TRACHEIDS: VỊ TRÍ, ĐẶC ĐIỂM VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC

Khí quản dài ra và ở đầu tận cùng của chúng có các tế bào, thực vật có mạch, có chức năng như các ống dẫn vận chuyển nước và muối khoáng hòa tan. Các khu vực tiếp xúc giữa các cặp khí quản cho phép nước đi qua. Các hàng khí quản tạo thành một hệ thống dẫn liên tục qua cây.

Khi các khí quản trưởng thành, chúng là những tế bào có thành tế bào rất cứng, đó là lý do tại sao chúng cũng cung cấp hỗ trợ cấu trúc. Thực vật có mạch có khả năng kiểm soát lượng nước rất lớn nhờ sở hữu các xylem, trong đó có các đường khí quản.

Nguồn: Tiến sĩ phil.nat Thomas Geier, Fachgebiet Botanik der Forschungsanstalt Geisenheim.

Vị trí trên nhà máy

Thực vật có ba loại mô cơ bản: nhu mô, với các tế bào không chuyên hóa, có màng tế bào mỏng, không có chất lỏng; ống nối, với các tế bào nâng đỡ kéo dài, với thành tế bào dày lên không đều; và bệnh u xơ cứng, với các tế bào nâng đỡ thành tế bào nhẹ, không có các thành phần sống khi trưởng thành.

Bệnh xơ cứng có thể là cơ học, có lớp màng cứng (tế bào đá) và sợi gỗ, hoặc dẫn điện, có khí quản (không có lỗ thủng, có ở tất cả các thực vật có mạch) và mạch dẫn (có lỗ thủng ở đầu, chủ yếu ở thực vật hạt kín). Tracheids và các phần tử của mạch dẫn là các tế bào chết.

Thực vật có hai loại mô dẫn: Mô đệm dẫn nước và muối khoáng từ đất; và phloem, phân phối các loại đường được tạo ra bởi quá trình quang hợp.

Các xylem và phloem tạo thành các bó mạch song song trong vỏ thực vật. Xylem được tạo thành từ nhu mô, sợi gỗ và mô xơ dẫn điện. Phloem được tạo thành từ các tế bào mạch sống.

Ở một số cây, các vòng sinh trưởng hàng năm được phân biệt vì các đường khí quản hình thành vào mùa xuân rộng hơn các đường dẫn hình thành vào mùa hè.

nét đặc trưng

Mặt cắt của cây cơm cháy (Sambucus sp.). Xylem mạch và trachedia. Được lấy và chỉnh sửa từ: Thư viện Hình ảnh Khoa học Sinh học của Đại học Cộng đồng Berkshire.

Thuật ngữ "tracheid", do Carl Sanio đặt ra vào năm 1863, dùng để chỉ một hình dạng gợi nhớ đến khí quản.

Ở dương xỉ, chu sa và cây lá kim, đường khí quản có kích thước từ 1–7 mm. Ở thực vật hạt kín, chúng có kích thước từ 1–2 mm hoặc nhỏ hơn. Ngược lại, các mạch dẫn (bao gồm nhiều phần tử mạch dẫn), chỉ có ở thực vật hạt kín, có thể dài gần 1.000 mm.

Tế bào khí quản có thành tế bào sơ cấp và thứ cấp. Vách thứ cấp được tiết ra sau khi vách sơ cấp đã hình thành. Do đó, thứ nhất là nội bộ so với thứ hai.

Các sợi xenluloza trong thành tế bào sơ cấp được định hướng ngẫu nhiên, trong khi các sợi ở thành tế bào thứ cấp có hướng xoắn ốc. Do đó, phần trước có thể dễ dàng kéo dài hơn khi tế bào phát triển. Đó là, thứ hai là cứng nhắc hơn.

Các thành tế bào nhẹ của khí quản có các phần lồi lõm dạng vô hướng, hình khuyên, hình xoắn (hoặc xoắn ốc), lưới hoặc libriform. Đặc điểm này cho phép xác định loài bằng quan sát bằng kính hiển vi.

