APARATUL VACUOLARToate celulele au, n citoplasma lor, un sistem de caviti dilatate ale RE, delimitate de membrane plasmatice "tonoplast (gr. tonos- presiune), numite vacuole. Tonoplastul are rolul de a menine presiunea osmotic a celulei. n vacuole se gsete un lichid apos numit suc celular. Totalitatea vacuolelor dintr-o celul formeaz aparatul vacuolar sau vacuomul celular.Vacuolele celulelor foarte tinere sunt mici, numeroase, au o form globular sau de bastona, fiind pline cu un suc celular, de fapt un gel coloidal condensat i hidrofil, care conine o cantitate redus de ap. Astfel de vacuole conin celulele meristematice din vrful vegetativ al organelor plantelor. Pe msura alungirii celulelor, fenomenul de micorare n volum i fuzionare se accentueaz, astfel, nct celula matur ajunge s aib numai o singur vacuol mare central care ocup aproape ntreaga celul. Citoplasma se restrnge la periferie iar nucleul se gsete parietal. Acest proces se poate petrece i n sens invers, cum este cazul celuleior din interiorul seminelor, care se deshidrateaz progresiv i, ca urmare, n celula matur se produce un proces de fragmentare a vacuolelor i de condensare a sucului vacuolar.

Vacuolele se fragmenteaz n inciuziuni dense, fiecare nconjurate de tonoplast, bogate n substane de rezerv i lipsite, aproape, complet de ap (cazul formrii granulelor de aleuron).Ultra structural, tonoplastul este o biomembran semipermeabil asemntoare plasmalemei, dar este mai elastic i permeabil dect aceasta. Sucul celular, produs n urma activitii metabolice a protoplastului, este un amestec heterogen de substane organice i anorganice dizolvate, n stare coloidal sau insolubile. n sucul vacuolar se acumuleaz: acizi organici (acid malic i acid oxalic) sub form de sruri solubile (maleat de potasiu i oxalat acid de potasiu) sau insolubile (cristale de oxalat de calciu), glucide, aminoacizi, heterozide (antocianozide, flavonozide), alcaloizi i enzime specifice catabolismului celular. Pe lng substane organice, n sucul celular se acumuleaz, n concentraii mari, ioni K+ i CI- la poacee (Triticum sp., Hordeum sp., Oryza sp.), Na+, K+, Ca2+ la muchi i ferigi, ioduri la algele brune, nitrai la specii nitrofile (Urticaceae, Chenopodiaceae) iar fosfai la majoritatea plantelor.

Formarea gruncioarelor de aleuron prin deshidratarea i fragmentarea vacuolei: A- gruncioare de aleuron; N- nucleu; V- vacuole (dup GAUTHERET, 1966).RE i complexul Golgi, care se ncadreaz n sistemul de endomembrane, dau natere la vezicule (provacuole) care i mresc, treptat, volumul, se unesc i formeaz o vacuol mare central (la celulele adulte), acesta fiind rezultatul final al activitii vacuomului.Funcional aparatul vacuolar ia parte activ la schimburile de ap dintre celul i mediul extern, hialoplasma pstrndu-i gradul de mbibare necesar meninerii turgescenei celulare. Vacuolele nmagazineaz substane organice i anorganice, unele ca substane de rezerv iar altele ca substane de excreie (nefolositoare metabolismului celular). Evoluia vacuomului:1- celul meristematic; II, 111- celule n plin proces de vacuolizare; IV- celul adult cu o singur vacuola central i cu citoplasm redus la un strat ce cptuete peretele celular: Ci- citoplasm, N- nucleu cu nucleol; PC-perete celular; V- vacuoI(e) (dup TROLL, 1959).

INCLUZIUNILE ERGASTICEncluziuniie ergastice (formaiunile figurate ale celulei) sunt substane organice sau anorganice, solide sau lichide, coninute n citoplasm, fie n vacuolele, fie n plastidele celulelor. Totalitatea incluziunilor inerte este denumit ergastom (gr. ergastein - a elabora). Ele se gsesc dizolvate sau insolubile i reprezint produii finali ai activitii vitale a protoplastului, servind drept materii de rezerv, ce vor fi utilizate, din nou, n celul sau reprezint produi de excreie pe care plantele le scot din circuitul nutritiv.Dup locul unde se acumuleaz n celule, incluziunile ergastice pot fi clasificate n dou categorii: incluziuni ergastice ale citoplasmei i incluziuni ergastice ale plastidelor.Incluziunile ergastice ale citoplsmei (ca i cele ale plastidelor) dup starea de agregare n care se gsesc, pot fi: lichide sau solide.a) Incluziunile ergastice lichide, frecvent ntlnite n vacuolele din citoplasm (sunt: antocianii, inulina, incluziunile lipidice lichide, uleiurile volatile i oleiorezinele.

