TRAKEIDIT: SIJAINTI, OMINAISUUDET JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Trakeidit ovat pitkänomaisia ja päistään kuoppia soluissa, verisuonten kasveja, toimivat putket veden kuljetukseen ja mineraalisuoloja liuennut. Kouru-pit-kosketusalueet trakeideparien välillä mahdollistavat veden läpikulun. Trakeidirivit muodostavat jatkuvan johtamisjärjestelmän kasvien läpi.

Henkilöiden kypsyessä ne ovat soluja, joilla on voimakkaasti solistuneet soluseinät, minkä vuoksi ne tarjoavat myös rakenteellista tukea. Vaskulaarisilla kasveilla on suuri kyky hallita vesipitoisuuttaan ksylemin hallussapidon ansiosta, johon trakeidet kuuluvat.

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

Sijainti tehtaalla

Kasveilla on kolme perustyyppiä kudosta: parenkyyma, jossa on spesifioimattomat solut, ohuilla, ei-juontuvilla solukalvoilla; kollenkyema, jossa on pitkänomaiset tukisolut, joissa on epäsäännöllisesti paksunnetut soluseinät; ja sklerenchyma, jossa on riviytyneet soluseinämän tukisolut, joissa ei ole eläviä komponentteja kypsyydessä.

Sclerenchyma voi olla mekaaninen, sklereideillä (kivisoluilla) ja puukuiduilla, tai johtava, trakeideilla (ilman reikiä, joita esiintyy kaikissa verisuonikasveissa) ja johtavilla säiliöillä (joiden reunoissa on reiät, läsnä pääasiassa angiospermissä). Trakeidit ja johtavien suonien elementit ovat kuolleita soluja.

Kasveissa on kahta tyyppiä johtavaa kudosta: ksyleemi, joka kuljettaa vettä ja mineraalisuoloja maaperästä; ja phloem, joka jakaa fotosynteesin tuottamat sokerit.

Ksyleemi ja floemi muodostavat rinnakkaisia ​​verisuonen kimppuja kasvin kuoressa. Ksyleemi koostuu parenyymasta, puukuiduista ja johtavasta sklerenchymasta. Floemi koostuu elävistä verisuonisoluista.

Joissakin puissa vuotuiset kasvurenkaat erottuvat, koska keväällä muodostuneet henkitorvet ovat leveämpiä kuin kesällä muodostuneet.

ominaisuudet

Elderberry-kasvin (Sambucus sp.) Poikkileikkaus. Ksylem-alukset ja trakeedia. Kuvannut ja muokannut: Berkshire Community College Bioscience Image Library -kirjastosta.

Termi "henkitorvi", jonka keksi Carl Sanio vuonna 1863, viittaa henkitorven muistuttavaan muotoon.

Saniaisissa, pyörästöissä ja havupuissa trakeetit ovat 1–7 mm. Angiospermissa ne ovat 1–2 mm tai vähemmän. Sitä vastoin johtavat astiat (koostuvat lukuisista johtavista säiliöelementeistä), yksinoikeudeltaan angiospermeille, voivat olla pituudeltaan lähellä 1000 mm.

Henkitorven soluilla on primaarinen ja toissijainen soluseinä. Toissijainen seinä erittyy sen jälkeen, kun ensisijainen seinä on muodostunut. Siksi ensimmäinen on sisäinen toiseen nähden.

Ensisijaisen soluseinämän selluloosakuidut ovat satunnaisesti orientoituneita, kun taas sekundaarisen soluseinämän kuidut ovat spiraalimaisesti orientoituneita. Siksi entinen voi venyä helpommin solun kasvaessa. Eli toinen on jäykempi.

Trakeidien riveillä soluseinämillä on skalaariformiset, rengasmaiset, kierteiset (tai spiraaliset), verkkomaiset tai libriformiset ulkonemat. Tämä ominaisuus mahdollistaa lajien tunnistamisen mikroskooppisella havainnoinnilla.

