Thursday, December 13, 2018

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Turgor-Druck - Wikipedia


Turgor-Druck ist die Kraft innerhalb der Zelle, die die Plasmamembran gegen die Zellwand drückt. [1]

Sie wird auch als "Druck" bezeichnet hydrostatischer Druck und genauer definiert als der von einem Fluid gemessene Druck, gemessen an einem bestimmten Punkt in sich selbst, wenn sich das Gleichgewicht befindet. [2] Im Allgemeinen wird der Turgor-Druck durch den osmotischen Fluss von Wasser verursacht und tritt in auf Pflanzen, Pilze und Bakterien. Dieses Phänomen wird auch bei Protisten mit Zellwänden beobachtet. [3] Dieses System ist bei tierischen Zellen nicht zu sehen, da die Zellwand bei Abwesenheit einer Zellwand unter zu hohem Druck zu lysieren beginnt. [4] Der ausgeübte Druck Durch den osmotischen Fluss von Wasser wird das als Blasenbildung bezeichnet. Sie wird durch den osmotischen Fluss von Wasser durch eine selektiv durchlässige Membran verursacht. Osmotischer Fluss von Wasser durch eine semipermeable Membran tritt auf, wenn das Wasser von einem Bereich mit einer Konzentration an gelösten Stoffen zu einem Bereich mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen wandert. In Pflanzen bedeutet dies, dass das Wasser aus dem gelösten Stoff außerhalb der Zelle in die Vakuole der Zelle gelangt. [5]

Mechanism [ edit ]

Turgor-Druck auf Pflanzenzellen diagram.svg [19659012] Osmose ist der Vorgang, bei dem Wasser von einem Bereich mit einer niedrigen Konzentration an gelösten Stoffen in einen angrenzenden Bereich mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen fließt, bis das Gleichgewicht zwischen den beiden Bereichen erreicht ist. <sup id=[6] Alle Zellen sind von einer Lipid-Doppelschicht umgeben Zellmembran, die den Wasserstrom in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus ermöglicht und gleichzeitig den Fluss der gelösten Stoffe begrenzt. In hypertonischen Lösungen fließt Wasser aus der Zelle, wodurch das Volumen der Zelle abnimmt. In einer hypotonischen Lösung fließt Wasser in die Membran und erhöht das Volumen der Zelle. In isotonischer Lösung strömt Wasser mit gleicher Geschwindigkeit in die Zelle hinein und wieder heraus. [4]

Turgidität ist der Punkt, an dem die Zellmembran gegen die Zellwand drückt, was einen hohen Turgordruck bedeutet. Wenn die Zellmembran einen niedrigen Turgor-Druck hat, ist sie schlaff. In Pflanzen wird dies als verwelkte anatomische Strukturen dargestellt. Dies ist insbesondere als Plasmolyse bekannt. [7]

Eine Turgid- und schlaffe Zelle

Das Volumen und die Geometrie der Zelle beeinflusst den Wert des Turgor-Drucks und wie diese die Plastizität der Zellwand beeinflussen kann. Studien haben gezeigt, dass kleinere Zellen im Vergleich zu größeren Zellen eine stärkere elastische Veränderung erfahren. [3]

Der Turgor-Druck spielt auch beim Wachstum von Pflanzenzellen eine wichtige Rolle, da die Zellwand aufgrund von Turgordruck und strukturellen Veränderungen irreversibel expandiert in der Zellwand, die seine Dehnbarkeit verändern. [8]

Turgor-Druck in Pflanzen [ edit ]

