لا تحتوي النباتات على هياكل عظمية مثل العديد من الحيوانات، وبدلاً من ذلك فإنّهم يستخدمون قساوة الخلايا داخل الأنسجة المعبأة والأنسجة الموصلة القوية للدعم، كما تعتمد النباتات الصغيرة (الأعشاب) على الخلايا في أنسجة الحشو تضغط على بعضها البعض لجعل معظم النبات ثابتًا (منتفخًا)، وهذا يعتمد على كمية جيدة من المياه تدخل جميع الخلايا وتنتقل من خلية إلى أخرى.
تشريح أنظمة الدعم الميكانيكي النباتات
1- خلايا الحمة
باستخدام خلايا رقيقة الجدران منتفخة أو متورمة (خلايا الحمة) حيث توجد هذه الخلايا في نقاط النمو والقشرة واللب البرانشيمي للعديد من النباتات، وهي تشكل الجزء الأكبر من العديد من النباتات النضرة وعلى سبيل المثال الصبار أوراق نبات رطية (Gasteria) ونبات الخريزة أو ساليكرنية (Salicornia) من المستنقعات المالحة وليثوبس (Lithops) من المناطق الصحراوية.
يعمل جدار الخلية كحاوية مرنة قليلاً حيث يتدفق ضغط السائل الداخلي إلى الخلية بحيث تصبح داعمة مثل الهواء في إطار سيارة منفوخ، وتعتمد خصائصه الداعمة على ضغط الماء لذلك يمكن أن يؤدي نقص المياه إلى فقدان الدعم والذبول، ويمكن دعم بعض الأعضاء الكبيرة إلى حد ما بواسطة هذا النظام ولكنها تعتمد عادةً على المساعدة الإضافية للأجهزة التي تقلل من فقد الماء مثل بشرة سميكة، وربما أيضًا جدران خارجية سميكة لخلايا البشرة والثغور المعدلة بشكل خاص، وللبشرة القوية أهمية خاصة لأنّها تعمل كحد أقصى بين الخلايا النباتية وفي الهواء.
يؤدي الانقسام في جلد الطماطم على سبيل المثال بسرعة إلى تشوه الفاكهة أو ينفتح بسرعة فيقطع في الورقة النضرة من كرسول أو كركب (Crassula) أو نبات الشيخة أو زهرة الشيخ (Senecio)، ولا تعتمد الكثير من النباتات على الخلية المنتفخة ومبدأ البشرة القوي فقط.
2- خلايا كولنشيميا
كل من نباتات أحادية الفلقة والنباتات ثنائية الفلقة لديهما ألياف مطورة وممدودة وسميكة الجدران في أماكن مناسبة والتي تساعد في الدعم الميكانيكي، وبدلاً من ذلك لديهم خلايا نسيج متطاولة سميكة الجدران بشكل خاص (تسمى أحيانًا بروزينشيما)، أو في تلك الأجزاء الأولية من الجذع حيث يستمر النمو في الطول وقد توجد خلايا كولنشيميا.
على الرغم من وجود عدد قليل فقط من الطرق الشائعة التي يتم من خلالها ترتيب الخلايا الداعمة الميكانيكية المتخصصة في الجذع أو الورقة أو الجذر، إلّا إنّ الاختلافات في هذه الموضوعات هي ذات أهمية خاصة لأولئك الذين يتعين عليهم تحديد أجزاء صغيرة من النباتات أو إجراء مقارنة دراسات تصنيفية، ومن الواضح أنّه لكي يكون النظام الميكانيكي فعالًا يجب أن يكون اقتصاديًا في المواد ويجب ألّا يتم ترتيب الخلايا بطريقة تعيق أو تعرقل الوظائف الفسيولوجية الأساسية للأعضاء.
تتطور الأنظمة الميكانيكية مع النمو المبكر للشتلات، ففي حين أنّ الخلايا المنتفخة هي الوسيلة الوحيدة للدعم في البداية، فقد تتأسس خلايا كولنشيميا بسرعة لا سيما في النباتات ثنائية الفلقة، حيث يتركز هذا النسيج في الجزء الخارجي من القشرة وغالبًا ما يرتبط بالجانب الأوسط لشفرة الورقة والسويقة، والكولنشيميا هو في الأساس نسيج مقوي للأعضاء الأولية أو تلك التي تمر بمرحلة نموها في الطول، وتحتوي الخلايا المكونة لهذا النسيج على جدران سليلوزية سميكة عند زواياها وهي غنية بالبكتين وغالبًا ما توجد مع البلاستيدات الخضراء في البروتوبلاستيدات الحية.
