Трахеиди — ксилемни клетки за транспорт на вода: строеж и функции

Трахеиди в ксилема: как техният строеж осигурява транспорт на вода, структурна опора и защита от емболии — функции, видове вторични стени и значение.

Трахеите са дълги клетки в ксилема на съдовите растения. Те пренасят вода и минерални соли. Трахеидите са един от двата вида елементи в ксилема, а другият - съдовите елементи. Трахеидите нямат перфорационни пластини, а съдовите елементи имат. Те определят съдовите растения за разлика от несъдовите.

Всички трахейни елементи имат дебела лигнифицирана клетъчна стена. Когато растението е зряло, протопластът се е разпаднал и е изчезнал. Трахеите имат две функции. Те транспортират материал и осигуряват структурна опора.

Вторичните стени имат сгъстявания в различни форми: пръстени, спирали, мрежи или като обширни сгъстявания, освен там, където има ями. Трахеидите осигуряват по-голямата част от структурната опора в иглолистните дървета, където те са основният тип клетки.

Тъй като трахеидите имат много по-голямо съотношение между повърхност и обем в сравнение с елементите на съдовете, те задържат водата срещу гравитацията (чрез адхезия), когато не се извършва транспирация. Този механизъм помага на растенията да предотвратят въздушни емболии.

Терминът "трахеид" е въведен от Карл Санио през 1863 г., първоначално като Tracheide на немски език.

Строеж и морфология

Трахеидите са продълговати клетки с заострени или скосени краища, които се припокриват една с друга във влакнестите снопове на ксилема. След диференцирането си те натрупват силно лигнифицирана вторична стена и преживяват програмирана клетъчна смърт (ПКС), при която живият протопласт изчезва и клетките остават кухи — готови да провеждат вода.

Вторичните стени показват характерни сгъстявания (дебелини) в различни форми:

• пръстеновидни (annular),
• спираловидни (helical),
• стълбищни/скаларформени (scalariform),
• мрежести (reticulate),
• петнисти или плътно нагънати (pitted).

Връзката между съседни трахеиди се осъществява предимно чрез ями (пити). При много видове те са грапави или граховидни, а при иглолистните дървета често се развиват специализирани гранични (bordered) ями с торус-маргинално устройство (torus-margo) — централна по-гъста част (торус), заобиколена от по-пореста периферия (маргинa). Това устройство действа като механичен клапан, който може да блокира прохождането на въздух през ямата и по този начин да спре разпространението на емболия.

Функции

1) Транспорт на вода и разтворени соли. Водният поток през ксилемата преминава от клетка в клетка предимно през ямите — тънки участъци от първичната стена и средна ламела, които остават пропускливи след ПКС. При отсъствие на перфорационни пластини (характерни за съдовите елементи) водното движение е по-резистентно, но и по-безопасно при наличие на въздушни мехурчета.

2) Механична опора. Благодарение на лигнифицираните си стени, трахеидите осигуряват значителна якост и устойчивост на дървесината. В иглолистните дървета те са основният носител на механичната скелетна функция; при широколистните растения тази роля често се комбинира с фибрите и други механични клетки.

3) Защита от емболии и регулиране на водния поток. Малкият диаметър на трахеидите и наличието на ями правят системата по-устойчива на кавитация (образуване на въздушни мехурчета). Механизми като торус-маргиналната яма при кониферите подпомагат изолирането на въздушните мехурчета и запазват функционалността на останалата част от ксилема.

Развитие и разпространение

Трахеидите диференцират от проваскуларния меристем (прокамбий) при първичната тъкан или от васкуларния камбий при вторичното дебелене. Процесът включва отлагане на вторични стени, лигнификация и последваща ПКС. След смъртта на протопласта клетъчната стена остава като носител на функциите.

Трахеидите присъстват при всички групи съдови (трикилни) растения — при иглолистните (конфери) те са доминиращият тип проводящи клетки. При широколистните (ангiosperms) ксилемът често включва както трахеиди, така и по-ефективните, но по-къси и широки съдовите елементи. Някои примитивни цветни растения и папратоподобни запазват предимно трахеиди.

Сравнение със съдовите елементи (vessels)

Основните разграничителни черти:

• Съдовите елементи имат перфорационни пластини, които позволяват почти непрекъснат стълб на вода; трахеидите нямат такива пластини и комуникацията е чрез ями.
• Съдовете осигуряват по-голяма проводимост (по-ниско хидравлично съпротивление) и позволяват бърз трансфер на вода — предимство при бързо растящи или високи растения. Трахеидите предлагат по-голяма устойчивост към кавитация и по-добра защита срещу разпространение на емболии.
• Еволюционно съдовете са характерни за повечето ангiosperms, докато трахеидите са по-архаични и широко разпространени в кониферите и други групи.

Екологично и практическо значение

Разликите в строежа и разпределението на трахеидите срещу съдовете определят адаптациите на дърветата към различни среди: сухи или студени условия често благоприятстват по-безопасния, макар и по-малко ефективен, воден транспорт чрез трахеиди. При дървопреработката и дървесиноведението характеристиките на трахеидите (форма, дължина, плътност на ямите) влияят на свойства като здравина, порьозност и задържане на вода.

В заключение, трахеидите представляват ключов компонент на ксилемната тъкан — те съчетават функции на проводимост и механична подкрепа, а техният специализиран строеж помага на растенията да управляват риска от емболии и да оцелеят в разнообразни екологични условия.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват трахеите?

В: Кой е другият вид елемент в ксилема освен трахеите?

В: Каква е разликата между трахеидите и съдовите елементи по отношение на перфорационните пластини?

В: Коя характеристика определя съдовите растения в сравнение с несъдовите?

В: Какво се случва с протопласта на трахеите, когато растението е зряло?

В: Каква е функцията на удебеленията във вторичните стени на трахеите?

В: Как трахеидите задържат водата срещу гравитацията при липса на транспирация?

Търсене по буква