TRACHEIDY: UMÍSTĚNÍ, VLASTNOSTI A FUNKCE - BIOLOGIE

Tyto tracheid jsou podlouhlé a na svých koncích prohlubní buněk, vaskulární rostliny, fungují jako vedení pro transport vody a minerálních solí se rozpustí. Kontaktní plochy jámy mezi páry tracheidů umožňují průchod vody. Řady tracheidů tvoří nepřetržitý systém vedení rostlinami.

Jak zrají tracheidy, jedná se o buňky s vysoce lignifikovanými buněčnými stěnami, a proto také poskytují strukturální podporu. Cévnaté rostliny mají velkou schopnost kontrolovat svůj obsah vody díky držení xylemu, jehož součástí jsou tracheidy.

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

Umístění v závodě

Rostliny mají tři základní typy tkáně: parenchym, s nespecifikovanými buňkami, s tenkými, nelignifikovanými buněčnými membránami; kollenchyma s podlouhlými podpůrnými buňkami, s nepravidelně zesílenými buněčnými stěnami; a sklerenchym, s lignifikovanými podpůrnými buňkami buněčné stěny, postrádající živé složky v dospělosti.

Sklerenchym může být mechanický, se skleridy (kamenné buňky) a dřevěnými vlákny, nebo vodivý, s tracheidy (bez perforací, přítomných ve všech vaskulárních rostlinách) a vodivými cévami (s perforacemi na jejich koncích, převážně přítomnými v angiospermech). Tracheidy a prvky vodivých plavidel jsou mrtvé buňky.

Rostliny mají dva typy vodivé tkáně: xylem, který z půdy nese vodu a minerální soli; a phloem, který distribuuje cukry produkované fotosyntézou.

Xylem a phloem tvoří paralelní vaskulární svazky v kůře rostliny. Xylem je tvořen parenchymem, dřevěnými vlákny a vodivým sklerenchymem. Floem je tvořen živými cévními buňkami.

U některých stromů se rozlišují každoroční růstové prstence, protože tracheidy vytvořené na jaře jsou širší než ty, které byly vytvořeny v létě.

vlastnosti

Průřez rostliny bezinky (Sambucus sp.). Xylemová plavidla a trachedia. Převzato a upraveno: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Termín “tracheid”, vytvořený Carlem Sanio v 1863, se odkazuje na tvar připomínající průdušnici.

U kapradin, cycads a jehličnanů jsou tracheids 1–7 mm. V angiospermech jsou 1–2 mm nebo méně. Naproti tomu vodivé cévy (složené z mnoha vodivých cévních prvků), jedinečné pro angiospermy, mohou být dlouhé až 1 000 mm na délku.

Tracheidní buňky mají primární a sekundární buněčnou stěnu. Sekundární stěna je sekretována po vytvoření primární stěny. První je tedy vnitřní s ohledem na druhý.

Celulózová vlákna v primární buněčné stěně jsou orientována náhodně, zatímco vlákna v sekundární buněčné stěně jsou orientována spirálovitě. Proto se první z nich může snáze protahovat s růstem buňky. To znamená, že druhý je přísnější.

Lignifikované buněčné stěny tracheidů mají skalní, prstencové, spirálové (nebo spirálové), síťované nebo libriformní výčnělky. Tato vlastnost umožňuje identifikaci druhu mikroskopickým pozorováním.

Ligninové stěny, nepropustný materiál, zabraňují tracheidům a vodivým plavidlům, aby ztratily vodu nebo trpěly emboliemi způsobenými vstupem vzduchu.

Transportní funkce

Takzvaná „kohezní teorie“ je nejvíce přijímaným vysvětlením pro pohyb vody a solí směrem nahoru v roztoku v xylemu. Podle této teorie by ztráta vody v důsledku listové transpirace vyvolala napětí v kapalném sloupci, který přechází z kořenů do větví, prochází tracheidy a vodivými plavidly.

Ztráta vody transpirací by měla tendenci snižovat tlak v horní části rostlin, což by způsobovalo, že voda odebraná z půdy kořeny stoupá xylemovými kanály. Tímto způsobem by se potená voda kontinuálně vyměňovala.

To vše by vyžadovalo dostatečné napětí, aby se voda zvedla, a soudržná síla v kapalném sloupci podporovala uvedené napětí. Pro 100 metrů vysoký strom by byl nutný tlakový gradient 0,2 bar / m pro celkovou soudržnou sílu 20 bar. Experimentální důkazy ukazují, že tyto podmínky jsou v přírodě splněny.

