استوماتا یا روزنه ها، حفره های کوچکی در بافت گیاهی هستند که امکان تبادل گاز را فراهم می کنند. این روزنه ها معمولاً در برگ های گیاهان یافت می شوند، اما در برخی از ساقه ها نیز وجود دارند. سلول های خاصی به نام سلول های محافظ دور استوماتا قرار دارند و وظیفه باز و بسته کردن روزنه ها را بر عهده دارند. استوماتا به گیاه این امکان را می دهند که دی اکسید کربن را که برای فتوسنتز نیاز است، جذب کند. این روزنه ها همچنین به کاهش از دست رفتن آب کمک می کنند، زیرا در شرایط گرم یا خشک بسته می شوند. استوماتا شبیه دهان های کوچکی هستند که در جریان تبخیر به باز و بسته شدن کمک می کنند.

گیاهان زندگی کننده در خشکی معمولاً هزاران استوماتا بر روی سطح برگ های خود دارند. بیشتر استوماتا در زیر برگ ها قرار دارند تا در معرض گرما و جریان هوا کمتر قرار گیرند. در گیاهان آبی، استوماتا در سطح بالایی برگ ها قرار می گیرند. یک استوما (تک عدد استوماتا) توسط دو نوع سلول گیاهی خاص که با سایر سلول های اپیدرمی متفاوت هستند، احاطه شده است. این سلول ها به نام سلول های محافظ و سلول های وابسته شناخته می شوند.

سلول های محافظ، سلول های بزرگ و هلالی شکلی هستند که دو عدد از آن ها دور یک استوما قرار دارند و در دو طرف به هم متصل اند. این سلول ها برای باز و بسته کردن روزنه ها گسترش و انقباض پیدا می کنند. سلول های محافظ همچنین حاوی کلروپلاست ها، اندامک های جذب نور در گیاهان هستند.

سلول های وابسته، که به سلول های کمکی نیز معروفند، سلول های محافظ را احاطه و پشتیبانی می کنند. آن ها به عنوان یک بافر بین سلول های محافظ و سلول های اپیدرمی عمل می کنند و از گسترش سلول های محافظ در برابر سلول های اپیدرمی محافظت می کنند. سلول های وابسته در انواع مختلف گیاهان در اشکال و اندازه های متفاوت وجود دارند و همچنین نسبت به موقعیت خود در اطراف سلول های محافظ به طور متفاوتی چینش شده اند.

انواع استوماتا

استوماتا می توانند بر اساس تعداد و ویژگی های سلول های وابسته اطراف آنها به انواع مختلف تقسیم شوند. نمونه هایی از انواع مختلف استوماتا عبارتند از:

• استوماتای آگرسیتیک: دارای سلول های شکل نامنظم، شبیه به سلول های اپیدرمی هستند که هر استوما را احاطه می کنند.
• استوماتای آذینوسیتی: شامل تعداد ناهمگون (سه) سلول وابسته اطراف هر استوما می باشند که دو عدد از این سلول ها به طور قابل توجهی بزرگتر از سلول سوم هستند.
• استوماتای دیگیانتیک: استوماتا توسط دو سلول وابسته که نسبت به هر استوما عمود هستند، احاطه می شوند.
• استوماتای پاراسیتی: دو سلول وابسته به صورت موازی با سلول های محافظ و روزنه استوماتا تنظیم شده اند.
• استوماتای گرامینوسی: سلول های محافظ در وسط باریک و در انتها عریض هستند. سلول های وابسته به صورت موازی با سلول های محافظ قرار دارند.

دو عملکرد اصلی استوماتا

دو عملکرد اصلی روزنه ها این است که اجازه می دهند دی اکسید کربن جذب شود و از تبخیر آب جلوگیری کنند. در بسیاری از گیاهان، روزنه ها در طول روز باز و در شب بسته می شوند. روزنه ها در طول روز باز هستند زیرا این زمانی است که فتوسنتز معمولاً انجام می شود. در فتوسنتز، گیاهان از دی اکسید کربن، آب و نور خورشید برای تولید گلوکز، آب و اکسیژن استفاده می کنند. گلوکز به عنوان منبع غذایی استفاده می شود، در حالی که اکسیژن و بخار آب از طریق روزنه های باز به محیط اطراف فرار می کنند. دی اکسید کربن مورد نیاز برای فتوسنتز از طریق روزنه های باز گیاهان تأمین می شود. در شب، زمانی که دیگر نور خورشید در دسترس نیست و فتوسنتز انجام نمی شود، روزنه ها بسته می شوند. این بسته شدن مانع از فرار آب از طریق منافذ باز می شود.

روزنه ها چگونه باز و بسته می شوند؟

باز و بسته شدن روزنه ها تحت تأثیر عواملی مانند نور، سطح دی اکسید کربن در گیاه و تغییرات در شرایط محیطی تنظیم می شود. رطوبت مثالی از یک شرایط محیطی است که باز یا بسته شدن روزنه ها را تنظیم می کند. زمانی که شرایط رطوبتی بهینه باشد، روزنه ها باز هستند. اگر سطح رطوبت در هوای اطراف برگ های گیاه به دلیل افزایش دما یا شرایط بادی کاهش یابد، بخار آب بیشتری از گیاه به هوا نفوذ می کند. تحت چنین شرایطی، گیاهان باید روزنه های خود را ببندند تا از دست رفتن آب بیش از حد جلوگیری کنند.

روزنه ها به دلیل انتشار باز و بسته می شوند. در شرایط گرم و خشک، زمانی که از دست رفتن آب به دلیل تبخیر بالا است، روزنه ها باید بسته شوند تا از خشکی جلوگیری شود. سلول های نگهبان به طور فعال یون های پتاسیم (K+) را از سلول های نگهبان به سلول های اطراف پمپ می کنند. این باعث می شود آب در سلول های نگهبان بزرگ شده به صورت اسمزی از ناحیه با غلظت پایین ماده حل شده (سلول های نگهبان) به ناحیه با غلظت بالا ماده حل شده (سلول های اطراف) حرکت کند. از دست رفتن آب در سلول های نگهبان باعث می شود که آنها کوچکتر شوند. این کوچک شدن باعث بسته شدن منفذ روزنه می شود.

زمانی که شرایط تغییر کند به گونه ای که نیاز به باز شدن روزنه ها باشد، یون های پتاسیم به طور فعال از سلول های اطراف به سلول های نگهبان پمپ می شوند. آب به صورت اسمزی به داخل سلول های نگهبان حرکت می کند و باعث می شود آنها متورم و منحنی شوند. بزرگ شدن سلول های نگهبان منافذ را باز می کند. گیاه از طریق روزنه های باز دی اکسید کربن را برای استفاده در فتوسنتز جذب می کند. همچنین اکسیژن و بخار آب نیز از طریق روزنه های باز به هوا بازمی گردند.