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Xylem-Eigenschaften

Xylem-Eigenschaften



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In einem Biologievortrag wurde mir gesagt, dass die Xylemgefäße „schmal sind, damit die Wassersäule nicht leicht bricht und die Kapillarwirkung wirksam sein kann“.
Meine Frage ist, warum ist das so?
Ist die Überlegung ähnlich wie bei einer Arterie im menschlichen Körper, wobei die enge Eigenschaft den Druck des Blutes erhöhen und es schneller herausdrücken kann?
Oder ist die Begründung anders?

Vielen Dank.


Die Hauptaufgabe von Xylem besteht darin, Wasser und damit die anorganischen Nährstoffe im Wasser zu transportieren. Um Ihre Frage zu beantworten, müssen wir nun wissen, wie Wasser transportiert wird.

Wasser wird aufgrund von Kohäsion, Adhäsion und Oberflächenspannung transportiert. Wasser ist dafür bekannt, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, und dies wird als Kohäsion bezeichnet. Wenn es mit anderen Molekülen Wasserstoffbrückenbindungen eingeht, nennt man dies Adhäsion. Im Xylem verdunstet ein Teil der Wassermoleküle, zieht aber die darunter liegenden Wassermoleküle wieder nach oben. Eine ähnliche Aufgabe übernehmen auch die Adhäsionskräfte, um das Wasser nach oben zu drücken.

Wenn das Xylem nun einen kleineren Durchmesser hatte, vergrößert sich die Oberfläche, der das Wasser ausgesetzt ist. Dadurch sind die Haftkräfte stärker. Daher wird das Wasser eine größere Strecke transportiert. Dies ist wichtig für sehr hohe Pflanzen.

Um nun Ihren zweiten Teil zu beantworten, ist die Analogie zu den Arterien so falsch. Das hat nichts damit zu tun, wie schnell das Wasser ansteigt, sondern mit welcher Höhe es erreicht wird. Außerdem sind die menschlichen Blutgefäße auf Druck und Pumpen angewiesen (die Aufgabe des Herzens).


16.2A: Xylem

  • Beigetragen von John W. Kimball
  • Professor (im Ruhestand) an der Tufts University und Harvard

Die meisten Pflanzen beziehen das Wasser und die Mineralien, die sie brauchen, aus ihren Wurzeln. Der eingeschlagene Weg ist:

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Die Mineralien (z. B. K + , Ca 2+ ) wandern gelöst im Wasser (oft begleitet von verschiedenen organischen Molekülen, die von Wurzelzellen geliefert werden), aber weniger als 1% des Wassers, das die Blätter erreicht, wird für die Photosynthese und das Pflanzenwachstum verwendet. Das meiste davon geht durch die Transpiration verloren, die zwei nützliche Funktionen erfüllt – sie liefert die Kraft, um das Wasser an den Stängeln hochzuheben und sie kühlt die Blätter. Wasser und Mineralien gelangen auf getrennten Wegen in die Wurzel, die schließlich in der Stele zusammenlaufen.


Sekundäre Xylembiologie

Sekundäre Xylembiologie: Ursprünge, Funktionen und Anwendungen bietet den Lesern viele Objektive, um den gesamten Umfang und die Breite des sekundären Xylems zu verstehen. Das Buch baut auf einem grundlegenden Verständnis der Xylemstruktur und -entwicklung auf, bevor es sich mit anderen wichtigen Themen wie Pilz- und Bakterienabbau und Biokraftstoffumwandlung befasst.

Die Kapitel werden von anerkannten Experten verfasst, die über fundierte Kenntnisse in ihren spezifischen Fachgebieten verfügen. Es ist eine einzige Informationsquelle mit hochwertigen Inhalten, Informationen und Wissen zum Verständnis der Biologie von Gehölzen und deren Anwendungen.

Sekundäre Xylembiologie: Ursprünge, Funktionen und Anwendungen bietet den Lesern viele Objektive, um den gesamten Umfang und die Breite des sekundären Xylems zu verstehen. Das Buch baut auf einem grundlegenden Verständnis der Xylemstruktur und -entwicklung auf, bevor es sich mit anderen wichtigen Themen wie Pilz- und Bakterienabbau und Biokraftstoffumwandlung befasst.

