные клетки образуют одно или несколько колец вокруг замыкающих; такие устьица, например, у растения схинопсис из семейства сумаховых. Рисунок из книги C. R. Metcalfe; L. Chalk, 1950. Anatomy Of The Dicotyledons

Строение устьиц не зря столь разнообразно. Во-первых, оно, во всяком случае отчасти, усложнялось в процессе эволюции наземных растений: сравните дизайн устьиц с одной побочной клеткой у многоножковых папоротников с более сложными вариантами некоторых цветковых растений:

Слева — устьица папоротника пиррозии язычной (Pyrrosia lingua) из семейства многоножковые. Такой тип устьичного аппарата с одной побочной клеткой, замкнутой в кольцо, называется перицитным. Фото с сайта flickr.com. Справа — устьица однодольного растения рода традесканция Tradescantia zebrina. Четыре побочные клетки разных размеров окружают две замыкающие клетки, такой устьичный аппарат называется тетрацитным. Фото © Dr. Jerzy Gubernator с сайта nikonsmallworld.com, увеличение: 40×

Во-вторых, строение устьиц имеет адаптивное значение. В частности, показано, что устьица с гантелевидными замыкающими клетками открываются быстрее и требуют для этого поступления в них меньшего количества воды. Поэтому такие устьица выгодно иметь травянистым растениям, которые живут в очень переменчивых условиях, например, степных, где воды то много (во время ливней), то практически нет вовсе. Как раз травянистые формы преобладают среди однодольных растений, имеющих гантелевидные замыкающие клетки. Тонкости формы и расположения побочных клеток, по-видимому, отражают дальнейшую адаптивную радиацию растений к разным условиям. Этот вопрос еще нуждается в подробном изучении.

Представители семейства вьюнковых, один из которых запечатлен на главном фото, могут иметь парацитные (две побочные клетки параллельны замыкающим), аномоцитные (несколько побочных клеток не отличаются по форме от прочих клеток эпидермиса) и анизоцитные устьица (замыкающие клетки окружены тремя разными по размерам побочными) — и на главном фото мы видим, что форма устьиц запечатленного листа действительно разная. Снимок сделан методом рейнберговского освещения (см. Rheinberg illumination), когда между источником света и собирающей линзой вставляется двухцветный фильтр так, что центральные лучи окрашиваются в один цвет, а боковые — в другой, что позволяет получать эффектные по цветовой гамме снимки.

Источник

Что такое устьица?

Из статьи вы узнаете, что такое устьице, какое у него строение, роль и функции в жизни живых организмов, где оно находится, и как осуществляется процесс дыхания в растениях.

Устьица – что это такое

Под устьицами понимают поры, которые расположены в покровной ткани растений (кожице).

Центр устьичной щели при расширении открывается, при сужении наблюдается обратный процесс. Такая особенность позволяет регулировать интенсивность газообмена в растениях.

Роль и функции устьиц в жизни растения

Основная задача – обмен веществ с внешней средой. Наиболее важный элемент в данном процессе – вода, которая испаряется. Этот процесс называется транспирацией, отвечает за то, чтобы растения не перегревались в жару и не погибали. Чем больше в замыкающих клетках воды, тем сильнее меняется их форма. В результате чего процесс газообмена становится интенсивнее, жидкость испаряется. При этом температура растения не повышается, в том числе в летние месяцы. Самый активный период транспирации наступает именно при нагревании воздуха и усилении ветра.

В периоды, когда жидкость не должна испаряться, устьица прекращают процесс транспирации, что помогает удерживать влагу.

Также устьица выполняет и другие функции:

В деятельности устьиц участие принимают все органоиды, среди которых главная роль принадлежит вакуолярной системе и ее изменениям. Когда в замыкающих клетках много влаги, они начинают забирать жидкость из окружающих элементов. Благодаря этому происходит увеличение объема вакуолей и повышение осмотического давления, растягивание тонких клеток и расхождение утолщенных стенок, которые пропускают водяной пар. Благодаря этому осуществляется газообмен.

Схематичное изображение процесса газообмена в растениях.

Источник

У́СТЬИЦЕ

Том 33. Москва, 2017, стр. 128

Скопировать библиографическую ссылку:

У́СТЬИЦЕ в бо­та­ни­ке, спе­циа­ли­зи­ро­ван­ное об­ра­зо­ва­ние эпи­дер­ми­са рас­те­ний, со­стоя­щее из двух за­мы­каю­щих кле­ток и усть­ич­ной ще­ли ме­ж­ду ни­ми. Че­рез щель осу­ще­ст­в­ля­ют­ся га­зо­об­мен, не­об­хо­ди­мый для ды­ха­ния и фо­то­син­те­за, и транс­пи­ра­ция. В ноч­ные ча­сы, а так­же днём, при не­дос­та­точ­ном во­до­обес­пе­че­нии, щель за­кры­ва­ет­ся бла­го­да­ря по­ни­же­нию тур­го­ра в за­мы­каю­щих клет­ках. С по­вы­ше­ни­ем тур­го­ра У. от­кры­ва­ет­ся. Счи­та­ет­ся, что гл. роль в из­ме­не­нии тур­го­ра и объ­ё­ма за­мы­каю­щих кле­ток при­над­ле­жит ио­нам K + и со­про­во­ж­даю­щим анио­нам. При от­кры­ва­нии У. ио­ны K + пе­ре­ме­ща­ют­ся из при­ле­гаю­щих кле­ток в за­мы­каю­щие; су­ще­ст­ву­ет пря­мая связь ме­ж­ду кон­цен­тра­ци­ей ионов K + в за­мы­каю­щих клет­ках и раз­ме­ром усть­ич­ной ще­ли. У не­ко­то­рых рас­те­ний (напр., у ка­лан­хое) ще­ли от­кры­ты но­чью и за­кры­ты днём. Не­ред­ко к за­мы­каю­щим клет­кам при­ле­га­ют две или боль­ше око­ло­ус­ть­ич­ных (т. н. по­боч­ных) кле­ток, от­ли­чаю­щих­ся раз­ме­ром и фор­мой от осн. кле­ток эпи­дер­ми­са. За­мы­каю­щие и око­ло­ус­ть­ич­ные клет­ки вме­сте об­ра­зу­ют усть­ич­ный ап­па­рат. У. встре­ча­ют­ся в эпи­дер­ми­се всех на­зем­ных рас­те­ний, их чис­ло (и рас­по­ло­же­ние) ви­до­с­пе­ци­фич­но и обыч­но ко­леб­лет­ся в за­ви­си­мо­сти от ус­ло­вий жиз­ни от не­сколь­ких де­сят­ков до 300 и бо­лее на 1 мм 2 по­верх­но­сти лис­та.

Источник