روپوست برگ: دیوار دفاعی و مرکز مبادلهی گیاه
ساختار روپوست: از سلولهای نگهبان تا پوشش مومی
روپوست برگ را میتوان به یک دیوار شهر باستانی تشبیه کرد. این دیوار از آجرهای محکمی ساخته شده که در کنار هم قرار گرفتهاند و روزنهها مانند دروازههای امنیتی این شهر هستند. سلولهای اصلی تشکیلدهنده روپوست، سلولهای روپوستی[4] نام دارند. این سلولها معمولاً مسطح و بدون فاصله بین خود هستند تا یک سد محکم در برابر عوامل بیرونی ایجاد کنند.
روی بیشتر این سلولها، لایهای نازک از جنس موم به نام کوتیکول[5] وجود دارد. این لایه مانند یک بارانی ضدآب عمل میکند. وظیفه اصلی آن، جلوگیری از تعرق[6] بیرویه (هدررفت آب) و نیز محافظت از برگ در برابر اشعههای مضر خورشید، برخی قارچها و آلودگیهاست. ضخامت کوتیکول در گیاهان مناطق خشک و بیابانی مانند کاکتوس بسیار بیشتر از گیاهان مناطق مرطوب است.
| نوع گیاه (زیستگاه) | ضخامت کوتیکول | تراکم روزنه[7] | موقعیت روزنهها |
|---|---|---|---|
| کاکتوس (بیابان) | خیلی ضخیم | کم (در هر میلیمتر مربع: ~10-30) | اغلب در سمت زیرین برگ یا در فرورفتگی |
| گیاهان برگپهن (جنگلهای مرطوب) | نازک تا متوسط | زیاد (در هر میلیمتر مربع: ~200-400) | معمولاً فقط در سمت زیرین برگ |
| غلات مانند گندم (میدان باز) | متوسط | متوسط (در هر میلیمتر مربع: ~50-100) | در هر دو سطح بالا و زیرین برگ (به صورت یکسان) |
روزنه: دروازههای هوشمند گیاه
روزنه مهمترین بخش روپوست برگ است. هر روزنه از دو سلول لوبیایی شکل به نام سلولهای نگهبان[8] تشکیل شده است که یک سوراخ مرکزی به نام منفذ روزنه[9] را در بر میگیرند. عملکرد روزنه را میتوان به باز و بسته شدن دهان برای تنفس تشبیه کرد.
مبادلات گازی در فتوسنتز و تنفس گیاهی از طریق همین منفذ انجام میشود. معادله سادهشده فتوسنتز که در آن گازها مبادله میشوند را میتوان اینگونه نشان داد:
$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow[light]{chlorophyll} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$
دیاکسید کربن ($CO_2$) از طریق روزنههای باز وارد میشود و محصول جانبی اکسیژن ($O_2$) از همان راه خارج میشود.
تارهای کشنده و دیگر ساکنان روپوست
روپوست برگ فقط از سلولهای مسطح و روزنه تشکیل نشده است. در بسیاری از گیاهان، ساختارهای دیگری نیز در این لایه یافت میشوند. یکی از معروفترین آنها، تار کشنده[12] است. این تارها در واقع زائدههای ریز و نازکی از سلولهای روپوستی هستند که مانند کرک روی سطح برگ دیده میشوند.
وظایف تارهای کشنده متنوع است: میتوانند با ایجاد سایه، از تبخیر بیشازحد آب محافظت کنند؛ با ایجاد یک لایه ساکن هوا در اطراف برگ، مثل یک عایق عمل کنند؛ و حتی با ترشح مواد بدطعم یا چسبنده، گیاه را در برابر حشرات گیاهخوار محافظت نمایند. گاهی این تارها مواد معطری نیز ترشح میکنند که بوی خاص برگ گیاهان مانند نعناع یا ریحان از آنها ناشی میشود.
