Кіріспе
Стамматикалық апертураны басқаратын жұптасқан жасушалар Күзетші жасушалар - газ алмасуды басқаратын жапырақ, сабақ және басқа да мүшелердің эпидермисінде орналасқан арнайы өсімдік жасушалары. Олар жұп болып, олардың арасында аралық бар, ол шұңқыршалық қуысын құрайды. Стоматоздық тесіктер су еркін қол жетімді болған кезде және күзетші жасушалар көтерілген кезде үлкен болады және судың жеткіліктілігі өте төмен болған кезде және күзетші жасушалар салбырайтын кезде жабылады. Фотосинтез көмірқышқыл газын (CO2) ауадан мезофиль тіндеріне стеомалар арқылы диффузиялауына байланысты. Фотосинтездің қосалқы өнімі ретінде өндірілетін оттегі (O2) өсімдіктің асқазандары арқылы шығады. Ашық ауыздықтар суды буландыру арқылы жоғалтады және оны тамырлар суды сіңіріп, терлеу ағысы арқылы ауыстыру керек. Өсімдіктер ауадан сіңген СО2 мөлшерін асқазанның көпіршіктерінен судың жоғалуымен теңестіруі керек, бұл күзетші жасушаның тургор қысымын және асқазанның көпіршіктерінің көлемін белсенді және пассивті бақылау арқылы жүзеге асырылады.
Guard cells are specialized plant cells in the epidermis of leaves, stems and other organs that are used to control gas exchange. They are produced in pairs with a gap between them that forms a stomatal pore. The stomatal pores are largest when water is freely available and the guard cells become turgid, and closed when water availability is critically low and the guard cells become flaccid. Photosynthesis depends on the diffusion of carbon dioxide (CO2) from the air through the stomata into the mesophyll tissues. Oxygen (O2), produced as a byproduct of photosynthesis, exits the plant via the stomata. When the stomata are open, water is lost by evaporation and must be replaced via the transpiration stream, with water taken up by the roots. Plants must balance the amount of CO2 absorbed from the air with the water loss through the stomatal pores, and this is achieved by both active and passive control of guard cell turgor pressure and stomatal pore size.
Күзет камерасының қызметі
Күзетші жасушалар - әрбір стоманың айналасындағы жасушалар. Олар асқазанды ашып-жауып, терлеу жылдамдығын реттейді. Ашылу немесе жабылу үшін негізгі себеп - жарық. Әрбір күзетші жасушаның тесігі жағынан салыстырмалы түрде қалың және жұқа қабықшасы бар, ал қарсы жағында жұқа. Су клеткаға кіргенде, жұқа жағы шар сияқты сыртқа шығып, қалың жағын өзімен бірге тартып, жарты айды құрайды; біріктірілген жарты айлар тесіктің ашылуын құрайды. Күзетші жасушаларда көк жарық фоторецептор белсенділігі бар серин және треонин киназалары фототропинді ақуыздар бар. Фототрофиндер екі жарық, оттегі және кернеу сенсорлық домендерді (LOV) қамтиды және PAS домендер суперотбасысының бөлігі болып табылады. Фототропиндар фототропизм, хлоропласт қозғалысы, жапырақтардың кеңейуі, сондай-ақ стоматтардың ашылуы сияқты көптеген реакцияларды тудырады. Серин мен треонин ақуыз ішінде фосфорилирленеді, бұл H+ АТФаза белсенділігін тудырады.) және басқа бағытты целлюлоза микро талшықтары, олар көтерілгенде сыртқа қарай иіледі, бұл өз кезегінде, асқазанның ашылуына себеп болады. Осмотикалық су жоғалған кезде, негізінен калий (K+) иондарының көрші жасушаларға К+ жоғалуынан пайда болған стоматалар жабылады.
Судың жоғалуы және суды тиімді пайдалану
Судың тапшылығы (құрғақшылық пен тұздық) - ауыл шаруашылығы мен табиғатта үлкен шығынға әкелетін негізгі экологиялық проблемалардың бірі. Өсімдіктердің құрғақшылыққа төзімділігі бірге жұмыс істейтін бірнеше механизмдер арқылы жүзеге асады, соның ішінде өсімдікті тұрақтандыру және құрғақшылықтан болатын зақымданудан қорғау, сондай-ақ құрғақшылық кезінде өсімдіктердің стоматологиялық тесіктерінен қанша су жоғалтуын бақылау. Аздап құрғақшылыққа байланысты өсімдік гормоны - абсцицид қышқылы (АВҚ) түзіледі. АБА рецепторларының негізгі түрі анықталды. Өсімдік гормоны АБА құрғақшылыққа жауап ретінде стоматологиялық тесіктерді жабады, бұл атмосфераға терлеу арқылы өсімдіктердің су жоғалуын азайтады және өсімдіктерге құрғақшылық кезінде су жоғалуын болдырмауға немесе баяулауға мүмкіндік береді. Құрғақшылыққа төзімді өсімдіктерді пайдалану құрғақшылық кезінде егін шығындарын азайтуға әкеледі. Күзетші жасушалар өсімдіктердің су жоғалуын бақылайтын болғандықтан, стоматтардың ашылуы мен жабылуының қалай реттелетінін зерттеу құрғақ болудан аулақ болуды немесе баяулауды жақсартуға және суды тиімді пайдалануға мүмкіндік беретін өсімдіктерді дамытуға әкелуі мүмкін.
