جواب فعالیت‌های فصل هفتم زیست‌شناسی دهم | جذب و انتقال مواد در گیاهان

پاسخ و حل سوال های فعالیت های گفتار 1 و 2 و 3 فصل هفتم کتاب زیست شناسی 1 پایه دهم تجربی

جواب فعالیت های فصل 1 زیست دهم تجربی؛ در این مطلب به پاسخ و جواب سوالات فعالیت های صفحه ۹۸، ۱۰۱، ۱۰۹ و ۱۱۰ گفتار ۱ و ۲ و ۳ فصل ۷ هفتم «تغذیه گیاهی» کتاب زیست شناسی 1 پایه دهم رشته تجربی پرداخته ایم.

فصل تغذیه گیاهی

فعالیت ۱ صفحه ۹۸ فصل هفتم زیست دهم

فعالیت ۱

خاک‌های مختلف‌، ذراتی با اندازه‌های مختلف دارند. تحقیق کنید که رشد ریشه گیاهان در خاک‌های رسی و ماسه‌ای با چه چالش‌ها و فرصت‌هایی رو‌به‌روست؟

ذرات غیرآلی خاک (Inorganic soil particles) شامل اندازه‌های مختلف از رس بسیار ریز (clay) تا شن و ماسه درشت (sand) می‌شوند. تنوع اندازه ذرات خاک، بر توانایی نگه‌داری آب، مقدار هوا و مواد معدنی در خاک تأثیر مستقیم دارد.

خاک شنی (Sandy soil)
خاک شنی یکی از فقیرترین انواع خاک است؛ زیرا علاوه بر کمبود مواد مغذی (nutrients)، ظرفیت نگه‌داری آب در آن بسیار پایین است. بنابراین، به تنهایی برای کاشت گیاه مناسب نیست. با این حال، افزودن مقادیری خاک رس (clay) و مواد آلی می‌تواند ظرفیت نگه‌داری آب را افزایش دهد و خاک شنی را برای کشت گیاهانی مانند هویج، سیب‌زمینی، کدو، بادمجان و چغندر قند مناسب سازد.

• اندازه ذرات خاک شنی: حدود ۰.۵ تا ۲.۵ میلی‌متر

مزایای خاک ماسه‌ای:

• در بهار سریع گرم می‌شود

معایب خاک ماسه‌ای:

• در تابستان سریع خشک می‌شود

• مواد مغذی کمی دارد

• ظرفیت نگه‌داری آب پایین است

• اغلب اسیدی است

موارد استفاده از خاک ماسه‌ای:

• مناسب برای بوته‌ها و پیاز گیاهانی مانند لاله، گل مینای درختی و گل رز خورشیدی

• محصولاتی مانند هویج، جعفری و سیب‌زمینی خاک‌های ماسه‌ای را ترجیح می‌دهند

• کاهو، توت فرنگی، فلفل، ذرت، کدو، کدو سبز و گوجه فرنگی نیز در این نوع خاک رشد خوبی دارند

خاک رسی (Clay soil)
خاک رسی، نوعی خاک سنگین و حاصلخیز (fertile) است که به دلیل مواد مغذی متصل به مواد معدنی رسی، ظرفیت بالایی برای تأمین غذای گیاه دارد. خاک رس در زمستان مرطوب و سرد و در تابستان خشک است. این خاک از حدود ۲۵٪ رس تشکیل شده و با توجه به فضای زیاد بین ذرات و جذب مویرگی (capillary action)، قادر است مقدار زیادی آب را در خود نگه دارد و به آهستگی تخلیه کند.

• اندازه ذرات خاک رس: بین ۰.۰۰۲ تا ۰.۰۰۵ میلی‌متر

مزایای خاک رسی:

• نگهداری مواد مغذی و تأمین غذای گیاه

• مناسب برای محصولاتی که به آب زیاد نیاز دارند

معایب خاک رسی:

• زهکشی آب کند و نگه‌داری زیاد آب

• گرم شدن آهسته در بهار

• متراکم شدن سریع

• تمایل به قلیایی بودن (alkaline)

موارد استفاده از خاک رسی:

• مناسب برای گیاهان چندساله و درختچه‌ها مانند آستر و ترنج

• درختان میوه، درختان زینتی و بوته‌ها در خاک رسی رشد خوبی دارند

نتیجه‌گیری:

• هرچه میزان رس خاک بیشتر باشد، نفوذپذیری و تهویه کمتر و مواد غذایی بیشتر خواهد بود. 

• هرچه میزان شن خاک بیشتر باشد، نفوذپذیری و تهویه بیشتر و مواد غذایی کمتر خواهد بود. 

فعالیت ۱ صفحه ۱۰۱ فصل هفتم زیست دهم

فعالیت ۲

آزمایشی را طراحی کنید که به کمک آن بتوان تاثیر کاهش با افزایش مواد معدنی را در رشد و نمو گیاهان تعیین کرد. 

تأثیر مواد معدنی بر رشد و نمو گیاهان (Effect of Minerals on Plant Growth)

کاهش یا افزایش مواد معدنی (minerals) تأثیر قابل توجهی بر رشد و نمو گیاهان (plant growth and development) دارد. برای تعیین نیازهای تغذیه‌ای گیاهان (nutritional requirements)، زیست‌شناسان از روش کشت در محلول‌های مغذی (nutrient solutions) استفاده می‌کنند.

این محلول‌ها شامل آب و عناصر مغذی محلول (dissolved nutrient elements) در مقادیر مشخص هستند و به پژوهشگران اجازه می‌دهند تا اثرات هر عنصر معدنی را به صورت کنترل‌شده بر رشد گیاه بررسی کنند.

