ANATOMIA ROŚLIN: HISTORIA, PRZEDMIOT BADAŃ, METODY - BIOLOGIA - 2026

Anatomia roślin w ścisłym tego słowa znaczeniu jest fundamentalną podstawą do opracowania wielkiego różnych tkankach roślinnych, będąc narzędziem wielkie znaczenie w botanice i nauk biologicznych w ogóle. Dyscyplina ta koncentruje się głównie na komórkowym badaniu tkanek pod mikroskopem od ich powstania do ich rozwoju.

Wszystkie tkanki rozrodcze, które są badane razem w dziedzinie embriologii roślin i palinologii, są często wykluczane. Sposób, w jaki komórki są zestawione i ułożone ze sobą, jest bardzo interesujący w anatomii roślin.

Źródło: pixabay.com

Anatomia roślin jest ściśle związana z innymi dziedzinami, takimi jak fizjologia roślin i ich morfologia. Cechy obserwowane w większości przypadków są zróżnicowane między grupami roślin i służą do ustalenia zależności filogenetycznych.

Historia

Na początku anatomia roślin obejmowała również badanie morfologii roślin i ich cech zewnętrznych. Jednak od połowy XX wieku anatomia ogranicza się wyłącznie do badań narządów wewnętrznych i tkanek wewnętrznych, a morfologia jest odrębną dyscypliną.

Pierwsze prace z zakresu anatomii i botaniki roślin, wykonane przy pomocy mikroskopu, są autorstwa Marcello Malpighi i Nehemiah Grew. W 1675 roku Malpighi opublikował swoją pracę Anatome plantarum, w której opisuje na ilustracjach niektóre struktury roślin, takie jak aparaty szparkowe liści.

Ze swojej strony do roku 1682 Grew opublikował pracę z bardzo rzetelnymi ilustracjami dotyczącymi tkanek roślinnych, które świadczą o dokładności jego obserwacji. Praca ta nosiła tytuł Anatomia roślin.

Od lat sześćdziesiątych XX wieku rozwój mikroskopii stanowił wielki postęp we wszystkich obszarach anatomii roślin.

Mikroskopia i jej zastosowanie w anatomii roślin

Badania struktur roślinnych były ściśle związane z tworzeniem i ewolucją mikroskopii. Od czasu ich wynalezienia w XVII wieku, mikroskopy stały się narzędziem intelektualnym, które ukształtowało wiele dziedzin nauk biologicznych.

Jedną z pierwszych dziedzin, którym faworyzowano w rozwoju mikroskopii, była botanika, zwłaszcza w badaniach anatomicznych. Naukowcy eksperymentalni Robert Hooke i Leeuwenhoek zostali uznani za jednych z pierwszych, którzy dokonali obserwacji mikroskopowych i opisali różne struktury w XVII wieku.

W pracach Malpighi i Grew mikroskopia odegrała fundamentalną rolę, umożliwiając rozwój tych dwóch cennych prac botanicznych, czyniąc tych ważnych naukowców XVII wieku pionierami anatomii roślin i mikrografii botanicznej.

Od tego czasu badania anatomii roślin rozwijano wraz z mikroskopią. Ta ostatnia ewoluowała zgodnie z potrzebami wiedzy człowieka.

Mikroskopia jest obecnie niezbędnym narzędziem w badaniu struktur roślin, gdzie jest stosowana od prostych szkieł powiększających po zaawansowane technologicznie mikroskopy elektronowe.

Co bada anatomia roślin?

Anatomia roślin jest odpowiedzialna za badanie wszystkich tkanek i form ich organizacji obecnych w roślinach. Wskazuje to, że ocenia zarówno tkanki, jak i wewnętrzną organizację komórkową oraz badanie struktur zewnętrznych.

Wśród ocenianych struktur są m.in. liście, łodygi, kora, korzenie, wierzchołki łodyg i korzeni, merystemy i tkanki po różnicowaniu komórek, układ komórek w narządach.

