קנה הנשימה: מיקום, מאפיינים ופונקציות - ביולוגיה - 2025

קנה הנשימה מאורך ובקצותיהם בורות תאים, צמחים וסקולריים, מתפקדים כצינורות להובלת מים ומלחים מינרליים מומסים. אזורי המגע הבוריים בין זוגות הטרכידים מאפשרים מעבר של מים. שורות הטראכידים מהוות מערכת הולכה רציפה דרך הצמחים.

ככל שמתבצעות טרכידים, הם תאים עם קירות תאים בעלי קו-זיון רב, ולכן הם גם מספקים תמיכה מבנית. לצמחים בכלי הדם יש יכולת רבה לשלוט על תכולת המים שלהם בזכות החזקת הקסילם, שהטראכידים הם חלק מהם.

מקור: ד"ר פילנט תומאס גייר, פצ'בגייט בוטניק דר פורשונגסאנסטנט גייזנהיים.

מיקום על הצמח

לצמחים יש שלושה סוגים בסיסיים של רקמות: parenchyma, עם תאים לא מיוחדים, עם קרומי תאים דקים ולא מגוהמים; הקולנציה, עם תאי תמיכה מוארכים, עם קירות תאים מעובים באופן לא סדיר; וסקלרנכיה, עם תאי תמיכה בקיר תאים מפושטים, נטולי מרכיבים חיים בבגרות.

הסקלרנשמה יכולה להיות מכנית, עם סקלריאידים (תאי אבן) וסיבי עץ, או מוליכים, עם טרכידונים (ללא נקבים, נוכחים בכל צמחי כלי הדם) וכלי מוליך (עם נקבים בקצותיהם, בעיקר נוכחים באנגיוספרמות). טרכידים ואלמנטים של כלי המוליכים הם תאים מתים.

לצמחים שני סוגים של רקמות מוליכות: הקסילם, הנושא מים ומלחים מינרליים מהאדמה; ופלם, המפיץ את הסוכרים המיוצרים על ידי פוטוסינתזה.

הקסילם והפלואם יוצרים צרורות כלי דם מקבילים בקליפת המוח של הצמח. הקסילם מורכב מפרנצ'ימה, סיבי עץ וסקלרנשמה מוליכה. הפלאם מורכב מתאי כלי דם חיים.

בחלק מהעצים נבדלים טבעות גידול שנתיות מכיוון שהטראכידים הנוצרים באביב רחבים יותר מאלו שנוצרים בקיץ.

מאפיינים

חתך רוחב של צמח סמבוק (Sambucus sp.). כלי קסילם וטרכדיה. צולם ונערך מתוך: ספריית התמונות של המכללה הקהילתית Berkshire Community College.

המונח "טרכיד", שטבע קרל סניו בשנת 1863, מתייחס לצורה המזכירה את קנה הנשימה.

בשרכים, ציקודים ועצי מחט, הטרכידים הם 1–7 מ"מ. באנגיוספרמות הם 1-2 מ"מ ומטה. לעומת זאת, כלי מוליך (המורכבים מכמה מרכיבי כלי מוליך רבים), הייחודיים לאנגיוספרמים, יכולים להיות קרוב ל -1,000 מ"מ.

לתאי טרכיד יש קיר תא ראשוני ומשני. הקיר המשני מופרש לאחר שנוצר הקיר הראשוני. לכן הראשון הוא פנימי ביחס לשני.

סיבי התאית בדופן התא הראשית מכוונים באופן אקראי, ואילו אלה שבקיר התא המשני מכוונים ספירלית. לכן, הראשון יכול להימתח ביתר קלות ככל שהתא גדל. כלומר, השנייה נוקשה יותר.

קירות התאים המאושרים של טרכידונים הם בעלי בליטות סקלירוניות, טבעתיות, סליליות (או ספירליות), נטולות עיניים או ליבריפורם. מאפיין זה מאפשר לזהות מינים על ידי התבוננות מיקרוסקופית.

