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34.13: Xilema e Transporte de Recursos por Transpiração
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Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources
 
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34.13: Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources

34.13: Xilema e Transporte de Recursos por Transpiração

The xylem of vascular plants distributes water and dissolved minerals that are taken up by the roots to the rest of the plant. The cells that transport xylem sap are dead upon maturity, and the movement of xylem sap is a passive process.

Tracheids and vessel elements transport xylem sap

Tracheary elements are the transport cells of the xylem. They lack cytoplasm and organelles when they are mature and are considered part of the apoplast of the plant because they connect directly with the extracellular space. There are two types of tracheary elements: tracheids and vessel elements.

Tracheids are elongated cells with lignified walls that contain small gaps called pits, which conduct xylem sap from one cell to the next in places where their walls overlap. Seedless vascular plants and most gymnosperms, or cone-bearing plants, have only tracheids, which are thought to have evolved before vessel elements.

Vessel elements are wider lignified cells that stack vertically to form vessels. They are connected by perforation plates, specialized cell end structures that have spaces through which xylem sap can flow. The larger diameter and the more efficient structure of perforation plates means that vessels made up of vessel elements can move a much larger volume of sap. Most angiosperms, or flowering plants, have both tracheids and vessel elements.

Active transport of minerals creates a water pressure gradient from roots to leaves

While water enters a plant passively through permeable root cells, active transport is required to move minerals into the xylem. The resulting high concentration of solutes in the roots creates a gradient in the pressure potential of water within the xylem, with higher pressure in the roots and lower pressure elsewhere in the plant, where solutes are less concentrated. Water will then move toward the lower pressure areas; however, this gradient is only a minor contributor to the overall transport of sap through the xylem.

Physical forces on water molecules hold fluid within the xylem

Transport of xylem sap through a plant is made possible in part by some of the physical properties of water itself. The cohesion-tension hypothesis for transport of sap through the xylem was first proposed in the 1890s. Cohesion between water molecules is relatively strong because all three atoms of a water molecule can participate in hydrogen bonding with other water molecules. This means that transpirational pull in the leaves can affect water molecules throughout the xylem, like links in a chain, all the way to the roots.

Another force, adhesion, allows water molecules to stick to surfaces within the plant, such as the cell walls of mesophyll cells in the leaf, where water surface tension is essential for drawing sap out of leaf vessels when water vapor is transpiring from the leaves. Adhesion of water molecules to the walls of xylem vessels prevents sap from seeping downward and out of the plant through the roots when the stomata close and the tension produced by transpiration ceases.

O xilema das plantas vasculares distribui água e minerais dissolvidos que são captados pelas raízes para o resto da planta. As células que transportam seiva de xilema estão mortas após a maturidade, e o movimento da seiva de xilema é um processo passivo.

Traqueídeos e elementos de vaso transportam seiva de xilema

Elementos traqueídeos são as células de transporte do xilema. Eles não têm citoplasma e organelos quando estão maduros e são considerados parte do apoplasto da planta porque se ligam diretamente ao espaço extracelular. Existem dois tipos de elementos traqueídeos: traqueídeos e elementos de vaso.

Traqueídeos são células alongadas com paredes lignificadas que contêm pequenas lacunas chamadas poços, que conduzem a seiva de xilema de uma célula para outra em locais onde as suas paredes se sobrepõem. Plantas vasculares sem sementes e a maioria das gimnospérmicas, ou plantas coníferas, têm apenas traqueídeos, que se acredita terem evoluído antes dos elementos do vaso.

Os elementos de vaso são células lignificadas mais largas que se acumulam verticalmente para formar vasos. Eles estão ligados por placas de perfuração, estruturas da extremidade celular especializadas que têm espaços através dos quais a seiva de xilema pode fluir. O diâmetro maior e a estrutura mais eficiente das placas de perfuração significa que os vasos compostos por elementos de vaso podem mover um volume muito maior de seiva. A maioria das angiosérmicas, ou plantas com flor, têm traqueídeos e elementos de vaso.

O transporte ativo de minerais cria um gradiente de pressão da água das raízes às folhas

Enquanto que a água entra passivamente em uma planta através de células radiculares permeáveis, o transporte ativo é necessário para mover minerais para o xilema. A alta concentração resultante de solutos nas raízes cria um gradiente no potencial de pressão da água dentro do xilema, com maior pressão nas raízes e menor pressão em outros locais da planta, onde os solutos estão menos concentrados. A água irá mover-se em direção aos locais de menor pressão; no entanto, este gradiente é apenas um pequeno contributo para o transporte global de seiva através do xilema.

Forças físicas em moléculas de água mantêm fluido dentro do xilema

O transporte de seiva de xilema através de uma planta é possibilitada em parte por algumas das propriedades físicas da própria água. A hipótese de coesão-tensão para o transporte de seiva através do xilema foi proposta pela primeira vez na década de 1890. A coesão entre moléculas de água é relativamente forte porque todos os três átomos de uma molécula de água podem participar da ligação de hidrogénio com outras moléculas de água. Isso significa que a atração transpiracional nas folhas pode afetar moléculas de água em todo o xilema, como elos em uma cadeia, até às raízes.

Outra força, a adesão, permite que moléculas de água se agarrem a superfícies dentro da planta, como as paredes celulares das células de mesófilo na folha, onde a tensão superficial da água é essencial para tirar a seiva dos vasos de folhas quando o vapor de água está a transpirar das folhas. A adesão de moléculas de água às paredes dos vasos de xilema impede que a seiva escoe para baixo e para fora da planta através das raízes quando os estomas se fecham e a tensão produzida pela transpiração cessa.


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