TRACHEIDY: UMIESTNENIE, VLASTNOSTI A FUNKCIE - BIOLÓGIE

Tieto tracheid sú podlhovasté a na svojich koncoch priehlbín buniek, vaskulárne rastliny, fungujú ako vedenie pre transport vody a minerálnych solí sa rozpustí. Kontaktné plochy jamy medzi pármi tracheidov umožňujú priechod vody. Riadky tracheidov tvoria systém nepretržitého vedenia rastlín.

Keď dozrávajú tracheidy, sú to bunky s vysoko ligatívnymi bunkovými stenami, a preto tiež poskytujú štrukturálnu podporu. Cievne rastliny majú veľkú kapacitu na kontrolu obsahu vody vďaka držbe xylemu, ktorého súčasťou sú tracheidy.

Zdroj: Dr. phil.nat Thomas Geier, Fachgebiet Botanik der Forschungsanstalt Geisenheim.

Umiestnenie v závode

Rastliny majú tri základné typy tkanív: parenchým, s nešpecializovanými bunkami, s tenkými nelignifikovanými bunkovými membránami; kollenchyma s predĺženými podpornými bunkami, s nepravidelne zhrubnutými bunkovými stenami; a sklerenchým, s podpornými bunkami lignifikovanej bunkovej steny, zbavenými živých zložiek v dospelosti.

Sklerenchým môže byť mechanický, so skleridmi (kamenné bunky) a drevnými vláknami, alebo vodivý, s tracheidmi (bez perforácie, prítomné vo všetkých vaskulárnych rastlinách) a vodivými cievami (s perforáciami na ich koncoch, prevažne prítomnými v angiospermách). Tracheidy a prvky vodivých plavidiel sú mŕtve bunky.

Rastliny majú dva typy vodivého tkaniva: xylém, ktorý prenáša vodu a minerálne soli z pôdy; a phloem, ktorý distribuuje cukry produkované fotosyntézou.

Xylém a flom tvoria paralelné vaskulárne zväzky v kôre rastlín. Xylém je tvorený parenchýmom, drevnými vláknami a vodivým sklerenchýmom. Falom je tvorený živými cievnymi bunkami.

U niektorých stromov sa vyznačujú ročné prírastky, pretože tracheidy vytvorené na jar sú širšie ako tie, ktoré sa vytvorili v lete.

vlastnosti

Prierez bezfarebnou rastlinou (Sambucus sp.). Xylemové plavidlá a trachédia. Prevzaté a upravené: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Termín „tracheid“, ktorý v roku 1863 vytvoril Carl Sanio, sa vzťahuje na tvar pripomínajúci priedušnicu.

V papraďoch, cyklátoch a ihličnanoch sú tracheidy 1–7 mm. V angiospermách sú 1–2 mm alebo menej. Naproti tomu vodivé cievy (zložené z mnohých vodivých cievnych prvkov), jedinečné pre angiospermy, môžu byť dlhé až 1 000 mm.

Tracheálne bunky majú primárnu a sekundárnu bunkovú stenu. Sekundárna stena sa sekretuje po vytvorení primárnej steny. Prvý je preto vnútorný, pokiaľ ide o druhý.

Celulózové vlákna v primárnej bunkovej stene sú orientované náhodne, zatiaľ čo vlákna v sekundárnej bunkovej stene sú orientované špirálovito. Preto sa prvý z nich môže ľahšie rozťahovať s rastom bunky. To znamená, že druhá je prísnejšia.

Lignifikované bunkové steny tracheidov majú výrastky skalkovitých, prstencových, špirálovitých (alebo špirálových), sieťovaných alebo libriformných. Táto vlastnosť umožňuje identifikáciu druhov mikroskopickým pozorovaním.

Steny lignínu, nepriepustný materiál, bránia tracheidom a vodivým plavidlám strácať vodu alebo trpieť embóliou spôsobenou vstupom vzduchu.

Transportná funkcia

Takzvaná „kohézna teória“ je najviac akceptovaným vysvetlením pohybu vody a solí v roztoku v xyleme smerom nahor. Podľa tejto teórie by strata vody v dôsledku listovej transpirácie spôsobovala napätie v kvapalnom stĺpci, ktoré vedie od koreňov k vetvám a prechádza tracheidmi a vodivými plavidlami.

Strata vody pri transfúzii by mala tendenciu znižovať tlak v hornej časti rastlín, čo by spôsobovalo, že voda odoberaná z pôdy koreňmi stúpa cez xylemové kanály. Týmto spôsobom by sa potená voda nepretržite vymieňala.

To všetko by vyžadovalo dostatočné napätie, aby sa voda zvýšila, a kohézna sila v kvapalnom stĺpci podporovala uvedené napätie. Pre 100 metrov vysoký strom by sa vyžadoval tlakový gradient 0,2 bar / m pre celkovú kohéznu silu 20 bar. Experimentálne dôkazy naznačujú, že tieto podmienky sú svojou povahou splnené.

