TRACHEIDOK: ELHELYEZKEDÉS, JELLEMZŐK ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A tracheidák meghosszabbodtak, és végeikben bemélyednek a sejtek, érrendszeri növények, vezetékként szolgálnak az oldott víz és ásványi sók szállítására. A tracheid párok közötti gödör-érintkező területek lehetővé teszik a víz áthaladását. A tracheid sorok folyamatos vezetési rendszert alkotnak a növényeken keresztül.

A tracheidák érett állapotában nagymértékben élesebb sejtfalakkal rendelkező sejtek, ezért nyújtanak strukturális támogatást. A vaszkuláris növények nagymértékben képesek ellenőrizni víztartalmát a xilém birtokában, amelynek részét képezik a tracheidák.

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

Elhelyezkedés a növényen

A növényeknek három alapvető szövettípusa van: a parenchima, nem specifikus sejtekkel, vékony, nem élesített sejtmembránokkal; a collenchyma, hosszúkás támogató sejtekkel, szabálytalanul megvastagodott sejtfalakkal; és sclerenchyma, élesített sejtfal-támogató sejtekkel, amelyek érett állapotban nem tartalmaznak élő komponenseket.

A szklerénia lehet mechanikus, szklereidekkel (kősejtekkel) és faszálakkal, vagy vezetőképes, tracheidákkal (perforációk nélkül, minden vaszkuláris növényben megtalálható) és vezetőképes edényekkel (végükön perforációval, főleg angiospermokben). A tracheidák és a vezető erek elemei halott sejtek.

A növényeknek kétféle vezetőképes szövete van: a xylem, amely vizet és ásványi sókat szállít a talajból; és a phloem, amely elosztja a fotoszintézissel előállított cukrokat.

A xylem és a floem párhuzamos érrendszeri kötegeket képeznek a növény kéregében. A xylem parenchyma, faszálak és vezetőképes sclerenchyma alkotja. A phloem élő érrendszeri sejtekből áll.

Egyes fák esetében megkülönböztetik az éves növekedési gyűrűket, mivel a tavasszal képződött tracheid szélesebbek, mint a nyáron képződött tracheidák.

jellemzők

Bodzafa növény (Sambucus sp.) Keresztmetszete. Xylem edények és tracheia. Felvett és szerkesztette: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

A "tracheid" kifejezés, amelyet Carl Sanio készített 1863-ban, a légcső emlékeztető alakjára utal.

A páfrányok, kerékpárok és tűlevelűek esetében a tracheid mérete 1–7 mm. A csírakéregben 1–2 mm-es vagy annál kevesebb. Ezzel szemben a vezetőképességű edények (amelyek számos vezetőképes edényelemből állnak), amelyek angiospermiumokra jellemzőek, 1000 mm hosszú lehet.

A tracheid sejteknek elsődleges és másodlagos sejtfaluk van. A másodlagos fal az elsődleges fal kialakulása után választódik ki. Ezért az első a másodikhoz képest belső.

A cellulózrostok az elsődleges sejtfalban véletlenszerűen orientáltak, míg a másodlagos sejtfalban spirálisan orientáltak. Ezért az előbbi könnyebben nyújtható, amikor a sejt növekszik. Vagyis a második szigorúbb.

A tracheidok megvilágított sejtfalai skaláris, gyűrűs, spirális (vagy spirális), retikulált vagy libriformás kiálló részekkel rendelkeznek. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a fajok mikroszkópos megfigyeléssel történő azonosítását.

A nem áteresztő anyagból készült ligninfalak megakadályozzák, hogy a tracheidák és a vezetőképességű edények elveszítsék a vizet vagy szenvedjenek a levegőbejutás által okozott embolizmusoktól.

Szállítási funkció

Az úgynevezett "kohéziós elmélet" a legelfogadottabb magyarázat a víz és a sók feloldódására az oldatban a xylemben. Ezen elmélet szerint a levél átáramlásából adódó vízvesztés feszültséget okozna a folyadékoszlopban, amely a gyökerektől az ágakig megy át, áthaladva a tracheidán és a vezetőképes edényeken.

A transzpiráció következtében fellépő vízvesztés csökkentené a növények felső részének nyomását, és a talajból a gyökér által felvett víz a xylem csatornákon keresztül emelkedik. Ily módon az izzadt vizet folyamatosan cserélnék.

Mindez elegendő feszültséget igényel a víz emelkedéséhez, valamint a folyadékoszlopban lévő kohéziós erő fenntartásához. Egy 100 m magas fához 0,2 bar / m nyomásgradiensre van szükség, a teljes 20 bar kohéziós erőre. Kísérleti bizonyítékok azt mutatják, hogy ezek a feltételek a természetben teljesülnek.