Tracheidy mají mnohem větší poměr vnitřního povrchu k objemu než prvky vodivých cév. Z tohoto důvodu slouží k zachování adheze vody v rostlině proti gravitaci, bez ohledu na to, zda existuje pot.

Mechanická funkce

Lignifikace tracheidů zabraňuje jejich implozi v důsledku negativních hydrostatických tlaků xylemu.

Toto lignifikace také způsobuje, že tracheidy poskytují většinu strukturální podpory dřeva. Čím větší je velikost rostlin, tím větší je potřeba strukturální podpory. Z tohoto důvodu má průměr tracheidů ve velkých rostlinách tendenci být větší.

Tuhost tracheidů umožnila rostlinám získat vztyčený pozemský zvyk. To vedlo ke vzniku stromů a lesů.

Ve velkých rostlinách mají tracheidy dvojí funkci. První je přivést vodu na listoví (například v malých rostlinách). Druhým je strukturální zesílení listů, aby odolalo působení gravitace, i když zesílení snižuje hydraulickou účinnost xylemu.

Prostředí vystavená silnému větru nebo sněžení, stejně jako určité architektury rostlin, vyžadují, aby větve vyžadovaly větší odolnost proti lomu. Zvýšená lignifikace dřeva díky tracheidům může podpořit životnost dřevnatých částí těchto rostlin.

Vývoj

Evoluční proces tracheidů, který trvá více než 400 milionů let, je dobře zdokumentován, protože tvrdost těchto vaskulárních buněk způsobená lignifikací upřednostňuje jejich uchování jako fosilie.

Jak se pozemská flóra vyvinula v geologickém čase, tracheidy zažily dva adaptivní trendy. Nejprve vytvořili vodivé nádoby ke zvýšení účinnosti transportu vody a živin. Za druhé, byly transformovány na vlákna, aby poskytly strukturální podporu větším a větším rostlinám.

Prvky vodivých cév získávají své charakteristické perforace pozdě v průběhu ontogeneze. V raných fázích svého vývoje se podobají tracheidům, ze kterých se vyvinuli.

V fosilních a živých gymonospermech a v primitivních dvouděložných rostlinách (Magnoliales) mají tracheidy jámy se skalárními okraji. Během evoluce do pokročilejších skupin rostlin vznikly tracheidy se skalárními okraji na ty, které mají kruhové hrany. Na druhé straně vznikly vlákna libriform.

Xylem

Xylem společně s fenomem tvoří tkáně, které tvoří vaskulární tkáňový systém vaskulárních rostlin. Tento systém je poměrně složitý a je zodpovědný za vedení vody, minerálů a potravin.

Zatímco xylem nese vodu a minerály z kořene do zbytku rostliny, fenomén nese živiny vytvořené během fotosyntézy, z listů do zbytku rostliny.

Xylem je v mnoha případech tvořen dvěma typy buněk: tracheidy, považovány za nejprimitivnější, a prvky cévy. Nejprimitivnější vaskulární rostliny však v xylemu představují pouze tracheidy.

Proudění vody tracheidy

Způsob, jakým jsou tracheidy umístěny v závodě, je takový, že jejich jámy jsou dokonale vyrovnány mezi sousedními tracheidami, což umožňuje tok mezi nimi v libovolném směru.

Některé druhy vykazují zahušťování buněčné stěny na okrajích jám, které snižují průměr jejich otvoru, čímž se posiluje spojení tracheidů a také se snižuje množství vody a minerálů, které jimi mohou procházet. Tyto typy jám se nazývají areolové jámy.

Některé druhy angiospermů, stejně jako jehličnany, mají další mechanismus, který umožňuje regulovat průtok vody skrz areolatové jámy, jako je přítomnost struktury zvané torus.

Torus není ničím jiným než zahuštěním membrány jámy na úrovni jeho centrální zóny a působí jako regulační ventil pro průchod vody a minerálů mezi buňkami.

Když je býk ve středu jámy, je tok mezi tracheidy normální; ale pokud se membrána posune na jednu ze svých stran, torus blokuje otvor díry, zpomaluje tok nebo ho zcela blokuje.

