물과 미네랄이 목질을 통해 위로 이동하는 경로

물과 미네랄이 목질을 통해 위로 이동하는 경로

 

식물의 물과 미네랄의 이동에 대한 개요

 

국소적인 변화는 물의 장거리, 상향 이동을 가져옵니다
위에서 설명한 대부분의 영양소와 물은 뿌리를 통해 식물로 들어가 목질 내에서 위로 이동합니다. 큰 나무가 10층 이상 떨어진 곳에 있는 것은 드문 일이 아닙니다. 나무 뿌리에서 나무 꼭대기까지 물이 어떻게 닿는지 생각해 본 적이 있습니까? 물은 세포의 원형체 사이의 공간을 통해 이동하며, 플라즈마 모드마타(세포간막 접속)를 통해 세포막을 통해, 그리고 목질체의 연속된 튜브 시스템을 통해 이동합니다. 우리는 식물 전체에 서로 연결되어 도수성 목질 원소가 퍼져 있다는 것을 알고 있습니다. 또한 물은 처음에 뿌리에 들어가고, 그리고 나서 목질로 이동한다는 것도 알고 있습니다. 그러나 그 후 다양한 요인과 여러 출구가 잎의 기공을 통과하기 위해 목질을 통해 물이 상승합니다.

우리 초점의 대부분은 목질을 통한 물 수송 메커니즘에 맞춰져 있지만 세포 수준에서의 물 이동은 훨씬 짧은 거리이긴 하지만 발전소의 벌크 물 수송에도 중요한 역할을 합니다. 아시다시피 뿌리의 카스파리안 스트립은 물이 세포를 통해 이동하도록 강제합니다. 실질 세포의 경우 대부분의 물은 세포 간 공간이 아니라 막을 가로질러 이동하는 것으로 판명되었습니다. 오랫동안 물은 지질 이중층을 통한 침투에 의해서만 세포막을 가로질러 이동한다고 믿었습니다. 침투는 아쿠아포린이라고 불리는 수로에 의해 촉진된다는 것을 지금 우리는 알고 있습니다. 이러한 운송 경로는 식물과 동물 모두에 있습니다. 식물에서는 그것들은 진공관과 플라즈마 막에 존재합니다. 아라비드스키에는 아쿠아포린과 같은 단백질을 코드하는 적어도 30종류의 유전자가 있습니다. 일부 아쿠아포린은 가뭄 스트레스 동안에만 출현하거나 열기도 합니다. 아쿠아포린 입니다 세포 간의 수분 이동이 침투보다 빨라집니다. 그것들은 세포 내의 수분 밸런스를 유지할 뿐만 아니라 많은 식물 세포와 목질 사이에 물을 얻기 위해 중요합니다. 물 분자와 용존 광물이 이동하는 가장 큰 거리는 목질 내에 있습니다.

물이 목질에 들어가면 세쿼이아 안에서 100미터 위로 이동할 수 있습니다. 뿌리에 들어가는 물의 압력에서 몇 가지 "푸시"가 관여하고 있습니다. 그러나, 대부분의 힘은, 잎이나 다른 식물의 표면의 기공을 통해서 물이 증발(증산)하는 것에 의해서 일어나는 「끌어당김」입니다. 이것은 물 분자가 수소결합(접착)과 기관지 또는 목질혈관(접착)의 벽에 부착하기 위해 기능합니다. 그 결과, 매우 안정적인 액체 기둥이 큰 높이에 도달합니다. 

물의 잠재력

식물 생물학자들은 종종 잠재 능력의 관점에서 식물 내의 물에 작용하는 힘에 대해 논의합니다. 물이 세포공포로 들어갈 때 생기는 물리적인 압력인 팽압은 압력 퍼텐셜이라고 불립니다. 정원의 호스를 통해 물이 들어오는 것은 물리적인 압력의 한 예입니다.

 

 

불균일한 분포

또한 막의 양쪽에 용질이 불균일하게 분포함으로써 발생할 가능성도 있습니다,
그 결과 침투(movement, 용질의 농도가 높은 쪽으로의 물)가 생기게 됩니다. (용질 농도가 높은 분에게) 압력을 가함으로써, 침투를 막을 수 있습니다. 침투를 멈추는 데 필요한 최소한의 압력은 용액의 용질(또는 침투성) 전위라고 불립니다. 물은 세포벽에 의한 압력 퍼텐셜에 의해 멈출 때까지 세포 내로 침투합니다. 식물 세포의 물 퍼텐셜은 본질적으로 그 압력 퍼텐셜과 용질 퍼텐셜의 조합이며, 그것은 식물에서 물의 전체 퍼텐셜 에너지를 나타냅니다. 인접한 두 세포가 서로 다른 수전위를 가지면 물은 높은 수전위를 가진 세포에서 낮은 수전위를 가진 세포로 이동합니다. 식물의 물은 토양의 비교적 높은 물 퍼텐셜 사이의 기울기를 따라 이동하여 뿌리, 줄기, 잎, 대기 중의 물 퍼텐셜을 순차적으로 저하시킵니다. 식물의 물 퍼텐셜은 물의 움직임을 조절합니다. 뿌리에는 긍정적인 물의 가능성이 있습니다(심각한 가뭄의 경우 제외). 잎 등의 기관의 표면에는 증산이라고 불리는 수분 손실이 부압을 낳습니다. 그것은 뿌리에 의한 침투 흡수와 잎이나 다른 식물 표면으로부터의 수분 손실로 인해 생기는 부압에 의존합니다. 증산에 의해 발생하는 부압은 목질 내의 물 상승 운동에 크게 관여합니다.