Die Kapitel werden von anerkannten Experten verfasst, die über fundierte Kenntnisse in ihren spezifischen Fachgebieten verfügen. Es ist eine einzige Informationsquelle mit qualitativ hochwertigen Inhalten, Informationen und Wissen zum Verständnis der Biologie von Gehölzen und deren Anwendungen.


Aktiver Transport von Mineralien in den Wurzeln

Die aktive Aufnahme von Mineralionen in die Wurzeln bewirkt eine Wasseraufnahme durch Osmose.

  • Wasser wird durch Osmose in die Wurzelzellen aufgenommen, da die Konzentration der gelösten Stoffe in den Wurzelzellen höher ist als im Wasser im Boden
  • Mineralionen können nur durch aktiven Transport aufgenommen werden, wenn sie mit der entsprechenden Proteinpumpe in Kontakt kommen
    • Durch Diffusion oder Massenfluss
    • Pilz wächst in den Boden hinein und nimmt Mineralionen auf
    • Ionen werden den Wurzeln zugeführt

    Kontrolle der Transpiration

    Die Atmosphäre, der das Blatt ausgesetzt ist, treibt die Transpiration an, verursacht aber auch einen massiven Wasserverlust der Pflanze. Bis zu 90 Prozent des von Wurzeln aufgenommenen Wassers können durch Transpiration verloren gehen.

    Blätter sind von einem wachsartigen bedeckt Kutikula auf der Außenfläche, die den Wasserverlust verhindert. Die Regulierung der Transpiration wird daher hauptsächlich durch das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen auf der Blattoberfläche erreicht. Die Stomata sind von zwei spezialisierten Zellen, den Schließzellen, umgeben, die sich als Reaktion auf Umwelteinflüsse wie Lichtintensität und -qualität, Blattwasserstatus und Kohlendioxidkonzentration öffnen und schließen. Die Spaltöffnungen müssen sich öffnen, damit kohlendioxid- und sauerstoffhaltige Luft zur Photosynthese und Atmung in das Blatt diffundieren kann. Wenn die Stomata jedoch geöffnet sind, geht Wasserdampf an die äußere Umgebung verloren, was die Transpirationsrate erhöht. Daher müssen Pflanzen ein Gleichgewicht zwischen effizienter Photosynthese und Wasserverlust halten.

    Pflanzen haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, um sich an ihre lokale Umgebung anzupassen und die Transpiration zu reduzieren (siehe Abbildung unten). Wüstenpflanzen (Xerophyten) und Pflanzen, die auf anderen Pflanzen wachsen (Epiphyten) haben nur begrenzten Zugang zu Wasser. Solche Pflanzen haben normalerweise eine viel dickere wachsartige Kutikula als diejenigen, die in gemäßigteren, gut bewässerten Umgebungen wachsen (Mesophyten). Wasserpflanzen (Hydrophyten) haben auch ihre eigenen anatomischen und morphologischen Blattanpassungen.

    Pflanzen sind an ihre lokale Umgebung angepasst. (a) Xerophyten, wie dieser Feigenkaktus (Opuntia sp.) und (b) Epiphyten wie diese tropische Aeschynanthus perrottetii haben sich an sehr begrenzte Wasserressourcen angepasst. Die Blätter einer Kaktusfeige werden zu Stacheln modifiziert, was das Oberflächen-Volumen-Verhältnis senkt und den Wasserverlust reduziert. Die Photosynthese findet im Stängel statt, der auch Wasser speichert. (B) A. perottetii Blätter haben eine wachsartige Kutikula, die Wasserverlust verhindert. (c) Goldrute (Solidago sp.) ist ein Mesophyt, gut geeignet für gemäßigte Umgebungen. (d) Hydrophyten, wie diese duftende Seerose (Nymphaea odorata), sind angepasst, um in aquatischen Umgebungen zu gedeihen. (Credit a: Änderung der Arbeit von Jon Sullivan Credit b: Modifikation der Arbeit von L. Shyamal/Wikimedia Commons Credit c: Modifikation der Arbeit von Huw Williams Credit d: Modifikation der Arbeit von Jason Hollinger)

