معلومة

هل النباتات المائية لها ثغور؟

هل النباتات المائية لها ثغور؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أتساءل عما إذا كانت النباتات المائية بها ثغور أم لا. أعلم أن النباتات غير المائية لها ثغور لإطلاق الماء (النتح) والأكسجين ، ولامتصاص ثاني أكسيد الكربون. هل تحتوي النباتات المائية أيضًا على ثغور ، وإذا كان الأمر كذلك ، فهل تأخذ الماء من خلال ثغورها؟ إذا تم امتصاص الماء من خلال ثغورهم ، ألا تدخل مواد أخرى مثل الأملاح الذائبة في نظام الأوعية الدموية للنبات أيضًا؟ هل يستخدم النبات المائي هذا الملح أم يزيله وكيف يزيله؟

ملحوظة: أنا أتحدث عن النباتات المائية المغمورة بالكامل مثل عشب البحر.


لا

بادئ ذي بدء ، تعتبر الثغور مهمة بالطبع لتبادل الغازات وكذلك للحفاظ على المياه. حسنًا ، من الواضح أن الحفاظ على المياه ليس ضروريًا! أيضًا ، يمكن أن تنتشر الغازات بسهولة نسبيًا في الماء ، لذا لا يلزم تبادل الغازات باستخدام الثغور.

الملاحظات الفنية

ثانيًا ، الكائنات الحية مثل عشب البحر من الناحية الفنية هي نباتات ثلاثية. هم في ممالك منفصلة. عشب البحر هو طحالب بنية ، موضوعة في طحالب المملكة بترتيب laminariales من فئة phaeophyta. لا تحتوي على أي نوع من الأنسجة الوعائية أو الموصلة حيث أن جسمها النباتي هو ذالويد.


بحسب الكتاب وظيفة الفم (Zeiger et al ، 1987) ، العديد من نباتات كاسيات البذور المائية بها ثغور (منذ أن تطورت من النباتات الأرضية) ، في حين أن بعضها قد قلل أو فقد الثغور بالكامل.

ومع ذلك ، يذكر الكتاب أيضًا ما يلي:

... النباتات المائية التي تعيش تحت الماء خالية من الثغور. الأوراق التي تطفو في الماء ، وهي شائعة في البرك ، بها ثغور على أسطحها العلوية ولكنها تفتقر إليها على الأسطح الملامسة للماء.


هل النباتات المائية لها ثغور؟ - مادة الاحياء

ملخص المقال:

ربما تكون قد لاحظت وجود مسام صغيرة جدًا على الجانب الخلفي من سطح الورقة ، إذا لم تفعل ذلك: أمسك ورقة (من أي نبات من حديقتك) ضد أشعة الشمس ، والآن ستكتشف أن هذه المسام هي ثغور!

ما هي في الواقع الثغور؟ الثغور هي أعضاء الجهاز التنفسي (مثل أنفنا) للنبات. يتم حراسة كل فغرة بواسطة مجموعة من الخلايا التي تتحكم في فتحها وإغلاقها. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تسمح الثغور لثاني أكسيد الكربون بدخول الورقة والأكسجين للهروب والعكس صحيح عندما لا يحدث التمثيل الضوئي. يتم تعيين الوظيفة الإضافية للثغور وهي النتح. أثناء النتح ، يضيع الماء من خلال الثغور ، وعادة ما تمتص الجذور هذا الماء. ربما تكون قد رأيت أيضًا قطرات الندى في الصباح الباكر ، إذا كنت تعيش في بلد استوائي ، فهذا دليل على النتح الذي تسبب به ثغور نباتات الأشجار القريبة في الليل! تختلف الثغور من نبات لآخر. وهذا يعني أن ثغور النباتات الأرضية تختلف عن ثغور النباتات المائية. علاوة على ذلك ، تختلف ثغور النباتات الصحراوية أيضًا عن تلك الموجودة في منطقة التندرا ، على الرغم من أن كلا النوعين من النباتات أرضية. يعتمد هذا الاختلاف في الثغور على الظروف البيئية المتغيرة والموائل والتكيفات الخاصة بالنبات. تحمل النباتات الصحراوية ثغورًا غائرة أو مغلقة وتنشط في الحفاظ على المياه. لذلك للحفاظ على المياه ، تظل الثغور قريبة أثناء الليل ومفتوحة ليلاً لخفض معدل النتح. في النباتات المائية ، توجد الثغور على سطح الورقة العلوية ولديها أيضًا عدد أكبر من الثغور لزيادة معدل النتح. كما يساعد شكل الورقة واللون والملمس وترتيب الأوراق والتوجه إلى ضوء الشمس الثغور على التحكم في معدل النتح.

ما هي دورة الماء؟ تعتبر دورة المياه عملية طبيعية فريدة على الأرض وهي مسؤولة عن هطول الأمطار. تحصل المحيطات والبحار والأنهار وجميع أنواع المسطحات المائية على المياه فقط من تشغيل دورة المياه. يتضمن دورة من التفاعلات مثل التبخر والتكثيف والترسيب والتجميع. يتم تسخين المياه من المسطحات المائية لتبخر بواسطة حرارة الشمس. يرتفع البخار ويتكثف على جزيئات الغبار ليشكل السحب. تصل المياه من الغيوم إلى الأرض كمطر أو برد أو ثلج. تذهب مياه الأمطار إلى المحيطات أو الأنهار أو تتسرب من تحت الأرض وتستمر الدورة.

العلاقة بين الثغور ودورة الماء: وظيفة الثغور ، النتح هو جزء لا يتجزأ من دورة المياه. النتح هو عملية مكافئة للتبخر في دورة الماء. بعبارة أخرى ، تعتبر الفغرة نموذجًا صغيرًا لدورة المياه. في الثغور ، يتبخر الماء الموجود في الورقة المستلمة من الجذور بواسطة ضوء الشمس. يُفقد الماء كبخار عند فتح الثغور ونشير إلى ذلك بالنتح بدلاً من التبخر. كما يرتفع بخار ماء النبات الناتج عن الثغور ويتكثف على جزيئات الغبار الموجودة في الغلاف الجوي لتكوين ملايين قطرات الماء الصغيرة. تتكون السحابة من تجمع القطرات ، وتزداد ثقلها ثم تسقط على شكل مطر أو ثلج. تتحكم الظروف الجوية الرطبة أو الرطبة أو الجافة في معدل النتح حيث تختلف شدة ضوء الشمس في موسم الأمطار أو الصيف أو الشتاء. تؤثر هذه الظروف أيضًا على قدرة امتصاص الماء للجذر أو تفاعل التناضح وإمداداته للنبات عبر نسيج الخشب. تستجيب الثغور للاضطرابات الهيدروليكية في النبات الناتجة عن تبخر الماء والفقد اللاحق. في موسم الأمطار ، تظل الثغور مفتوحة حتى في الليل ولكن في الصيف تظل إما قريبة أو مفتوحة جزئيًا للحفاظ على المياه. على الرغم من انخفاض معدل النتح ، إلا أنه يساعد في الحفاظ على برودة النبات. إن امتصاص الجذور للمياه والنتح بواسطة الثغور مستمر ويتناسب مع بعضهما البعض ومع الظروف الجوية. تساهم عملية النتح بشكل كبير في كل تفاعل لدورة الماء أو يجب أن نقول أن الأشجار تساعد في تشغيل دورة المياه. لذلك نحن نصر على أن التشجير وليس إزالة الغابات سينقذ الأرض.