. Antocianii (gr. anthos - floare; cyanos - albastru) sunt glucozizi fenolici care, dup variaiile de pH, pigmenteaz, n mod diferit, sucul celular din vacuole. Astfel, n mediul acid, antocianii dau culoarea roie, n mediu alcalin au culoarea albastr, iar n mediu neutru culoarea este violet. Ei se gsesc n organele colorate ale plantelor, cum sunt petalele florilor multor plante superioare (albstria, vioreaua, garoafa, macul, mzrichea, etc.), rdcinile de sfecl roie, frunzele de varz roie i cele ale speciilor genului Coleus, fructele (struguri, prune, ciree, dude, etc.). Tot din aceast categorie fac parte i glucozizii flavonici, care dau culoarea galben a petelelor florilor de mueel, rostopasc, etc. i alb la ghiocel, crin, narcis, Icrmioar, . a. m. d.Inulina este un polizaharid (fructozan) rspndit, mai ales, n parenchimul de depozitare al substanelor de rezerv din rdcinile i bulbii unor specii de plante, n special din familia Asteraceae (Compositae) i Liliaceae. KATZ (1931) a concluzionat c, din soluiile apoase, la adugare de alcool, prin anhidrizare, inulina precipit iar, n scurt timp, aceasta se depune pe pereii laterali i n colurile celulelor. Ea se prezint sub form de sferocristale aciculare (radiale) de inulin (n rdcinile tuberizate de dalie)

Seciune transversal prin peiolul Arum lily. Pigment rou de antocian este vizibil n vacuolele a trei celule aflate n drepta imagini

. Incluziunile ergastice lipidice lichide (hidrofobe) sunt incluziuni uleioase, alctuite, n special, din gliceride care pot apare, la microscop, sub form de picturi incolore sau colorate n galben-portocaliu.- Picturile lipidice apar la microscop sub form de corpusculi sferici, n general, incolori, rspndite, n special, n celulele epidermale ale orhideelor i n celulele muchilor hepatici, dar mai ales n endospermul celulelor oleaginoase i, mai puin, n fructele unor poacee (graminee). Cantiti reduse de lipide conin cariopsele poaceelor, ca de exemplu grul (Triticum sp.) 2% i porumbul (Zea mays) 4-8%). Cantiti importante de incluziuni lipidice lichide se gsesc i n sferosomi i n oleoplastele din celulele seminelor plantelor cu mari cantiti de lipide. Astfel arahidele (Arachys hipogaea) conin 75% lipide, fructele de nuc (Juglans regia) 50%, urmeaz cele de ricin (Ricinus communis) de soia (Glycine max) de floarea soarelui (Helianthus annuus) i de dovleac (Cucurbita pepo), al cror procent este cuprins ntre 30-50%.- Uleiurile volatile sunt elaborate de protoplast i se gsesc n interiorul celulelor sub form de mici picturi uleioase.

b) Incluziunile ergastice solide ale citoplasmei mai rspndite sunt: aleurona i cristalele minerale.. Aleurona a fost ncadrat n sistemul lisosomal i se formeaz n celulele multor specii: gru, dovleac, floarea soarelui i ricin. Ea reprezint substan de rezerv de natur proteic, care se n fieaz sub form de granule i se produce prin deshidratarea vacuolelor.Un granul de aleuron are o mrime maxim de 10-60 i este alctuit din proteine amorfe care constituie masa principal a grunciorului, aa cum am vzut la descrierea proteoplastelor. n aceast substan amorf se gsesc un corp mic, sferic numit globoid (uneori pot fi prezeni doi sau mai muli globoizi) care este un complex de inositol, adic inositohexafosfat de Ca i Mg i o incluziune poliedric numit cristaloid format din proteine. La exterior granula de aleuron prezint o membran subire (Fig. 25,57,63 I, III). La seminele de nuc granulele de aleuron sunt simple i, deseori, lipsite de cristaloid i globoid.- Cristalele minerale cele mai rspndite, din celulele vegetale sunt cele de oxalat de calciu care se depoziteaz, de obicei, n vacuole. Ele au forme diferite i reprezint particulariti anatomice de identificare.

