Back to chapter

34.14:

בקרה על דיות על ידי הפיונית

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Regulation of Transpiration by Stomata

Languages

Share

צמחים דורשים פחמן דו חמצני בשפע מהאטמוספרה בכדי לבצע פוטוסינתזה. משטחי עלי הצמח מכילים פתחים המאפשרים חילופי גז. פתחים אלה נקראים פיונית.אור השמש מפעיל את פתיחת הפיונית, ומאפשר לחדור דו תחמוצת הפחמן לעלה כשנדרש לפוטוסינתזה. חמצן הוא תוצר לוואי של פוטוסינתזה ובורח לאטמוספירה דרך הפיונית. זוג תאי שמירה מווסתים כל פתיחת הפיונית.תאים ייעודיים אלה מתנפחים כאשר הם נוטלים מים מתאים סמוכים באמצעות אוסמוזה, ויוצרים פתח המאפשר חילופי גז. כאשר מים עוזבים את תאי השמירה, הם מתכווצים והפיונית נסגרת. ריכוז היונים משפיע על כמות המים בתאי השמירה אור השמש ממריץ את תאי השמירה ליטול יוני אשלגן.העלייה בריכוז האשלגן מכניסה מים לתאים, ובכך פותחת את הפיונית. כאשר אשלגן עוזב את תאי שמירה, מים עוקבים דרך אוסמוזה תאי המגן הרפויים עכשיו סוגרים את הפיונית. בעוד פיונית פתוחה מאפשרת חילופי גז, הם מאפשרות גם למים לברוח מהעלים באמצעות אידוי אובדן המים האידיים או הזעה מאפשר תנועה למרחקים ארוכים של מים דרך הצמח.הזעה היא בדרך כלל גדולה ביותר בימים חמים ושטופי שמש. עם זאת, אם צמח אינו יכול להשיג מים מספיקים, הפיונית שלו ייסגרו במהירות למניעת נבילה. מעניין, גם אם מוחזקים בחושך צמחים יפתחו ויסגרו את הפיונית במחזור קבוע של 24 שעות הודות לשעון פנימי.הפתיחה והסגירה של הפיונית מוסדרים היטב, ומאפשרים לצמחים להגיב לתנאים סביבתיים ספציפיים. בתפקודם כשומרי שערים, הפיוניות מאזנות ביעילות את חילופי הגזים והזעה.

34.14:

בקרה על דיות על ידי הפיונית

During photosynthesis, plants acquire the necessary carbon dioxide and release the produced oxygen back into the atmosphere. Openings in the epidermis of plant leaves is the site of this exchange of gasses. A single opening is called a stoma—derived from the Greek word for “mouth.” Stomata open and close in response to a variety of environmental cues.

Each stoma is flanked by two specialized guard cells that create an opening when these cells take up water. The transport of ions regulates the amount of water in guard cells. When trigger, pumps translocate hydrogen ions out of the guard cell. This hyperpolarization of the membrane causes voltage-gated potassium channels to open and allow solutes, such as potassium ions and sucrose, to enter the guard cells. The increased concentration of solutes drives water into the guard cells, which accumulates in the vacuole. As a result, the guard cells bow and deform into a kidney shape, creating the stoma opening. When solutes leave guard cells, water follows, resulting in guard cell shrinkage, and closure of the opening.

A variety of environmental and internal signals triggers stomata opening. For example, blue light activates light-sensitive receptors on the cell surface that initiate a molecular cascade leading to stomata opening. In addition, when the concentration of carbon dioxide falls within the leaf tissue, stomata opening is induced so cells can access this critical reactant of photosynthesis.

Loss of water vapor is critical for the establishment of transpirational pull: water evaporates on the surface of mesophyll cells and escapes into the atmosphere through open stomata. The water loss creates a transpirational pull that pulls additional water from the soil into the roots and all the way into the leaves.

When sufficient water is not available, as in conditions of drought, stomata close. The hormone abscisic acid (ABA) is important in this process, binding to receptors on guard cell membranes and increasing intracellular solute concentration. ABA is also important in circadian control of stomatal opening, causing more stomata to be open in daylight, and closed in the dark.

Suggested Reading

Daszkowska-Golec, Agata, and Iwona Szarejko. “Open or Close the Gate – Stomata Action Under the Control of Phytohormones in Drought Stress Conditions.” Frontiers in Plant Science 4 (2013). [Source]

Inoue, Shin-ichiro, and Toshinori Kinoshita. “Blue Light Regulation of Stomatal Opening and the Plasma Membrane H+-ATPase1[OPEN].” Plant Physiology 174, no. 2 (June 2017): 531–38. [Source].