Xylem

Xylem
n., monikko: xylems

Definition: a type of vascular tissue in plants

Xylem Definition

ksyleemi määritellään kasvikudokseksi, joka siirtää vettä ja ravinteita juurista kaikkialle kasviruumiiseen, kuten varteen ja lehtiin. Ksyleemikudoksen esiintyminen on yksi tuntomerkki, joka erottaa vaskulaariset kasvit ei-vaskulaarisista kasveista. Ksyleemi tukee muita vaskulaarisissa kasveissa olevia pehmytkudoksia. Vuonna 1858 Carl Negali otti käyttöön termin xylem. Termi xylem on peräisin thea Kreikan xylon (tarkoittaa ”puuta”). Puu on suosittu esimerkki ksyleemistä.

mikä on ksyleemi? Biologien mukaan xylem on vaskulaarisissa kasveissa esiintyvä erikoistunut kudos, joka kuljettaa vettä ja liuenneita ravinteita juurista kasvien lehtiin ja varsiin. Se tarjoaa myös varastointia ja tukea tehtaalle (Myburg. A. ym., 2013). Yksinkertaisesti sanottuna xylem on eräänlainen verisuonten kudos, joka vastaa veden johtamisesta koko kasvirungossa. Ksyleemi koostuu monimutkaisista järjestelmistä ja useista solutyypeistä, joilla kuljetetaan vettä ja liuenneita mineraaleja kasvien tukemiseksi ja ravinnoksi.

Xylem vs. Phloem

Mitä ovat xylem ja phloem? Ksyleemi ja phloem ovat verisuonten kudoksia, jotka vastaavat veden ja ruoan kuljettamisesta. Miten ksyleemi eroaa phloemista? Voit katsoa myös alla olevan taulukon. Myös, voit lukea tämän phloem määritelmä ja lisätietoja.

Taulukko 1: Differences between Phloem and Xylem

ksyleemin rooli verisuonikasveissa

mikä on ksyleemin rooli verisuonikasvissa? Vaskulaariset kasvit kasvavat nonvaskulaarisia kasveja korkeammiksi, koska niissä on ksyleemisiä kudoksia, jotka tukevat (jäykän muotonsa vuoksi) ja kuljettavat vettä (kasvien kasvun kannalta välttämätön komponentti) kasvin eri osiin.

Floeemin rooli vaskulaarisissa kasveissa

vaskulaaristen kasvien floeemi kuljettaa ravinteita, kuten sokeria, proteiineja ja orgaanisia molekyylejä, jotka auttavat kasveja pysymään hengissä ja lisääntymään.

koppisiemenisten ja muiden vaskulaaristen kasvien Ksyleemit

koppisiemeniset kasvit (tunnetaan kukkivina kasveina) ovat yksi vaskulaaristen kasvien pääryhmistä. Muut ovat gymnospermejä (paljaita siemenkasveja) ja pteridofyyttejä (esimerkiksi Saniaisia). Nämä ryhmät voidaan erottaa niiden xylem-kudosten perusteella. Esimerkiksi kukkivien kasvien xylem-kudoksissa on xylem-suonia, jotka puuttuvat gymnospermien tai saniaisten xylem-kudoksista. Niillä ei ole ksyleemiastioita, vaan ainoastaan trakeideja. Useimmissa koppisiemenisissä suonissa xylem-alukset toimivat tärkeimpänä johtavana elementtinä.

kuitenkin sekä trakeidien että ksyleemien verisuonet menettävät protoplastinsa kypsyessään ja muuttuvat ontoiksi ja elottomiksi. Polymeeri ligniini kerrostuu muodostaen sekundäärisen soluseinän. Ksyleemiastioissa on kuitenkin ohuemmat toisioseinät kuin trakeideissa. Sitten molemmat muodostavat kuoppia sivuseinilleen.

ksyleemiastia on joukko soluja, joita kutsutaan astian jäseniksi (tai astian elementeiksi), joista jokaisella on yhteinen päätyseinä, joka on osittain tai kokonaan liuennut. Tämä on vastakohta trakeidille, joka on yksittäinen solu. Myös trakeidisolukko on tyypillisesti pitempi kuin alusjäsen. Aluksen jäsen on kuitenkin halkaisijaltaan leveämpi. Tämän vuoksi ksyleemiastia johtaa enemmän vettä kuin trakeidi.

