PARTICULARITATI ALE ORGANISMULUI VEGETAL

Notiunea de 'planta' permite reprezentari foarte diverse de organisme vegetale. Din acest motiv, obiectul principal in studiul fenomenelor vitale pe care le trateaza prezentul volum il reprezinta planta superioara sau planta vasculara.

Diferitele structuri care apartin plantelor actuale sunt indisolubil legate si integrate la nivel molecular, celular si la nivelul intregului organism.

Pe parcursul evolutiei lumii vii, organismele primitive erau, in acelasi timp, mobile (datorita aparatului locomotor reprezentat de flagel) si autotrofe (datorita unui cloroplast). In aceste conditii evolutia lor a mers in doua directii:

o tendinta animala, care a selectionat indivizi cu viata de relatie activa si perfectionata, dar aceasta in detrimentul autonomiei nutritive (fenomen de heterotrofie, deci nevoie de substante org);

o tendinta vegetala care, dimpotriva, a privilegiat independenta nutritiva (fenomen de autotrofie, cu nevoie numai de molecule minerale simple, H₂O, CO₂, datorita utilizarii si transformarii energiei luminoase); pentru a fi eficace insa, fotosinteza a introdus o constrangere: necesitatea de realizare a unui maximum de suprafata, pentru captarea energiei solare atat in interiorul plastidelor, cat si la nivelul celulei, a organismului pluricelular sau a populatiilor.

Evolutia vegetala apare astfel, in mod global, ca o strategie de explorare si ocupare a spatiului.

De la extensia membranelor clorofiliene la desfasurarea frunzelor si la realizarea unui invelis dens de prerie sau de padure, de fiecare data a fost favorizata captarea de fotoni. Reversul acestei realitati consta in faptul ca o atare morfogeneza extensiva creeaza obstacole mecanice, dintre care fixarea si ancorarea in sol sunt corolarele. La scara celulara, trei componente contribuie la optimizarea conditiilor de captare a luminii

Plastidele, a caror totalitate realizeaza in celula vegetala plastidomul.

Vacuola,a carei dezvoltare creste considerabil vol celular pentru un consum metabolic minim.

Peretele, care rezolva probleme de schimb si de suport la nivel celular.

Plastidele - in toate formele sub care sunt prezente in celula vegetala (cloroplaste, cromoplaste, amiloplaste) - deriva din proplastide si au o membrana dubla, ca si nucleul sau mitocondriile, care izoleaza stroma de citosol. In stroma predomina sistemul membranar tilacoidal, alaturi de granule de amidon, picaturi de grasimi, ribozomi si ADN. Granatilacoizii sunt cei ce cuprind in membranele lor fotosintetizante clorofila si sunt grupati in pachete numite grane.

Cloroplastele, fiind capabile sa realizeze fotosinteza, confera organismelor vegetale rolul de producatori primari in natura. Ele apar din juxtapunerea a trei compartimente subcelulare distincte, separate intre ele prin membrane: spatiul intermembranar,stroma si spatiul intratilacoidal si se caracterizeaza prin prezenta pigmentilor clorofilieni, specializati in captarea si transformarea energiei luminoase solare.

Exista trei directii in evolutia masei cloroplastice in lumea vegetala: dispozitie mai periferica, fragmentare, specializare. Acestea antreneaza marirea suprafetei in raport cu volumul, fapt ce duce la cresterea eficacitatii in captarea energiei luminoase.

Cromoplastele, lipsite de clorofila, contin pigmenti carotenoizi, responsabili de culoarea galbena, oranj sau rosie a multor fructe (tomate, ardei), petale (stanjenel galben) sau radacini (morcov cultivat). Diferentierea cromoplastelor, ca semnale colore, se integreaza intr-o strategie a dezvoltarii plantelor zoidofile si zoochore, contribuind, fara indoiala, intr-o mare masura, la expansiunea angiospermelor. In general,cromoplastele se diferentiaza tarziu in cursul maturarii fructelor,cel mai adesea plecand de la cloropl si derivand mai rar din amiloplaste sau protoplaste.

Vacuolele, a caror totalitate formeaza asa-numitul vacuom, reprezinta din volumul celular si sunt delimitate de tonoplast,mentinut sub tensiune datorita propr.osmotice ale sucului vacuolar.

