Atvārsnītes

Vikipēdijas lapa
Jump to navigation Jump to search
Atvārsnīte tomāta lapā, izkrāsotā elektronu mikroskopa attēlā.
Atvārsnītes šķērsgriezums.
Lapas apakšējā epiderma. Zebrīnai (Tradescantia zebrina) hlorofila dēļ atvārsnītes ir zaļas, kamēr karotīns ir iekrāsojis epidermas šūnas sarkanas.

Atvārsnītes ir īpašas poras augu epidermā, kuras nodrošina transpirāciju un gāzu maiņu ar apkārtējo vidi.[1] Katru poru ieskauj divas slēdzējšūnas, kuras regulē poras atvērumu. Augs caur atvārsnītēm uzņem gaisu, lai izmantotu tajā esošo oglekļa dioksīdu (CO2) fotosintēzei un skābekli respirācijai. Fotosintēzes laikā no ūdens atdalītais skābeklis kā lieks reakcijas blakusprodukts tiek izvadīts no auga caur atvārsnītēm. Gāzu maiņas laikā lapas zaudē ūdeni tam iztvaikojot caur atvārsnītēm. Šo procesu sauc par transpirāciju.

Izņemot aknu sūnas, atvārsnītes ir visiem sauszemes augiem.[2] Divdīgļlapjiem raksturīgs lielāks skaits atvārsnīšu lapas apakšpusē, kamēr viendīgļlapjiem atvārsnīšu skaits parasti ir līdzīgs gan uz augšējās, gan apakšējās epidermas. Augiem ar peldošām lapām nereti atvārsnītes ir atrodamas tikai uz lapas virsējās epidermas.

Atvārsnīšu funkcijas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ķīnas kāposta (Brassica chinensis) atvārsnīte elektronu mikroskopa attēlā.

Oglekļa dioksīda iegūšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lielai daļai augu atvārsnītes dienas gaišajā laikā ir atvērtas, lai augs varētu uzņemt fotosintēzei vajadzīgo CO2. Kamēr atvārsnītes paliek atvērtas augs tvaika veidā nepārtraukti zaudē ūdeni, tāpēc CO2 uzņemšana bez ūdens zudumiem nav iespējama.[3]

Parasti mezofila šūnās CO2 saista ribulozes-1,5-bifosfāts (RuBP) ar enzīma ribolozes-1,5-bifosfāta karboksilāze (RuBisCo) palīdzību.[4] Tomēr RuBisCo enzīma izmantošana pastiprina transpirāciju, jo enzīmam ir salīdzinoši zema tieksme saistīt CO2, un RuBP var saistīt arī atmosfērā esošo skābekli, kas izraisa enerģijas zudumus, jo skābekļa saistīšana aizsāk fotorespirācijas procesu.[5] Šo nepilnību dēļ RuBisCo enzīmam vajadzīga augsta CO2 koncentrācija un atvārsnītēm jāpalielina poru atvērums, kas, savukārt, sekmē transpirāciju.

CO2 saistīšanas alternatīvas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Posfoenolpiruvāta karboksilāze[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Posfoenolpiruvāta (PEP) karboksilāze ir alternatīva RuBisCo enzīmam CO2 saistīšanai lapu mezofila šūnās. Izmantojot posfoenolpiruvātu augs var samazināt atvārsnīšu atvērumu, jo PEP karboksilāzei piemīt daudz lielāka CO2 saistītspēja, tomēr šī enzīma izmantošana patērē daudz vairāk enerģijas salīdzinājumā ar RuBisCo[5]. Šī iemesla dēļ PEP izmantošana ir izdevīga tikai augiem, kuri atrodas vidē ar ierobežotu ūdens daudzumu un lielu saules gaismas stiprumu vai vietās, kur paaugstinātas apkārtējās vides temperatūras rezultātā palielinās RuBisCo skābekļa saistītspēja vēl vairāk samazinot tā efektivitāti.

CAM augi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Otrs fotosintētiskās pielāgošanās veids raksturīgs sukulentiem, daudziem kaktusiem, ananasiem, kas pielāgojušies dzīvei sausa un karsta klimata apstākļos. Šiem augiem pretēji citiem augiem atvārsnītes atveras naktī, bet dienā tās ir aizvērtas. Aizverot atvārsnītes dienā augi sevi aizsargā no izžūšanas, tomēr tādējādi tiem nav pieejams arī fotosintēzei vajadzīgais CO2. Nakts laikā, kad atvārsnītes atveras, šie augi uzņem CO2 un iekļauj to dažādu organisko skābju sastāvā. Šādu CO2 saistīšanas veidu sauc par CAM (angļu: Crassulacean acid metabolism) veida fotosintēzi, jo šis vielmaiņas veids pirmo reizi tika konstatēts biezlapju dzimtas (Crassulaceae) sukulentiem. CAM veida augu mezofila šūnu vakuolās līdz rītam uzkrājas organiskās skābes, kas sintezējušās naktī. Dienā, kad gaismas reakcijas Kelvina ciklam piegādā adenozīntrifosfātu (ATF) un nikotīnamīdadenīndinukleotīdfosfātu (NADPH), organiskajām skābēm šķeļoties veidojas CO2, kas tiek izmantots, lai Kelvina ciklā sintezētu cukurus.[1]

