Lekcja „Struktura komórkowa liścia”

Cel: pokazać związek pomiędzy budową liścia a jego funkcjami; opracować koncepcję budowy komórkowej roślin; dalsze rozwijanie umiejętności samodzielnej pracy z instrumentami, umiejętności samodzielnej obserwacji, porównywania, zestawiania i wyciągania wniosków;

rozwijać miłość i szacunek do natury. Sprzęt

: tablice „Różnorodność liści”, „Struktura komórkowa liści”; zielnik – żyłkowanie liści, liście proste i złożone; rośliny domowe; preparaty na skórę Tradescantia i liści geranium.

POSTĘP LEKCJI

Każdej wiosny i lata, na ulicach, placach, na podwórku szkolnym i w domu – przez cały rok na parapetach otaczają nas eleganckie zielone rośliny. Jesteśmy do nich przyzwyczajeni. Jesteśmy do tego tak przyzwyczajeni, że często nie zauważamy różnicy między nimi.

Wcześniej wiele osób myślało, że wszystkie liście są takie same, ale ostatnia lekcja pokazała różnorodność ich niesamowitych form i piękna. Pamiętajmy o omawianym materiale.

Rośliny dzieli się na dwie grupy w zależności od liczby liścieni. Który? Zgadza się, rośliny jednoliścienne i dwuliścienne! A teraz spójrz: okazuje się, że każdy liść wie, do której klasy należy jego roślina, a koronka ułożenia liści pomaga liściom lepiej wykorzystywać światło.

Więc weź pierwszą kopertę. Zawiera liście różnych roślin. Podziel je na dwie grupy ze względu na rodzaj żyłkowania. Dobrze zrobiony! Teraz podziel kartki z drugiej koperty na dwie grupy, ale według własnego uznania. Kto może powiedzieć, jaką zasadą kierowałeś się przy porządkowaniu spraw? Zgadza się, podzieliłeś liście na złożone i proste.

Teraz spójrz - na tabelach są zadania. Proszę je uzupełnić.

1. Liść jest częścią... . Liście składają się z... i... .

2. Na zdjęciu liście z różnymi rodzajami żyłkowania. Oznacz, który liść ma jakie żyłkowanie.

Od opisu zewnętrznego przechodzimy do badania budowy wewnętrznej liścia. Na jednej z lekcji dowiedzieliśmy się, że liść jest niezbędny roślinie do odżywiania się w powietrzu, ale jak to działa? Liść składa się z komórek, ale komórki te nie są identyczne i pełnią różne funkcje. Jaki materiał pokrywa prześcieradło? Zakrywające lub ochronne!
Powierzchnie nie są mierzone,
Pokoje nie są liczone
Ściany są jak szkło
Wszystko jest widoczne na wskroś!
A w ścianach są okna,
Otwierają się same
Zamykają się!

Przyjrzyjmy się tej tajemnicy. Zielona wieża to liść, pokoje to cele. Przezroczyste, niczym szkło, ściany stanowią tkaninę przykrywającą. Właśnie temu przyjrzymy się dzisiaj. Aby to zrobić, musisz przygotować lek. Dowiedzieliśmy się, jak to zrobić poprawnie, badając skórkę liścia.

Jeden uczeń wykonuje preparat skórki z górnej strony liścia, drugi z dolnej strony.

Przygotowaliśmy i ustawiliśmy mikroskop. Przyjrzyjmy się najpierw górnej skórze. Dlaczego ona jest jak szkło?

Ponieważ jest przezroczysty i dlatego przepuszcza promienie światła.

Co oznaczają „okna w ścianach”?

Spróbuj je znaleźć! Aby to zrobić, lepiej zbadać skórę spodniej strony liścia. Czym niektóre komórki różnią się od innych?

Komórki szparkowe tworzą „okno”: są komórkami ochronnymi i w przeciwieństwie do innych komórek tkanki powłokowej mają zielony kolor, ponieważ zawierają chloroplasty. Szczelina między nimi nazywa się szparkową.

Jak myślisz, dlaczego szparki są potrzebne?

Aby zapewnić parowanie i przenikanie powietrza do arkusza. Otwierają się i zamykają, regulując przenikanie powietrza i wody.

Rozważ różnice w budowie górnej i dolnej skóry. Na spodniej stronie znajduje się więcej aparatów szparkowych. Różne rośliny mają liście z różną liczbą aparatów szparkowych.