아쿠아포린은 세포 수준에서 물의 수송을 강화하고, 최종적으로는 벌크수의 수송에 영향을 줍니다. 증산이라고 불리는 잎 표면에서의 수분 손실은 말 그대로 더 큰 물 잠재력을 가진 뿌리에서 물을 끌어올립니다. 이는 물 분자 간의 강력한 응집력을 통해 액체 컬럼 내에서 함께 '붙을 수 있고 기관이나 혈관 벽에 부착할 수 있기 때문입니다.

물과 미네랄의 흡수

식물이 흡수하는 물의 대부분은 뿌리털을 통해 들어오는데, 뿌리털은 전체적으로 표면적이 매우 큽니다. 근모는 미네랄 이온이 활발하게 세포 내로 주입되어 용질의 잠재력이 주변 토양에 비해 크고 거의 항상 응결되어 있습니다. 토양수중의 미네랄이온농도는 보통 식물중의 미네랄이온농도보다도 훨씬 낮기 때문에 이러한 이온을 뿌리세포에 축적하기 위해서 에너지(ATP에 의해서 공급됨)의 소비가 필요합니다. 근모세포의 혈장막에는 다양한 단백질 수송 채널이 포함되어 있으며, 양성자 펌프는 큰 농도 기울기에 대해서도 특정 이온을 수송합니다. 뿌리에 한 번 들어가면 식물의 영양소인 이온이 목질을 통해 식물 전체로 운반됩니다.

이온은 세포벽을 따를 수 있고, 그들 사이의 공간은 플라즈마 막과 인접한 세포의 원형질을 직접 통과하는 경우가 많습니다. 광물 이온이 세포벽 사이를 통과할 때, 그것들은 비선택적으로 그것을 합니다. 결국 그들의 여행 속에서 안쪽에서는 그것들은 내배엽에 도달하고 세포벽을 통과하는 그 이상의 통로는 카스파리안 스트립에 의해 차단됩니다. 물과 이온은 내배엽세포의 혈장막과 원생식물을 통과하여 목질체에 도달해야 합니다. 그러나 내배엽 세포를 통한 수송은 선택적입니다. 고유한 구조를 가진 내배엽은 피질과 표피와 함께 다음을 제어합니다 이온은 목질에 도달합니다.

잎으로부터의 증산은 물기둥에 인력을 발생시켜 물이 용해된 이온으로 뿌리세포에 들어가는 것을 돕는 간접적인 역할을 합니다. 그러나 상대습도가 100%에 근접하는 밤에는 증산이 없을 수도 있습니다. 이 아래에 수전위의 부압 성분이 작아지거나 존재하지 않게 됩니다. 이러한 상황에서도 이온의 뿌리에 대한 적극적인 수송은 여전히 이루어지고 있습니다. 그 결과 세포와의 이온 농도가 점점 높아지고 침투를 통해 더 많은 물이 근모세포로 들어가게 됩니다. 물 퍼텐셜의 점에서는 적극적인 수송은 뿌리의 용질 퍼텐셜을 증가시킨다고 합니다. 그 결과 증산이 없음에도 불구하고 물이 식물 속으로 들어가 목질 기둥 위로 이동합니다. 이 현상은 근압이라고 불리며 실제로는 침투 현상입니다.

특정 상황에서는 근압이 매우 강하여 절단된 식물의 줄기에서 몇 시간 또는 며칠 동안 물이 묻어날 수 있습니다. 근압이 매우 높을 경우 잎까지 물을 강제로 밀어 올릴 수 있고, 그래서 히구치라고 불리는 과정을 통해 액체 형태로 손실될 수 있습니다. 장관은 기공을 통해서 이루어지는 것이 아니라 이 과정에서만 기능하는 작은 정맥의 말단 근처에 위치한 특수한 세포군을 통해서 발생합니다. 근압은 결코 물을 멀리까지 끌어올리기에 충분하지 않습니다.

물은 침투에 의해 식물로 들어갑니다.