A tracheidák sokkal nagyobb belső felület-térfogatarányúak, mint a vezetőképes edények elemei. Ezért adhézióval megvédik a vizet a növényben a gravitáció ellen, függetlenül attól, hogy van-e izzadság.

Mechanikai funkció

A tracheidok lignifikációja megakadályozza azok leesését a xylem negatív hidrosztatikus nyomásai miatt.

Ez a lignifikáció azt is eredményezi, hogy a tracheidák a fa legtöbb szerkezeti támogatását biztosítják. Minél nagyobb a növények mérete, annál nagyobb szükség van a szerkezeti támogatásra. Ezért a tracheid átmérője nagyobb a nagyobb növényeknél.

A légcsövek merevsége lehetővé tette a növények számára, hogy földi szokásukat felépítsék. Ez fák és erdők megjelenéséhez vezetett.

Nagy növényeknél a tracheidák kettős funkcióval bírnak. Az első az, hogy vizet juttasson a lombozathoz (például kis növényeknél). A második a lombozat szerkezeti megerősítése, hogy ellenálljon a gravitációnak, még akkor is, ha az erősítés csökkenti a xylem hidraulikus hatékonyságát.

Az erős szélnek vagy havazásnak kitett környezet, valamint az egyes növények felépítése miatt az ágak nagyobb törésállóságot igényelnek. A tracheidok miatt bekövetkezett fokozott fa érlelés elősegítheti ezen növények fás részeinek hosszú élettartamát.

Evolúció

A tracheidák evolúciós folyamata, amely több mint 400 millió évig tart, jól dokumentálva van, mivel ezeknek az érrendszeri sejteknek a lignifikáció okozta keménysége elősegíti fosszilis megőrzését.

A földi flóra fejlődésével a geológiai időben a tracheidák két adaptív irányt tapasztaltak meg. Először vezetõ edények jöttek létre a víz- és tápanyagszállítás hatékonyságának növelése érdekében. Másodszor, szálakká alakították át, hogy nagyobb és nagyobb növényeknek szerkezeti támogatást nyújtsanak.

A vezetőedények elemei a jellegzetes perforációikat későn, az ontogenezis során kapják meg. Fejlődésük korai szakaszában hasonlítanak a tracheidákhoz, amelyekből fejlődtek ki.

A fosszilis és élő gymonospermékben, valamint az elsődleges kétszikűekben (Magnoliales) a tracheidák skaláris formájú gödrökkel rendelkeznek. A fejlettebb növénycsoportokra történő fejlődés során a skaláris formájú tracheidák a kör alakú szélekkel rendelkező tracheidákat eredményezték. Ez utóbbi viszont libriform rostok kialakulását eredményezte.

Xylem

A xilém és a filém a szöveteket alkotják, amelyek alkotják az érrendszeri növények érrendszeri rendszerét. Ez a rendszer meglehetősen bonyolult, felelős a víz, ásványi anyagok és ételek vezetéséért.

Míg a xilém vizet és ásványi anyagokat szállít a gyökérről a növény többi részéig, a fülém a fotoszintézis során képződött tápanyagokat szállítja a levelektől a növény többi részéig.

A xylemet sok esetben kétféle sejt alkotja: a legeredményesebbnek tartott tracheidákat és az ér érét. A legeredményesebb érrendszeri növények azonban csak a xylemben tartalmaznak tracheidákat.

A víz áramlása a tracheidán

A tracheidáknak a növényen belüli elhelyezése úgy történik, hogy gödröik tökéletesen illeszkednek a szomszédos tracheidák közé, lehetővé téve az egymás közötti áramlást bármilyen irányban.

Egyes fajokban a gödrök szélén megvastagodott a sejtfal, ami csökkenti a nyílás átmérőjét, ezáltal megerősítve a tracheidok egységét, és csökkentve az ezeken áthaladó víz és ásványi anyagok mennyiségét. Az ilyen típusú gödröket areolate gödröknek hívják.

Néhány ültetvényfajnak, valamint a tűlevelűeknek van egy kiegészítő mechanizmusuk, amely lehetővé teszi a vízáramlás szabályozását az areolate gödrökön keresztül, például a torusnak nevezett szerkezet jelenlétét.

A tórus nem más, mint a gödör membránjának megvastagodása a központi terület szintjén, és ez vezérlőszelepként szolgál a víz és ásványok átjutására a sejtek között.

Amikor a bika a gödör közepén van, a tracheidok közötti áramlás normális; de ha a membrán egyik oldala felé mozog, a tórusz blokkolja a gödör nyílását, csökkentve az áramlást vagy teljesen akadályozva azt.