Teraz musimy sformalizować nasze obserwacje w formie raportu laboratoryjnego.

Aby to zrobić, wykonaj poniższe zadania.

Aby żyć, rośliny muszą pobierać dwutlenek węgla z powietrza w celu fotosyntezy i pobierać wodę z gleby. Robią to za pomocą aparatów szparkowych – porów na powierzchni liścia, otoczonych komórkami ochronnymi, które te aparaty szparkowe albo otwierają, albo zamykają. Woda paruje przez pory i utrzymuje stały przepływ cieczy z korzeni do liści, ale jednocześnie rośliny regulują poziom parowania, aby nie wysychać podczas upałów. Z drugiej strony fotosynteza stale wymaga dwutlenku węgla. Oczywiste jest, że czasami aparaty szparkowe muszą rozwiązywać niemal wzajemnie wykluczające się zadania: nie dopuścić do wyschnięcia rośliny i jednocześnie dostarczać powietrze z dwutlenkiem węgla.

Sposób regulacji funkcjonowania aparatów szparkowych od dawna zajmuje nauka. Ogólnie przyjęty pogląd jest taki, że rośliny uwzględniają ilość promieniowania słonecznego w niebieskim i czerwonym zakresie widma i w zależności od tego trzymają aparaty szparkowe otwarte lub zamknięte. Jednak ostatnio kilku badaczy zaproponowało alternatywną hipotezę: stan aparatów szparkowych zależy od całkowitej ilości pochłoniętego promieniowania (a nie tylko od jego niebieskiej i czerwonej części). Światło słoneczne nie tylko ogrzewa powietrze i roślinę, ale jest niezbędne do reakcji fotosyntezy. Biorąc pod uwagę całkowitą dawkę promieniowania, aparaty szparkowe mogłyby dokładniej reagować na zmiany oświetlenia – a co za tym idzie, dokładniej kontrolować parowanie wilgoci.

Badacze z Uniwersytetu w Utah (USA), którzy testowali tę teorię, zmuszeni byli przyznać, że rewolucji w fizjologii roślin nie widać jeszcze. Wniosek, że rośliny emitują promieniowanie netto, został oparty na pomiarach temperatury na powierzchni liści. Keithowi Mottowi i Davidowi Peakowi udało się znaleźć sposób na określenie temperatury wewnętrznej liścia: według naukowców to różnica między temperaturą zewnętrzną i wewnętrzną określa szybkość parowania. Jak piszą autorzy w czasopiśmie PNAS, nie udało im się znaleźć związku pomiędzy różnicą temperatur wewnątrz i na powierzchni liścia a całkowitą dawką promieniowania. Okazuje się, że aparaty szparkowe również ignorowały to całkowite promieniowanie.

Według naukowców najbardziej prawdopodobnym mechanizmem kontrolującym aparaty szparkowe może być coś w rodzaju samoorganizującej się sieci, nieco przypominającej sieć neuronową (bez względu na to, jak szalenie może to zabrzmieć w zastosowaniu do roślin). Nawet ogólnie przyjęta hipoteza dotycząca niebieskiej i czerwonej części widma nie wyjaśnia wszystkiego w pracy aparatów szparkowych. Czy w związku z tym można sobie wyobrazić, że wszystkie komórki ochronne są w jakiś sposób ze sobą połączone i mogą wymieniać określone sygnały? Gdyby były zjednoczone, mogłyby szybko i dokładnie reagować zarówno na zmiany w środowisku zewnętrznym, jak i na żądania roślin.

Roślinne szparki

znajdują się w ich skórze (naskórku). Każda roślina jest w ciągłej wymianie z otaczającą atmosferą. Stale pochłania tlen i uwalnia dwutlenek węgla. Ponadto swoimi zielonymi częściami pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen. Następnie roślina stale odparowuje wodę. Ponieważ naskórek pokrywający liście i młode pędy bardzo słabo przepuszcza gazy i parę wodną, ​​dla swobodnej wymiany z otaczającą atmosferą znajdują się w skórze specjalne otwory zwane U. W przekroju liścia (ryc. 1), U pojawia się w postaci szczeliny ( S), prowadzące do jamy powietrznej ( I).

Figa. 1. Szparki ( S) przekrój liścia hiacyntu.