    Xerophyten und Epiphyten haben oft eine dicke Bedeckung aus Trichomen oder Spaltöffnungen, die unter die Blattoberfläche eingelassen sind. Trichome sind spezialisierte haarähnliche Epidermiszellen, die Öle und Substanzen absondern. Diese Anpassungen behindern den Luftstrom durch die Stomatapore und reduzieren die Transpiration. Auch bei diesen Pflanzenarten finden sich häufig mehrere Epidermisschichten.


    Transport in Xylem - Planung 9.1

    Planungsblatt zur Einführung in die Zellen

    Verständnis(se)

    • Blätter sind daran angepasst, Kohlendioxid aus der Luft aufzunehmen, daher kann auch in den Blättern Transpiration auftreten und Wasser geht an die Luft verloren.
    • Die Struktur der primären Xylemgefäße.
    • Xylem-Schiffe transportieren Wasser von den Wurzeln zu den Blättern, um das durch die Transpiration verlorene Wasser zu ersetzen.

    Wesentliche Frage(n)

    • Inwiefern ist ein Blatt wie eine menschliche Lunge?
    • Warum sind Kohäsion und Adhäsion von Wassermolekülen für den Wassertransport in Röhren wichtig?
    • Welche Faktoren können die Osmose beschleunigen?
    • Welche Rolle spielt der aktive Transport bei der Osmose in den Wurzeln?
    • Stellen Sie sich fünf Veränderungen vor, die eine Pflanze an ihren Wurzeln, Blättern und Stängeln vornehmen könnte, die ihr helfen würden, an einem trockenen (oder salzigen) Ort zu leben.

    TOK / Natur der Wissenschaft / IM

    • Die verschiedenen Mechanismen der Transpiration können außerhalb von Pflanzen mit Modellen untersucht werden, zB mit porösen Topfpotometern, Kapillarrohren und Löschpapier.

    Fähigkeiten, die die Schüler haben werden

    • Fähigkeit, die Struktur von primären Xylem-Gefäßen in Stielen von Mikroskop-Objektträgern zu zeichnen.
    • Erkennung von Struktur und Funktion des Xylems. (wesentliche Idee)
    • Verwenden Sie Potometer, um die Transpirationsrate zu messen

    Transpirationsexperiment mit Potometern

    • Entwerfen Sie ein Experiment, um Hypothesen über die Auswirkungen abiotischer Faktoren auf die Transpirationsrate zu testen.

    Planungsexperiment - abiotische Faktoren und Transpiration

    Die Struktur der Blätter und das Dilemma der Schließzelle.

    Eine kurze Video-Einführung in die Rolle von Zellen in einem Blatt, gefolgt von einigen einfachen Notizen zu Blattstruktur und -funktion. Die Funktion der Spaltöffnungen ist mit der Kohlendioxidaufnahme und auch mit dem Problem des Wasserverlusts verbunden. Schließlich testen einige einfache Fragen am Ende das Wissen.

    Anlagenstruktur - Einführung

    Zeit: 1 Stunde Diese Lektion beginnt mit einem praktischen Blick in die Wurzeln und Stängel von Pflanzen, um zu sehen, dass die Zellen nicht alle gleich sind und dass es spezialisierte Zellen gibt, die der Pflanze beim Transport von Wasser und Zucker helfen. Ganz zu schweigen von der Unterstützung der Pflanze. Eine kurze Rechercheaufgabe soll den Schülern helfen, die wichtigsten Details über Xylem und Phloem zu finden, die in den folgenden Lektionen benötigt werden. Schließlich testen einige einfache Fragen die Erinnerung an Fakten.