Principalele consecinte care rezulta pentru viata celulei si a plantei in legatura cu vacuomul celular sunt: mentinerea homeostaziei, actiune asupra cresterii si morfogenezei, rol digestiv si de depozitare, sistem de detoxifiere si de aparare.

Asadar, vacuola nu este doar o simpla enclava acvifera, care ar reactiona mai mult sau mai putin pasiv prin legile fizice ale osmozei; ea este un regulator esential, care mentine citoplasma in stare stabila.

Intrarile si iesirile vacuolare asigura constanta parametrilor fiziologici ai citoplasmei. Aceasta functie de mentinere a unui echilibru (hidric) dinamic este in atentia cercetarilor actuale de ordin citologic. In acest context se insista asupra:

evacuarii produsilor susceptibili de a provoca o retroinhibare asupra sintezei lor;

mentinerii continutului de glucide si a concentratiei citoplasmei in ioni anorganici.

In fiecare din aceste cazuri vacuola functioneaza ca un "homeostat", reglandu-si propria functionare (sintezele transtonoplastice) dupa o stare de stabilitate optima, manifestata la nivel citoplasmatic, prin: reglarea pH-ului, echilibrul hidric, echilibrul hormonal.

Peretele celular asigura sustinerea si permite dezvoltarea de organisme aeriene erecte de talie mare, acumuland polimeri.Acestia constituie mai mult de jumatate sau,uneori,pana la doua treimi din biomasa elaborata in fiecare an pe suprafata globului.Costul energetic pentru un astfel de comportam celular este considerabil, asa incat nu este de loc exagerat daca se afirma ca celula vegetala este traversata de un flux de metaboliti carbonatati,a caror origine este in plastida si rezultatul in perete; tocmai in propriet si cooperarea acestui complex ternar plastida-perete-vacuola rezida originalit veg

Daca acceptam faptul ca lumea vie se imparte astazi in 5 regnuri: Monera (Bacteria), Protoctista, Animalia, Fungi si Plantae putem observa urmatoarele:

Regnul Plantae este cel care grupeaza toate speciile de organisme pluricelulare ce prezinta pigmenti clorofilieni si care sunt capabile de nutritie autotrofa fotosintetizanta. Organismele vegetale componente ale acestui regn se clasifica, la randul lor, in 12 increngaturi din grupul muschilor, ferigilor, gimnospermelor si angiospermelor.

Regnul Fungi si regnul Animalia prezinta, la randul lor, un tip de nutritie heterotrofa. Diferenta dintre aceste doua regnuri este data atat de caracteristicile structurale si biochimice ale celulelor lor, cat si de faptul ca animalele au o nutritie heterotrofa prin inglobare (ingestie) sau holozoica, in timp ce fungii se hranesc prin absorbtie.

Plecand de la Protiste (organisme unicelulare, solitare sau coloniale), tendintele evolutive care se manifesta in transformarea lumii vii - tendinte ce se accentueaza apoi din ce in ce mai mult in regnurile animal si vegetal - sunt foarte diferite; in acest context, accentul cade asupra unor specializari si corelatii care guverneaza evolutia plantelor si animalelor.

► Specializarile duc la indeplinirea unei prestatii fiziologice precise la nivel celular, tisular si al intregului organism:

Specializarea celulelor diferentiate duce la indeplinirea unei prestatii fiziologice precise atat la plante, cat si la animale. Aceasta specializare - putin exprimata la talofite si briofite - devine fundamen­tala la plantele vasculare, celulele diferentiate in acelasi sens grupandu-se in tesuturi.

Specializarea organelor plantelor pentru indeplinirea anumitor functii fiziologice: absorbtia apei si a sarurilor minerale dizolvate in ea si, foarte adesea, depozitarea substantelor de rezerva se realizeaza in special la nivelul organelor subterane, pe cata vreme la animale specializarea organelor se manifesta in legatura cu functia lor proprie si organizarea acestora in "sisteme" (digest, nerv, circ.).

Tendinta de crestere mult franata la animale, care ating foarte repede talia definitiva, in timp ce aceasta tendinta nu inceteaza decat odata cu moartea la plante.

Regresia facultatii de sinteza la animale, care sunt toate heterotrofe (iau molecule organice preparate din mediul ambiant); dimpotriva, in afara de organismele neclorofiliene (ciuperci, bacterii, virusuri si structuri inrudite), toate plantele sunt autotrofe (sunt deci capabile sa sintetizeze,pornind de la molecule anorganice,cvasitotalitatea molec org de care au nevoie pentru derularea ciclului lor vital).

