Корневое давление - Root pressure

Первичные и вторичные корни хлопчатника

'Давление корня '. Это поперечное осмотическое давление внутри клеток корневой системы, которое заставляет сок подниматься через стебель растения к листьям.[1]

Давление на корень возникает в ксилема некоторых сосудистые растения при высоком уровне влажности почвы ночью или когда испарение низкий в течение дня. Когда транспирация высокая, ксилемный сок обычно находится под напряжением, а не под давлением из-за транспирационное притяжение. Ночью у некоторых растений корневое давление вызывает потоотделение или экссудация капель ксилемного сока с кончиков или краев листьев. Давление корней изучается путем удаления побегов растения вблизи уровня почвы. Ксилемный сок будет выделяться из пореза корень в течение нескольких часов или дней из-за корневого давления. Если к срезанной ножке прикрепить манометр, можно измерить корневое давление.

Давление на корни вызвано активным распределением ионов минеральных питательных веществ в корень ксилема. Без транспирации для переноса ионов вверх по стеблю они накапливаются в ксилеме корня и опускают водный потенциал. Затем вода диффундирует из почвы в ксилему корня за счет осмос. Давление на корень возникает из-за накопления воды в ксилеме, давящей на жесткие клетки. Давление на корень создает силу, которая толкает воду вверх по стеблю, но этого недостаточно, чтобы учесть движение воды к листьям наверху самого высокого стебля. деревья. Максимальное давление корней, измеренное у некоторых растений, может поднять воду только до 6,87 метра, а самые высокие деревья более 100 метров в высоту.

Роль энтодермы

В энтодерма в корне важен для развития корневого давления. Энтодерма - это единственный слой клеток между кора и перицикл. Эти ячейки позволяют воде двигаться, пока она не достигнет Каспарская полоса, сделано из Суберин, водонепроницаемое вещество. Полоска Casparian препятствует пассивному перемещению ионов минеральных веществ через стенки энтодермальных клеток. Вода и ионы движутся в этих клеточных стенках через путь апопласта. Ионы вне энтодермы должны быть активно транспортируется через мембрану энтодермальной клетки, чтобы войти или выйти из энтодермы. Попав внутрь энтодермы, ионы попадают в симпластный путь. Они не могут снова диффундировать, но могут перемещаться из ячейки в ячейку через плазмодесматы или активно переноситься в ксилему. Попадая в сосуды ксилемы или трахеиды, ионы снова попадают в путь апопласта. Сосуды ксилемы и трахеиды переносят воду вверх по растению, но не имеют клеточных мембран. Полоска Casparian восполняет недостаток клеточных мембран и предотвращает пассивную диффузию накопленных ионов по пути апопласта из энтодермы. Ионы, накапливающиеся внутри энтодермы в ксилеме, создают градиент водного потенциала, и благодаря осмосу вода диффундирует из влажной почвы через кору, через энтодерму и в ксилему.

Давление на корни может переносить воду и растворенные минеральные питательные вещества от корней через ксилему к верхушкам относительно невысоких растений при низкой или нулевой транспирации. Максимальное измеренное корневое давление составляет около 0,6 мегапаскали но некоторые виды никогда не производят никакого корневого давления. Считается, что основным фактором, способствующим перемещению воды и минеральных веществ вверх в сосудистых растениях, является транспирационное притяжение. Однако растения подсолнечника, выращенные при 100% относительной влажности, росли нормально и накапливали такое же количество минеральных питательных веществ, как и растения при нормальной влажности, скорость транспирации которых в 10-15 раз выше, чем у растений при 100% влажности.[2] Таким образом, транспирация может не иметь такого значения для восходящего транспорта минеральных питательных веществ у относительно невысоких растений, как это часто предполагается.

Сосуды ксилемы иногда опорожняются зимой. Давление на корень может иметь важное значение для наполнения сосудов ксилемы.[3] Однако у некоторых видов сосуды наполняются без корневого давления.[4]

У некоторых лиственных деревьев давление корней часто бывает высоким до того, как они распускаются. Без листьев транспирация минимальна, а растворенные органические вещества мобилизуются, что снижает водный потенциал ксилемы. Кленовый сахар в начале весны накапливает высокие концентрации сахаров в своей ксилеме, являющейся источником кленового сахара. Некоторые деревья обильно «кровоточат» ксилемным соком, когда их стебли подрезают поздней зимой или ранней весной, например клен и вяз. Такое кровотечение подобно корневому давлению, только сахара, а не ионы, могут снизить водный потенциал ксилемы. В уникальном случае с кленами кровотечение сока вызвано изменениями давления ствола, а не давления корней. [1].

Весьма вероятно, что все травы оказывают давление на корни. У бамбука давление корней коррелирует с максимальной высотой клона.[5]

Рекомендации

  1. ^ Ф. Балуска; Милада Чампорова; Отилия Гаспарикова; Питер У. Барлоу, ред. (2013). Структура и функция корней: материалы Четвертого международного симпозиума по структуре и функциям корней, 20–26 июня 1993 г.. 58 (Иллюстрированный ред.). Springer Science & Business Media. п. 195. ISBN  9789401731010.
  2. ^ Tanner, W .; Биверс, Х. (31 июля 2001 г.). «Транспирация - необходимое условие для переноса минералов в растениях на большие расстояния?». Труды Национальной академии наук. 98 (16): 9443–9447. Дои:10.1073 / pnas.161279898. ЧВК  55440. PMID  11481499.
  3. ^ Sperry, J. S .; Холбрук, Н. М .; Циммерманн, М. Х .; Тайри, М. Т. (февраль 1987 г.). «Весеннее наполнение ксилемных сосудов в дикой виноградной лозе». Физиология растений. 83 (2): 414–417. Дои:10.1104 / стр.83.2.414. ЧВК  1056371. PMID  16665259.
  4. ^ Tibbetts, T. J .; Эверс, Ф. У. (сентябрь 2000 г.). «Давление корней и удельная проводимость лиан умеренного пояса: экзотический Celastrus orbiculatus (Celastraceae) против местного Vitis riparia (Vitaceae)». Американский журнал ботаники. 87 (9): 1272–1278. Дои:10.2307/2656720. JSTOR  2656720. PMID  10991898.
  5. ^ Цао, Кунь-Фан; Ян, Ши-Цзянь; Чжан, Юн-Цзян; Бродрибб, Т. (Июль 2012 г.). «Максимальная высота травы определяется по корням». Письма об экологии. 15 (7): 666–672. Дои:10.1111 / j.1461-0248.2012.01783.x. PMID  22489611.