یاخته گیاهی چیست؟ – به زبان ساده

یاخته‌ گیاهی یا سلول گیاهی واحدهای سازنده گیاهان هستند. این سلول‌ها نیز یوکاریوتی هستند بنابراین هسته حقیقی و اندامک‌های ویژه‌ای برای انجام فعالیت‌های سلولی خود دارند. یاخته گیاهی، اندامکی به نام کلروپلاست دارد که می‌تواند با استفاده از فرایند فتوسنتز قند تولید کند. همچنین دارای دیواره سلولی هستند که روی غشای سلولی آن‌ها قرار گرفته و از یاخته محافظت می‌کند. در ادامه توضیحات بیشتری در خصوص یاخته‌های گیاهی ارائه می‌شود.

یاخته گیاهی چیست ؟

یاخته گیاهی، واحد تشکیل دهنده گیاه است. این سلول جزء یوکاریوت‌ها است بنابراین هسته حقیقی (هسته‌ای دارای غشا) و اندامک‌‌های سلولی دارد. علاوه بر این، یاخته گیاهی دارای دیواره سلولی، کلروپلاست، واکوئل مرکزی و گلی‌اکسی‌زوم است که آن را از سلول‌های جانوری متمایز می‌کند.

یاخته گیاهی از بخش‌های زیر تشکیل شده‌ است.

• دیواره سلولی: مانند اجداد پروکاریوتی خود، سلول‌های گیاهی دارای یک دیوار سفت و سخت در اطراف غشای پلاسمایی هستند. با این حال، این ساختار بسیار پیچیده‌تر است و عملکردهای مختلفی از محافظت از سلول گرفته تا تنظیم چرخه زندگی گیاه را انجام می‌دهد.
• غشا سلولی: همه سلول‌های زنده دارای غشای پلاسمایی هستند که محتویات سلول را احاطه می‌کند. در پروکاریوت‌ها و گیاهان، غشا لایه داخلی محافظ است که توسط دیواره سلولی سفت و سخت احاطه شده است. غشای سلولی، عبور مولکول‌ها را به داخل و خارج سلول تنظیم می‌کند.
• کلروپلاست: مهم‌ترین ویژگی گیاهان توانایی فتوسنتز (غذاسازی) است که در اندامک کلروپلاست یا سبزینه انجام می‌شود. سلول‌های جانوران کلروپلاست ندارند. به ساختارهایی که درون خود رنگ‌دانه ذخیره می‌کنند پلاستید می‌گویند که کلروپلاست نوعی پلاستید است.
• شبکه اندوپلاسمی: شبکه آندوپلاسمی از مجموعه‌ای از کیسه‌ها تشکیل شده است و در تولید قند، لیپید و پروتئین‌ها، سم‌زدایی و تولید غشای سلولی نقش دارد. این شبکه به پوشش دولایه هسته‌ای متصل است و واسطه‌ای بین هسته و سیتوپلاسم ایجاد می‌کند. در گیاهان، از طریق پلاسمودسماتا، شبکه آندوپلاسمی یک سلول به شبکه آندوپلاسمی سلول‌ مجاور متصل می‌شود.
• دستجات گلژی: بخش بسته‌بندی، توزیع و حمل و نقل مولکول‌های آلی داخل سلول است. برخی از پروتئین‌ها و چربی‌های ساخته شده در شبکه آندوپلاسمی را اصلاح می‌کند و آن‌ها را برای فرستادن به خارج از سلول آماده می‌کند.
  دستگاه گلژی در سلول‌های گیاهی در ساخت پلی‌ساکاریدها نقش دارد و آن‌ها را برای دیواره سلول یا سایر بخش‌های سلول آماده می‌کند.

• اسکلت سلولی: مجموعه‌ای از لوله‌ها و رشته‌های پروتئینی است که به غشای سلول شکل می‌دهند و در حمل و نقل مواد نیز نقش دارند. از میکروتوبول، میکروفیلامنت و رشته‌های حدواسط تشکیل شده‌اند.
  • میکروفیلامنت رشته‌های تشکیل شده از پروتئین‌های کروی به نام اکتین هستند و در ساختار اسکلت سلولی نقش دارند.
  • میکروتوبول ریزلوله‌هایی هستند که در اسکلت سلولی نقش دارند علاوه بر این اندامک‌ها و محموله‌های غشایی در روی این لوله‌ها جابجا می‌شوند.

• میتوکندری: اندامکی مستطیلی شکل است که در سیتوپلاسم تمام سلول‌های یوکاریوتی (گیاهی و جانوری) یافت می‌شود. این اندامک در سلول‌های گیاهی زمانی که نور برای غذاسازی و تولید انرژی در کلروپلاست وجود نداشته باشد، مولکول‌های کربوهیدرات و قند را برای تامین انرژی تجزیه می‌کند.
• هسته: اندامکی بسیار تخصصی است که کروموزوم (DNA) را نگهداری می‌کند. هسته فعالیت‌های سلول را که شامل رشد، متابولیسم، سنتز پروتئین و تقسیم سلولی هستند را تنظیم می‌کند.
• پراکسی‌زوم: تقریبا کروی هستند و یک غشا دارند. در تجزیه پورین‌ها، گلوکز و متابولیسم لیپیدها نقش دارند. در سلول‌های گیاهی نیز به تنفس نوری کمک می‌کنند.
• پلاسمادسماتا: کانال‌هایی هستند که سلول‌های گیاهی را به یکدیگر متصل می‌کنند.
• ریبوزوم: اندامک های کوچکی هستند که تقریباً از 60 درصد RNA و 40 درصد پروتئین تشکیل شده‌اند. در پروتئین‌سازی نقش دارند.
• واکوئل مرکزی: هر یاخته گیاهی یک واکوئل بزرگ و منفرد دارد که بعضی از مواد را ذخیره می‌کند، به رشد گیاه کمک می‌کند و نقش ساختاری مهمی برای گیاه دارد.