Xylem: Monokotti vs Dikot

angiospermit voidaan ryhmitellä kahteen pääryhmään: (1) Monokotit (esim.orkideat, banaanit, bambut, palmut, ruohot jne.) ja 2) eudikotit (esim. ruusuja, magnolioita, mansikoita, auringonkukkia, tammia, vaahteroita, sykomoreja jne.). Nämä kaksi ryhmää eroavat toisistaan periaatteessa niiden kotyledonien lukumäärän mukaan — monokoteilla on yksi kotyledon kun taas dikoteilla on kaksi. Kotyledonien lisäksi ne voivat erota toisistaan myös ksyleemisten kudostensa perusteella.

erityisesti dikotinjuuren ksyleemi on ulkomuodoltaan tähtimäinen (3-tai 4-piikkinen). Xylemin ”piikkien” välissä on phloem. KS. Kuva 4. Sen sijaan monokottijuuressa on vuorottelevat ksyleemi-ja floeemikudokset. Toinen selvä ero näiden kahden välillä xylem kudosten suhteen on xylem alukset. Dikotin juurissa on monikulmaisia tai kulmikkaita ksyleemisiä suonia, kun taas monokotin juurissa on soikeita tai pyöristyneitä. Xylem-phloem-alkuaineita on vähemmän dikot-juurissa (tyypillisesti 2-6) kuin monocot-juurissa (tyypillisesti 8 tai enemmän).

juurien lisäksi dikotissa ja monokotissa on selviä eroja varsissaan. Monokottaraisen varren verisuonikimput (eli verisuonikimppu koostuu floeemi-ja ksyleemikudoksista sekä vaskulaarisesta kambiumista) ovat hajallaan, kun taas dikottivarsissa ne ovat järjestyneet rengaskuvioiksi. Lisäksi dikotilla on sekundaarinen kasvu. Varsissaan ne muodostavat kasvurenkaita (vuosirenkaita). Tämä johtaa siis alaryhmään dikot: ruohomaiset dikot (esim.auringonkukan varret) ja puuvartiset dikot (esim. puun varret ja metsät).

puuvartisissa kasveissa syntyy kahdenlaisia ksyleemejä: (1) primäärisiä ksyleemejä ja (2) sekundäärisiä ksyleemejä. Primäärinen ksyleemi on vastuussa primäärisestä kasvusta tai pituuden kasvusta. Sekundäärinen ksyleemi (kutsutaan myös puuksi) on sekundääriselle kasvulle, joka on ympärysmitan kasvu.

koppisiemeniset kasvit eivät kuitenkaan ole ainoita, jotka tuottavat puuta (sekundaarista ksyleemiä). Gymnospermit tuottavat myös puuta. Angiosperm-puuta kutsutaan lehtipuuksi, kun taas gymnosperm-puuta kutsutaan havupuuksi. Nimi johtuu siitä, että lehtipuu on kompaktimpaa ja tiheämpää kuin havupuu. Jos muistatte, koppisiemenisissä verisuonissa on trakeideja lukuun ottamatta ksyleemiastioita. Useimmissa gymnospermeissä on vain trakeideja. Näin ollen monet lehtipuut ovat tiheämpiä kuin havupuut. Poikkeuksiakin kuitenkin on. Marjakuusi ja pitkälehtimänty ovat havupuita, jotka ovat erittäin kestäviä ja kovempia kuin monet muut lehtipuut.

Ksyleemityypit

biologit jakoivat ksyleemin rakenteen, kehityksen, toiminnan ja roolin perusteella kahteen päätyyppiin eli primääriseen ja sekundääriseen. Nämä kaksi xylem-tyyppiä suorittavat saman toiminnon ja luokitellaan kasvutyypin mukaan niiden muodostumiselle.

primäärinen ksyleemi

primäärisen ksyleemin muodostuminen tapahtuu varsien, juurten ja kukkanuppien kärjissä. Myös ensisijainen ksyleemi auttaa kasvia kasvamaan pidemmäksi ja tekee juurista pidempiä. Näin se tapahtuu ensin kasvukaudella, joten tätä kutsutaan primäärikasvuksi. Primäärisen ja sekundäärisen ksyleemin tarkoitus on kuljettaa vettä ja ravinteita.

sekundaarinen Ksyleemi

kasvin sekundäärisen kasvun myötä muodostuu sekundaarinen ksyleemi, joka auttaa kasvia laajenemaan ajan myötä. Esimerkki kasvien sekundaarisesta kasvusta ovat leveät puunrungot. Se tapahtuu joka vuosi kasvun jälkeen. Lisäksi sekundaarisesta ksyleemistä saadaan tummat renkaat, jotka määrittävät puiden iän.