Các bức tường lignin, một vật liệu không thấm nước, ngăn chặn các khí quản và mạch dẫn điện khỏi bị mất nước hoặc bị tắc mạch do không khí xâm nhập.

Chức năng vận chuyển

Cái gọi là "lý thuyết kết dính" là cách giải thích được chấp nhận nhiều nhất cho sự chuyển động lên trên của nước và muối trong dung dịch trong xylem. Theo lý thuyết này, sự mất nước do thoát hơi nước của lá sẽ tạo ra sức căng trong cột chất lỏng đi từ rễ đến cành, đi qua khí quản và mạch dẫn.

Sự mất nước do thoát hơi nước sẽ có xu hướng làm giảm áp suất ở phần trên của cây, khiến nước do rễ cây lấy từ đất dâng lên qua các rãnh xylem. Bằng cách này, nước mồ hôi sẽ được thay liên tục.

Tất cả những điều này sẽ đòi hỏi lực căng đủ để làm cho nước dâng lên, và lực dính trong cột chất lỏng để hỗ trợ lực căng nói trên. Đối với một cây cao 100 m, cần có một gradient áp suất 0,2 bar / m, cho tổng lực dính là 20 bar. Bằng chứng thực nghiệm chỉ ra rằng những điều kiện này được đáp ứng trong tự nhiên.

Tracheids có tỷ lệ giữa bề mặt và thể tích bên trong lớn hơn nhiều so với các phần tử của tàu dẫn điện. Vì lý do này, chúng có tác dụng bảo tồn, bằng cách kết dính, nước trong cây chống lại trọng lực, bất kể có hay không có mồ hôi.

Chức năng cơ học

Sự đốt cháy của các khí quản ngăn cản sự nổ của chúng do áp suất thủy tĩnh âm của xylem.

Sự bốc hơi này cũng làm cho các đường khí quản cung cấp hầu hết các hỗ trợ cấu trúc của gỗ. Kích thước của thực vật càng lớn thì nhu cầu hỗ trợ cấu trúc càng lớn. Vì lý do này, đường kính của các khí quản có xu hướng lớn hơn ở các cây lớn.

Độ cứng của các đường khí quản cho phép thực vật có được thói quen sống trên cạn. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của cây và rừng.

Ở thực vật lớn, khí quản có chức năng kép. Đầu tiên là dẫn nước lên tán lá (chẳng hạn như ở cây nhỏ). Thứ hai là gia cố cấu trúc các tán lá để chống lại tác động của trọng lực, ngay cả khi việc gia cố làm giảm hiệu suất thủy lực của xylem.

Môi trường chịu gió mạnh hoặc tuyết rơi, cũng như một số cấu trúc thực vật nhất định, làm cho cành cây cần có khả năng chống gãy cao hơn. Tăng khả năng bắt sáng của gỗ do các đường khí quản có thể thúc đẩy tuổi thọ của các bộ phận thân gỗ của những cây này.

Sự phát triển

Quá trình tiến hóa của các khí quản, kéo dài hơn 400 triệu năm, được ghi chép rõ ràng bởi vì độ cứng của các tế bào mạch máu này, do quá trình bốc hơi, tạo điều kiện cho việc bảo quản chúng dưới dạng hóa thạch.

Khi hệ thực vật trên cạn phát triển theo thời gian địa chất, các khí quản trải qua hai xu hướng thích nghi. Đầu tiên, chúng cho ra đời các mạch dẫn điện để tăng hiệu quả vận chuyển nước và chất dinh dưỡng. Thứ hai, chúng được biến đổi thành sợi để hỗ trợ cấu trúc cho các cây lớn hơn và lớn hơn.

Các phần tử của các mạch dẫn có được các lỗ thủng đặc trưng của chúng muộn trong quá trình ontogeny. Trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển, chúng giống như các khí quản, từ đó chúng tiến hóa.