در ادامه مطلب اجزای اختصاصی سلول‌های گیاهی توضیح داده می‌شوند. اطلاعات بیشتر در خصوص سایر اندامک‌های مشترک با سلول جانوری را می‌توانید در لینک زیر مطالعه کنید.

دیواره سلولی یاخته گیاهی

دیواره سلولی یاخته های گیاهی نوعی ماتریکس خارج سلولی پیچیده هستند که دور تا دور هر سلول گیاهی را می‌پوشانند. دیواره‌ سلول‌های گیاهی مجاور به هم می‌چسبند و ساختارهای گیاه را ایجاد می‌کنند. دیواره سلولی گیاهان به طور کلی ضخیم‌تر، قوی‌تر و سخت‌تر از ماتریکس خارج سلولی سلول‌های جانوری است. و نقش‌های زیر را در سلول گیاهی به عهده دارد.

• شکل دادن به یاخته گیاهی
• محافظت از سلول در برابر نفوذ باکتری‌ها و میکروب‌ها
• محافظت از سلول در برابر آسیب فیزیکی
• جلوگیری از از دست رفتن آب موجود در سلول

لایه‌های مختلف دیواره سلولی

در دیواره سلولی گیاهان دو تا سه لایه دیده می‌شود که شامل موارد زیر هستند.

• «دیواره سلولی اولیه» (Primary Cell Wall): به طور کلی لایه‌ای نازک، منعطف و قابل گسترش را در هنگام رشد سلول تشکیل می‌دهد.
• «دیواره سلولی ثانویه» ( Secondary Cell Wall): لایه‌ای ضخیم است که در داخل دیواره سلولی اولیه، پس از رشد کامل سلول، تشکیل می‌شود. در همه یاخته‌های گیاهی یافت نمی‌شود.
  برخی از سلول‌ها، مانند سلول‌های «آوند چوبی» (Xylem)، دارای دیواره سلولی ثانویه حاوی «لیگنین» (Lignin) هستند که دیواره را تقویت و ضد آب می‌کند.
• «لاملای میانی» (Middle Lamella): لا‌ملا مملو از پکتین است. خارجی‌ترین لایه دیواره سلولی را تشکیل می‌دهد که رابط بین سلول‌های گیاهی مجاور است و آنها را به هم متصل می‌کند.

ترکیبات دیواره سلولی یاخته گیاهی

در دیواره سلولی در حال رشد (اولیه)، کربوهیدرات‌ها عمدتا از سلولز، همی‌سلولز و پکتین تشکیل شده اند. میکروفیبریل‌های سلولز به همی‌سلولز متصل می‌شوند تا شبکه سلولز همی‌سلولز را تشکیل دهند که در ماتریکس پکتین قرار می‌گیرند. رایج‌ترین همی‌سلولز در دیواره سلولی اولیه «زایلوگلوکان» (Xyloglucan) است.

در دیواره سلولی علف، میزان زایلوگلوکان و پکتین کاهش یافته و با نوعی دیگری همی‌سلولز به نام «گلوکورونوآرابینوکسیلان» (Glucuronarabinoxylan) جایگزین شده است.

دیواره سلولی اولیه با روشی به نام رشد اسیدی گسترش می‌یابد. رشد اسیدی وابسته به پروتئین خارج سلولی «اکسپنسین» (Expansins) است. این پروتئین در شرایط اسیدی پیوند هیدروژنی بین پکتین و سلولز را تغییر می‌دهد و باعث گسترش دیواره سلولی می‌شود. قسمت بیرونی دیواره سلولی اولیه، معمولا کوتین و موم دارد که یک سد نفوذپذیر به نام کوتیکول را تشکیل می‌دهد.

دیواره سلولی ثانویه از ترکیبات بیشتری تشکیل شده است که خواص مکانیکی و نفوذپذیری آن را تغییر می‌دهند. پلیمرهای اصلی تشکیل دهنده چوب درختان (که بیشتر از دیواره سلولی ثانویه تشکیل شده) شامل موارد زیر هستند.

• سلولز: 35 تا 50 درصد.
• زایلان: 20 تا 35 درصد. نوعی همی‌سلولز است.
• لیگنین: 10 تا 25 درصد. پلیمری فنلی پیچیده است که به فضاهای دیواره سلولی در بین سلولز، همی سلولز و پکتین نفوذ می‌کند، آب را خارج می‌کند و باعث تقویت دیواره می‌شود.

علاوه بر این، پروتئین‌های ساختاری (در حدود 1 تا 5 درصد) نیز در دیواره سلولی بیشتر گیاهان دیده می‌شوند. این پروتئین‌ها در گروه‌های زیر طبقه بندی می‌شوند.