Regresia facultatii de percepere a excitatiilor externe (functia senzoriala) si de miscare (functia motrice) la plante, in timp ce aceste tendinte nu inceteaza sa se perfectioneze la animale.

► Corelatiile reprezinta interactiuni fiziologice intre organe si tesuturi, care conduc la cresterea armonioasa a plantelor, asigurand, in acelasi timp, rezerva de muguri pentru anul urmator. Ele se realizeaza pe mai multe cai:

Corelatii trofice, care au la baza furnizarea de substante nutritive sau concurenta intre organe pentru aceste substante (seva bruta si seva elaborata).

Corelatii hormonale, care se realizeaza prin intermediul hormonilor produsi de un organ si care stimuleaza sau inhiba activitatea altui organ.

Corelatii genetice, enzimatice si membranare.

Corelatiile pot fi pozitive sau negative, avand la baza relatii de stimulare sau de concurenta si se pot manifesta:

Intre radacina si tulpina, corelatie ce poate fi negativa in timpul germinarii semintelor, cand radacina creste mai repede si are un efect inhibitor asupra cresterii tulpinii, ulterior ea devenind pozitiva si realizandu-se pe cale trofica (radacina aprovizioneaza tulpina cu apa si substante minerale) si pe cale hormonala, prin biosinteza giberelinelor si citochininelor, care stimuleaza cresterea tulpinii.

Intre muguri si cotiledoane: la plantele tinere, cu germinare hipogee, cotiledoanele inhiba cresterea mugurilor axilari,in timp ce la pl cu germinare epigee acestea stimuleaza cresterea lor.

Intre frunze si muguri: frunzele mature manifesta un efect inhibitor asupra cresterii mugurilor axilari, iar frunzele tinere au efect stimulator asupra cresetrii lor.

Intre organele vegetative areriene si fructe, seminte sau organe de depozitare (bulbi, tuberculi, rizomi), intre care se manifesta o corelatie trofica negativa: cresterea organelor vegetative aeriene este inhibata de depozitarea substantelor de rezerva si invers

Organismele vegetale prezinta anumite particularitati anatomo-fiziol,comparativ cu cele anim.

particularitati anatomo - fiziologice

● Prezenta unui perete celular celulozo-pectic scheletic

Este un caracter atat de general, incat serveste, in mod frecvent, la definirea regnului vegetal. Din punct de vedere evolutiv, peretii celulari au fost selectionati de catre presiunea evolutiva dintr-o mare diversitate de constructii realizate de talofite.

Peretele asigura schimburile dintre protoplast si mediul inconjurator, precum si sustinerea, ceea ce a permis dezvoltarea de organisme erecte de talie mare, mai cu seama cand el sufera modificari chimice secundare (cutinizare, cerificare, mineralizare, suberificare, lignificare). Din numeroasele substante existente in invelisul organismelor inferioare, evolutia a condus - la organismele superioare - la selectarea unui perete in care predomina o compozitie aproape exclusiv glucidica; exceptand cazul bacteriilor; in compozitia sa intra - in tot regnul PLANTAE - celuloza, hemicelulozele si substantele pectice la algele verzi si la cormofit, iar la reprezentantii regnului FUNGI celuloza si chitina.

● Variabilitatea mediului intern

In regnul animal se constata frecvent existenta unui mediu intern izotonic in raport cu celulele. Aceasta constanta este asigurata prin numeroase mecanisme reglatoare (homeostazie) asa cum este cazul, spre exemplu, presiunea osmotica. Din aceste motive metabolismul celulelor animale este usor alterat prin perturbatiile mediului. Din contra, celulele vegetale sunt mult mai putin sensibile fata de variatiile mediului: presiunea osmotica a mediului in care se afla celula vegetala, spre exemplu, ca si alte proprietati ale lui,se pot modifica intr-o maniera destul de larga,fara a perturba activit vitala a pl.

● Conducerea substantelor trofice

La animale exista o deplasare in circuit inchis a lichidelor ce strabat corpul, lichide care - datorita homeostaziei -au o compozitie stabila.Are loc astfel o circulatie in lungul careia se interpun org regulatoare: rinichi, plamani, ficat, tub digestiv.