Ligniiniseinät, läpäisemättömät materiaalit, estävät henkitorveja ja johtavia astioita menettämästä vettä tai kärsimästä ilman pääsyn aiheuttamista embolioista.

Kuljetustoiminto

Ns. "Koheesiateoria" on hyväksytyin selitys veden ja suolojen liikkeelle ylöspäin liuenneessa ksyleemissä. Tämän teorian mukaan veden menetys lehtien transpiraatiosta aiheuttaisi jännitystä nestepylväässä, joka kulkee juurista oksiin, ylittäen henkitorvet ja johtavat suonet.

Veden menetyksellä transpiraatiolla olisi taipumus vähentää paineita kasvien yläosassa, aiheuttaen juurten maaperästä ottaman veden nousemisen ksylemikanavien kautta. Tällä tavalla hikoiltua vettä korvataan jatkuvasti.

Kaikki tämä vaatisi riittävää jännitystä veden nousemiseksi ja nestepylväässä olevan koheesiovoiman tueksi mainittua jännitystä. 100 m pitkälle puulle vaadittaisiin painegradientti 0,2 bar / m, koko koheesiovoiman ollessa 20 bar. Kokeellinen näyttö osoittaa, että nämä ehdot täyttyvät luonteeltaan.

Trakeideilla on paljon suurempi sisäpinnan ja tilavuuden suhde kuin johtavien suonien elementeillä. Tästä syystä ne säilyttävät tarttumisen avulla vedessä kasvussa vettä painovoimaa vastaan ​​riippumatta siitä, onko hikoa vai ei.

Mekaaninen toiminta

Trakeidien rignifiointi estää niiden romahtamisen ksylemin negatiivisista hydrostaattisista paineista johtuen.

Tämä linjautuminen saa myös trakeetit tarjoamaan suurimman osan puun rakenteellisesta tuesta. Mitä suurempi kasvien koko, sitä suurempi tarve rakenteelliseen tukeen. Tästä syystä trakeidien halkaisija on taipumus olla suurempi suurissa kasveissa.

Trakeidien jäykkyys antoi kasveille mahdollisuuden saada pystytty maanpäällinen tapa. Tämä johti puiden ja metsien ilmestymiseen.

Suurissa kasveissa trakeideilla on kaksinkertainen tehtävä. Ensimmäinen on tuoda vettä lehtineen (kuten pienissä kasveissa). Toinen on vahvistaa lehtineen rakenteellisesti painovoiman vastustuskykyä, vaikka raudoitus heikentäisi ksylemin hydraulista tehokkuutta.

Voimakkaan tuulen tai lumisateen aiheuttamat ympäristöt, kuten myös tietyt kasvirakenteet, aiheuttavat oksien suuremman murtumiskestävyyden. Trakeideista johtuva puun lisääntynyt linjautuminen voi edistää näiden kasvien puumaisten osien pitkäikäisyyttä.

evoluutio

Trakeidien evoluutioprosessi, joka kestää yli 400 miljoonaa vuotta, on dokumentoitu hyvin, koska näiden vaskulaaristen solujen kovuus, joka johtuu lignoitumisesta, suosii niiden säilymistä fossiileina.

Kun maanpäällinen kasvisto kehittyi geologisessa ajassa, henkitorveilla oli kaksi mukautuvaa suuntaa. Ensinnäkin ne johtivat johtaviin astioihin veden ja ravinteiden kuljetuksen tehostamiseksi. Toiseksi ne muunnettiin kuiduiksi rakenteellisen tuen antamiseksi isommille kasveille.

Johtavien säiliöiden elementit saavat ominaiset reiänsä myöhässä ontogeneesin aikana. Kehityksen varhaisessa vaiheessa ne muistuttavat trakeideja, joista ne ovat kehittyneet.