• «گلیکوپروتئین‌های غنی از هیدروکسی پرولین» (Hydroxyproline-rich Glycoproteins | HRGP)
• «پروتئین‌های آرابینوگالاکتان» (Arabinogalactan Proteins | AGP)
• «پروتئین‌های غنی از گلیسین» (Glycine-rich Proteins | GRPs)
• «پروتئین‌های غنی از پرولین» (Proline-rich Proteins | PRPs)

هر گروه از این پروتئین‌ها با نوعی توالی پروتئینی مشخص و بسیار تکراری تعریف می‌شوند. اکثر آن‌ها گلیکوزیله و دارای «هیدروکسی پرولین» (Hyp) هستند و در دیواره سلولی به صورت اتصالات متقاطع قرار می‌گیرند. این پروتئین‌ها اغلب در دیواره سلولی، یاخته‌های تخصصی و در «گوشه‌های سلولی» (Cell Corners) وجود دارند.

نسبت ترکیب کربوهیدرات‌ها، مواد موجود در دیواره سلولی ثانویه و پروتئین‌ها، بین گیاهان مختلف، انواع سلول و سن گیاه، متفاوت است. همچنین، دیواره‌های سلول‌های گیاهی دارای آنزیم‌های متعددی مانند هیدرولازها، استرازها، پراکسیدازها و ترانس‌گلیکوزیلازها هستند که پلیمرهای دیواره را برش می‌زنند و به هم پیوند می‌دهند تا ساختار دیواره را اصلاح کنند.

دیواره سلولی در برخی از گیاهان مثل علف‌ها می‌تواند حاوی سیلیس نیز باشد که از گیاهان در برابر حیوانات گیاه‌خوار محافظت می‌کند و مقاومت سلول را بالا می‌برد.

دیواره‌ سلولی در برخی از بافت‌های گیاهی به عنوان محل ذخیره کردن کربوهیدرات‌ عمل می‌کند و این کربوهیدرات‌ها می‌توانند برای تامین نیازهای متابولیک و رشد گیاه تجزیه و جذب شوند. برای مثال، دیواره‌های سلولی آندوسپرم در دانه‌های غلات و «نستورتیوم» (Nasturtium)، سرشار از گلوکان هستند که به آسانی توسط آنزیم‌ها در طول جوانه‌ زدن بذر هضم می‌شود و قندهای ساده‌ای را تشکیل می‌دهد که می‌تواند گیاه در حال رشد را تغذیه کند.

میکروفیبریل سلولز چیست ؟

هر مولکول سلولز زنجیره‌ای است که از به هم پیوستن حداقل 500 گلوکز به یکدیگر ایجاد شده است. این زنجیره‌ها به صورت موازی و با قطبیت یکسان با پیوند هیدروژنی به یکدیگر متصل می‌شوند و میکروفیبریل یا دستجات سلولزی را تشکیل می‌دهند. این دستجات سلولزی استحکام کششی بالایی دارند و در دیواره سلولی گیاهان نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

دیواره سلولی یاخته گیاهی و فشار تورگر

محیط خارج سلولی، یاخته گیاهی از مایع موجود در دیواره‌ سلولی تشکیل شده است. اگرچه مایع موجود در دیواره سلولی گیاه حاوی املاح بیشتری نسبت به آب موجود در محیط بیرونی گیاه (مثلا خاک) است، اما در مقایسه با داخل سلول هنوز هیپوتونیک (املاح کمتری دارد) است. این عدم تعادل اسمزی باعث می‌شود سلول یک فشار هیدرواستاتیک داخلی یا فشار تورگر (Turgor Pressure) ایجاد کند که دیواره سلولی را به سمت بیرون فشار می‌دهد.

فشار تورگر تا جایی افزایش می‌یابد که سلول در تعادل اسمزی قرار بگیرد. این فشار برای گیاهان حیاتی است زیرا نیروی محرکه اصلی برای انبساط سلولی در زمان رشد را فراهم می‌کند. علاوه بر این، بخش عمده ای از سفتی مکانیکی بافت‌های زنده گیاهی مدیون فشار تورگر هستند. برای مثال، برگ پژمرده یک گیاه کم آبی را با برگ گیاهی پر آب مقایسه کنید.

کلروپلاست یاخته گیاهی

پلاستید‌ها نوعی اندامک هستند که در یاخته گیاهی و جلبک‌ها دیده می‌شود. این اندامک‌ها می‌توانند رنگدانه در خود ذخیره کنند. کلروپلاست نیز نوعی پلاستید است که به نظر می‌رسد در زمان‌های گذشته در اثر «همزیستی درونی» (Endosymbiotic) باکتری‌های فتوسنتزی (سیانوباکترها) در سلول گیاه ایجاد شده باشد. به این معنی که سیانوباکتر به درون یک سلول گیاهی وارد شده و تشکیل اندامک کلروپلاست داده است. کلروپلاست مانند میتوکندری دو غشا دارد.

کلروپلاست عمل فتوسنتز را در سلول‌های گیاهی انجام می‌دهد همچنین در ایمنی گیاه نسبت به پاتوژن‌ها و عوامل بیماری‌زا نقش دارد. این اندامک همچنین می‌تواند بیشتر آمینواسیدهای مورد نیاز گیاه را نیز تولید کند.

برای انجام فتوسنتز درون این اندامک رنگدانه کلروفیل وجود دارد که انرژی موجود در نور خورشید را دریافت می‌کند و آن را به قند تبدیل می‌کند. تمام سلول‌های گیاهان پرسلولی این اندامک را ندارد.

