Lezione “Struttura cellulare di una foglia”

Bersaglio: mostrare la relazione tra la struttura di una foglia e le sue funzioni; sviluppare il concetto della struttura cellulare delle piante; continuare a sviluppare le capacità di lavoro indipendente con gli strumenti, la capacità di osservare, confrontare, giustapporre e trarre conclusioni da soli;

sviluppare amore e rispetto per la natura. Attrezzatura

: tabelle “Diversità delle foglie”, “Struttura cellulare delle foglie”; erbario – nervatura fogliare, foglie semplici e composte; piante da interno; preparazioni della pelle di Tradescantia e delle foglie di geranio.

SVOLGIMENTO DELLA LEZIONE

Ogni primavera ed estate, per le strade, nelle piazze, nel cortile della scuola e a casa, tutto l'anno sui davanzali delle finestre siamo circondati da eleganti piante verdi. Ci siamo abituati. Siamo così abituati che spesso non notiamo la differenza tra loro.

In precedenza, molte persone pensavano che tutte le foglie fossero uguali, ma l'ultima lezione ha mostrato la varietà delle loro forme sorprendenti e della loro bellezza. Ricordiamo il materiale trattato.

Le piante sono divise in due gruppi a seconda del numero di cotiledoni. Quale? Esatto, monocotiledoni e dicotiledoni! Ora guarda: si scopre che ogni foglia sa a quale classe appartiene la sua pianta, e il pizzo della disposizione delle foglie aiuta le foglie a usare meglio la luce.

Quindi prendi la prima busta. Contiene foglie di piante diverse. Divideteli in due gruppi in base al tipo di venatura. Ben fatto! Ora dividi le foglie della seconda busta in due gruppi, ma a tua discrezione. Chi può dire quale principio ti ha guidato nel mettere le cose in ordine? Esatto, hai diviso le foglie in complesse e semplici.

Ora guarda: ci sono dei compiti sui tavoli. Per favore completali.

1. Una foglia è una parte... . Le foglie sono costituite da... e... .

2. L'immagine mostra foglie con diversi tipi di venatura. Etichetta quale foglia ha quale venatura.

Dalla descrizione esterna si passa allo studio della struttura interna della foglia. In una delle lezioni abbiamo imparato che la foglia è necessaria affinché la pianta fornisca nutrimento aereo, ma come funziona? Una foglia è costituita da cellule, ma le cellule non sono identiche e svolgono funzioni diverse. Che tessuto ricopre il lenzuolo? Coprente o protettivo!
Nella villa verde
Le aree non sono misurate,
Le stanze non vengono conteggiate
Le pareti sono come il vetro
Tutto è visibile fino in fondo!
E ci sono finestre nei muri,
Si chiudono!

Diamo un'occhiata a questo mistero. La torre verde è una foglia, le stanze sono cellule. Trasparenti, come il vetro, le pareti sono un tessuto di rivestimento. Questo è ciò che vedremo oggi. Per fare questo è necessario preparare il farmaco. Abbiamo imparato come farlo correttamente quando abbiamo studiato la pelle della foglia.

Uno studente prepara la pelle del lato superiore della foglia, il secondo del lato inferiore.

Abbiamo preparato e allestito il microscopio. Diamo prima un'occhiata alla pelle superiore. Perché è come il vetro?

Perché è trasparente e quindi trasmette raggi di luce.

Cosa significa “finestre nei muri”?

Prova a trovarli! Per fare questo, è meglio esaminare la pelle della parte inferiore della foglia. In che modo alcune cellule sono diverse dalle altre?

Le cellule stomatiche formano una “finestra”: sono cellule di guardia e, a differenza delle altre cellule del tessuto tegumentario, hanno un colore verde, perché contengono cloroplasti. Il divario tra loro è chiamato stomatico.

Perché pensi che siano necessari gli stomi?

Per garantire l'evaporazione e la penetrazione dell'aria nella lastra. E si aprono e si chiudono per regolare la penetrazione dell'aria e dell'acqua.

Considera le differenze nella struttura della pelle superiore e inferiore. Ci sono più stomi sul lato inferiore. Piante diverse hanno foglie con un numero diverso di stomi.

Ora dobbiamo formalizzare le nostre osservazioni sotto forma di un rapporto di laboratorio.

A tale scopo, completare le seguenti attività.

Lavoro di laboratorio “Struttura della pelle fogliare”

Gli stomi sono pori dell'epidermide attraverso i quali avviene lo scambio di gas. Si trovano principalmente nelle foglie, ma anche sul fusto. Ciascuno stoma è circondato su entrambi i lati da cellule di guardia che, a differenza di altre cellule epidermiche, contengono cloroplasti. Le cellule di guardia controllano la dimensione dell'apertura stomatica modificandone il turgore.

Queste cellule sono viventi e contengono granuli di clorofilla e granelli di amido, che sono assenti in altre cellule dell'epidermide. Ci sono soprattutto molti stomi sulla foglia. La sezione trasversale mostra che direttamente sotto gli stomi all'interno del tessuto fogliare c'è una cavità chiamata cavità respiratoria. All'interno dello spazio vuoto, le celle di guardia sono più vicine tra loro nella parte centrale delle celle, e sopra e sotto sono più distanti, formando spazi chiamati cortili anteriore e posteriore.

