Trykkdrevet oksygentransport i vannplanter

I sumpplanter og flytebladplanter er det en fuktighets- , temperatur- og trykkdrevet transport av oksygen ned til røtter eller rotstokk som befinner seg på bunnen av stillestående vann.  Denne transporten er raskere enn vanlig diffusjon av gasser. Fuktighetsdrevet diffusjon og termisk diffusjon skyldes trykkgradienter over mikroporer som gir reduksjon i massestrømmen, men ikke i gassdiffusjonen

Det er et ventillasjonssystem  med luftvev (aerenkym) basert på  forskjeller i vanndamptrykk på innsiden og utsiden av bladene, og hvor det skjer et samvirke mellom eldre og ynge blad på planten.

Aerenkym stengel gul nøkkerose

Figur 1. Tverrsnitt stengel gul nøkkerose som viser aerenkym, tilsynelatende uten diafragma i luftkanalene.

Vann fordamper fra de indre overflatene på bladene og lager en høyere konsentrasjon av vanndamp på innsiden av bladene enn på utsiden.  og dessuten skjer det i lyset en oppvarming av bladene som øker vanndamptrykket, en termisk indusert transpirasjon som bidrar til trykkøkning og transport. Økning av vanndampkonsentrasjon og vanndamptrykk gjør at partialtrykket til oksygen og nitrogen blir lavere inne i bladet enn utenfor, noe som lager en konsentrasjonsgradient.  Dessuten er det en anatomi med skillevegger (diafragma) og små mikroporer (diameter < 0.1 µm) som lager luftkammere som gir større motstand mot massestrøm enn mot diffusjon. Dette bidrar til å opprettholde trykket. I de eldre bladene har større porer og større åpning av stomata som gir mindre trykkoppbygging.

Hos nøkkeroser (Nymphaea), tjønnaks (Potamogeton) og lotusplanten (Nelumbo nucifera)  går luftstrømen inn i de unge bladene, ned bladstilken til rotstokken (rhizom), og ut gjennom stengel og bladplate til eldre blad. Luften som kommer ut av de eldre inneholder metan og karbondioksid som kommer fra bunnsedimentene. Metan kan måles med gasskromatografering og luftprøver tatt fra blad og bladstilken til unge blad inneholder lite eller ikke noe metan, mens det er høye metankonsentrasjoner i eldre bladstilker og blad.

Hos bred dunkjevle (Typha latifolia) og takrør (Phragmites communis) blir restene av fjorårsplantene stående igjen over vinteren og ut på forsommeren.

Tverrsnitt blad bred dunkjevle

Bilde 2. Tverrsnitt blad bred dunkjevle som viser bladet delt i hulrom med løst vev avgrenset av diafragma.

Overvintrende takrør

Bilde 3. Overvintret takrør (Phragmites australis) kan ha en funksjon i ventillasjon og transport av oksygen ned til rotstokken for de nye plantene som vokser opp. Hos takrør og dunkjevle vil vind som blåser forbi unge årsskudd gir en trykkøkning, jjfr. kjøletårn på kullfyrte kraftverk.

  Det viser seg at disse eldre bladene bidrar til ventillasjonssystemet med transport av oksygen til røttene . Det er en Venturi-effekt når vind og luftstrøm passerer døde stengler og lager et lavt trykk.Venturi-effekt skjer via Bernoulli-prinsippet  hvor trykkforskjellen (ΔP)  i pascal (Pa)er lik

\(\Delta P = - \frac {1} {2} \rho V^2\)

 hvor ρ er tettheten til luft 1.20-1.25 kg m-3 og V er vindhastigheten m s-1Venturi-effekt vil si at det skjer en reduksjon i trykk når strømmen av væske eller gass øker ved en avsnøring. Giovanni Batista Venturi (1746-1822). Luft som passerer steder med sammensnøring og trangere passasje får økt hastighet og trykket minker.

Også her er det en fuktighets- og trykkdrevet transport og diffusjon av oksygen fra yngre blad ned til rota og ut gjennom de visne, døde delvis brukkete fjorårsbladene.

Det ser også ut til å være et lignende system hos svartor  (Alnus glutinosa) som vokser på fuktig dårlig drenert jord hvor soloppvarming av treet lager en trykkdrevet transport av oksygen til røttene. Generelt gjelder Poiseuilles ligning for transport gjennom rørsystemer.

Publisert 14. feb. 2017 14:39 - Sist endret 27. feb. 2017 09:35