Xylogenese, hoe maken bomen hout aan?

Introductie

Houtvorming of xylo­ge­ne­se bij bomen is een fas­ci­ne­rend pro­ces dat inte­graal deel uit­maakt van de levens­cy­clus van een boom en hoe de boom hout maakt.

Dit pro­ces omvat meer­de­re sta­dia van cel­ont­wik­ke­ling en dif­fe­ren­ti­a­tie die lei­den tot de vor­ming van hout.

Hout speelt een cru­ci­a­le rol in de struc­tuur en levens­duur van bomen. En biedt zowel mecha­ni­sche onder­steu­ning als trans­port­ka­na­len voor water en voedingsstoffen.

En omdat hout of beter gezegd hout­va­ten en tra­che­ï­den maar een beperk­te levens­duur heb­ben, moet de boom ook steeds hout bij aan­ma­ken om in leven te kun­nen blij­ven. Want de hout­va­ten en trach­ï­den maken het belang­rijk­ste fysi­o­lo­gisch levens­pro­ces van een boom moge­lik: name­lijk water­strans­port.

 

Hoe vormt een boom hout bij? Wat is xylogenese?

Xylogenese is het bio­lo­gi­sche pro­ces waar­bij hout­weef­sel, ook wel xyleem genoemd, wordt gevormd in plan­ten. Dit pro­ces speelt een cru­ci­a­le rol in de groei en ont­wik­ke­ling van hou­ti­ge plan­ten zoals bomen en strui­ken. Xylogenese omvat ver­schil­len­de fasen, waar­on­der cel­de­ling, cel­uit­rek­king, secun­dai­re cel­wand­ver­dik­king en lig­ni­fi­ca­tie (de afzet­ting van lig­ni­ne in de celwanden).

Bronnen:

ScienceDirect https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/xylogenesis)
Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Xylogenesis)

 

De structuur van hout

Hout is hoofd­za­ke­lijk opge­bouwd uit cel­lu­lo­se, hemi­cel­lu­lo­se en lig­ni­ne. Waarbij cel­lu­lo­se zorgt voor sterk­te en rigi­di­teit, hemi­cel­lu­lo­se voor flexi­bi­li­teit, en lig­ni­ne voor ver­stij­ving en water­af­sto­ten­de eigenschappen.

De micro­sco­pi­sche struc­tuur van hout omvat ver­schil­len­de soor­ten cel­len zoals tra­che­ï­den, hout­va­ten, vezels en paren­chym­cel­len. Al deze cel­len zul­len dus bij het vor­men van hout bij gepro­du­ceerd moe­ten worden.

 

Vorming van callusweefsel

Callusweefsel speelt een essen­ti­ë­le rol bij de gene­zing van won­den in bomen. Wanneer een boom bescha­digd raakt, bij­voor­beeld door snoei­en of breuk, rea­geert de boom door call­us­weef­sel te vor­men rond de wond.

Dit weef­sel ont­staat uit de cam­bi­um­laag door cel­de­ling, een dun­ne laag van meris­te­ma­ti­sche cel­len gele­gen tus­sen het xyleem (hout) en flo­ëem (bast). Deze vorm van xylo­ge­ne­se vergt veel ener­gie van de boom. Daarom moe­ten gro­te snoei­won­den steeds ver­me­den wor­den. Besef ook dat je bij het snoei­en, hout van de boom ver­wij­dert. Waarin sui­kers en ener­gie­re­ser­ves zit­ten opge­sla­gen. De boom zal dit ooit moe­ten com­pen­se­ren. En dat vergt bij­ko­men­de ener­gie van de boom.

Het call­us­weef­sel groeit over de wond en vormt uit­ein­de­lijk nieuw xyleem en flo­ëem, waar­door de wond wordt afge­slo­ten en de inte­gri­teit van de boom wordt hersteld.

 

Jaarringen en hun vorming

Jaarringen zijn wel­licht een van de meest beken­de ken­mer­ken van hoe een boom hout vormt.

Deze rin­gen ont­staan door de vari­a­be­le groei van de cam­bi­um­laag gedu­ren­de de seizoenen.

In gema­tig­de kli­ma­ten wordt de groei geken­merkt door een snel­le uit­brei­ding van gro­te, dun­wan­di­ge cel­len in de len­te en vroe­ge zomer, gevolgd door de vor­ming van klei­ne­re, dik­wan­di­ge cel­len later in het groeiseizoen.

Deze opeen­vol­ging resul­teert in de zicht­ba­re jaar­rin­gen die we zien in dwars­door­sne­de van een boom­stam of dik­ke tak.

 

Fysiologische en milieufactoren

De vor­ming van hout wordt beïn­vloed door zowel inter­ne fysi­o­lo­gi­sche fac­to­ren als exter­ne omgevingsfactoren.

Fysiologische fac­to­ren omvat­ten gene­ti­sche pro­gram­me­ring, de aan­we­zig­heid van groei­hor­mo­nen en de beschik­baar­heid van voedingsstoffen.

Omgevingsfactoren zoals licht, tem­pe­ra­tuur, water­be­schik­baar­heid en bodem­ge­steld­heid spe­len ook een belang­rij­ke rol in het regu­le­ren van de groei­snel­heid en de struc­tuur van het hout.

