ТРАХЕЇДИ: РОЗТАШУВАННЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ

У трахеїдів подовжені і на їх кінцях котлованів клітин, судинні рослини, функціонують в якості каналів для транспортування води та мінеральних солей розчиняють. Зони контакту з ямами між парами трахеїдів дозволяють проходити воду. Ряди трахеїдів утворюють безперервну систему провідності через рослини.

У міру дозрівання трахеїдів вони є клітинами з сильно зв'язаними клітинними стінками, тому вони також забезпечують структурну підтримку. Судинні рослини мають велику здатність контролювати свій вміст води завдяки володінню ксилемою, до складу якої входять трахеїди.

Джерело: доктор phil.nat Томас Гейєр, Fachgebiet Botanik der Forschungsanstalt Geisenheim.

Розташування на заводі

Рослини мають три основні типи тканини: паренхіма, з неспеціалізованими клітинами, з тонкими нелігіфікованими клітинами мембранами; колленхіма, з витягнутими опорними клітинами, з неправильно потовщеними клітинними стінками; і склеренхіма, що має клітини, що підтримують ущільнену клітинну стінку, позбавлені живих компонентів у зрілому віці.

Склеренхіма може бути механічною, зі склереїдами (кам'яні клітини) і волокнами деревини, або провідниковою, з трахеїдами (без перфорації, присутніми у всіх судинних рослинах) та провідними судинами (з перфораціями на їх кінцях, переважно присутніх у покритонасінних). Трахеїди та елементи провідних судин - це мертві клітини.

Рослини мають два типи електропровідної тканини: ксилема, яка несе воду та мінеральні солі з ґрунту; і флоема, яка розподіляє цукри, що утворюються при фотосинтезі.

Ксилема і флоема утворюють паралельні судинні пучки в корі рослини. Ксилема складається з паренхіми, деревних волокон та провідної склеренхіми. Флоема складається з живих судинних клітин.

У деяких деревах річні кільця росту відрізняються тим, що утворені навесні трахеїди ширші, ніж утворилися влітку.

характеристики

Поперечний переріз рослини бузини бузини (Sambucus sp.). Ксилема судин і трахедії. Знято та відредаговано з: Бібліотека зображень біологічних наук Беркширського коледжу.

Термін "трахея", введений Карлом Саніо в 1863 році, відноситься до форми, що нагадує трахею.

У папороті, цикадах та хвойних рослинах трахеїди становлять 1–7 мм. У покритонасінних рослин вони становлять 1-2 мм або менше. Навпаки, провідні судини (складаються з численних струмопровідних елементів судин), унікальних для покритонасінних, можуть бути довжиною близько 1000 мм.

Клітини трахеїди мають первинну та вторинну клітинну стінку. Вторинна стінка секретується після утворення первинної стінки. Тому перше є внутрішнім щодо другого.

Целюлозні волокна в первинній клітинній стінці орієнтовані випадковим чином, тоді як ті, що знаходяться у вторинній клітинній стінці, спірально орієнтовані. Тому колишні можуть легше розтягуватися в міру зростання клітини. Тобто, друге більш жорстке.

Ущільнені клітинні стінки трахеїдів мають скаларіформні, кільцеподібні, спіральні (або спіральні), сітчасті або лібріформні виступи. Ця характеристика дозволяє виявити види за допомогою мікроскопічного спостереження.

Стінки лігніну, непроникний матеріал, не дають трахеїдам і провідним судинам втрачати воду або страждати від емболій, спричинених потраплянням повітря.

Транспортна функція

Так звана "теорія згуртованості" є найбільш прийнятим поясненням руху води і солей у розчині в ксилемі вгору. Згідно з цією теорією, втрата води через позакореневої транспірації призведе до напруги в стовпці рідини, яка йде від коренів до гілок, перетинаючи трахеїди та провідні судини.

Втрати води через транспірацію, як правило, знижують тиск у верхній частині рослин, внаслідок чого вода, взята з ґрунту корінням, піднімається по каналах ксилеми. Таким чином, потовиділена вода буде постійно замінюватися.

Все це вимагало б достатньої напруги, щоб змусити воду піднятися, а також для згуртованої сили в колоні рідини для підтримки зазначеної напруги. Для дерева висотою 100 м потрібен буде градієнт тиску 0,2 бар / м для загальної сили згущення 20 бар. Експериментальні дані свідчать про те, що ці умови відповідають природі.

