TRACHEIDI: LOCALIZZAZIONE, CARATTERISTICHE E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le tracheidi sono allungate e alle loro estremità fosse cellule, piante vascolari, fungono da condotti per il trasporto di acqua e sali minerali disciolti. Le aree di contatto fossa-fossa tra coppie di tracheidi consentono il passaggio dell'acqua. Le file di tracheidi formano un sistema di conduzione continua attraverso le piante.

Man mano che i tracheidi maturano, sono cellule con pareti cellulari altamente lignificate, motivo per cui forniscono anche un supporto strutturale. Le piante vascolari hanno una grande capacità di controllare il proprio contenuto d'acqua grazie al possesso dello xilema, di cui fanno parte i tracheidi.

Fonte: Dr. phil.nat Thomas Geier, Fachgebiet Botanik der Forschungsanstalt Geisenheim.

Posizione sulla pianta

Le piante hanno tre tipi fondamentali di tessuto: il parenchima, con cellule non specializzate, con membrane cellulari sottili e non lignificate; il collenchima, con cellule di sostegno allungate, con pareti cellulari irregolarmente ispessite; e lo sclerenchima, con cellule di supporto della parete cellulare lignificata, prive di componenti viventi alla maturità.

Lo sclerenchima può essere meccanico, con sclereidi (cellule di pietra) e fibre di legno, o conduttivo, con tracheidi (senza perforazioni, presenti in tutte le piante vascolari) e vasi conduttivi (con perforazioni alle estremità, presenti principalmente nelle angiosperme). I tracheidi e gli elementi dei vasi conduttori sono cellule morte.

Le piante hanno due tipi di tessuto conduttivo: lo xilema, che trasporta acqua e sali minerali dal terreno; e floema, che distribuisce gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi.

Lo xilema e il floema formano fasci vascolari paralleli nella corteccia della pianta. Lo xilema è costituito da parenchima, fibre di legno e sclerenchima conduttivo. Il floema è costituito da cellule vascolari viventi.

In alcuni alberi si distinguono anelli di crescita annuali perché i tracheidi formati in primavera sono più larghi di quelli formati in estate.

caratteristiche

Sezione trasversale di una pianta di bacche di sambuco (Sambucus sp.). Vasi xilematici e trachidi. Tratto e modificato da: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Il termine "tracheide", coniato da Carlo Sanio nel 1863, si riferisce ad una forma che ricorda la trachea.

Nelle felci, nelle cicadee e nelle conifere, le tracheidi misurano 1-7 mm. Nelle angiosperme sono 1–2 mm o meno. Al contrario, i vasi conduttivi (composti da numerosi elementi vascolari conduttivi), unici per le angiosperme, possono avere una lunghezza prossima a 1.000 mm.

Le cellule tracheidi hanno una parete cellulare primaria e una secondaria. Il muro secondario viene secreto dopo che si è formato il muro primario. Pertanto, il primo è interno rispetto al secondo.

Le fibre di cellulosa nella parete cellulare primaria sono orientate in modo casuale, mentre quelle nella parete cellulare secondaria sono orientate a spirale. Pertanto, il primo può allungarsi più facilmente man mano che la cellula cresce. Cioè, il secondo è più rigido.

Le pareti cellulari lignificate dei tracheidi possiedono protrusioni scalariformi, anulari, elicoidali (oa spirale), reticolate o libriform. Questa caratteristica consente di identificare le specie mediante osservazione microscopica.

Le pareti in lignina, materiale impermeabile, impediscono alle tracheidi e ai vasi conduttivi di perdere acqua o di soffrire di embolie dovute all'ingresso di aria.

Funzione di trasporto

La cosiddetta "teoria della coesione" è la spiegazione più accettata per il movimento verso l'alto di acqua e sali in soluzione nello xilema. Secondo questa teoria la perdita di acqua per traspirazione fogliare produrrebbe tensione nella colonna liquida che va dalle radici ai rami, passando per tracheidi e vasi conduttivi.

La perdita di acqua per traspirazione tenderebbe a ridurre la pressione nella parte superiore delle piante, facendo risalire l'acqua prelevata dal terreno dalle radici attraverso i canali dello xilema. In questo modo l'acqua sudata verrebbe continuamente sostituita.

