Liść jako organ oddychania, fotosyntezy, transpiracji

Liść jest organem fotosyntezy, oddychania i transpiracji. W moim referacie bliżej przyjrzę się tym procesom i miejscu ich zachodzenia – liściu.

Na początku chciałabym krótko wyjaśnić znaczenie pojęcia fotosynteza. Otóż proces ten polega na przekształceniu energii świetlnej Słońca w energię chemiczną wykorzystywaną do przyswajania dwutlenku węgla do związku organicznego, przy udziale barwników asymilacyjnych (przede wszystkim chlorofilu) i odpowiednich enzymów.

dwutlenek węgla + woda --energia świetlna, chlorofil--> glukoza + tlen

Wyróżniamy 2 typy fotosyntezy: C3 i C4. Budowa liści roślin C3 (ponad 95% wszystkich roślin) i C4 (około 1% roślin) jest wyrazem przystosowania do odmiennych szlaków fotosyntezy.

Chloroplasty zawierają zielony barwnik chlorofil, który nadaje liściom zielone zabarwienie i spełnia podstawową funkcję w fotosyntezie pochłaniając energię promieniowania słonecznego. Chloroplasty mają zwykle kształt deskowaty i skomplikowaną strukturę wewnętrzną. W komórce występują w liczbie od 20 do 100. Mają średnicę ok. 5μm i grubość 1μm.

Zdolność do przeprowadzania fotosyntezy wykazują wszystkie zielone części rośliny jednak 95% związków pokarmowych powstaje w liściach. Jest to bowiem organ specjalnie przystosowany do przeprowadzania tego procesu. Świadczy o tym duża powierzchnia spłaszczonej blaszki liściowej w porównaniu z jej objętością. Umożliwia ona w pełni wykorzystanie energii świetlnej, a także zwiększa powierzchnię absorpcyjną dla dwutlenku węgla. Kolejną cechą liścia jako głównego organu przeprowadzającego fotosyntezę jest przezroczysta skórka, przez którą światło bez trudu dociera do bogatych w chloroplasty komórek miękiszu liściowego. Dzięki silnie rozwiniętym przestworom międzykomórkowym każda zielona komórka bezpośrednio kontaktuje się zarówno zarówno wewnętrzną, jak i zewnętrzną atmosferą liścia. Gęsta siatka wiązek sitowo – naczyniowych doprowadza wodę i składniki mineralne do liścia oraz odprowadza związki organiczne powstałe w procesie fotosyntezy do wszystkich komórek rośliny. Warstwa wosku pokrywająca liść chroni przed nadmierną utratą wody, a szparki – otworki na powierzchni liścia pozwalają gazom krążyć między wnętrzem liścia, a środowiskiem.

Liść jest także organem transpiracji. Proces ten polega na wyparowywaniu wody przez żywe części rośliny, przy czym jest on przez nią regulowany. Natężenie transpiracji jest niewielkie w nocy, szparki są wtedy zwykle zamknięte. Woda paruje z całej powierzchni rośliny, jednak szczególnie widoczna jest tutaj aktywność liścia. Przyczyny intensywnej transpiracji leżą w specyficznej budowie tego organu. Jego powierzchnia jest bez porównania większa od powierzchni pozostałych części rośliny. Niewielka grubość blaszki liściowej oraz liczne szparki ułatwiają znacznie przebieg fotosyntezy. Powodują także, że większość traconej przez roślinę wody uchodzi przez liście. Pragnę zwrócić w tym miejscu uwagę na to, że pozostałe organy roślinne najczęściej pokryte są dobrze rozbudowaną tkanką okrywającą, np. kora u roślin zdrewniałych, lub słabo przepuszczalnymi dla pary wodnej substancjami. Niektóre owoce są zabezpieczone przed utratą wody przez grubą warstwę wosków. Luźny układ przestrzenny o licznych przestworach międzykomórkowych tworzy w liściu ogromną wewnętrzną powierzchnię parującą. Jest ona od 5 do 30 razy większa od powierzchni zewnętrznej liścia, co w wysokim stopniu sprzyja transpiracji. Skórka pokryta nieprzepuszczalną kutykulą zaopatrzona jest również w liczne szparki. Cechę tą można porównać do kompromisu pomiędzy przystosowaniem liścia do szybkiej wymiany gazowej, a zabezpieczeniem rośliny przed nadmiernymi stratami wody. W liściu można wyróżnić dwie powierzchnie parowania: zewnętrzną (górna i dolna skórka pokryta warstwą kutykuli] oraz wewnętrzną ( komórki miękiszu gąbczastego gąbczastego i palisadowego, które graniczą z przestworami międzykomórkowymi). Należy pamiętać, że tylko niewielka część (1-2%) całkowitej ilości wody jest zużywana w procesie fotosyntezy. Cała reszta ulatnia się przez szparki w procesie transpiracji.

