Ксилема и перенос ресурсов через транспирацию

Ксилема сосудистых растений распределяет воду и растворенные минералы, которые поглощаются корнями, по остальным частям растения. Клетки, транспортирующие ксилемный сок, мертвы по достижении зрелости, и движение ксилемного сока является пассивным процессом.

Трахеиды и элементы сосудов транспортируют ксилемный сок

Трахеарные элементы – это транспортные клетки ксилемы. В зрелом возрасте у них отсутствуют цитоплазма и органеллы, и они считаются частью апопласта растения, поскольку непосредственно соединяются с внеклеточным пространством. Существует два типа трахеальных элементов: трахеиды и сосудистые элементы.

Трахеиды – это удлиненные клетки с одеревеневшими стенками, которые содержат небольшие промежутки, называемые ямками, которые проводят ксилемный сок от одной клетки к другой в местах, где их стенки перекрываются. Бессемянные сосудистые растения и большинство голосеменных или шишковидных растений имеют только трахеиды, которые, как считается, развились до сосудистых элементов.

Элементы сосудов – это более широкие одеревеневшие клетки, которые складываются вертикально, образуя сосуды. Они связаны перфорационными пластинами, специализированными концевыми структурами клеток, в которых есть пространства, через которые может течь ксилемный сок. Больший диаметр и более эффективная структура перфорационных пластин означает, что сосуды, состоящие из элементов сосудов, могут перемещать гораздо больший объем сока. Большинство покрытосеменных или цветковых растений имеют как трахеиды, так и сосудистые элементы.

Активный перенос минералов создает градиент давления воды от корней к листьям

В то время как вода поступает в растение пассивно через проницаемые корневые клетки, для перемещения минералов в ксилему необходим активный транспорт. В результате высокая концентрация растворенных веществ в корнях создает градиент потенциала давления воды внутри ксилемы с более высоким давлением в корнях и более низким давлением в других частях растения, где растворенные вещества менее концентрированы. Затем вода будет двигаться к областям с более низким давлением; однако этот градиент вносит лишь незначительный вклад в общий транспорт сока через ксилему.

Физические силы, действующие на молекулы воды, удерживают жидкость внутри ксилемы

Транспортировка ксилемного сока через растение отчасти стала возможной благодаря некоторым физическим свойствам самой воды. Гипотеза сцепления-натяжения для транспорта сока через ксилему была впервые предложена в 1890-х годах. Связь между молекулами воды относительно сильна, потому что все три атома молекулы воды могут участвовать в водородных связях с другими молекулами воды. Это означает, что транспирационное притяжение листьев может воздействовать на молекулы воды по всей ксилеме, как звенья цепи, вплоть до корней.

Другая сила, адгезия, позволяет молекулам воды прилипать к поверхностям внутри растения, таким как стенки клеток мезофилла в листьях, где поверхностное натяжение воды имеет важное значение для вытягивания сока из сосудов листа, когда водяной пар выходит из листья. Адгезия молекул воды к стенкам сосудов ксилемы предотвращает просачивание сока вниз и из растения через корни, когда устьица закрываются, и напряжение, создаваемое транспирацией, прекращается.