Трахеїди мають набагато більше співвідношення поверхні та об'єму внутрішньої поверхні, ніж елементи струмопровідних судин. З цієї причини вони служать для збереження за допомогою адгезії води в рослині проти сили тяжіння, незалежно від того, існує потовиділення.

Механічна функція

Лігнізація трахеїдів перешкоджає їх імплозії через негативні гідростатичні тиски ксилеми.

Це здрібнення також призводить до того, що трахеїди забезпечують більшу частину структурної підтримки деревини. Чим більший розмір рослин, тим більша потреба в структурній опорі. З цієї причини діаметр трахеїдів, як правило, більший у великих рослин.

Жорсткість трахеїдів дозволила рослинам придбати прямоземну звичку. Це призвело до появи дерев та лісів.

На великих рослинах трахеїди мають подвійну функцію. Перший - це підведення води до листя (наприклад, у невеликих рослин). Друга - структурно підсилити листя, щоб протистояти дії сили тяжіння, навіть якщо підсилення знижує гідравлічну ефективність ксилеми.

Середовища, піддані сильному вітру чи снігопаду, а також певна архітектура рослин вимагають більшої стійкості до руйнування. Підвищена лігніфікація деревини завдяки трахеїдам може сприяти довговічності деревних частин цих рослин.

Еволюція

Еволюційний процес трахеїдів, який триває понад 400 мільйонів років, добре зафіксований, оскільки твердість цих судинних клітин, викликана лігнізацією, сприяє їх збереженню як скам’янілості.

З розвитком наземної флори в геологічний час трахеїди зазнавали двох адаптивних тенденцій. По-перше, вони породили провідні судини для підвищення ефективності транспортування води та поживних речовин. По-друге, вони були перетворені на волокна, щоб надати структурну підтримку більшим і більшим рослинам.

Елементи провідних судин набувають характерних перфорацій пізно в процесі онтогенезу. На ранніх стадіях свого розвитку вони нагадують трахеїди, з яких вони еволюціонували.

У викопних і живих гімоноспермах, а також у примітивних дводольних (Magnoliales) трахеїди мають ями зі скаларіформними краями. Під час еволюції до більш розвинених рослинних груп трахеїди зі скаларіформними краями породили тих, що мають круглі краї. У свою чергу, остання породила лібріформні волокна.

Ксилем

Ксилема разом з флоемою утворюють тканини, що складають судинну тканинну систему судинних рослин. Ця система є досить складною і відповідає за провідність води, мінералів та їжі.

Поки ксилема переносить воду та мінерали від кореня до решти рослини, флоема переносить поживні речовини, що утворюються під час фотосинтезу, від листя до решти рослини.

Ксилема складається в багатьох випадках з клітин двох типів: трахеїд, що вважається найпримітивнішим, і елементів посудини. Однак у найпримітивніших судинних рослин є лише трахеїди в ксилемі.

Потік води через трахеїди

Спосіб розміщення трахеїд всередині рослини такий, що їхні ями ідеально розташовані між сусідніми трахеїдами, що дозволяє протікати між ними в будь-якому напрямку.

Деякі види мають потовщення клітинної стінки по краях ям, що зменшують діаметр їх отвору, таким чином зміцнюючи з’єднання трахеїд, а також зменшуючи кількість води та мінералів, які можуть проходити через них. Ці типи ям називають ареолатними ямами.

Деякі види покритонасінних, а також хвойні мають додатковий механізм, що дозволяє регулювати потік води через ареолатні ями, наприклад наявність структури, що називається тором.

Торус - це не що інше, як потовщення мембрани котловану на рівні центральної зони такого ж, що виконує функцію регулюючого клапана для проходження води та мінералів між клітинами.

Коли бик знаходиться в центрі ями, потік між трахеями нормальний; але якщо мембрана рухається до однієї зі своїх сторін, торус блокує отвір ями, зменшуючи потік або перешкоджаючи йому повністю.

Види ям

Простий

Вони не мають потовщень на своїх краях

Ареолізовані

Вони представляють потовщення по краях ям як трахеїди, так і сусідньої трахеї.