بیشتر سلول‌های «پارانشیم» (Parenchyma) گیاه دارای کلروپلاست هستند، گاهی اوقات هم در درون سلول‌های «کلانشیم» (Collenchyma)، کلروپلاست دیده می‌شود. به سلول‌های گیاهی که دارای کلروپلاست هستند، «کلرانشیم» (Chlorenchyma) می‌گویند. یک سلول کلرانشیم می‌تواند در حدود 10 تا 100 کلروپلاست درون خود داشته باشد.

در بعضی از گیاهان مثل کاکتوس‌ها، کلروپلاست در ساقه دیده می‌شود ولی در بیشتر گیاهان در سلول‌های موجود در برگ گیاه قرار دارند. کلروپلاست‌های سلول‌های گیاهی و جلبکی می‌توانند محل قرار گرفتن خود در سلول را به بهترین نحو با نور خورشید تنظیم کنند. در شرایط کم نور، آنها به صورت ورقه‌ای پخش می‌شوند تا حداکثر نور دریافتی را داشته باشند.

اما در نور شدید، برای جلوگیری از آسیب اکسیداتیو نور، به صورت عمودی ستون‌هایی را تشکیل می‌دهند و زیر یکدیگر پنهان می‌شوند یا به گوشه‌های سلول می‌روند تا نور به لبه آن‌ها برخورد کند. در گیاهان عالی، حرکت کلروپلاست توسط فتوتروپین (نوعی پروتئین گیرنده نور) انجام می‌شود.

ساختار کلروپلاست در یاخته گیاهی

کلروپلاست ساختاری بیضی شکل دارد که حدودا 1 تا 2 میکرومتر ضخامت و 5 تا 7 میکرومتر قطر آن است. این اندامک از دو غشا تشکیل شده است که غشای داخلی و خارجی نام دارند. بین غشای داخلی و خارجی فضای بین‌غشایی است که حدودا 10 تا 20 نانومتر است. فضای داخل غشای داخلی را مایع غلیظی به نام استروما پر کرده است که pH بالایی دارد. در این محل دی‌اکسیدکربن به کربوهیدرات تبدیل می‌شود. سایر ساختارهای موجود در کلروپلاست به صورت زیر هستند.

• سیستم تیلاکوئید: ساختارهای درون غشای داخلی هستند که انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند. تیلاکوئیدها از ساختارهای جمع کننده نور تشکیل شده‌اند که دارای زنجیره انتقال الکترون و رنگدانه‌هایی مانند کلروفیل و کاروتنوئید هستند. 10 تا 20 عدد تیلاکوئید که در روی هم قرار می‌گیرند ساختارهای به نام گرانوم (Granum) را تشکیل می‌دهند و گرانوم‌ها توسط لاملا (Lamella) به یکدیگر متصل می‌شوند.

• DNA» :DNA کلروپلاست» (Chloroplast DNA | cpDNA) دو رشته‌ای و حلقوی است که معمولا از 120 تا 170 هزار جفت باز تشکیل شده است. اندازه آن‌ها در حدود 30 تا 60 میکرومتر است و جرمی در حدود 80 تا 130 میلیون دالتون دارند. در بیشتر گیاهان DNA کلروپلاست حلقوی است اما در 95 درصد از کلروپلاست‌های ذرت‌، به صورت خطی است. در بیشتر سلول‌های گیاهی کلروپلاست حدود 100 ژن دارد که ژن‌های ساختارهای اصلی دخیل در فتوسنتز را کد می‌کنند.
• ریبوزوم: برای پروتئین‌سازی ژن‌های موجود در DNA کلروپلاست استفاده می‌شود.

فتوسنتز در کلروپلاست

واکنش‌هایی که در فتوسنتز انجام می‌شوند را می‌توان به دو گروه زیر دسته‌بندی کرد.

1. انتقال الکترون فتوسنتزی: در این واکنش‌ها که تحت عنوان واکنش‌های نوری هم شناخته می‌شوند، انرژی حاصل از نور خورشید، الکترون موجود در رنگدانه سبز کلروفیل را برانگیخته می‌کند تا در زنجیره انتقال الکترون غشای تیلاکوئید حرکت کند. کلروفیل الکترون خود را از مولکول آب بدست می‌آورد و به عنوان محصول جانبی مولکول اکسیژن تولید می‌کند.
   در زنجیره انتقال الکترون، یون هیدروژن از غشای تیلاکوئید عبور می‌کند و در نتیجه آن شیب الکتروشیمیایی یون هیدروژن به وجود می‌آید که موجب تولید ATP در استروما می‌شود. در مرحله آخر زنجیره انتقال الکترون نیز الکترون پرانرژی به همراه یون هیدروژن به مولکول $$NADP^{+}$$ اضافه می‌شوند و NADPH را تشکیل می‌دهند.
2. واکنش‌های ثابت کردن کربن: این واکنش‌ها که تحت عنوان واکنش‌های تاریکی یا چرخه کالوین هم شناخته می‌شوند، از ATP و NADPH تولید شده در واکنش‌های قبلی به ترتیب به عنوان منبع انرژی و عامل کاهنده برای تبدیل $$CO_2$$ به کربوهیدرات استفاده می‌شود. واکنش‌های چرخه کالوین در شکل زیر به نمایش درآمده است.