    Transport in Xylem

    Zeit: 1h Diese Lektion schließt an die Lektion über Gefäßgewebe an und untersucht die Details der Art und Weise, wie Wasser durch Pflanzen fließt und wie die Pflanze angepasst ist, um diesen Transpirationsstrom zu erleichtern. Auch die Bewegung von Mineralionen und die Rolle von Mutualismus-Pilzen sind dabei. Die Rolle von Wasser und Gefäßgewebe bei der Unterstützung von Pflanzen umfasst das Vorhandensein von verdickter Zellulose, Zellturgor und verholztem Xylem. Die Rolle von Phloem bei der Translokation von Zuckern ist eine gute Vergleichsaktivität.

    Transpiration und Xerophyten

    Experimente zur Transpiration

    Zeit: 1h Die Verwendung von Potometern ist eine gute Möglichkeit, die Beziehung zwischen abiotischen Faktoren und Transpirationsraten zu untersuchen. Dieses Experiment könnte adaptiert und als Untersuchung verwendet werden. Vieles hängt von der verfügbaren Ausrüstung ab und es gibt einige Vorschläge für einfache Versionen dieser Experimente in diesem Labor.

    Entwicklung von Fähigkeiten planen

    Dies ist eine Aktivität, die den Schülern hilft, DV und IV zu identifizieren und dann die Faktoren zu ermitteln, die kontrolliert werden müssen. Dann planen Sie ihre Analyse der Daten und leiten daraus ab, wie viele Daten im Experiment gesammelt werden sollen.


    Xylem

    Das Xylem ist dafür verantwortlich, eine Pflanze mit Feuchtigkeit zu versorgen. Xylemsaft wandert nach oben und muss schwere Gravitationskräfte überwinden, um Wasser an die oberen Extremitäten einer Pflanze zu liefern, insbesondere bei hohen Bäumen.

    In verschiedenen Pflanzengruppen sind zwei verschiedene Zelltypen bekannt, die das Xylem bilden: Tracheiden und Gefäßelemente. Tracheiden kommen in den meisten Gymnospermen, Farnen und Lycophyten vor, während Gefäßelemente das Xylem fast aller Angiospermen bilden.

    Xylemzellen sind tot, länglich und hohl. Sie haben sekundäre Zellwände und „Gruben“ (Bereiche, in denen die sekundäre Zellwand fehlt).

    Tracheiden

    Tracheiden sind lange dünne Zellen, die durch sich verjüngende Enden miteinander verbunden sind. Die sich verjüngenden Enden verlaufen nebeneinander und haben Vertiefungen, die es dem Wasser ermöglichen, von Zelle zu Zelle zu gelangen.

    Ihre sekundären Zellwände enthalten Lignin – die Verbindung, die Holz bildet. Das Lignin in Tracheiden verleiht dem Xylem und der ganzen Pflanze strukturelle Unterstützung.

    Gefäßelemente

    Gefäßelemente sind kürzer und breiter als Tracheiden und sind Ende an Ende miteinander verbunden. An den Enden der Zellen befinden sich sogenannte „Perforationsplatten“. Die Perforationsplatten haben eine Reihe von Löchern in ihren Zellwänden, die es dem Wasser ermöglichen, ungehindert zwischen den Zellen zu wandern.


    Perspektiven auf die Biophysik des Xylem-Transports

    William F. Pickard , Peter J. Melcher , in Vascular Transport in Plants , 2005

    Faktoren, die den hydraulischen Leitwert beeinflussen

    Damit Xylemsaft durch die Pflanze fließen kann, muss der negative hydrostatische Druckgradient groß genug sein, um die „Widerstandskraft“ der Saftviskosität und die Schwerkraft zu überwinden. Da der Xylemsaft relativ langsam durch die Pflanzen strömt, besteht das laminare Strömungsmuster innerhalb eines einzelnen Gefäßes aus flächig aneinander vorbeiströmenden Saftschichten, so dass weder Wirbel noch Wirbel entstehen und Turbulenzen ausbleiben. * Sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung führt die Viskosität jedoch zu innerer Reibung, die zu einer Energiedissipation führt. Wenn sowohl die Viskosität als auch die Vorticity des Fluids von Null verschieden sind, tritt eine viskose Dissipation auf. Bei laminarer Strömung bei Schwerelosigkeit durch zylindrische Rohre wird die Durchflussmenge durch die Hagen-Poiseuille-Beziehung angegeben:

    wo Jv [m 3 •s −1 ] ist der Volumenstrom, V [m 3 ] ist das Volumen, t [s] ist die Zeit, ΔP [Pa] ist die Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Ende der Rohrleitung r [ m] ist der Radius des Rohres und η [Pa•s] ist die dynamische Viskosität der Lösung im Rohr und l [m] ist die Länge des Rohres. Kleine Änderungen des Rohrradius können die Durchflussmenge durch das Rohr stark beeinflussen, eine Erhöhung von 19% reicht aus, um den Durchfluss zu verdoppeln. Die Verdunstung von den Oberflächen der Blattmenisken liefert sowohl die potentielle Gravitationsenergie, die in dem erhöhten Saft gespeichert ist, als auch die Energie, die durch die viskose Dissipation verloren geht.

    Die Hagen-Poiseuille-Gleichung funktioniert gut für idealisierte Systeme. Zum Beispiel aktuelle Messungen mit einzelnen Gefäßen in kurzen Abschnitten von Fraxinus americana Stämme stimmten mit den Vorhersagen von Hagen-Poiseuille überein (Zwieniecki et al., 2001a). Dennoch ist es unwahrscheinlich, dass die Hagen-Poiseuille-Gleichung gilt, ohne einige der anatomischen Abweichungen des Xylems von idealisierten Röhren zu berücksichtigen: (1) Xylemradien sind selten konstant für die Länge einer Leitung, (2) der Saft muss durch begrenzte Pit Junctions, die durch faserige Membranen getrennt sind, (3) die Abstände zwischen diesen begrenzten Pit-Membranen variieren stark ( Zimmermann, 1983 ), (4) Vesturen und Warzen (Vorsprünge in das Xylem und in begrenzte Pit-Kanäle) treten auf, (5) Saftkonzentration und Temperatur können sich entlang des Fließweges ändern und Änderungen der Ionenstärke des Xylemsaftes verändern die Fließgeschwindigkeiten ( Zimmermann, 1978 van Ieperen et al., 2000 ), was die Möglichkeit einer regulatorischen Rolle für nicht lebende Zellen im Xylem erhöht ( Zwieniecki et al., 2001b) und (6) Molekulardynamiksimulationen zeigen, dass unerwartete Strömungsmuster auf der Nanoskala in der Nähe von Grenzunregelmäßigkeiten auftreten können ( Fan et al., 2002). Unsere Schlussfolgerung ist, dass vereinfachte makroskopische Hydrodynamik, kunstvoll angewandt, nützliche qualitative Verhaltensabschätzungen ermöglicht und dass reale anatomische Variationen innerhalb des Xylems exakte quantitative Vorhersagen praktisch ausschließen.


    Kommentar zu Coomes et al. ‘Skalierung von Xylemgefäßen und -adern in den Blättern von Eichenarten’

    Coomes et al. (2008) geben vor, die Vorhersagen des Plant-Scaling-Modells von West . zu testen et al. (1999) durch Untersuchung der Skalierung der Xylem-Dimensionen in 10 Eichenarten (Quercus spp.). Wir loben ihre Bemühungen, dringend benötigte Daten über die Skalierung der Xylem-Dimensionen in Blättern zu sammeln, ihre Darstellung des West, Brown and Enquist (WBE)-Modells basiert jedoch auf falschen Annahmen, und ihre Anwendung des WBE-Modells auf Blätter erfordert eine erhebliche Korrektur .