روپوست برگ در عمل: از باغبانی تا فناوری
درک عملکرد روپوست برگ میتواند به ما در مراقبت بهتر از گیاهان کمک کند. به عنوان مثال، چرا باید گیاهان آپارتمانی را با اسپری آب مهپاشی کرد؟ پاسخ در روزنههاست. در هوای خشک داخل خانه، گیاه برای جذب دیاکسید کربن مجبور است روزنههایش را باز نگه دارد که این باعث هدررفت زیاد آب میشود. مهپاشی رطوبت اطراف برگ را افزایش میدهد و به گیاه اجازه میدهد با اطمینان بیشتری روزنهها را باز کند و فتوسنتز بهتری داشته باشد.
مثال علمی: اگر دو گیاه همگونه، یکی در محیط مرطوب و دیگری در محیط خشک پرورش داده شوند، گیاه در محیط خشک به مرور زمان روپوستی با کوتیکول ضخیمتر و روزنههای کمتعدادتر (اغلب در سطح زیرین) تولید میکند. این یک سازگاری ساختاری است که گیاه برای بقا در آن محیط ایجاد میکند.
حتی در فناوریهای جدید، دانشمندان با الهام از ساختار روپوست و روزنه، در حال ساخت سطوح هوشمندی هستند که بتوانند نرخ تبخیر یا جذب مواد را به صورت خودکار کنترل کنند.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
خیر. اگرچه بیشترین تراکم روزنه در برگهاست، اما در بخشهای جوان و سبز گیاه مانند ساقههای علفی نیز میتوان روزنه یافت. حتی در گلبرگ برخی گلها نیز روزنه وجود دارد، اما عملکرد اصلی تنفسی در برگ متمرکز است.
کوتیکول یک سد عالی در برابر از دست دادن آب به صورت بخار است، اما کاملاً غیرقابل نفوذ نیست. مقدار بسیار کمی از تبادلات گازی و همچنین برخی مواد محلول میتوانند از آن عبور کنند. مهمترین مسیر برای تبادلات گازی حجمی، همان روزنهها هستند.
در این شرایط، گیاه برای جلوگیری از مرگ بر اثر کمآبی، یک مکانیسم دفاعی مهم را فعال میکند: بستن روزنهها. با بسته شدن روزنهها، هدررفت آب متوقف میشود، اما ورود دیاکسید کربن برای فتوسنتز نیز قطع میگردد. اگر این وضعیت طولانی شود، گیاه انرژی تولید نمیکند و شروع به پژمردگی میکند.
پاورقی
[1] روپوست برگ (Epidermis): لایه بیرونی سلولها که اندامهای هوایی گیاه از جمله برگ را میپوشاند.
[2] روزنه (Stomata, singular: Stoma): منافذ ریزی در روپوست که تبادل گازها و تعرق را تنظیم میکنند.
[3] تنفس گیاهی (Respiration): فرآیند شکستن مواد قندی در سلولها با استفاده از اکسیژن برای تولید انرژی، که برخلاف فتوسنتز در شب و روز رخ میدهد.
[4] سلولهای روپوستی (Epidermal Cells): سلولهای معمولی و مسطحی که بخش عمده روپوست را تشکیل میدهند.
[5] کوتیکول (Cuticle): لایهای مومی و آبگریز که سطح بیرونی روپوست را میپوشاند.
[6] تعرق (Transpiration): فرآیند از دست دادن آب به صورت بخار از طریق روزنههای گیاه.
[7] تراکم روزنه (Stomatal Density): تعداد روزنه در واحد سطح (مثلاً در هر میلیمتر مربع).
[8] سلولهای نگهبان (Guard Cells): دو سلول لوبیایی شکل در دو طرف منفذ روزنه که با تغییر شکل، آن را باز و بسته میکنند.
[9] منفذ روزنه (Stomatal Pore): سوراخ مرکزی بین دو سلول نگهبان.
[10] تورژسانس (Turgor Pressure): فشار ناشی از محتوای آب داخل سلول که به دیواره سلول وارد میشود و باعث سفتی و قوام آن میگردد.
[11] پلاسمولیز (Plasmolysis): از دست دادن آب و کاهش تورژسانس سلول که باعث شل شدن و جدا شدن غشای سیتوپلاسم از دیواره سلولی میشود.
[12] تار کشنده (Trichome): زائدههای بیرونزده از سلولهای روپوستی که ممکن است به شکل کرک، خار یا ساختارهای ترشحی باشند.
