Skip to main content
Global

30.15: הובלת מים ומומסים בצמחים - תנועת מים ומינרלים בקסילם

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    209895

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • מתאר את תנועת המים והמינרלים בקסילם

    תנועת מים ומינרלים בקסילם

    רוב הצמחים משיגים את המים והמינרלים הדרושים להם דרך שורשיהם. הדרך שננקטה היא: אדמה -> שורשים -> גבעולים -> עלים. המינרלים (למשל, K+, Ca2+) נעים מומסים במים (מלווים לעתים קרובות במולקולות אורגניות שונות המסופקות על ידי תאי שורש). מים ומינרלים נכנסים לשורש בנתיבים נפרדים אשר מתכנסים בסופו של דבר בסטלה, או בצרור כלי הדם המרכזי בשורשים.

    טרנספירציה היא אובדן מים מהצמח באמצעות אידוי על פני העלה. זהו המניע העיקרי לתנועת המים בקסילם. הטרנספירציה נגרמת על ידי אידוי מים בעלה, או ממשק האטמוספירה; זה יוצר לחץ שלילי (מתח) שווה ערך ל -2 MPa על פני העלה. עם זאת, ערך זה משתנה מאוד בהתאם לגירעון בלחץ האדים, שיכול להיות חסר משמעות בלחות יחסית גבוהה (RH) ומשמעותי ב- RH נמוך. מים מהשורשים נמשכים על ידי המתח הזה. בלילה, כאשר הסטומטות נסגרות והטרנספירציה נעצרת, המים מוחזקים בגבעול ובעלה על ידי לכידות מולקולות מים זו לזו וכן הידבקות מים לדפנות התא של כלי הקסילם והקנה הנשימה. זה נקרא תיאוריית הלכידות -מתח של עליית מוהל.

    תיאוריית מתח הלכידות מסבירה כיצד מים נעים למעלה דרך הקסילם. בתוך העלה ברמה התאית, מים על פני תאי המזופיל מרווים את מיקרופיברילי התאית של דופן התא הראשוני. העלה מכיל חללי אוויר בין-תאיים גדולים רבים להחלפת חמצן לפחמן דו חמצני, הנדרש לפוטוסינתזה. דופן התא הרטוב חשופה לחלל האוויר הפנימי והמים על פני התאים מתאדים לחללי האוויר. זה מקטין את הסרט הדק על פני תאי המזופיל. הירידה יוצרת מתח גדול יותר על המים בתאי המזופיל, ובכך מגבירה את המשיכה במים בכלי הקסילם. כלי הקסילם והטרכאידים מותאמים מבחינה מבנית להתמודדות עם שינויים גדולים בלחץ. נקבים קטנים בין יסודות כלי הדם מפחיתים את מספר וגודל בועות הגז הנוצרות בתהליך הנקרא cavitation. היווצרות בועות גז בקסילם מזיקה מכיוון שהיא קוטעת את זרם המים הרציף מהבסיס לראש הצמח, וגורמת לשבירה (תסחיף) בזרימת מיץ הקסילם. ככל שהעץ גבוה יותר, כך כוחות המתח הדרושים למשיכת מים בעמודה רציפה גדולים יותר, מה שמגדיל את מספר אירועי הקוויטציה. בעצים גדולים יותר, התסחיפים המתקבלים יכולים לסתום כלי קסילם, מה שהופך אותם ללא פונקציונליים.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): תורת הלכידות-מתח של עליית סאפ: מוצגת תיאוריית הלכידות-מתח של עליית סאפ. אידוי מתאי המזופיל מייצר שיפוע פוטנציאל מים שלילי הגורם למים לנוע כלפי מעלה מהשורשים דרך הקסילם.

    שליטה על הטרנספירציה

    טרנספירציה היא תהליך פסיבי: אנרגיה מטבולית בצורה של ATP אינה נדרשת לתנועת מים. האנרגיה המניעה את הטרנספירציה היא ההבדל באנרגיה בין המים באדמה למים באטמוספירה. עם זאת, הטרנספירציה נשלטת היטב. האטמוספירה שאליה נחשף העלה מניעה את הטרנספירציה, אך היא גם גורמת לאובדן מים מסיבי מהצמח. עד 90 אחוז מהמים שנלקחים על ידי שורשים עלולים ללכת לאיבוד באמצעות טרנספירציה.

