جزوه فصل 7 زیست دهم ... ادامه مطلب ...
گیاهان برای حفظ بقای خود و رشد و نمو نیاز به مواد آلی و معدنی دارند.
مواد آلی توسط فرایند فتوسنتز در بخشهای کلروپلاست دار گیاه ساخته می شود ( این اندمک در کدام بخشهای گیاهان چوبی چندساله و گیاهان علفی وجود دارد؟) که شامل کربوهیدرتهاست و از تغییر و تحول کربوهیدراتها، پروتئینها، لیپیدها و سایر مواد آلی ساخته می شود. مواد معدنی مورد نیاز گیاهان شامل: دی اکسید کربن( CO2) آب یونهای مختلف مانند منیزیم، اکسیژن ، نیتروژن، -K+ ، CL ، فسفر است. برخی از این مواد از بخشهای هوایی گیاه جذب می شود مانند: دی اکسید کربن، اکسیژن.
دی اکسید کربن در فرایند فتوسنتز نقش اساسی دارد و اسکلت کربنی مواد آلی از اتمهای کربن دی اکسید کربن است. مقداری گاز دی اکسید کربن با آب ترکیب شده و یون بیکربنات را می سازد که از طریق ریشه جذب می شود. اکسیژن نیز از طریق هوای اطراف گیاه جذب می شود. سایر مواد معدنی از طریق ریشه جذب می شوند.
خاک ترکیبی از مواد آلی، غیر آلی و میکروارگانیسمهاست. توانایی های خاک هر منطقه بستگی به مقادیر متفاوت این ترکیبات دارد. توانایی هر خاک با این ویژگیها مشخص می شود: نگهداری مقدار آب، مقداری هوای خاک، PH خاک، مواد معدنی موجود در خاک
گیاخاک: از بقایای جانداران و اجزای در حال تجزیه آنها ساخته شده است. لایه سطحی خاک را گیاخاک تشکیل می دهد. دو نقش مهم گیاخاک در تغذیه گیاه عبارتند از: 1- گیاخاک دارای بار منفی است بنابراین از شسته شدن یونهای دارای بار مثبت مانند: +K+ ، NH4 جلوگیری می نماید. 2 - باعث اسفنجی شدن خاک شده که برای نفوذ ریشه ضروری است.
هوازدگی باعث تخریب فیزیکی و شیمیایی سنگها شده و باعث بوجود آمدن ذرات غیر آلی خاک می شود. اندازه این ذرات بعضا بسیار کوچک و برخی درشت هستند و از رس تا دانه های شن را شامل می شوند.
تغییرات متناوب یخ زدن و ذوب شدن آب نمونه ای از تغییرات فیزیکی است و اسیدهای تولید شده توسط جانداران و ریشه گیاهان نمونه ای از هوازدگی شیمیایی است.
نیتروژن وفسفر دو عنصر بسیار مهمی هستند که در ساختار مولکولهای آلی مانند پروتئینها و مولکولهای وراثتی وجود دارند.
جذب مواد معدنی در گیاهان
به یاد دارید که واحد سازنده پروتئینها اسیدهای آمینه است همانطور که در سالهای آینده خواهید خواند همه آمینواسیدها دارای گروه آمین با فرمول NH2 می باشند
واحد سازنده مولکولهای اطلاعاتی مانند DNA و RNA نوکلئوتید می باشد در ساختار هر نوکلئوتید هم عنصر نیتروژن وجود دارد و هم عنصر فسفر.
بیشتر این عناصر از طریق ریشه جذب می شوند. در برخی گیاهان از جمله گونرا فسفر می تواند از طریق بخشهای هوایی نیز جذب شود!!!
جذب نیتروژن:نیتروژن در جو به صورت مولکولی ( N2 ) وجود دارد. گیاهان نمی توانند از این نیتروژن مولکولی استفاده نمایند نیتروژن باید به صورت یونهای آمونیوم ( NH4 ) و یا یون نیترات ( NO3 ) جذب شود. این ترکیبات در خاک و توسط میکروارگانیسمها ساخته می شود.
به فر ایندی که نیتروژن جو را به ترکیبات قابل جذب گیاهان تبدیل می نماید تثبیت نیتروژن گویند. بخشی از این فرایند توسط باکتریها صورت می گیرد.
باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن ابتدا نیتروژن موجود در جو را به یون آمونیوم تبدیل می نمایند. حال این ترکیب به دو صورت می تواند جذب گیاه شود: 1 - در روش اول یون آمونیوم ساخته شده جذب گیاه می گردد. 2- در روش دوم باکتریهای دیگری که در خاک وجود دارند و باکتریهای نیترات ساز گفته می شود یون آمونیوم را به یون نیترات تبدیل می نمایند و سپس این یون جذب گیاه می گردد.
مانند شکل زیر:
باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن ممکن است به صورت آزاد در خاک زندگی کنند یا به صورت همزیست با گیاهان زندگی کنند. در اینجا باکتریهای همزیست بررسی می شود.
باکتریهای همزیست با گیاهان به دو گروه کلی تقسیم می شوند: 1- ریزوبیومها 2- سیانوباکتریها
ریزوبیومها: این باکتریها در گرهک گیاهان تیره پروانه واران زندگی می کنند. گیاهان پروانه واران شامل: سویا، لوبیا، نخود و ... می باشد. هنگامی که بخشهای هوایی این گیاهان از بین می روند ریشه واجد گرهک در زمین می ماند و باعث غنی شدن زمین از لحاظ نیتروژن می شود.
سیانوباکتریها: این باکتریها فتوسنتز انجام می دهند. برخی از این باکتریها تثبیت نیتروژن نیز انجام می دهند. سیانوباکتریهای فتوسنتز کننده با دو گروه از گیاهان همزیستی دارند که شامل گیاه آزولا و گونرا است. در آزولا با ریشه گیاه همزیستی دارد ولی در گونرا در ساقه و دمبرگ وجود دارد.
فسفر: کمبود این عنصر رشد گیاه را محدود می نماید. فسفر به صورت یون فسفات جذب گیاه می شود. فسفات در خاک فراوان است ولی چون به ترکیبات دیگر به صورت محکمی متصل شده برای گیاه قابل دسترس نیست. برخی گیاهان برای مقابله با این مشکل به این صورت عمل می کنند که یا شبکه گسترده ای از ریشه ها را توسعه می دهند یا ریشه های دارای تارکشنده بیشتری ایجاد می کنند.
بهبود خاک:در مناطق مختلف ممکن است مقدار مواد موجود در خاک متفاوت باشد. دچار کمبود برخی مواد یا واجد مقدار بیش از حد برخی مواد دیگر باشد. با اصلاح مقدار این مواد می توان گیاهان را برای کشت آماده کرد. مثلا هنگامی که دچار کمبود مواد می باشند می توان با افزودن کود حاصلخیزی خاک را افزایش داد.
زیست شناسان برای تعیین نیازهای غذایی گیاهان از محولهای مغذی استفاده می کنند. محلول مغذی دارای آب و مواد محلول به مقدار معین است. از محلول مغذی می توان استفاده کرد و اثر عناصر مختلف را بر رشد و نمو گیاه مشخص کرد.
مقدار نیتروژن ، فسفر و پتاسیم در خاکهای اغلب مناطق محدود است. برای جبران این عناصر از کودهای مختلف استفاده می کنند و اغلب کودها دارای این نوع عناصر هستند.
کودها به سه صورت وجود دارند: 1- آلی 2- شیمیایی 3- زیستی
کودهای آلی شامل بقایای جانداران هستند که در حال تجزیه شدن می باشند. مزایای استفاده از کودهای آلی:
1- استفاده بیش از حد از این کودها به گیاهان و محیط زیست آسیب کمتری وارد می کند 2- مواد موجود در آنها به نیازهای جانداران شباهت بیشتری دارد.
از معایب این کودها این است که ممکن است به عوامل بیماریزا آلوده باشند و مواد معدنی را به سرعت در اختیار گیاه قرار نمی دهند.