Po obu stronach U. jest jeden komórka strażnicza. Muszle komórek wartowniczych wypuszczają dwa wypustki w kierunku otworu szparkowego, dzięki czemu dzieli się on na dwie komory: dziedziniec przedni i tylny. Patrząc z powierzchni, U wygląda jak podłużna szczelina otoczona dwiema półksiężycowymi komórkami ochronnymi (ryc. 2).

W ciągu dnia U. są otwarte, ale w nocy są zamknięte. Domy są zamykane także w ciągu dnia podczas suszy. Zamknięcie komórki odbywa się za pomocą komórek ochronnych. Jeśli kawałek skórki liścia zostanie umieszczony w wodzie, U. pozostanie otwarte. Jeśli wodę zastąpi się roztworem cukru, co powoduje plazmolizę komórek, wówczas komórki się zamkną. Ponieważ plazmolizie komórek towarzyszy zmniejszenie ich objętości, wynika z tego, że zamknięcie komórki jest wynikiem zmniejszenia objętości komórek ochronnych. Podczas suszy komórki ochronne tracą część wody, zmniejszają swoją objętość i zamykają liść. Liść okazuje się pokryty ciągłą warstwą kutikuli, która jest słabo przepuszczalna dla pary wodnej, co chroni go przed dalszym wysychaniem. na zewnątrz. Zamknięcie nocne U. wyjaśniają następujące rozważania. Komórki ochronne stale zawierają ziarna chlorofilu i dlatego są zdolne do asymilacji atmosferycznego dwutlenku węgla, czyli samoodżywiania się. Substancje organiczne zgromadzone w świetle silnie przyciągają wodę z otaczających komórek, dzięki czemu komórki ochronne zwiększają swoją objętość i otwierają się. W nocy substancje organiczne wytwarzane w świetle są zużywane, a wraz z nimi traci się zdolność przyciągania wody, a ściany zamykają się. U. występują zarówno na liściach, jak i na łodygach. Na liściach umieszcza się je na obu powierzchniach lub na jednej z nich. Zielne, miękkie liście mają U. zarówno na górnej, jak i dolnej powierzchni. Twarde, skórzaste liście mają U. prawie wyłącznie na dolnej powierzchni. W liściach unoszących się na powierzchni wody wolty znajdują się wyłącznie na górnej stronie. Ilość U. w różnych roślinach jest bardzo różna. W przypadku większości liści liczba woltów na milimetr kwadratowy waha się od 40 do 300. Największa liczba woltów znajduje się na dolnej powierzchni liścia Brassica Rapa - na 1 milimetr kwadratowy. mm 716. Istnieje pewna zależność pomiędzy ilością wody a wilgotnością miejsca. Ogólnie rzecz biorąc, rośliny na obszarach wilgotnych mają większe napięcie niż rośliny na obszarach suchych. Oprócz zwykłych U., które służą do wymiany gazowej, wiele roślin ma również U. Służą do uwalniania wody nie w stanie gazowym, ale w stanie ciekłym. Zamiast jamy powietrzno-nośnej leżącej pod zwykłym U., pod wodą U. znajduje się specjalna tkanka wodonośna składająca się z komórek o cienkich błonach. Wodne U. występują głównie w roślinach w wilgotnych obszarach i można je znaleźć na różnych częściach liści, niezależnie od zwykłych U. znajdujących się w pobliżu. Wodne U. wydzielają głównie krople wody, gdy ze względu na wysoką wilgotność powietrza, unoszące się w powietrzu U. nie są w stanie odparować wody. Oprócz wodnych U. U. istnieje wiele różnych urządzeń wydzielających wodę w postaci płynnej przez liście. Wszystkie takie formacje nazywane są hydatod(Hydatoda). Przykładem są hydatody Gonocaryum pyriforme (ryc. 3).

Przekrój liścia pokazuje, że niektóre komórki skóry zmieniły się w szczególny sposób i zamieniły się w hydatody. Każda hydatoda składa się z trzech części. Na zewnątrz wystaje wystający narośl, przebity wąskim kanalikiem, przez który przepływa woda hydrodyczna. Środkowa część wygląda jak lejek o bardzo grubych ściankach. Dolna część hydatody składa się z cienkościennego pęcherza. Niektóre rośliny wydzielają duże ilości wody z liści bez specjalnie zaprojektowanych hydatod. Np. Różne gatunki Salacia wydzielają tak duże ilości wody w godzinach 6-7 rano, że zasługują na miano krzewów deszczowych: przy lekkim dotknięciu gałęzi spada z nich prawdziwy deszcz. Woda jest wydzielana przez proste pory, które w dużych ilościach pokrywają zewnętrzne błony komórek skóry.

