EFFECT OF THE PERISTOMATAL RIM UPON STOMATAL MOVEMENTS IN POPULUS MEXICANA (SALICACEAE)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Light and scanning electron microscopy were used to study the stomatal complexes of Populus mexicana, which has xeromorphic leaf structure. In this poplar, the stomatal complexes are laterocytic and paracytic. The subsidiary cell walls form the peristomatal rim, which rests upon the outer tangential walls of the guard cells. To elucidate the function of the peristomatal rim, we applied modelling using the finite element method. The modelling has shown that the inner and the outer tangential walls of the guard cells bend outward when the stoma is opening. The peristomatal rim hinders the movements of the outer tangential walls of the guard cells. Due to the peristomatal rim, the open stomatal pore sinks deeper into the epidermis. It is narrower and better covered with the outer stomatal ledges, than the one in the stomatal complex without peristomatal rim. The probability of influence of stomatal mechanics in P. mexicana upon water losses during transpiration is under discussion.

About the authors

A. A. Pautov

St. Petrsburg State University

Author for correspondence.
Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

S. M. Bauer

St. Petrsburg State University

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

O. V. Ivanova

St. Petrsburg State University

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

E. G. Krylova

St. Petrsburg State University

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

Yu. O. Sapach

St. Petrsburg State University

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

A. N. Ivanova

St. Petrsburg State University; V.L. Komarov Botanical Institute RAS

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9; Russia, 197022, St. Petersburg, Prof. Popov Str., 2

O. V. Yakovleva

V.L. Komarov Botanical Institute RAS

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 197022, St. Petersburg, Prof. Popov Str., 2

G. R. Truchmanova

St. Petrsburg State University

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 199034, St. Petersburg, Universitetskaya Emb., 7–9