نقش کلروپلاست در ایمنی گیاه

کلروپلاست‌ها از طریق سنتز متابولیت‌های ثانویه، ترکیبات دفاعی و همچنین هورمون‌های گیاهی مانند اسید‌جاسمونیک و اسید‌سالیسیلیک، نقش اصلی را در ایمنی گیاه ایفا می‌کنند. علاوه بر این، متابولیسم کلروپلاست منجر به تولید گونه‌های فعال اکسیژن و اکسید نیتریک می‌شود که می‌توانند پاتوژن‌ها را از بین ببرند.

پلاسمادسماتا در یاخته گیاهی

«پلاسمادسماتا» (Plasmodesmata) کانال‌های کوچکی هستند که مستقیما سیتوپلاسم سلول‌های گیاهی مجاور را به یکدیگر متصل می‌کنند و پل‌های زنده‌ای را بین سلول‌ها ایجاد می‌کنند. این ساختارها مشابه «اتصالات شکاف» (Gap Junctions) موجود در سلول‌های حیوانی هستند. پلاسمودسماتا به دیواره سلولی اولیه و ثانویه نفوذ می‌کنند (تصویر زیر) و به مولکول‌های خاصی اجازه می‌دهند که به طور مستقیم از یک سلول به سلول دیگر بروند. بنابراین نقش مهمی در ارتباطات سلولی دارند.

پلاسمودسماتا تقریبا استوانه‌ای شکل هستند و با غشای پلاسمایی پوشیده شده‌اند. بنابراین تمام سلول‌های متصل عملا از طریق یک غشای سلولی پیوسته با هم در ارتباط هستند. بیشتر این ساختارها، دارای ساختار لوله‌مانند باریکی به نام «دسموتوبول» (Desmotubule) نیز هستند که از شبکه آندوپلاسمی صاف مشتق شده است. دسموتوبول، پلاسمودسماتا را به طور کامل پر نمی‌کند و در نتیجه حلقه‌ای از سیتوپلاسم مشترک بین آن و سطح داخلی کانال پوشش داده شده از غشا، قرار می‌گیرد.

گلی اکسیزوم‌

گلی اکسیزوم‌ها، نوعی پراکسی‌زوم تخصصی هستند که در گیاهان (به ویژه در بافت‌های ذخیره چربی دانه‌ها) و همچنین در قارچ‌های رشته‌ای یافت می‌شوند. مانند تمام پراکسی‌زوم‌ها، در گلی‌اکسی‌زوم نیز اسیدهای چرب بلند زنجیر توسط آنزیم‌های بتا اکسیداسیون به استیل-CoA، اکسید می‌شوند. هنگامی که اسیدهای چرب اکسید می‌شوند، اکسیژن ($$O_2$$) مصرف می‌شود. بنابراین بذرها برای جوانه زدن به اکسیژن نیاز دارند.

علاوه بر عملکردهای پراکسیزومی، گلی‌اکسی‌زوم‌ها دارای آنزیم های کلیدی چرخه گلی‌اکسیلات (ایزوسیترات لیاز و مالات سنتاز) هستند، که بای‌پس چرخه گلیواکسیلات را انجام می‌دهند و محصولات میانی برای سنتز قندها را تولید می‌کنند. بذرها از قندهای سنتز شده از چربی‌ها استفاده می‌کنند تا زمانی که به اندازه کافی بالغ شوند و بتوانند فتوسنتز کنند. پراکسی‌زوم‌های گیاهان بالغ نیز در تنفس نوری و در متابولیسم نیتروژن در گره‌های ریشه شرکت می‌کنند.

واکوئل مرکزی

واکوئل مرکزی یک واکوئل بزرگ است که در داخل سلول‌های گیاهی یافت می‌شود و بین 30 تا 90 درصد حجم سلول را اشغال می‌کند. واکوئل مرکزی آب را ذخیره می‌کند و فشار تورگر را در سلول گیاهی حفظ می‌کند. پروتئین‌های موجود در غشای واکوئل مرکزی (آکوآپورین‌ها) می‌توانند میزان آب موجود در واکوئل را کنترل کنند. علاوه بر این ساختارهای یاخته گیاهی را به سمت غشای سلولی سوق می‌دهد تا انرژی نور بیشتری را برای ساختن غذا از طریق فتوسنتز دریافت کنند. واکوئل‌ها در سلول‌های جانوری، پروتیست، قارچی و باکتریایی نیز یافت می‌شوند، اما واکوئل های مرکزی بزرگ فقط در یاخته گیاهی وجود دارد.

واکوئل مرکزی از دو قسمت تشکیل شده است.

1. «تونوپلاست» (Tonoplast): به غشای واکوئل مرکزی گفته می‌شود که این اندامک را از سایر بخش‌های سلول جدا می‌کند. از فسفولیپیدها و پروتئین تشکیل شده است.
2. «شیره سلولی» (Cell Sap): مایع درون واکوئل را شیره سلولی می‌نامند. بخش بیشتر آن از آب تشکیل شده است ولی یون، نمک، مواد زائد، مغذی و رنگدانه نیز در آن دیده می‌شوند.

