کارکرد روزنه‌های هوایی گیاه چیست؟

روزنه‌ها هوایی منفذ‌ها یا سوراخ‎های ریزی در بافت (سلول) گیاه‌اند که امکان جابه‌جایی گاز را فراهم می‌آورند. روزنه‌های هوایی معمولاً در برگ‌های گیاه قرار دارند، اما در برخی از ساقه‌ها هم یافت می‌شوند. سلول‌های مخصوصی معروف به سلول‌های محافظ اطراف روزنه‌های هوایی را احاطه می‌کنند و نقش‌شان باز و بسته کردن سوراخ این روزنه‌های هوایی است. روزنه‌های هوایی امکان فتوسنتز را برای گیاه با جذب دی اکسید کرین مورد نیاز فراهم می‌آورند. این روزنه‌ها همچنین با بسته‌ شدن در شرایط گرم و خشک به کاهش تلفات آب کمک می‌کنند. روزنه‌های هوایی همچون دهان‌هایی کوچک‌اند که با باز و بسته شدن به تعرق نیز کمک می‌کنند.

گیاهانی که روی زمین رشد می‌کنند معمولاً هزاران روزنه‌ی تنفسی در سطح برگ‌های‌شان دارند. اکثر روزنه‌های هوایی در زیر برگ‌های گیاه قرار دارد که تماس‌شان با گرما و جریان هوا را کاهش می‌دهد. در گیاهان آبی، روزنه‌های هوایی در سطح بالایی برگ‌ها قرار دارد. یک روزنه‌ی هوایی با دو نوع سلول گیاهی خاص احاطه شده است که متفاوت با دیگر سلول‌های روپوستی ‌می‌باشند. این سلول‌ها سلول‌های نگهبان و سلول‌های کمکی نامیده می‌شوند.

سلول‌های نگهبان سلول‌های هلالی‌شکلی‌اند که روزنه هوا را دربر گرفته و در دو انتها به هم وصل می‌شوند. این سلول‌ها منبسط و منقبض می‌شوند تا سوراخ روزنه‌ی هوایی را باز یا بسته کنند. سلول‌های نگهبان همچنین حاوی کلروپلاست، اندامک گیرنده نور در گیاهان، می‌باشند.

سلول‌های کمکی، که سلول‌های فرعی نیز خوانده می‌شوند، سلول‌های نگهبان را احاطه و حمایت می‌کنند. این سلول‌ها به عنوان حائلی بین سلول‌های نگهبان و سلول‌های روپوستی‌اند و از سلول‌های روپوستی در برابر گسترش سلول‌های نگهبان محافظت می‌کنند. سلول‌های کمکیِ گونه‌های گیاهانِ متفاوت در شکل‌ها و اندازه‌های گوناگون وجود دارند. این سلول‎ها همچنین با توجه به جاگیری‌شان در اطراف سلول‌های نگهبان آرایش‌های متفاوتی می‌گیرند.

انواع روزنه‌های هوایی

روزنه‌های هوایی بر اساس تعداد و خصوصیات سلول‌های کمکی اطراف در انواع مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. نمونه‌های انواع مختلف روزنه‌های هوایی شامل موارد زیر است:

• روزنه‌های هوایی آنوموسیتیک: شامل سلول‌هایی با شکل‌های نامنظم، شبیه به سلول‌های روپوستی است که هر روزنه‌ی هوایی را احاطه می‌کنند.
• روزنه‌های هوایی آنیسوسیتیک: از خصوصیاتش داشتن تعداد نامتقارن سلول کمکی (سه) در اطراف هر روزنه‌ی هوایی است. دو عدد از این سلول‌ها بسیار بزرگتر از سلول سوم‌اند.
• روزنه‌های هوایی دایاسیتیک: دو سلول کمکی روزنه‌های هوایی را احاطه می‌کنند که عمود بر هم‌دیگرند.
• روزنه‌های هوایی پاراسیتیک: دو سلول کمکی موازی با سلول‌های نگهبان و سوراخ روزنه‌ی هوایی قرار می‌گیرند.
• روزنه‌های هوایی گرامینیوس: سلول‌های نگهبان در بخش میانی نازک و در انتها پهن‌ترند. سلول‌های کمکی موازی با سلول‌های نگهبان قرار دارند.

