Tkanki Roślin
Rośliny są wielokomórkowymi eukariotami z systemami tkanek zbudowanymi z różnych typów komórek, które pełnią specyficzne funkcje. Systemy tkankowe roślin dzielą się na dwa ogólne typy: tkanka merystematyczna i tkanka stała (lub nie-merystematyczna). Komórki tkanki merystematycznej znajdują się w merystemach, które są regionami roślinnymi o ciągłym podziale i wzroście komórek. Komórki tkanki merystematycznej są niezróżnicowane lub nie w pełni zróżnicowane, dzielą się nadal i przyczyniają się do wzrostu rośliny. W przeciwieństwie do nich, tkanka trwała składa się z komórek roślinnych, które nie dzielą się już aktywnie.
Tkanki merystematyczne składają się z trzech typów, w zależności od ich lokalizacji w roślinie. Merystemy wierzchołkowe zawierają tkankę merystematyczną znajdującą się na końcach łodyg i korzeni, która umożliwia roślinie wydłużanie się. Merystemy boczne ułatwiają wzrost grubości lub obwodu dojrzewającej rośliny. Merystemy międzywęzłowe występują tylko u jednoliściennych, u podstaw blaszek liściowych i w węzłach (miejsca przyczepienia liści do łodygi). Tkanka ta umożliwia blaszce liściowej jednoliściennych zwiększanie długości od podstawy liścia; na przykład umożliwia wydłużanie się liści trawnika nawet po wielokrotnym koszeniu.
Merystemy wytwarzają komórki, które szybko się różnicują, czyli specjalizują, i stają się trwałymi tkankami. Komórki takie przyjmują określone role i tracą zdolność do dalszych podziałów. Różnicują się one w trzy główne typy: tkankę skórną, naczyniową i naziemną. Tkanka skórna pokrywa i chroni roślinę, a tkanka naczyniowa transportuje wodę, minerały i cukry do różnych części rośliny. Tkanka naziemna służy jako miejsce fotosyntezy, stanowi matrycę wspierającą dla tkanki naczyniowej i pomaga przechowywać wodę i cukry.
Tkanki wtórne są proste (składają się z podobnych typów komórek) lub złożone (składają się z różnych typów komórek). Tkanka skórna, na przykład, jest prostą tkanką, która pokrywa zewnętrzną powierzchnię rośliny i kontroluje wymianę gazową. Tkanka naczyniowa jest przykładem tkanki złożonej i składa się z dwóch wyspecjalizowanych tkanek przewodzących: ksylemu i łyka. Tkanka ksylemu transportuje wodę i składniki odżywcze z korzeni do różnych części rośliny i obejmuje trzy różne typy komórek: elementy naczyń krwionośnych i tracheidy (oba przewodzą wodę) oraz parenchymę ksylemu. Tkanka floemu, która transportuje związki organiczne z miejsca fotosyntezy do innych części rośliny, składa się z czterech różnych typów komórek: komórek sitowych (przewodzących fotosyntezy), komórek towarzyszących, miąższu floemu i włókien floemu. W przeciwieństwie do komórek przewodzących ksylemu, komórki przewodzące łyka są żywe w fazie dojrzałości. Ksylem i łyko zawsze leżą obok siebie (rys. 1). W łodygach, ksylem i łyko tworzą strukturę zwaną wiązką naczyniową; w korzeniach jest ona określana jako stela naczyniowa lub cylinder naczyniowy.
Rysunek 1. Na tym mikrografie świetlnym widać przekrój poprzeczny łodygi kabaczka (Curcurbita maxima). Każdy pęczek naczyniowy w kształcie łezki składa się z dużych naczyń ksylemowych od wewnątrz i mniejszych komórek łyka od zewnątrz. Komórki ksylemu, które transportują wodę i składniki odżywcze z korzeni do reszty rośliny, są martwe w fazie dojrzałości funkcjonalnej. Komórki łyka, które transportują cukry i inne związki organiczne z tkanki fotosyntetycznej do reszty rośliny, są żywe. Wiązki naczyniowe są otoczone tkanką ziemną i otoczone tkanką skórną. (kredyt: modyfikacja pracy autorstwa „(biophotos)”/Flickr; dane paska skali od Matt Russell)
Wszystkie zwierzęta zbudowane są z czterech rodzajów tkanek: naskórka, mięśni, nerwów i tkanki łącznej. Rośliny również zbudowane są z tkanek, ale nic dziwnego, że ich bardzo różne style życia wywodzą się z różnych rodzajów tkanek. Wszystkie trzy rodzaje komórek roślinnych znajdują się w większości tkanek roślinnych. Trzy główne typy tkanek roślinnych to tkanka skórna, podłoże i tkanka naczyniowa.
Tkanka skórna
Tkanka skórna łodygi składa się głównie z naskórka, pojedynczej warstwy komórek pokrywających i chroniących tkankę podstawową. Rośliny drzewiaste mają twardą, wodoodporną warstwę zewnętrzną z komórek korkowych, zwaną korą, która dodatkowo chroni roślinę przed uszkodzeniem. Komórki epidermy są najliczniejszymi i najmniej zróżnicowanymi komórkami w epidermie. W epidermie liścia znajdują się również otwory zwane stomata, przez które odbywa się wymiana gazów (rys. 2). Dwie komórki, zwane komórkami strażniczymi, otaczają każdą stomię liścia, kontrolując jej otwarcie i zamknięcie, a tym samym regulując pobieranie dwutlenku węgla oraz uwalnianie tlenu i pary wodnej. Trichomy są włoskowatymi strukturami na powierzchni epidermy. Pomagają ograniczyć transpirację (utratę wody przez nadziemne części roślin), zwiększają odbijanie promieni słonecznych i magazynują związki, które bronią liście przed drapieżnikami roślinożercami.