Tracheidy majú oveľa väčší vnútorný pomer povrchu k objemu ako prvky vodivých ciev. Z tohto dôvodu slúžia na ochranu rastlín pomocou adhézie proti gravitácii bez ohľadu na to, či je alebo nie je pot.

Mechanická funkcia

Lignifikácia tracheidov bráni ich implozi v dôsledku negatívnych hydrostatických tlakov xylému.

Toto ligovanie tiež spôsobuje, že tracheidy poskytujú väčšinu štrukturálnej podpory dreva. Čím väčšia je veľkosť rastlín, tým väčšia je potreba štrukturálnej podpory. Z tohto dôvodu je priemer tracheidov vo veľkých rastlinách zväčšený.

Tuhosť prierezov umožnila rastlinám získať vzpriamený pozemský zvyk. To viedlo k výskytu stromov a lesov.

Vo veľkých rastlinách majú tracheidy dvojitú funkciu. Prvým je privádzanie vody do listov (napríklad v malých rastlinách). Druhým je štrukturálne vystuženie lístia, aby odolalo pôsobeniu gravitácie, aj keď vystuženie znižuje hydraulickú účinnosť xylému.

V prostrediach vystavených silnému vetru alebo sneženiu, ako aj určitým architektúram rastlín, vyžadujú vetvy väčšiu odolnosť proti zlomeniu. Zvýšená ligácia dreva kvôli tracheidom môže zvýšiť životnosť drevnatých častí týchto rastlín.

vývoj

Vývojový proces tracheidov, ktorý trvá viac ako 400 miliónov rokov, je dobre zdokumentovaný, pretože tvrdosť týchto vaskulárnych buniek spôsobená lignáciou uprednostňuje ich zachovanie ako fosílnych palív.

Keď sa zemská flóra vyvinula v geologickom čase, tracheidy zažili dva adaptívne trendy. Po prvé, vznikli vodivé nádoby na zvýšenie účinnosti prepravy vody a živín. Po druhé, boli transformované na vlákna, aby poskytli štrukturálnu podporu väčším a väčším rastlinám.

Prvky vodivých ciev získavajú svoje charakteristické perforácie neskoro v priebehu ontogenézy. V počiatočných fázach ich vývoja pripomínajú tracheidy, z ktorých sa vyvinuli.

V živých a fosílnych gymonospermoch a v primitívnych dvojklíčnolistých jedincoch (Magnoliales) majú tracheidy jamy so skaliarnymi okrajmi. Počas evolúcie do vyspelejších skupín rastlín viedli k tracheidom so skalárnymi okrajmi tie s kruhovými okrajmi. Na druhej strane vznikli vlákna libriformné.

xylém

Xylém spolu s kvetom tvoria tkanivá, ktoré tvoria vaskulárny tkanivový systém vaskulárnych rastlín. Tento systém je pomerne zložitý a je zodpovedný za vedenie vody, minerálov a potravín.

Zatiaľ čo xylem prenáša vodu a minerály z koreňa do zvyšku rastliny, fenomén nesie živiny vytvorené počas fotosyntézy, z listov do zvyšku rastliny.

Xylém je v mnohých prípadoch tvorený dvoma typmi buniek: priedušnice považované za najprimitívnejšie a prvky plavidla. Najprimitívnejšie cievne rastliny však v xyleme predstavujú iba tracheidy.

Prúd vody cez tracheidy

Spôsob, akým sú tracheidy umiestnené v závode, je taký, že ich jamy sú dokonale zarovnané medzi susednými tracheidami, čo umožňuje ich tok v ľubovoľnom smere.

Niektoré druhy vykazujú zhustenie bunkovej steny na okrajoch jam, ktoré znižujú priemer ich otvorov, čím zosilňujú spojenie tracheidov a tiež znižujú množstvo vody a minerálov, ktoré nimi môžu prechádzať. Tieto typy jám sa nazývajú areolové jamy.

Niektoré druhy angiosperiem, ako aj ihličnanov, majú ďalší mechanizmus, ktorý umožňuje regulovať prietok vody cez jamy jamiek, ako je prítomnosť štruktúry nazývanej torus.

Torus nie je ničím iným ako zhrubnutím membrány jamy na úrovni jej centrálnej zóny a slúži ako regulačný ventil na prechod vody a minerálov medzi bunkami.

Ak je býk v strede jamy, je normálny prietok medzi tracheidami; ale ak sa membrána posúva smerom k jednej zo svojich strán, torus blokuje otvor jamy, čím sa obmedzuje prietok alebo úplne bráni.

