ТРАХЕИДЫ: РАСПОЛОЖЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ

В трахеидах удлинены и на их концах котлованов клеток, сосудистые растения, функционируют в качестве каналов для транспортировки воды и минеральных солей растворяют. Контактные участки ямки между парами трахеид пропускают воду. Ряды трахеид образуют непрерывную проводящую систему через растения.

По мере созревания трахеиды становятся клетками с сильно лигнифицированными клеточными стенками, поэтому они также обеспечивают структурную поддержку. Сосудистые растения обладают большой способностью контролировать содержание воды благодаря наличию ксилемы, частью которой являются трахеиды.

Источник: доктор филологических наук Томас Гейер, Fachgebiet Botanik der Forschungsanstalt Geisenheim.

Расположение на заводе

У растений есть три основных типа тканей: паренхима с неспециализированными клетками, с тонкими, нелигнифицированными клеточными мембранами; колленхима с удлиненными опорными клетками, с неравномерно утолщенными клеточными стенками; и склеренхима с одревесневшими опорными клетками клеточной стенки, лишенными живых компонентов в зрелом возрасте.

Склеренхима может быть механической, со склероидами (каменными клетками) и древесными волокнами, или проводящей, с трахеидами (без перфораций, есть у всех сосудистых растений) и проводящими сосудами (с перфорациями на концах, присутствующими в основном у покрытосеменных). Трахеиды и элементы проводящих сосудов - мертвые клетки.

У растений есть два типа проводящей ткани: ксилема, переносящая воду и минеральные соли из почвы; и флоэма, которая распределяет сахара, произведенные фотосинтезом.

Ксилема и флоэма образуют в коре растения параллельные сосудистые пучки. Ксилема состоит из паренхимы, древесных волокон и проводящей склеренхимы. Флоэма состоит из живых сосудистых клеток.

У некоторых деревьев годичные кольца роста выделяются, потому что трахеиды, образующиеся весной, шире, чем образовавшиеся летом.

характеристики

Поперечный разрез растения бузины (Sambucus sp.). Ксилемные сосуды и трахедии. Взято и отредактировано: Библиотека изображений Bioscience Community College Berkshire.

Термин «трахеида», введенный Карлом Санио в 1863 году, относится к форме, напоминающей трахею.

У папоротников, саговников и хвойных деревьев трахеиды составляют 1–7 мм. У покрытосеменных они 1–2 мм и менее. Напротив, проводящие сосуды (состоящие из множества проводящих сосудистых элементов), уникальные для покрытосеменных, могут иметь длину около 1000 мм.

Клетки трахеиды имеют первичную и вторичную клеточную стенку. Вторичная стенка выделяется после того, как первичная стенка сформировалась. Следовательно, первое является внутренним по отношению ко второму.

Волокна целлюлозы в первичной клеточной стенке ориентированы случайным образом, а волокна вторичной клеточной стенки ориентированы по спирали. Следовательно, первые легче растягиваются по мере роста клетки. То есть второй более жесткий.

Стенки одревесневших клеток трахеид имеют скалярные, кольцевые, спиральные (или спиральные), сетчатые или либриформные выступы. Эта характеристика позволяет идентифицировать виды под микроскопом.

Стенки лигнина, водостойкий материал, предотвращают потерю воды в трахеидах и проводящих сосудах и предотвращают эмболию, вызванную попаданием воздуха.

Транспортная функция

Так называемая «теория когезии» - наиболее распространенное объяснение восходящего движения воды и солей в растворе в ксилеме. Согласно этой теории, потеря воды из-за транспирации листвы вызовет напряжение в столбе жидкости, который идет от корней к ветвям, пересекая трахеиды и проводящие сосуды.

Потеря воды из-за транспирации приведет к снижению давления в верхней части растений, заставляя воду, забираемую корнями из почвы, подниматься по каналам ксилемы. Таким образом, вспотевшая вода будет постоянно заменяться.

Все это потребует достаточного натяжения, чтобы вода поднялась, и чтобы сила сцепления в столбе жидкости поддерживала это натяжение. Для дерева высотой 100 м потребуется градиент давления 0,2 бар / м для общей силы сцепления 20 бар. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что эти условия выполняются в природе.