Metody i techniki

Techniki zastosowane w badaniu anatomii roślin są bardzo zróżnicowane. Każdy z nich będzie zależał od badanej tkanki lub narządu.

Generalnie, stałe przygotowanie do badań mikroskopowych jest niezbędne jako źródło elementarnych informacji zarówno w badaniach naukowych, jak i dydaktyce. Jednak w celu utrwalenia próbek różnych tkanek anatomicznych należy wykonać szereg podstawowych technik w celu ich późniejszej obserwacji.

Te ostatnie są stosowane, ponieważ tkanki i ich składniki są trudne do wyraźnego rozróżnienia na podstawie bezpośrednich obserwacji.

Wszystkie rośliny składają się z tych samych tkanek podstawowych, skórnych, podstawowych i naczyniowych. W tych tkankach sposób, w jaki są zorganizowane komórki, różni się znacznie między roślinami, a zatem anatomiczne metody ich przetwarzania są różne.

Ogólnie rzecz biorąc, badany materiał botaniczny musi mieć określone cechy, na przykład, że struktury są całkowicie zdrowe i rozwinięte. Ponadto nie mogą mieć zewnętrznych ani wewnętrznych uszkodzeń strukturalnych, a ich ubarwienie jest typowe dla badanego gatunku, a okaz, z którego pobiera się próbki, jest reprezentatywny.

Utrwalenie

Proces utrwalania ma na celu zachowanie tkanek i ich cech morfologicznych jak najbardziej zbliżonych do tych, które były żywe. Można to osiągnąć za pomocą utrwalaczy fizycznych lub chemicznych. Najpowszechniej stosowane są proste utrwalacze, takie jak etanol, metanol lub aceton, które utrwalają się przez odwodnienie.

Działają bardzo dobrze w przypadku małych próbek i mogą nawet zachować pigmentację tkanek. Można również stosować aldehydy, takie jak formaldehyd, glutaraldehyd i akroleina. Inne koagulujące utrwalacze obejmują etanol, kwas pikrynowy, chlorek rtęci i trójtlenek chromu.

Stosowane są również mieszanki utrwalające, z których opublikowano ponad 2000 receptur, z których najczęstsze to FAA, utrwalacze z kwasem chromowym, mieszanki Farmera i Carnoy.

Zawsze podczas tego procesu należy zwrócić szczególną uwagę na czas utrwalania i temperaturę, w której jest to wykonywane, ponieważ procesy takie jak autoliza mogą zostać przyspieszone.

Dlatego zaleca się wykonywanie go w niskich temperaturach i przy pH zbliżonym do fizjologicznego tkanki, aby uniknąć tworzenia się artefaktów w tkankach, które mogą być przyczyną nieprawidłowych interpretacji anatomicznych.

Odwodnienie

Polega na eliminacji zawartości wody z wcześniej utrwalonych tkanek roślinnych. Odbywa się to często przy rosnącym gradiencie środków odwadniających, które mogą, ale nie muszą być rozpuszczalnikiem parafiny, przy czym parafina jest jednym z głównych środków, które należy uwzględnić.

Odwadnianie rozpuszczalnikowe parafiny przeprowadza się głównie etanolem w seriach 30, 50, 70 i 95%.

Po tym procesie tkanki są przenoszone do środka odwadniającego rozpuszczalnik parafinowy. Te środki na ogół powodują, że tkanki stają się przezroczyste. Najczęstszymi środkami są ksylen i chloroform. W przypadku tych odczynników stosuje się również serie stężeń.

Infiltracja / zatopienie tkanek w parafinie

Operację tę przeprowadza się w celu zastąpienia pożywki odwadniającej pożywką do infiltracji / inkluzji. Daje to tkance wystarczającą sztywność do wykonywania cienkich i mocnych cięć, ze względu na tymczasowe stwardnienie tkanek i ubytków, które przedstawia. Najczęściej stosowanym materiałem jest parafina histologiczna.

