Das Tracheiden Sie sind längliche Zellen mit Gruben an ihren Enden, die in Gefäßpflanzen als Leitungen für den Transport von Wasser und gelösten Mineralsalzen dienen. Die Gruben-Gruben-Kontaktflächen zwischen Tracheidenpaaren ermöglichen den Durchgang von Wasser. Die Tracheidenreihen bilden ein kontinuierliches Leitungssystem in allen Pflanzen.
Tracheiden sind bei der Reifung Zellen mit stark verholzten Zellwänden, weshalb sie auch strukturelle Unterstützung bieten. Gefäßpflanzen haben dank des Besitzes des Xylems, zu dem die Tracheiden gehören, eine große Fähigkeit, ihren Wassergehalt zu kontrollieren.
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Pflanzen haben drei grundlegende Gewebetypen: das Parenchym mit nicht spezialisierten Zellen mit dünnen, nicht verholzten Zellmembranen; Collenchym mit langgestreckten Stützzellen mit unregelmäßig verdickten Zellwänden; und Sklerchym mit verholzten Zellwand-Stützzellen, denen zum Zeitpunkt der Reife lebende Komponenten fehlen.
Das Sklerchym kann mechanisch sein, mit Skleriden (Steinzellen) und Holzfasern, oder leitend, mit Tracheiden (ohne Perforationen, in allen Gefäßpflanzen vorhanden) und leitfähigen Gefäßen (mit Perforationen an ihren Enden, hauptsächlich in Angiospermen vorhanden). Tracheiden und Elemente der leitenden Gefäße sind tote Zellen.
Pflanzen haben zwei Arten von leitfähigem Gewebe: das Xylem, das Wasser und Mineralsalze aus dem Boden transportiert; und Phloem, das die durch Photosynthese erzeugten Zucker verteilt.
Das Xylem und das Phloem bilden parallele Gefäßbündel im Kortex der Pflanze. Das Xylem besteht aus Parenchym, Holzfasern und leitfähigem Sklerchym. Phloem besteht aus lebenden Gefäßzellen.
Bei einigen Bäumen werden jährliche Wachstumsringe unterschieden, da die im Frühjahr gebildeten Tracheiden breiter sind als die im Sommer gebildeten..
Der Begriff "Tracheide", der 1863 von Carl Sanio geprägt wurde, bezieht sich auf eine Form, die an die Luftröhre erinnert.
In Farnen, Cycads und Nadelbäumen betragen die Tracheiden 1-7 mm. Bei Angiospermen sind sie 1-2 mm oder weniger. Im Gegensatz dazu können leitfähige Gefäße (bestehend aus zahlreichen leitfähigen Gefäßelementen), die nur bei Angiospermen vorkommen, eine Länge von nahezu 1.000 mm haben..
Tracheidenzellen haben eine primäre und eine sekundäre Zellwand. Die Sekundärwand wird abgesondert, nachdem sich die Primärwand gebildet hat. Daher ist der erste in Bezug auf den zweiten intern.
Cellulosefasern in der primären Zellwand sind zufällig ausgerichtet, während diejenigen in der sekundären Zellwand spiralförmig ausgerichtet sind. Daher kann der erstere leichter gedehnt werden, wenn die Zelle wächst. Das heißt, der zweite ist starrer.
Die verholzten Zellwände von Tracheiden besitzen skalariforme, ringförmige, helikale (oder spiralförmige), retikulierte oder libriforme Vorsprünge. Diese Eigenschaft ermöglicht die Identifizierung von Arten mittels mikroskopischer Beobachtung..
Die Ligninwände, ein wasserdichtes Material, verhindern, dass die Tracheiden und leitfähigen Gefäße Wasser verlieren oder unter Embolien leiden, die durch das Eindringen von Luft verursacht werden..
Die sogenannte "Kohäsionstheorie" ist die am meisten akzeptierte Erklärung für die Aufwärtsbewegung von Wasser und Salzen in Lösung im Xylem. Nach dieser Theorie würde der Wasserverlust aufgrund der Blatttranspiration eine Spannung in der Flüssigkeitssäule erzeugen, die von den Wurzeln zu den Zweigen geht und Tracheiden und leitfähige Gefäße kreuzt..
Der Wasserverlust durch Transpiration würde dazu neigen, den Druck im oberen Teil der Pflanzen zu verringern, was dazu führen würde, dass das von den Wurzeln aus dem Boden entnommene Wasser durch die Xylemkanäle aufsteigt. Auf diese Weise würde das Schweißwasser kontinuierlich ersetzt..
