Anatomia da folha
Os três sistemas de tecidos descritos no ponto «Tecidos vegetais» estão também presentes na folha[1]:
- Tecido dérmico – epiderme;
- Tecido vascular – feixes vasculares (nervuras);
- Tecido fundamental – situado no mesofilo, i.e., na parte da folha entre as duas epidermes.
A anatomia da folha é francamente mais diversa do que a da raiz e do caule. As características anatómicas foliares dos principais grupos de plantas com semente estão resumidas na Chave dicotómica 1.
Crescimento, desenvolvimento e senescência da folha
As primeiras folhas – os cotilédones e as folhas primordiais – têm origem no desenvolvimento embrionário. A vasta maioria das folhas, porém, é gerada de novo nos meristemas apicais caulinares (MAC) durante a vida da planta. Estas emergem como pequenas projeções cónicas ou laterais — os primórdios (ou esboços) foliares — segregadas nos flancos do MAC, enquanto este prossegue o seu crescimento e diferenciação axial.
Ao contrário da raiz e do caule, que possuem crescimento indeterminado, a folha apresenta um crescimento determinado (cessa ao atingir a maturidade). Nas angiospérmicas, este crescimento tem um carácter mais difuso, ocorrendo pela intervenção simultânea ou sequencial de vários tipos de meristemas foliares que, salvo raras exceções, se extinguem na folha madura (Khan, 2002).
A diferenciação das folhas tem início em divisões periclinais de um pequeno grupo de células localizado na camada ou nas camadas mais externas do MAC. Embora a organogénese foliar seja complexa, estudos em Arabidopsis thaliana (Brassicaceae) indicam que cedo se diferencia um meristema intercalar na junção entre o futuro pecíolo e o limbo (Ichihashi & Tsukaya, 2015). Os meristemas intercalares das folhas (leaf intercalary meristems) são funcionais durante muito mais tempo nas poáceas do que nas ‘dicotiledóneas’, tendo, por essa razão, folhas lineares (v. «Desenvolvimento e arquitetura das gramíneas»). A extensão lateral da folha faz-se, em grande parte, por intermédio dos meristemas marginais da folha (leaf marginal meristems), com maior expressão nas folhas de limbo largo. Nas folhas pecioladas, o crescimento em largura é precocemente suprimido na zona do pecíolo. De modo geral, a divisão celular cessa antes da expansão final: quase todas as células estão formadas antes da folha se expandir para fora da gema, sendo as células do ápice cronologicamente mais velhas do que as da base (Evert et al., 2006).
Nas plantas decíduas, a senescência foliar envolve a formação prévia de uma «Zona de abscisão» na base do pecíolo. Nas plantas de folha caduca, a ativação da zona de abscisão é síncrona e responde a sinais ambientais sazonais (e.g., fotoperíodo) (v. «Duração da folha»). Nas plantas de folha persistente, embora o mecanismo anatómico seja idêntico, a abscisão ocorre de forma assíncrona e gradual: cada folha é descartada individualmente ao atingir a senescência ou quando a sua eficiência fotossintética diminui (e.g., por sombreamento).
Epiderme
A epiderme corresponde à camada celular mais externa das folhas e das raízes e caules primários. Nas espécies xeromórficas (com adaptações à secura edáfica) desenvolve-se, frequentemente, uma epiderme com mais de uma célula de espessura (epiderme multisseriada) (Figura 106) ou, por debaixo da epiderme, uma hipoderme com uma ou mais camadas ordenadas de células não fotossintéticas, de paredes espessadas.
A morfologia das células epidérmicas foliares é bastante variável. Nas poáceas (gramíneas), estas células são tipicamente alongadas paralelamente aos feixes vasculares e, por conseguinte, ao eixo maior da folha. Ainda neste grupo, na face adaxial (página superior), as células epidérmicas típicas são frequentemente intercaladas por células de grandes dimensões, com paredes delgadas e um vacúolo voluminoso – as células buliformes (= células motoras; bulliform cells). Estas desempenham um papel crucial no enrolamento foliar quando a absorção radicular é incapaz de compensar as perdas de água por transpiração (Figura 108). Este enrolamento (involução) constitui um mecanismo evolutivo elegante e eficaz para reduzir a superfície foliar exposta e, consequentemente, as perdas de água. Na epiderme das poáceas é também frequente a deposição de corpos de sílica (fitólitos) (v. «Célula vegetal»)
À semelhança do caule primário, a epiderme foliar está recoberta por uma cutícula de natureza lipídica (cutia), geralmente mais espessa na face adaxial, sendo esta camada contínua interrompida pelos ostíolos dos estomas e vários outros tipos de estruturas.
