Back to chapter

34.11:

צריכת מים ומינרלים

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

מים מהווים מעל 80%מהמסה של מרבית הצמחים. זה חיוני לפוטוסינתזה, לחילוף חומרים ולהובלת חומרים מזינים ומולקולות אחרות. חומרים מזינים אורגניים הם גם מכריעים לגדילת צמחים ורבייה.לדוגמה, חנקן הוא אבן בניין לביולמולוקולות מפתח, כמו חומצות אמינות, בעוד שאשלגן הוא קריטי לפתיחת וסגירת פיונית. כיצד צמחים סופגים באופן אמין חומרים מזינים וכמויות גדולות של מים? מרבית הצמחים משיגים מים ומינרלים מהאדמה בה הם מושרשים.שורשי הצמח משחררים יוני מימן ופחמן דו חמצני. פחמן דו חמצני מגיב עם מים, ויוצר אניון ביקרבונט, ויוני מימן נוספים. יוני המימן נקשרים לחלקיקי אדמה טעונים שלילית, שמשחררים יונים טעונים חיוביים כמו אשלגן, לתמיסת האדמה.תהליך זה נקרא חילופי קטיונים והופך חומרים מזינים לזמינים לצמח. ארכיטקטורת השורשים ודפוסי הענפים הם חיוניים לספיגת מים וחומרים מזינים יעילים. למשל, שכבת התאים החיצונית שנמצאת במגע עם האדמה יוצרת שערות שורש קטנטנות לתאים המתמחים הללו יש שטח פנים גדול הסופג מים בתהליכים פעילים ופסיביים כאחד.לדוגמא, מים וחומרים מזינים מומסים עשויים להתפשט באופן פסיבי לתוך האפופלסט, שכולל את כל קירות התא והחללים בין התאים. החלל בקרום התא נקרא הסימפלסט. מים נכנסים לסימפלסט דרך אוסמוזה על פני קרום התא, ואילו חומרים מזינים נלקחים באמצעות הובלה פעילה.ברגע שמים ומינרלים נכנסים לסימפלסט, הם נעים בחופשיות לעבר מרכז השורש דרך חיבורי תא לתא. עם זאת, מים וחומרים מזינים באפופלסט חסומים מכניסת לאסטלה על ידי הרצועות הכספריות. רצועות קספריות הן שכבות של סוברין בלתי חדיר למים בתאי האנדודרמיס המקיפים את האסטלה.מבנים אלה חוסמים מעבר של אלמנטים שעלולים להיות בלתי רצויים או רעילים. על מנת להיכנס למרכז השורש, כל המומסים צריכים לעבור קרום פלזמה. ברגע שהם נכנסים למים הסימפלסטיים וחומרים מזינים נכנסים לאסטלה, שמפיץ אותם ברחבי הצמח למילוי תפקידם החיוני.

34.11:

צריכת מים ומינרלים

Specialized tissues in plant roots have evolved to capture water, minerals, and some ions from the soil. Roots exhibit a variety of branching patterns that facilitate this process. The outermost root cells have specialized structures called root hairs that increase the root surface, thus increasing soil contact. Water can passively cross into roots, as the concentration of water in the soil is higher than that of the root tissue. Minerals, in contrast, are actively transported into root cells.

Soil has a negative charge, so positive ions tend to remain attached to soil particles. To circumvent this, roots pump carbon dioxide into the soil, which spontaneously breaks down, releasing positively charged protons (H+) into the soil. These protons displace soil-associated positively charged ions that are available to be pumped into the root tissue, a process called cation exchange. Negatively charged anions exploit the tendency of H+ ions to diffuse down their concentration gradient and back into root cells using co-transport: ions like Cl- are cotransported into the root tissue in association with H+ ions.

Molecules can travel into the core of the root tissue, called the stele, by two routes. Apoplastic transport is the movement of molecules in the spaces created between the continuous cell walls of neighboring cells and their corresponding membranes. In contrast, symplastic transport is the movement of molecules through the cytoplasm of plant cells, which utilizes cellular junctions called plasmodesmata, which allow the free cytoplasmic passage of molecules between adjacent cells. In order to enter the stele, molecules must move into the symplast, as Casparian strips located in the root's endodermis prevent passage of solutes in the apoplast from entering the stele. Therefore, in order to enter into the symplast, solutes must pass through a cell's semipermeable membrane, protecting cells from toxic or unwanted molecules from the soil.

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]