Der Turgor-Druck in Zellen wird durch Osmose reguliert, und dies bewirkt, dass sich die Zellwand während des Wachstums ausdehnt . Neben der Größe wird die Steifheit der Zelle auch durch den Turgor-Druck verursacht. ein niedrigerer Druck führt zu einer verwelkten Zell- oder Pflanzenstruktur (d. h. Blatt, Stiel). Ein Mechanismus in Pflanzen, der den Turgor-Druck reguliert, ist seine semipermeable Membran, die nur einigen gelösten Stoffen erlaubt, in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu gelangen, wodurch auch ein minimaler Druck aufrechterhalten werden kann. Andere Mechanismen umfassen die Transpiration, die zu Wasserverlust führt und die Turgidität in Zellen verringert. [9] Der Turgor-Druck ist auch ein wichtiger Faktor für den Nährstofftransport in der gesamten Pflanze. Zellen desselben Organismus können in der Struktur des Organismus unterschiedliche Turgor-Drücke aufweisen. In höheren Pflanzen ist der Turgor-Druck für das apikale Wachstum von Dingen wie Wurzelspitzen [10] und Pollenschläuchen verantwortlich. [11]

Dispersal [ edit ]

Transportproteine, die gelöste Stoffe in das Wasser pumpen Die Zelle kann durch den Zelldruck der Zelle reguliert werden. Niedrigere Werte ermöglichen eine Erhöhung des Pumpens von gelösten Stoffen; was wiederum den osmotischen Druck erhöht. Diese Funktion ist wichtig als Reaktion der Pflanze unter Dürrebedingungen [12] (da der Turgor-Druck aufrechterhalten bleibt) und für Zellen, die gelöste Stoffe ansammeln müssen (dh Früchte entwickeln). [13]

Blüten- und Fortpflanzungsorgane [ edit ]

Es wurde berichtet, dass die Blütenblätter von Gentiana kochiana und Kalanchoe blossfeldiana über den flüchtigen Turgor-Druck von Zellen auf der axialen Oberfläche der Pflanze blühen. [11] Bei Prozessen wie Antherdehydienz wurde beobachtet, dass das Trocknen der Endotheciumzellen eine nach außen gerichtete Biegekraft verursacht, die zur Freisetzung von Pollen führte. Dies bedeutet, dass in diesen Strukturen niedrigere Turgordrücke aufgrund der Tatsache, dass sie dehydriert werden, beobachtet werden. Pollenschläuche sind Zellen, die sich verlängern, wenn Pollen auf der Narbe an der Handwurzelspitze landen. Diese Zellen wachsen aufgrund des erhöhten Turgordrucks ziemlich schnell. Diese Zellen erfahren ein Spitzenwachstum. Der Pollenschlauch von Lilien kann bei diesem Prozess einen Turgor-Druck von 0–21 MPa haben. [14]

Seed dispersal [ edit ]

Reife spritzende Gurkenfrucht

In Früchten wie Impatiens parviflora Oxalia acetosella und Ecballium elaterium Turgor-Druck ist die Methode, mit der Samen dispergiert werden. [15] Ecballium Elaterium oder spritzende Gurke, baut sich in der Frucht Turgor-Druck auf, der sich aggressiv vom Stiel löst, und Samen und Wasser werden überall gespritzt, wenn die Frucht zu Boden fällt. Der Turgor-Druck innerhalb der Frucht reicht von 0,003 bis 1,0 MPa. [16]

Wachstum [ edit ]

Von Baumwurzeln durchdrungenen Gestein

Turgor-Druck-Aktionen an dehnbaren Zellwänden werden gewöhnlich genannt die treibende Kraft des Wachstums in der Zelle sein. [17] Eine Erhöhung des Turgor-Drucks bewirkt eine Ausdehnung der Zellen und eine Ausdehnung von apikalen Zellen, Pollenschläuchen und in anderen Pflanzenstrukturen wie Wurzelspitzen. Die Zellausdehnung und ein Anstieg des Turgordrucks sind auf die Eindiffusion von Wasser in die Zelle zurückzuführen, und der Turgordruck steigt aufgrund des zunehmenden Volumens des vakuolaren Safts an. Der Turgor-Druck einer wachsenden Wurzelzelle kann bis zu 0,6 MPa betragen, was mehr als das Dreifache eines Autoreifens ist. Epidermiszellen in einem Blatt können Drücke von 1,5 bis 2,0 MPa haben. [18] Da Pflanzen bei so hohen Drücken arbeiten können, kann dies erklären, warum sie durch Asphalt und andere harte Oberflächen wachsen können. [17]