حول المؤلف / معلومات إضافية:

إخلاء مسؤولية هام: جميع المقالات الموجودة على هذا الموقع هي معلومات عامة فقط وليست نصيحة احترافية أو خبراء. لا نتحمل أي مسؤولية عن صحة أو صحة المعلومات الواردة في هذه المقالة ، أو أي خسارة أو إصابة ناتجة عن ذلك. نحن لا نصادق على هذه المقالات ، ولسنا تابعين لمؤلفي هذه المقالات ولسنا مسؤولين عن محتواها. يرجى الاطلاع على قسم إخلاء المسؤولية للحصول على الشروط الكاملة.


ما هي نباتات الأرض؟

تنتمي نباتات الأرض إلى فئة النباتات الأرضية حيث توجد النباتات في البيئات القائمة على التربة. تحتوي النباتات البرية على نظام جذر قوي يمكن أن يكون إما نظام جذر تابي أو نظام جذر ليفي. تتطلب النباتات الماء والمغذيات من أجل بقائها. تستخدم النباتات البرية نظام الجذر الخاص بها لامتصاص الماء والمغذيات من التربة. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم نظام الجذر أيضًا بتثبيت النبات على الأرض. الشرط الرئيسي للنباتات البرية هو الحفاظ على محتواها المائي.

من أجل تحقيق ذلك ، تتمتع النباتات الأرضية بتكيفات خاصة مثل وجود بشرة سميكة وشمعية وخصائص تشريحية خاصة للأوراق ، وما إلى ذلك. يمكن العثور على ثغور نباتات الأرض على طول الجانب السفلي من الورقة (البشرة السفلية) لتقليل أو منع النتح. نباتات الأرض لها سيقان أقوى بكثير بأقطار أكبر. هذا يرجع بشكل أساسي إلى الترسب الزائد من اللجنين الذي يجعل النباتات جامدة ومنتصبة. هذا يسمح للمصنع بالبقاء منتصبًا حتى في ظل الظروف الأرضية القاسية.

الشكل 01: نباتات الأرض

عملية التكاثر والتخصيب للنباتات البرية في عملية معقدة. تعتبر عوامل التلقيح مثل الرياح والحشرات ضرورية لتسهيل الإخصاب في نباتات الأرض. يجب نقل الأمشاج أو حبوب اللقاح الذكرية إلى الأمشاج الأنثوية للتخصيب. في النباتات البرية ، يجب أن يتم تسهيل هذه العملية بواسطة وكيل.


الثغور المعنى

الثغرة تشير إلى أ فتحة صغيرة وجدت بشكل عام في البشرة طبقة من الأوراق. يختلف عدد الثغور بين النباتات من الأنواع المختلفة. في سطح الورقة متجه المحور ، يكون عدد الثغور عادة أقل من حيث الكمية ويكون أكثر حصرًا في سطح الورقة & # 8217s المحوري. ستوما يشبه فم، التي يتم فتحها وإغلاقها بوساطة الخلايا الحامية. يمكننا أخذ مرجع لخلية الحراسة مع الشفاه ، لأنها تحيط بالفغرة.

توجد خلية بشرة متخصصة أو معدلة أخرى مجاورة للخلية الحامية المسماة شركة فرعية أو خلايا ملحقة. في النباتات ، توجد الثغور بشكل سائد في الأوراق ونادرًا في السيقان والفواكه والأسدية والبتلات والتثدي. أ نظام الجذر يفتقر إلى وجود الثغور.

هيكل ستوما

تساهم الثغور في 1-2% من مساحة الورقة عندما يكون مفتوحًا. يتضمن الخصائص الهيكلية التالية:

  • شكل: شكل الفغرة بشكل عام "بيضاوي الشكل"ولكنها تختلف باختلاف الأنواع النباتية.
  • مقاس: عندما تكون الفتحة مفتوحة ، يبلغ عرضها 3-12 ملم وطولها 10-40 ملم.
  • خلية حراسة: توجد خليتان حراسة متخصصتان. تمتلك خلية الحراسة أ شكل الكلى في الأوراق الظهرية المركزية ، بينما أ شكل الجرس الغبي في أوراق متساوية الأضلاع. عادةً ما تكون الطبقة الداخلية من خلية الحراسة المحيطة بالثغور سميكة الجدران وغير مرنة. على العكس من ذلك ، فإن بقية الطبقة الخارجية المحيطة بخلية الحراسة تكون رقيقة الجدران ومرنة وشبه نفاذة. يتكون من فجوة مركزية وبطانة حشوية ونواة واحدة وعدد قليل البلاستيدات الخضراء. البلاستيدات الخضراء في خلية الحراسة غير وظيفية وتؤدي إلى تقليل التمثيل الضوئي لأنها تفتقر إلى إنزيم روبيسكو.
  • الخلايا الفرعية: بصرف النظر عن الثغرات وخلايا الحراسة ، بعضها تم التعديل تساعد خلايا البشرة أو الخلايا الملحقة في حركة من زنزانة الحراسة. وتتكون أيضًا من طبقة هيولي ، فجوة مركزية كبيرة ، ونواة واحدة وتفتقر إلى البلاستيدات الخضراء.

عدد الثغور

يتراوح من 1000 إلى 60,000 الثغور لكل سنتيمتر مربع ويسمى "تردد الثغور". في الأوراق متساوية الأضلاع ، يكون عدد الثغور متماثلًا تقريبًا على كل من البشرة المحورية والمحورية. على العكس من ذلك ، فإن الثغور محصورة في البشرة المحورية أكثر من البشرة المحورية في الأوراق الظهرية المركزية.

أنواع الثغور في النباتات

يمكن تصنيفها إلى أنواع مختلفة بناءً على موقعها وهيكلها وتطورها.

بناء على موقع الثغور

هناك أربعة أنواع من الثغور حسب موقع الثغور.

  1. أبستوماتيكي: في هذا النوع ، توجد الثغور في السطح العلوي للورقة. مثال: زنبق الماء
  2. مغاير: في هذا النوع ، توجد الثغور بأعداد كبيرة على السطح السفلي للورقة. مثال: بطاطس ، ملفوف ، إلخ.
  3. متساوي: في هذا النوع ، توجد الثغور بالتساوي في كل من سطح الورقة السفلي والعلوي. مثال: الشوفان والأعشاب الأخرى.
  4. استوماتيكي: يفتقر إلى الثغور في كل من سطح الورقة العلوي والسفلي. مثال: بوتاموجيتون ونباتات مائية مغمورة.

اعتمادا على نمو الثغور

هناك ثلاثة أنواع من الثغور تعتمد على نوع التطور.

  1. ميزوجينوس: هو نوع من تطور الثغور ، حيث تتطور الخلايا الحامية والخلايا الملحقة من خلية أم متطابقة أو متشابهة. مثال: أفراد من عائلة الكرنب.
  2. عاصي: هو نوع آخر من تطور الثغور ، حيث تتطور كل من الخلايا الحامية والخلايا الملحقة من خلية أم غير متطابقة أو مختلفة. تتطور الخلية الحامية من الخلية الأم ، وتتطور الخلايا الملحقة من الخلايا المجاورة. مثال: أفراد عائلة القرعيات.
  3. ميزوبيريجيني: إنه نوع من تطور الثغور ، والذي يرتبط بكل من النوع الكاره للنساء والنوع المحيط بالمرأة. في حالة الوراثة المتوسطة ، تتطور الخلايا الحامية والخلية الملحقة من الخلية الأم المفردة ، بينما قد تتطور الخلايا الملحقة الأخرى بشكل مستقل عن الخلايا المجاورة. مثال: أفراد من عائلة الكرنب.