کودهای شیمیایی: این کودها شامل مواد معدنی هستند که در اختیار گیاه قرار می گیرد. از مزایای این کودها این است که مواد معدنی را به سرعت در اختیار گیاه قرار می دهند. از معایب استفاده از این کودها این است که 1-استفاده بیش از این کودها می تواند به حاک و مجیط زیست آسیب وارد کند و بافت حاک را تخریب نماید. 2- توسط باران شسته شده و وارد آبها می شود و در آنجا باعث رشد سریع باکتریها، جلبکها و گیاهان آبزی می شود. افزایش این عوامل از نفوذ نور و اکسیژن به درون آب جلوگیری می نماید و باعث مرگ و میر جانداران آبزی می شود.
کودهای زیستی: شامل باکتریهایی هستند که با فعالیت و تکثیر خود باعث افزایش مواد معدنی خاک می شوند. مزایای استفاده از این کودها این است که استفاده از این کودها کم هزینه و ساده است و معایب دو نوع کود دیگر را ندارد. این کودها معمولا همراه کودهای شیمیایی استفاده می شود.
افزایش بیش از حد برخی مواد می تواند باعث مسمومیت گیاه شده و از رشد گیاه جلوگیری نماید. برخی از گیاهان می توانند برخی از این مواد را به صورت ایمن در خود نگه دارند: 1- نوعی سرخس می تواند عنصر آرسنیک را که ماده ای سمی است در خود جمع نماید. 2- بعضی از گیاهان مانند گل ادریسی عنصر آلو مینیم را در خود ذخیره می نمایند و به همین دلیل گلهای این گیاه در خاکهای قلیایی و خنثی صورتی رنگ هستند و در محیطهای اسیدی آبی رنگ هستند. 3- بعضی از گیاهان با جذب و ذخیره نمکها باعث کاهش شوری خاک می شوند. با کاشت و برداشت این گیاهان در چند سال متوالی می توان باعث کاهش شوری خاک و افزایش کیفیت آن شد
گیاهان روشهای خارق العاده ای برای کسب غذا از دیگر جانداران دارند. یکی از این شیوه ها رابطه همزیستی با دیگر جانداران است. از مهمترین انواع رابطه همزیستی در گیاهان شامل : همزیستی قارچ ریشه ای ( میکوریزا ) و باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن است.
قارچ ریشه ای:ریشه گیاهان برای جذب آبو مواد مغذی به رابطه همزیستی با انواعی از قارچها سازگار شده اند که به این فرایند قارچ ریشه ای گویند. قارچها مواد آلی مورد نیاز خود را از گیاهان دریافت می کنند و مواد معدنی مورد نیاز گیاه از جمله فسفر را از خاک دریافت کرده و در اختیار گیاه قرار می دهند.
قارچها در سطح ریشه وجود دارند ولی برای تبادل مواد رشته های ظریفی را به درون ریشه گیاه می فرستند. رشته های قارچی که در سطح ریشه قرار دارند غلاف قارچ ریشه را تشکیل می دهند. پیکر قارچ رشته ای و نازک و ظریف است بنابراین سطح تماس آن با خاک نسبت به ریشه بسیار بیشتر است و در نتیجه مواد معدنی بیشتری را می تواند از خاک جذب نماید. حدود 90% گیاهان دانه دار با قارچها رابطه همزیستی دارند.
گیاهان حشره خوار: انواعی از گیاهان حشره خوار وجود دارد. این گیاهان فتوسنتز کننده اند ولی در مناطقی زندگی می کنند که خاک از نظر ترکیبات نیتروژن دار قابل جذب گیاه بسیار فقیرند بنابراین این ترکیبات را از گوارش حشرات کوچک به دست می آورند. برخی از برگهای این گیاهان تغییر شکل داده اند و برای شکار و گوارش حشرات مناسب شده اند. گیاه توبره واش یکی از این گیاهان است که حشرات یا لارو آنها را به درون بخش کوزه مانند خود می کشد و سپس به گوارش آنها می پردازد.
گیاهان انگل: این گیاهان همه یا بخشی از آب و مواد غذایی مورد نیاز خود را از گیاهان دیگر به دست می آورند. انواعی از این گیاهان وجود دارند. دو نمونه از این گیاهان شامل گیاه سس و گیاه جالیز می باشد.
گیاه سسفتوسنتز انجام نمی دهد و ساقه زرد یا نارنجی دارد و فاقد ریشه است. این به دور میزبان خود می پیچد و اندامهای مکنده ایجاد می نماید. اندامهای مکنده به درون آوندهای گیاه نفوذ کرده و مواد مورد نیاز خود را از گیاعه جذب می نماید.