Rysunek 2. Otwory zwane stomiami (liczba pojedyncza: stomia) umożliwiają roślinie pobieranie dwutlenku węgla i uwalnianie tlenu oraz pary wodnej. (a) kolorowy skaningowy mikrograf elektronowy przedstawia zamkniętą stomię u rośliny dwuliściennej. Każdy stomia jest otoczony przez dwie komórki strażnicze, które regulują jego (b) otwieranie i zamykanie. Komórki strażnicze (c) znajdują się w warstwie komórek epidermalnych (kredyt a: modyfikacja pracy Louisy Howard, Rippel Electron Microscope Facility, Dartmouth College; kredyt b: modyfikacja pracy June Kwak, University of Maryland; dane paska skali od Matta Russella)
Tkanka naczyniowa
Ksylem i łyko, które tworzą tkankę naczyniową łodygi, są ułożone w wyraźne pasma zwane wiązkami naczyniowymi, które biegną w górę i w dół długości łodygi. Gdy łodygę ogląda się w przekroju poprzecznym, wiązki naczyniowe łodyg roślin dwuliściennych układają się w pierścień. U roślin, których łodygi żyją dłużej niż rok, poszczególne wiązki zrastają się, tworząc charakterystyczne pierścienie wzrostu. W łodygach jednoliściennych wiązki naczyniowe są losowo rozrzucone po całej tkance podstawowej (ryc. 3).
Ryc. 3. W (a) łodygach dwuliściennych wiązki naczyniowe są rozmieszczone na obwodzie tkanki podstawowej. Tkanka ksylemu znajduje się w kierunku wnętrza wiązki naczyniowej, a łyka – w kierunku zewnętrznym. Włókna sklerenchymy otaczają wiązki naczyniowe. W (b) łodygach jednoliściennych wiązki naczyniowe złożone z tkanek ksylemu i łyka są rozrzucone po całej tkance podstawowej.
Tkanka ksylemowa składa się z trzech typów komórek: miąższu ksylemu, tracheid i elementów naczyń. Te dwa ostatnie typy przewodzą wodę i są martwe w okresie dojrzałości. Tracheidy są komórkami ksylemu o grubych wtórnych ścianach komórkowych, które są zdrewniałe. Woda przemieszcza się z jednej tracheidy do drugiej przez miejsca na ścianach bocznych zwane dołkami, gdzie ściany wtórne są nieobecne. Elementy naczyń to komórki ksylemu o cieńszych ścianach, krótszych niż tracheidy. Każdy element naczyniowy jest połączony z następnym za pomocą blaszek perforacyjnych na ścianach końcowych elementu. Woda przemieszcza się przez blaszki perforacyjne w górę rośliny.
Tkanka łyka składa się z komórek sitowo-rurkowych, komórek towarzyszących, miąższu łyka i włókien łyka. Seria komórek rurki sitowej (zwanych również elementami rurki sitowej) jest ułożona od końca do końca, tworząc długą rurkę sitową, która transportuje substancje organiczne, takie jak cukry i aminokwasy. Cukry przepływają z jednej komórki rurki sitowej do następnej przez perforowane płytki sitowe, które znajdują się w końcowych połączeniach między dwiema komórkami. W okresie dojrzałości jądro i inne składniki komórek rurki sitowej, choć nadal żywe, uległy rozpadowi. Komórki towarzyszące znajdują się obok komórek rurki sitowej, zapewniając im wsparcie metaboliczne. Komórki towarzyszące zawierają więcej rybosomów i mitochondriów niż komórki rurki sitowej, którym brakuje niektórych organelli komórkowych.
Tkanka podścieliska
Tkanka podścieliska składa się głównie z komórek miąższowych, ale może również zawierać komórki kolenchymy i sklerenchymy, które pomagają wspierać łodygę. Tkanka podstawowa znajdująca się wewnątrz tkanki naczyniowej łodygi lub korzenia jest znana jako rdzeń, podczas gdy warstwa tkanki znajdująca się pomiędzy tkanką naczyniową a epidermą jest znana jako kora.
Organy roślin
Rośliny, podobnie jak zwierzęta, zawierają komórki z organellami, w których zachodzą określone czynności metaboliczne. Jednak w przeciwieństwie do zwierząt, rośliny wykorzystują energię światła słonecznego do tworzenia cukrów podczas fotosyntezy. Ponadto, komórki roślinne posiadają ściany komórkowe, plastyd i dużą centralną wakuolę: struktury, których nie ma w komórkach zwierzęcych. Każda z tych struktur komórkowych odgrywa specyficzną rolę w strukturze i funkcji roślin.
W roślinach, podobnie jak w zwierzętach, podobne komórki pracujące razem tworzą tkankę. Kiedy różne rodzaje tkanek pracują razem, aby wykonać unikalną funkcję, tworzą narząd; narządy pracujące razem tworzą układy narządów. Rośliny naczyniowe mają dwa odrębne systemy organowe: system pędowy i system korzeniowy. System pędowy składa się z dwóch części: wegetatywnych (niereprodukcyjnych) części rośliny, takich jak liście i łodygi, oraz części reprodukcyjnych rośliny, do których należą kwiaty i owoce. System pędowy zazwyczaj rośnie nad ziemią, gdzie pochłania światło potrzebne do fotosyntezy. System korzeniowy, który podtrzymuje rośliny i wchłania wodę i minerały, znajduje się zwykle pod ziemią. Rysunek 4 przedstawia systemy organów typowej rośliny.
Rysunek 4. System pędowy rośliny składa się z liści, łodygi, kwiatów i owoców. System korzeniowy zakotwicza roślinę, jednocześnie pobierając wodę i składniki mineralne z gleby.