بناء على هيكل الثغور

هناك سبعة أنواع من الثغور بناءً على بنيتها.

  1. شاذ: تحيط الخلايا الفرعية بالثغور الرانوية أو الشاذة ، بشكل عام في غير عادي الموضة وتوجد أقل في العدد. أمثلة: أعضاء Ranunculaceae ، Malvaceae إلخ.
  2. متباين: تحتوي الخلايا الفرعية على ثغور صليبية أو غير متجانسة والتي توجد بشكل عام ثلاثة في عدد منها غير متكافئ الأحجام. أمثلة: Solanum ، أنواع Nicotiana إلخ.
  3. باراسيتيك: الخلايا الفرعية تحيط بالثغور الحمراء أو المتجاورة التي توجد بشكل عام في اثنين من حيث العدد والكذب موازى لبعضها البعض على طول محور المسام وخلية الحماية. أمثلة: Solanum ، أنواع Nicotiana إلخ.
  4. مخطط: الثغور Caryophyllaceous أو diacytic محاطة بشكل عام بأزواج من الخلايا الفرعية و 90 درجة من خلية الحراسة. أمثلة: Acanthacea ، أنواع Mucaceae إلخ.
  5. أكتينوسيتيك: أربع خلايا فرعية أو أكثر تحيط شعاعيًا بالثغور الشعاعية باتجاه مركز الثغرة. أمثلة: Araceacea ، أنواع Mucaceae إلخ.
  6. حلقي: يتكون هذا النوع من الثغور من أربع خلايا فرعية أو أكثر تحيط بخلية الحراسة وتظهر في شكل مرتبة شعاعيًا حلقات ضيقة. أمثلة: بالماي ، باندانوس ، إلخ.
  7. جرامينياسي: يمتلك ثغورًا على شكل جرس غبي ، والخلايا الملحقة المحيطة به تقع موازية لبعضها البعض على طول المحور الطولي لمسام الفم. مثال: جرامينياسي ، سيبيراسيا ، إلخ.

فتح وإغلاق الثغور

تتوسط خليتا حراسة فتح وإغلاق الفم للحفاظ على توازن الماء في النبات والوصول إلى ثاني أكسيد الكربون2. يعتمد حدث الفتح والإغلاق هذا على التركيز المذاب للخلايا الحامية.

  • يفتح Stoma عندما يكون للثغور إمكانات مائية عالية. يجب أن تكون هناك حركة تناضحية للمذاب من منطقة التركيز العالي (المحيطة) إلى التركيز المنخفض (خلية الحماية). هذه الحركة التناضحية تصنع الخلايا الحامية متورم، حيث تنتفخ لتفتح مسام الفم لتدفق ثاني أكسيد الكربون2 وأبخرة المياه المتدفقة والأكسجين.
  • يرفق ستوما عندما يكون للثغور إمكانات مائية منخفضة. يجب أن تكون هناك حركة تناضحية للمذاب من منطقة التركيز المنخفض (المحيطة) إلى التركيز العالي (خلية الحماية). هذه الحركة التناضحية تصنع الخلايا الحامية رخو، حيث تتقلص لتغلق مسام الفم من أجل الاحتفاظ بالمياه.

عوامل مثل تركيز الماء المنخفض والعالي ، وانخفاض ثاني أكسيد الكربون2 المحتوى ، ارتفاع درجة الحرارة يسبب فتحة في الثغور. على العكس من ذلك ، تؤدي عوامل مثل الإجهاد الميكانيكي ودرجة الحرارة المنخفضة وعدم كفاية الإضاءة إلى إغلاق الثغور.

وظائف الثغور في النباتات

تؤدي الثغور دورين مهمين في النبات:

  1. تدفق ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي في النباتات.
  2. للحفاظ على التوازن المائي في الخلايا النباتية.

يفتح Stoma خلال النهار عندما البناء الضوئي يحدث تحت ضوء الشمس. نظرًا لأننا نحتاج إلى الوقود لطهي الطعام ، فإن النباتات تستخدم ثاني أكسيد الكربون كوقود لإعداد الطعام لأنفسهم. لذلك ، تلعب الثغور دورًا أساسيًا في عملية التمثيل الضوئي.

تفتح الفغرة أو تغلق حسب حاجتها من المياه. في حالة جفاف الخلايا النباتية ، يتم إغلاق الفغرة للاحتفاظ بالمياه. لكن النباتات تفرط في الماء على شكل أبخرة مائية وأكسجين خلال الثغور النتح.

بهذه الطريقة ، تعمل الفغرة على الحفاظ على انتفاخ الخلية عن طريق الحفاظ على إمكانات المياه. تسمح الثغور بثاني أكسيد الكربون الجوي بدخول الخلايا النباتية اللازمة لعملية التمثيل الضوئي وبالتالي توفير القوة لخلايا النبات.


معمل ليف الثغور

مقدمة
تحتوي كل من النباتات والحيوانات على طبقة من الأنسجة تسمى طبقة البشرة. تحتوي النباتات على مسام خاصة تسمى الثغور للسماح بمرور المواد. ال الثغور المسام محاطة على كلا الجانبين بخلايا على شكل جيلي بين تسمى الخلايا الحامية. على عكس خلايا البشرة النباتية الأخرى ، الخلايا الحامية تحتوي على الكلوروفيل للقيام بعملية التمثيل الضوئي. هذا يسمح للخلايا بالتوسع / الانقباض لفتح أو إغلاق الثغور. تغلق خلايا الحراسة أيضًا عند الجفاف. هذا يمنع الماء في النبات من الهروب. يمكن رؤية فتح أو إغلاق الخلايا الحامية في المجهر عن طريق إضافة تركيز مائي مختلف إلى أنسجة الورقة.
معظم الثغور على البشرة السفلية من الأوراق على النباتات (أسفل الورقة). يمكن أن يخبرك عدد الثغور الموجودة على سطح البشرة بالكثير عن النبات. عادة ، يشير التركيز العالي للثغور إلى نمو سريع ومناخ رطب. تشير التركيزات المنخفضة للثغور إلى انخفاض معدلات التمثيل الضوئي والنمو أو التكيف مع الطقس الجاف.

غرض:
لعرض ومقارنة الثغور من أوراق عدة أنواع من النباتات

المواد:
3 أوراق (1 من 3 أنواع مختلفة) ، مجهر ضوئي مركب ، 3 شرائح مجهرية ، طلاء أظافر شفاف ، شريط شفاف

  1. احصل على ثلاث أوراق من أنواع مختلفة من النباتات.
  2. قم بطلاء رقعة سميكة (على الأقل سنتيمتر مربع واحد) من طلاء الأظافر الشفاف على الجانب السفلي من سطح الورقة قيد الدراسة.
  3. اتركي طلاء الأظافر يجف تمامًا.
  4. الصق قطعة من شريط السيلوفان الشفاف على رقعة طلاء الأظافر الجافة.
  5. قشر رقعة طلاء الأظافر برفق من الورقة عن طريق سحب زاوية من الشريط & # 8220 تقشير & # 8221 طلاء الأظافر من الورقة. هذا هو انطباع الورقة الذي سوف تفحصه.
  6. ألصق انطباعك المقشر بشريحة مجهر نظيفة جدًا. استخدم المقص لقص أي زائدة من الشريط اللاصق. قم بتسمية الشريحة باسم النبات.
  7. افحص طبعة الورقة تحت مجهر ضوئي عند 400X.
  8. ابحث عن المناطق التي يوجد بها العديد من الثغور ، وحيث لا توجد أوساخ أو بصمات إبهام أو مناطق تالفة أو عروق أوراق كبيرة. ارسم سطح الورقة بالثغور.
  9. عد كل الثغور في مجال مجهري واحد. سجل الرقم في جدول البيانات الخاص بك.
  10. يعد التكرار لثلاثة مجالات مجهرية متميزة أخرى على الأقل. سجل كل التهم. حدد متوسط ​​العدد لكل مجال مجهري.
  11. من متوسط ​​العدد / 400X المجال المجهري ، احسب الثغور لكل مم 2 بضربها في 8.
  12. اتبع الإجراءات 2 & # 8211 11 مع الأوراق الأخرى.