Ponadto wyróżnia się kilka rodzajów transpiracji:
- kutykularna
- szparkowa
- przetchlinkowa

Wszystkie cechy, które omówiłam świadczą o doskonałym przystosowaniu liścia do przeprowadzania transpiracji. Z całą pewnością nie należy jednak z tego powodu rozpatrywać go jako organu roślinnego służącego specjalnie do transpiracji. Podstawową funkcją liścia jest bowiem fotosynteza.

1 – przebieg transpiracji w warunkach dobrego zaopatrzenia w wodę
2 – południowe ograniczenie transpiracji spowodowane zamykaniem szparek w godzinach południowych z powodu deficytu wody.

Przedstawiłam już liść jako organ przeprowadzający fotosyntezę. Bierze on udział
w przeprowadzaniu innego procesu, a mianowicie oddychania. Proces ten jest przeciwny do fotosyntezy i polega na rozkładzie cukrów z udziałem tlenu na proste związki nieorganiczne, takie jak woda i dwutlenek węgla. Uproszczony schemat oddychania przedstawia się następująco:

glukoza + tlen --mitochondria--> energia + dwutlenek węgla + woda

Oddychanie przebiega stale i w każdej żywej komórce. Wymiana gazowa u roślin odbywa się za pośrednictwem przestworów międzykomórkowych. Rośliny posiadają aparaty szparkowe, za pomocą, których kontaktują się ze środowiskiem zewnętrznym, a te jak wiadomo występują najliczniej na liściach.

Rośliny nie dysponują organami specjalnie przystosowanymi do oddychania, jednak duża powierzchnia i stosunkowo mała grubość liści bardzo ułatwia dyfuzję tlenu, podstawowego substratu oddechowego, do poszczególnych komórek. Jak już wspomniałam, głównym miejscem wymiany są szparki, ale częściowo także całą powierzchnia rośliny. Porowata tkanka miękiszu gąbczastego tworząca strukturę liścia również ułatwia dyfuzję gazów między rośliną a otoczeniem.
Aparaty szparkowe
Reasumując, każdy liść stanowi wyspecjalizowany organ odżywiania się rośliny, którego głównym zadaniem jest przeprowadzanie nie tylko fotosyntezy – procesu wymagającego nieustannego dopływu wody, dwutlenku węgla i energii słonecznej, ale także oddychania i transpiracji. Liście odznaczają się rozmaitością kształtów i rozmiarów oraz różnorodnym rozmieszczeniem na pędzie, mimo to umożliwiają wymianę gazową związaną z oddychaniem oraz regulują proces parowania wody. Budowa tkankowa liścia jest przystosowaniem do spełnianych przez niego funkcji. Ten niezwykle ważny dla rośliny organ ma zazwyczaj szeroki i płaski kształt, co zapewnia mu maksymalną powierzchnię wystawioną na działanie światła słonecznego oraz maksymalną powierzchnię umożliwiającą wymianę gazów – tlenu, dwutlenku węgla i pary wodnej. Myślę, iż liść z całą pewnością zasługuje na miano roślinnej fabryki.