Druhy jám

Jednoduchý

Na okrajích nepředstavují zahušťování

Areolated

Představují zahušťování na okrajích jámy jak tracheidu, tak sousedního tracheidu.

Semiareoladas

Okraje jímek jedné buňky jsou zesíleny, ale sousední ne.

Areoladas s býkem

Jak již bylo zmíněno, jehličnany a některé angiospermy mají centrální prstenec v jímce areolate, který pomáhá regulovat tok vody a minerálů.

Slepý

Nakonec se jáma tracheidu neshoduje s jímkou sousední buňky, pro kterou je v této oblasti přerušen tok vody a minerálů. V těchto případech mluvíme o slepé nebo nefunkční jámě.

Tangenciální část měkkého dřeva z jehličnanů (Pinus sp.). Trachedia a další struktury. Převzato a upraveno: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

V gymnospermech

Gymnospermy z kmene Gnetophyta jsou charakterizovány, mimo jiné, představením xylemu tvořeného tracheidy a cévami nebo trachey, ale zbytek gymnosperms má jako vodivé prvky pouze tracheidy.

Gymnospermy mají tendenci mít delší tracheidy než angiospermy a také mají tendenci být typu areolate s torusem. Více než 90% hmotnosti a objemu sekundárního xylem jehličnanů tvoří tracheidy.

K vytvoření tracheidů v sekundárním xylému jehličnanů dochází z vaskulárního kammbia. Tento proces lze rozdělit do čtyř fází.

Buněčné dělení

Jedná se o mitotické rozdělení, ve kterém po jaderném rozdělení na dvě dceřinná jádra je první strukturou, která se vytvoří, primární zeď.

Prodloužení buněk

Po úplném dělení buněk začíná buňka růst. Před ukončením tohoto procesu začíná tvorba sekundární stěny, která začíná od středu buňky a zvětšuje se směrem k vrcholu.

Ukládání celulosové matrice

Celulózová a hemicelulózová matrice buňky je uložena v různých vrstvách.

Lignifikace

Celulózová a hemicelulózová matrice je impregnována ligninem a jinými materiály podobné povahy v tom, co tvoří finální fázi maturační fáze tracheidů.

V angiospermech

Tracheidy jsou přítomny v xylemu všech vaskulárních rostlin, avšak v angiospermech jsou méně důležité než v gymnospermech, protože sdílejí funkce s jinými strukturami, známými jako prvky cév nebo průdušnice.

Tracheidy angiospermu jsou kratší a tenčí než tracheidy gymnospermu a nikdy také nemají býčí jámy.

Angiospermové průdušnice mají stejně jako tracheidy jámy ve svých zdech, umírají při dosažení zralosti a ztratí protoplast. Tyto buňky jsou však kratší a až 10krát širší než tracheidy.

Trachea ztratí většinu své buněčné stěny ve svých vrcholech a ponechávají perforační desky mezi sousedními buňkami, čímž vytvářejí spojité vedení.

Tracheae může transportovat vodu a minerály mnohem rychleji než tracheidy. Tyto struktury jsou však náchylnější k blokování vzduchovými bublinami. Jsou také náchylnější k omrzlinám v zimním období.

Reference

Beck, CB 2010. Úvod do struktury a vývoje rostlin - anatomie rostlin pro dvacáté první století. Cambridge University Press, Cambridge.
Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. Biologie rostlin. WH Freeman, New York.
Gifford, EM, Foster, AS 1989. Morfologie a vývoj cévnatých rostlin. WH Freeman, New York.
Mauseth, JD 2016. Botanika: úvod do biologie rostlin. Jones & Bartlett Learning, Burlington.
Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. Mechanické posílení tracheidů ohrožuje hydraulickou účinnost jehličnatého xylému. Plant, Cell and Environment, 29, 1618 - 1628.
Rudall, PJ Anatomie kvetoucích rostlin - úvod do struktury a vývoje. Cambridge University Press, Cambridge.
Schooley, J. 1997. Úvod do botaniky. Delmar Publishers, Albany.
Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Velikost a funkce v jehličnatých tracheidech a angiospermových plavidlech. American Journal of Botanany, 93, 1490–1500.
Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Úvodní biologie rostlin. McGraw-Hill, New York.
Willis, KJ, McElwain, JC 2001. Vývoj rostlin. Oxford University Press, Oxford.

TRACHEIDY: UMÍSTĚNÍ, VLASTNOSTI A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025