گل جالیز اندام مکنده ایجاد می کند و این اندامها به درون ریشه گیاه نفوذ می کنند و مواد مغذی را دریافت می کنند. گیاهان جالیزی از میزبانهای گیاه گل جالیز هستند. گیاه گل جالیز ریشه انگلی دارد.
انتقال مواد درگیاهان: آب و مواد معدنی مورد نیاز گیاهان توسط ریشه جذب می شود و توسط فرایندهایی به بخشهای هوایی گیاه منتقل می شود. انتقال مواد در مسیر کوتاه و بلند به بخشهای گیاه منتقل می شود. در مسیر کوتاه انتقال شیره خام در سطح یک سلول یا چندین سلول صورت می گیرد. فرایندهای که مواد در مسیر کوتاه نقش دارند شیره خام را در فاصله عرض ریشه جابجا می کنند. در مسیر بلند شیره خام در مسیرهای بسیار طولانی برخی اوقات تا صدمتر جابجا می شود. فرایندهایی که در مسیر بلند نقش ایفا می کنند شیره خام را درون آوندهای چوبی جابجا می نمایند. در جابجایی مواد در هردو مسیر آب نقش مهمی دارد. فرایند تعرق در مسیر بلند همانطور که خواهیم دید نقش اساسی ایفا می کند.
جابجایی مواد در مسیر کوتاه: انتقال در این جابحایی ممکن است به دو صورت اتفاق بیفتد: 1- انتقال درسطح یک سلول 2- انتقال در سطح چندین سلول . در جابجایی در سطح سلول آب با فرایندهای فعال و غیرفعال منتقل می شود. این فرایندها شامل انتقال فعال، انتقال غیر فعال است. البته در برخی سلولهای گیاهی، جانوری و واکوئل بعضی سلولهای گیاهی واجد پروتئین تسهیل کننده عبور آب است که به صورت کانال بوده و باعث افزایش سرعت انتقال آب می شوند. هنگام کم آبی سنتز این پروتئینها تشدید می شود.
انتقال شیره خام در سطح چند سلول در عرض ریشه و توسط فرایندهایی مانند: انتقال سیمپلاستی، آپوپلاستی و عرض غشا صورت می گیرد.
در انتقال عرض از غشا آب از عرض غشا سلولهای ریشه جابجا می شود. یعنی انتقال آب از یک طرف غشا به طرف دیگر. در این حالت ممکن است آب از غشا وارد سلول شود یا از سلول خارج شود. در مسیر سیمپلاستی آب از طریق پروتوپلاست سلول به پروتوپلاست سلول دیگر و از طریق پلاسمودسم صورت می گیرد. منافذ پلاسمودسمی بزرگ است و درشت مولکولهایی مانند پروتئینها ، اسیدهای نوکلئیک و موجوداتی مانند ویروسها می توانند از آنها عبور نمایند. در مسیر آپوپلاستی آب از فضای بین سلولی و از طریق دیواره سلولی جابجا می شود.
در برش عرضی ریشه در محل تارهای کشنده از بیرون به طرف داخل به ترتیب شامل: روپوست، پوست، آندودرم و آوندهای چوبی و آبکش است. شیره خام ابتدا توسط تارهای کشنده جذب شده و سپس از مسیرهای ذکر شده در بالا حرکت می کند.
در شکل زیر برش ریشه و مسیرهایی که شیره خام حرکت می کند را مشاهده می کنید.
شیره خام در عرض ریشه حرکت می کند تا اینکه سرانجام به آندودرم می رسد. آندودرم درونی ترین لایه پوست بوده و دیواره این سلولها ساختار ویژه ای دارد. این سلولها در دیواره جانبی خود دارای نوار کاسپاری هستند. جنس این نوار از سوبرین یا چوب پنبه است که نسبت به آب نفوذناپذیر است. سلولهای آندودرم با دارا بودن نوار کاسپاری مانند یک صافی عمل می نمایند و از ورود مواد مضر و ناخواسته شیره خام از مسیر آپوپلاستی به درون گیاه جلوگیری می نماید. این سلولها همچنین از خروج مواد جذب شده به خارج از ریشه جلوگیری می نمایند. بعد از خروج مواد از سلولهای درون پوست شیره خام دوباره در هر سه مسیر حرکت می نماید. در ریشه برخی سلولهای درون پوست دارای نوار کاسپاری در دیواره پشتی نیز هستند و باعث می شود که شیه خام نتواند از این سلولها عبور نماید. این سلولها در برش عرضی و زیر میکروسکوپ نوری U شکل دیده می شوند. در این گیاهان در آندودرم سلولهایی بنام معبر وجود دارد که فاقد نوار کاسپاری هستند و باعث انتقال شیره خام به آوندهای چوبی می شوند.