Xylemin rakenne

Xylem koostuu neljäntyyppisistä elementeistä: (1) ksyleemiastioista, (2) trakeideista, (3) ksyleemikuidusta ja (4) ksyleemiparenkyymistä.

Xyleemi-alukset

xyleemi-alukset ovat koppisiemenisissä suonissa. Niiden rakenne on pitkä lieriömäinen ja ne ovat putkimaisia. Seinissä on suuri keskusontelo, ja seinät ovat lignifioituja. Ne menettävät protoplasmansa ja ovat siten kuolleita kypsyessään. Niissä on monia soluja (aluksen jäseniä), jotka ovat yhteydessä toisiinsa perforaation kautta yhteisissä seinissä. Ne ovat mukana johtuminen veden, mineraalien ja antaa mekaanista voimaa kasvi.

Trakeidit

nämä ovat kuolleita ja putkimaisia soluja, joiden pää on kapeneva. Niitä on gymnospermissä ja angiospermissä. Näillä soluilla on paksu lignöity soluseinä, ja niistä puuttuu protoplasma. Tärkein tehtävä ne suorittavat on veden ja mineraalien kuljetus.

Ksyleemikuidut

nämä ovat kuolleita soluja, jotka sisältävät keskuslamenia ja lignifioituja seinämiä; ne tukevat kasvia mekaanisesti ja vastaavat vesikuljetuksista.

Xylem parenkyma-soluiksi kutsutut Xylemin solut varastoivat ruoka-ainetta ja niitä pidetään Xylemin elävinä soluina. Lisäksi ne auttavat vähentämään veden kuljetusta. Lisäksi ne osallistuvat hiilihydraattien, rasvojen ja veden johtumisen varastointiin.

ksyleemiparenkyyman pääpiirteet ovat seuraavat:

• ksyleemin elävien solujen
• soluseinä on aina selluloosainen ja ohut.
• sisältää näkyvän tuman ja protoplastin
• solut ovat värittömiä, ja niissä on suuret vakuolit.
• sekä primäärisessä että sekundaarisessa ksyleemissä on eläviä parenkyymisoluja.
• parenkyymisolujen komponentit, kuten rasvat ja proteiinit, vaihtelevat kausittain.
• ne voidaan jakaa septaan, ja ne koostuvat kiteistä, jotka sisältävät parenkyymisoluja, joilla on lignifioituneita seinämiä.
• Xylem parenchyma koostuu myös kloroplasteista, joita esiintyy koppisiemenisissä kasveissa, puuvartisissa kasveissa ja ruohokasveissa.
• sekä aksiaali-että sädeparenkyymisolujen vieressä on ”tyloses” – nimisiä ulokkeita.
• parenkyymisoluista käytetään nimitystä ”kontaktisolut”, jotka synnyttävät tylooseja.
• ksyleemiparenkyymisolujen tuma ja sytoplasma siirtyvät tylooseiksi.
• Tyloosiin voi kehittyä erilaisia aineita.
• Tyloosi saattaa erilaistua kovakalvonsärkijöiksi.

ksyleemiparenkyyman pääfunktiot ovat seuraavat:

• Ksyleemiparenkyyma johtaa vettä ylöspäin parenkyymisolukon läpi.
• varastoi ravintoravinteita rasvojen, tanniinien, kiteiden ja tärkkelyksen muodossa.
• tyloosit yhdistävät ksyleemin parenkyymisolut verisuoniin tai trakeideihin.
• kuivuuden tai infektion aikana vaskulaarisia kudoksia suojaavat tyloosit.
• ksyleemin Parenkyymisolut osallistuvat ksyleemikuljetuksen ylläpitokyvyttömyyteen.
• Kavitaatio eli embolia, eli parenkyymisaksyleemi ylläpitää ksyleemin tukosta, joka auttaa trakeidien ja verisuonten toiminnan jatkamisessa.

Ksyleemikudoksen ominaisuudet

ksyleemirakenne voidaan ymmärtää xyleemikudoksen tyyppien tai jakaumien perusteella, mukaan lukien kuitusolut, parenkyymisolut ja trakeaarielementit.