V. Palladin.

Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efrona. - S.-Pb.: Brockhaus-Efron. 1890-1907 .

Zobacz, co oznacza „stomata roślinna” w innych słownikach:

Występuje w ich skórze (naskórku). Każda roślina jest w ciągłej wymianie z otaczającą atmosferą. Stale pochłania tlen i uwalnia dwutlenek węgla. Dodatkowo swoimi zielonymi częściami pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen...

Szparki liścia pomidora pod mikroskopem elektronowym Szparki (łac. stoma, z greckiego στόμα „usta, usta”) w botanice to pory znajdujące się w dolnej lub górnej warstwie naskórka liścia rośliny, przez które paruje woda i następuje wymiana gazowa z ... ... Wikipedią

Pierwsze próby klasyfikacji roślin kwiatowych, jak i świata roślin w ogóle, opierały się na kilku, arbitralnie przyjętych, łatwo rzucających się w oczy cechach zewnętrznych. Były to klasyfikacje czysto sztuczne, w których w jednym... ... Encyklopedia biologiczna

Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efron

Grupy komórek rozmieszczone w organizmie rośliny w znanej kolejności, posiadające określoną budowę i służące różnym funkcjom życiowym organizmu roślinnego. Komórki prawie wszystkich roślin wielokomórkowych nie są jednorodne, ale są zbierane w T. W niższych ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efron- są to procesy i zjawiska tego rodzaju zachodzące w żywym organizmie roślinnym, które nigdy nie zachodzą w normalnym życiu. Według definicji Franka choroba roślin to odchylenie od normalnego stanu gatunku... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efron

Treść: Temat żywienia F.F. F. wzrost. F. formy roślinne. F. reprodukcja. Literatura. Fizjologia roślin bada procesy zachodzące w roślinach. Ta część szerokiej nauki botaniki roślin różni się od innych części taksonomii... ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efron

Liść (folium), organ roślin wyższych, pełniący funkcje fotosyntezy i transpiracji, a także zapewniający wymianę gazową z powietrzem i uczestniczący w innych ważnych procesach życiowych roślin. Morfologia, anatomia liścia i jego... ... Wielka encyklopedia radziecka

Naukowcy wciąż nie potrafią wyjaśnić mechanizmu kontrolującego aparaty szparkowe roślin. Dziś możemy tylko z całą pewnością powiedzieć, że dawka promieniowania słonecznego nie jest jednoznacznym i decydującym czynnikiem wpływającym na zamykanie i otwieranie aparatów szparkowych – pisze PhysOrg.

Aby żyć, rośliny muszą pobierać dwutlenek węgla z powietrza w celu fotosyntezy i pobierać wodę z gleby. Robią to za pomocą szparek - porów na powierzchni liścia, otoczonych komórkami ochronnymi, które te szparki albo otwierają, albo zamykają. Woda paruje przez pory i utrzymuje stały przepływ cieczy z korzeni do liści, ale jednocześnie rośliny regulują poziom parowania, aby nie wysychać podczas upałów. Z drugiej strony fotosynteza stale wymaga dwutlenku węgla. Wiadomo, że aparaty szparkowe muszą czasami spełniać niemal wzajemnie wykluczające się zadania: nie dopuścić do wyschnięcia rośliny i jednocześnie dostarczać powietrze z dwutlenkiem węgla.

Sposób regulacji funkcjonowania aparatów szparkowych od dawna zajmuje nauka. Ogólnie przyjęty pogląd jest taki, że rośliny uwzględniają ilość promieniowania słonecznego w niebieskim i czerwonym zakresie widma i w zależności od tego trzymają aparaty szparkowe otwarte lub zamknięte. Jednak ostatnio kilku badaczy zaproponowało alternatywną hipotezę: stan aparatów szparkowych zależy od całkowitej ilości pochłoniętego promieniowania (a nie tylko od jego niebieskiej i czerwonej części). Światło słoneczne nie tylko ogrzewa powietrze i roślinę, ale jest niezbędne do reakcji fotosyntezy. Biorąc pod uwagę całkowitą dawkę promieniowania, aparaty szparkowe mogłyby dokładniej reagować na zmiany oświetlenia – a co za tym idzie, dokładniej kontrolować parowanie wilgoci.