Le cellule di guardia sono in grado di aumentare e contrarre le loro dimensioni, per cui la fessura stomatica a volte si allarga, a volte si restringe o addirittura si chiude completamente.

Pertanto, le cellule di guardia sono l'apparato che regola il processo di apertura e chiusura degli stomi.

Come viene effettuato questo processo?

Le pareti delle cellule di guardia rivolte verso lo spazio vuoto sono molto più spesse delle pareti rivolte verso le cellule epidermiche vicine. Quando la pianta è illuminata e ha un eccesso di umidità, nei granelli di clorofilla delle cellule di guardia si accumula amido, una parte dei quali viene convertita in zucchero. Lo zucchero disciolto nella linfa cellulare attira l'acqua dalle cellule epidermiche vicine, con conseguente aumento del turgore nelle cellule di guardia. Una forte pressione porta alla sporgenza delle pareti delle cellule adiacenti a quelle epidermiche e le pareti opposte, molto ispessite, vengono raddrizzate. Di conseguenza, la fessura stomatica si apre e aumentano lo scambio di gas e l'evaporazione dell'acqua. Al buio o in mancanza di umidità, la pressione del turgore diminuisce, le cellule di guardia ritornano nella posizione precedente e le pareti ispessite si chiudono. La fessura stomatica si chiude.

Gli stomi si trovano su tutti gli organi terrestri giovani e non lignificati della pianta. Ce ne sono soprattutto molti sulle foglie, e qui si trovano principalmente sulla superficie inferiore. Se la foglia è posizionata verticalmente, gli stomi si sviluppano su entrambi i lati. Nelle foglie di alcune piante acquatiche che galleggiano sulla superficie dell'acqua (ad esempio ninfee, capsule di uova), gli stomi si trovano solo sul lato superiore della foglia.

Numero di stomi per 1 mq. mm di superficie fogliare è in media 300, ma talvolta raggiunge i 600 o più. Tifa (Typha) ha oltre 1300 stomi per 1 metro quadrato. mm. Le foglie immerse nell'acqua non hanno stomi. Gli stomi si trovano spesso uniformemente su tutta la superficie della pelle, ma in alcune piante vengono raccolti in gruppi. Nelle piante monocotiledoni, così come negli aghi di molte conifere, si trovano in file longitudinali. Nelle piante delle regioni aride, gli stomi sono spesso immersi nel tessuto fogliare. Lo sviluppo stomatico di solito avviene come segue. Nelle singole cellule dell'epidermide si formano pareti arcuate, che dividono la cellula in più piccole in modo che quella centrale diventi l'antenato degli stomi. Questa cellula è divisa da un setto longitudinale (lungo l'asse della cellula). Questo setto poi si divide e si forma uno spazio vuoto. Le cellule che lo limitano diventano le cellule di guardia degli stomi. Alcuni muschi epatici hanno stomi peculiari, privi di cellule di guardia.

Nella fig. mostra l'aspetto degli stomi e delle cellule di guardia in una micrografia ottenuta utilizzando un microscopio elettronico a scansione.

Qui si può vedere che le pareti cellulari delle cellule di guardia hanno uno spessore eterogeneo: la parete più vicina all'apertura degli stomi è chiaramente più spessa della parete opposta. Inoltre, le microfibrille di cellulosa che compongono la parete cellulare sono disposte in modo tale che la parete rivolta verso il foro è meno elastica, e alcune fibre formano una sorta di cerchi attorno alle celle di guardia, simili a salsicce. Quando la cellula assorbe acqua e diventa turgida, questi cerchi le impediscono di espandersi ulteriormente, permettendole solo di allungarsi in lunghezza. Poiché le cellule di guardia sono collegate alle loro estremità e le pareti più sottili lontane dalla fessura stomatica si allungano più facilmente, le cellule acquisiscono una forma semicircolare. Pertanto, appare un buco tra le celle di guardia. (Otterremo lo stesso effetto gonfiando un palloncino a forma di salsiccia con del nastro adesivo attaccato lungo uno dei lati.)

Al contrario, quando l’acqua lascia le cellule di guardia, il poro si chiude. Non è ancora chiaro come avvenga il cambiamento nel turgore cellulare.

Una delle ipotesi tradizionali, l'ipotesi “zucchero-amido”, presuppone che durante il giorno la concentrazione di zucchero nelle cellule di guardia aumenti e, di conseguenza, aumenta la pressione osmotica nelle cellule e il flusso di acqua al loro interno. Tuttavia, nessuno è ancora riuscito a dimostrare che nelle cellule di guardia si accumula abbastanza zucchero da causare i cambiamenti osservati nella pressione osmotica. Si è recentemente scoperto che durante il giorno, alla luce, gli ioni potassio e gli anioni associati si accumulano nelle cellule di guardia; Questo accumulo di ioni è più che sufficiente per provocare i cambiamenti osservati. Al buio, gli ioni potassio (K+) lasciano le cellule di guardia nelle cellule epidermiche adiacenti. Non è ancora chiaro quale anione bilanci la carica positiva dello ione potassio. Alcune (ma non tutte) le piante studiate hanno mostrato l'accumulo di grandi quantità di anioni di acidi organici come il malato. Allo stesso tempo, i granuli di amido, che compaiono al buio nei cloroplasti delle cellule di guardia, diminuiscono di dimensioni. Ciò suggerisce che l'amido viene convertito in malato alla luce.

