Die Siebzellen sind solche, die Saft mit Zucker und Nährstoffen im Phloem von Nicht-Angiospermen-Gefäßpflanzen tragen. Sie sind homolog zu den Siebrohrelementen von Angiospermen. Beide Zelltypen bleiben am Leben, obwohl sie den Zellkern und mehrere essentielle Organellen verloren haben.
Die Siebzellen sind lang und schmal mit überlappenden Enden. Auf ihrer gesamten Seitenfläche haben sie kleine poröse Bereiche (Siebe) in Kontakt mit Eiweißzellen, manchmal auch Straßburger Zellen genannt.
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Siebrohrelemente sind kurz und breit. Sie bilden durchgehende Rohre. Nahe ihren Enden haben sie poröse Platten, die mit Begleitzellen in Kontakt stehen.
Struktur
Wie die meisten Phloemzellen haben Siebe eine Zellwand aus Cellulose, Hemicellulose und Pektin. Siebe sind Vertiefungen mit Poren bis zu 15 μm Durchmesser. Diese können mit einem optischen Mikroskop beobachtet werden.
Die Poren werden von Brücken oder zytoplasmatischen Tubuli zwischen benachbarten Sieb- und Albuminzellen gekreuzt, die eine Kontinuität zwischen den Protoplasmen beider Zellen herstellen.
Jede dieser Brücken ist von einem Kallosezylinder umgeben, der aus einem dicht gepackten, hyalin aussehenden β-Glucan besteht. Dies verhindert ein Auslaufen des Inhalts der Brücken.
Im Gegensatz zu Siebrohrelementen stammen benachbarte Sieb- und Eiweißzellen im Allgemeinen nicht aus der Teilung derselben Elternzelle.
Die Strukturen der Zellwände, die über Brücken die Kommunikation zwischen den Protoplasmen von Albumin und Siebzellen herstellen, werden als Plasmodesmen bezeichnet.
Beziehung zu anderen Zellen
Gefäßpflanzen besitzen zwei Arten von komplexem leitfähigem Gewebe, die in parallelen Gefäßbündeln entlang der Kortikalis von Wurzeln, Stielen, Zweigen und Blattvenen organisiert sind.
Einerseits verteilt das Xylem Wasser und gelöste Mineralien aus dem Boden. Auf der anderen Seite enthält Phloem Wasser, durch Photosynthese erzeugten Zucker und Nährstoffe, die zuvor in anderen Zellen gespeichert waren.
Wie Xylem stammt Phloem aus einer Wachstumsregion des Stammes, die als Gefäßkambium bezeichnet wird. Sein Hauptbestandteil sind die Siebzellen oder die Elemente des Siebrohrs.
Das Phloem enthält auch Sklerchymzellen mit Unterstützungsfunktion, Idioblasten, Sekretionsfunktion und Parenchymzellen mit Speicherfunktion.
Albuminöse Zellen sind auch parenchymal. Wie die Begleitzellen von Angiospermen haben sie ein Protoplasma mit reichlich vorhandenen Ribosomen und Mitochondrien, ein ausgedehntes raues endoplasmatisches Retikulum, Plastiden mit Stärkekörnern und einen Kern, der gelappt werden kann. Sie können auch eine große Vakuole haben.
Ohne essentielle Kerne und Organellen benötigen Siebzellen die Stoffwechselmaschinerie, Proteine und ribonukleare Proteinkomplexe, andere Nährstoffe, ATP, Signalmoleküle und Eiweißhormone, um am Leben zu bleiben.
Die Bewegung dieser Verbindungen innerhalb der Pflanze wäre ohne Eiweißzellen nicht möglich.
Funktion
Die Bewegung von Wasser und gelösten Substanzen im Phloem kann zu unterschiedlichen Zeiten in verschiedene Richtungen erfolgen. Sogar bestimmte gelöste Stoffe können sich gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Diese Fähigkeit beruht auf der Tatsache, dass das Phloem aus lebenden Zellen besteht, die verschiedene Stoffwechselprozesse ausführen können.
