Back to chapter

34.11:

Water- en mineraalopname

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Water and Mineral Acquisition

Languages

Share

Water is meer dan 80% van de meeste plantenmassa’s. Het is essentieel voor fotosynthese, metabolisme en de transport van nutriënten en andere moleculen. Anorganische nutriënten zijn ook cruciaal voor groei en voortplanting. Zo is stikstof een bouwstof voor biomoleculen als aminozuren en is kalium belangrijk voor het openen en sluiten van stomata. Hoe absorberen planten nutriënten en zoveel water? De meeste planten nemen water en mineralen op uit de bodem waar ze in geworteld zijn. Plantenwortels scheiden water- stofionen en koolstofdioxide af. Koolstofdioxide reageert met water en vormt een waterstofcarbonaat- ion en waterstofionen. De waterstofionen binden aan negatief geladen deeltjes in de bodem, waardoor positief geladen ionen, zoals kalium, vrijkomen in de bodem. Dit proces heet kationuitwisseling en maakt nutriënten beschikbaar voor de plant. De opbouw en vertakkingen van de wortels zijn essentieel voor de efficiënte opname van water en nutriënten. De buitenste laag cellen in contact met de bodem vormt kleine wortelhaartjes. Deze gespecialiseerde cellen hebben een groot oppervlak dat water absorbeert door actieve en passieve processen. Water en opgeloste nutriënten kunnen bijvoorbeeld passief de apoplast in diffunderen, die bestaat uit alle celwanden en ruimtes tussen cellen. De ruimte binnen het celmembraan heet de symplast. Water gaat via osmose de symplast binnen over het celmembraan. Nutriënten worden door actief transport opgenomen. Als water en mineralen in de symplast zijn, bewegen ze zich naar het midden van de wortel door verbindingen tussen cellen. Water en nutriënten in de apoplast kunnen echter de stele niet binnengaan door de bandjes van Caspary. Bandjes van Caspary zijn laagjes suberine, impermeabel voor water, in de cellen van de endodermis, die de stele omringt. Deze structuren blokkeren de doorgang van potentieel ongewenste of toxische elementen. Om het midden van de wortel binnen te komen moeten alle opgeloste stoffen over een plasmamembraan. Eenmaal in de symplast gaan water en nutriënten de stele binnen, die hen verspreidt over de plant om hun rol te vervullen.

34.11:

Water- en mineraalopname

Gespecialiseerde weefsels in plantenwortels zijn geëvolueerd om water, mineralen en sommige ionen uit de bodem op te vangen. Wortels vertonen een verschillende vertakkingspatronen die dit proces vergemakkelijken. De buitenste wortelcellen hebben gespecialiseerde structuren, die wortelharen worden genoemd, die het worteloppervlak vergroten en zo het contact met de grond vergroten. Water kan passief de wortels binnendringen, omdat de concentratie van water in de bodem hoger is dan die in het wortelweefsel. Mineralen worden daarentegen actief naar de wortelcellen getransporteerd.

De bodem heeft een negatieve lading, dus positieve ionen blijven meestal gebonden aan bodemdeeltjes. Om dit te omzeilen pompen wortels koolstofdioxide in de grond, dat spontaan afbreekt waardoor positief geladen protonen (H + ) in de grond vrijkomen. Deze protonen verdringen positief geladen ionen die gebonden zijn aan de bodemdeeltjes zodat ze het wortelweefsel in kunnen worden gepompt, een proces dat kationuitwisseling wordt genoemd. Negatief geladen anionen maken gebruik van het feit dat H + -ionen met het concentratiegradiënt mee diffunderen en komen in wortelcellen terecht met behulp van co-transport: ionen zoals Cl- worden samen met H + -ionen het wortelweefsel in gevoerd.

Moleculen kunnen via twee routes de kern van het wortelweefsel, de stele genaamd, bereiken. Apoplastisch transport is de beweging van moleculen in de ruimtes die zijn gecreëerd tussen de celwanden van aangrenzende cellen en hun overeenkomstige membranen. Symplastisch transport daarentegen is de beweging van moleculen door het cytoplasma van plantencellen, waarbij gebruik wordt gemaakt van cellulaire verbindingen, plasmodesmata genaamd, die de vrije cytoplasmatische doorgang van moleculen tussen aangrenzende cellen mogelijk maken. Om de stele binnen te komen, moeten moleculen de symplast binnengaan, omdat de Casparian stroken in de endodermis van de wortel voorkomen dat opgeloste stoffen in de apoplast de stele binnendringen. Daarom moeten opgeloste stoffen door het semipermeabele membraan van een cel gaan om de symplast binnen te gaan, en de cellen beschermen tegen giftige of ongewenstemoleculen uit de bodem.

Suggested Reading

Barberon, Marie, and Niko Geldner. "Radial Transport of Nutrients: The Plant Root as a Polarized Epithelium." Plant Physiology 166, no. 2 (October 1, 2014): 528–37. [Source]

Kim YX, Ranathunge K, Lee S, Lee Y, Lee D, Sung J. "Composite Transport Model and Water and Solute Transport across Plant Roots: An Update." Front Plant Sci. 2018 Feb 16;9:193. [Source]