La plante nu exista o veritabila 'circulatie',deplas sevei fiind o conducere de substante trofice.

Evolutia celulelor conducatoare la organismele vegetale atinge un asemenea grad, incat ea devine ireversibila. In xilem, care transporta seva bruta (apa cu saruri minerale luate, prin radacini, din sol) diferentierea se incheie cu moartea elementelor conducatoare, circulatia folosind, deci, calea apoplastica. Dimpotriva, calea simplastica prevaleaza in floem, unde celulele conducatoare de seva elaborata (solutie de substante organice sintetizate in frunze) raman vii, desi ele au devenit anucleate. Floemul si xilemul reprezinta, deci, doua solutii diferite la problema conducerii nutrientilor la mare distanta in corpul plantelor.

Compozitia chimica si caracteristicile fizice ale sevei sunt putin stabile; de exemplu, primavara seva bruta poate fi bogata in oze, iar seva elaborata se poate imbogati frecvent in saruri minerale.

Caile de conducere a sevei brute si a sevei elaborate sunt citologic diferite, fiecare prezentand mecanisme proprii de conducere.

● Prezenta unui important vacuom

Vacuomul din celulele animale este reprezentat, in general, prin cateva dilatatii mici in lungul foitelor ce formeaza ergastoplasma,pe cand vacuomul din celulele vegetale diferentiate este frecvent prezent sub forma unei mari vacuole centrale,ce ocupa majorit vol cel,protopl ocupand doar 1 fin strat parietal.

Starea vacuomului este adesea caracteristica tipului celular sau stadiului sau de diferentiere.

Celulele meristematice primare (apicale) au aparat vacuolar extrem de redus, in timp ce celulele meristematice secundare (cambiu, felogen) au vacuole mari, ca si celulele diferentiate din toate tesuturile definitive vii; in acestea din urma, numeroasele vacuole mici se hipertrofiaza progresiv, devin contigue si apoi fuzioneaza intr-o vacuola unica mare, ce impinge citoplasma cu organitele din ea in pozitie parietala.

In timpul dediferentierii celulare, unica vacuola mare se fragmenteaza si isi reduce dimensiunile pe parcursul diviziunilor succesive; in acest caz, reducerea vacuomului este cea care conduce la diminuarea taliei celulare.

In celulele stomatice evolutia vacuomului urmeaza un ritm circadian, in timp ce in cel cambiale urmeaza un ritm anual (in timpul repausului hibernal el este pulverizat si presiunea osmotica este maxima;vacuolele conflueaza si presiunea osmotica scade la reluarea activitatii primavara).

Miscarile de veghe si de somn de la numeroase organe aeriene (inchiderea florilor si replierea frunzelor seara, deschiderea lor dimineata) se datoreaza tot variatiilor de presiune osmotica a celulelor existente in "umflaturile motoare".

Prezenta unui asemenea vacuom reprezinta o adaptare a plantelor la variatiile mediului intern: el constituie in celula un mediu 'tampon', comparabil cu mediul intern al organismelor animale.

Reprezentand rezerva de apa a celulei, vacuola acumuleaza ioni minerali si molecule organice. Compozitia sucului vacuolar variaza mult in functie de natura plantei, de varsta si de mediul de viata.

La scara celulara, vacuola indeplineste urmatoarele 3 functii:

Depozitarea substantelor de rezerva solubile in apa - cum sunt glucidele&subst proteice.

Depozitarea deseurilor de metabolism - care prin acumulare devin toxice - alcaloizii si unii acizi organici, in special acidul oxalic ; acesta din urma formeaza saruri insolubile, mai ales cu ionii de Ca²⁺, ce se depun in vacuolele batrane sub forma de cristale simple, rafide,macle sau ursini, inofensive pentru planta.

Functia osmotica - datorita careia celula vegetala absoarbe apa.

● Mare putere de sinteza

Ca si in cazul celorlalte fiinte vii, activitatea vitala a plantei se rezuma la doua aspecte fundamentale care, in fond, caracterizeaza viata: capacitatea de autosinteza a materiei vii si capacitatea de reproducere, ceea ce asigura supravietuirea speciei si reprezinta totodata o consecinta directa a facultatii de autosinteza.

►Puterea de sinteza a regnului vegetal este mult superioara celui animal, deoarece metabolismul vegetal este susceptibil de a se adapta la conditii foarte variabile, spre deosebire de exigentele mult mai stricte ale metabolismului animal.