1. أي ورقة بها أكبر عدد من الثغور؟ لماذا تعتقد أن هذا كان كذلك؟

2. اشرح بالتفصيل كيف تفتح الخلايا الحامية وتغلق الثغور؟

3. في أي وقت من اليوم يتم إغلاق الثغور ولماذا؟

4. لماذا يكون للبشرة السفلية ثغور أكثر من البشرة العلوية للورقة؟

6. ما اثنين من الغازات التي تتحرك داخل وخارج الثغور ورقة؟

7. ما الذي يشير إليه عدد أكبر من ثغور الأوراق حول المناخ المتنامي لهذا النبات؟


يلاحظ الباحثون وجود نمط على سطح الأوراق ، ويكشفون عن دليل جديد حول تطور النبات

حدد طالب الدكتوراه نمطًا تم تجاهله منذ فترة طويلة في كيفية تطوير النباتات لما يعادل الرئتين - مسام صغيرة على أسطح الأوراق تسمى الثغور. باستخدام تقنيات تصوير متخصصة وأنواع نباتية لا توجد غالبًا في المختبرات ، يقول الباحثون إن هذا الاكتشاف يكشف عن اختلاف رئيسي في تطور النباتات التي تعيش على الأرض مقابل تلك التي يمكن أن تنمو في الماء.

"شعرت أن هذا مثير للاهتمام حقًا ، لقد كانت مفاجأة كبيرة بالنسبة لي. أتذكر جيدًا أنه بعد الملاحظة في غرفة الميكروسكوب في الطابق السفلي ، صعدت الدرج لأخبر الدكتور كوجا باكتشافي ،" يتذكر العام الأول طالب الدكتوراه يوكي دول ، يدرس في كلية الدراسات العليا بجامعة طوكيو تحت إشراف الأستاذ المساعد هيرويوكي كوجا.

"بالطبع ، يمكنني أنا وأي عالم أن نرى أن الثغور مختلفة ، ولكن من السهل علينا تجاهلها فقط ، وعدم الشعور بأي نمط. عندما سمعت عن اكتشاف دول كون ، كنت متحمسًا جدًا وناقشت معه قال كوغا: "يجب أن نتعمق في هذا الموضوع". (كون هي اللاحقة التشريفية اليابانية المرتبطة بأسماء الرجال الصغار).

عندما تكون الثغور مفتوحة ، يمكن لثاني أكسيد الكربون والأكسجين وبخار الماء أن يدخل ويخرج من الورقة من أجل التمثيل الضوئي والتنفس. يعد التلاعب المصطنع بعدد الثغور إحدى الطرق المحتملة للحفاظ على صحة المحاصيل في مناخ متغير.

كان فريق UTokyo يدرس أنواعًا متعددة من النباتات في جنس Callitriche ، والتي تشمل كلاً من الأنواع البرية والمائية.

قال كوجا: "Callitriche هي مجموعة مثيرة للاهتمام ولكنها صغيرة من النباتات ونحن الوحيدين في العالم الذين نستخدمها في البحوث البيولوجية التنموية".

قال دول ، مستذكراً تجاربه الأولى في فحص النباتات ، "عندما بدأت في تحليل أنماط توزيع الثغور في الكائنات المائية Callitriche ، شعرت أن ترتيب الثغور يختلف عما كنت أتعلمه كطالب جامعي في الأنواع المختبرية الشائعة Arabidopsis. كان لدي انطباع بأن هذا النمط الغريب يجب أن يكون هو الحال بالنسبة لجميع Callitriche ، لكنني اعتقدت ، هذا جيد ، Arabidopsis و Callitriche من سلالات تطورية مختلفة تمامًا ، لذلك من الطبيعي أن يكونا مختلفين. ثم قمت بتحليل نوع أرضي من Callitriche ورأيت أنه يشبه إلى حد كبير نبات الأرابيدوبسيس ".

على وجه التحديد ، لاحظ دول أن الثغور والخلايا المحيطة بها على سطح أوراق النباتات المائية كانت أكثر اتساقًا من أحجام الخلايا المتغيرة على أوراق النباتات الأرضية.

هذا النمط الذي يشير إلى أن نوعين نباتيين مرتبطين تطوريًا وثيقًا لهما أنماط مختلفة من تطور الثغور ألمح إلى إمكانية أن ظروف معيشتهما - على الأرض أو في الماء - قد تنظم تطور الثغور.

كان كوجا وأعضاء آخرون في المختبر قد أتقنوا سابقًا طريقة لتصور النشاط الجيني في كل خلية فردية من أوراق نبات كاملة سليمة. إن تقنية التهجين الموضعي الكامل في التهجين ليست جديدة ، ولكن من الصعب وغير المعتاد استخدام أدوات البيولوجيا الجزيئية دون تقطيع النبات إلى شرائح بالغة الرقة.

أكدت الصور المأخوذة من أوراق Callitriche الأرضية والمائية أن النباتات استخدمت نفس الجينين لتطوير ثغورها ، لكن الجينات كانت نشطة في أوقات مختلفة.

في جميع النباتات تقريبًا ، يعزز الجين SPEECHLESS نمو وتقسيم مجموعة من الخلايا على أسطح الأوراق حديثة التكوين. في النهاية ، يصبح الجين MUTE نشطًا في هذه الخلايا ويمنع SPEECHLESS ، مما يتسبب في توقف هذه الخلايا عن الانقسام ثم التمايز إلى الثغور. من خلال ربط علامات الفلورسنت الاصطناعية بالجينين ، يمكن للباحثين أن يروا بدقة خلية واحدة عندما يتم كبت SPEECHLESS ويصبح MUTE نشطًا.

في Callitriche الأرضي ، رأى الباحثون كتم الصوت معبراً عنه في الخلايا من جميع الأعمار المختلفة. تم التعبير عن MUTE بشكل أكثر اتساقًا فقط في الخلايا القديمة للأنواع المائية ، والتي بدت وكأنها تتخطى مرحلة الانقسام ولديها تأخير منسق للانتظار حتى وقت متأخر من تطور الورقة لتنشيط MUTE.

يعتقد الباحثون أن الأنواع المائية تطورت لتأخير تكوين الثغور للانتظار والاستشعار بما إذا كانت هذه الورقة الجديدة ستغمر بالكامل أو إذا كانت فوق خط الماء. يكون تبادل الغازات أقل كفاءة تحت الماء ، لذا فإن الأوراق المغمورة تحتوي عمومًا على ثغور أقل من الأوراق الموجودة في الهواء.

