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34.13: Xylème et transport des ressources par transpiration
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Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources
 
TRANSCRIPTION

34.13: Xylem and Transpiration-driven Transport of Resources

34.13: Xylème et transport des ressources par transpiration

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.

Le xylème des plantes vasculaires distribue l’eau et les minéraux dissous qui sont absorbés par les racines au reste de la plante. Les cellules qui transportent la sève du xylème sont mortes à la maturité, et le mouvement de la sève xylem est un processus passif.

Les trachéides et les éléments du navire transportent la sève du xylème

Les éléments trachéaires sont les cellules de transport du xylème. Ils manquent de cytoplasme et d’organites lorsqu’ils sont matures et sont considérés comme faisant partie de l’apoplaste de la plante parce qu’ils se connectent directement à l’espace extracellulaire. Il existe deux types d’éléments trachéaires : les trachéides et les éléments des vaisseaux.

Les trachéides sont des cellules allongées avec des parois lignifiées qui contiennent de petites lacunes appelées fosses, qui conduisent la sève du xylème d’une cellule à l’autre dans les endroits où leurs murs se chevauchent. Les plantes vasculaires sans pépins et la plupart des gymnospermes, ou plantes porteuses de cônes, n’ont que des trachéides, qui auraient évolué avant les éléments des vaisseaux.

Les éléments des vaisseaux sont des cellules lignifiées plus larges qui s’empilent verticalement pour former des vaisseaux. Ils sont reliés par des plaques de perforation, des structures d’extrémité cellulaire spécialisées qui ont des espaces à travers lesquels la sève xylem peut couler. Le plus grand diamètre et la structure plus efficace des plaques de perforation signifient que les navires composés d’éléments de navire peuvent déplacer un volume beaucoup plus grand de sève. La plupart des angiospermes, ou plantes à fleurs, ont à la fois des trachéides et des éléments de navire.

Le transport actif des minéraux crée un gradient de pression d’eau des racines aux feuilles

Alors que l’eau pénètre passivement dans une plante par des cellules racinaires perméables, un transport actif est nécessaire pour déplacer les minéraux dans le xylème. La forte concentration de solutés dans les racines crée un gradient dans le potentiel de pression de l’eau dans le xylème, avec une pression plus élevée dans les racines et une pression plus faible ailleurs dans la plante, où les solutés sont moins concentrés. L’eau se déplacera ensuite vers les zones à basse pression; cependant, ce gradient n’est qu’un facteur mineur contribuant au transport global de la sève par le xylème.

Les forces physiques sur les molécules d’eau retiennent le fluide dans le xylème

Le transport de la sève de xylème à travers une plante est rendu possible en partie par certaines des propriétés physiques de l’eau elle-même. L’hypothèse de la tension de cohésion pour le transport de la sève par le xylème a été proposée pour la première fois dans les années 1890. La cohésion entre les molécules d’eau est relativement forte parce que les trois atomes d’une molécule d’eau peuvent participer à la liaison de l’hydrogène avec d’autres molécules d’eau. Cela signifie que l’attraction transpirante dans les feuilles peut affecter les molécules d’eau dans tout le xylème, comme les maillons d’une chaîne, jusqu’aux racines.

Une autre force, l’adhérence, permet aux molécules d’eau de coller aux surfaces à l’intérieur de la plante, comme les parois cellulaires des cellules mésophylles dans la feuille, où la tension de surface de l’eau est essentielle pour tirer la sève des vaisseaux foliaires lorsque la vapeur d’eau transpire des feuilles. L’adhérence des molécules d’eau aux parois des vaisseaux xylèmes empêche la sève de s’infiltrer vers le bas et hors de la plante à travers les racines lorsque les stomates se ferment et que la tension produite par la transpiration cesse.


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