یاخته گیاهی چه تفاوتی با یاخته جانوری و پروکاریوت دارد ؟

یاخته گیاهی و جانوری هر دو از انواع سلول‌های یوکاریوتی هستند. با این وجود مورفولوژی و ساختار اجزای آن‌ها با هم متفاوت است. پروکاریوت‌ها، سلولی‌های ساده‌ای هستند که تقریبا هیچ اندامکی ندارند و فرایندهای زیستی آن‌ها بسیار ساده‌تر یاخته‌های گیاهی و جانوری است. تفاوت این سه نوع سلول در جدول زیر آورده شده است.

انواع سلول‌های گیاهی و بافت‌های گیاهان

یاخته‌ گیاهی از سلول‌های تمایزنیافته مریستماتیک تمایز پیدا می‌کنند، تا انواع سلول‌های گیاهی موجود در اندام‌های ریشه، ساقه و برگ را ایجاد کنند. هر یک از این اندام‌ها از بافت‌های مختلف «زمینه‌ای» (Ground)، «آوندی» (Vascular) و «پوششی» (Dermal) تشکیل شده‌اند.

سلول‌های متنوعی در هر بافت وجود دارند که هر یک عملکرد خاص خود را انجام می‌دهد که در ادامه توضیح داده می‌شوند.

بافت پوششی

بافت پوششی یا اپی‌درم به صورت لایه‌ای، گیاه را احاطه می‌کند. سلول‌های اپیدرمی در بافت پوششی، ماده‌ای مومی به نام کوتیکول ترشح می‌کنند که قسمت‌های روی زمین گیاهان را می‌پوشاند، ضدآب می‌کند و از آن‌ها در برابر از دست دادن آب، ساییدگی، عفونت و سموم محافظت می‌کند. کوتیکول روی اپیدرم ریشه وجود ندارد.

برای تبادلات گازی جهت فتوسنتز و تنفس، اپیدرم برگ و ساقه دارای منافذی به نام روزنه هستند. دو سلول به نام سلول‌های نگهبان، اطراف هر روزنه برگ را احاطه کرده و باز و بسته شدن آن را کنترل می‌کنند. در نتیجه جذب دی‌اکسیدکربن و آزاد شدن اکسیژن و بخار آب را تنظیم می‌کنند.

این بافت از سلول‌های زیر تشکیل شده است.

• «سلول‌های اپی‌درم» (Epidermal Cells)
• «سلول‌های نگهبان» (Guard Cells)
• «سلول‌های تریکوم» (Trichomes)

 بافت آوندی

درست مانند رگ‌های حیوانات، بافت آوندی نیز مواد را به سراسر بخش‌های گیاه منتقل می‌کند. اما به جای سیستم گردش خون که توسط یک پمپ (قلب) به گردش در می‌آید، بافت آوندی گیاهان مواد را در یک حلقه به گردش در نمی‌آورد، بلکه از یک انتهای گیاه به انتهای دیگر (مثلا آب را از ریشه به شاخه‌ها) منتقل می‌کند. بافت آوندی در گیاهان از دو بافت تخصصی تشکیل شده است

• «آوند چوبی» (Xylem): آب را انتقال می‌دهد.
• «آوند آبکش» (Phloem): قندها و سایر ترکیبات آلی را انتقال می‌دهد.

بر خلاف سیستم گردش خون حیوانات، که در آن سیستم عروقی از لوله‌هایی تشکیل شده است که توسط لایه‌ای از سلول‌ها پوشانده شده‌اند و خون درون این لوله‌ها به جریان در می‌آید، آوندهای گیاهان از سلول‌ ساخته شده‌اند و مواد در سلول‌ها جابجا می‌شود. آوند چوبی و آبکش همیشه در کنار هم قرار دارند. در ساقه‌ها آوند چوبی و آوند آبکش ساختاری به نام دستجات آوندی را تشکیل می‌دهند و در ریشه‌ها استوانه آوندی را ایجاد می‌کنند.

آوند چوبی

بافت آوند چوبی آب و مواد مغذی را از ریشه به قسمت‌های مختلف گیاه منتقل می‌کند و از سلول‌های زیر تشکیل شده است.

• «عناصر آوندی» (Vessel Elements)
• «تراکئیدها» (Tracheid)

عناصر آوندی و تراکئیدها، هر دو سلول‌های لوله‌ای و کشیده هستند که آب را هدایت می‌کنند. تراکئیدها در همه انواع گیاهان آوندی یافت می شوند، اما تنها «گیاهان گلدار» (Angiosperms) و چند گیاه خاص دیگر دارای عناصر آوندی هستند. سلول‌های تراکئید و عناصر آوندی در امتداد هم قرار می‌گیرند و در بین سلول‌های مجاور، سوراخ‌هایی به نام حفره‌هایی بین سلولی وجود دارد تا جریان آزاد آب از یک سلول به سلول دیگر امکان‌پذیر باشد.

این سلول‌ها دارای دیواره‌های سلولی ثانویه هستند که دارای لیگنین است (ماده‌ای محکم) و پشتیبانی ساختاری برای گیاه فراهم می کنند. تراکئیدها و عناصر آوندی هر دو سلول‌های مرده هستند به این معنی که سیتوپلاسم و ساختارهای فعال سلول را ندارند و فقط به عنوان حفره‌های خالی برای انتقال مواد استفاده می‌شوند.

آوند آبکش

آوند آبکش ترکیبات آلی را از محل فتوسنتز به سایر قسمت‌های گیاه منتقل می‌کند و از سلول‌های زیر ساخته شده است.