Atvārsnīšu atvēršanās un aizvēršanās[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Atvērusies atvārsnīte (a) un aizvērusies atvārsnīte (b)
1 Epidermas šūnas
2 Slēdzējšūnas
3 Atvārsnītes
4 K+ joni
5 Ūdens
6 Vakolas

Lielākajai daļai augu nav iepriekšminētās CAM augiem raksturīgās sistēmas. Augu atvārsnītes atveras un aizveras dienas laikā atkarībā no tādiem ārējās vides apstākļiem kā gaismas stiprums, mitrums un CO2 koncentrācija.[5] Pagaidām nav īsti zināmi konkrēti mehānismi kā atvārsnītes reaģē uz izmaiņām, bet kustību pamatmehānisms balstās uz osmotiskā spiediena izmaiņām atvārsnīšu slēdzējšūnās.

Kad ārējās vides apstākļi ir piemēroti (liels gaismas stiprums un gaisa mitrums), lai atvārsnītes atvērtos, protonu sūknis izvada ūdeņraža jonus (H+) no slēdzējšūnām. Tā rezultātā slēdzējšūnu elektriskais potenciāls kļūst negatīvs, kas atkal iniciē kālija potenciālatkarīgo kanālu atvēršanos. Kanāliem atveroties slēdzējšūnās nonāk kālija joni (K+). Kālija jonu koncentrācijas pieaugums samazina ūdens potenciālu slēdzējšūnās, kas, savukārt, nodrošina osmozes procesu, kad ūdens difundē šūnās. Osmoze palielina slēdzējšūnu tilpumu un turgoru un pateicoties šūnās esošajām celulozes mikrošķiedrām tās ieņem īpatnēji izliektu formu. Katras atvārsnītes abu slēdzējšūnu vidus daļās attālinās viena no otras atverot pašu atvārsnīti.[5][6]

Ūdens samazināšanās augsnē sekmē absciskābes (ABS) sintēzi. ABS saistās ar receptoriem, kas atrodas atvārsnīšu slēdzējšūnu plazmatiskajā membrānā un citosolā. Receptoru aktivēšana ar ABS palielina citosola pH, kas, savukārt, sekmē brīvo kalcija jonu (Ca+) koncentrācijas palielināšanos. Šūnas brīvos kalcija jonus iegūst no starpšūnu telpas un tādām iekššūnās struktūrām kā endoplazmatiskais tīkls un vakuolas. Kalcija jonu koncentrācijas palielināšanās sekmē hlora (Cl-) un neorganisko jonu koncentrācijas samazināšanos un aptur kālija jonu nonākšanu šūnā.[5] Šīs izmaiņas citosolā palielina ūdens potenciālu, kas, savukārt, sekmē ūdens difūziju ārā no šūnas. Ūdens koncentrācijas samazināšanās plazmolizē šūnu, kā rezultātā samazinās turgors un šūnas spriegums, īpatnējais izliekums atslābst un atvārsnīte aizveras.

Slēdzējšūnām ir raksturīgs lielāks skaits hloroplastu kā epidermas šūnām, no kurām tās diferencējušās.[5] Lielo hloroplastu skaitu slēdzējšūnās skaidro ar vajadzību apgādāt attiecīgās struktūras (jonu sūkņi uc.) ar ATF, lai tās spētu nodrošināt atvārsnīšu kustības.

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. 1,0 1,1 Augu uzbūve un funkcijas — lapa un fotosintēze — priede.bf.lu.lv Archived 2016. gada 5. martā, at the Wayback Machine.
  2. Primitive Plants — Bryophytes, Ferns and Fern Allies — tulane.edu
  3. Swarthout D and Hogan C. M. 2010. Stomata. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment, Vašingtona
  4. Reece J. B., Urry L. A., Cain M. L., Wasserman S. A., Minorsky P. V., Jackson R. B. Campbell Biology (10th Edition). Benjamin Cummings, 2013.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Stoma, Wikipedia: The Free Encyclopedia
  6. N. S. Christodoulakis; J. Menti and B. Galatis (2002. gada janvāris). "Structure and Development of Stomata on the Primary Root of Ceratonia siliqua L.". Annals of Botany 89 (1): 23–29. doi:10.1093/aob/mcf002. PMID 12096815.