Трахеиды имеют гораздо большее отношение внутренней поверхности к объему, чем элементы проводящих сосудов. По этой причине они служат для сохранения за счет адгезии воды в растении против силы тяжести, независимо от того, есть ли потоотделение или нет.

Механическая функция

Одревеснение трахеид предотвращает их сжатие из-за отрицательного гидростатического давления ксилемы.

Это лигнификация также заставляет трахеиды обеспечивать большую часть структурной поддержки древесины. Чем больше размер растений, тем больше потребность в опоре конструкции. По этой причине диаметр трахеид у крупных растений обычно больше.

Жесткость трахеид позволила растениям приобрести прямостоячий наземный вид. Это привело к появлению деревьев и лесов.

У крупных растений трахеиды выполняют двойную функцию. Первый - подвести воду к листве (например, у небольших растений). Во-вторых, структурно укрепить листву, чтобы противостоять действию силы тяжести, даже если это укрепление снижает гидравлическую эффективность ксилемы.

Окружающая среда, подверженная сильным ветрам или снегопаду, а также определенная архитектура растений требуют от ветвей большей устойчивости к разрушению. Повышенное одревеснение древесины за счет трахеидов может способствовать долголетию древесных частей этих растений.

эволюция

Эволюционный процесс трахеид, охватывающий более 400 миллионов лет, хорошо задокументирован, поскольку твердость этих сосудистых клеток, вызванная одревесневением, способствует их сохранению в виде окаменелостей.

Поскольку наземная флора эволюционировала в геологическое время, трахеиды испытали две тенденции к адаптации. Во-первых, они дали начало проводящим сосудам для повышения эффективности транспорта воды и питательных веществ. Во-вторых, они были преобразованы в волокна, чтобы обеспечить структурную поддержку все более и более крупным растениям.

Элементы проводящих сосудов приобретают характерную перфорацию на поздних этапах онтогенеза. На ранних стадиях своего развития они напоминают трахеиды, от которых произошли.

У ископаемых и живых гимоносеменных растений, а также у примитивных двудольных (Magnoliales) трахеиды имеют ямки со скалярными краями. В ходе эволюции к более развитым группам растений трахеиды со скалярными краями дали начало таковым с круглыми краями. В свою очередь, последние дали начало волокнам либриформ.

Ксилема

Ксилема вместе с флоэмой составляют ткани, составляющие систему сосудистых тканей сосудистых растений. Эта система довольно сложна и отвечает за отвод воды, минералов и пищи.

В то время как ксилема переносит воду и минералы от корня к остальным частям растения, флоэма переносит питательные вещества, полученные во время фотосинтеза, от листьев к остальным частям растения.

Ксилема во многих случаях состоит из клеток двух типов: трахеид, считающихся наиболее примитивными, и элементов сосуда. Однако у наиболее примитивных сосудистых растений в ксилеме присутствуют только трахеиды.

Поток воды через трахеиды

Расположение трахеидов внутри растения таково, что их углубления идеально выровнены между соседними трахеидами, что позволяет течь между ними в любом направлении.

У некоторых видов наблюдается утолщение клеточной стенки по краям ямок, что уменьшает диаметр их отверстия, тем самым усиливая соединение трахеид, а также уменьшая количество воды и минералов, которые могут проходить через них. Эти типы ямок называются ареолами.

Некоторые виды покрытосеменных, а также хвойные имеют дополнительный механизм, позволяющий регулировать поток воды через ареолные ямки, например наличие структуры, называемой тором.

Тор - это не что иное, как утолщение мембраны ямы на уровне ее центральной части, которое действует как регулирующий клапан для прохождения воды и минералов между ячейками.

Когда бык находится в центре ямы, поток между трахеидами нормальный; но если мембрана движется к одной из своих сторон, тор блокирует отверстие в яме, уменьшая поток или полностью перекрывая его.

Виды ям

просто

У них нет утолщений по краям

Ареолированный

Они представляют собой утолщения по краям ямок как трахеиды, так и прилегающей трахеиды.

Semiareoladas

Края ямок одной ячейки утолщены, а у соседней - нет.