• «سلول‌های غربالی» (Sieve Cells)
• «سلول‌های همراه» (Companion Cells)

سلول‌های غربالی، قندها و سایر ترکیبات آلی را هدایت می‌کنند. این سلول‌ها در امتداد هم قرار گرفته‌اند و مواد را از صفحات غربالی که بینشان وجود دارد، انتقال می‌دهند. این سلول‌ها زنده هستند ولی فاقد هسته، ریبوزوم یا سایر ساختارهای سلولی هستند. بنابراین سلول‌های غربالی توسط سلول‌های همراه پشتیبانی می‌شوند تا بتوانند زنده بمانند. سلول‌های همراه در مجاورت سلول‌های غربالی قرار دارند و پشتیبانی و تنظیم متابولیک را فراهم می‌کنند.

 بافت زمینه‌ای

سلول های بافت زمینه‌ای شامل پارانشیم، (فتوسنتز در برگ ها و ذخیره در ریشه)، کلانشیم (حمایت ساقه در نواحی رشد فعال)، و اسکلرانشیم (حمایت ساقه در مناطقی که رشد متوقف شده است) هستند که در ادامه بیشتر توضیح داده می‌شوند.

پارانشیم

سلول‌هایی هستند که کمتر از سلول‌های دیگر تخصص یافته‌اند و فراوان‌ترین نوع سلول‌های گیاهی را تشکیل می‌دهند. این سلول‌ها دارای دیواره‌ سلولی اولیه هستند که نازک و انعطاف‌پذیر است و معمولا فاقد دیواره سلولی ثانویه هستند. سلول‌های پارانشیم کاملا توانمند هستند، به این معنی که می‌توانند به انواع سلول‌های گیاه تقسیم و متمایز شوند. آن‌ها معمولا گرد هستند و در تمام اندام‌های گیاهی یافت می‌شوند.

در برگ‌ها مزوفیل را می‌سازند که در آن فتوسنتز انجام می‌شود. در ساقه و ریشه کورتکس را تشکیل می‌دهند که مسئول ذخیره کربوهیدرات‌ها و سایر مواد مورد نیاز برای عملکرد گیاهان است. سلول‌های پارانشیم مسئول ریشه‌زایی ساقه بریده شده هستند. همچنین در حفظ ساختار گیاه و انتقال مواد مغذی نیز شرکت می‌کنند. آن‌ها در هنگام رشد گیاه تقسیم می‌شوند و سلول‌های جدیدی تولید می‌کنند. وظایف سلول‌های پارانشیمی به طور کامل در بخش زیر شرح داده شده‌اند.

• ترمیم: یکی از مهم‌ترین وظایف سلول‌های پارانشیم، ترمیم بافت است. سلول‌های پارانشیمی پرتوان هستند و توانایی تقسیم شدن به سلول مختلف را دارند که می‌تواند به بهبود زخم‌های گیاه کمک کند.
  سلول‌های پارانشیم، وقتی زخم ایجاد شود در معرض محیط خارج قرار می‌گیرند. به همین علت تحریک شده و تقسیم می‌شوند. سلول ها به سمت زخم تقسیم می شوند و به انواع مختلف سلول های مورد نیاز مانند پوست و اپیدرم تمایز پیدا می‌کنند. سلول‌های پارانشیم داخل زخم تمایز نیافته باقی می‌مانند و منبع سلول‌های مریستمی را در صورت حمله مجدد به گیاه فراهم می‌کنند.
• فتوسنتز: سلول های کلرانشیم نوعی سلول پارانشیمی هستند که به طور خاص اکثر فرایند فتوسنتز مورد نیاز گیاه را انجام می‌دهند.
  با این حال، اگر محصولات تولید شده در فتوسنتز، جایی برای رفتن نداشته باشند، فتوسنتز متوقف می‌شود. به همین جهت برخی از سلول‌های پارانشیم به سلول‌های آوندی آبکش تمایز می‌یابند و یک گذرگاه ویژه برای قندها و محصولات فتوسنتز ایجاد می‌کنند.
• ذخیره مواد: به دلیل فضای بین سلولی بسیار زیاد، سلول‌های پارانشیم برای ذخیره‌سازی مواد مناسب هستند. سلول‌های «پارانشیم ذخیره‌ای» (Storage Parenchyma) فاقد کلروفیل هستند و در عوض از محصولات مغذی (معمولا نشاسته) پر شده‌اند. پارانشیم ذخیره‌ای به جای کلروپلاست، دارای ساختار تخصصی به نام «آمیلوپلاست» (Amyloplasts) هستند که مواد مغذی را در خود جای می‌دهد.
• حفاظت: علیرغم ساختار ساده سلول‌های پارانشیمی، می‌توانند نقش محافظتی نیز داشته باشند. به عنوان مثال، «ژیمنوسپروم‌ها» (Gymnosperms)، دارای پارانشیم چین خورده‌ هستند که که سطح برگ‌هایشان را خشن می‌کند تا شکارچیان به آن حمله نکنند.

کلانشیم

مانند پارانشیم، فاقد دیواره سلولی ثانویه هستند، اما دیواره سلولی اولیه ضخیم‌تری نسبت به پارانشیم دارند. این سلول‌ها بلند و نازک هستند که قابلیت کشیده شدن دارند. این ویژگی به آنها کمک می کند تا در مناطق در حال رشد ساقه به حفظ ساختار کمک کنند. در ساقه‌های بلند مثل گیاه کرفس به میزان فراوانی وجود دارند.

