Устьица (или стоматы) — это специализированные структуры на поверхности растений, которые выполняют важнейшие функции, связанные с газообменом и водным балансом. Эти структуры представляют собой микроскопические отверстия в эпидермисе листьев, стеблей и других органов растений. Устьица позволяют растениям обмениваться газами (углекислым газом и кислородом) с окружающей средой и контролировать потерю воды через испарение.
Структура устьиц
Каждое устьице состоит из:
Покровных клеток (или клеток устьиц): Это две специализированные клетки, которые окружают саму щель устьица и регулируют его открытие и закрытие. Эти клетки называются замыкающими клетками. Они имеют особую структуру, которая позволяет им изменять свою форму в ответ на внешние условия, например, на уровень влажности или количество света.
Щель (или устьичная щель): Это маленькое отверстие между двумя замыкающими клетками, через которое происходит обмен газами (CO₂ и O₂). Размер этой щели может изменяться в зависимости от состояния замыкающих клеток.
Механизм работы устьиц
Закрытие и открытие устьиц:
Устьица открываются и закрываются благодаря изменению тургора в замыкающих клетках. Тургор — это внутренняя водяная сила, которая поддерживает клетку в напряженном состоянии.
Когда клетки набирают воду, они становятся более упругими, что приводит к открытию устьица.
Когда воды в клетках недостаточно, они теряют тургор, что вызывает их сморщивание и закрытие щели.
Регуляция:
Открытие устьиц происходит в условиях хорошей освещенности и достаточного водоснабжения, что позволяет растениям поглощать углекислый газ для фотосинтеза.
В условиях дефицита воды или при высокой температуре устьица могут закрываться, чтобы предотвратить чрезмерную потерю влаги.
Функции устьиц
Газообмен:
Устьица регулируют поступление углекислого газа (CO₂) в клетки, где происходит фотосинтез.
Они также отвечают за выход кислорода (O₂), который образуется в процессе фотосинтеза.
Испарение воды (транспирация):
Через устьица происходит значительная потеря воды, что важно для процесса транспирации — испарения воды с поверхности растения. Транспирация способствует всасыванию воды корнями и ее движению по сосудистой системе растения.
Температурная регуляция:
Испарение воды через устьица помогает поддерживать температуру растения, охлаждая его, что особенно важно при высоких температурах окружающей среды.
Расположение устьиц
Устьица расположены главным образом на листьях растения, хотя могут встречаться также на стеблях и других органах. В разных растениях расположение устьиц может варьироваться:
Листья:
На нижней поверхности листа устьиц обычно больше, чем на верхней. Это связано с тем, что нижняя часть листа защищена от прямых солнечных лучей и имеет более высокую влажность, что снижает потерю воды.
Стебли:
В некоторых растениях устьица могут быть расположены на стеблях. Это характерно, например, для кактусов и некоторых других суккулентов.
Корни:
Устьица на корнях встречаются гораздо реже, но их можно найти в некоторых водных растениях, таких как тростники и водоросли, где они участвуют в газообмене с водой.
Количество устьиц и их распределение
Растения, приспособленные к сухим условиям (суккуленты, кактусы) часто имеют устьица, расположенные глубже в тканях, что снижает потерю воды.
Растения, растущие в водной среде (водные растения) могут иметь устьица, расположенные на поверхности, чтобы обмениваться газами с атмосферой.
Влияние внешней среды на работу устьиц
Свет:
В солнечные дни устьица открываются, чтобы обеспечить доступ углекислого газа для фотосинтеза. В темное время суток, когда фотосинтез не происходит, устьица могут закрываться, чтобы уменьшить потерю воды.
Влажность:
При высокой влажности устьица чаще открыты, так как испарение воды будет происходить медленнее. При низкой влажности устьица закрываются, чтобы предотвратить излишнюю потерю воды.
Температура:
В условиях высокой температуры устьица могут закрываться для предотвращения чрезмерной потери воды через транспирацию.
Особенности устьиц у разных типов растений
Многолетние растения:
Устьица у многолетников более активны в условиях стабильного водоснабжения и тепла.
Кактусы и суккуленты:
Эти растения адаптированы к жизни в засушливых районах, поэтому их устьица открываются только ночью (по принципу КАМ-фотосинтез), что минимизирует потерю воды.
Водные растения:
Устьица водных растений могут располагаться на поверхности воды, где происходит газообмен с атмосферой, но их функции также могут быть связаны с поглощением кислорода из воды.
Заключение
Устьица — это важнейшие элементы в жизни растения, которые обеспечивают газообмен и регуляцию водного баланса. Они активно реагируют на изменения внешней среды и помогают растениям адаптироваться к различным условиям.