Alcune piante, come l'Allium cepa (cipolla), non hanno amido nelle cellule di guardia. Pertanto, quando gli stomi sono aperti, il malato non si accumula e i cationi vengono apparentemente assorbiti insieme agli anioni inorganici come il cloruro (Cl-).

Alcune domande rimangono irrisolte. Ad esempio, perché è necessaria la luce per aprire gli stomi? Che ruolo svolgono i cloroplasti oltre a immagazzinare l'amido? Il malato si trasforma in amido al buio? Nel 1979, è stato dimostrato che i cloroplasti delle cellule di guardia della Vicia faba (fava) mancano degli enzimi del ciclo di Calvin e il sistema tilacoide è poco sviluppato, sebbene sia presente la clorofilla. Di conseguenza, il normale percorso C3 della fotosintesi non funziona e l'amido non si forma. Ciò potrebbe aiutare a spiegare perché l’amido non si forma durante il giorno, come nelle normali cellule fotosintetiche, ma durante la notte. Un altro fatto interessante è l'assenza di plasmodesmi nelle cellule di guardia, cioè isolamento comparativo di queste cellule da altre cellule dell'epidermide.

Di particolare importanza nella vita di una pianta sono gli stomi, che appartengono al sistema del tessuto epidermico. La struttura degli stomi è così unica e il loro significato è così grande che dovrebbero essere considerati separatamente.

Il significato fisiologico del tessuto epidermico è duplice, in gran parte contraddittorio. Da un lato, l'epidermide è strutturalmente adatta a proteggere la pianta dalla disidratazione, facilitata dalla stretta chiusura delle cellule epidermiche, dalla formazione di una cuticola e da peli di copertura relativamente lunghi. D'altra parte, l'epidermide deve passare attraverso masse di vapore acqueo e vari gas che corrono in direzioni opposte. Lo scambio di gas e vapore in alcune circostanze può essere molto intenso. In un organismo vegetale, questa contraddizione viene risolta con successo con l'aiuto degli stomi. Gli stomi sono costituiti da due cellule epidermiche particolarmente modificate, collegate tra loro da estremità opposte (lungo la loro lunghezza) e chiamate cellule di guardia. Lo spazio intercellulare tra loro si chiama fessura stomatica.

Le cellule di guardia sono così chiamate perché, attraverso cambiamenti periodici attivi di turgore, cambiano la loro forma in modo tale che la fessura stomatica si apre o si chiude. Le seguenti due caratteristiche sono di grande importanza per questi movimenti stomatici. Innanzitutto, le cellule di guardia, a differenza di altre cellule dell'epidermide, contengono cloroplasti, in cui la fotosintesi avviene alla luce e si forma lo zucchero. L'accumulo di zucchero come sostanza osmoticamente attiva provoca una variazione della pressione di turgore delle cellule di guardia rispetto alle altre cellule dell'epidermide. In secondo luogo, le membrane delle cellule di guardia si ispessiscono in modo non uniforme, quindi un cambiamento nella pressione del turgore provoca un cambiamento non uniforme nel volume di queste cellule e, di conseguenza, un cambiamento nella loro forma. Il cambiamento nella forma delle cellule di guardia provoca un cambiamento nella larghezza della fessura stomatica. Illustriamolo con il seguente esempio. La figura mostra uno dei tipi di stomi delle piante dicotiledoni. La parte più esterna degli stomi è costituita da proiezioni membranose formate dalla cuticola, a volte insignificanti e talvolta piuttosto significative. Limitano un piccolo spazio dalla superficie esterna, il cui bordo inferiore è lo stesso spazio stomatico, chiamato stomi del cortile anteriore. Dietro la fessura stomatica, all'interno, si trova un altro piccolo spazio, delimitato da piccole sporgenze interne delle pareti laterali delle cellule di guardia, chiamato stomi del patio. Il patio si apre direttamente su un ampio spazio intercellulare denominato cavità d'aria.

Alla luce, nelle cellule di guardia si forma lo zucchero, attira acqua dalle cellule vicine, il turgore delle cellule di guardia aumenta e le parti sottili del loro guscio si allungano più di quelle spesse. Pertanto, le sporgenze convesse che sporgono nella fessura stomatica diventano piatte e gli stomi si aprono. Se lo zucchero, ad esempio, di notte si trasforma in amido, allora il turgore nelle cellule di guardia diminuisce, questo provoca un indebolimento delle sezioni sottili del guscio, sporgono l'una verso l'altra e gli stomi si chiudono. In piante diverse, il meccanismo di chiusura e apertura dello spazio stomatico può essere diverso. Ad esempio, nelle erbe e nei carici, le celle di guardia hanno le estremità allargate e si restringono nella parte centrale. Le membrane nelle parti centrali delle cellule sono ispessite, mentre le loro estremità espanse trattengono sottili membrane di cellulosa. Un aumento del turgore provoca il rigonfiamento delle estremità delle cellule e, di conseguenza, le parti mediane diritte si allontanano l'una dall'altra. Ciò porta all'apertura degli stomi.