    העלים מכוסים על ידי ציפורן שעווה על המשטח החיצוני המונע אובדן מים. ויסות הטרנספירציה, אם כן, מושג בעיקר באמצעות פתיחה וסגירה של סטומטות על פני העלה. הסטומטות מוקפות בשני תאים מיוחדים הנקראים תאי שמירה, הנפתחים ונסגרים בתגובה לרמזים סביבתיים כגון עוצמת ואיכות האור, מצב מי העלים וריכוזי פחמן דו חמצני. הסטומטה חייבת להיפתח כדי לאפשר לאוויר המכיל פחמן דו חמצני וחמצן להתפזר לתוך העלה לצורך פוטוסינתזה ונשימה. אולם כאשר הסטומטות פתוחות, אדי מים הולכים לאיבוד לסביבה החיצונית, מה שמגדיל את קצב הטרנספירציה. לכן, על הצמחים לשמור על איזון בין פוטוסינתזה יעילה לאובדן מים.

    צמחים התפתחו עם הזמן כדי להסתגל לסביבתם המקומית ולהפחית את הטרנספירציה. לצמח המדבר (קסרופיטים) ולצמחים הגדלים על צמחים אחרים (אפיפיטים) יש גישה מוגבלת למים. לצמחים כאלה יש בדרך כלל ציפורן שעווה עבה בהרבה מאלו הגדלים בסביבות מתונות יותר ומושקות היטב (מזופיטים). לצמחי מים (הידרופיטים) יש גם קבוצה משלהם של התאמות עלים אנטומיות ומורפולוגיות.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): הפחתת הטרנספירציה: צמחים מתאימים לסביבתם המקומית. (א) קסרופיטים, כמו קקטוס האגס הדוקרני הזה (Opuntia sp.) ו- (ב) אפיפיטים כמו Aeschynanthus perrottetii הטרופי הזה הסתגלו למשאבי מים מוגבלים מאוד. העלים של אגס דוקרני משתנים לקוצים, מה שמוריד את יחס פני השטח לנפח ומפחית את אובדן המים. פוטוסינתזה מתרחשת בגבעול, שאוגר גם מים. (ב) A. perrottetii לעלים יש ציפורן שעווה המונעת איבוד מים. (ג) גולדרוד (Solidago sp.) הוא מזופיט, המתאים היטב לסביבות מתונות. (ד) הידרופיטים, כמו שושן מים ריחני זה (Nymphaea odorata), מותאמים לשגשג בסביבות מימיות.

    לקסרופיטים ואפיפיטים יש לעתים קרובות כיסוי עבה של טריכומות או סטומטות השקועות מתחת לפני העלה. טריכומות הן תאי אפידרמיס מיוחדים דמויי שיער המפרישים שמנים וחומרים אחרים. התאמות אלה מעכבות את זרימת האוויר על פני נקבובית הסטומטית ומפחיתות את הטרנספירציה. שכבות אפידרמיס מרובות נמצאות בדרך כלל גם בסוגים אלה של צמחים.

    נקודות מפתח

    • תיאוריית הלכידות - המתח של עליית מוהל מסבירה כיצד נמשכים מים מהשורשים לראש הצמח.
    • אידוי מתאי מזופיל בעלים מייצר שיפוע פוטנציאלי שלילי של מים הגורם למים ומינרלים לנוע כלפי מעלה מהשורשים דרך הקסילם.
    • בועות גז בקסילם יכולות להפריע לזרימת המים בצמח, ולכן יש להפחית אותן באמצעות נקבים קטנים בין יסודות הכלי.
    • הטרנספירציה נשלטת על ידי פתיחה וסגירה של סטומטה בתגובה לרמזים סביבתיים.
    • הסטומטות חייבות להיפתח לפוטוסינתזה ולנשימה, אך כאשר הסטומטות פתוחות, אדי מים הולכים לאיבוד לסביבה החיצונית, מה שמגדיל את קצב הטרנספירציה.
    • צמחי מדבר וצמחים עם גישה מוגבלת למים מונעים טרנספירציה ואובדן מים עודף על ידי שימוש בציפורן עבה יותר, טריכומות או שכבות אפידרמיס מרובות.

    מונחי מפתח

    • תורת הלכידות-מתח של עליית מוהל: מסבירה את תהליך זרימת המים כלפי מעלה (כנגד כוח הכבידה) דרך קסילם הצמחים
    • cavitation: היווצרות, בנוזל, של בועות אדים שיכולות להפריע לזרימת המים דרך הצמח
    • טריכום: הרחבה דמוית שיער או אבנית של האפידרמיס של צמח