هذا الاكتشاف مثير لعلماء الأحياء التطوريين المهتمين بالعلاقة بين الضغوط البيئية وعلم الوراثة التطوري ، ولكنه ذو صلة أيضًا بمستقبل المحاصيل النامية في البيئات المتغيرة أو التي لا يمكن التنبؤ بها.

قال كوجا: "الافتراض المعتاد هو أن الأنواع ذات الصلة الوثيقة بها أنماط نمو متشابهة في الثغور ، لكن اكتشافنا الرئيسي هو أن هذا ليس هو الحال".

بدلاً من ذلك ، يقول الباحثون إن نتائجهم الجديدة تظهر أن البيئة المعيشية للأنواع هي القوة التطورية المهمة التي تختار نمط نمو الثغور ، وليس فقط الأصل الجيني للأنواع.

من خلال فهم المسار الجيني الكامل الذي يؤدي إلى التحكم المرن في تعبير SPEECHLESS و MUTE بين الأنواع ، قد يكون العلماء قادرين على التنبؤ بالسلالات التطورية للمحاصيل التي من المرجح أن تحسن ثغورها لتنمو في مناخ متغير.


كيف يعمل التمثيل الضوئي تحت الماء؟

هيلين سكيلز - هذا سؤال عظيم في الأساس بدأ التمثيل الضوئي في الواقع في المحيطات - تحت الماء - لأن هذا هو المكان الذي تطورت فيه النباتات والطحالب لأول مرة. ثم انتقلوا إلى الأرض.

لذا فإن الضوء يدخل بالتأكيد إلى الطبقات العليا من المحيط ، وهذا هو المكان الذي تحبس فيه عملية التمثيل الضوئي ذلك الضوء وتحوله إلى طاقة - إلى كربوهيدرات حقًا ، والتي تعتمد عليها بقية السلسلة الغذائية.

يجب أن تحافظ الطحالب على نفسها في الطبقات العليا من المحيط لأنه بمجرد نزولك إلى أعماق المحيط ، يتم أولاً امتصاص الضوء الأحمر وهذا هو سبب ظهور المحيطات بألوان زرقاء وخضراء. ينزل الضوء إلى هناك ولكن يجب أن يحافظ على ارتفاعه في المستويات العالية.

لذلك إذا نظرت ، على سبيل المثال ، إلى الشعاب المرجانية ، فلديها نباتات - طحالب - تعيش داخل أنسجتها ، ويجب أن تحافظ هذه الأنواع من المرجان على نفسها من خلال النمو على الشعاب المرجانية الكبيرة ، وترسيب كربونات الكالسيوم في طبقات كبيرة كبيرة تتراكم وتتراكم مع ارتفاع مستوى سطح البحر ، يتعين عليهم مواكبة وتيرتهم للحفاظ على أنفسهم في ذلك الجزء الجميل والمشمس والرائع من المحيطات الاستوائية حيث نحب جميعًا ممارسة الغطس والغوص.

لكن كلما تعمقت أكثر ، فإنها تميل إلى التلاشي ، وهناك بعض أنواع الشعاب المرجانية التي لا تحتوي على طحالب ضوئية في أنسجتها ، فهي تعتمد في الواقع على اصطياد طعامها مثل الحيوانات الأخرى. يصطادونه من الماء ، وهؤلاء هم الذين يعيشون في أعماق أكبر.

لذلك أنت ترى هذه المنطقة. ترى أشياء متشابهة على الشاطئ مع أنواع مختلفة من الأعشاب البحرية تستخدم أنواعًا مختلفة من الأصباغ لتسخير الضوء في كل من المناطق المفتوحة حيث يوجد الكثير من الضوء ثم تنخفض لأسفل حيث يبدأ الضوء في الامتصاص.

Dave - هل هذا هو السبب في أن الأعشاب البحرية هي نوع من اللون المحمر ، لأنها لا تمتص اللون الأحمر إذا كانت عميقة تحت الماء ، يمكن للضوء الأزرق أن ينخفض ​​إلى أسفل حتى يمتص اللون الأزرق وليس الأحمر؟

هيلين سكيلز - بعض الأعشاب البحرية هي أعشاب بحرية حمراء ، هذا صحيح وهذا نوع من فرع من الطحالب. لديهم أنواع مختلفة من الأصباغ التي تستخدم اللون الأخضر والأزرق والأحمر تنعكس مرة أخرى وهذا هو سبب ظهورها باللون الأحمر.

كريس سميث - إذن خلاصة القول هي أنه ، في الأساس ، هناك فرق ضئيل للغاية بين عملية التمثيل الضوئي التي تحدث في المحيطات والتمثيل الضوئي على اليابسة لأنها كلها نفس العملية. لقد تم تعديله قليلاً للاستفادة من الضوء المتاح وهناك المزيد من الضوء بأطوال موجية مختلفة متاح من الماء أكثر بقليل مما هو موجود فيه ، لكن خلاصة القول هي أنها متشابهة إلى حد كبير.

هيلين سكيلز - إنها مهمة للغاية في المحيطات. يستمر الكثير من عملية التمثيل الضوئي ويتم إصلاح ثاني أكسيد الكربون في هذه العملية في المحيطات ونعلم أن هذا مهم حقًا أيضًا.

كريس سميث - بالطبع ، لأن المحيطات هي أكبر حوض لغاز ثاني أكسيد الكربون على الكوكب بأسره ، أليس كذلك؟


حول ماريا باباناتسيو

قادني اهتمامي بالبحوث البيولوجية إلى جامعة غلاسكو ، حيث أكملت دراستي الجامعية في علم الوراثة. واصلت دراساتي العليا في البيولوجيا الجزيئية والخلوية والأنظمة وحصلت على درجة الدكتوراه من جامعة جلاسكو في عام 2014. ركز عملي لدرجة الدكتوراه على التفاعل بين سلوك الفم وفسيولوجيا النبات والبيئة. ثم انتقلت للانضمام إلى مجموعة البروفيسور ناجي في جامعة إدنبرة ، حيث وسعت مهاراتي في مجال علم الأحياء الضوئية. بحث هذا العمل في الأساس الجزيئي لتوصيل الإشارة عبر مستقبل الضوء الأحمر ، فيتوكروم ب. بعد ذلك ، عدت إلى غلاسكو للعمل مع البروفيسور بلات وبالتعاون مع البروفيسور كريستي ، حيث استخدمت أدوات علم البصريات الوراثي لتعديل نقل الأيونات في الثغور. لتحسين فسيولوجيا النبات والنمو واستخدام المياه. أعمل حاليًا كباحث ما بعد الدكتوراه مع البروفيسور أمتمان بهدف فك رموز الاستجابات الفسيولوجية للنبات للسيناريوهات البيئية المعقدة ، باستخدام نباتات نبات الأرابيدوبسيس وفول الصويا. طوال مسيرتي الأكاديمية ، كنت شغوفًا بالتواصل العلمي وشاركت في العديد من أنشطة التوعية ونظمتها. لقد ساهمت بتعليقات حول آخر التطورات في علم النبات وأنا محرر وسائل التواصل الاجتماعي للمجلة العلمية Plant، Cell and Environment.