Turgidity [ edit ]

Turgidität wird in einer Zelle beobachtet, in der die Zellmembran gegen die Zellwand gedrückt wird. In einigen Pflanzen lockern sich ihre Zellwände schneller, als Wasser die Membran durchqueren kann, was zu einer Zelle mit niedrigerem Turgordruck führt. [3]

Stomata [ edit

Offene Stomata auf der linken und geschlossenen Stomata auf der rechten Seite

Der Turgor-Druck innerhalb der Stomata reguliert, wann sich die Stomata öffnen und schließen kann, was die Transpirationsraten der Pflanze beeinflusst. Dies ist auch wichtig, da diese Funktion den Wasserverlust in der Anlage reguliert. Ein niedrigerer Turgor-Druck kann bedeuten, dass die Zelle eine niedrige Wasserkonzentration hat, und das Schließen der Stomata würde helfen, Wasser zu sparen. Ein hoher Turgor-Druck hält die Stomata für den für die Photosynthese erforderlichen Gasaustausch offen. [9]

Mimosa Pudica [ edit ]

Es wurde der Schluss gezogen, dass der Turgor-Druck innerhalb der Blätter von Mimosa pudica ist für die Reaktion der Anlage verantwortlich, wenn sie berührt wird. Es wurde beobachtet, dass andere Faktoren, wie Änderungen des osmotischen Drucks, protoplasmatische Kontraktion und Erhöhung der Zellpermeabilität, diese Reaktion beeinflussen. Es wurde auch berichtet, dass der Turgor-Druck in den oberen und unteren Pulvinarzellen der Pflanze unterschiedlich ist und die Bewegung von Kalium- und Calciumionen in den Zellen den Turgor-Druck erhöht. Bei Berührung wird der Pulvinus aktiviert und strahlt kontraktile Proteine ​​aus, was wiederum den Turgordruck erhöht und die Blätter der Pflanze schließt. [19]

Funktion in anderen Taxen [ ]

Wie zuvor Turgor-Druck kann, abgesehen von Pflanzen, auch in anderen Organismen gefunden werden und eine große Rolle bei der Entwicklung, Bewegung und Natur dieser Organismen spielen.

Fungi [ edit ]

Bei Pilzen wurde der Tugor-Druck als ein großer Faktor bei der Durchdringung des Substrats beobachtet. Bei Arten wie Saprolegnia ferax, Magnaporthe grisea und Aspergillus oryzae wurden immense Turgor-Drücke in ihren Hyphen beobachtet. Die Studie zeigte, dass sie Substanzen wie Pflanzenzellen und synthetische Materialien wie Polyvinylchlorid durchdringen konnten. [20] Bei Beobachtungen dieses Phänomens wird festgestellt, dass das invasive Hyphenwachstum zusammen mit den von den Pilzen ausgeschiedenen Coenzymen auf den Turgor-Druck zurückzuführen ist diese Substrate einzudringen. [21] Hyphalwachstum ist auf den Turgordruck bezogen und verlangsamt sich mit abnehmendem Turgordruck. In Magnaporthe grisea wurden Drücke von bis zu 8 MPa beobachtet. [22]

Protisten [ edit ]

Einige Protisten haben keine Zellwände und können keinen Turgor erleben Druck. Diese wenigen Protisten verwenden ihre kontraktile Vakuole, um die Wassermenge in der Zelle zu regulieren. Protistenzellen vermeiden das Lysieren in Lösungen, indem sie eine Vakuole verwenden, die Wasser aus den Zellen pumpt, um das osmotische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. [23]

Animals edit

Turgor-Druck wird in tierischen Zellen nicht beobachtet, weil dies nicht der Fall ist Ihnen fehlt eine Zellwand. In Organismen mit Zellwänden verhindert die Zellwand, dass die Zelle bei hohen Druckwerten lysiert. [1]

Diatoms [ edit ]

In Diatoms haben die Heterokontophyta polyphyletische Turgor-resistente Zellwände . Während des gesamten Lebenszyklus dieser Organismen ist ein sorgfältig kontrollierter Turgor-Druck für die Zellausdehnung und für die Freisetzung von Spermien verantwortlich, nicht jedoch für das Wachstum von Seta. [24]