Fossiilisissa ja elävissä gymonospermissä ja alkeellisissa kaksisirkkaisissa (Magnoliales) trakeideissa on kaivoja, joiden skalaariset reunat ovat. Kehityksen aikana edistyneempiin kasviryhmiin, skalaarimuotoisilla reunoilla varustetut trakeetit synnyttivät ne, joilla on pyöreät reunat. Viimeksi mainittu puolestaan ​​aiheutti libriformikuituja.

xylem

Ksyleemi yhdessä filemin kanssa muodostavat kudokset, jotka muodostavat verisuonikasvien verisuonikudosjärjestelmän. Tämä järjestelmä on melko monimutkainen ja vastaa veden, mineraalien ja ruoan johtavuudesta.

Vaikka ksylem kuljettaa vettä ja mineraaleja juuresta loppuun kasveen, phloem kuljettaa fotosynteesin aikana valmistettuja ravintoaineita lehtiä muihin kasveihin.

Ksyleemi muodostuu monissa tapauksissa kahdentyyppisistä soluista: trakeideista, joita pidetään alkeellisimpana, ja verisuonen elementeistä. Primitiivisimmissä verisuonikasveissa on kuitenkin vain henkitorveja ksylemissä.

Veden virtaus henkitorven läpi

Trakeidien sijoittaminen kasvien sisään on sellainen, että niiden kaivot ovat täysin linjassa vierekkäisten trakeideiden välillä, mikä mahdollistaa virtauksen niiden välillä mihin tahansa suuntaan.

Jotkut lajit esittävät soluseinämän paksunemisen kaivojen reunoilla, mikä pienentää aukon halkaisijaa, vahvistaen siten trakeiden liitosta ja vähentäen niiden läpi kulkevan veden ja mineraalien määrää. Tämän tyyppisiä kuoppia kutsutaan areolate-kuopiksi.

Joillakin kasvisoluilla, kuten myös havupuilla, on lisämekanismi, joka mahdollistaa veden virtauksen säätämisen areolaattikuoppien läpi, kuten toruksen nimisen rakenteen läsnäolo.

Torus ei ole muuta kuin kuopan kalvon paksuuntuminen saman keskusvyöhykkeen tasolla ja se toimii säätöventtiilinä veden ja mineraalien kulkemiseen solujen välillä.

Kun härkä on kuopan keskellä, virtaus trakeideiden välillä on normaali; mutta jos kalvo liikkuu kohti yhtä reunaansa, torus tukkii kuopan aukon vähentäen virtausta tai estämällä sen kokonaan.

Tyypit kuopat

Yksinkertainen

Niiden reunoissa ei esiinny paksunnoksia

Areolated

Ne esittävät paksumia sekä henkitorven että viereisen henkitorven kaivojen reunoilla.

Semiareoladas

Yhden solun kaivojen reunat ovat sakeutuneet, mutta viereisen solun reunat eivät ole.

Areoladas härän kanssa

Kuten jo mainittiin, havupuilla ja joillakin angiospermeillä on areolate-kuopassa keskeinen torus, joka auttaa säätelemään veden ja mineraalien virtausta.

Sokea

Lopulta trakeidin kuoppa ei ole sama kuin viereisen solun kaivo, jonka veden ja mineraalien virtaus on keskeytetty tällä alueella. Näissä tapauksissa puhumme sokeasta tai ei-toiminnallisesta kuopasta.

Havupuun tangentiaaliosa (Pinus sp.). Tragedia ja muut rakenteet. Kuvannut ja muokannut: Berkshire Community College Bioscience Image Library -kirjastosta.

Kuntosalilla

Kallio-Gnetophyta -kuntosalin kuntokeskuksille on tunnusomaista muun muassa esittämällä henkitorveista ja verisuonista tai henkitorvista koostuva ksylemi, mutta muissa kuntosalijärjestelmissä trakeideja on vain johtavuuselementteinä.