اكتشاف آلية "تنفس" النبات

مسام النبات الصغير غير المفهوم له آثار هائلة على التنبؤ بالطقس ، وتغير المناخ ، والزراعة ، والهيدرولوجيا ، وغير ذلك. كشفت دراسة أجراها علماء في قسم البيئة العالمية في معهد كارنيجي ، مع زملاء من مركز الأبحاث J & uumllich في ألمانيا ، عن الاعتقاد السائد حول كيفية تنظيم هذه الهياكل المهمة المسماة بالثغور فقدان بخار الماء من الورقة - وهي عملية تسمى النتح. وجدوا أن الإشعاع هو القوة الدافعة للعمليات الفيزيائية العميقة داخل الورقة.

نُشر البحث في الأسبوع الذي يبدأ في 12 تموز (يوليو) 2010 ، في الطبعة الأولى على الإنترنت من وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

الثغور هي مسام على شكل شفاه محاطة بزوج من الخلايا الحامية التي تتحكم في حجم الفتحة. حجم المسام ينظم تدفق ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) اللازمة لعملية التمثيل الضوئي وتدفق بخار الماء إلى الغلاف الجوي - النتح.

يعمل النتح على تبريد الغلاف الجوي وترطيبه فوق الغطاء النباتي ، مما يؤدي إلى اعتدال المناخ وزيادة هطول الأمطار. تؤثر الثغور على معدل امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون2 من الغلاف الجوي ، مما يؤثر على إنتاجية النباتات وتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. فهم الثغرة مهم لأبحاث تغير المناخ.

تستخدم نماذج تغير المناخ الحالية أوصافًا للاستجابة الثغرية بناءً على التحليل الإحصائي للدراسات التي أجريت على عدد قليل من الأنواع النباتية. لا يعتمد هذا النهج على فهم قوي لآلية تنظيم الفم ويوفر أساسًا ضعيفًا للاستقراء للظروف البيئية.

قال المؤلف المشارك جوزيف بيري من جامعة كارنيجي: "لقد درس العلماء الثغور لمدة 300 عام على الأقل. إنه لأمر مدهش أننا لم يكن لدينا فهم جيد للآليات التنظيمية التي تتحكم في مقدار فتح أو إغلاق الثغور استجابة لبيئة متغيرة باستمرار" .

لأول مرة ، نظر هؤلاء الباحثون في كيفية ارتباط تبادل الطاقة وبخار الماء على السطح الخارجي للورقة بالعمليات داخل الورقة. وجدوا أن الطاقة من الإشعاع التي تمتصها الأصباغ والماء داخل الورقة تؤثر على كيفية تحكم الثغور في مستويات المياه.

قال بيري: "في هذه الدراسة أضاءنا ورقة زهرة عباد الشمس بضوء ساطع تم ترشيحه ليشمل أو يستبعد ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR & gt700 نانومتر)". "عندما تم تطبيق ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة ، استجابت الثغور عن طريق فتح وتحفيز التمثيل الضوئي بشكل غير مباشر. أعطى الضوء من ألوان مختلفة فتحة ثغور متشابهة عند مدخلات طاقة متساوية - المزيد من الأدلة على أن الحرارة هي المحرك."

قام العلماء بتكرار التجربة مع خمسة أنواع نباتية أخرى وعلى نطاق من مستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة. طور الباحثون أيضًا نموذجًا يعتمد على توازن الطاقة في نظام الأوراق لمحاكاة الاستجابات. نتائج من النموذج تحاكي النتائج من المختبر.

تم افتراض أن الخلايا الحامية التي تشكل المسام لديها أنظمة معالجة حسية ومعلوماتية متطورة تستخدم الضوء والإشارات البيئية الأخرى لضبط المسام. الاختراق في هذا البحث هو أنه أول من أظهر أن تنظيم معدل فقدان الماء عن طريق الثغور مرتبط بالعمليات الفيزيائية التي تحدث في أعماق الورقة.

"هذا يعني أن النموذج الحالي لما يدفع الثغور لتغيير حجمها يجب أن يتغير" ، هذا ما قاله المؤلف المشارك Roland Pieruschka ، زميل ماري كوري من الاتحاد الأوروبي في معهد كارنيجي (حاليًا في مركز الأبحاث J & uumllich في ألمانيا). "اعتقد الباحثون لفترة طويلة أن حرارة الشمس ، التي تمتصها الصبغات ، تنتقل من خلية إلى أخرى حتى تصل إلى التجاويف الموجودة أسفل الثغور حيث يُعتقد أن التبخر يحدث. وربما يحدث هذا إلى حد ما ، لكن النتائج المعروضة هنا تتوافق بشكل أكبر مع فرضيتنا القائلة بأن الكثير من هذه الحرارة ينتقل عبر الفراغات الهوائية داخل الورقة المشبعة ببخار الماء. هذا الاختلاف الرئيسي محوري لفهم كيفية عمل أوتو لانج الأساسي في السبعينيات ، على استجابات من الثغور إلى الرطوبة ، يمكن أن تنسجم مع مفهوم على نطاق الأوراق لتنظيم الثغور ".

مصدر القصة:

المواد المقدمة من مؤسسة كارنيجي. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


هل النباتات المائية لها ثغور؟ - مادة الاحياء

هل ستكون كثافة الثغور أكبر في الثنائيات أو الأحادية ولماذا؟

نتساءل لماذا تسأل هذا السؤال؟ هل لديك سبب للاعتقاد بأن كثافة الفم مرتبطة بما إذا كان النبات ثنائي النواة أو أحادي النواة؟

The most significant difference between the stomata of monocots and dicots is the design of the guard cells - the monocots having the dumbell type, and dicots the pair-of -sausage type. Also the monocots have them arranged in regular arrays, whereas the dicots have more of a crazy-paving of them!

The role of stomata is to enable gaseous exchange whilst trying to minimise the consequent water loss.

We guess that stomatal density stated in terms of "number of stomata per square mm" would also depend on the size of the stomata. Some plants may have many small stomata whilst others have few large ones. However, each would aim to achieve the same effect in terms of gaseous exchange and water evaporation.

Monocots have stomata on both the "upper" and "lower" surfaces of their leaves, whilst SOME (but not ALL) dicots have stomata on only one surface (usually the lower one), so on this basis, to achieve the same effect, a monocot may need half the stomatal density of a dicot of a type with stomata on only one surface. However, many dicots have stomata on BOTH surfaces and some aquatic plants with floating leaves have stomata on the upper surface, so it is not possible to generalise about ALL monocots and ALL dicots.

However, as a "stoma" is strictly speaking, the hole in the structure, we might guess that the total stomatal area per square mm of leaf surface would be the same for the same amount of gaseous exchange/transpiration.

We would normally expect stomatal density to be related to the climate in which the plant is adapted to grow. Some cacti have no leaves, but green stems instead, perhaps because there is a lower stomatal density on stems than on leaves - the leaves have been reduced to the spines on the cactus. The stomata on such xerophytes may be in deep pits or in the folds of leaves. We would guess that xerophytes have a lower stomatal density than mesophytes.

A monocot which is good for studying is Red Hot Poker (Kniphofia) becasue the epidermis peels off so easily.

John Hewitson, Barry Meatyard, Roger Delpech and Kath Crawford

- See more at: http://me-saps.medschl.cam.ac.uk/saps-associates/browse-q-and-a/525-will-stomata-density-be-greater-in-dicots-or-monocots-and-why#sthash.ODf0FUXK.dpuf

How do I measure stomatal density?