Tutto ciò richiederebbe una tensione sufficiente per far salire l'acqua e perché la forza coesiva nella colonna di liquido sopporti detta tensione. Per un albero alto 100 m, sarebbe necessario un gradiente di pressione di 0,2 bar / m, per una forza coesiva totale di 20 bar. L'evidenza sperimentale indica che queste condizioni sono soddisfatte in natura.

I tracheidi hanno un rapporto superficie-volume interno molto maggiore rispetto agli elementi dei vasi conduttivi. Per questo servono a conservare, per adesione, l'acqua nella pianta contro gravità, indipendentemente dal fatto che ci sia o meno traspirazione.

Funzione meccanica

La lignificazione delle tracheidi impedisce la loro implosione a causa delle pressioni idrostatiche negative dello xilema.

Questa lignificazione fa sì che i tracheidi forniscano la maggior parte del supporto strutturale del legno. Maggiore è la dimensione delle piante, maggiore è la necessità di supporto strutturale. Per questo motivo, il diametro dei tracheidi tende ad essere maggiore nelle piante di grandi dimensioni.

La rigidità delle tracheidi ha permesso alle piante di acquisire un portamento terrestre eretto. Ciò ha portato alla comparsa di alberi e foreste.

Nelle piante di grandi dimensioni i tracheidi hanno una doppia funzione. Il primo è portare l'acqua al fogliame (come nelle piccole piante). Il secondo è rinforzare strutturalmente il fogliame per resistere all'azione della gravità, anche se il rinforzo diminuisce l'efficienza idraulica dello xilema.

Gli ambienti soggetti a forti venti o nevicate, così come alcune architetture vegetali, fanno sì che i rami richiedano una maggiore resistenza alla frattura. Una maggiore lignificazione del legno dovuta ai tracheidi può favorire la longevità delle parti legnose di queste piante.

Evoluzione

Il processo evolutivo delle tracheidi, che si estende per oltre 400 milioni di anni, è ben documentato perché la durezza di queste cellule vascolari, causata dalla lignificazione, ne favorisce la conservazione come fossili.

Con l'evoluzione della flora terrestre nel tempo geologico, i tracheidi sperimentarono due tendenze adattative. In primo luogo, hanno dato origine a vasi conduttivi per aumentare l'efficienza del trasporto di acqua e sostanze nutritive. In secondo luogo, sono stati trasformati in fibre per dare supporto strutturale a piante sempre più grandi.

Gli elementi dei vasi conduttori acquisiscono le loro caratteristiche perforazioni tardi nel corso dell'ontogenesi. Durante le prime fasi del loro sviluppo assomigliano ai tracheidi, da cui si sono evoluti.

Nelle gimonosperme fossili e viventi e nelle dicotiledoni primitive (Magnoliales), le tracheidi hanno fosse con bordi scalariformi. Durante l'evoluzione verso gruppi vegetali più avanzati, i tracheidi con bordi scalariformi hanno dato origine a quelli con bordi circolari. A sua volta, quest'ultima ha dato origine a fibre libriform.

Xylem

Lo xilema insieme al floema costituiscono i tessuti che compongono il sistema del tessuto vascolare delle piante vascolari. Questo sistema è piuttosto complesso ed è responsabile della conduzione di acqua, minerali e cibo.

Mentre lo xilema trasporta acqua e minerali dalla radice al resto della pianta, il floema trasporta i nutrienti prodotti durante la fotosintesi, dalle foglie al resto della pianta.

Lo xilema è costituito in molti casi da due tipi di cellule: le tracheidi, considerate le più primitive, e gli elementi del vaso. Tuttavia, le piante vascolari più primitive presentano solo tracheidi nello xilema.

Il flusso dell'acqua attraverso le tracheidi

Il modo in cui i tracheidi sono posizionati all'interno della pianta è tale che le loro fosse perfettamente allineate tra i tracheidi vicini, consentendo il flusso tra di loro in qualsiasi direzione.