Le caratteristiche nel meccanismo di funzionamento dell'apparato stomatico sono create sia dalla forma e dalla struttura delle cellule di guardia, sia dalla partecipazione ad essa delle cellule epidermiche adiacenti agli stomi. Se le cellule immediatamente adiacenti agli stomi differiscono nell'aspetto dalle altre cellule dell'epidermide, vengono chiamate cellule degli stomi che li accompagnano.

Molto spesso, le cellule che accompagnano e quelle finali hanno un'origine comune.

Le cellule di guardia degli stomi sono leggermente sollevate sopra la superficie dell'epidermide o, al contrario, abbassate in fosse più o meno profonde. A seconda della posizione delle cellule di guardia rispetto al livello generale della superficie dell'epidermide, il meccanismo stesso di regolazione della larghezza della fessura stomatica cambia leggermente. A volte le cellule di guardia dello stoma si lignificano e quindi la regolazione dell'apertura della fessura stomatica è determinata dall'attività delle cellule epidermiche vicine. Espandendosi e restringendosi, cioè modificando il loro volume, trascinano le celle di guardia ad essi adiacenti. Tuttavia, spesso gli stomi con cellule di guardia lignificate non si chiudono affatto. In tali casi, la regolazione dell'intensità dello scambio di gas e vapori viene effettuata in modo diverso (attraverso il cosiddetto inizio dell'essiccazione). Negli stomi con cellule di guardia lignificate, la cuticola spesso copre con uno strato sufficientemente spesso non solo l'intera fessura stomatica, ma si estende anche alla cavità aerea, rivestendone il fondo.

La maggior parte delle piante ha stomi su entrambi i lati della foglia o solo sulla parte inferiore. Ma ci sono anche piante in cui gli stomi si formano solo sulla parte superiore della foglia (sulle foglie che galleggiano sulla superficie dell'acqua). Di norma, ci sono più stomi sulle foglie che sugli steli verdi.

Il numero di stomi sulle foglie di piante diverse varia notevolmente. Ad esempio, il numero di stomi sul lato inferiore di una foglia di bromo senza astina è in media 30 per 1 mm 2 , nel girasole che cresce nelle stesse condizioni è di circa 250. Alcune piante hanno fino a 1.300 stomi per 1 mm 2 .

Negli esemplari della stessa specie vegetale, la densità e la dimensione degli stomi dipendono fortemente dalle condizioni ambientali. Ad esempio, sulle foglie di un girasole cresciuto in piena luce vi erano in media 220 stomi per 1 mm 2 di superficie fogliare, e su un esemplare cresciuto accanto al primo, ma con leggera ombreggiatura, erano circa 140. una pianta coltivata in piena luce, la densità degli stomi aumenta dalle foglie inferiori a quelle superiori.

Il numero e la dimensione degli stomi dipendono fortemente non solo dalle condizioni di crescita della pianta, ma anche dalle relazioni interne dei processi vitali nella pianta stessa. Questi valori (coefficienti) sono i reagenti più sensibili per ogni combinazione di fattori che determinano la crescita di una pianta. Pertanto, determinare la densità e la dimensione degli stomi delle foglie di piante coltivate in condizioni diverse dà un'idea della natura del rapporto di ciascuna pianta con il suo ambiente. Tutti i metodi per determinare la dimensione e il numero degli elementi anatomici in un particolare organo appartengono alla categoria dei metodi anatomici quantitativi, che a volte vengono utilizzati negli studi ambientali, nonché per caratterizzare le varietà di piante coltivate, poiché ogni varietà di qualsiasi pianta coltivata è caratterizzato da determinati limiti di dimensione e numero di elementi anatomici per unità di area. I metodi di anatomia quantitativa possono essere utilizzati con grandi benefici sia nella coltivazione delle piante che nell'ecologia.

Insieme agli stomi destinati allo scambio di gas e vapori, ci sono anche stomi attraverso i quali l'acqua viene rilasciata non sotto forma di vapore, ma allo stato liquido. A volte tali stomi sono abbastanza simili a quelli normali, solo leggermente più grandi e le loro cellule di guardia mancano di mobilità. Molto spesso, in tali stomi in uno stato completamente maturo, le cellule di guardia sono assenti e rimane solo un foro che conduce all'esterno l'acqua. Vengono chiamati stomi che secernono goccioline di acqua liquida acqua e tutte le formazioni coinvolte nel rilascio di goccioline d'acqua liquida - idatodi.

La struttura degli idatodi è varia. Alcuni idatodi presentano un parenchima sotto il foro di scarico dell'acqua, che interviene nel trasferimento dell'acqua dall'impianto idraulico e nella sua fuoriuscita dall'organo; in altri idatodi il sistema di conduzione dell'acqua si avvicina direttamente allo sbocco. Gli idatodi si formano particolarmente spesso sulle prime foglie di piantine di varie piante. Così, in climi umidi e caldi, le giovani foglie di cereali, piselli e molte erbe dei prati rilasciano acqua goccia a goccia. Questo fenomeno può essere osservato nella prima metà dell'estate al mattino presto di ogni bella giornata.