I. A. Pautova

V.L. Komarov Botanical Institute RAS

Email: a.pautov@spbu.ru
Russia, 197022, St. Petersburg, Prof. Popov Str., 2

References

  1. Ahmad K.J. 1962. Cuticular striations in Cestrum. – Curr. Sci. 31: 388–390.
  2. Akçin Ö.E., Şenel G., Akçin Y. 2013. Leaf epidermis morphology of some Onosma (Boraginaceae) species from Turkey. – Turk. J. Bot. 37: 55–64. https://doi.org/10.3906/bot-1202-33
  3. Bargel H., Koch K., Cerman Z., Neinhuis C. 2006. Structure-function relationships of the plant cuticle and cuticular waxes–a smart material? – Funct. Plant Biol. 33 (10): 893–910. https://doi.org/10.1071/FP06139
  4. Barthlott W., Neinhuis C. 1997. Purity of sacred lotus or escape from contamination in biological surfaces. – Planta. 202: 1–8. https://doi.org/10.1007/s004250050096
  5. Besschetnov P.P., Grudzinskaya L.M. 1981. Turangovye topolya Kazakhstana [Turanga Poplars of Kazakhstan]. Alma-Ata. Kazakhstan. 152 p. (In Russ.)
  6. Braybrook S.A. 2015. Measuring the elasticity of plant cells with atomic force microscopy. – In: Biophysical Methods in Cell Biology. 125: 237–254.
  7. Carter R., Woolfenden H., Baillie A., Amsbury S., Carroll S., Healicon E., Sovatzoglou S., Braybrook S., Gray J.E., Hobbs J., Morris R.J., Fleming A.J. 2017. Stomatal Opening Involves Polar, Not Radial, Stiffening Of Guard Cells. – Curr. Biol. 27: 2974–2983.
  8. Cheng P.C., Greyson R.I., Walden D.B. 1986. The anther cuticle of Zea mays. – Can. J. Bot. 64: 2088–2097. http://doi.org/10.1139/b86-274
  9. Deghan B. 1980. Application of epidermal morphology to taxonomic delimitations in the genus Jatropha L. (Euphorbiaceae). – Bot. J. Linn. Soc. 80: 257–278. https://doi.org/10.1111/j.1095-8339.1980.tb01989.x
  10. Felger R.S., Johnson M.B., Wilson M.F. 2001. The trees of Sonora, Mexico. Oxford. 296 p.
  11. Fontenelle G.B., Costa C.G., Machado R.D. 1994. Foliar anatomy and micromorphology of eleven species of Eugenia L. (Myrtaceae). – Bot. J. Linn. Soc. 116: 111–133. https://doi.org/10.1006/bojl.1994.1056
  12. Franks P.J., Cowan I.R., Farquhar G.D. 1998. A study of stomatal mechanics using the cell pressure probe. – Plant Cell Environ. 21: 94–100.
  13. Fung Y.C. 1993. Biomechanics: mechanical properties of living tissue. New York.
  14. Guttenberg H. 1959. Die physiologische Anatomie der Spaltöffnungen. – In: Handbuch der Pflanzenphysiologie. Encyclopedia of Plant Physiology. Vol. 17/1. Berlin, Heidelberg. P. 399–414. https://doi.org/10.1007/978-3-642-94755-1_18
  15. Klimko M., Truchan M. 2006. Morphological variability of the leaf epidermis in selected taxa of the genus Ficus L. (Moraceae) and its taxonomic implications. – Acta Soc. Bot. Pol. 75 (4): 309–324. http://dx.doi.org/10.5586/asbp.2006.038
  16. Kerp H. 1990. The study of fossil Gymnosperms by means of cuticular analysis. – Palaios. 5: 548–569.
  17. Koch K., Bhushan B., Barthlott W. 2009. Multifunctional surface structures of plants: an inspiration for biomimetics: invited review. – Prog. Mater. Sci. 54: 137–178. http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.07.003
  18. Komarov V.L. 1936. The Genus Populus. – In: Flora USSR. Vol. 5. Мoscow–Leningrad. P. 215–242 (In Russ.).
  19. Korovin E.P. 1934. Rastitel’nost’ Sredney Azii i Yuzhnogo Kazakhstana [Vegetation of Central Asia and Southern Kazakhstan]. Moscow, Tashkent. 480 p. (In Russ.).
  20. Kramer P.J., Kozlowski T.T. 1983. Physiology of woody plants. 462 p.
  21. Lawrence K.L. 2006. ANSYS workbench tutorial (ANSYS Release 10), SDC Publications, Schoroff Development Corporation.
  22. Madenci E., Guven I. 2006. The finite element method and applications in engineering using ANSYS. Springer Science+Business Media, LLC.
  23. Neinhuis C., Barthlott W. 1997. Characterization and distribution of water-repellent, self-cleaning plant surfaces. – Ann. Bot. 79: 667–677. https://doi.org/10.1006/anbo.1997.0400
  24. Pautov A., Bauer S., Ivanova O., Krylova E., Yakovleva O., Sapach Y., Pautova I.. 2021. Stomatal rings: Structure, functions and origin. – Bot. J. Linn. Soc. 195 (3): 357–379. https://doi.org/10.1093/botlinnean/boaa096
  25. Pautov A., Bauer S., Ivanova O., Krylova E., Yakovleva O.V., Sapach Yu., Pautova I. 2019. Influence of stomatal rings on movements of guard cells. – Trees – Structure and Function. 33 (5): 1459–1474. https://doi.org/10.1007/s00468-019-01873-y
  26. Pautov A.A., Sapach Yu.O., Truchmanova G.R., Yakovleva O.V., Krylova E.G., Pautova I.A. 2022. Structural diversity of stomatal rings and peristomatal rims. – Bot. Zhurn. 107 (9): 869–884 (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0006813622090083
  27. Pautov A.A., Yakovleva O.V., Gordienko Yu.V. 2003. On similarity of the leaf epidermis structure in Flacourtiaceae and Salicaceae. – Bot. Zhurn. 88 (2): 84–87 (In Russ.).
  28. Pautov A.A., Yakovleva O.V., Kolodyazhnyy S.F. 2002. Mikrorel’ef poverkhnosti list’ev u Populus (Salicaceae) [Microrelief of the leaf surface in Populus (Salicaceae)]. – Bot. Zhurn. 87 (1): 63–72 (In Russ.).
  29. Pautov A.A. 2002. Leaf structure in the evolution of poplars. Saint Petersburg. 164 p. (In Russ.).
  30. Roth-Nebelsick A., Fernández V., Peguero-Pina J.J., Sancho-Knapik D., Gil-Pelegrín E. 2013. Stomatal encryption by epicuticular waxes as a plastic trait modifying gas exchange in a Mediterranean evergreen species (Quercus coccifera L.). – Plant Cell Environ. 36 (3): 579–589. https://doi: 10.1111/j.1365-3040.2012.02597.x
  31. Srinual A., Thammathaworn A. 2008. Leaf Anatomy of Vatica L. (Dipterocarpaceae) in Thailand. – Nat. Hist. J. Chulalongkorn University. 8 (2): 121–134.
  32. Stace C.A. 1965. Cuticular studies as an aid to plant taxonomy. – Bull. Br. Mus. (Nat. Hist.). 4 (1): 1–78.
  33. Usmanov A.U. 1971. Populus [Topol’]. – In. Dendrologiya Uzbekistana [Dendrology of Uzbekistan]. Vol. 3. 263 p. (In Russ.).
  34. Vasilevskaya V.K. 1954. Formirovanie lista zasukhoustoychivykh rasteniy [Leaf formation in drought-resistant plants]. Ashgabat. 183 p. (In Russ.).
  35. Vasiliev B.R. 1988. Stroenie lista drevesnykh rasteniy razlichnykh klimaticheskikh zon [Leaf structure of the wood plants of different climatic zones]. Leningrad. 208 p. (In Russ.).
  36. Walter H. 1968. Die Vegetation der Erde in öko-physiologischer Betrachtung. Bd. 1. Die tropischen und subtropischen Zonen. Мoscow. 551 p. (In Russ.).
  37. Wiedemann P., Neinhuis C. 1998. Biomechanics of Isolated Plant Cuticles. – Botanica Acta. 111: 28–34.
  38. Wilkinson H.P. 1979. The plant surface (mainly leaf). – In: Anatomy of the dicotyledons. Ed. 2. Vol. I. Oxford. P. 97–117.
  39. Woolfenden H.C., Bourdais G., Kopischke M., Miedes E., Molina A., Robatzek S., Morris R.J. 2017. A computational approach for inferring the cell wall properties that govern guard cell dynamics. – The Plant Journal. 92: 5–18.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (3MB)
3.

Download (904KB)

Copyright (c) 2023 А.А. Паутов, С.М. Бауэр, О.В. Иванова, Е.Г. Крылова, Ю.О. Сапач, А.Н. Иванова, О.В. Яковлева, Г.Р. Трухманова, И.А. Паутова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».