Ở thực vật hạt kín hóa thạch và sống, và ở cây hai lá mầm nguyên thủy (Magnoliales), khí quản có các lỗ với các cạnh dạng vô hướng. Trong quá trình tiến hóa đến các nhóm thực vật cao cấp hơn, các khí quản có các cạnh dạng vô hướng đã phát triển thành các khí quản có các cạnh tròn. Đổi lại, sau này tạo ra sợi libriform.

Xylem

Xylem cùng với phloem tạo thành các mô tạo nên hệ thống mô mạch của thực vật có mạch. Hệ thống này khá phức tạp và có nhiệm vụ dẫn nước, khoáng chất và thức ăn.

Trong khi xylem mang nước và chất khoáng từ gốc đến phần còn lại của cây, thì phloem mang các chất dinh dưỡng được tạo ra trong quá trình quang hợp, từ lá đến phần còn lại của cây.

Trong nhiều trường hợp, xylem được cấu tạo bởi hai loại tế bào: khí quản, được coi là nguyên thủy nhất và các phần tử của mạch. Tuy nhiên, những thực vật có mạch nguyên thủy nhất chỉ xuất hiện khí quản trong xylem.

Dòng nước qua các khí quản

Cách đặt các khí quản trong nhà máy sao cho các hố của chúng được căn chỉnh hoàn hảo giữa các khí quản lân cận, cho phép dòng chảy giữa chúng theo bất kỳ hướng nào.

Một số loài biểu hiện sự dày lên của thành tế bào ở các cạnh của hố làm giảm đường kính lỗ mở của chúng, do đó củng cố sự liên kết của các khí quản và cũng làm giảm lượng nước và khoáng chất có thể đi qua chúng. Những loại hố này được gọi là hố đẳng cấp.

Một số loài thực vật hạt kín, cũng như cây lá kim, có một cơ chế bổ sung cho phép điều chỉnh dòng nước qua các hố biệt lập, chẳng hạn như sự hiện diện của một cấu trúc được gọi là hình xuyến.

Hình xuyến không gì khác hơn là sự dày lên của màng của hố ở mức độ của vùng trung tâm của cùng và nó hoạt động như một van điều khiển cho sự di chuyển của nước và khoáng chất giữa các tế bào.

Khi con bò ở giữa hố, dòng chảy giữa các khí quản là bình thường; nhưng nếu màng di chuyển về phía một trong các mặt của nó, hình xuyến chặn lỗ mở, làm giảm dòng chảy hoặc cản trở nó hoàn toàn.

Các loại hố

Đơn giản

Chúng không có hiện tượng dày ở mép

Bị cô lập

Chúng biểu hiện dày lên ở các cạnh của hố của cả khí quản và khí quản lân cận.

Semiareoladas

Các cạnh của hố của một ô được làm dày lên, nhưng các cạnh của ô liền kề thì không.

Areoladas với con bò đực

Như đã đề cập, cây lá kim và một số cây hạt kín có hình xuyến ở trung tâm trong hố tách biệt giúp điều hòa dòng chảy của nước và khoáng chất.

Mù

Cuối cùng thì hố của một khí quản không trùng với hố của tế bào bên cạnh, nơi dòng chảy của nước và chất khoáng bị gián đoạn trong khu vực này. Trong những trường hợp này, chúng ta nói về một hố mù hoặc không có chức năng.

Mặt cắt tiếp tuyến của gỗ mềm từ cây lá kim (Pinus sp.). Trachedia và các cấu trúc khác. Được lấy và chỉnh sửa từ: Thư viện Hình ảnh Khoa học Sinh học của Đại học Cộng đồng Berkshire.

Ở cây hạt trần

Các cây hạt trần của ngành Gnetophyta được đặc trưng, trong số các khía cạnh khác, bằng cách trình bày một xylem được tạo thành từ các khí quản và mạch hoặc khí quản, nhưng phần còn lại của các cây hạt trần chỉ có khí quản là yếu tố dẫn truyền.