Gli idatodi più ben definiti si trovano lungo i bordi delle foglie. Spesso uno o più idatodi sono portati da ciascuno dei denticoli che spengono i bordi delle foglie.

Esistono tre tipi di reazioni dell'apparato stomatico alle condizioni ambientali:

1. Reazione idropassiva- è la chiusura delle fessure stomatiche, causata dal fatto che le cellule del parenchima circostante si riempiono d'acqua e comprimono meccanicamente le cellule di guardia. Come risultato della compressione, gli stomi non possono aprirsi e non si forma la fessura stomatica. I movimenti idropassivi si osservano solitamente dopo un'irrigazione abbondante e possono causare l'inibizione del processo di fotosintesi.

2. Reazione idroattiva l'apertura e la chiusura sono movimenti causati da cambiamenti nel contenuto di acqua delle cellule di guardia degli stomi. Il meccanismo di questi movimenti è discusso sopra.

3. Reazione fotoattiva. I movimenti fotoattivi si manifestano nell'apertura degli stomi alla luce e nella chiusura al buio. Di particolare importanza sono i raggi rossi e blu, che sono più efficaci nel processo di fotosintesi. Ciò è di grande importanza adattativa, perché a causa dell'apertura degli stomi alla luce, la CO 2, necessaria per la fotosintesi, si diffonde ai cloroplasti.

Il meccanismo dei movimenti fotoattivi degli stomi non è del tutto chiaro. La luce ha un effetto indiretto attraverso una variazione della concentrazione di CO 2 nelle cellule di guardia degli stomi. Se la concentrazione di CO 2 negli spazi intercellulari scende al di sotto di un certo valore (questo valore dipende dal tipo di pianta), gli stomi si aprono. Quando la concentrazione di CO2 aumenta, gli stomi si chiudono. Le cellule di guardia degli stomi contengono sempre cloroplasti e avviene la fotosintesi. Alla luce, la CO 2 viene assimilata durante la fotosintesi, il suo contenuto diminuisce. Secondo l'ipotesi del fisiologo canadese W. Scarce, la CO 2 influenza il grado di apertura degli stomi attraverso una variazione del pH nelle cellule di guardia. Una diminuzione del contenuto di CO 2 porta ad un aumento del valore del pH (uno spostamento verso il lato alcalino). Al contrario, l'oscurità provoca un aumento del contenuto di CO 2 (a causa del fatto che la CO 2 viene rilasciata durante la respirazione e non viene utilizzata nel processo di fotosintesi) e una diminuzione del valore del pH (uno spostamento verso il lato acido). La modifica del valore del pH porta ad un cambiamento nell'attività dei sistemi enzimatici. In particolare, uno spostamento del pH verso il lato alcalino aumenta l’attività degli enzimi coinvolti nella scomposizione dell’amido, mentre uno spostamento verso il lato acido aumenta l’attività degli enzimi coinvolti nella sintesi dell’amido. La scomposizione dell'amido in zuccheri provoca un aumento della concentrazione delle sostanze disciolte e quindi il potenziale osmotico e, di conseguenza, il potenziale idrico diventano più negativi. Le cellule di guardia iniziano a ricevere intensamente acqua dalle cellule del parenchima circostante. Gli stomi si aprono. Cambiamenti opposti si verificano quando i processi si spostano verso la sintesi dell’amido. Tuttavia, questa non è l’unica spiegazione. È stato dimostrato che le cellule di guardia stomatiche contengono significativamente più potassio alla luce rispetto al buio. È stato stabilito che la quantità di potassio nelle cellule di guardia quando gli stomi sono aperti aumenta di 4-20 volte, mentre questo indicatore diminuisce nelle cellule associate. Sembra che ci sia una ridistribuzione del potassio. Quando gli stomi si aprono, si forma un gradiente significativo di potenziale di membrana tra le cellule di guardia e quelle che le accompagnano (I.I. Gunar, L.A. Panichkin). L'aggiunta di ATP all'epidermide fluttuante sulla soluzione KS1 aumenta la velocità di apertura stomatica alla luce. È stato anche dimostrato un aumento del contenuto di ATP nelle cellule di guardia degli stomi durante la loro apertura (S.A. Kubichik). Si può presumere che l'ATP, formato durante la fosforilazione fotosintetica nelle cellule di guardia, venga utilizzato per aumentare l'apporto di potassio. Ciò è dovuto all'attività dell'H + -ATPasi. L'attivazione della pompa H+ favorisce il rilascio di H+ dalle cellule di guardia. Ciò provoca il trasporto lungo il gradiente elettrico del K+ nel citoplasma e poi nel vacuolo. L'aumento dell'apporto di K+, a sua volta, favorisce il trasporto di C1- lungo il gradiente elettrochimico. La concentrazione osmotica aumenta. In altri casi, l'apporto di K+ è bilanciato non da C1 -, ma da sali di acido malico (malati), che si formano nella cellula in risposta alla diminuzione del pH a seguito del rilascio di H+. L'accumulo di sostanze osmoticamente attive nel vacuolo (K+, C1-, malati) riduce il potenziale osmotico e quindi idrico delle cellule di guardia degli stomi. L'acqua entra nel vacuolo e gli stomi si aprono. Al buio, il K+ viene trasportato a partire da una certa quantità (questo valore dipende dalla specie vegetale), gli stomi si aprono. Quando la concentrazione di CO2 aumenta, gli stomi si chiudono. Le cellule di guardia degli stomi contengono sempre cloroplasti e avviene la fotosintesi. Alla luce, la CO 2 viene assimilata durante la fotosintesi, il suo contenuto diminuisce. Secondo l'ipotesi del fisiologo canadese W. Scarce, la CO 2 influenza il grado di apertura degli stomi attraverso una variazione del pH nelle cellule di guardia. Una diminuzione del contenuto di CO 2 porta ad un aumento del valore del pH (uno spostamento verso il lato alcalino). Al contrario, l'oscurità provoca un aumento del contenuto di CO 2 (a causa del fatto che la CO 2 viene rilasciata durante la respirazione e non viene utilizzata nel processo di fotosintesi) e una diminuzione del valore del pH (uno spostamento verso il lato acido). La modifica del valore del pH porta ad un cambiamento nell'attività dei sistemi enzimatici. In particolare, uno spostamento del pH verso il lato alcalino aumenta l’attività degli enzimi coinvolti nella scomposizione dell’amido, mentre uno spostamento verso il lato acido aumenta l’attività degli enzimi coinvolti nella sintesi dell’amido. La scomposizione dell'amido in zuccheri provoca un aumento della concentrazione delle sostanze disciolte e quindi il potenziale osmotico e, di conseguenza, il potenziale idrico diventano più negativi. Le cellule di guardia iniziano a ricevere intensamente acqua dalle cellule del parenchima circostante. Gli stomi si aprono. Cambiamenti opposti si verificano quando i processi si spostano verso la sintesi dell’amido. Tuttavia, questa non è l’unica spiegazione. È stato dimostrato che le cellule di guardia stomatiche contengono significativamente più potassio alla luce rispetto al buio. È stato stabilito che la quantità di potassio nelle cellule di guardia quando gli stomi sono aperti aumenta di 4-20 volte, mentre questo indicatore diminuisce nelle cellule associate. Sembra che ci sia una ridistribuzione del potassio. Quando gli stomi si aprono, si forma un gradiente significativo di potenziale di membrana tra le cellule di guardia e quelle che le accompagnano (I.I. Gunar, L.A. Panichkin). L'aggiunta di ATP all'epidermide fluttuante sulla soluzione KS1 aumenta la velocità di apertura stomatica alla luce. È stato anche dimostrato un aumento del contenuto di ATP nelle cellule di guardia degli stomi durante la loro apertura (S.A. Kubichik). Si può presumere che l'ATP, formato durante la fosforilazione fotosintetica nelle cellule di guardia, venga utilizzato per aumentare l'apporto di potassio. Ciò è dovuto all'attività dell'H + -ATPasi. L'attivazione della pompa H+ favorisce il rilascio di H+ dalle cellule di guardia. Ciò provoca il trasporto lungo il gradiente elettrico del K+ nel citoplasma e poi nel vacuolo. L'aumento dell'apporto di K+, a sua volta, favorisce il trasporto di C1- lungo il gradiente elettrochimico. La concentrazione osmotica aumenta. In altri casi, l'apporto di K+ è bilanciato non da C1 -, ma da sali di acido malico (malati), che si formano nella cellula in risposta alla diminuzione del pH a seguito del rilascio di H+. L'accumulo di sostanze osmoticamente attive nel vacuolo (K+, C1-, malati) riduce il potenziale osmotico e quindi idrico delle cellule di guardia degli stomi. L'acqua entra nel vacuolo e gli stomi si aprono. Al buio, il K+ viene trasportato dalle cellule di guardia alle cellule circostanti e gli stomi si chiudono. Questi processi sono presentati sotto forma di diagramma:

I movimenti stomatici sono regolati dagli ormoni vegetali (fitormoni). L'apertura degli stomi viene impedita e la chiusura è stimolata dal fitormone acido abscissico (ABA). È interessante a questo proposito che l'ABA inibisce la sintesi degli enzimi coinvolti nella scomposizione dell'amido. È dimostrato che sotto l'influenza dell'acido abscissico il contenuto di ATP diminuisce. Allo stesso tempo, l'ABA riduce l'assunzione di K+, probabilmente a causa di una diminuzione dell'emissione di ioni H+ (inibizione della pompa H+). Viene discusso il ruolo di altri fitormoni, le citochinine, nella regolazione dell'apertura stomatica migliorando il trasporto di K+ nelle cellule di guardia stomatiche e attivando l'H+-ATPasi.

Il movimento delle cellule stomatiche si è rivelato dipendente dalla temperatura. Uno studio su alcune piante ha dimostrato che a temperature inferiori a 0°C gli stomi non si aprono. Un aumento della temperatura superiore a 30°C provoca la chiusura degli stomi. Ciò potrebbe essere dovuto ad un aumento della concentrazione di CO 2 a seguito di un aumento dell'intensità della respirazione. Allo stesso tempo, ci sono osservazioni che in diverse varietà di grano la reazione degli stomi alla temperatura elevata è diversa. L'esposizione prolungata alle alte temperature danneggia gli stomi, in alcuni casi tanto da farli perdere la capacità di aprirsi e chiudersi.