    In erster Linie ist die ursprüngliche Modellableitung von West et al. (1999) war nie dafür gedacht, auf Blätter aufgetragen zu werden. Es wird angenommen, dass Blätter innerhalb des Modells und insbesondere die Abmessungen von Xylembündeln innerhalb des Blattstiels bei Änderungen der Pflanzengröße statistisch invariant sind. Dies bedeutet nicht, dass eine Variabilität der Xylem-Dimensionen zwischen Blattstielen verschiedener Arten oder sogar innerhalb von Blättern derselben Pflanze nicht existiert, sondern dass sich diese Variabilität nicht systematisch als Funktion der Größe zwischen Pflanzenarten ändert. Zum Beispiel als Begründung für ihr Studium, Coomes et al. (2008) stellen fest, dass �r Einfachheit halber (das WBE-Modell hat) Blattstiele als das Ende des Transportsystems betrachtet. Allerdings macht das Blatt 30 % der Pflanzenresistenz aus.… Daher ist eine genauere Untersuchung der Schuppenbildung innerhalb der Blätter für Vorhersagen auf Pflanzenebene wichtig.’ Dies ist eine irreführende Aussage in Bezug auf die Vorhersagen des WBE-Modells. WBE-Vorhersagen hängen nicht von der Größe des hydraulischen Widerstands innerhalb der Blätter oder der Variabilität der Xylemmerkmale ab an sich, sondern erfordern nur, dass vaskuläre, physiologische und hydraulische Merkmale nicht systematisch mit der Pflanzengröße skalieren. Uns sind keine Daten bekannt, die eine systematische Änderung der Blattstiele-Xylem-Dimensionen oder der hydraulischen Eigenschaften bei Arten zeigen, die sich in der Erwachsenengröße unterscheiden. Zur Unterstützung dieser zentralen Annahme des WBE-Modells stellen Coomes und Kollegen in der Tat fest, dass 𠆍ie Eigenschaften des Blatt-Xylems nicht mit der durchschnittlichen Größe des erwachsenen Baumes korreliert waren.’

    Zweitens, Coomes et al. (2008) behaupten, dass die 𠆊llgemeinen Modelle der pflanzlichen Gefäßarchitektur�s Blatt vernachlässigt haben…’ Dies ist nicht korrekt. Die Skalierung der Blattgefäßdimensionen wurde bereits von Price & Enquist (2007) speziell angesprochen. Dies geschah, weil mehrere Annahmen des ursprünglichen Modells in Blättern eindeutig verletzt werden. Insbesondere sind Blätter keine volumenfüllenden Bäume, sondern typischerweise hierarchische Bäume, sondern netzförmig, bilden Schleifen Blätter bestehen typischerweise aus nur wenigen Verzweigungsgenerationen und Blatt-Xylem ist bekanntermaßen ‘undicht’. Diese und andere Probleme wurden in einer Erweiterung des WBE-Modells (Preis & Enquist 2007) angesprochen, die von den Autoren nicht zitiert wurde, in der wir angeben, ‘�ss kein einzelner ‘universal’ Exponent(en) beschreiben wird Skalierung der Beziehungen über alle Blätter hinweg’. Da Blätter durch Transpiration an Flüssigkeitsvolumen verlieren, insbesondere in den Venen höherer Ordnung, wird nicht erwartet, dass eine strenge universelle Verjüngungsregel gilt.

    Drittens, Coomes et al. (2008) interpretieren die Vorhersagen zur Verjüngung der Xylemgefäße des WBE-Modells falsch. Sie geben an, dass es ‘… vorhersagt, dass die Längenabhängigkeit des hydraulischen Widerstands von verzweigten Stammsystemen praktisch beseitigt wird, wenn DhD 1/6 …’ Das WBE-Modell sagt voraus, dass der hydraulische Widerstand unabhängig von der Weglänge ist, wenn der Skalierungsexponent . ist größer als oder ungefähr gleich 1/6. Dies ist eine subtile, aber von entscheidender Bedeutung, da das WBE-Modell vorhersagt, dass die Xylemverjüngung optimal ist, wenn der Skalierungsexponent für die Beziehung zwischen Dh und D größer als 1/6 ist. Tatsächlich sind die von Coomes und Kollegen berichteten Skalierungsexponenten größer als 1/6, was darauf hinweist, dass der hydraulische Widerstand unabhängig von der Weglänge ist, wie vom WBE-Modell vorhergesagt.