• Parenkyymisolut ovat pitkiä kuituja ja muodostivat kasvin rungon pehmeät osat.
• nämä parenkyymisolut tukevat ksyleemisoluja.
• henkitorven alkuaineet ovat kuolleita soluja, jotka muuttuvat ontoiksi säikeiksi päästääkseen veden ja mineraalien virtaamaan niiden läpi.
• sekä verisuonet että trakeidit (trakeaarielementit) ovat onttoja, pitkänomaisia ja kapeita. Suonet ovat kuitenkin trakeidejä erikoistuneempia auttamaan ksyleemimahlan virtaamisessa.
• astioissa on myös perforointilevyjä, jotka auttavat yhdistämään eri astiaelementtejä yhdeksi jatkuvaksi astialevyksi.
• Xylem sisältää myös useita paksunaisia muotoja, joita esiintyy eri kuvioissa, renkaissa ja muissa kasvien rakennetuen maksimoimiseksi.
• ksyleemi näkyy tähden muotoisena, kun sitä havainnoidaan mikroskoopilla.

Xylem-funktio

Xylem kuljettaa vettä ja liuenneita mineraaleja sekä antaa laitokselle mekaanista tukea. Ne myös välittävät kasvien kehossa fytohormonaalisia signaaleja. Vesimolekyylien väliset koossapysyvät voimat toimivat yhdyssiteenä veden johtumiselle xylem-verisuonistossa. Alla on tarkka funktiot xylem.

• tuki: Ksylem antaa tukea ja voimaa kasvin osille, kuten kudoksille ja elimille, jotta kasvin rakenne säilyy ja kasvit eivät taivu.
• Xylem sap: Ksylem-verisuonisto koostuu pitkistä putkista, jotka mahdollistavat veden, liuenneiden orgaanisten ionien ja ravinteiden virtaamisen veteen (kutsutaan myös nimellä xylem sap).
• Ksyleemisolut: veden kuljettamiseen tarkoitetut solut ovat yleensä kuolleita, joten johtuminen tapahtuu passiivisesti.
• passiivinen kuljetus: passiivisen kuljetuksen vuoksi johtumisprosessi ei vaadi minkäänlaista energiaa.
• Kapillaaritoiminta: ksyleemisen mahlan johtuminen painovoimaa vastaan kasvin sisällä tunnetaan kapillaaritoimintana. Prosessi tapahtuu myös, kun veden koheesiovoimat ja pintajännitys liikuttavat ksyleemimahaa ylöspäin.
• lisätuki: kasvien kasvaessa pitemmiksi myös ksyleemi kehittyy tukemaan kasvia ja mahdollistamaan veden ja mineraalien kuljetuksen korkeammilla alueilla esiintyviin kasvin elimiin.

miten ksylem vaikuttaa?

miten xylem kuljettaa vettä? Koheesio-Adheesioteoria on hypoteesi, joka yrittää selittää, miten vesi kulkee ylöspäin kasvin poikki painovoimaa vastaan. Kasvien transpiraatio on merkittävä tekijä, joka saa veden liikkumaan ylöspäin korvaten haihduttamalla menetetyn veden. Xylem poimii veden juurista siirtyäkseen kasvien muihin osiin. Useat solut osallistuvat veden johtumisen tai kuljetuksen prosessiin.

Lue: Kasviveden Säätelytunti (ilmainen opetusohjelma)

Trakeaarielementit (mukaan lukien verisuonet ja trakeidit) ovat kuolleita soluja sukukypsyyden saavuttamisen jälkeen. Siksi ne toimivat passiivisesti vesiliikenteessä. Vesi ulottuu juurista ylöspäin kohti vartta ja lehtiä kahden tekijän perusteella: juurenpaine ja transpiratorinen veto.

• Juuripaine: Tapahtuu osmoosin (veden liike korkealta pitoisuusalueelta matalalle pitoisuusalueelle), jonka avulla vesi maaperästä tai maasta juuriin.
• Transpiratorinen veto: pintajännitys vetää vettä ylöspäin ksyleemissä, joka johtuu veden katoamisesta lehtien transpiraatioprosessissa.