Thực vật hạt trần có xu hướng có khí quản dài hơn thực vật hạt kín, và chúng cũng có xu hướng thuộc loại phân lập với hình xuyến. Hơn 90% trọng lượng và thể tích của xylem thứ cấp của cây lá kim được tạo thành từ các khí quản.

Sự hình thành các khí quản trong xylem thứ cấp của cây lá kim xảy ra từ mạch cambium. Quá trình này có thể được chia thành bốn giai đoạn.

Sự phân chia tế bào

Đó là sự phân chia nguyên phân, trong đó sau khi hạt nhân phân chia thành hai hạt nhân con, cấu trúc đầu tiên hình thành là vách nguyên sinh.

Kéo dài tế bào

Sau khi phân chia tế bào hoàn toàn, tế bào bắt đầu phát triển chiều dài. Trước khi quá trình này kết thúc, sự hình thành của thành thứ cấp bắt đầu, bắt đầu từ trung tâm của tế bào và tăng dần về phía đỉnh.

Lắng đọng chất nền xenlulo

Chất nền cellulose và hemicellulose của tế bào được lắng đọng trong các lớp khác nhau.

Lignification

Chất nền xenluloza và hemixenluloza được tẩm bởi lignin và các vật liệu khác có tính chất tương tự để tạo nên giai đoạn cuối cùng của giai đoạn trưởng thành của khí quản.

Ở thực vật hạt kín

Tracheids hiện diện trong xylem của tất cả các thực vật có mạch, tuy nhiên ở thực vật hạt kín, chúng ít quan trọng hơn ở thực vật hạt trần vì chúng chia sẻ chức năng với các cấu trúc khác, được gọi là phần tử của mạch hoặc khí quản.

Các khí quản hạt trần ngắn hơn và mỏng hơn các khí quản hạt trần và cũng không bao giờ có lỗ bò.

Các khí quản biểu bì, giống như khí quản, có các lỗ trong thành của chúng, chết khi chúng trưởng thành và mất đi nguyên sinh chất. Tuy nhiên, những tế bào này ngắn hơn và rộng hơn tới 10 lần so với khí quản.

Các khí quản mất hầu hết thành tế bào ở đỉnh của chúng, để lại các mảng thủng giữa các tế bào liền kề, do đó hình thành một ống dẫn liên tục.

Khí quản có thể vận chuyển nước và khoáng chất nhanh hơn nhiều so với khí quản. Tuy nhiên, những cấu trúc này dễ bị chặn bởi bọt khí. Chúng cũng dễ bị tê cóng hơn vào mùa đông.

Người giới thiệu

Beck, CB 2010. Giới thiệu về cấu trúc và sự phát triển của thực vật - giải phẫu thực vật trong thế kỷ XXI. Nhà xuất bản Đại học Cambridge, Cambridge.
Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. Sinh học thực vật. WH Freeman, New York.
Gifford, EM, Foster, AS 1989. Hình thái và sự tiến hóa của thực vật có mạch. WH Freeman, New York.
Mauseth, JD 2016. Thực vật học: giới thiệu về sinh học thực vật. Jones & Bartlett Learning, Burlington.
Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. Gia cố cơ học của khí quản làm ảnh hưởng đến hiệu quả thủy lực của conifer xylem. Thực vật, Tế bào và Môi trường, 29, 1618–1628.
Rudall, PJ Giải phẫu thực vật có hoa - giới thiệu về cấu trúc và sự phát triển. Nhà xuất bản Đại học Cambridge, Cambridge.
Schooley, J. 1997. Giới thiệu về thực vật học. Nhà xuất bản Delmar, Albany.
Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. Kích thước và chức năng trong khí quản hạt trần và mạch hạt kín. Tạp chí Thực vật học Hoa Kỳ, 93, 1490–1500.
Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. Giới thiệu sinh học thực vật. McGraw-Hill, New York.
Willis, KJ, McElwain, JC 2001. Sự tiến hóa của thực vật. Nhà xuất bản Đại học Oxford, Oxford.

TRACHEIDS: VỊ TRÍ, ĐẶC ĐIỂM VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026