 

Celdeling voor houtvorming of xylogenese

Celdeling in bomen, voor­al in de con­text van hout­vor­ming, is een cru­ci­aal pro­ces dat zorgt voor de groei en rege­ne­ra­tie van het weefsel.

De belang­rijk­ste soort cel­de­ling vindt plaats in het cam­bi­um. De cel­laag ver­ant­woor­de­lijk voor de pro­duc­tie van nieuw hout (xyleem) en bast (flo­ëem), is mitose.

Hieronder lees je hoe cel­de­ling che­misch in zijn werk gaat. Van de mito­ti­sche fase tot de dif­fe­ren­ti­a­tie van cel­len die uit­ein­de­lijk lei­den tot houtvorming.

 

Mitose en celdeling

Mitose is het pro­ces waar­door een enke­le cel zich deelt om twee gene­tisch iden­tie­ke doch­ter­cel­len te pro­du­ce­ren. Dit pro­ces bestaat uit ver­schil­len­de fasen.

 

Prophase

De chro­mo­so­men con­den­se­ren en wor­den zicht­baar onder een micro­scoop. Het nucle­ai­re mem­braan begint af te breken.

 

Metaphase

De chro­mo­so­men lij­nen zich op in het mid­den van de cel. De micro­tu­bu­li van het spoel­fi­guur hech­ten aan de kine­to­choor op de cen­tro­me­ren van de chromosomen.

 

Anaphase

De zus­ter­chro­ma­ti­den wor­den geschei­den en naar tegen­over­ge­stel­de polen van de cel getrokken.

 

Telophase

Nieuwe nucle­ai­re mem­bra­nen vor­men zich rond de geschei­den chromosomen.

 

Cytokinese

De cel splitst zich in twee­ën, waar­door twee doch­ter­cel­len met elk hun eigen kern en orga­nel­len ontstaan.

 

Chemische regulatie van celdeling tijdens xylogenese

De cel­de­ling tij­dens de xylo­ge­ne­se wordt streng gere­gu­leerd door che­mi­sche sig­na­len, waar­on­der hor­mo­nen en enzymen:

 

Cytokininen

Dit zijn hor­mo­nen die cel­pro­li­fe­ra­tie sti­mu­le­ren en een belang­rij­ke rol spe­len in de cel­de­ling in het cam­bi­um. Ze bevor­de­ren de cel­cy­clus en sti­mu­le­ren de celdeling.

 

Auxinen

Ze beïn­vloe­den de pola­ri­teit van de cel­groei en hel­pen bij het hand­ha­ven van de cam­bi­a­le acti­vi­teit en het sti­mu­le­ren van de dif­fe­ren­ti­a­tie van xyleem.

 

Gibberellinen

Ze kun­nen ook betrok­ken zijn bij de regu­le­ring van groei en celdeling.

 

Enzymatische processen

Enzymen spe­len een cru­ci­a­le rol in het regu­le­ren van de mito­ti­sche cyclus.

Cycline-afhankelijke kina­sen (CDK’s) zijn enzy­men die de cel­cy­clus regu­le­ren door de acti­vi­teit van eiwit­ten die essen­ti­eel zijn voor cel­de­ling te con­tro­le­ren. Deze kina­sen wor­den zelf gere­gu­leerd door cycli­nes, een groep eiwit­ten die fluc­tu­e­ren in con­cen­tra­tie gedu­ren­de de celcyclus.

 

Differentiatie naar houtcellen

Na de cel­de­ling begint de dif­fe­ren­ti­a­tie van de cel­len, wat cru­ci­aal is voor xylo­ge­ne­se of de vor­ming van hout. In deze fase:

 

Cellulose-synthese

De nieu­we cel­len begin­nen cel­lu­lo­se te syn­the­ti­se­ren voor hun cel­wan­den. Cellulose synt­ha­se enzym­com­plexen in het cel­mem­braan kata­ly­se­ren de poly­me­ri­sa­tie van glu­co­se tot cel­lu­lo­se. De cel­wan­den van de cel­len wor­den dik­ker door de afzet­ting van cel­lu­lo­se, hemi­cel­lu­lo­se en lignine.

 

Lignificatie, laatste stap in de xylogenese

Naarmate de cel­wan­den zich ont­wik­ke­len, wor­den ze ver­sterkt met lig­ni­ne, een com­plex orga­nisch poly­meer dat struc­tu­re­le steun biedt en de cel­wand water­af­sto­tend maakt.

 

Deze che­mi­sche pro­ces­sen zijn essen­ti­eel voor de groei en ont­wik­ke­ling van bomen, en bie­den de basis voor het begrij­pen van hoe bomen hout vor­men, wat essen­ti­eel is voor hun struc­tu­re­le inte­gri­teit en over­le­ven in uit­da­gen­de omgevingen.

 

Wat onthouden van hoe boom hout vormt?

Xylogenese of de vor­ming van hout in bomen is een com­plex maar geor­dend pro­ces dat essen­ti­eel is voor de groei, het over­le­ven en de eco­lo­gi­sche func­ties van bomen.

Door een beter begrip van pro­ces­sen zoals de vor­ming van call­us­weef­sel en jaar­rin­gen, kun­nen we beter begrij­pen hoe bomen groei­en en hoe ze zich door de tijd heen ontwikkelen.