Majoritatea plantelor sunt autotrofe, pe cand toate animalele sunt heterotrofe, alimentatia lor trebuind sa contina surse de carbon si de azot organic.

Majoritatea bacteriilor, toate ciupercile si speciile unor genuri de antofite precum Orobanche, Lathraea, Cuscuta, Neottia etc. (considerate forme degradate de plante superioare) sunt organisme vegetale heterotrofe pentru carbon. Puterea lor de sinteza este insa superioara animalelor, ele reusind sa foloseasca cel mai adesea azotul mineral si, uneori, azotul liber gazos.

Organismele autotrofe sintetizeaza, cu ajutorul pigmentilor asimilatori proprii, molecule organice foarte complexe, utilizand alimente minerale foarte simple: CO₂, apa, saruri minerale. Pentru aceasta ele folosesc drept sursa de energie lumina - autotrofele fototrofe sau energia chimica eliberata prin oxidarea unor substante minerale simple din mediu - autotrofele chimiotrofe.

Deci, la organismele autotrofe alimentele si energia ajung separat, iar la organismele heterotrofe alimentul reprezinta si sursa de energie.

►In cazul animalelor, complexitatea alimentatiei a determinat formarea unui aparat specializat in absorbtia acestor alimente complexe si anume tubul digestiv.

►In cazul plantelor carnivore,mecanismele de captare si de digestie sunt realizate adesea intr-un mod destul de asemanator,existand capcane si tentacule si mai ales secretie de sucuri digestive.

● Functii de relatie foarte reduse

Lipsa organelor de simt, a sistemului nervos si a sistemului muscular reprezinta tot atatea deosebiri esentiale intre reprezentantii regnului animal si cei ai regnului vegetal. Cu toate acestea, daca apartenenta la un regn sau altul este totdeauna neta la metafite si la metazoare,la organismele unicelulare este greu de gasit un caracter distinctiv intre pl si anim,care sa nu permita unele exceptii.

♦La acest nivel, limita intre Protofite si Protozoare este deseori indecisa, asa cum este cazul speciei Euglena viridis, protist cu o dimensiune de 50-100 μm, despre a carei reprezentanti se afirma ca apartin regnului vegetal datorita urmatoarelor caractere:

prezinta cloroplaste, deci sunt autotrofi;

au un perete scheletic subtire, care nu este insa de natura celulozica;

acumuleaza paraamilon - substanta de rezerva foarte apropiata de amidon,desi nu se coloreaza in albastru cu apa iodata;

prezinta stigma - regiune cu pigmenti fotosensitivi pentru receptia luminii; acest organit apare, astfel, ca un cromoplast fotosensibil;

prezinta fenomen de fototactism, ca reactie de apropiere sau de indepartare de sursa de lumina, in functie de intensitatea acesteia, miscarea fiind realizata cu ajutorul flagelului.

Existenta flagelului, ce confera mobilitate celulei, nu este considerata un argument pentru apartenenta speciei la regnul animal.

Cultivata intr-un mediu bogat in streptomicina,Euglena viridis devine in mod ireversibil incolora si deci heterotrofa, astfel incat apare acum ca apartinand protozoarelor,daca se face abstractie de peretele scheletic.Asemenea tipuri incolore de Euglena se cunosc&in stare naturala, fiind clasate printre Protozoare,sub denum de Astazis.De aceea,pentru a se evita incadrarea formelor intermed intr-un regn sau altul,s-a creat intre Protofite si Protozoare un grup aparte,denumit Protiste.

♦La randul lor, plantele superioare sunt supuse unor conditii de mediu aflate intr-o continua schimbare. Pentru a supravietui, ele trebuie sa aiba o reactivitate crescuta fata de aceste conditii.

Modul in care se modifica parametrii de mediu, precum si intensitatea acestor variatii, afecteaza cresterea plantelor intr-un mod foarte diferit:

• In anumite cazuri, plantele trebuie sa raspunda rapid la aceste modificari ale factorilor externi, deoarece daca raspunsul nu este prompt, planta risca sa moara
• In alte cazuri raspunsul permite o oarecare intarziere: planta poate percepe factorul modificat (lungimea noptii in crestere, de exemplu) si are timp suficient pentru a se pregati pentru transformarile majore care vor urma.