Tracheidák: meghatározás, szerkezet és szerep a xilém vízszállításában

Tracheidák: meghatározás, szerkezet és szerep a xilém vízszállításában — működés, szerkezeti megvastagodások és légembólia elleni védelem.

A tracheidák hosszú sejtek az érrendszeri növények xilémjében. Ezek szállítják a vizet és az ásványi sókat. A tracheidák a xilém kétféle elemének egyike, az érelemek a másik. A tracheidáknak nincsenek perforációs lemezei, az érelemeknek viszont vannak. Ezek határozzák meg a vaszkuláris növényeket, szemben a nem vaszkuláris növényekkel.

Minden légcsőelem vastag lignifikált sejtfalat kap. Amikor a növény érett, a protoplaszt lebomlott és eltűnt. A tracheidáknak két funkciójuk van. Anyagot szállítanak és szerkezeti támaszt nyújtanak.

A másodlagos falak különböző formájú megvastagodások: gyűrűk, spirálok, hálózatok vagy kiterjedt megvastagodások, kivéve, ahol gödrök vannak. A legtöbb szerkezeti támaszt a lágyszárúaknál, ahol ezek a fő sejttípusok, a tracheidák adják a szerkezeti támasztékot.

Mivel a tracheidáknak az edényelemekhez képest sokkal nagyobb a felület/térfogat aránya, a gravitáció ellenében (tapadással) megtartják a vizet, amikor nem történik transzspiráció. Ez a mechanizmus segít a növényeknek megelőzni a légembóliákat.

A "tracheid" kifejezést Carl Sanio vezette be 1863-ban, eredetileg Tracheide néven, németül.

Szerkezet részletesen

A tracheidák hosszú, keskeny, hengeres sejtek, melyek mindkét végükön zártak vagy lekerekítettek lehetnek. A sejtfal több rétegű: a primer falat másodlagos falrétegek borítják, amelyek ligninnel telítettek és keménységet adnak. A másodlagos fal megvastagodásai lehetnek:

• gyűrűs (annularis),
• spirális (helicalis),
• retikuláris (hálószerű),
• széles, lemezes megvastagodások.

Ezek a mintázatok befolyásolják a rugalmasságot és a mechanikai szilárdságot, valamint a cső belső keresztmetszetét, ami hatással van a folyadékáramlásra.

Gödrök és pitmembránok

A tracheidák közti kapcsolatot elsősorban a pit (gödrök) biztosítják. Ezek a sejtfalon található vékony, nem megvastagodott területek, ahol a primer fal és az elsődleges sejtfal marad meg, így a víz és ionok átjuthatnak a szomszédos sejtekbe. Két fontos típus:

• simpápleg pit (egyszerű gödrök): általánosak pöszén és egyes harasztokban;
• bordázott (bordered) pit: különösen fontos fenyőféléknél és más gymnospermáknál, ahol a pit pár egyik oldalán perem (bordázat) alakul ki, és gyakran torus-margo szerkezetet mutat, amely zárja a pitet légembólia esetén.

A pitmembránok mikroszkopikus rostokból és pektinből állnak; ezek mechanikailag is szerepet játszanak az áramlás szabályozásában és az embolia megakadályozásában.

Fejlődés és eredet

A tracheidák a procambiumból vagy a kambiumból differenciálódnak a növény növekedése során. A sejtek kitágulnak, kialakul a másodlagos sejtfal, majd a sejtmagi és citoplazmatikus anyagok programozott sejthalál (apoptózishoz hasonló folyamat) révén eltűnnek, így üreg keletkezik a vízvezetésre. A lignifikáció következtében a falak ellenállóak lesznek a nyomással és mechanikai terheléssel szemben.

Funkció — vízszállítás és támasztás

A tracheidák kettős szerepet töltenek be:

• hidraulikai szerep: víz és oldott ásványi anyagok szállítása a gyökerektől a levelek felé. Bár az egyes tracheidák vezetőképessége alacsonyabb az érelemek (vessel elements)hoz képest, a sok kisebb csatorna együtt megbízható és biztonságos vízszállítást eredményez.
• mechanikai szerep: a lignifikált falak növényi szövetek merevítésében és a törzs/ágak megtartásában is részt vesznek.

A tracheidák nagy felület/térfogat aránya előnyös a víz megtartásában kapilláris és felületi feszültség révén, ami különösen fontos stresszes körülmények között, amikor a transzspiráció csökken.

Embolia és biztonság — a tracheidák előnyei

Mivel a tracheidák rövidebbek és keskenyebbek, valamint egymással pitpárokon keresztül kapcsolódnak, kisebb az esélye annak, hogy egy légbuborék (embolus) gyorsan átterjedjen a vezetési rendszerben. A torus-margo pitstruktúra különösen hatékony a fenyőknél: amikor egy pitmembrán eltömődik, a torus rásimul és lezárja a pitet, így lokalizálja az emboliát és védi a rendszer többi részét.

Összehasonlítás az érelemekkel

Az érelemek (vessel elements) rövidebb, szélesebb sejtek, perforációs lemezekkel az egymáshoz kapcsolódó végükön, ami nagyobb hidraulikai vezetőképességet ad, de nagyobb kockázattal jár embolia esetén. A tracheidák lassabb, de biztonságosabb víztranszportot biztosítanak, ezért sok fenyő és ősi érrendszeri növény (például páfrányok, zsurlók, sziklai fák egyes csoportjai) továbbra is tracheidákat használ fő vezetékként.

Elterjedés és evolúció

A tracheidák ősi vezetőelemek; megtalálhatók a gymnospermák többségében, sok pteridofitában (harasztok) és korai szárú vaszkuláris növényekben. Az evolution során egyes vonalakban kifejlődtek az érelemek, amelyek gyorsabb vízszállítást tettek lehetővé, ez különösen az angiospermák sikertényezője lett. Ugyanakkor a tracheidák változatos adaptációi — mint a bordázott gödrök és a másodlagos falak típusa — sok ökológiai fülkében előnyösnek bizonyultak.

Gyakorlati és ökológiai megfontolások

A tracheidák jelenléte befolyásolja a fa minőségét, mechanikai tulajdonságait és a faanyag cellulóz–lignin arányát, ami fontos az ipari felhasználásnál (pl. építőanyag, papírgyártás). Ökológiailag a tracheidás növények gyakran ellenállóbbak a szárazsággal és fagykárokkal szemben a magasabb biztonságú hidraulikai rendszerük miatt.

Összegzés

A tracheidák alapvető szereplők a növények vízszállító és támasztó szisztémájában: egyszerű, mégis hatékony sejtszerkezetek, amelyek biztonságos vízszállítást, mechanikai stabilitást és alkalmazkodó képességet biztosítanak különböző élőhelyeken. Bár a vaszkuláris növények evolúciójában megjelentek a gyorsabb vízszállítást lehetővé tevő érelemek, a tracheidák továbbra is kulcsfontosságúak számos növényi csoport életében.

Kérdések és válaszok

K: Mik azok a nyommaradványok?

K: A tracheidákon kívül milyen más típusú elem található a xilémben?

K: Mi a különbség a tracheidák és az érelemek között a perforációs lemezek tekintetében?

K: Milyen tulajdonság jellemzi az érrendszeri növényeket a nem érrendszeri növényekkel szemben?

K: Mi történik a tracheidák protoplasztjával, amikor a növény kifejlődik?

K: Mi a funkciója a tracheidák másodlagos falában lévő megvastagodásoknak?

K: Hogyan tartják meg a tracheidák a vizet a gravitációval szemben transzspiráció hiányában?

Keresés betűvel