Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

34.13: Xylem en Transpiratiegedreven transport van grondstoffen
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources
 
TRANSCRIPT

34.13: Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources

34.13: Xylem en Transpiratiegedreven transport van grondstoffen

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.

Het xyleem van vaatplanten verdeelt water en opgeloste mineralen die door de wortels worden opgenomen naar de rest van de plant. De cellen die xyleemsap transporteren, zijn dood bij volwassenheid en de beweging van xyleemsap is een passief proces.

Tracheïden en vatelementen transporteren xyleemsap

Tracheary-elementen zijn de transportcellen van het xyleem. Ze missen cytoplasma en organellen als ze volwassen zijn en worden beschouwd als onderdeel van de apoplast van de plant omdat ze rechtstreeks in verbinding staan met de extracellulaire ruimte. Er zijn twee soorten tracheary-elementen: tracheïden en vaatelementen.

Tracheïden zijn langwerpige cellen met verhoute wanden die kleine openingen bevatten, putjes genaamd, die xyleemsap van de ene cel naar de andere geleiden op plaatsen waar hun wanden elkaar overlappen. Zaadloze vaatplanten en de meeste gymnospermen, of kegelvormige planten, hebben alleen tracheïden, waarvan wordt aangenomen dat ze zijn geëvolueerd vóór vaatelementen.

Vaatelementen zijn breder verhoutcellen die verticaal stapelen om vaten te vormen. Ze zijn verbonden door perforatieplaten, gespecialiseerde celeindstructuren met ruimtes waardoor xyleemsap kan stromen. De grotere diameter en de efficiëntere structuur van perforatieplaten betekent dat vaten die zijn opgebouwd uit vatelementen een veel groter volume sap kunnen verplaatsen. De meeste angiospermen, of bloeiende planten, hebben zowel tracheïden als vaatelementen.

Actief transport van mineralen zorgt voor een gradiënt van de waterdruk van wortels naar bladeren

Terwijl water passief een plant binnendringt via doorlatende wortelcellen, is actief transport vereist om mineralen in het xyleem te verplaatsen. De resulterende hoge concentratie van opgeloste stoffen in de wortels zorgt voor een gradiënt in het drukpotentieel van water in het xyleem, met hogere druk in de wortels en lagere druk elders in de plant, waar opgeloste stoffen minder geconcentreerd zijn. Water zal dan naar de lagere drukgebieden bewegen; deze gradiënt is echter slechts een kleine bijdragenaar het algehele transport van sap door het xyleem.

Fysieke krachten op watermoleculen houden vloeistof vast in het xyleem

Transport van xyleemsap door een plant wordt gedeeltelijk mogelijk gemaakt door enkele fysische eigenschappen van water zelf. De cohesie-spanning-hypothese voor het transport van sap door het xyleem werd voor het eerst voorgesteld in de jaren 1890. De cohesie tussen watermoleculen is relatief sterk omdat alle drie de atomen van een watermolecuul kunnen deelnemen aan waterstofbinding met andere watermoleculen. Dit betekent dat transpiratie in de bladeren watermoleculen door het xyleem kan beïnvloeden, zoals schakels in een ketting, helemaal tot aan de wortels.

Een andere kracht, adhesie, zorgt ervoor dat watermoleculen aan oppervlakken in de plant blijven kleven, zoals de celwanden van mesofylcellen in het blad, waar de wateroppervlaktespanning essentieel is om sap uit bladvaten te halen wanneer waterdamp uit de bladeren komt. Hechting van watermoleculen aan de wanden oF xyleemvaten voorkomen dat het sap via de wortels naar beneden en uit de plant sijpelt wanneer de huidmondjes sluiten en de spanning die door transpiratie wordt veroorzaakt ophoudt.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter