Элемент трубки сита - Sieve tube element

Элементы сита являются специализированными клетками, которые важны для функции флоэма, который представляет собой высокоорганизованную ткань, переносящую органические соединения, образующиеся во время фотосинтеза. Ситчатые элементы являются основными проводящими клетками флоэмы. Проводящие клетки помогают в транспортировке молекул, особенно для передачи сигналов на большие расстояния. В анатомия растений, есть два основных типа ситовых элементов. Клетки-компаньоны и ситовидные клетки происходят из меристемы, которые представляют собой ткани, которые активно делятся на протяжении всей жизни растения. Они похожи на развитие ксилема, водопроводящая ткань растений, основной функцией которой также является транспортировка в сосудистой системе растений.[1] Основная функция ситовых элементов заключается в транспортировке сахаров на большие расстояния через растения, действуя как канал. Ситчатые элементы имеют удлиненные ячейки, на стенках которых находятся ситчатые участки. Поры на ситах позволяют цитоплазматический связи с соседними клетками, что позволяет перемещать фотосинтетический материал и другие органические молекулы, необходимые для функционирования тканей. Структурно они имеют удлиненную форму и параллельны органу или ткани, в которых они расположены. Ситовые элементы обычно не имеют ядра и содержат совсем небольшое количество рибосом.[2] Два типа ситовых элементов, ситовые трубчатые элементы и ситовые ячейки, имеют разную структуру. Элементы ситовой трубки короче и шире, имеют большую площадь для транспорта питательных веществ, в то время как ситчатые клетки имеют тенденцию быть длиннее и уже с меньшей площадью для транспортировки питательных веществ. Хотя функция обоих этих типов ситовых элементов одинакова, ситчатые клетки обнаруживаются у голосеменных, нецветущих сосудистых растений, а элементы ситовых трубок обнаруживаются у покрытосеменных, цветущих сосудистых растений.[3]

Сопутствующая ячейка (слева, светло-розовый), ядро ​​(темно-розовый), ситчатая трубка (справа, сплошной зеленый), пластины с ситовой трубкой (пунктирно-зеленый), растворенные питательные вещества (желтый)

Открытие

Элементы сита были впервые обнаружены лесным ботаником Теодор Хартиг в 1837 году. С момента этого открытия больше внимания уделяется структуре и физиологии ткани флоэмы, поскольку больше внимания уделяется ее специализированным компонентам, таким как ситовидные клетки. Флоэма была представлена Карл Нэгели в 1858 г. после открытия ситовых элементов. С тех пор было проведено множество исследований того, как ситовые элементы функционируют во флоэме с точки зрения работы в качестве транспортного механизма.[2] Пример анализа флоэмы через ситчатые элементы был проведен при исследовании Арабидопсис листья. Изучая флоэму листьев in vivo через лазерная микроскопия и использование флуоресцентных маркеров (размещенных как в ячейках-компаньонах, так и в элементах сита), была выделена сеть ячеек-компаньонов с компактными ситовыми трубками. Маркеры для ситовых элементов и клеток-компаньонов использовали для изучения сети и организации клеток флоэмы.[4]

Элементы ситовой трубки

Существует две категории ситовых элементов: ситовые ячейки и ситовые трубчатые элементы.[5] Основные функции элементов ситовой трубки включают поддержание клеток и транспортировку необходимых молекул с помощью клеток-компаньонов.[6] Члены ситовой трубки - это живые клетки (не содержащие ядра), которые отвечают за транспортировку углеводы по всему растению.[7] Элементы ситовых трубок связаны с клетками-компаньонами, которые представляют собой ячейки, которые объединяются с ситовыми трубками для создания комплекса ситовых элементов и клеток-компаньонов. Это позволяет снабжать и поддерживать клетки растений и передавать сигналы между удаленными органами внутри растения.[6] Члены ситовых трубок не имеют рибосомы или ядро ​​и, следовательно, нуждаются в клетках-компаньонах, чтобы помочь им функционировать как транспортные молекулы. Клетки-компаньоны обеспечивают членов ситовидных трубок белками, необходимыми для передачи сигналов и АТФ чтобы помочь им переносить молекулы между разными частями растения. Это клетки-компаньоны, которые помогают транспортировать углеводы извне клеток в элементы ситовой трубки.[8] Сопутствующие ячейки также допускают двунаправленный поток.[2]

В то время как члены ситовых трубок несут ответственность за большую часть сигналов, необходимых для органов растения, только некоторые белки являются активными внутри ситовых трубок. Это связано с тем, что члены ситовой трубки не имеют рибосом для синтеза белка, поскольку это затрудняет определение того, какие активные белки конкретно связаны с элементами ситовой трубки.[6]

Элементы ситовой трубки образуют ситчатую трубку, между которыми расположены ситчатые пластины для транспортировки питательных веществ. Показанные клетки-компаньоны содержат ядро, которое может синтезировать дополнительный белок для передачи клеточных сигналов. Двунаправленный поток питательных веществ показан двойной стрелкой.