n vacuolele celulelor vegetale acestea apar sub aspect de: nisip cristalin de diferite forme, aglomerate (Solanum tuberosum, Atropa belladona, Sambucus nigra); cristale izolate mari, prismatice, romboidale, aciculare, piramidale, octoedrice, dispuse n cruce sau n X, ca n bulbul de ceap i n frunzele de ghiocel (Galanthus nivalis).Cristalele pot alctui druze (macle sau ursim) care apar sub form de agregate de cristale (concrescute), cum se ntlnesc n peiolul frunzei de Begonia sp., n cotiledoanele unor specii de plante (Cercis canadensis), n tulpin de Opuntia sp., Malva sp., etc. sau rafide, ce au aspect de cristale lungi, aciculare, grupate n mnunchiuri, ca n tulpina de linti, frunza de Aloe sp., etc.

Rafide (cristale de oxalat de calciu) colorate in rou la Aptenia cordifolia

Incluziunile ergastice solide ale plastidelor. Dintre toate incluziunile ergastice ale acestei categorii, amidonul de rezerv (amidon secundar) este cea mai important poliglucid din lumea vegetal. Amidonul este prezent n toate organele corpului plantelor (ca material de rezerv sub forma sa solid, de granule), depozitndu-se, n special, n esuturile organelor subterane ale plantelor (rdcini, bulbi, bulbotuberculi, tuberculi si rizomi). Amidonul izolat din plante se prezint ca o pulbere fin, aib, fr miros. In stroma plastidial (a leucoplastelor), un granul de amidon ncepe s se formeze,cum am vzut, dintr-un punct numit hil, peste care se depun treptat, prin stratificare, straturi de amidon.A-aminoplaste; H-granule proteice;S-amidon; V-vacuola;

PERETELE CELULARPeretele celular este caracteristic majoritii celulelor vegetale i este un organit lipsit de via. Apa reprezint 60% iar masa uscat 40% din compoziia peretelui celular. Constituienii chimici ai peretelui celularpot fi cuprini n trei categorii, dup cum urmeaz:. grupa 1 este reprezentat de substanele scheletice (cristaloide), anizotrope din punct de vedere fizic. Dintre acestea, la plante, constituentul de baz este celuloza, care este o macromolecul. Peretele rigid al bacteriilor conine, n cantitate mare, murin. Algele brune au pereii formai din celuloz, alturi de care se gsesc alginai de calciu i de magneziu (fucoidin). Unele specii de alge roii marine (Gelidium sp., Phyllophora sp, etc.) conin n membrana lor un polizaharid special cu sulf numit agar, lucru pentru care ele sunt folosite la obinerea gelozei vegetale (agar-agarul) utilizat, mai ales, n laboratoarele de microbiologie dar i n alte laboratoare. Pereii celulari la ciuperci (cu mici excepii) sunt alctuii din chitin. Alturi de acetia se mai pot ntlni: xilani i glucani;. grupa 2 cuprinde substane cu caracter amorf (substane izotrope) care formeaz matrixul peretelui celular: Ele au rol de liant al substanelor scheletice din perete. Din aceast categorie fac parte: hemicelulozele, caloza, substanele pectice i unele proteine, lipide, acizi organici, alcooli i fenoli;. grupa 3 este grupa substanelor ncrustante, cum sunt: suberina, cutina, ceara vegetal, CaCO3 SiO2, CaSO4 lignina, rinile, etc. care produc "modificri secundare" ale peretelui celular. Substanele ncrustante se depun, n general, la suprafaa organelor unor plante, avnd rol de aprare sau de reducere a suprafeei de transpiraie.