There are a number of ways of doing this. Because of the size of stomata, you will need a reasonably good microscope for this. Your choice of magnification will depend on the leaf material that you are using, and the size of the stomata

  • Prepare an epidermal impression by coating the leaf surface with nail varnish. Peel off the dried layer of nail varnish by using sellotape and stick this onto a slide.
  • Alternatively, with some plants you can peel off an epidermal strip directly, which you can mount in water on a slide and place under the microscope.
  • If you have an eyepiece graticule which you can use, you can work at a relatively low power, and you can count the number of stomata within different squares to act as replicates.
  • If you do not have an eyepiece graticule, you can work at a higher magnification and count a number of different fields - the area visible under the microscope - at any one time.
  1. You get enough counts to be able to analyse your results statistically,
  2. You calculate the area of leaf which you are counting in order to give a quantifiable result e.g. stomata per square mm. You will need to calibrate the size of the field of view, or the size of individual squares within a field, using a stage micrometer to do this.

M. MacDonald, SAPS Cambridge.

One of the best plants for doing epidermal peels is the red hot poker plant Kniphofia. Being a monocot its stomata are highly ordered in rows, but they are big and great for stomatal opening and closing using solutions of different concentrations.

Almost as good is the Elephants Ear Saxifrage Bergenia. This also peels very easily, but the stomata are smaller although clearly visible at x100 magnification. This is a dicot so the distribution is more random.

What factors influence the opening and closing of stomata?

There are many factors which lead to stomata opening and closing.

i) There is an endogenous rhythm (a biological clock). Stomata open during the day and close during the night. (Though certain succulents which are native to hot, dry conditions have a reversed rhythm to enable them to economise on water loss.) However, stomata continue to open and close on an approximately 24 hour clock (circadian = about a day) even when switched to continuous light. The phase of this opening and closure can be shifted (made to occur at other times of the day) by contol of the end of the dark period.

ii) The water balance of a plant affects stomatal apperture. Wilting plants close their stomata. The plant growth regulator abscisic acid (ABA) seems to act as a mediator under these conditions. Water stress in the roots can transmit (in xylem?) its influence to stomata in leaves by the signal of ABA.

iii) Low concentrations of CO2 cause stomata to open. If CO2-free air is blown across stomata in darkness, their stomates open. High CO2 causes stomates to close.

iv) Light causes stomates to open. The minimum light level for opening of stomates in most plants is 1/1000 to 1/30 of full sunlight, just enough to cause some net photosynthesis. Blue light (430-460nm) is nearly 10 times as effective as red light (630-680nm). The wavelengths that are effective in the red part of the spectrum are the same as those that are effective in photosynthesis ie is absorbed by chlorophyll. However, the blue light effect is quite independent of photosynthesis. Photosynthesis will change intercellular CO2 concentrations and may have its effect through number iii) above.

So, how are these movements brought about?

Blue-light wavelengths of daylight, detected by zeaxanthin (a carotenoid) activate proton pumps in the guard cell membranes, which proceed to extrude protons from the cytoplasm of the cell this creates a "proton motive force" (an electrochemical gradient across the membrane) which opens voltage operated channels in the membrane, allowing positive K ions to flow passively into the cell, from the surrounding tissues. Chloride ions also enter the cell, with their movement coupled to the re-entry of some of the extruded protons (Cl/H symport) to act as a counter-ions to the potassium. Water passively follows these ions into the guard cells, and as their tugidity increases so the stomatal pore opens, in the morning. As the day progresses the osmotic role of potassium is supplanted by that of sucrose, which can be generated by several means, including starch hydrolysis and photosynthesis. At the end of the day (by which time the potassium accumulation has dissipated) it seems it is the fall in he concentration of sucrose that initiates the loss of water and reduced turgor pressure, which causes closure of the stomatal pore.

ABA also seems to trigger a loss of K ions from guard cells. Some workers suggest that in some species, ABA alters turgor pressure without changing solute potential or water potential.

There is evidence of a role for increased cytoplasmic calcium (Ca2+) in closure, possibly by effects on opening/closing of ion channels at the plasma membrane.

Starch break down to phosphoenol pyruvate (PEP) is stimulated by blue light. This PEP then combines with CO2 to fom oxaloacetic acid, which is converted to malic acid. It is H ions from the malic acid which leave the cell in the mechanism outlined above. Thus the intake of K ions is matched by formation of anions from malic acid in the guard cells. This causes an increase in osmotically active substances in exchange for the breakdown of starch in guard cells.

Hart, J.W. في Light & Plant Growth (1988), 2nd Impression 1990. (pp 135-6).

Taiz and Zeiger in Plant physiology - 2nd ed.(1998) published by Sinauer, ISBN 0-87893-831-1 (pp 522-530)

Salisbury and Ross in فيزياء النبات - 4th ed (1992) published by Wadsworth, California, ISBN 0-534-15162-0

John Hewitson, Roger Delpech and Richard Price

Do all stomata on a leaf or plant open at the same time?

Our previous answer (above) explains that the opening/closing of stomata is a complex process controlled by more than one variable. In addition to what is mentioned there, Abscisic acid (ABA) acts as a hormone and causes stomata to close.

So . we don't know the true answer to your question!

If ABA is the mechanism (as, I believe, it is under drought conditions) then I would predict that all stomata would move in unison as the hormone spreads throughout the leaf/plant.

On the other hand, Barry Meatyard comments:-
Since stomatal opening is controlled by the turgor of guard cells and turgor of guard cells is presumably controlled by the local water relations in the environment of the stoma itself (rather than by remote control from the rest of the plant), then I could see a situation where if one leaf was in humid conditions and another in a locally drier environment the stomata on these leaves would vary in the degree of opening. Such a differentiated environment would presumably occur as a gradient from the 'surface' of a bush into its centre. As a hypothesis it would be worth testing with some epidermal peels or nail varnish 'casts'. How about a sample of leaves varnished في الجسم الحي in a privet hedge?

This is a good opportunity for some real open ended discovery based on a real experiment.

If you do the experiment, please let us know what you find out!

Will stomata density be greater in dicots or monocots and why?

We wonder why you ask this question? Do you have reason to believe that stomatal density is related to whether a plant is a dicot or monocot?

The most significant difference between the stomata of monocots and dicots is the design of the guard cells - the monocots having the dumbell type, and dicots the pair-of -sausage type. Also the monocots have them arranged in regular arrays, whereas the dicots have more of a crazy-paving of them!

The role of stomata is to enable gaseous exchange whilst trying to minimise the consequent water loss.

We guess that stomatal density stated in terms of "number of stomata per square mm" would also depend on the size of the stomata. Some plants may have many small stomata whilst others have few large ones. However, each would aim to achieve the same effect in terms of gaseous exchange and water evaporation.

Monocots have stomata on both the "upper" and "lower" surfaces of their leaves, whilst SOME (but not ALL) dicots have stomata on only one surface (usually the lower one), so on this basis, to achieve the same effect, a monocot may need half the stomatal density of a dicot of a type with stomata on only one surface. However, many dicots have stomata on BOTH surfaces and some aquatic plants with floating leaves have stomata on the upper surface, so it is not possible to generalise about ALL monocots and ALL dicots.

However, as a "stoma" is strictly speaking, the hole in the structure, we might guess that the total stomatal area per square mm of leaf surface would be the same for the same amount of gaseous exchange/transpiration.

We would normally expect stomatal density to be related to the climate in which the plant is adapted to grow. Some cacti have no leaves, but green stems instead, perhaps because there is a lower stomatal density on stems than on leaves - the leaves have been reduced to the spines on the cactus. The stomata on such xerophytes may be in deep pits or in the folds of leaves. We would guess that xerophytes have a lower stomatal density than mesophytes.