All dies würde eine ausreichende Spannung erfordern, um das Wasser aufsteigen zu lassen, und damit die Kohäsionskraft in der Flüssigkeitssäule diese Spannung unterstützt. Für einen 100 m hohen Baum wäre ein Druckgradient von 0,2 bar / m bei einer Gesamtkohäsionskraft von 20 bar erforderlich. Experimentelle Beweise zeigen, dass diese Bedingungen in der Natur erfüllt sind.
Tracheiden haben ein viel höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen im Inneren als Elemente leitfähiger Gefäße. Aus diesem Grund dienen sie dazu, durch Adhäsion Wasser in der Pflanze gegen die Schwerkraft zu schützen, unabhängig davon, ob Schweiß vorhanden ist oder nicht..
Die Verholzung der Tracheiden verhindert deren Implosion aufgrund des negativen hydrostatischen Drucks des Xylems.
Diese Verholzung bewirkt auch, dass die Tracheiden den größten Teil der strukturellen Unterstützung des Holzes liefern. Je größer die Pflanzen sind, desto größer ist der Bedarf an struktureller Unterstützung. Daher ist der Durchmesser der Tracheiden bei großen Pflanzen tendenziell größer..
Die Steifheit der Tracheiden ermöglichte es den Pflanzen, eine aufrechte terrestrische Gewohnheit anzunehmen. Dies führte zum Auftreten von Bäumen und Dschungeln.
In großen Pflanzen haben die Tracheiden eine doppelte Funktion. Das erste ist, Wasser zum Laub zu bringen (wie bei kleinen Pflanzen). Die zweite besteht darin, das Laub strukturell zu verstärken, um der Einwirkung der Schwerkraft zu widerstehen, selbst wenn die Verstärkung den hydraulischen Wirkungsgrad des Xylems verringert..
Die Umgebungen, die starken Winden oder Schneefällen ausgesetzt sind, sowie bestimmte Pflanzenarchitekturen erfordern eine größere Bruchfestigkeit der Äste. Eine erhöhte Verholzung des Holzes durch Tracheiden kann die Langlebigkeit der holzigen Teile dieser Pflanzen fördern..
Der Evolutionsprozess der Tracheiden, der sich über mehr als 400 Millionen Jahre erstreckt, ist gut dokumentiert, da die durch Verholzung verursachte Härte dieser Gefäßzellen ihre Erhaltung als Fossilien begünstigt..
Als sich die terrestrische Flora in der geologischen Zeit entwickelte, erlebten Tracheiden zwei adaptive Trends. Erstens entstanden leitfähige Gefäße, um die Effizienz des Wasser- und Nährstofftransports zu steigern. Zweitens wurden sie in Fasern umgewandelt, um immer größeren Pflanzen strukturelle Unterstützung zu geben..
Die Elemente der leitenden Gefäße erhalten ihre charakteristischen Perforationen spät im Verlauf der Ontogenese. In den frühen Stadien ihrer Entwicklung ähneln sie Tracheiden, aus denen sie hervorgegangen sind.
In fossilen und lebenden Gymosospermen und in primitiven Dikotyledonen (Magnoliales) haben Tracheiden Gruben mit skalariformen Rändern. Während der Entwicklung zu fortgeschritteneren Pflanzengruppen führten Tracheiden mit skalariformen Kanten zu solchen mit kreisförmigen Kanten. Letztere führten wiederum zu libriformen Fasern.
Das Xylem bildet zusammen mit dem Phloem die Gewebe, aus denen das Gefäßgewebesystem von Gefäßpflanzen besteht. Dieses System ist recht komplex und für die Leitung von Wasser, Mineralien und Nahrungsmitteln verantwortlich.
Während das Xylem Wasser und Mineralien von der Wurzel zum Rest der Pflanze transportiert, transportiert das Phloem die während der Photosynthese gewonnenen Nährstoffe von den Blättern zum Rest der Pflanze..
Das Xylem besteht in vielen Fällen aus zwei Arten von Zellen: den Tracheiden, die als die primitivsten angesehen werden, und den Elementen des Gefäßes. Die primitivsten Gefäßpflanzen weisen jedoch nur Tracheiden im Xylem auf..
Die Art und Weise, wie die Tracheiden in der Pflanze platziert werden, ist so, dass ihre Gruben perfekt zwischen den benachbarten Tracheiden ausgerichtet sind und einen Fluss zwischen ihnen in jede Richtung ermöglichen..