A gödrök típusai

Egyszerű

A széleken nem mutatnak vastagodást

Areolated

Sűrűsödéseket mutatnak mind a tracheid, mind a szomszédos tracheid gödörének szélein.

Semiareoladas

Az egyik cella mélyedése megvastagodott, a szomszédos cella széle nem.

Areolada bika

Mint már említettem, a tűlevelűek és néhány angiosperms központi torusza van az areolate gödörben, amely segít szabályozni a víz és ásványi anyagok áramlását.

Vak

Végül a tracheid gödörje nem esik egybe a szomszédos cella gödörével, amelyre a víz és az ásványok áramlása ezen a területen megszakad. Ezekben az esetekben vak vagy nem funkcionális gödörről beszélünk.

Tűlevelű fenyő (Pinus sp.) Érintőleges metszete. Tragédia és egyéb struktúrák. Felvett és szerkesztette: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Tornateremben

A pajzs Gnetophyta gimnaszpermeit többek között a tracheidákból és érekből vagy légcsövekből álló xilem bemutatásával jellemezzük, ám a gimnasztermák többi részében tracheidok csak vezetőképes elemekként vannak kialakítva.

A gymnosperméknek általában hosszabb a tracheidja, mint az angiospermsnek, és általában torolajjal is areolate típusúak. A tűlevelűek szekunder xilémének tömegének és térfogatának több mint 90% -át tracheidák alkotják.

A tracheidák kialakulása a tűlevelű szekunder xylemben az érrendszeri kambiumból történik. Ez a folyamat négy szakaszra osztható.

Sejtosztódás

Ez egy mitotikus megoszlás, amelyben a nukleáris megosztás után két lánymagra az első kialakuló szerkezet az elsődleges fal.

Sejtek megnyúlása

A teljes sejtosztódás után a sejt hosszabbodni kezd. Mielőtt ez a folyamat befejeződik, megkezdődik a másodlagos fal kialakulása, amely a sejt közepétől kezdődik és a csúcs felé növekszik.

Cellulóz mátrix lerakódás

A sejt cellulóz- és hemicellulózmátrixa különböző rétegekben helyezkedik el.

lignification

A cellulóz és a hemicellulóz mátrixot ligninnel és más hasonló anyagokkal impregnálják, amely a tracheid érési fázisának utolsó szakaszát képezi.

Angiospermsben

A tracheidok jelen vannak az összes érrendszer xilómájában, ám az ízületi perifériákban ezek kevésbé fontosak, mint a tornateremben, mivel funkciókat osztanak más struktúrákkal, amelyek az erek vagy a légcső elemei.

Az angiosperm tracheidák rövidebbek és vékonyabbak, mint a gymnosperm tracheidák, és soha nem rendelkeznek bika gödrökkel.

Az ízületi periódusok, mint a tracheidák is, vannak falukban gödrök, érettségükkor meghalnak és elveszítik protoplasztját. Ezek a sejtek azonban rövidebbek és akár tízszer szélesebbek, mint a tracheidák.

A légcsövek az apicesüknél elveszítik sejtfaluk nagy részét, és perforációs lemezeket hagynak a szomszédos sejtek között, és így folyamatos vezetéket képeznek.

A légcső sokkal gyorsabban képes szállítani a vizet és az ásványokat, mint a légcsövek. Ezek a struktúrák azonban hajlamosabbak a légbuborékok elzárására. Téli szezonban is hajlamosabbak a fagyásra.

Irodalom

1. Beck, CB 2010. Bevezetés a növények szerkezetéhez és fejlődéséhez - a növény anatómiája a huszonegyedik században. Cambridge University Press, Cambridge.
2. Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. Növények biológiája. WH Freeman, New York.
3. Gifford, EM, Foster, AS, 1989. Az érrendszeri növények morfológiája és evolúciója. WH Freeman, New York.
4. Mauseth, JD 2016. Botanika: bevezetés a növénybiológiába. Jones és Bartlett Learning, Burlington.
5. Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. A tracheidok mechanikus megerősítése rontja a tűlevelű xilém hidraulikus hatékonyságát. Növény, sejt és környezet, 29, 1618–1628.
6. Rudall, PJ A virágos növények anatómiája - bevezetés a szerkezetbe és a fejlődésbe. Cambridge University Press, Cambridge.
7. Schooley, J. 1997. Bevezetés a botanikába. Delmar Publishers, Albany.
8. Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Méret és funkció tűlevelű tracheidákban és angiosperm ereiben. American Journal of Botany, 93, 1490–1500.
9. Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Bevezető növénybiológia. McGraw-Hill, New York.
10. Willis, KJ, McElwain, JC 2001. A növények evolúciója. Oxford University Press, Oxford.