קירות הליגנין, חומר אטום, מונעים מהטראכידים וכלי המוליך לאבד מים או לסבול מתסחיפים הנגרמים מכניסת אוויר.

פונקציית תובלה

מה שמכונה "תיאוריית הלכידות" הוא ההסבר המקובל ביותר לתנועה כלפי מעלה של מים ומלחים בתמיסה בקסילם. על פי תיאוריה זו, אובדן מים כתוצאה ממיחס עלים יוצר מתח בעמוד הנוזל העובר מהשורשים לענפים, עובר דרך טרכידים וכלי מוליך.

אובדן מים באמצעות מעבר, נוטה להפחית את הלחץ בחלק העליון של הצמחים, ולגרום למים שנלקחים מהאדמה על ידי השורשים לעלות דרך תעלות הקסילם. בדרך זו יוחלפו ברציפות המים המזיעים.

כל זה ידרוש מתח מספיק כדי לגרום למים לעלות, וכדי שהכוח המלוכד בעמוד הנוזל יתמוך במתח האמור. עבור עץ בגובה 100 מ ', היה דרוש שיפוע לחץ של 0.2 בר / מ, לכוח מגובש כולל של 20 בר. עדויות ניסיוניות מצביעות על כך שהתנאים הללו מתקיימים באופיים.

לטראכידים יחס פנים-נפח פנימי גדול בהרבה מאלמנטים של כלי מוליך. מסיבה זו הם משמשים לשימור, באמצעות הדבקה, מים בצמח כנגד כוח הכבידה, ללא קשר לשאלה אם יש זיעה או לא.

פונקציה מכנית

יישור הטרכואידים מונע את התרחשותם עקב הלחצים ההידרוסטטיים השליליים של הקסילם.

יישור זה גורם גם לטראכידים לספק את מרבית התמיכה המבנית של העץ. ככל שגודל הצמחים גדול יותר, כך גדל הצורך בתמיכה מבנית. מסיבה זו, קוטר הטראכידים נוטה להיות גדול יותר בצמחים גדולים.

קשיחות הקנה הנשימה איפשרה לצמחים לרכוש הרגל יבשתית זקופה. זה הוביל למראה של עצים ויערות.

בצמחים גדולים יש לטראכידים פונקציה כפולה. הראשון הוא להביא מים לעלווה (למשל בצמחים קטנים). השנייה היא לחזק מבנית את העלווה להתנגד לפעולת הכובד, גם אם החיזוק מקטין את היעילות ההידראולית של הקסילם.

סביבות הנתונות לרוחות חזקות או לרדת שלג, כמו גם ארכיטקטורות צמחיות מסוימות, גורמות לענפים לדרוש התנגדות רבה יותר לשבר. יישור יישור מוגבר של העץ בגלל טרכידים יכול לקדם את אורך החיים של החלקים העוריים של צמחים אלה.

אבולוציה

התהליך האבולוציוני של הטראכידים, הנמשך יותר מ -400 מיליון שנים, מתועד היטב מכיוון שקשיותם של תאי כלי הדם הללו, הנגרמים כתוצאה מליגוניזציה, מעדיפה את שימורם כמאובנים.

ככל שהצומח היבשתי התפתח בזמן הגיאולוגי, חוויות המחלה חוו שתי מגמות הסתגלותיות. ראשית, הם הולידו כלי מוליך להגברת היעילות של הובלת מים ותזונה. שנית, הם הפכו לסיבים בכדי לתת תמיכה מבנית לצמחים גדולים וגדולים יותר.

האלמנטים של כלי המוליכות רוכשים את הנקבובים האופייניים שלהם בשלהי האנטוגניות. בשלבים המוקדמים של התפתחותם הם דומים לטראכידים, מהם התפתחו.