Ионды қабылдау және шығару
Күзетші жасушаларға иондардың сіңіруі стоматтың ашылуын тудырады: Газ алмасу пораларының ашылуы күзетші жасушаларға калий иондарының сіңіруін қажет етеді. Калий арналары мен сорғылары анықталды және иондарды сіңіру және стоматологиялық тесіктерді ашу бойынша жұмыс істейді. Қорғаушы жасушалардан иондардың босауы стоматтық тесік қақпақтарының жабылуына әкеледі: Қорғаушы жасушалардан иондардың босауына ықпал ететін басқа иондық арналар анықталды, мұның нәтижесінде осмоздан қорғаушы жасушалардан осмостық су ағып шығады, қорғаушы жасушалар қысқарады және стоматтық тесік қақпақтарының жабылуы (1 және 2-суреттер). Қалийдің арнайы ағызу арналары күзетші жасушалардан калийдің босауына ықпал етеді. Аниондық арналар стоматологиялық жабылудың маңызды бақылаушысы ретінде анықталды. Аниондық арналардың стомалық жабылуды бақылаудағы бірнеше негізгі функциялары бар: күзетші жасушалардан теріс зарядталған аниондардың босатылуы күзетші жасушаның плазмалық мембранасының жасушалық бетінде мембрананың оң кернеулерге (деполяризацияға) электрлік ауысуына әкеледі. Күзетші жасушалардың электрлік деполяризациясы сыртқы калий арналарын белсендіре бастайды және калий осы арналар арқылы босатылады. Аниондық арналардың кем дегенде екі негізгі түрі плазмалық мембранада сипатталған: S типті аниондық арналар және R типті аниондық арналар.
Вакуолярлық ион тасымалы
Вакуолалар - өсімдік клеткаларындағы ірі жасушааралық сақтау органелдері. Плазмалық мембранадағы иондық арналардан басқа, вакуолярлық иондық арналар стоматологиялық ашылу мен жабылуды реттеуде маңызды функцияларға ие, өйткені вакуолалар күзетші жасушаның көлемінің 90% -на дейін алады. Сондықтан, асқазан жабық болған кезде вакуолалардан иондардың көпшілігі шығарылады. Ауа-құбырлық K+ (VK) арналары мен жылдам вакуолярлық арналар вакуолалардан K+ босатуды қамтамасыз етеді. Вакуолярлық K+ (VK) арналары жасушааралық кальций концентрациясының көтерілуі арқылы белсендіріледі. SV арналары Ca2+ иондарына өткізгіш катиондық арналар ретінде жұмыс істейтіндігі дәлелденді. Күзетші жасушалар газ алмасуын және ион алмасуын ашу және жабу арқылы басқарады. K+ - жасушаға кіріп-шығу және одан шығу арқылы жасушада оң зарядтың пайда болуына себепші болатын бір ион. Малат - бұл оң зарядқа қарсы қолданылатын негізгі аниондардың бірі және ол AtALMT6 иондық арнасы арқылы қозғалады. AtALMT6 - бұл күзетші жасушаларда, атап айтқанда вакуолаларда кездесетін алюминий белсендірілген малат тасымалдаушысы. Бұл тасымалдау арнасы кальций концентрациясына байланысты малаттың ағып түсуіне немесе ағып кетуіне себепші болады. Күзетші жасушалар сонымен қатар жасушаның көптеген кіру сигналдарын біріктіріп, жауап беру (стомальды ашу немесе жабу) туралы негізгі зерттеулерге тамаша модель береді. Бұл реакциялар күзетші жасушалардағы көптеген жасушалық биологиялық процестерді үйлестіруді қажет етеді, соның ішінде сигнал қабылдау, иондық арналар мен насос реттеу, мембраналық трафик, транскрипция, цитоскелеттік қайта құрылымдау және басқалар. Болашақтағы зерттеулерге байланысты қиындықтар осы әртүрлі клеткалық биологиялық процестерге белгілі бір белоктардың функцияларын беру болып табылады.
Guard cells control gas exchange and ion exchange through opening and closing. K+ is one ion that flows both into and out of the cell, causing a positive charge to develop. Malate is one of the main anions used to counteract this positive charge, and it is moved through the AtALMT6 ion channel. AtALMT6 is an aluminum activated malate transporter that is found in guard cells, specifically in the vacuoles. This transport channel was found to cause either an influx or efflux of malate depending on the concentrations of calcium. Guard cells also provide an excellent model for basic studies on how a cell integrates numerous kinds of input signals to produce a response (stomatal opening or closing). These responses require coordination of numerous cell biological processes in guard cells, including signal reception, ion channel and pump regulation, membrane trafficking, transcription, cytoskeletal rearrangements and more. A challenge for future research is to assign the functions of some of the identified proteins to these diverse cell biological processes.
Даму
Өсімдік жапырақтарының дамуы кезінде арнайы күзетші жасушалар "көзетші ана жасушаларынан" ажыратылады. Жапырақтағы шұңқырлардың тығыздығы қоршаған орта сигналдарымен реттеледі, соның ішінде атмосфералық CO2 концентрациясының артуы, бұл көптеген өсімдік түрлерінде қазірге дейін белгісіз механизмдер арқылы жапырақтардың бетіндегі шұңқырлардың тығыздығын азайтады. Стомалық дамудың генетикасын микроскоп арқылы жапырақ эпидермисін бейнелеу арқылы тікелей зерттеуге болады. Қамқоршы жасушалар мен стоматологиялық тесіктердің дамуына ықпал ететін бірнеше негізгі бақылау ақуыздары анықталды.