Badacze z Uniwersytetu Utah (USA), którzy testowali tę teorię, zmuszeni byli przyznać, że rewolucji w fizjologii roślin nie widać jeszcze. Wniosek, że rośliny emitują promieniowanie netto, został oparty na pomiarach temperatury na powierzchni liści. Keithowi Mottowi i Davidowi Peakowi udało się znaleźć sposób na określenie temperatury wewnętrznej liścia: według naukowców to różnica między temperaturą zewnętrzną i wewnętrzną określa szybkość parowania. Jak piszą autorzy w czasopiśmie PNAS, nie udało im się znaleźć związku pomiędzy różnicą temperatur wewnątrz i na powierzchni liścia a całkowitą dawką promieniowania. Okazuje się, że aparaty szparkowe również ignorowały to całkowite promieniowanie.

Według naukowców najbardziej prawdopodobnym mechanizmem kontrolującym aparaty szparkowe może być coś w rodzaju samoorganizującej się sieci, nieco przypominającej sieć neuronową (bez względu na to, jak szalenie może to zabrzmieć w zastosowaniu do roślin). Nawet ogólnie przyjęta hipoteza dotycząca niebieskiej i czerwonej części widma nie wyjaśnia wszystkiego w pracy aparatów szparkowych. Czy w związku z tym można sobie wyobrazić, że wszystkie komórki ochronne są w jakiś sposób ze sobą połączone i mogą wymieniać określone sygnały? Gdyby były zjednoczone, mogłyby szybko i dokładnie reagować zarówno na zmiany w środowisku zewnętrznym, jak i na żądania roślin.

Wyróżnia się trzy rodzaje reakcji aparatu szparkowego na warunki środowiskowe:

1. Reakcja hydropasywna- jest to zamknięcie szczelin szparkowych, spowodowane tym, że otaczające je komórki miąższu wypełniają się wodą i mechanicznie ściskają komórki ochronne. W wyniku ucisku aparaty szparkowe nie mogą się otworzyć i nie tworzy się szczelina szparkowa. Ruchy hydropasywne występują zwykle po obfitym podlewaniu i mogą powodować zahamowanie procesu fotosyntezy.

2. Reakcja hydroaktywna otwieranie i zamykanie to ruchy spowodowane zmianami zawartości wody w komórkach ochronnych aparatów szparkowych. Mechanizm tych ruchów omówiono powyżej.

3. Reakcja fotoaktywna. Ruchy fotoaktywne objawiają się otwieraniem aparatów szparkowych w świetle i zamykaniem w ciemności. Szczególne znaczenie mają promienie czerwone i niebieskie, które są najskuteczniejsze w procesie fotosyntezy. Ma to ogromne znaczenie adaptacyjne, ponieważ w wyniku otwarcia aparatów szparkowych na światło CO 2 niezbędny do fotosyntezy dyfunduje do chloroplastów.