Xylem Evolution

noin 400 miljoonaa vuotta sitten xylem kehittyi kasveissa ympäristövaatimuksiin sopeutumisen vuoksi. Ravinnon tuottamiselle fotosynteesin kautta on ominaista veden otto ja hiilidioksidi. Kun kasvit asuttivat maata, ne kehittivät kehittyneemmän kuljetusjärjestelmän, joka lisää niiden selviytymismahdollisuuksia maassa. Lopulta kasveille kehittyi kehittyneitä rakenteita, kuten ksyleemi-verisuonisto. Veden pitoisuus n laitoksessa pienenee transpiraalisen prosessin kautta (joka tapahtuu siten, että ilmamassa ottaa hiilidioksidia sisään ja vettä ulos). Kuten edellisessä jaksossa selitettiin, tämä transpiraatio auttoi vetämään vettä kasviruumiissa painovoimaa vastaan.

Ksyleemin kehitysprosessi

ksyleemin kehittymiselle on ominaista bifacial lateral meristeemisolut ja vaskulaarinen cambium, joka tuottaa sekundaarisen ksyleemin (sekä sekundaarisen phloeemin). Lisäksi ksyleemin kehittyminen muuttuu muodosta toiseen. Ksyleemin kehittymisestä käytetään erilaisia termejä. Ne ovat eksarkhos, endarkhos, mesarkhos ja centrarkhos.

• Centrarch: primäärinen ksyleemi kehittyy ulospäin varren keskellä syntyneestä lieriöstä; näin metaksyleemi ympäröi protoksyleemiä. Esimerkiksi useilla maakasveilla on keskusarkidinen kehitysmuoto.
• eksarkki: ksyleemi kehittyy sisäänpäin ulkosivulta, kun primaarista ksyleemiä on enemmän kuin yksi juurissa tai varsissa. Siksi metaksyleemi on lähellä keskustaa, kun taas protoksyleemi muodostuu lähelle rajaa. Esimerkiksi vaskulaaristen kasvien ksyleemillä on eksarkki kehitysmuoto.
• Endarch: ksyleemi kehittyy sisäosasta ja liikkuu ulospäin; näin protoksyleemi muodostuu lähelle keskustaa ja metaksyleemi muodostuu lähelle rajaa. Esimerkiksi siemenkasvin varsilla on endarkaalinen kehitysmuoto.
• Mesarch: Ksyleemi kehittyy kumpaankin suuntaan primäärisen ksyleemin juosteen keskipisteestä. Metaksyleemit kuitenkin miehittivät sekä raja-että keskusta-alueita jättäen protoksyleemin väliin. Esimerkiksi saniaisen varsilla ja lehdillä on mesarkki kehitysmuoto.

Ksyleemikudos muodostuu meristeemisoluista, joita on esimerkiksi vaskulaarisessa kambiumissa ja prokambiumissa. Ksyleemisten kudosten kehitys-ja kasvuvaiheet voidaan erottaa kahteen vaiheeseen. * Ensimmäinen vaihe tunnetaan myös primäärikasvuna, jolle on ominaista primäärisen ksyleemin erilaistuminen prokambiumista peräisin olevista soluista. Toinen vaihe, joka tunnetaan myös sekundaarisena kasvuna, on ominaista sekundaarisen ksyleemin syntyminen sivusuuntaisen meristeemin kautta.

kasvin kasvavissa ja kehittyvissä osissa on primäärinen ksyleemi, joka koostuu metaksyleemi-ja protoksyleemiastioista. Ksyleemin kehityksen alkuvaiheissa protoksyleemi muuttui metaksyleemiksi. Nämä ksyleemiastiat (protoksyleemi ja metaksyleemi) voidaan erottaa toisistaan soluseinän halkaisijan ja kuvion (sekundäärisen) perusteella morfologisella tasolla. Ensinnäkin protoksyyliemi on kapea astia, joka koostuu pienistä soluista, joiden soluseinät sisältävät paksunnoksia, kuten kierteitä tai renkaita. Protoksiliemisolut kehittyvät ja kasvavat juurten tai varsien pidentymisen mukana. Toiseksi metaksyleemi on kooltaan suurempi, ja sen paksuudet ovat skalariformisia (tikapuumaisia) tai kuoppaisia (levymäisiä). Venymän jälkeen, kun solut eivät kasva, metaksyleemi viimeistelee kehityksensä. Näin muodostunut ksyleemi koostuu kuolleista soluista, jotka toimivat onttoina säikeinä johtaen vettä ja liuenneita mineraaleja. Tutkimuksen mukaan Xylemin kehitystä voidaan tehostaa geenitekniikan avulla, jotta saadaan toivottuja tuloksia.