a) Polizaharidele celulozice - Hemiceluloza i substanele pectice intr n structura matrixului. Dintre poliglucide cea mai important este celuloza, rezultat prin polimerizarea glucozei [C6H10O5]n Celuloza este secretat de protoplast fiind insolubil n ap, dar solubil n reactiv Schweitzer. Ea poate fi degradat numai de acizi tari. n peretele primar celuloza reprezint aproximativ 10-12%, n cel secundar 40-50% iar n fibrele de bumbac i in 95%.

b) Polizaharidele necelulozice. n peretele celular s-au identificat i polizaharide necelulozice cu caracter amorf:- hemicelulozele, ce au un grad mai redus de polimerizare, sunt mai puin complexe dect celuloza. Prin hidroliz ele formeaz pentoze i hexoze, insolubile n ap dar solubile n reactiv Schweitzer. Hemicelulozele au att rol structural, ct i rol de rezerv (smna de curmal);- substanele pectice care nsoesc celuloza, au caracter amorf gsindu-se n cantiti mai mici n peretele secundar. Ele au rol de liant i particip la formarea lamelei mijlocii.n peretele celular se mai gsesc n cantitate mic i alte polizaharide cum sunt:- lignina, reprezentat prin proteine de tipul glicoproteinelor, este o component permanent a peretelui celular care variaz cantitativ ntre 1-6%. Ea are rol n conexiunile celulare conferind integritate peretelui.- polizaharidele cu sulf particip la formarea peretelui scheletic. Agarul (ca polizaharid cu sulf) este prezent la algele roii marine, din care se i extrage;- extensina, este un polimer de arabinozil-hidroxiprolin;

- lecitinele sunt, implicate n mecanismele de recunoatere i de interacii celulare, cum sunt cele prezente la unele fabacee, care recunosc i atrag bacteriile fixatoare de azot la suprafaa periorilor absorbani ai rdcinilor (LAMPORT, 1963);- chitina este un polizaharid care conine azot i este ntlnit la majoritatea ciupercilor, la algele sifonale sau la algele unicelulare verzi;- caloza este un polimer neramificat al -glucozei, care obtureaz, n timpul sezonului rece, vasele liberiene.c) Proteinele, multe de natur enzimatic (ATP-aza, peroxidaz, pectinesteraze), au capacitate de a realiza biosinteze la nivelul peretelui celular. Ele faciliteaz ptrunderea unor substane n interiorul celulei sau eliminarea lor din celul.d) Lipidele complexe i heterogene (trigliceride, steroli, fosfolipide, acizi grai), intr n alctuirea suberinei, cutinei i a cerii vegetale. Alturi de aceti compui organici n componena peretelui celular mai pot intra: acizi organici, esteri, compui fenolici (cu rol inhibitor asupra agenilor patogeni), acidul ferulic, sruri minerale ca: oxizi de calciu, potasiu, sodiu, carbonat de calciu (alge calcaroase), carbonat de magneziu, oxalat de calciu, dioxid de siliciu, etc.

Biogeneza peretelui celular: Formarea peretelui celular este un proces complex care se desfoar sub controlul protoplastului. La microscopul electronic s-a observat c n mitoz i meioz, spre sfritul telofazei, dup diviziunea celor doi nuclei, are loc diferenierea fragmoplastului (gr. phragma - separare, gard; plastos - a forma), o mas citoplasmatic alctuit din structuri fibrilare cu orientare paralel, ntre ele, i perpendicular pe axul celulei. Acesta apare la jumtatea celulei mam lund, treptat, forma unui disc. Astfel ncepe s se individualizeze placa celular. n regiunea ecuatorial a fragmoplastului se acumuleaz vezicule, n special golgiene (LASSELAIN, 1978), dar i profile de RE, denumite de BUVAT, fragmosomi (cu diametrul de 100 nm), cu coninut bogat n substane pectice. Aceste vezicule se unesc i din coninutul lor se formeaz, n fragmoplast, o plac semisolid, intens hidratat, de natur pectic, lipsit de celuloz, numit plac celular (perete primordial), care devine, cu timpul, lamela mijlocie, comun ambelor celule, realiznd legtura celulelor ntr-un esut. Aceast interconectare nu mpiedic creterea celulelor. Lamela mijlocie poate fi distrus experimental cu acizi, baze, sau prin fierbere (maceraia lui Schultze). Membranele veziculelor vor forma plasmalema celulelor fiice, vecine. Placa celular este comun celor dou celule fiice i are o structur omogen, predominnd n compoziia sa substanele pectice. Acest prim perete celular se poate dezvolta centrifugal (de la mijlocul celulei spre margine) ca la majoritatea traheofitelor sau centripetal, de la peretele celulei mam spre centru, ca la alge i mai rar la plantele vasculare. Ulterior protoplastul fiecrei celule i formeaz cte o membran proprie, care va fi peretele primar al celulei. La formarea peretelui primar sunt implicate, pe lng diverticule ale RE, vezicule golgiene i microtubuli.