در شکل زیر سلولهای آندودرم و طرز قرارگرفتن نوار کاسپاری نشان داده شده است. 
انتقال شیره خام در مسیرهای بلند: در انتقال شیره خام در مسیرهای بلند فرایند جریان توده ای نقش مهمی به عهده دارد. انتشار در این انتقال نقشی ندارد. سرعت فرایند جریان توده ای چندین برابر انتشار است. در جریان توده ای شیره در فواصل بسیار طولانی جابحا می شود. در جریان توده این عوامل نقش مهمی دارند: فشار ریشه ای، تعرق، ویژگی آب
فشار ریشه ای: سلولهای زنده آندودرم و سلولهای زنده اطراف اطراف آوندها با انتقال فعال یونها را به درون آوندهای چوبی انتقال می دهند. این امر باعث افزایش فشار اسمزی در درون آوندهای چوبی می شود و در نتیجه آب از اطراف آوندهای چوبی وارد آوندها می شود. این کار باعث افزایش فشار درون آوندهای چوبی می شود و در نتیجه توده شیره خام را به طرف بالا هل می دهد. در اغلب گیاهان فشار ریشه ای به تنهایی نقش کمی در صعود شیره خام دارد.
تعرق: خروج آب به صورت بخار از بخشهای هوایی گیاه مخصوصا برگها تعرق نام دارد. تعرق از طریق روزنه ها ، پوستک و عدسک صورت می گیرد. بیشتر تعرق از طریق روزنه هاست. هنگامی که آب به صورت بخار از برگها خارج می شود فشار اسمزی سلولهای درون برگها افزایش یافته و تراکم آب کاهش می یابد. در نتیجه آب که تراکم آن در آوندهای چوبی بیشتر است به برگها که تراکم آن کمتر است حرکت می نماید و این فشار مکشی ایجاد می کند که باعث صعود شیره خام در آوندهای چوبی می شود. البته نیروی هم چسبی و دگرچسبی آب در صعود پیوسته و یکپارچه شیره خام نقش مهمی دارد. مکشی که ناشی از فرایند تعرق هست در صعود شیره خام نقش اصلی را دارد. پس فشار ریشه ای از پائین گیاه و فشار مکشی از بخشهای هوایی گیاه باعث صعود پیوسته شیره خام در گیاه می شود.
روزنه های هوایی توسط یک جفت سلول نگهبان روزنه باز و بسته می شود. ساختار ویژه سلولهای نگهبان روزنه و تغییر فشار تورژسانس در سلولهای نگهبان روزنه عامل باز و بسته شدن ورزنه هاست. عوامل محیطی و درونی گیاه در باز و بسته شدن روزنه ها نقش دارند. نور با تحریک سلولهای نگهبان روزنه و ذخیره ساکارز و یونهای Cl- و K+ در این سلولها باعث افزایش فشار اسمزی سلولها می شود و در نتیجه آب از سلولهای اطراف وارد سلولهای نگهبان روزنه می شود و باعث تورژسانس آنها شده و روزنه باز می شود. بسته شدن روزنه به دلیل خروج آب از این سلولهاست.
ساختار سلولهای نگهبان روزنه: سلولهای نگهبان روزنه لوبیایی شکل و کشیده اند و ضخامت دیواره آنها در همه بخشها یکسان نیست. دو هنگام جذب آب باعث باز شدن روزنه ها می شود. عامل اول قرارگرفتن رشته های سلولزی به صورت عرضی یا شعاعی در دیواره سلولهاست که مانند کمربندی محکم هنگام تورژسانس سلول از افزایش بیش از حد سلول در جهت شعاعی جلوگیری می نماید و باعث افزایش طولی سلول می شود. عامل دوم ضخامت دیواره پشتی از دیواره داخلی کمتر است بنابراین هنگام تورژسانس دیواره پشتی بیشتر منبسط می شود. این باعث خم شدن سلول هنگام تورژسانس و باز شدن روزنه می شود.