Mikrotomia

Próbki zawarte w blokach parafinowych są cięte za pomocą mikrotomu, dzięki czemu cięcia są dostatecznie cienkie, aby można je było obserwować pod mikroskopem. Wszystkie struktury morfologiczne są zachowane po przecięciu w taki sposób, aby ułatwić badanie tkanki.

Ogólnie cięcia mają grubość od 1 do 30 mikronów. Istnieje kilka typów często używanych mikrotomów, w tym mikrotom stołowy, zamrażarka, kriostat, rotacja szkiełka i ultramikrotom. Część z nich posiada specjalistyczne diamentowe lub szklane ostrza.

Barwiący

Skrawki histologiczne są barwione, aby ułatwić obserwację i analizę różnych składników komórkowych.

Barwniki i techniki barwienia są stosowane w zależności od tego, które struktury mają być łatwiejsze do zaobserwowania. Barwniki najczęściej używane w botanice to safranina „O”, fast green FCF, hematoksylina, pomarańcza G, błękit anilinowy i błękit toluidynowy. Wybór jednego lub drugiego barwnika zależy od powinowactwa jonowego barwnika do barwionej struktury.

Można również użyć kontrastowych barwników, takich jak połączenie safraniny „O” i szybkiego zielonego FCF. Safranina barwi kutynę na czerwono, zdrewniałe ściany, jąderka, chromatynę i skondensowane taniny, a suberyna czerwono-brązowa. Podczas gdy FCF plami się, ściany celulozowe wyglądają na niebieskawe i fioletowo-zielony odcień cytoplazmy.

Z drugiej strony tkaniny barwione na niebiesko toluidyny mają zakres od ciemnoniebieskiego / czerwonawego do jasnoniebieskiego / różowego.

Testy histochemiczne

Testy histochemiczne służą do ujawnienia cząsteczek lub rodzin cząsteczek obecnych w badanej tkance i oceny ich rozmieszczenia w tkankach „in situ”.

Testy te można przeprowadzić, stosując reakcje chemiczne w celu wykrycia wolnych lub sprzężonych węglowodanów oraz enzymatyczne testy histochemiczne, w których komórkowa aktywność enzymatyczna jest wykrywana nawet po chemicznym utrwaleniu tkanki.

Końcowy produkt tego zestawu technik kończy się oceną wycinka histologicznego przygotowanego przy pomocy narzędzi mikroskopowych. Można stosować mikroskopy optyczne lub elektroniczne, zarówno skanujące, jak i transmisyjne. Wiele z tych postaci jest bardzo małych (ultrastrukturalnych lub mikromorfologicznych).

Inne techniki obejmują macerację tkanek roślinnych w celu oddzielenia ich składników i indywidualnej ich obserwacji. Przykładem tego jest maceracja tkanek, takich jak drewno, co ułatwia obserwację elementów tchawicy i innych struktur oraz dokonanie ich szczegółowej analizy.

Bibliografia

1. Beck, CB (2010). Wprowadzenie do budowy i rozwoju roślin: anatomia roślin w XXI wieku. Cambridge University Press.
2. Blanco, CA (red.). (2004). Ostrze: morfologia zewnętrzna i anatomia. Universidad Nac. Del Litoral.
3. Megías, M., Molist, P. i Pombal, M. (2017). Atlas histologii zwierząt i roślin. Chusteczki roślinne. Katedra Biologii Funkcjonalnej i Nauk o Zdrowiu. Wydział Biologii Uniwersytetu Vigo. Hiszpania. 12pp.
4. Osorio, JJ (2003). Mikroskopia zastosowana w botanice. Kurs teoretyczno-praktyczny. Akademicki Zakład Nauk Biologicznych. Autonomiczny Uniwersytet Juárez w Tabasco.
5. Raven, PH, Evert, RF i Eichhorn, SE (1992). Biologia roślin (tom 2). Odwróciłem się.
6. Sandoval, E. (2005). Techniki zastosowane w badaniach anatomii roślin (tom 38). UNAM.