Cyanobacteria [

] Cyanobacterium mit Gasvakuum ist im Allgemeinen für Wasserblüten verantwortlich. Sie können aufgrund der Ansammlung von Gasen in ihrer Vakuole schwimmen, und die Rolle des Turgor-Drucks und seine Wirkung auf die Kapazität dieser Vakuolen wurde in verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen beobachtet. [25][26] Je höher der Turgor ist Druck, desto geringer ist die Kapazität der Gasvakuolen in verschiedenen Cyanobakterien. Experimente, die verwendet wurden, um Osmose und Turgordruck in Prokaryoten zu korrelieren, wurden verwendet, um zu zeigen, wie die Diffusion von gelösten Stoffen in die Zelle einen Einfluss auf den Turgordruck in der Zelle hat. [27]

Messungen [

] Bei der Messung des Turgor-Drucks in Anlagen müssen viele Dinge berücksichtigt werden. Es wird im Allgemeinen gesagt, dass volle Turgidzellen einen Turgor-Druckwert haben, der gleich dem der Zelle ist, und dass schlaffe Zellen einen Wert bei oder nahe Null haben. Andere zelluläre Mechanismen, die berücksichtigt wurden, umfassen den Protoplasten, gelöste Stoffe innerhalb des Protoplasten (Potential der gelösten Stoffe), Transpirationsraten der Pflanze und die Spannung der Zellwände. Die Messung ist abhängig von der verwendeten Methode begrenzt. Einige davon werden im Folgenden erläutert und erläutert. Aufgrund der Größe und anderer Eigenschaften können nicht alle Methoden für alle Organismen verwendet werden. Zum Beispiel hat eine Diatomee nicht die gleichen Eigenschaften wie eine Pflanze, was zu Einschnürungen dessen führen könnte, was auf den Druck des Drucks schließen kann. [28]

Units [ edit ]

Units Die zur Messung des Drucks verwendeten Messgeräte sind unabhängig von den zur Ableitung der Werte verwendeten Messwerten. Übliche Einheiten sind Bars, MPa oder Newton pro Quadratmeter. 1 bar entspricht 0,1 MPa. [29]

Methods [ edit ]

Wasserpotentialgleichung [ edit ]

Turgor-Druck kann sein abgeleitet, wenn das Gesamtwasserpotential 1945 w und das osmotische Potenzial Ψ s in einer Wasserpotentialgleichung bekannt sind. [30] Diese Gleichungen werden verwendet, um das Gesamtwasserpotential von zu messen eine Pflanze unter Verwendung von Variablen wie Matrikelpotential, osmotischem Potential, Druckpotential, Gravitationseffekten und Turgor-Druck. [31] Nach der Differenz zwischen Ψ s und Ψ w wurde der Wert bestimmt für Turgor ist Druck gegeben. Bei dieser Methode werden die Schwerkraft und das Matrixpotential als vernachlässigbar angesehen, da ihre Werte im Allgemeinen entweder negativ oder nahe null sind. [30]

Druckbombentechnik [ edit ]

Diagram einer Druckbombe

Die Druckbombe wurde vom Pflanzenphysiologen Lan Wang und seinen Kollegen entwickelt, um die Wasserbewegung durch Pflanzen zu testen. Das Instrument dient zur Messung des Drucks durch Einsetzen eines Blatts (mit angebrachtem Stiel) in eine geschlossene Kammer, in der unter Druck stehendes Gas schrittweise zugegeben wird. [32] Messungen werden durchgeführt, wenn Xylemsaft aus der Schnittfläche und an der Stelle erscheint, an der er sich befindet Keine Anhäufung oder Rückzug in die Schnittfläche. [33]

Rasterkraftmikroskop [ edit ]

Rasterkraftmikroskope verwenden eine Art Rastersondenmikroskopie (SPM). In den interessierenden Bereich werden kleine Sonden eingeführt, und eine Feder innerhalb der Sonde misst die Werte durch Verschiebung. [34] Mit dieser Methode kann der Turgordruck von Organismen gemessen werden. Bei Verwendung dieser Methode können zusätzliche Informationen wie kontinuumsmechanische Gleichungen, einzelne Krafttiefenkurven und Zellgeometrien verwendet werden, um Turgor-Drücke innerhalb eines bestimmten Bereichs (normalerweise einer Zelle) zu quantifizieren.