3- نسيج الخشب
في بعض الأحيان يتم توفير الدعم الميكانيكي الآخر الوحيد من خلال الخشب (نسيج الخشب) المكون من القصيبات (عناصر القصبة الهوائية غير المثقوبة أي الخلايا ذات غشاء الحفرة السليمة بينها وبين العناصر المجاورة من نظام الأوعية الدموية)، وكما هو الحال في معظم عاريات البذور أو القصيبات أو الأوعية (سلسلة تشبه الأنبوب من عناصر الوعاء أو أعضاء ذات جدران نهائية مثقبة حيث عناصر الوعاء هي مكونات الخلية الفردية للوعاء وذات الجدران الطرفية المثقبة) وألياف نسيج الخشب من كاسيات البذور.
ومع ذلك هناك أيضًا ألياف خارج نسيج الخشب -ألياف خشب إظافية (extraxylary fibres)- مرتبة في خيوط أو أسطوانة كاملة، كما هو الحال في نبات العيهونأو اللقلقي (Pelargonium) والتي يمكن أن تعطي قوة كبيرة للنباتات العشبية وخاصة في نباتات وحيدة الفلقة في سيقانها وأوراقها.
4- الألياف في النباتات
الألياف الطويلة وبجدرانها المصنوعة من السليلوز واللجنين ليست مرنة جدًا ولا تتمدد بسهولة كما هو الحال مع خلايا كولنشيميا، وبالتالي غالبًا ما يتم العثور عليها بشكل كامل في تلك الأجزاء من الأعضاء التي توقفت عن النمو في الطول، وفي الورقة تعمل الألياف عادة على تقوية الهوامش مثل نبات الأغاف(Agave) وتوجد كعوارض أو أغطية مرتبطة بحزم وعائية.
أمّا في الجذع يمكن أن تعمل الخيوط المجاورة للبشرة مثل قضبان التسليح الحديدية أو الفولاذية في الخرسانة المسلحة، إلى جانب الخطوط العريضة المضلعة التي غالبًا ما تمنحها إلى قسم الجذع فإنّها تنتج نظامًا صارمًا ومرنًا مع الاقتصاد في استخدام مادة التقوية.
من المعروف أنّ الأنابيب تقاوم الانحناء بشكل أكثر فاعلية من القضبان الصلبة ذات القطر المماثل، وكما أنّها تستخدم مواد أقل بكثير من القضيب الصلب، وليس من المستغرب إذن أن تحدث أنابيب أو أسطوانات من الألياف بشكل شائع في سيقان النبات، وقد تكون بجوار السطح أو في القشرة المخية أو قد تظهر على شكل طبقات قليلة من الخلايا توحد حلقة خارجية من الحزم الوعائية.
كما يجب الإشارة هنا إلى أنّه في بعض السيقان نباتات أحادية الفلقة يمكن وضع الحزم الوعائية الفردية المنتشرة في جميع أنحاء الجذع في أسطوانة قوية من الألياف والتي تشكل غمدًا حزمة، ثم تعمل كل حزمة بالإضافة إلى غلافها كقضيب تقوية يتم وضعه في مصفوفة من الخلايا البرنشيمية ومع مركز خلية غربال بحيث تعمل الوحدة بأكملها كأسطوانة مجوفة بأقصى قدر من الكفاءة في النقل والقوة.
غالبًا ما ترتبط الألياف أو الصلبة في أوراق النباتات ثنائية الفلقة أيضًا بترتيب الأوردة في الصفيحة وآثار الأوعية الدموية سويقات، ويسمح تركيز القوة في أسطوانة أو حبلًا موضوعة بشكل مركزي تقريبًا في السويقة بحدوث انحناء أو التواء كبير أثناء تحريك الريح لشفرة الورقة دون حدوث تلف للأنسجة الموصلة الرقيقة، وقد تحتوي السيقان الأولية ثنائية الفلقة على خيوط في القشرة واللحاء.
كما يجب أن تقاوم الجذور الجوفية لكل من نباتات أحادية الفلقة و نباتات ثنائية الفلقة قوى وضغوط مختلفة من تلك المفروضة على السيقان الهوائية أي التوترات أو قوى السحب على عكس قوى الانحناء، ويعطي تركيز تقوية الخلايا بالقرب من مركز الجذر خصائص تشبه الحبل.