Le osservazioni del grado di apertura degli stomi sono di grande importanza nella pratica fisiologica e agronomica. Aiutano a determinare la necessità di approvvigionamento idrico della pianta. La chiusura degli stomi indica già cambiamenti sfavorevoli nel metabolismo dell'acqua e, di conseguenza, difficoltà nel nutrire le piante con anidride carbonica.

Domanda 1. Di quale organo parleremo? Stiamo parlando delle foglie.

Suggerisci la domanda principale della lezione. Confronta la tua versione con quella dell’autore (p. 141). Quale organo vegetale può far evaporare l'acqua e assorbire la luce?

Domanda 2. In che modo le alghe assorbono ossigeno, acqua e minerali? (5a elementare)

Le alghe assorbono ossigeno, acqua e minerali su tutta la superficie del tallo.

Come usano la luce le piante? (5a elementare)

In genere, una pianta utilizza la luce solare per elaborare l'anidride carbonica necessaria alla sua vita. Grazie alla clorofilla, la sostanza che rende verdi le foglie, sono in grado di convertire l'energia luminosa in energia chimica. L'energia chimica ci consente di ottenere anidride carbonica e acqua dall'aria, da cui vengono sintetizzati i carboidrati. Questo processo è chiamato fotosintesi. Allo stesso tempo, le piante rilasciano ossigeno. I carboidrati si combinano tra loro per formare un'altra sostanza che si accumula nelle radici, e così si formano le sostanze necessarie alla vita e allo sviluppo della pianta.

Cosa sono gli stomi? (5a elementare)

Gli stomi sono aperture a fessura nella pelle di una foglia, circondate da due cellule di guardia. Servono per gli scambi gassosi e la traspirazione.

Quali foglie di piante vengono raccolte dalle persone per un uso futuro e perché?

Le foglie delle piante medicinali (ad esempio piantaggine, epilobio, farfara, ecc.) Vengono raccolte per la successiva preparazione di tè e decotti. Le foglie di ribes vengono preparate anche per il tè, la menta per il tè e in cucina. Dalle foglie si ricavano anche molte spezie essiccate.

Che gas rilasciano le cellule durante la respirazione? (5a elementare)

Quando respiri, l'ossigeno viene assorbito e l'anidride carbonica viene rilasciata.

Domanda 3. Spiega, utilizzando testo e immagini, come la struttura di una foglia è correlata alle funzioni che svolge.

Le cellule fogliari ricche di cloroplasti sono chiamate il tessuto fogliare principale e svolgono la funzione principale delle foglie: la fotosintesi. Lo strato superiore del tessuto principale è costituito da cellule strettamente premute insieme sotto forma di colonne: questo strato è chiamato parenchima colonnare.

Lo strato inferiore è costituito da cellule disposte in modo lasco con ampi spazi tra loro: si chiama parenchima spugnoso.

I gas passano liberamente tra le cellule del tessuto sottostante. La fornitura di anidride carbonica viene reintegrata sia dall'atmosfera che dalle cellule.

Per lo scambio gassoso e la traspirazione, la foglia è dotata di stomi.

Domanda 4. Considera la struttura della foglia nella Figura 11.1.

Una foglia è costituita da una lamina fogliare, un picciolo (potrebbe non essere presente in tutte le foglie, nel qual caso tale foglia è chiamata sessile), stipole e la base della lamina fogliare.

Domanda 5. C'è una contraddizione: le cellule fotosintetiche della foglia devono essere compattate più strettamente, ma il movimento dei gas non può essere impedito. Considera la Figura 11.2 e spiega come la struttura della foglia elimina questa contraddizione.

Nel parenchima fogliare sono presenti cavità d'aria che risolvono questo problema. Queste cavità sono collegate all'ambiente esterno tramite stomi e lenticchie. I fusti e le radici delle piante acquatiche, palustri e di altre piante che vivono in condizioni di mancanza d'aria e, di conseguenza, di difficili scambi gassosi, sono ricchi di cavità d'aria.

Conclusione: le foglie svolgono la fotosintesi, fanno evaporare l'acqua, assorbono l'anidride carbonica e rilasciano ossigeno, proteggono i reni e immagazzinano i nutrienti.

Domanda 6: Quali sono le funzioni di un foglio di lavoro?

Le foglie fanno evaporare l'acqua, assorbono l'anidride carbonica e rilasciano ossigeno attraverso la fotosintesi, proteggono le cime e immagazzinano i nutrienti.

Domanda 7. Cosa succede all'ossigeno e all'anidride carbonica in una foglia?

L'anidride carbonica + acqua assorbita dall'atmosfera (già nelle foglie) viene convertita in sostanze organiche e ossigeno nelle foglie sotto l'influenza della luce solare. Quest'ultimo viene rilasciato dalla pianta nell'atmosfera.

Domanda 8. Cosa succede in una foglia con l'acqua?

Parte dell'acqua che entra nelle foglie evapora e parte viene utilizzata nel processo di fotosintesi.

Domanda 9. Di quali tessuti è composto il lenzuolo?

La foglia è ricoperta da tessuto tegumentario: l'epidermide. Le cellule fogliari ricche di cloroplasti sono chiamate il tessuto fogliare principale. Lo strato superiore del tessuto principale è costituito da cellule strettamente premute insieme sotto forma di colonne: questo strato è chiamato parenchima colonnare. Lo strato inferiore è costituito da cellule disposte in modo lasco con ampi spazi tra loro: si chiama parenchima spugnoso.