Druhy jam

prostý

Na svojich okrajoch nepredstavujú zahusťovanie

areolated

Predstavujú zahusťovanie na okrajoch jamiek tracheidu a priľahlého tracheidu.

Semiareoladas

Okraje jamiek jednej bunky sú zhrubnuté, ale hrany susednej bunky nie sú.

Areoladas s býkom

Ako už bolo uvedené, ihličnany a niektoré angiospermy majú centrálny torus v areolátovej jame, ktorý pomáha regulovať tok vody a minerálov.

Slepý

Nakoniec sa priehlbina tracheidu nezhoduje s priepasťou susednej bunky, pre ktorú je v tejto oblasti prerušený tok vody a minerálov. V týchto prípadoch hovoríme o slepej alebo nefunkčnej jamke.

Tangenciálna časť mäkkého dreva z ihličnanov (Pinus sp.). Trachédia a iné štruktúry. Prevzaté a upravené: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

V telocvičniach

Gymnospermy z kmeňa Gnetophyta sa okrem iného vyznačujú tým, že predstavujú xylém tvorený tracheidmi a plavidlami alebo priedušnicami, ale zvyšné časti gymnosperiem majú ako vodivé prvky iba tracheidy.

Gymnospermy majú tendenciu mať dlhšie tracheidy ako angiospermy a majú tendenciu byť typu dvorca s torusom. Viac ako 90% hmotnosti a objemu sekundárneho xylénu ihličnanov je tvorených tracheidmi.

Tvorba tracheidov v sekundárnom xyleme ihličnanov sa vyskytuje z vaskulárneho kambia. Tento proces možno rozdeliť do štyroch fáz.

Bunkové delenie

Je to mitotické rozdelenie, v ktorom po jadrovom rozdelení na dve dcérske jadrá je prvou štruktúrou, ktorá sa tvorí, primárna stena.

Predĺženie buniek

Po úplnom delení buniek začína bunka narastať. Predtým, ako sa tento proces skončí, začína sa tvoriť sekundárna stena, ktorá začína od stredu bunky a zvyšuje sa smerom k vrcholu.

Depozícia celulózy

Celulózová a hemicelulózová matrica bunky je uložená v rôznych vrstvách.

drevnatenie

Celulózová a hemicelulózová matrica je impregnovaná lignínom a inými materiálmi podobnej povahy, čo predstavuje konečnú fázu maturačnej fázy tracheidov.

V angiospermách

Tracheidy sú prítomné v xyleme všetkých vaskulárnych rastlín, avšak v angiospermoch sú menej dôležité ako v gymnospermoch, pretože zdieľajú funkcie s inými štruktúrami, ktoré sú známe ako prvky ciev alebo priedušníc.

Tracheidy angiospermu sú kratšie a tenšie ako tracheidy gymnospermy a tiež nikdy nemajú býčie jámy.

Angiopermické priedušnice majú podobne ako priedušnice jamy vo svojich stenách, po dosiahnutí zrelosti zomierajú a strácajú protoplasty. Tieto bunky sú však kratšie a až 10-krát širšie ako tracheidy.

Priedušnice strácajú väčšinu svojej bunkovej steny vo svojich vrcholoch, zanechávajúc perforačné platne medzi susednými bunkami, čím vytvárajú spojité potrubie.

Tracheae dokáže prepravovať vodu a minerály oveľa rýchlejšie ako tracheidy. Tieto štruktúry sú však náchylnejšie na blokovanie vzduchovými bublinami. V zimnom období sú náchylnejšie na omrzliny.

Referencie

Beck, CB 2010. Úvod do štruktúry a vývoja rastlín - anatómia rastlín pre dvadsiate prvé storočie. Cambridge University Press, Cambridge.
Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. Biológia rastlín. WH Freeman, New York.
Gifford, EM, Foster, AS 1989. Morfológia a vývoj cievnych rastlín. WH Freeman, New York.
Mauseth, JD 2016. Botanika: úvod do rastlinnej biológie. Jones & Bartlett Learning, Burlington.
Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. Mechanické zosilnenie tracheidov ohrozuje hydraulickú účinnosť ihličnatého xylému. Plant, Cell and Environment, 29, 1618 - 1628.
Rudall, PJ Anatómia kvetinových rastlín - úvod do štruktúry a vývoja. Cambridge University Press, Cambridge.
Schooley, J. 1997. Úvod do botaniky. Delmar Publishers, Albany.
Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Veľkosť a funkcia v ihličnatých tracheidoch a plavidlách angiospermy. American Journal of Botany, 93, 1490 - 1500.
Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Úvodná biológia rastlín. McGraw-Hill, New York.
Willis, KJ, McElwain, JC 2001. Vývoj rastlín. Oxford University Press, Oxford.

TRACHEIDY: UMIESTNENIE, VLASTNOSTI A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026