    Viertens, Coomes et al. (2008) zitieren angemessen West et al. (1999) für die Ableitung des sich verjüngenden Exponenten versäumen es jedoch zu berichten, dass er auch Box 2 von West . beinhaltete et al., als Vorsichtsmaßnahme bei der Anwendung des Tapering-Exponenten auf Netzwerke mit wenigen Verzweigungsgenerationen. Insbesondere, wenn n klein ist, wie es bei Blättern der Fall ist (die meisten Blätter haben ungefähr drei bis fünf Verzweigungsgenerationen), ‘𠉭ie Korrektur kann groß ausfallen’. Tatsächlich nehmen n=3 und n=2, gemeinsame Werte für Blatterträge α= 0,41, im Einklang mit dem unteren Ende des von Coomes und Kollegen berichteten Wertebereichs. Wir geben diesen Wert nicht an, um die Anwendung der Tapering-Regel in Blättern zu validieren, sondern einfach um zu veranschaulichen, dass kleine Netzwerke, wie sie in Blättern gefunden werden, signifikante Tapering-Abweichungen aufweisen. Die genannten Verletzungen der Modelle und andere Annahmen machen diesen Antrag jedoch unbegründet.

    Blätter werden eindeutig wichtig sein, um die Natur der Pflanzenhydraulik und die physiologische Abschuppung innerhalb von Pflanzen zu verstehen. Die empirischen Erkenntnisse von Coomes et al. (2008) sind wichtig, um unser Verständnis der Xylemdimensionen in Blättern zu verbessern. Ein Modell über den vorgesehenen Rahmen hinaus zu testen, ist jedoch im Wesentlichen ein Strohmann. Ein vollständiges Verständnis der Pflanzenhydrodynamik erfordert wahrscheinlich sowohl theoretische Modelle, die mehr biologische Variabilität einbeziehen, als auch empirische Daten und Tests innerhalb des geeigneten Inferenzmaßstabs.


    Wie leiten Gefäßelemente Wasser?

    Pflanzen haben kein Kreislaufsystem wie der Mensch, um Wasser oder Mineralien aus dem Boden an die Spitze der Pflanze bis zu den Blättern zu transportieren. Wie wird diese Aufwärtsbewegung des Wassers reguliert? Ob Wasser gezogen oder geschoben wird, ist eine langjährige Frage. Viele Forscher vermuten, dass Wasser nicht geschoben, sondern durch die Pflanze gezogen wird. Dies liegt daran, dass der positive hydrostatische Wurzeldruck, der von Wurzeln in ihrem Xylem entwickelt wird, sehr gering ist (weniger als 0,1 MPa) und verschwindet, wenn die Transpirationsrate hoch ist. Daher ist es nicht möglich, Wasser an einem hohen Baum hochzudrücken.

    Das Wasser wird von den Xylemgefäßen gezogen und die treibende Kraft ist die Transpiration aus den Blättern. Es entwickelt einen negativen hydrostatischen Druck im Xylem der Blätter, der das Wasser nach oben zieht. Der Aufwärtstrieb von Wasser wird durch die Kohäsionsspannungstheorie erklärt, die auch als Transpirations-Pull-Theorie bekannt ist. Es beschreibt die physikalischen Eigenschaften des Wassers, die erforderlich sind, um es nach oben zu bewegen. Einige der physikalischen Eigenschaften umfassen

    Kohäsion, was bedeutet, dass sich Wassermoleküle gegenseitig anziehen.

    Adhäsion – die Anziehungskraft zwischen Wasser und den hydrophilen Wänden von Gefäßelementen.

    Oberflächenspannung – die erhöhte Anziehung von Wassermolekülen in der flüssigen Phase als in der Gasphase.

    Diese Eigenschaften verleihen dem Wasser eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Kapillarität, was den Aufstieg von Wasser aus dem Boden unterstützt. Durch diesen Aufwärtszug bleibt das Wasser im Xylem in einem Spannungszustand, der Kavitation im Xylem verursacht. Kavitation ist die Bildung einer Gasblase im Wasser. Dies kann die Aufwärtsbewegung des Wassers blockieren, was zu einem schweren Wassermangel in den Blättern führt. Dieser Zustand bleibt jedoch aufgrund der Endwände von Gefäßen und Poren minimiert, die die Ausbreitung von Blasen von Rohr zu Rohr verhindern.


    Schau das Video: Xylem and Phloem - Transport in Plants. Biology. FuseSchool (August 2022).