دو کارکرد اصلی روزنه‌های هوایی

دو کارکرد اصلی روزنه‌های هوایی فراهم آوردن امکان جذب دی اکسید کربن و محدود کردن تلفات آب به سبب تبخیر است. در بسیاری از گیاهان، روزنه‌های هوایی در روز باز و در شب بسته می‌مانند. روزنه‌های هوا در روز بازند چون در روز است که معمولاً فتوسنتز روی می‌دهد. در فتوسنتز، گیاهان از دی اکسید کربن، آب، و نور خورشید برای تولید گلوکز، آب، و اکسیژن استفاده می‌کنند. گلوکز به عنوان منبع غذایی به کار برده می‌شود، در حالی که اکسیژن و بخار آب از طریق روزنه‌ها‌ی هوایی باز در محیط اطراف منتشر می‌شوند. دی اکسید کربن مورد نیاز برای فتوسنتز از طریق روزنه‌‌های هوایی باز گیاه جذب می‌شود. در شب، هنگامی که دیگر نور خورشید وجود ندارد و فتوسنتز رخ نمی‌دهد، روزنه‌های هوا بسته می‌شوند. این بسته شدن مانع خروج آب از طریق سوراخ‌های باز می‌شود.

چطور این روزنه‌ها باز و بسته می‌شوند؟

باز و بسته شدن روزنه‌های هوایی با عواملی همچون نور، سطح دی اکسید کربن گیاه، و تغییرات در شرایط محیطی تنظیم می‌شود. رطوبت مثالی از شرایطی محیطی است که باز و بسته شدن روزنه‌های هوایی را تنظیم می‌کند. وقتی شرایط رطوبتی بهینه است، روزنه‌های هوایی بازند. به سبب افزایش دما یا شرایط بادی سطح رطوبت هوا در اطراف برگ‌های گیاه کاهش می‌یابد و بخار آب بیشتری از گیاه به هوا منتشر می‌شود. درچنین شرایطی، گیاهان باید برای ممانعت از اتلاف زیاد آب روزنه‌های هوایی‌شان را ببندند.

در نتیجه‌ی انتشار، روزنه‌های هوایی باز و بسته می‌شوند. در شرایط هوایی گرم و خشک، وقتی به سبب تبخیر اتلاف آب زیاد است، روزنه‌های هوایی باید بسته شود تا مانع از دست رفتن آب شود. سلول‌های نگهبان به‌شدت یون‌های پتاسیم را (K+) بیرون از سلول‌های نگهبان و داخل سلول‌های اطراف می‌ریزند. این امر باعث می‌شود تا آبِ داخل سلول‌های نگهبان منبسط‌شده به صورت اسمزی از ناحیه‌ای با محلول غلظت بالا (سلول‌های نگهبان) به ناحیه‌ای با محلول غلظت پایین (سلول‌های اطراف) حرکت کند. کاهش آب درون سلول‌های نگهبان باعث منقبض شدنشان می‌شود و این انقباض سورخ روزنه‌های هوایی را می‌بندد.

وقتی شرایط تغییر می‌کند و نیاز است تا روزنه‌های هوایی باز شوند، یون‌های پتاسیم به‌شدت از داخل سلول‌های اطراف به داخل سلول‌های نگهبان ریخته می‌شوند. آب به صورت اسمزی به داخل سلول‌های نگهبان حرکت می‌کند و باعث می‌شود آن‌ها متورم و خمیده شوند. این انبساطِ سلول‌های نگهبان سوراخ‌های روزنه‌های هوایی را باز می‌کند. گیاه از طریق روزنه‌های هوایی باز دی اکسید کربن جذب می‌کند تا در فتوسنتز به کار رود. اکسیژن و بخار آب نیز از طریق همین روزنه‌های هوایی باز به هوا برگردانده می‌شوند.