Summary
Tip-to-base conduit widening is critical for hydraulic efficiency; yet few studies have investigated the full developmental potential of xylem.
We utilized the diverse growth habits of ferns to test whether a wide developmental potential of xylem is constrained by growth habit. We documented xylem hydraulically weighted conduit diameter (Dh) across the vertical stem of the tall Equisetum giganteum L.; in the soil surface rhizome that roots at each node of Phlebodium pseudoaureum (Cav.) Lellinger and its vertical leaf. In addition, we determined Dh across aquatic and aerially suspended rhizomes of Marsilea hirsuta L.
Considerable tip-to-base conduit widening was observed in the stems of E. giganteum, aerially-suspended rhizomes of M. hirsuta, and the vertical leaves of P. pseudoaureum, organs in which selection would favor the maintenance of hydraulic efficiency toward the apex. No change in Dh was observed along the soil-surface rhizomes of P. pseudoaureum or the aquatic rhizomes of M. hirsuta.
Our results indicate that there is considerable developmental potential for xylem conduit diameter in ferns apparent under conditions in which hydraulic efficiency is not required for survival; but that tip-to-base conduit widening is consistently observed in fern organs that require an efficient long-distance transport of water to the apex.
Анотація
Розширення провідних елементів ксилеми від верхівки до основи є критично важливим для гідравлічної ефективності, однак незначна кількість досліджень присвячено вивченню повного потенціалу розвитку ксилеми.
Ми використовували різноманітні типи росту папоротей, щоб перевірити, чи обмежується широкий потенціал розвитку ксилеми способом росту. Для цього ми визначали гідравлічно зважений діаметр провідних елементів (Dh) уздовж: вертикального стебла Equisetum giganteum L.; вертикального листка та наземного кореневища Phlebodium pseudoaureum (Cav.) Lellinger, що стелиться по поверхні ґрунту й укорінюється у вузлах, а також уздовж водних і підвішених у повітрі кореневищ Marsilea hirsuta L.
Значне розширення провідних елементів ксилеми від верхівки до основи було зафіксоване у стеблах E. giganteum, повітряних кореневищах M. hirsuta та вертикальних листках P. pseudoaureum — органах, в яких природний добір міг би сприяти підтриманню гідравлічної ефективності у напрямку до апексу. Натомість, жодних змін у Dh не спостерігалось уздовж наземних кореневищ P. pseudoaureum чи водних кореневищ M. hirsuta.
Наші результати свідчать про те, що папороті мають значний потенціал розвитку діаметра провідних елементів ксилеми, який реалізується за умов, коли гідравлічна ефективність не є критичною для виживання. Проте, стабільне розширення провідних елементів від верхівки до основи спостерігається в тих органах папоротей, які потребують ефективного довготривалого транспорту води до апексу.