Mechanizm fotoaktywnych ruchów aparatów szparkowych nie jest do końca jasny. Światło działa pośrednio poprzez zmianę stężenia CO 2 w komórkach ochronnych aparatów szparkowych. Jeśli stężenie CO 2 w przestrzeniach międzykomórkowych spadnie poniżej określonej wartości (wartość ta zależy od rodzaju rośliny), aparaty szparkowe otwierają się. Kiedy stężenie CO 2 wzrasta, aparaty szparkowe zamykają się. Komórki ochronne aparatów szparkowych zawsze zawierają chloroplasty i zachodzi fotosynteza. W świetle CO 2 jest asymilowany podczas fotosyntezy, jego zawartość maleje. Według hipotezy kanadyjskiego fizjologa W. Scarce’a CO 2 wpływa na stopień otwarcia aparatów szparkowych poprzez zmianę pH w komórkach ochronnych. Spadek zawartości CO 2 prowadzi do wzrostu wartości pH (przejście na stronę zasadową). Przeciwnie, ciemność powoduje wzrost zawartości CO 2 (ze względu na to, że CO 2 uwalnia się podczas oddychania i nie jest wykorzystywany w procesie fotosyntezy) oraz spadek wartości pH (przejście na stronę kwaśną). Zmiana wartości pH prowadzi do zmiany aktywności układów enzymatycznych. W szczególności przesunięcie pH w stronę zasadową zwiększa aktywność enzymów biorących udział w rozkładzie skrobi, natomiast przejście w stronę kwaśną zwiększa aktywność enzymów biorących udział w syntezie skrobi. Rozkład skrobi na cukry powoduje wzrost stężenia substancji rozpuszczonych, a co za tym idzie, potencjał osmotyczny, a w konsekwencji potencjał wody, staje się bardziej ujemny. Komórki ochronne zaczynają intensywnie pobierać wodę z otaczających je komórek miąższu. Szparki otwarte. Odwrotne zmiany zachodzą, gdy procesy przesuwają się w stronę syntezy skrobi. Jednak nie jest to jedyne wyjaśnienie. Wykazano, że komórki ochronne szparek zawierają znacznie więcej potasu w świetle w porównaniu do ciemności. Ustalono, że ilość potasu w komórkach ochronnych przy otwartych aparatach szparkowych wzrasta 4-20 razy, podczas gdy wskaźnik ten w komórkach towarzyszących maleje. Wydaje się, że następuje redystrybucja potasu. Kiedy aparaty szparkowe się otwierają, pomiędzy komórkami ochronnymi a komórkami towarzyszącymi powstaje znaczny gradient potencjału błonowego (I.I. Gunar, L.A. Panichkin). Dodatek ATP do naskórka unoszącego się na roztworze KS1 zwiększa szybkość otwierania aparatów szparkowych w świetle. Wykazano także wzrost zawartości ATP w komórkach ochronnych aparatów szparkowych w trakcie ich otwierania (S.A. Kubichik). Można przypuszczać, że ATP powstały podczas fosforylacji fotosyntetycznej w komórkach ochronnych służy do zwiększenia podaży potasu. Jest to spowodowane aktywnością H + -ATPazy. Aktywacja pompy H+ sprzyja uwalnianiu H+ z komórek ochronnych. Powoduje to transport K+ wzdłuż gradientu elektrycznego do cytoplazmy, a następnie do wakuoli. Z kolei zwiększona podaż K+ sprzyja transportowi C1 – wzdłuż gradientu elektrochemicznego. Zwiększa się stężenie osmotyczne. W innych przypadkach spożycie K + jest równoważone nie przez C1 -, ale przez sole kwasu jabłkowego (jabłczany), które powstają w komórce w odpowiedzi na spadek pH w wyniku uwolnienia H +. Nagromadzenie w wakuoli substancji czynnych osmotycznie (K+, C1 -, jabłczany) zmniejsza potencjał osmotyczny, a następnie potencjał wodny komórek ochronnych aparatów szparkowych. Woda dostaje się do wakuoli, a aparaty szparkowe otwierają się. W ciemności K+ jest transportowany w określonej ilości (wartość ta zależy od gatunku rośliny), aparaty szparkowe są otwarte. Kiedy stężenie CO 2 wzrasta, aparaty szparkowe zamykają się. Komórki ochronne aparatów szparkowych zawsze zawierają chloroplasty i zachodzi fotosynteza. W świetle CO 2 jest asymilowany podczas fotosyntezy, jego zawartość maleje. Według hipotezy kanadyjskiego fizjologa W. Scarce’a CO 2 wpływa na stopień otwarcia aparatów szparkowych poprzez zmianę pH w komórkach ochronnych. Spadek zawartości CO 2 prowadzi do wzrostu wartości pH (przejście na stronę zasadową). Przeciwnie, ciemność powoduje wzrost zawartości CO 2 (ze względu na to, że CO 2 uwalnia się podczas oddychania i nie jest wykorzystywany w procesie fotosyntezy) oraz spadek wartości pH (przejście na stronę kwaśną). Zmiana wartości pH prowadzi do zmiany aktywności układów enzymatycznych. W szczególności przesunięcie pH w stronę zasadową zwiększa aktywność enzymów biorących udział w rozkładzie skrobi, natomiast przejście w stronę kwaśną zwiększa aktywność enzymów biorących udział w syntezie skrobi. Rozkład skrobi na cukry powoduje wzrost stężenia substancji rozpuszczonych, a co za tym idzie, potencjał osmotyczny, a w konsekwencji potencjał wody, staje się bardziej ujemny. Komórki ochronne zaczynają intensywnie pobierać wodę z otaczających je komórek miąższu. Szparki otwarte. Odwrotne zmiany zachodzą, gdy procesy przesuwają się w stronę syntezy skrobi. Jednak nie jest to jedyne wyjaśnienie. Wykazano, że komórki ochronne szparek zawierają znacznie więcej potasu w świetle w porównaniu do ciemności. Ustalono, że ilość potasu w komórkach ochronnych przy otwartych aparatach szparkowych wzrasta 4-20 razy, podczas gdy wskaźnik ten w komórkach towarzyszących maleje. Wydaje się, że następuje redystrybucja potasu. Kiedy aparaty szparkowe się otwierają, pomiędzy komórkami ochronnymi a komórkami towarzyszącymi powstaje znaczny gradient potencjału błonowego (I.I. Gunar, L.A. Panichkin). Dodatek ATP do naskórka unoszącego się na roztworze KS1 zwiększa szybkość otwierania aparatów szparkowych w świetle. Wykazano także wzrost zawartości ATP w komórkach ochronnych aparatów szparkowych w trakcie ich otwierania (S.A. Kubichik). Można przypuszczać, że ATP powstający podczas fotosyntetycznej fosforylacji w komórkach ochronnych służy do zwiększenia podaży potasu. Wynika to z aktywności H + -ATPazy. Aktywacja pompy H+ sprzyja uwalnianiu H+ z komórek ochronnych. Powoduje to transport K+ wzdłuż gradientu elektrycznego do cytoplazmy, a następnie do wakuoli. Z kolei zwiększona podaż K+ sprzyja transportowi C1 – wzdłuż gradientu elektrochemicznego. Zwiększa się stężenie osmotyczne. W innych przypadkach spożycie K + jest równoważone nie przez C1 -, ale przez sole kwasu jabłkowego (jabłczany), które powstają w komórce w odpowiedzi na spadek pH w wyniku uwolnienia H +. Nagromadzenie w wakuoli substancji czynnych osmotycznie (K+, C1 -, jabłczany) zmniejsza potencjał osmotyczny, a następnie potencjał wodny komórek ochronnych aparatów szparkowych. Woda dostaje się do wakuoli, a aparaty szparkowe otwierają się. W ciemności K+ jest transportowany z komórek ochronnych do otaczających komórek, a aparaty szparkowe zamykają się. Procesy te przedstawiono w formie diagramu:

Ruchy szparek regulowane są przez hormony roślinne (fitohormony). Zapobiega otwieraniu się aparatów szparkowych, a zamykanie jest stymulowane przez fitohormon – kwas abscysynowy (ABA). Interesujące pod tym względem jest to, że ABA hamuje syntezę enzymów biorących udział w rozkładzie skrobi. Istnieją dowody na to, że pod wpływem kwasu abscysynowego zawartość ATP maleje. Jednocześnie ABA zmniejsza spożycie K +, prawdopodobnie z powodu zmniejszenia produkcji jonów H + (hamowanie pompy H +). Omówiono rolę innych fitohormonów – cytokinin – w regulacji otwarcia aparatów szparkowych poprzez zwiększenie transportu K+ do komórek ochronnych aparatów szparkowych i aktywację H+-ATPazy.

Ruch komórek szparkowych okazał się zależny od temperatury. Badania szeregu roślin wykazały, że w temperaturach poniżej 0°C aparaty szparkowe nie otwierają się. Wzrost temperatury powyżej 30°C powoduje zamknięcie aparatów szparkowych. Może to być spowodowane wzrostem stężenia CO 2 w wyniku wzrostu intensywności oddychania. Jednocześnie obserwuje się, że u różnych odmian pszenicy reakcja aparatów szparkowych na podwyższoną temperaturę jest odmienna. Długotrwałe narażenie na wysokie temperatury uszkadza aparaty szparkowe, w niektórych przypadkach tak bardzo, że tracą one zdolność otwierania i zamykania.

Obserwacje stopnia otwarcia aparatów szparkowych mają ogromne znaczenie w praktyce fizjologicznej i agronomicznej. Pomagają określić potrzebę zaopatrzenia rośliny w wodę. Zamknięcie aparatów szparkowych wskazuje już na niekorzystne zmiany w metabolizmie wody i w konsekwencji trudności w zasilaniu roślin dwutlenkiem węgla.