در باز و بسته شدن روزنه های هوایی هم عوامل محیطی ماننند: مقدارنور، دی اکسید کربن، دما و رطوبت و هم عوامل درونی گیاه مانند: مقدار آب گیاه و هورمونهای گیاهی نقش دارند. در اغلب گیاهان افزایش مقدار نور، دما و کاهش دی اکسید کربن تا سقف و حد مشخصی باعث باز شدن روزنه ها می شود. کاهش شدید رطبت محیط می تواند باعث باز شدن روزنه ها شود.
در گیاهانی مانند کاکتوس که در مناطق خشک زندگی می کنند افزایش مقدار یا شدت نور باعث بسته شدن روزنه ها می شود. گیاهان موجود در مناطق خشک برای سازگاری با زندگی در این گونه محیطها و حفظ آب تعداد روزنه های آنها کاهش یافته ، سطح برگ آنها یا تعداد برگ آنها کاهش یافته است. دقت شود که در مناطق خشک روزنه برخی گیاهان در حضور نور بسته می شود.
بنابراین گیاهانی که در مناطق خشک زندگی می کنند برای حفظ آب گیاه دارای این ویژگیها هستند: تعداد برگها یا سطح برگها کاهش یافته ، تعداد روزنه ها کاهش یافته ، در برخی روزنه در مقابل نور بسته می شود، روزنه ها به صورت فرورفته در بخشهای غار مانند وجود دارد و روزنه ها بیشتر در بخش روپوست پائینی برگ قرار دارد.
تعریق: در انتها یا لبه برگ برخی گیاهان علفی منافذی بنام روزنه های آبی وجود دارد. هنگامی که مقدار رطوبت در اطراف برگ افزایش می یابد و شدت تعرق کاهش می یابد به خاطر وجود فشار ریشه ای قطرات آب از روزنه های آبی خارج می شود که به این پدیده تعریق گویند. تعریق در شبهای بهاری که هوا گرم است و فشار ریشه ای فعال است و تعرق کاهش یافته وجود دارد یا هنگامی که مقدار رطوبت محیط بسیار بالاست.
حرکت شیره پرورده: حرکت شیره پرورده در آوندهای آبکشی صورت می گیرد. جایی از گیاه که در آن مواد آلی ساخته می شود محل منبع گویند ( مانند برگها ) و جایی از گیاه که مواد آلی ذخیره می شود محل مصرف ( مانند میوه ها ) گویند. حرکت شیره پرورده سلول به سلول صورت می گیرد بنابراین حرکت آن نسبت به شیره خام کندتر است. برای چگونگی حرکت شیره پرورده الگوی جریان توده ای ارائه شده است. حرکت شیره پرورده طبق این نظریه بدین قرار است: 1- قند و مواد آلی به صورت انتقال فعال وارد آوندهای آبکشی می شود ( بارگیری آبکشی) 2- با افزایش مواد آلی از جمله ساکارز در آوندهای آبکشی فشار اسمزی داخل آوندها افزایش می یابد در نتیجه آب از سلولهای مجاور وارد آوندهای آبکشی می شود. 3- با افزایش فشار درون آوندها مواد آلی به صورت توده ای در داخل آوند به سوی مناطق دارای فشار کمتر یا محل مصرف حرکت می کند 4- در محل مصرف با انتقال فعال مواد آلی باربرداری شده و مصرف می شود.
در گیاهان بین مقدار مواد آلی تولید شده و تعداد محلهای مصرف تنظیم می شود بنابراین اگر جایگاههای مصرف بیش از مقدار تولید باشد این محلهای مصرف حذف می شوند.
طرح زیر محل آوند آبکش و جهت حرکت شیره پرورده را نشان می دهد. همانطور که می بینید آوند آبکش در پوست قرار دارد. و مواد آلی در بخشهای هوایی ساخته شده و به طرف پائین حرکت می نماید.