Lamela mijlocie este, n general, subire format din pectine i cantiti mici de proteine, n special enzime, avnd rolul de a cimenta celulele ntre ele fr a le mpiedica s creasc. Rar se ntmpl ca lamela mijlocie s se suberifice sau s se lignifice. Trebuie menionat c n procesul de confluare a veziculelor, din zona ecuatorial, nu se formeaz o lamel mijlocie continu, ci ea este strbtut de orificii mici, ce vor reprezenta punctuaiunile (porii), pe unde vor trece cordoane plasmatice fine, numite plasmodesme, care fac legtura ntre citoplasma celulelor vecine (Fig. 67). Formarea acestor pori este posibil datorit dispunerii, din loc n loc, a unor profile tubulare ale RE, orientate perpendicular pe planul de diviziune al celulei i de o parte din fibrele fusului de diviziune, dispuse la fel.Coninutul plasmodesmei este asigurat de profile ale reticulului endoplasmatic, care se anastomozeaz, la mijlocul punctuaiunii, realiznduse conexiunea coninutului viu al celulelor. Ulterior, citoplasma secret celuloz cu ultrastructur fibrilar, care se adaug de o parte i de alta a lamelei mijlocii, dnd natere la peretele primar. i plasmalema are rol n formarea acestui perete.

a) Peretele primar. La majoritatea celulelor vegetale, peretele primar rmne subire pe toat perioada de cretere a acestora. La sfritul maturizrii celulelor, fibrele de celuloz sunt mult mai apropiate, structura peretelui celular devenind mai dens, formnd o reea mai puin flexibil. La unele celule (cele colenchimatice), n paralel cu extensia, are loc i o cretere n grosime a peretelui celular. Analizele biochimice au identificat n peretele primar celuloz (singura cu structur fibrilar), celelalte componente: hemiceluloza, pectinele, proteinele i lipidele au un caracter amorf, de liant ntre fibrele de celuloz, alctuind substana fundamental (matrixul ). Cercetrile de microscopie electronic, efectuate de S. SIEGEL i J. N. A. HEYN (1969), au artat c n aceast substan amorf, macromoleculele de celuloz sunt asociate i formeaz o micel sau fibr elementar (compus de aproape 100 de lanuri moleculare).-Aproximativ 15-20 de fibre elementare se asociaz n uniti superioare denumite microfibrile, cu un diametru ce cca. 8-8,5 nm. Prin unirea strns a 250 de microfibrile rezult o fibril. ). Fibrilele de celuloz, la rndul lor, se asociaz cte 1500 i formeaz fibra macroscopic. Astfel de fibre se obin prin prelucrarea plantelor textile.

b) Peretele secundar. La celulele difereniate (esuturile mecanice, de protecie, i conductoare), care nu mai cresc, peretele primar se modific prin depuneri, succesiv i paralel, ale altor straturi de celuloz i ale altor substane organice. Creterea n grosime a peretelui celular se realizeaz prin depunerea de celuloz, secretat de citoplasm, peste vechile structuri ale peretelui primar. Acest mod de cretere se numete cretere prin apoziie. Astfel, peretele i mrete grosimea i se formeaz peretele secundar, spre interior, care se gsete ntre peretele primar i coninutul celulei.Depunerile prin apoziie se pot face:a) uniform pe toat suprafaa (sclerificare), cum ntlnim la esutul sclerenchimatic;b) inegal sau neuniform, fie numai pe o latur (cazul formrii cuticulei de-a lungul pereilor externi ai celulelor epidermale) sau numai n coluri (cazul colenchimului angular) sau tangenial (pereii externi sau interni) sau la vasele lemnoase, i la colenchimul tangenial.