Семіареолади

Краї ями однієї клітини потовщені, але краю сусідньої комірки - ні.

Ареолади з биком

Як уже зазначалося, хвойні та деякі покритонасінні мають центральний торус у ареолатній ямі, що допомагає регулювати потік води та мінералів.

Сліпий

Зрештою яма трахеїди не збігається з сусідньою кліткою, для якої в цій зоні переривається потік води та мінералів. У цих випадках ми говоримо про глуху або нефункціональну яму.

Тангенціальний розріз хвойних порід хвойних порід (Pinus sp.). Трахедії та інші структури. Знято та відредаговано з: Бібліотека зображень біологічних наук Беркширського коледжу.

У голонасінних

Гімнастичні типи Gnetophyta характеризуються, серед інших аспектів, поданням ксилеми, складеної з трахеїд і судин або трахей, проте решта голонасінних рослин мають лише трахеїди як елементи провідності.

У гімноспермів є більш довгі трахеїди, ніж у покритонасінних, і вони також мають ареолатний тип з тором. Більше 90% ваги та обсягу вторинної ксилеми хвойних порід складають трахеїди.

Утворення трахеїдів у вторинній ксилемі хвойних дерев відбувається з судинного камбію. Цей процес можна розділити на чотири фази.

Клітинний поділ

Це мітотичний поділ, при якому після ядерного поділу на два дочірні ядра першою структурою, що утворюється, є первинна стінка.

Подовження клітин

Після повного поділу клітини клітина починає рости в довжину. Перед тим, як цей процес завершився, починається формування вторинної стінки, яка починається від центру клітини і збільшується до вершини.

Осадження целюлозної матриці

Целюлозна і геміцелюлозна матриця клітини осідає в різних шарах.

Лігнізація

Целюлозна і геміцелюлозна матриця просочується лігніном та іншими матеріалами подібного характеру, що є заключною стадією фази дозрівання трахеїдів.

У покритонасінних

Трахеїди є в ксилемі всіх судинних рослин, однак у покритонасінних вони менш важливі, ніж у голонасінних, оскільки вони ділять функції з іншими структурами, відомими як елементи судин або трахеї.

Трахеїди покритонасінних коротші та тонші, ніж гімнастичні трахеїди, а також ніколи не мають ям.

Трахеї покритонасінних, як трахеїди, мають ями в своїх стінках, гинуть після досягнення зрілості і втрачають протопласт. Ці клітини, однак, коротші та до 10 разів ширші, ніж трахеїди.

Трахеї втрачають більшу частину своєї клітинної стінки на своїх аплікаціях, залишаючи перфораційні пластинки між сусідніми клітинами, утворюючи тим самим безперервний провід.

Трахеї можуть транспортувати воду та мінерали набагато швидше, ніж трахеїди. Однак ці структури більш чутливі до того, що їх перекривають бульбашки повітря. Вони також більш чутливі до обмороження в зимові сезони.

Список літератури

Бек, CB 2010. Вступ у структуру та розвиток рослин - анатомія рослин протягом ХХІ століття. Cambridge University Press, Кембридж.
Еверт, РФ, Ейхорн, SE 2013. Біологія рослин. WH Freeman, Нью-Йорк.
Gifford, EM, Foster, AS 1989. Морфологія та еволюція судинних рослин. WH Freeman, Нью-Йорк.
Mauseth, JD 2016. Ботаніка: вступ до біології рослин. Jones & Bartlett Learning, Берлінгтон.
Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. Механічне підсилення трахеїдів ставить під загрозу гідравлічну ефективність хвойної ксилеми. Рослина, клітина та довкілля, 29, 1618–1628.
Рудалл, П.Я. Анатомія квітучих рослин - вступ до структури та розвитку. Cambridge University Press, Кембридж.
Schooley, J. 1997. Вступ до ботаніки. Видавництва Delmar, Олбані.
Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Розмір і функція в хвойних трахеїдах і судинах покритонасінних. Американський журнал ботаніки, 93, 1490–1500.
Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Вступна біологія рослин. McGraw-Hill, Нью-Йорк.
Willis, KJ, McElwain, JC 2001. Еволюція рослин. Oxford University Press, Оксфорд.

ТРАХЕЇДИ: РОЗТАШУВАННЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025