I gas passano liberamente tra le cellule del tessuto principale grazie al parenchima portatore d'aria. Per lo scambio gassoso e la traspirazione, la foglia è dotata di stomi.

Lo spessore del tessuto fogliare principale è penetrato da tessuti conduttivi: fasci di vasi costituiti da xilema e floema. I fasci di vasi sono rinforzati da cellule di tessuto di supporto lunghe e spesse: conferiscono al foglio ulteriore rigidità.

Domanda 10. Quali sono le funzioni delle nervature fogliari?

Le vene sono vie di trasporto in due direzioni. Le nervature, insieme alle fibre meccaniche, costituiscono l'ossatura rigida della foglia.

Domanda 11. Qual è il pericolo di surriscaldamento e ipotermia di un lenzuolo?

Se la temperatura è troppo alta, come se la temperatura fosse troppo bassa, la fotosintesi si ferma. Non viene prodotta né materia organica né ossigeno.

Domanda 12. Come si separa una foglia da un ramo?

Le sostanze nutritive lasciano le foglie e si depositano nelle radici o nei germogli come riserva. Nel punto in cui la foglia si attacca allo stelo, le cellule muoiono (si forma una cicatrice) e il ponte tra la foglia e lo stelo diventa fragile e può essere distrutto da una debole brezza.

Domanda 13. Cosa causa la varietà delle forme delle foglie nelle piante di specie diverse?

L'evaporazione da esso dipende dalla forma della foglia. Le piante nei climi caldi e secchi hanno foglie più piccole, a volte sotto forma di aghi e viticci. Ciò riduce la superficie da cui evapora l'acqua. Un modo per ridurre l'evaporazione dalle foglie grandi è far crescere la lanugine o ricoprirsi con una cuticola spessa o un rivestimento ceroso.

Domanda 14. Perché la forma e la dimensione delle foglie sulla stessa pianta possono variare?

A seconda dell'ambiente in cui si trovano queste foglie. Ad esempio, in Arrowhead, le foglie che sono nell'acqua sono diverse dalle foglie che arrivano alla superficie dell'acqua. Se è una pianta terrestre, dipende dall'illuminazione della pianta da parte del sole, dal grado di vicinanza della foglia alla radice e dal tempo di fioritura delle foglie.

Domanda 15. La mia ricerca biologica

Un ritratto verbale di una foglia può sostituire la sua immagine.

I botanici sono d'accordo su quali parole chiamare le foglie di una forma o dell'altra. Pertanto possono riconoscere una foglia da un ritratto verbale senza guardare un atlante botanico. Tuttavia, per i principianti è utile utilizzare le proprie immagini. Noi. 56 mostra diagrammi che mostrano diverse forme di lamine fogliari, parti superiori e basi delle lamine fogliari e foglie complesse (Fig. 11.7–11.11). Utilizzando questi diagrammi, crea ritratti verbali di foglie di piante da un erbario, un atlante botanico o un libro di testo.

Ad esempio, le foglie del geranio zonale sono lunghe picciolate, debolmente lobate, arrotondate, a forma di rene, verde chiaro e pubescenti. Il bordo della lamina fogliare è intero. Gli apici della lamina fogliare sono arrotondati, la base della foglia è a forma di cuore.

Nobile alloro. Nel linguaggio comune la foglia si chiama alloro. Le foglie sono alterne, corto picciolate, a margine intero, glabre, semplici, lunghe 6-20 cm e larghe 2-4 cm, con caratteristico odore speziato; La lamina fogliare è oblunga, lanceolata o ellittica, ristretta verso la base, verde scuro superiormente, più chiara inferiormente.

Acero norvegese. La forma della foglia è semplice, completamente divisa. Le foglie hanno nervature chiare, pronunciate, hanno 5 lobi, terminanti in lobi appuntiti, i 3 lobi anteriori sono identici, i 2 inferiori sono leggermente più piccoli. Ci sono scanalature arrotondate tra le lame. Gli apici della lamina fogliare sono retratti, la base della foglia è a forma di cuore. Il bordo della lamina fogliare è intero. Le foglie sono verde scuro sopra, verde chiaro sotto e sono sostenute da lunghi piccioli.

Acacia bianca. La foglia ha un portamento pennato dispari, complesso, costituito da foglioline solide, di forma ovale o ellittica, alla base di ciascuna foglia sono presenti stipole modificate in spine;

Betulla. Le foglie della betulla sono alterne, intere, seghettate lungo i bordi, ovato-rombiche o triangolari-ovate, con base larga cuneiforme o quasi tronca, lisce. La venatura della lamina fogliare è perfetta pennato-neurale (pennato-marginale): le nervature laterali terminano in denti.

Rosa canina. La disposizione delle foglie è alternata (spirale); venatura – pennato. Le sue foglie sono composte, imparipennate (la punta della foglia termina in un foglio), con un paio di stipole. Le foglioline sono da cinque a sette, sono ellittiche, i bordi sono seghettati, l'apice è a forma di cuneo e il fondo è grigiastro.