Элементы ситовой трубки и сопутствующие ячейки соединяются через плазмодесматы.[5] Плазмодесмы состоят из каналов между клеточными стенками соседних растительных клеток для транспорта и распознавания от клетки к клетке. Структурно стенки ситовых трубок имеют тенденцию рассредоточиваться с сгруппированными вместе плазмодесмами, и именно эти области стенок трубок и плазмодесмы со временем развиваются в ситовые пластины. Элементы ситовых трубок обычно встречаются в основном в покрытосеменные.[1] Они очень длинные и имеют горизонтальные торцевые стенки с ситами. Ситчатые пластины содержат ситчатые поры, которые могут регулировать размер отверстий в пластинах в зависимости от окружения растений.[3] Эти ситчатые пластины очень большие, что означает большую площадь поверхности для транспортировки материала.[5]

Элементы ситовых трубок расположены от конца до конца в продольном направлении, чтобы образовать ситовые трубы. Образованные посредством этих вертикальных соединений между несколькими элементами ситовых труб, ситовые трубы непосредственно отвечают за транспортировку через минимальное сопротивление, окружающее их стенки.[8] С помощью этих пор, которые составляют большую часть структуры ситовых пластин, можно регулировать диаметр ситовых трубок. Это регулирование необходимо, чтобы ситовые пробирки реагировали на изменения окружающей среды и условий в организме.[5]

Ситчатые клетки

Ситчатые клетки - это длинные проводящие клетки во флоэме, которые не образуют ситчатых трубок. Основное различие между ситовыми ячейками и элементами ситовых трубок заключается в отсутствии ситовых пластин в ситовых ячейках.[1] Они имеют очень узкий диаметр и, как правило, больше по длине, чем элементы ситчатых трубок, поскольку они обычно связаны с белковыми клетками.[4] Подобно тому, как элементы Sieve Tube связаны с клетками-компаньонами, ситовые клетки фланкированы белковыми клетками, чтобы помочь в транспортировке органического материала. Белковые клетки имеют длинные неспециализированные области с концами, которые перекрываются с концами других ситовидных клеток и содержат питательные вещества и запасают пищу для питания тканей.[7] Они позволяют соединять ситчатые клетки с паренхимой, функциональной тканью в органах, что помогает стабилизировать ткань и транспортировать питательные вещества. Ситчатые клетки также связаны с голосеменные потому что у них отсутствуют комплексы клеток-компаньонов и ситовидных членов, которые есть у покрытосеменных.[9] Ячейки сита очень однородны и имеют равномерное распределение по площади сита. Их узкие поры необходимы для их функции у большинства бессемянных сосудистых растений и голосеменных растений, у которых отсутствуют элементы ситовидных трубок и есть только ситчатые клетки для переноса молекул.[1] Хотя ситчатые клетки имеют меньшую площадь сита, они по-прежнему распределены по нескольким клеткам, чтобы по-прежнему эффективно транспортировать материал к различным тканям внутри растения.[2]

Белковые клетки, связанные с сетчатыми клетками, работают между флоэмой и паренхима. Они соединяют паренхиму со зрелыми ситчатыми клетками, помогая участвовать в транспортировке клеток. Может быть много таких белковых клеток, которые принадлежат одной ситовой клетке, в зависимости от функции ткани или органа.[1]

Ситчатые поры очень часто встречаются в областях с перекрывающимися ситчатыми ячейками. Уровни каллозы измеряются для наблюдения за активностью ситовых клеток. Каллоза блокирует поры сита, которые присутствуют в обоих элементах сита. Недостаток каллозы предполагает, что ситовые элементы более активны и, следовательно, могут более активно регулировать свои поры в ответ на изменения окружающей среды.[10]