Os estomas (stoma, pl. stomata) são pequenos poros (ostíolos) que pontuam a epiderme, marginados por duas células-guarda de geometria variável (abrem e fecham o poro), de núcleo proeminente e ricas em cloroplastos, com uma parede celular desigualmente espessada, reniformes (em forma de rim) na maior parte das plantas, ou halteriformes (em forma de haltere) nas gramíneas e ciperáceas (Figura 107). As células em contacto com as células-guarda têm um papel importante na sua fisiologia, sendo designadas por células subsidiárias (= células anexas; subsidiary cells).
O conjunto «estoma + células subsidiárias» constitui o complexo estomático (= aparelho estomático). A disposição espacial destes tipos celulares deu origem a uma complexa tipologia estomática (e.g., anomocítico, anisocítico, paracítico) que não cabe aqui desenvolver. Subjacente ao ostíolo, mergulhada no mesofilo da folha, situa-se uma câmara subestomática (substomatal chamber).
Os estomas são os principais reguladores das trocas gasosas (CO₂, O₂ e vapor de água) com o exterior. Ocorrem predominantemente nas folhas, mas também nos caules primários e em algumas peças florais. Nas folhas dorsiventrais, os estomas concentram-se tipicamente na face abaxial (folhas hipoestomáticas), podendo também estar presentes em ambas as faces (folhas anfiestomáticas). Nas plantas aquáticas com folhas flutuantes (e.g., nenúfares), os estomas restringem-se à face adaxial (folhas epiestomáticas).
Em muitas espécies xeromórficas — e.g., na oliveira ou no loendro (Nerium oleander, Apocynaceae) —, os estomas encontram-se abrigados em invaginações da epiderme inferior denominadas criptas estomáticas. Estas cavidades são frequentemente revestidas por tricomas (pelos) que retêm uma camada de ar imóvel e húmido, reduzindo significativamente as perdas de água por transpiração (Figura 106). Em contrapartida, as criptas aumentam a resistência à difusão do CO₂ e, por essa via, podem diminuir a taxa fotossintética.
Para além dos estomas, a epiderme foliar alberga muitas outras estruturas; e.g., nectários (v. «Nectários florais e osmóforos»), hidátodos e nectários extraflorais (v. «Hidátodos, nectários extraflorais e corpos nutritivos»), bem como tricomas e outras emergências (v. «Emergências. Indumento»).
Mesofilo
O mesofilo da folha corresponde ao tecido fundamental situado entre a epiderme da face adaxial (página superior) e a epiderme da face abaxial (página inferior). Nas folhas dorsiventrais, o mesofilo é heterogéneo, apresentando dois tipos distintos de clorênquima: (i) o parênquima em paliçada e (ii) o parênquima lacunoso (Figura 109).
O parênquima (ou clorênquima) em paliçada (palisade parenchyma) localiza-se imediatamente abaixo da epiderme superior. É constituído por células cilíndricas, com abundantes cloroplastos, dispostas numa espécie de muralha (paliçada) compacta, com uma ou mais células de espessura, de eixo maior perpendicular à superfície da folha. O verde mais escuro que caracteriza a página superior das folhas dorsiventrais deve-se à elevada densidade de cloroplastos no parênquima em paliçada.
O parênquima (ou clorênquima) lacunoso (ou esponjoso; spongy parenchyma) tem uma posição abaxial. As suas células têm uma forma variada tendencialmente isodiamétrica, parede celular delgada, menos cloroplastos do que as células do parênquima em paliçada. Dispõem-se irregularmente, criando abundantes espaços intercelulares interconectados (lacunas), alguns dos quais comunicam diretamente com o exterior através da câmara subestomática e dos ostíolos dos estomas. As lacunas têm a função óbvia de facilitar as trocas gasosas nas células fotossintéticas.
Nas ‘dicotiledóneas’ de folhas isobilaterais, o mesofilo apresenta-se preenchido por parênquima em paliçada junto a ambas as epidermes, estando o parênquima lacunoso ausente ou reduzido a uma faixa estreita no centro da folha (Moreira, 2010). Esta condição – mesofilo isobilateral – é muito frequente em plantas xeromórficas (e.g., folhas adultas de eucalipto), permitindo a captação de luz em ambas as faces da folha, que frequentemente assume uma orientação vertical.