اسکلرانشیم

این سلول‌ها دارای دیواره‌ سلولی ثانویه هستند که از لیگنین تشکیل شده است. لیگنین ماده‌ای سخت است که جزء اصلی چوب را تشکیل می‌دهد. سلول‌های اسکلرانشیم نمی‌توانند کشیده شوند. بنابراین پس از توقف رشد، ساختارهای حمایتی مهمی را در ساقه‌های بالغ ایجاد می‌کنند و آن‌ها را در برابر نفوذ آب حفاظت می‌کنند. این سلول‌ها از نظر عملکری مرده هستند. سیتوپلاسم آن‌ها از بین رفته و حفره‌ای توخالی هستند.

تقسیم سلولی در یاخته گیاهی

گیاهان در پاسخ به شرایط محیطی، درجات بالایی از تغییر شکل را نشان می‌دهند. گیاهانی که از یک گونه یکسان شکل گرفته‌اند، در میزان شاخه‌ها، تعداد برگ، ارتفاع، ساختار ریشه و زمان گل دادن متمایز هستند. گیاهان ساکن هستند و تقریبا تمام سلول‌های آن‌ها توسط یک دیواره سلولی سفت و سخت محدود شده‌اند.

ناتوانی اکثر سلول‌های گیاهی در حرکت نسبت به یکدیگر به این معنی است که قرار دادن یک دیواره سلولی جدید در سیتوکینز بین دو سلول دختری، عواقب طولانی مدتی برای دو سلول دختر ایجاد شده دارد. بنابراین، رشد گیاه مستلزم هماهنگی دقیق صفحات تقسیم سلولی است.

سلول‌های گیاهی در حال تقسیم اشکال و اندازه های مختلفی دارند و سرعت تقسیم سلولی می‌تواند تحت تاثیر شکل هندسی آن‌ها باشد. سلول‌های «مریستم اولیه» (Primary Meristems) ریشه و ساقه معمولا 10 تا 20 میلی‌متر هستند و می‌توانند تقسیم‌بندی را در کمتر از 1 ساعت کامل کنند.

در مقابل، سلول‌های «کامبیوم» (Cambium) یا «مریستم ثانویه» (Secondary Meristem) درختان بیش از 4000 میلی‌متر طول دارند و ممکن است یک هفته یا بیش از یک هفته طول بکشد تا سیتوکینز را کامل کنند. علیرغم این تفاوت‌ها، همه مراحل تقسیم در گیاهان از ساختارها و عناصر تنظیمی یکسانی استفاده می‌کنند.

گیاهان نیز مانند سایر سلول‌های یوکاریوتی با تقسیم سلولی یاخته جدید را به وجود می‌آورند. میتوز در یاخته گیاهی در دو مرحله دسته‌بندی می‌شود.

• تقسیم هسته یا «کاریوکینز» (Karyokinesis): ماده ژنتیکی همانندسازی شده بین دو سلول دختری به طور یکسان تقسیم می‌شود.
• «سیتوکینز» (Cytokinesis): سیتوپلاسم بین دو سلول دختری تقسیم می‌شود.

میکروتوبول جزء ساختاری مهم برای تقسیم سلولی در گیاهان است. چهار آرايه اصلی در سلول‌های مریستمی برای تقسیم سلولی وجود دارد که شامل موارد زیر می‌شود.

1. «آرایه قشری» (Cortical Array): در رسوب سلولز در طول اینترفاز نقش دارد
2. «نوار پیش‌پروفاز» (Preprophase Band): در G2 ظاهر می‌شود و در موقعیت یابی هسته نقش دارد. مکان آن مکان آینده صفحه سلولی (دیسکی حاوی مواد دیواره سلولی که سلول‌های دختر را از هم جدا می‌کند) را نشان می‌دهد.
3. «دوک» (Spindle): در جداسازی کروموزوم ها نقش دارد.
4. «فراگموپلاست» (Phragmoplast): در انتقال وزیکول‌ها به صفحه سلولی در حال رشد در طی سیتوکینز نقش دارد.

در میتوز سلول گیاهی هم کروماتیدهای خواهری ایجاد می‌شوند. کروموزوم‌ها به وسط سلول می‌آیند. دوک میکروتوبولی به آن‌ها متصل می‌شود و هر یک کروماتید خواهری را به قطب‌های سلول می‌برد. فراگموپلاست وزیکول‌ها را در وسط سلول به خط می‌کنند تا به یکدیگر ملحق شوند و سیتوکینز انجام می‌شود. یاخته گیاهی سانتروزوم ندارد و برای ایجاد دوک‌های تقسیم از میکروتوبول استفاده می‌کند.

جمع‌بندی

گیاهان از یاخته گیاهی تشکیل شده‌اند. این یاخته‌ها انواع متفاوتی دارند و بافت‌های گیاه را می‌سازند. یاخته گیاهی همانند یاخته جانوری یوکاریوت است اما با یاخته جانوری چند تفاوت دارد. یاخته گیاهی دارای کلروپلاست، واکوئل مرکزی و دیواره سلولی است. کلروپلاست به سلول گیاهی قدرت غذاسازی به وسیله فتوسنتز می‌دهد. دیواره سلولی و واکوئل مرکزی نیز باعث حفظ ساختار گیاه می‌شود.