Alcune specie presentano ispessimenti della parete cellulare ai bordi delle fosse che riducono il diametro della loro apertura, rafforzando così l'unione dei tracheidi e riducendo anche la quantità di acqua e minerali che possono attraversarli. Questi tipi di pozzi sono chiamati pozzi areolati.

Alcune specie di angiosperme, così come le conifere, presentano un meccanismo aggiuntivo che permette di regolare il flusso dell'acqua attraverso le fosse areolate, come la presenza di una struttura chiamata toro.

Un toro non è altro che un ispessimento della membrana della fossa a livello della zona centrale della stessa e che funge da valvola di controllo per il passaggio di acqua e minerali tra le cellule.

Quando il toro è al centro della fossa, il flusso tra i tracheidi è normale; ma se la membrana si sposta verso uno dei suoi lati, il toro blocca l'apertura della fossa, riducendo il flusso o ostruendola completamente.

Tipi di fosse

Semplice

Non presentano ispessimenti ai bordi

Areolated

Presentano ispessimenti ai bordi delle fosse sia di una tracheide che di una tracheide adiacente.

Semiareoladas

I bordi delle fosse di una cella sono ispessiti, ma quelli della cella adiacente non lo sono.

Areoladas con toro

Come già accennato, le conifere e alcune angiosperme hanno un toro centrale nella fossa areolata che aiuta a regolare il flusso di acqua e minerali.

Cieco

Alla fine la fossa di una tracheide non coincide con quella della cella adiacente, per cui in questa zona si interrompe il flusso di acqua e minerali. In questi casi si parla di fossa cieca o non funzionante.

Sezione tangenziale di conifere di conifera (Pinus sp.). Trachedia e altre strutture. Tratto e modificato da: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Nelle gimnosperme

Le gimnosperme del phylum Gnetophyta sono caratterizzate, tra gli altri aspetti, dalla presentazione di uno xilema costituito da tracheidi e vasi o trachee, ma il resto delle gimnosperme ha solo tracheidi come elementi di conduzione.

Le gimnosperme tendono ad avere tracheidi più lunghe delle angiosperme e tendono anche ad essere del tipo areolato con un toro. Più del 90% del peso e del volume dello xilema secondario delle conifere è costituito da tracheidi.

La formazione di tracheidi nello xilema secondario delle conifere avviene dal cambio vascolare. Questo processo può essere suddiviso in quattro fasi.

Divisione cellulare

È una divisione mitotica in cui dopo la divisione nucleare in due nuclei figlie, la prima struttura che si forma è il muro primario.

Allungamento cellulare

Dopo la completa divisione cellulare, la cellula inizia a crescere in lunghezza. Prima che questo processo si concluda, inizia la formazione della parete secondaria, che parte dal centro della cellula e aumenta verso l'apice.

Deposizione della matrice di cellulosa

La matrice di cellulosa ed emicellulosa della cellula si deposita in diversi strati.

Lignificazione

La matrice cellulosa ed emicellulosa è impregnata di lignina e altri materiali di natura simile in quello che costituisce lo stadio finale della fase di maturazione delle tracheidi.

Nelle angiosperme

I tracheidi sono presenti nello xilema di tutte le piante vascolari, tuttavia nelle angiosperme sono meno importanti che nelle gimnosperme perché condividono le funzioni con altre strutture, note come elementi dei vasi o delle trachee.

Le tracheidi delle angiosperme sono più corte e più sottili delle tracheidi delle gimnosperme e inoltre non hanno mai tori.

Le trachee angiosperme, come le tracheidi, hanno fosse nelle loro pareti, muoiono quando raggiungono la maturità e perdono il loro protoplasto. Queste cellule, tuttavia, sono più corte e fino a 10 volte più larghe delle tracheidi.

Le trachea perdono la maggior parte della loro parete cellulare agli apici, lasciando piastre perforanti tra le celle adiacenti, formando così un condotto continuo.

Le trachee possono trasportare acqua e minerali molto più velocemente delle tracheidi. Tuttavia, queste strutture sono più suscettibili di essere bloccate dalle bolle d'aria. Sono anche più suscettibili al congelamento nelle stagioni invernali.

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