Gymnospermeillä on yleensä pidempiä trakeideja kuin angiospermeillä, ja ne ovat yleensä areolate-tyyppisiä toruksineen. Yli 90% havupuiden sekundaarisen ksyleemin painosta ja tilavuudesta koostuu trakeideista.

Trakeidejen muodostuminen havupuiden sekundaarisessa ksylemissä tapahtuu verisuonikambiumista. Tämä prosessi voidaan jakaa neljään vaiheeseen.

Solujen jakautuminen

Se on mitoottinen jakautuminen, jossa ydinjakautumisen jälkeen kahdeksi tytärydäksi ensimmäinen muodostettava rakenne on ensisijainen seinä.

Solun pidentyminen

Täydellisen solujakautumisen jälkeen solu alkaa kasvaa pituuteen. Ennen kuin tämä prosessi on päättynyt, sekundaariseinämän muodostuminen alkaa, joka alkaa solun keskustasta ja kasvaa kohti huippua.

Selluloosamatriisin laskeuma

Solun selluloosa- ja hemiselluloosamatriisi on kerrostettu eri kerroksiin.

lignification

Selluloosa- ja hemiselluloosamatriisi on kyllästetty ligniinillä ja muilla samankaltaisilla materiaaleilla siinä, mikä muodostaa trakeidien kypsymisvaiheen viimeisen vaiheen.

Angiospermissa

Henkitorveja on läsnä kaikkien verisuonikasvien ksyleemissä, mutta angiospermissä ne ovat vähemmän tärkeitä kuin kuntosoluissa, koska niillä on yhteisiä toimintoja muiden rakenteiden kanssa, joita kutsutaan verisuonten tai henkitorven elementeiksi.

Angiosperm-trakeidit ovat lyhyempiä ja ohuempia kuin gymnosperm-trakeideja, ja niissä ei myöskään ole koskaan häränkuoppia.

Angiosperm-henkitorvissa, kuten trakeideissa, on seinämissä kuoppia, ne kuolevat kypsyyden saavuttua ja menettävät protoplastinsa. Nämä solut ovat kuitenkin lyhyempiä ja jopa 10 kertaa leveämpiä kuin trakeetit.

Henkitorvot menettävät suurimman osan soluseinämästään huipunsa suhteen jättäen rei'ityslevyt vierekkäisten solujen väliin muodostaen siten jatkuvan putken.

Henkitorve pystyy kuljettamaan vettä ja mineraaleja paljon nopeammin kuin henkitorve. Nämä rakenteet ovat kuitenkin alttiimpia estämään ilmakuplia. Ne ovat myös alttiimpia jäätymiselle talvisin.

Viitteet

1. Beck, CB 2010. Johdanto kasvien rakenteeseen ja kehitykseen - kasvien anatomia 2000-luvulla. Cambridge University Press, Cambridge.
2. Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. Kasvien biologia. WH Freeman, New York.
3. Gifford, EM, Foster, AS 1989. Verisuonikasvien morfologia ja evoluutio. WH Freeman, New York.
4. Mauseth, JD 2016. Kasvitiede: johdanto kasvibiologiaan. Jones & Bartlett Learning, Burlington.
5. Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. Trakeidien mekaaninen vahvistaminen heikentää havupuiden ksyleemin hyötysuhdetta. Kasvi, solu ja ympäristö, 29, 1618–1628.
6. Rudall, PJ Kukkivien kasvien anatomia - johdanto rakenteeseen ja kehitykseen. Cambridge University Press, Cambridge.
7. Schooley, J. 1997. Johdanto kasvitiedeeseen. Delmar Publishers, Albany.
8. Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Koko ja toiminta havupuiden trakeideissa ja hermosoluissa. American Journal of Botany, 93, 1490–1500.
9. Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Johdantokasvien biologia. McGraw-Hill, New York.
10. Willis, KJ, McElwain, JC 2001. Kasvien evoluutio. Oxford University Press, Oxford.