As folhas das monocotiledóneas apresentam diferenças anatómicas notáveis em relação às folhas dorsiventrais das ‘dicotiledóneas’. A densidade estomática nas páginas superior e inferior é geralmente similar (folhas anfiestomáticas). Na maioria das espécies, incluindo as gramíneas (Poaceae), o mesofilo é homogéneo; encontra-se preenchido por um clorênquima compacto, constituído por células mais ou menos isodiamétricas de paredes lobadas, frequentemente reforçado com fibras de esclerênquima associadas aos feixes vasculares (Figura 108). O género Allium (Amaryllidaceae; e.g., cebola e alho) constitui uma exceção, apresentando um mesofilo heterogéneo com diferenciação em parênquimas lacunoso e em paliçada.
As folhas das gimnospérmicas e das angiospérmicas apresentam uma organização anatómica distinta. Em regra, as folhas das gimnospérmicas apresentam maior proporção de esclerênquima. Contudo, a organização anatómica foliar neste grupo é bastante diversa. Em muitos clados, o mesofilo apresenta-se claramente diferenciado em parênquima em paliçada e parênquima esponjoso, caracterizando folhas dorsiventrais de mesofilo heterogéneo (condição comum em Cycas, Gnetum e em várias coníferas de folha laminar, como Taxus e Abies). Em contrapartida, noutros géneros, o mesofilo é homogéneo. O exemplo mais notável é o das agulhas de Pinus (pinheiros), com um mesofilo não diferenciado, preenchido por um parênquima compacto de células com paredes invaginadas (Pant, 2002). Nestas folhas aciculares, os feixes vasculares estão caracteristicamente envolvidos por uma espessa camada de tecido de transfusão (transfusion tissue). Este tecido parenquimatoso, percorrido por traqueídos curtos de parede espessa e por células albuminosas, desempenha o papel crucial de facilitar o transporte de água e solutos entre os feixes vasculares centrais e o parênquima clorofilino envolvente (Hu & Yao, 1981).
Adicionalmente, o mesofilo pode albergar estruturas especializadas. As folhas de Euphorbia (Euphorbiaceae) e de Ficus (Moraceae), entre outros géneros produtores de látex, são percorridas por uma rede de laticíferos. De igual modo, muitas mirtáceas (e.g., eucaliptos), hipericáceas (e.g., Hypericum) e rutáceas (e.g., citrinos do género Citrus) apresentam cavidades ou glândulas secretoras de óleos essenciais imersas no mesofilo foliar, facilmente visíveis a olho nu quando a folha é observada a contraluz (pontuações translúcidas) (Figura 111).
Feixes vasculares
Os feixes vasculares foliares são colaterais, com xilema adaxial e floema abaxial. A ocorrência de feixes bicolaterais ou concêntricos (anficrivais ou anfivasais) na folha é muito rara. Nas folhas pecioladas, o pecíolo recebe diretamente do caule um grande feixe vascular colateral fechado (traço foliar), frequentemente coadjuvado por outros feixes análogos de menor calibre. Esta estrutura básica mantém-se no limbo, onde, por norma, existe apenas um feixe vascular por nervura. À medida que a ramificação avança para as nervuras terminais (vénulas), os feixes vasculares simplificam-se drasticamente, reduzindo-se, muitas vezes, a um xilema formado apenas por traqueídos e a um floema rudimentar (Dickison, 2000).
O crescimento secundário é infrequente nas folhas. A existir, restringe-se ao pecíolo e a uma porção variável da nervura principal. Nestes casos, observa-se a diferenciação de um câmbio vascular e a consequente produção de tecido vascular secundário, num processo análogo ao do caule e da raiz (Figura 110). As folhas que apresentam crescimento secundário adquirem, necessariamente, maior rigidez estrutural no pecíolo e na nervura primária, sendo este um traço comum em muitas espécies esclerofilas, como o azevinho (Ilex aquifolium, Aquifoliaceae).
Pela simples observação de cortes foliares transversais, constata-se que os feixes vasculares ocupam uma posição mediana no mesofilo do limbo foliar. Nas eudicotiledóneas com mesofilo heterogéneo, progridem tipicamente no limite entre o parênquima em paliçada e o parênquima lacunoso; nas monocotiledóneas, encontram-se imersos no clorênquima homogéneo.
Nas angiospérmicas, é comum observar-se uma bainha parenquimatosa compacta — a bainha do feixe (bundle sheath) —, com uma ou duas camadas de células de espessura, a envolver radialmente as nervuras mais finas. Frequentemente, esta estrutura prolonga-se em direção a uma ou ambas as epidermes, formando extensões da bainha do feixe (bundle sheath extensions), com a função de abastecer as células da epiderme com água (Esau cit. (Brandão Oliveira, 2011)). A anatomia e a função da bainha do feixe apresentam diferenças fundamentais entre as plantas de metabolismo C3 e C4 (v.i.).