בפעילות גופנית מאובנת וחיה ובדיקוטילונים פרימיטיביים (מגנוליאלס) יש לטראכידים בורות עם קצוות סקלריים. במהלך ההתפתחות לקבוצות צמחים מתקדמות יותר, tracheids עם קצוות scalariform הולידו את אלה עם קצוות מעגליים. בתורו, האחרון הוליד סיבי ליבפורם.

עֵצָה

הקסילם יחד עם הפלאם מהווים את הרקמות המרכיבות את מערכת רקמת כלי הדם של צמחי כלי הדם. מערכת זו מורכבת למדי ואחראית להולכת מים, מינרלים ומזון.

בעוד שהקסילם נושא מים ומינרלים מהשורש לשאר הצמח, פלם נושא את החומרים המזינים המיוצרים במהלך הפוטוסינתזה, מהעלים לשאר הצמח.

קסילם מורכב במקרים רבים על ידי שני סוגים של תאים: הטראכידים, הנחשבים לפרימיטיביים ביותר, ואלמנטים של הכלי. עם זאת, צמחי כלי הדם הפרימיטיביים ביותר מציגים רק tracheids ב- Xylem.

זרימת מים דרך קנה הנשימה

אופן הצגתם של הטראכידים בתוך הצמח הוא כזה שהבורות שלהם מיושרים בצורה מושלמת בין התעלות הסמוכות, ומאפשרים זרימה ביניהם לכל כיוון.

מינים מסוימים מציגים עיבוי של דופן התא בשולי הבורות שמפחיתים את קוטר פתיחתם, ובכך מחזקים את איחוד הטראכידים וגם מפחיתים את כמות המים והמינרלים שיכולים לעבור דרכם. בורות מסוגים אלה נקראים בורות areolate.

ישנם מינים של אנגיוספרמות כמו גם עצי מחט, בעלי מנגנון נוסף המאפשר ויסות זרימת מים דרך בורות הארולאט, כמו למשל נוכחות של מבנה הנקרא טורוס.

טורוס אינו אלא עיבוי הממברנה של הבור ברמת האזור המרכזי של אותו הדבר, ומשמש כשסתום בקרה למעבר מים ומינרלים בין התאים.

כאשר השור נמצא במרכז הבור, הזרימה בין הטראכידים היא תקינה; אך אם הקרום נע לכיוון אחד הצדדים שלו, טורוס חוסם את פתח הבור, מצמצם את הזרימה או מפריע לו לחלוטין.

סוגי בורות

פָּשׁוּט

הם אינם מציגים עיבוי בשוליהם

מבודדים

הם מציגים עיבוי בשולי בורות של טרכיד וגם של טרכיד.

Semiareoladas

הקצוות של בורות התא אחד מעובים, אך אלה של התא הסמוך אינם.

ארולדות עם שור

כאמור, לעצי מחט וכמה אנגיוספרמות יש טורוס מרכזי בבור האיזולטי המסייע בוויסות זרימת המים והמינרלים.

סומא

בסופו של דבר בורו של טרכיד אינו עולה בקנה אחד עם זה של התא הסמוך, שעבורו נקטע זרימת המים והמינרלים באזור זה. במקרים אלה אנו מדברים על בור עיוור או שאינו פונקציונלי.

קטע משיק של עץ רך מעצי מחט (Pinus sp.). טרכדיה ומבנים אחרים. צולם ונערך מתוך: ספריית התמונות של המכללה הקהילתית Berkshire Community College.

בהתעמלות

התעמלות של הפילום Gnetophyta מאופיינות, בין השאר, על ידי הצגת קסילם המורכב מקנה הנשימה והכלים או הקנה הנשימה, אך בשאר הגימנסופרמוסים יש רק טרכידים כאל יסודות הולכה.

בגימנופרפרס נוטים להיות בעלי ארכיאידים ארוכים יותר מאנגיוספרמים, והם גם נוטים להיות מהסוג הארולטי עם טורוס. יותר מ- 90% ממשקלו ונפחו של הקסילם המשני של מחטניים מורכב מטראכידים.