Drucksonde [ edit ]

Diese Maschine wurde ursprünglich zum Vermessen einzelner Algenzellen verwendet, kann jedoch jetzt auch bei Proben mit größeren Zellen verwendet werden. Es wird in der Regel bei höheren Pflanzengeweben verwendet, wurde jedoch nicht zur Messung des Turgordrucks verwendet, bis Hüsken und Zimmerman die Methode verbessert hatten. [35] Drucksonden messen den Turgordruck durch Verdrängung. Ein Mikrokapillarröhrchen aus Glas wird in die Zelle eingeführt, und was immer die Zelle in das Röhrchen auslässt, wird durch ein Mikroskop beobachtet. Ein angeschlossenes Gerät misst dann, wie viel Druck erforderlich ist, um die Emission zurück in die Zelle zu drücken. [33]

Mikromanipulationssonde [ edit ]

Diese werden verwendet, um kleinere Messungen genau zu quantifizieren Zellen. In einem Experiment von Weber, Smith und Kollegen wurden einzelne Tomatenzellen zwischen einer Mikromanipulationssonde und Glas komprimiert, damit die Mikrokapillare der Drucksonde den Turgor-Druck der Zelle ermitteln kann. [36]

Theoretische Spekulationen [ ]

Negativer Turgor-Druck [ Bearbeiten

Es wurde beobachtet, dass der Wert von w abnimmt, wenn die Zelle dehydrierter wird, [30] aber Wissenschaftler haben spekuliert, ob dieser Wert weiter sinkt, aber nie auf Null fällt oder ob der Wert unter Null liegen kann. Es gibt Studien [37][38] die zeigen, dass negative Zelldrücke in xerophytischen Pflanzen existieren können. In einem Artikel von M. T. Tyree wird jedoch untersucht, ob dies möglich ist oder eine Schlussfolgerung aufgrund falsch interpretierter Daten. In seiner Arbeit kommt er zu dem Schluss, dass Forscher, die behauptet hatten, dass der Turgordruck negative Werte falsch gewesen sei, durch falsches Kategorisieren von &quot;gebundenem&quot; und &quot;freiem&quot; Wasser in einer Zelle. Durch die Analyse der Isothermen von apoplastischem und symplastischem Wasser zeigt er, dass in trockenen Pflanzen aufgrund des Netto-Wasserverlustes der Probe während Dürreperioden kein negativer Turgor-Druck auftreten kann. Trotz seiner Analyse und Interpretation der Daten werden in der Wissenschaft immer noch negative Turgor-Druckwerte verwendet. [39]

Spitzenwachstum in höheren Pflanzen [ edit ]

Eine von M. Harold formulierte Hypothese und seine Kollegen weisen darauf hin, dass Spitzenwachstum in höheren Plänen amöbisch ist und nicht, wie allgemein angenommen wird, durch den Turgor-Druck verursacht wird, was bedeutet, dass eine Verlängerung durch das Aktin-Zytoskelett in diesen Pflanzenzellen verursacht wird. Die Regulierung des Zellwachstums wird durch zytoplasmatische Mikrotubuli verursacht, die die Orientierung von Zellulosefibrillen steuern, die in der benachbarten Zellwand abgelagert werden und zu Wachstum führen. In Pflanzen sind die Zellen von Zellwänden und filamentösen Proteinen umgeben, die das Wachstum und die Form der Pflanzenzelle beibehalten und anpassen. Wie in der Arbeit erläutert, wachsen niedrigere Pflanzen durch das Wachstum der Spitze, was sich unterscheidet, da sich die Zellwand nur an einem Ende der Zelle ausdehnt. [40]

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