Em muitas espécies, a rigidez do limbo foliar não depende apenas da turgência celular, sendo conferida por feixes longitudinais de tecidos mecânicos (colênquima e/ou esclerênquima). Estes feixes de suporte localizam-se frequentemente na margem das folhas ou associados aos feixes vasculares, formando calotes. As nervuras principais são, naturalmente, mais espessas e apresentam um reforço mecânico significativamente maior do que as nervuras secundárias (Figura 110). A disposição espacial destes tecidos de suporte, em particular a distribuição dos cordões de esclerênquima, possui um elevado valor taxonómico na identificação de alguns géneros de gramíneas, como é o caso do género Festuca (Poaceae).
Anatomia de Kranz
Reconhecem-se três tipos de metabolismo fotossintético nas plantas terrestres: C3, C4 e metabolismo ácido das crassuláceas (= plantas CAM) (A. Teixeira & Ricardo, 1993). As designações C3 e C4 referem-se ao número de átomos de carbono do primeiro produto estável da fixação biológica do CO₂. Nas plantas C3, o CO₂ é fixado diretamente nas células do mesofilo foliar pela enzima mais abundante do planeta, a ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase (vulgarmente conhecida pelo acrónimo Rubisco), produzindo-se uma molécula de três átomos de carbono. Nas plantas C4, o processo é espacialmente separado numa estrita divisão de trabalho: as células do mesofilo não realizam as reações de fixação de carbono "normais" do processo fotossintético (ciclo de Calvin), atuando como bombas de captação de CO₂ através da enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEP carboxilase), formando um ácido de quatro carbonos (malato). Este ácido é depois transportado para as células da bainha do feixe (bainha de Kranz). O ácido C4 é descarboxilado nestas células — onde a Rubisco se encontra confinada — e o CO₂ (agora altamente concentrado) utilizado no ciclo de Calvin-Benson para a produção de açúcares (Taiz et al., 2015).
As fisiologias C3 e C4 têm uma tradução anatómica. Salvo raras exceções (e.g., muitas Chenopodiaceae C4), as folhas das plantas C4 têm dois tipos de células fotossintéticas: as células do mesofilo e as células de Kranz (Kranz cells) (Sage et al., 2011). As células da bainha de Kranz sobressaem pelas suas dimensões; possuem paredes frequentemente mais espessas e contêm abundantes grânulos de amido e numerosos cloroplastos (frequentemente maiores e com ultraestrutura especializada). Estas células envolvem radialmente os feixes vasculares, mesmo nas nervuras de ordem superior, desenhando uma bainha compacta unicelular (ou com duas camadas em certas monocotiledóneas). Por sua vez, as células do parênquima do mesofilo dispõem-se de forma radiada, em coroa, em torno da bainha de Kranz (Figuras 108 e 113).
Em contraste, nas plantas C3, as células parenquimatosas que embainham os feixes vasculares desempenham um papel menor na fotossíntese (podendo nem possuir clorofila) e não se observa a orientação concêntrica rigorosa das células do mesofilo. Devido à necessidade de transporte intercelular rápido de metabolitos na via C4, a densidade de nervuras foliares é significativamente superior nestas plantas; consequentemente, a razão «número de células do mesofilo / número de células da bainha» é muito mais baixa do que nas C3 (Ueno et al., 2006).
Atualmente, há um enorme entusiasmo em torno da introdução biotecnológica da fisiologia C4 em plantas cultivadas C3, sobretudo no arroz, um feito cujos ganhos de produtividade poderiam atingir 50% (Hibberd et al., 2008). Embora já tenha sido conseguida, em laboratório, a transferência e a expressão dos genes das principais enzimas de que depende a fotossíntese C4, a transição plena esbarra num obstáculo morfológico. Curiosamente, a maior dificuldade na obtenção de plantas de arroz C4 eficientes reside na replicação — ainda não conseguida — das estruturas anatómicas próprias destas plantas, nomeadamente o adensamento da rede de nervuras foliares e o desenvolvimento da bainha de Kranz. Ainda assim, admite-se que a obtenção biotecnológica de estádios evolutivos intermédios (plantas C3-C4) possa conferir ganhos notáveis de eficiência no uso da água e de tolerância ao calor (Furbank et al., 2023). A evolução da fotossíntese em C4 é discutida no volume II.
[1] Este ponto concentra-se no nomofilo. A anatomia da folha modificada pode ser explorada nos livros texto adiante citados.