Дальнейшее применение в сельском хозяйстве

Поскольку сосудистая система растения имеет жизненно важное значение для роста и развития растительных клеток и внутренних органов растения, роль ситовых элементов в транспортировке необходимых углеводов и макромолекулы в значительной степени расширен. Это может быть применено к сельскому хозяйству, чтобы наблюдать, как ресурсы распределяются между различными частями завода. Плазмодесмы соединяют клетки-компаньоны с элементами сита, а клетки паренхимы могут соединять ситовые трубки с различными тканями внутри растения. Эта система между плазмодесматами, клетками-компаньонами и ситчатыми трубками обеспечивает доставку необходимых метаболитов. Урожай сельскохозяйственного продукта потенциально может быть увеличен, чтобы максимизировать систему доставки этих специализированных клеток во флоэме таким образом, чтобы можно было максимизировать диффузию. Было обнаружено, что флоэма покрытосеменных может использовать ситчатые трубки как способ транспортировки различных форм РНК в тонкие ткани, что может способствовать изменению транскрипционной активности. Ткани раковины - это ткани, которые находятся в процессе роста и нуждаются в питательных веществах. Наличие элементов Sieve, транспортирующих дополнительные питательные вещества к опущенным тканям, может ускорить процесс роста, что может повлиять на рост и развитие растений. Со временем быстрый рост может привести к увеличению сельскохозяйственного производства.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е "Ботаника онлайн: Поддерживающие ткани - сосудистые ткани - Флоэма". 2007-08-07. Архивировано из оригинал на 2007-08-07. Получено 2018-05-21.
  2. ^ а б c d Ламурё, Чарльз Х. (1975). «Ткань флоэмы покрытосеменных и голосеменных растений». Флоэма Транспорт. Серия институтов перспективных исследований НАТО. Спрингер, Бостон, Массачусетс. С. 1–31. Дои:10.1007/978-1-4684-8658-2_1. ISBN  9781468486605.
  3. ^ а б Лу, Куан-Джу; Данила, Флоренс Р .; Чо, Юэ; Фолкнер, Кристин (2018-03-25). «Заглядывать в растение через дыры в стене - исследуя роль плазмодесматов». Новый Фитолог. 218 (4): 1310–1314. Дои:10.1111 / nph.15130. ISSN  0028-646X. PMID  29574753.
  4. ^ а б Кайла, Тибо; Батайлер, Бриджит; Ле Хир, Розенн; Реверс, Фредерик; Анстед, Джеймс А .; Томпсон, Гэри А .; Гранжан, Оливье; Динан, Сильви (25 февраля 2015). «Живое изображение клеток-компаньонов и ситовых элементов в листьях Arabidopsis». PLOS ONE. 10 (2): e0118122. Bibcode:2015PLoSO..1018122C. Дои:10.1371 / journal.pone.0118122. ISSN  1932-6203. ЧВК  4340910. PMID  25714357.
  5. ^ а б c d «Вторичная флоэма». 2007-09-12. Архивировано из оригинал на 2007-09-12. Получено 2018-05-21.
  6. ^ а б c Де Марко, Федерика; Ле Хир, Розенн; Динан, Сильви (2018-06-01). «Встреча мобильных ситовых элементов и обильных белков клетки-компаньона». Текущее мнение в области биологии растений. 43: 108–112. Дои:10.1016 / j.pbi.2018.04.008. ISSN  1369-5266. PMID  29704830.
  7. ^ а б Torode, Thomas A .; О'Нил, Рэйчел; Маркус, Сьюзен Э .; Корнуо, Валери; Поза, Сара; Лаудер, Ребекка П .; Kračun, Stjepan K .; Райдал, Майя Гро; Андерсен, Матиас К. Ф. (1 февраля 2018 г.). «Разветвленный пектиновый галактан в клеточных стенках флоэмы-сита: значение для клеточной механики». Физиология растений. 176 (2): 1547–1558. Дои:10.1104 / стр.17.01568. ISSN  0032-0889. ЧВК  5813576. PMID  29150558.
  8. ^ а б Кноблаух, Майкл; Peters, Winfried S .; Белл, Карен; Росс-Эллиотт, Тимоти Дж .; Опарка, Карл Дж. (2018-06-01). «Сито-элементная дифференциация и загрязнение сока флоэмы». Текущее мнение в области биологии растений. 43: 43–49. Дои:10.1016 / j.pbi.2017.12.008. ISSN  1369-5266. PMID  29306743.
  9. ^ 1946-2004 гг., Кэмпбелл, Нил А. (1996). Биология (4-е изд.). Менло-Парк, Калифорния: Benjamin / Cummings Pub. Co. ISBN  978-0805319408. OCLC  33333455.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  10. ^ Эверт, Рэй Ф .; Дерр, Уильям Ф. (1964). «Вещество каллозы в элементах сита». Американский журнал ботаники. 51 (5): 552–559. Дои:10.1002 / j.1537-2197.1964.tb06670.x. JSTOR  2440286.
  11. ^ Ham, B.-K .; Лукас, В. Дж. (24 декабря 2013 г.). «Ситовая система для флоэмы покрытосеменных растений: роль в передаче признаков, важных для современного сельского хозяйства». Журнал экспериментальной ботаники. 65 (7): 1799–1816. Дои:10.1093 / jxb / ert417. ISSN  0022-0957. PMID  24368503.