Lo xilema e il trasporto di risorse mediato dalla traspirazione

Lo xiloma delle piante vascolari distribuisce acqua e minerali disciolti che vengono assorbiti dalle radici al resto della pianta. Le cellule che trasportano la linfa xilematica sono morte alla maturità, e il movimento della linfa nello xilema è un processo passivo.

Tracheidi ed elementi vascolari trasportano linfa xilematica

Gli elementi tracheari sono le cellule di trasporto dello xilema. Mancano di citoplasma e organelli quando sono maturi e sono considerati parte dell’apoplasto della della pianta perché si collegano direttamente con lo spazio extracellulare. Ci sono due tipi di elementi tracheari: tracheidi ed elementi del vaso (elementi vascolari).

I tracheidi sono cellule allungate con pareti lignificate che contengono piccoli spazi chiamati fosse, che conducono la linfa xilematica da una cella all’altra in luoghi in cui le loro pareti si sovrappongono. Le piante vascolari senza semi e la maggior parte dei gimnosperme, o piante portanti di cono, hanno solo tracheidi, che si pensa si siano evoluti prima degli elementi vascolari.

Gli elementi vascolari sono cellule lignificate più ampie che si impilano verticalmente per formare vasi. Sono collegati da piastre di perforazione, strutture di estremità cellulari specializzate che hanno spazi attraverso i quali la linfa xilematica può fluire. Il diametro maggiore e la struttura più efficiente delle piastre di perforazione significano che i vasi costituiti da elementi vascolari possono spostare un volume molto maggiore di linfa. La maggior parte delle angiosperme, o piante da fiore, hanno sia tracheidi che elementi vascolari.

Il trasporto attivo di minerali crea un gradiente di pressione dell’acqua dalle radici alle foglie

Mentre l’acqua entra in una pianta passivamente attraverso cellule radice permeabili, il trasporto attivo è necessario per spostare i minerali nello xilema. L’elevata concentrazione di soluti nelle radici crea un gradiente nel potenziale di pressione dell’acqua all’interno dello xillema, con una maggiore pressione nelle radici e una pressione più bassa altrove nella pianta, dove i soluti sono meno concentrati. L’acqua si sposterà verso le zone di pressione più basse; tuttavia, questo gradiente è solo un minore contributo al trasporto complessivo di linfa attraverso lo xilema.

Le forze fisiche sulle molecole d’acqua trattengono il fluido all’interno dello xilema

Il trasporto di linfa xilematica attraverso una pianta è reso possibile in parte da alcune delle proprietà fisiche dell’acqua stessa. L’ipotesi di coesione-tensione per il trasporto di linfa attraverso lo xilema è stata proposta per la prima volta nel 1890. La coesione tra le molecole d’acqua è relativamente forte perché tutti e tre gli atomi di una molecola d’acqua possono partecipare al legame di idrogeno con altre molecole d’acqua. Ciò significa che l’attrazione trassopanti nelle foglie può influenzare le molecole d’acqua in tutto lo xilema, come gli anelli in una catena, fino alle radici.

Un’altra forza, l’adesione, permette alle molecole d’acqua di attaccarsi alle superfici all’interno della pianta, come le pareti cellulari delle cellule mesofille nella foglia, dove la tensione superficiale dell’acqua è essenziale per estrarre la linfa dai vasi delle foglie quando il vapore acqueo traspira dalle foglie. L’adesione di molecole d’acqua alle pareti dei vasi di xileo impedisce alla linfa di fuoriuscire verso il basso e fuori dalla pianta attraverso le radici quando gli stomi si chiudono e la tensione prodotta dalla traspirazione cessa.