Aus Eiweißzellen werden die in photosynthetischen Geweben produzierten Zucker in die Siebzellen geladen. Eine Erhöhung der Zuckerkonzentration in diesen Zellen verringert das osmotische Potential des Safts und zieht Wasser aus dem benachbarten Xylem an. Dies erhöht den Turgor der Siebzellen.
Der erhöhte Druck des Saftes bewirkt, dass er sich passiv in Richtung des Zielgewebes bewegt.
Wenn der Zucker in diese Gewebe abgegeben wird, nimmt der Turgor der Siebzellen ab, wodurch das Wasser in das Xylem zurückgeführt wird. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt, wodurch das Phloem kontinuierlich Zucker sendet und in die Zielgewebe entladen wird.
In einigen Pflanzen erfordert die Abgabe von Zucker in die Siebzellen gegen einen Konzentrationsgradienten das Enzym Adenosintriphosphat.
Das Herunterladen von Zucker in Blumen und Früchten bedeutet einen zusätzlichen Energieaufwand, da der Transport gegen einen Gradienten von Saccharose, Fructose und Glucose erfolgen muss.
Wachstumsperioden
Während der Perioden des größten Pflanzenwachstums sind die wichtigsten aktiven Siebzellen diejenigen, die Teil des Phloems der Stärkespeicherorgane und der wachsenden apikalen, Wurzel- und Achselmeristeme sind.
Während Perioden intensiver photosynthetischer Aktivität sind die wichtigsten aktiven Siebzellen die des Phloems der Blätter und der Speicherorgane.
Pathologie
Viren, die Pflanzen angreifen, verwenden häufig Siebzellensysteme oder Siebröhrenelemente als Kanal, um in den gesamten Organismus einzudringen.
Die gescreenten Zellen vernichten die Läsionen, die durch die Ablagerung von Callosal schnell leiden. Blattläuse haben speziell angepasste Mundteile, um diese Abwehr zu neutralisieren, sodass sie stundenlang kontinuierlich Saft saugen können. Diese und andere saftfressende Insekten übertragen Viren, die Pflanzen angreifen.
Wenn Siebzellen sterben, sterben auch die zugehörigen Eiweißzellen. Dies ist ein Hinweis auf die enge gegenseitige Abhängigkeit beider Arten von Mikroorganismen.
Es ist nicht bekannt, warum große Mengen an tubulärem endoplasmatischem Retikulum einen Verschluss der Siebporen in den Siebzellen von Gymnospermen verursachen können.
Evolution
Xylem und Phloem lösten das Problem des Wasser- und Nährstofftransports in terrestrischen Umgebungen und ermöglichten die Entwicklung großer Pflanzen und damit das Auftreten von Wäldern und die Erzeugung der enormen Artenvielfalt, die sie weltweit beherbergen.
In Bezug auf die Siebrohrelemente und ihre Begleitzellen werden die zugehörigen Sieb- und Albuminzellen als primitiv angesehen. Die Tatsache, dass Siebzellen in allen Gefäßpflanzen ohne Blüten und nur in einigen phylogenetisch basalen Angiospermen gefunden werden, weist darauf hin.
Es wird angenommen, dass Angiospermen aus Gymnospermen stammen. Dies wäre der evolutionäre Grund, warum die auf Siebrohrelementen basierenden Safttransportsysteme denen auf Siebzellen basierenden ähnlich sind. Mit anderen Worten wären beide Systeme homolog.
Als Beweis für diese Homologie kann erwähnt werden, dass beide Systeme bemerkenswerte Ähnlichkeiten aufweisen, insbesondere in den Eigenschaften des Protoplasten (Verlust des Kerns und der Organellen selbst) und des Screeningsystems.
Verweise
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