Ареолы с быком

Как уже упоминалось, у хвойных деревьев и некоторых покрытосеменных есть центральный тор в ареоловой ямке, который помогает регулировать поток воды и минералов.

Слепой

В конце концов, ямка трахеиды не совпадает с ямкой соседней клетки, из-за чего поток воды и минералов в этой области прерывается. В этих случаях мы говорим о глухой или нефункциональной яме.

Тангенциальный разрез древесины хвойных пород (Pinus sp.). Трахедия и другие сооружения. Взято и отредактировано: Библиотека изображений Bioscience Community College Berkshire.

У голосеменных

Голосеменные растения типа Gnetophyta характеризуются, среди прочего, наличием ксилемы, состоящей из трахеид и сосудов или трахей, но остальные голосеменные имеют только трахеиды в качестве проводящих элементов.

Голосеменные, как правило, имеют более длинные трахеиды, чем покрытосеменные, и они также имеют тенденцию к ареолизированному типу с торусом. Более 90% веса и объема вторичной ксилемы хвойных пород составляют трахеиды.

Образование трахеид во вторичной ксилеме хвойных деревьев происходит из сосудистого камбия. Этот процесс можно разделить на четыре этапа.

Клеточное деление

Это митотическое деление, при котором после ядерного деления на два дочерних ядра первая структура, которая формируется, является первичной стенкой.

Удлинение ячейки

После полного деления клетки клетка начинает расти в длину. Прежде чем этот процесс завершится, начинается формирование вторичной стенки, которая начинается от центра клетки и увеличивается к вершине.

Осаждение целлюлозной матрицы

Матрица клетки из целлюлозы и гемицеллюлозы осаждается в разных слоях.

Лигнификация

Матрица из целлюлозы и гемицеллюлозы пропитана лигнином и другими материалами аналогичной природы, что составляет заключительную стадию фазы созревания трахеид.

У покрытосеменных

Трахеиды присутствуют в ксилеме всех сосудистых растений, однако у покрытосеменных они менее важны, чем у голосеменных, потому что они разделяют функции с другими структурами, известными как элементы сосудов или трахей.

Трахеиды покрытосеменных короче и тоньше трахеид голосеменных, а также никогда не имеют бычков.

Трахеи покрытосеменных, как и трахеиды, имеют ямки в стенках, погибают по достижении зрелости и теряют протопласт. Однако эти клетки короче и до 10 раз шире трахеид.

Трахеи теряют большую часть своей клеточной стенки на вершинах, оставляя перфорационные пластины между соседними клетками, тем самым образуя непрерывный канал.

Трахеи могут переносить воду и минералы намного быстрее, чем трахеиды. Однако эти структуры более подвержены блокированию пузырьками воздуха. Они также более подвержены обморожениям в зимнее время года.

Ссылки

Бек, CB 2010. Введение в строение и развитие растений - анатомия растений в двадцать первом веке. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.
Эверт, Р.Ф., Эйххорн, С.Е. 2013. Биология растений. WH Freeman, Нью-Йорк.
Гиффорд, Е.М., Фостер, А.С. 1989. Морфология и эволюция сосудистых растений. WH Freeman, Нью-Йорк.
Mauseth, JD 2016. Ботаника: введение в биологию растений. Jones & Bartlett Learning, Берлингтон.
Питтерманн, Дж., Сперри, Дж. С., Уиллер, Дж. К., Хаке, У. Г., Сиккема, Э. Х. 2006. Механическое усиление трахеид снижает гидравлическую эффективность ксилемы хвойных пород. Растения, клетки и окружающая среда, 29, 1618–1628.
Рудалл П.Дж. Анатомия цветковых растений - введение в строение и развитие. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.
Скули, Дж. 1997. Введение в ботанику. Издательство Delmar, Олбани.
Сперри, Дж. С., Хаке, У. Г., Питтерманн, Дж. 2006. Размер и функция трахеид хвойных и сосудов покрытосеменных. Американский журнал ботаники, 93, 1490–1500.
Стерн, Р. Р., Бидлак, Дж. Э., Янски, Ш. 2008. Вводная биология растений. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.
Уиллис, KJ, McElwain, JC 2001. Эволюция растений. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.

ТРАХЕИДЫ: РАСПОЛОЖЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024