Pflanzenkutikula - Plant cuticle

Wasser Perlen auf der wächsernen Kutikula von Kohlblättern

Eine Kutikula ist ein Schutzfilm die Abdeckelemente Epidermis von Blättern , jungen Trieben und andere aerial Pflanzenorgane ohne periderm . Es besteht aus mit Wachs imprägnierten Lipid- und Kohlenwasserstoffpolymeren und wird ausschließlich von den Epidermiszellen synthetisiert.

Beschreibung

Anatomie eines Eudicot- Blattes

Die Pflanzenkutikula ist eine Schicht aus mit Wachsen imprägnierten Lipidpolymeren, die auf den Außenflächen der Primärorgane aller vaskulären Landpflanzen vorhanden ist. Es ist auch in der Sporophytengeneration von Hornwurzeln sowie in der Sporophyten- und Gametophytengeneration von Moosen vorhanden. Die Pflanzenkutikula bildet eine kohärente äußere Hülle der Pflanze, die durch Behandlung von Pflanzengewebe mit Enzymen wie Pektinase und Cellulase intakt isoliert werden kann .

Komposition

Die Nagelhaut besteht aus einer unlöslichen Hautmembran, die von löslichen Wachsen imprägniert und mit diesen bedeckt ist . Cutin , ein Polyesterpolymer , bestehend aus umgeestert omega - Hydroxysäuren , die durch vernetzt sind Ester und Epoxid - Bindungen, ist das bekannteste Strukturkomponente des kutikulären Membran. Die Nagelhaut kann auch ein nicht verseifbares Kohlenwasserstoffpolymer enthalten, das als Cutan bekannt ist . Die Kutikularmembran ist mit Kutikularwachsen imprägniert und mit Epikutikularwachsen bedeckt , bei denen es sich um Gemische von hydrophoben aliphatischen Verbindungen handelt , Kohlenwasserstoffen mit Kettenlängen, die typischerweise im Bereich von C16 bis C36 liegen.

Biosynthese von kutikulärem Wachs

Es ist bekannt, dass Kutikularwachs weitgehend aus Verbindungen besteht, die von sehr langkettigen Fettsäuren (VLCFAs) stammen , wie Aldehyden , Alkoholen , Alkanen , Ketonen und Estern . Ebenfalls vorhanden sind andere Verbindungen in kutikulärem Wachs, die keine VLCFA-Derivate sind, wie Terpenoide , Flavonoide und Sterole , und daher andere Synthesewege aufweisen als diese VLCFAs.

Der erste Schritt des Biosyntheseweg für die Bildung von kutikulären VLCFAs, tritt bei der de novo Biosynthese von C16 Acylketten (Palmitat) durch Chloroplasten im Mesophyll und schließt mit der Verlängerung dieser Ketten im endoplasmatischen Retikulum von Epidermiszellen . Ein wichtiger Katalysator für diesen Prozess ist der FAE-Komplex (Fettsäure-Elongase).

Um kutikuläre Wachskomponenten zu bilden, werden VLCFAs entweder über zwei identifizierte Wege, einen Acylreduktionsweg oder einen Decarbonylierungsweg , modifiziert . Im acyl Reduktionspfad, eine Reduktase wandelt VLCFAs in primäre Alkohole, die dann in Wachsestern durch einen umgerechnet werden können Wachs - Synthase . Auf dem Decarbonylierungsweg werden Aldehyde hergestellt und zu Alkanen decarbonyliert und können anschließend zu sekundären Alkoholen und Ketonen oxidiert werden. Der Wachsbiosyntheseweg endet mit dem Transport der Wachskomponenten vom endoplasmatischen Retikulum zur epidermalen Oberfläche.

Funktionen

Die Hauptfunktion der Pflanzenkutikula besteht in einer Wasserdurchlässigkeitsbarriere, die das Verdampfen von Wasser von der Epidermisoberfläche verhindert und auch verhindert, dass externes Wasser und gelöste Stoffe in das Gewebe gelangen. Zusätzlich zu seiner Funktion als Permeabilitätsbarriere für Wasser und andere Moleküle (verhindern Wasserverlust) weisen die Mikro- und Nanostruktur der Nagelhaut spezielle Oberflächeneigenschaften auf, die eine Kontamination des Pflanzengewebes mit externem Wasser, Schmutz und Mikroorganismen verhindern. Luftorgane vieler Pflanzen, wie die Blätter des heiligen Lotus ( Nelumbo nucifera ), haben ultrahydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften, die von Barthlott und Neinhuis (1997) beschrieben wurden. Der Lotuseffekt findet Anwendung in biomimetischen technischen Materialien.

Der Dehydratisierungsschutz einer mütterlichen Nagelhaut verbessert die Fitness der Nachkommen im Moos Funaria hygrometrica und in den Sporophyten aller Gefäßpflanzen . Bei Angiospermen ist die Nagelhaut auf der Oberseite des Blattes ( adaxiale Oberfläche ) tendenziell dicker , jedoch nicht immer dicker. Die Blätter von xerophytischen Pflanzen, die an trockenere Klimazonen angepasst sind, weisen im Vergleich zu mesophytischen Pflanzen aus feuchteren Klimazonen, bei denen kein hohes Risiko einer Dehydration an den Unterseiten ihrer Blätter besteht, die gleiche Dicke der Nagelhaut auf .

"Die wachsartige Nagelhautschicht wirkt auch bei der Abwehr und bildet eine physikalische Barriere, die dem Eindringen von Viruspartikeln, Bakterienzellen sowie den Sporen und wachsenden Filamenten von Pilzen widersteht."

Evolution

Die Kutikula ist ein aus einer Reihe von Innovationen , zusammen mit Stomata , Xylem und Phloem und Interzellularräume in Stamm und später Blatt Mesophyllgewebe, dass Pflanzen entwickelten mehr als 450 Millionen Jahre während des Übergangs zwischen Leben im Wasser und das Leben auf dem Land. Zusammen ermöglichten diese Merkmale aufrecht stehende Pflanzentriebe, die Luftumgebungen erkunden, um Wasser zu sparen, indem sie die Gasaustauschoberflächen verinnerlichen, sie in eine wasserdichte Membran einschließen und einen Kontrollmechanismus mit variabler Öffnung, die stomatalen Schutzzellen, bereitstellen , die die Transpirations- und CO 2 -Raten regulieren Austausch.

Verweise