A monocot which is good for studying is Red Hot Poker (Kniphofia) becasue the epidermis peels off so easily.

John Hewitson, Barry Meatyard, Roger Delpech and Kath Crawford

What is the relationship between increase in stomata density and rate of transpiration?

Salisbury and Ross. Plant Physiology. Wadsworth Publishing Co. 4th Ed Chapter 4

"Nature often proves to be more complex than we expect. Suppose we compare the evaporation rate from a beaker of water and from an identical beaker that is half covered, say with metal strips. We would expect evaporation from the second beaker to be about half that from the first. Now let's cover all but about 1% of the second beaker. We will use a thin piece of foil with small holes making up about 1% of the total area. Will we measure about 1% as much evaporation? Not if the holes have about same size and spacing as the stomates found in the epidermis of a leaf. We will in fact measure about half as much evaporation (50%) as from the open surface.

"How can this be? Why isn't evaporation directly proportional to surface area? It certainly seems paradoxical that stomatal openings on the leaf make up only about 1% of the surface area, whereas the leaf sometimes transpires half as much water as would evaporate from an equivalent area of wet filter paper. We resolve this apparent paradox be realising that evaporation is a diffusion process from water surface to atmosphere. Simply stated, diffusion is proportional to the driving force and the conductivity. In our example, the driving force is the same for both beakers: the difference in vapour pressure (or density) between the water surface (where the atmosphere is saturated with vapour) and the atmosphere some distance away (where it must be below saturation if evaporation is to occur).

"The different evaporation rates depend on different conductivities to diffusion. Part of the conductivity is a function of the area, and this value is much lower above a beaker covered with porous foil, which is what we expected. But the other part of the conductivity depends on the distance in the atmosphere through which the water molecules must diffuse before their concentration reaches the atmosphere as a whole. The shorter the distance, the higher the conductivity. This distance can be called the boundary layer, and it is much shorter above the pores in the foil than above the free water surface. Molecules evaporating from the free water will be part of the relatively dense column of molecules extending some distance above the surface, whereas molecules diffusing through a pore can go in any direction within an imaginary hemisphere centred above the pore. In the hemisphere, the concentration drops rapidly with distance from the pore, which is to say that the concentration gradient is very steep because the boundary layer is very thin. Of course, if pores are closer together than the thickness of their boundary layers, these hemispheres overlap and merge into a boundary layer.

"Many empirical studies were made several decades ago to determine the effects of pore size, shape and distribution on diffusion rates (eg Brown and Escombe 1900, Sayre 1926, reviewed by Meyer and Anderson in 1939). Stomates of typical plants proved to be nearly optimal for maximum gas or vapour diffusion. Thus, plants are ideally adapted for CO2 absorption from the atmosphere - but also for loss of water by transpiration. The stomates can close, however, and in most plants they are adapted to close when photosynthesis and CO2 absorption stop (for example in darkness)."

How can I investigate whether size of stomata affects transpiration rate?
(for an AS level investigation)

You need to think at a basic level:-
1) How can you measure transpiration rate? Remember that a bubble potometer (for instance) measures water uptake whereas a weighing potometer (weighing a plant in a sealed water reservoir) should give transpiration. (Changes in mass due to photosynthesis and respiration can probably be ignored.) It may be sufficient to simply hang up leaves of different types and measure their loss in weight over a period of time. You can cover surfaces with vaseline if you wish to compare how much is lost from the lower surface with stomata with how much is lost from the upper surface.

2) How can you measure stomatal size? With most leaves, you can paint the surface with nail varnish and leave it to dry, then press selotape to the leaf surface and peel off the nail varnish impression and stick it to a microscope slide to measure the size of the stomata under a calibrated microscope. Now, this is almost impossible to do as the stoma is actually the hole between the guard cells and you rarely get the chance to measure the diameter of the hole - perhaps you will just have to measure the length of the closed hole and make some assumptions from there - perhaps you will just have to measure the diameter of the guard cells and make some even bigger assumptions from there.

If you haven't got the names of some varieties of leaves which you can get hold of, I would simply choose some mesophytes and xerophytes and get measuring. I happen to know that hairy leaves are no good for the nail varnish method, so several xeromorphs may be ruled out. The value of an AS project is to a) plan an experiment which will test your chosen hypothesis, b) choose appropriate apparatus and show you can use it skillfully c) take measurements and keep sensible records d) analyse the experiment and write your conclusions and e) comment on the reliability and accuracy of your experiment with comments on how the experiment could be improved. What is NOT marked is how well your data fit your prediction! ie, there are not many (if any) marks which depend on choosing the right leaves.

Does wind speed affect the opening of stomata?

I am exploring the effect of wind speeds in light and dark environments on transpiration. If the wind speed is high enough during the night time will this cause the opening of stomata and transpiration, even though it is against the plants bioloical clock to do so?
I've got 3 different wind speeds on the fan and I'm keeping the temperature constant in both light/dark environments.

Wind speed does not normally cause stomata to open. Indeed, high wind speed may cause stomata to close a) because of the high rate of transpiration leading to water stress but also b) (when photosynthesis rate is high) gentle breeze can bring more CO2 close to the stomata, increasing the diffusion of CO2 into the leaf, causing guard cells to become less turgid.

Stomates will normally be closed in the dark. Granted, there may be a tendency for the stomata to be open if you are doing the experiment during daylight hours and the plants have not had a chance to reset their biological clock. On the other hand, I would expect the biological clock mechanism to be over-ruled by the other environmental conditions you are imposing on the plants which (I guess) will have a stronger effect on the stomatal aperture than the diurnal rhythm. Opening of stomata at sunrise generally requires about an hour and closing is often gradual throughout the afternoon. Stomates close faster if plants are suddenly exposed to darkness. The minimum light level for opening of stomates in most plants is about 1/1000 to 1/30 of full sunlight - just enough to cause some net photosynthesis. Higher irradiance levels cause wider stomatal apertures.

This should be an interesting series of experiments. Will you measure the leaf area and quote your results in terms of g water/mm 2 of leaf? How long will you need to wait after you have changed the conditions before making your critical measurements (an hour?) Will your kale be planted in soil, or will you be removing a kale leaf from the plant for experimentation?

Why does polyploidy result in increased stomatal size? I have been doing an investigation into stomatal size in تاجيتس species and found that 4n تاجيتس have fewer stomata per unit area than 2n تاجيتس محيط.

This is a fascinating topic and I have not been able to find a clear answer in the literature.

Indeed, it is well known that stomatal size is bigger in polyploid plants. I was involved with a project where we scanned hundreds of plants treated with colchicine by looking at the size of their stomata, in the hope of identifying any polyploids the colchicine had produced.

This article confirms your findings (but not in تاجيتس) :-

This article suggests that diploid and polyploid plants are quite different in their water content:-

Another article suggested that the osmotic potential of diploids and polyploids is different.

All these features might be expected to influence the transpiration properties of the leaves and the changes in stomatal size and stomatal density might be (in part) a response to this.

Ottoline Leyser tells me that "There is a well-established correlation between ploidy level and cell size - polyploid cells are bigger. It seems to me that if you have bigger guard cells you would have to have bigger stomatal pores. If the pores are bigger then the plant would make fewer to compensate, because they make the minimum for sufficient CO2 uptake."


شاهد الفيديو: Water moves through Xylem Experiment (أغسطس 2022).