Modificri secundare ale peretelui celular sunt legate de specializarea celulelor i de rolul pe care ele le ndeplinesc n procesele fiziologice. a) Cutinizarea i cuticularizarea const n impregnarea i acoperirea pereilor externi, uneori i radiali sau cei tangeniali, ai celulelor epidermice cu o substan numit cutin. b) Lignificarea este determinat de impregnarea peretelui celular cu Iignin. c) Suberificarea const n impregnarea spaiilor dintre microfibriiele de celuloz cu o substan numit suberin, ntlnit la peretele secundar al gimnospermelor i angiospermelor. d) Cerificarea este un proces de impregnare i acoperire cu cear vegetal a celulelor epidermice ale frunzelor (de varz, de conifere i de eucalipt) a tulpinilor (de trestie de zahr i a palmierului de cear) i a fructelor (struguri, prune, mere). Ea este impermeabil pentru ap i pentru gaze. e) Mineralizarea. Peretele celular se poate impregna i cu substane minerale. Pereii mineralizai devin mai rigizi i mai rezisteni. Dintre substanele minerale, frecvent ntlnim dioxidul de siliciu (SO2) i carbonatul de calciu (CaC03). Epidermele tulpinilor de graminee i ciuperci sunt mineralizate cu SO2, la fel carapacea algelor diatomee, care, dup moarte, se depun la fund, formnd, de-a lungul timpului, depozite de diatomit. f) Gelificarea reprezint o modificare a peretelui celular, determinat de imbibaia cu ap a compuilor pectici din lamela mijlocie, ntregul perete devenind o mas mucilaginoas. Ca urmare, peretele celular se umfl i aceste substane se transform n mucilagii sau gume. g) Lichefierea este un proces de dizolvare i dispariie a peretelui celular.

Punctuaiuni. La majoritatea celulelor, ngrorile peretelui secundar se fac centripet, de la peretele primar spre interiorul celulei. Rar ngroarea peretelui secundar se face centrifug (membrana polenului i a sporilor). La formarea peretelui secundar depunerile de celuloz nu se fac n dreptul orificiilor (porilor) peretelui primar, formnd microcanale suprapuse numite punctuaiuni, care pot fi: simple i areolate.a) Punctuaiunile simple apar ca nite canalicule simple sau ramificate. Ele se gsesc n esuturile parenchimatice i au form circular sau lenticular. Punctuaiunile din perei la dou celule vecine sunt corespondente, desprite prin lamela mijlocie, perforat. Astfel de punctuaiuni se ntlnesc n mduva de soc(Sambucus nigra) n mduva de curpn (Clematis vitalba) b) Punctuaiunile areolate se gsesc n pereii traheidelor pinofitinelor (gimnospermelor). O punctuaiune areolat se formeaz prin ndeprtarea peretelui secundar, la un moment dat, de o parte i de alta a peretelui primar, crendu-se astfel un spaiu ntre cele dou celule vecine, de form lenticular. n interiorul spaiului lamela median i peretele celular primar formeaz o ngroare lenticular numit torus care obtureaz deschiderea porului (Fig.77 III c, d). Este un por imperfect prin care circulaia este dificil, datorit existenei torusului.

Plasmodesmele sunt puni citoplasmatice foarte fine prin care celulele unui esut sunt unite ntre ele, realiznd unitatea morfologi i fiziologic a esutului respectiv (realizndu-se transfer de materie, energie i informaie). Ele ptrund n celule prin pori. Plasmodesmele transmit excitaiile de la o celul la alta realiznd structura funcional a unui esut i, probabil, schimb de diferite materiale, reglnd fluxul intercelular.Rolul peretelui celular este de protecie - scheletic (de susinere a plantelor) - i elasticitate a peretelui celular. El prezint o permeabilitate destul de mare pentru ap i srurile dizolvate n ea, asigurndu-se un schimb continuu ntre protoplast i mediul nconjurtor. ndeplinete un rol n absorbia, transportul i eliminarea substanelor n i din plant. Asigur celulelor individualitate. Mai poate servi i ca suport al activitii lisosomale i digestive. Cu rol important de receptor informaional. Are rol i n depozitarea unor materii de rezerv. Peretele celular permite trecerea plasmodesmelor de la o celul la alta, realiznd integritatea fiziologic a organismelor pluricelulare.Peretele celular reprezint criteriu taxonomic pentru unele alge.