Einige Arten weisen an den Rändern der Gruben eine Verdickung der Zellwand auf, die den Durchmesser ihrer Öffnung verringert, wodurch die Vereinigung der Tracheiden verstärkt und auch die Menge an Wasser und Mineralien verringert wird, die durch sie hindurchtreten können. Diese Arten von Gruben werden Areolatgruben genannt..
Einige Arten von Angiospermen sowie Nadelbäume bieten einen zusätzlichen Mechanismus, der die Regulierung des Wasserflusses durch die Areolatgruben ermöglicht, beispielsweise das Vorhandensein einer Struktur namens Torus.
Ein Torus ist nichts anderes als eine Verdickung der Membran der Grube in Höhe des zentralen Bereichs derselben und dient als Steuerventil für den Durchgang von Wasser und Mineralien zwischen den Zellen.
Wenn sich der Torus in der Mitte der Grube befindet, ist der Fluss zwischen den Tracheiden normal. Wenn sich die Membran jedoch zu einer ihrer Seiten bewegt, blockiert der Torus die Öffnung der Grube, verlangsamt den Fluss oder behindert sie vollständig.
Sie weisen an ihren Rändern keine Verdickungen auf
Sie zeigen eine Verdickung an den Rändern der Gruben sowohl eines Tracheids als auch des angrenzenden Tracheids.
Die Ränder der Gruben einer Zelle sind verdickt, die der benachbarten Zelle jedoch nicht.
Wie bereits erwähnt, haben Nadelbäume und einige Angiospermen einen zentralen Torus in der Areolatgrube, der den Fluss von Wasser und Mineralien reguliert..
Schließlich stimmt die Grube eines Tracheids nicht mit der der angrenzenden Zelle überein, für die der Fluss von Wasser und Mineralien in diesem Bereich unterbrochen ist. In diesen Fällen sprechen wir von einer blinden oder nicht funktionierenden Grube.
Die Gymnospermen des Stammes Gnetophyta zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie ein Xylem aus Tracheiden und Gefäßen oder Luftröhren darstellen, während die übrigen Gymnospermen nur Tracheiden als Leitungselemente aufweisen..
Gymnospermen neigen dazu, längere Tracheiden als Angiospermen zu haben, und sie neigen auch dazu, vom Areolat-Typ mit einem Torus zu sein. Mehr als 90% des Gewichts und Volumens des sekundären Xylems von Nadelbäumen bestehen aus Tracheiden.
Die Bildung von Tracheiden im sekundären Xylem von Nadelbäumen erfolgt aus dem Gefäßkambium. Dieser Prozess kann in vier Phasen unterteilt werden.
Es ist eine mitotische Teilung, bei der nach der Kernteilung in zwei Tochterkerne die erste Struktur, die sich bildet, die Primärwand ist.
Nach vollständiger Zellteilung beginnt die Zelle an Länge zu wachsen. Bevor dieser Prozess abgeschlossen ist, beginnt die Bildung der Sekundärwand, die vom Zentrum der Zelle aus beginnt und zur Spitze hin zunimmt..
Die Cellulose- und Hemicellulosematrix der Zelle wird in verschiedenen Schichten abgeschieden.
Die Cellulose- und Hemicellulosematrix wird im Endstadium der Reifungsphase der Tracheiden mit Lignin und anderen Materialien ähnlicher Art imprägniert..
Tracheiden sind im Xylem aller Gefäßpflanzen vorhanden, bei Angiospermen sind sie jedoch weniger wichtig als bei Gymnospermen, da sie Funktionen mit anderen Strukturen teilen, die als Elemente der Gefäße oder Luftröhren bekannt sind.
Angiospermen-Tracheiden sind kürzer und dünner als Gymnosperm-Tracheiden und haben auch niemals Bullengruben.
Angiospermen-Luftröhren haben wie Tracheiden Gruben in ihren Wänden, sterben bei Erreichen der Reife ab und verlieren ihren Protoplasten. Diese Zellen sind jedoch kürzer und bis zu zehnmal breiter als die Tracheiden..
Die Luftröhren verlieren den größten Teil ihrer Zellwand an ihren Spitzen, wobei Perforationsplatten zwischen benachbarten Zellen zurückbleiben und so eine durchgehende Leitung bilden..
Luftröhren können Wasser und Mineralien viel schneller transportieren als Tracheiden. Diese Strukturen sind jedoch anfälliger dafür, durch Luftblasen blockiert zu werden. Sie sind auch im Winter anfälliger für Erfrierungen..
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