היווצרות של טרכידונים בסילם המשני של עצי מחט מתרחשת מהקמביום הווסקולרי. ניתן לחלק את התהליך לארבעה שלבים.

חטיבת הסלולר

זוהי חלוקה מיטוטית שבה לאחר חלוקה גרעינית לשני גרעיני בת, המבנה הראשון שנוצר הוא הקיר הראשוני.

התארכות התא

לאחר חלוקת תאים מלאה, התא מתחיל לגדול באורך. לפני שתהליך זה הסתיים, מתחילה היווצרות הקיר המשני, המתחיל ממרכז התא ומתגבר לעבר הקצה.

תצהיר מטריצת תאית

מטריצת התאית והמיסילולוזה של התא מופקדת בשכבות שונות.

יישור

מטריצת התאית וההמיסלולוזה ספוגה על ידי ליגנין וחומרים אחרים בעלי אופי דומה במה המהווה את השלב הסופי של שלב ההבשלה של הטרכידים.

באנגיוספרמות

טרכידונים קיימים בקסילם של כל צמחי כלי הדם, אולם באנגיוספרמים הם פחות חשובים מאשר בגימנסופרמס מכיוון שהם חולקים פונקציות עם מבנים אחרים, הידועים כאלמנטים של כלי או קנה הנשימה.

תאי הנשימה של אנגיוספרם הם קצרים ודקים יותר מאשר תעלות הנשימה של התעמלות ולעולם אין להם בורות שור.

קנה הנשימה של אנגיוספרם, כמו קנה הנשימה, יש בורות בקירותיהם, מתים כשהם מגיעים לבגרות ומאבדים את הפרוטופלסט שלהם. עם זאת, תאים אלה הם קצרים יותר ויותר מעשר פעמים מאשר טרכידים.

קנה הנשימה מאבד את מרבית דופן התאים שלהם בקצותיהם, ומשאיר לוחות ניקוב בין תאים סמוכים ובכך יוצרים צינור רציף.

קנה הנשימה יכול להעביר מים ומינרלים הרבה יותר מהר מאשר קנה הנשימה. עם זאת, מבנים אלה רגישים יותר לחסימה על ידי בועות אוויר. הם גם רגישים יותר לכוויות קור בעונות החורף.

הפניות

1. בק, CB 2010. מבוא למבנה ופיתוח צמחים - אנטומיה של צמחים למאה העשרים ואחת. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג ', קיימברידג'.
2. Evert, RF, Eichhorn, SE 2013. ביולוגיה של צמחים. WH פרימן, ניו יורק.
3. Gifford, EM, Foster, AS 1989. מורפולוגיה והתפתחות של צמחי כלי דם. WH פרימן, ניו יורק.
4. Mauseth, JD 2016. בוטניקה: מבוא לביולוגיה מהצומח. ג'ונס וברטלט למידה, ברלינגטון.
5. Pittermann, J., Sperry, JS, Wheeler, JK, Hacke, UG, Sikkema, EH 2006. חיזוק מכני של tracheids פוגע ביעילות ההידראולית של מחטם קסילם. צמח, תא וסביבה, 29, 1618–1628.
6. Rudall, PJ אנטומיה של צמחים פורחים - היכרות עם מבנה והתפתחות. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג ', קיימברידג'.
7. Schooley, J. 1997. מבוא לבוטניקה. הוצאת דלמר, אלבני.
8. Sperry, JS, Hacke, UG, Pittermann, J. 2006. גודל ותפקוד בכרכבי מחטניים וכלי אנגיוספרם. כתב העת האמריקאי לבוטניקה, 93, 1490–1500.
9. Stern, RR, Bidlack, JE, Jansky, SH 2008. ביולוגיה של צמחי מבוא. מקגרו היל, ניו יורק.
10. Willis, KJ, McElwain, JC 2001. האבולוציה של צמחים. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד, אוקספורד.