دستگاه کشت در محلول مغذی (Hydroponic setup)
شکل زیر یک دستگاه ساده را نشان می‌دهد که برای پرورش گیاهان در محلول‌های مغذی استفاده می‌شود. این دستگاه امکان کنترل دقیق میزان مواد معدنی و شرایط محیطی را فراهم می‌آورد و برای مطالعه اثر هر عنصر بر رشد و نمو گیاه مناسب است.

مثال کاربردی:
برای بررسی تأثیر کاهش نیتروژن (Nitrogen deficiency)، می‌توانیم دو محلول مغذی مشابه تهیه کنیم که مقدار تمام عناصر آن‌ها برابر باشد، اما مقدار نیتروژن در یکی از محلول‌ها کمتر از دیگری باشد. سپس گیاه مورد نظر را در هر دو محلول قرار داده و پس از مدتی تأثیر کمبود نیتروژن بر رشد و نمو گیاه را مشاهده می‌کنیم. این روش، امکان مشاهده مستقیم اثر هر عنصر بر سلامت و توسعه گیاه را فراهم می‌کند.

فعالیت ۳ صفحه ۱۰۹ فصل هفتم زیست دهم

فعالیت ۳

مشاهده روزنه های سطح پشتی برگ

الف) یک برگ شاداب تره را انتخاب کرده و سطح پشتی و رویی آن را مشخص کنید.

ب) برگ را از محل رگبرگ میانی به بیرون شکسته ولی روپوست را پاره نکنید. هر نیمه را به نحوی به طرفین بکشید تا روپوست نازک آن از بافت های زیرین جدا شود. این کار اگر با دقت انجام شود روپوست غشایی و بی‌رنگ را جدا می‌کند.

پ) نمونه را در یک قطره آب، روی تیغه شیشه ای قرار دهید و با تیغک بپوشانید. یاخته های روپوست و نگهبان روزنه را در بزرگ نمایی‌های مختلف مشاهده کنید. آیا می توانید سبز‌دیسه‌ها را در این یاخته‌ها ببینید؟

ت) تعداد روزنه های موجود در میدان دید را شمارش کنید. تعداد روزنه را در واحد سطح برگ تعیین کنید.

برای تعیین تعداد روزنه‌ها (stomata count)، ابتدا تعداد آن‌ها را در میدان دید (field of view) زیر میکروسکوپ شمارش می‌کنیم. سپس با استفاده از نسبت مساحت میدان دید به مساحت کل برگ (ratio of field area to total leaf area)، می‌توان تعداد تقریبی روزنه‌ها در کل سطح برگ را محاسبه کرد. این روش امکان ارزیابی تراکم روزنه‌ها (stomatal density) را به صورت تقریبی و علمی فراهم می‌کند و برای مقایسه بین برگ‌های مختلف یا شرایط محیطی متفاوت کاربرد دارد.

ث) با استفاده از تیغ تیز و با احتیاط، نمونه‌های روپوست پشتی را از برگ گیاهان میخک، شمعدانی و برگ بیدی تهیه و زیر میکروسکوپ مشاهده کنید. یاخته های روپوست و نگهبان روزنه را در این گیاهان و تره مقایسه کنید.

در شکل زیر انواع روزنه‌های هوایی مشاهده می‌شود: 

روزنه هوایی گیاه شمعدانی (Pelargonium stomata) از نوع انموسایتیک (Anomocytic) یا همان روزنه‌های نوع آلاله‌ای (typical of Geraniaceae) است. در این نوع روزنه، سلول‌های کمکی (subsidiary cells) از سایر سلول‌های اپیدرمی (epidermal cells) قابل تشخیص نیستند و به صورت نامنظم (irregular) قرار گرفته‌اند. این ویژگی باعث می‌شود که روزنه‌ها به سختی از سایر سلول‌های سطح برگ تمایز داده شوند و نیازمند مشاهده دقیق زیر میکروسکوپ برای شناسایی باشند.

سلول‌های محافظ روزنه (Guard cells) در گیاهان دولپه‌ای (dicots) به شکل لوبیایی یا کلیوی (kidney-shaped) هستند، در حالی که در تک‌لپه‌ای‌ها (monocots) به ویژه در اعضای خانواده غلات و جگن (Poaceae)، سلول‌های محافظ به شکل دُمبلی (dumbbell-shaped) دیده می‌شوند.

سلول‌های فرعی یا کمکی (subsidiary cells)، سلول‌های اپیدرمی احاطه‌کننده سلول‌های محافظ روزنه هستند که حرکات سلول‌های محافظ و پشتیبانی از عملکرد روزنه را تسهیل می‌کنند.

روزنه هوایی گیاه میخک (Dianthus stomata) از نوع دیاسایتیک (Diacytic) یا روزنه نوع میخکی (typical of Caryophyllaceae) است که به آن نوع سلولی عرضی (transverse type) نیز گفته می‌شود. در این نوع، روزنه توسط یک جفت سلول کمکی (pair of subsidiary cells) احاطه شده است که دیواره‌های آن‌ها عمود بر محور طولی سلول‌های محافظ روزنه قرار دارد و این ساختار باعث می‌شود کنترل باز و بسته شدن روزنه به شکل موثرتری انجام شود.

روزنه هوایی گیاه برگ بیدی (Salix stomata) از نوع روزنه برگ بیدی (Salicoid type stomata) است. در این نوع روزنه، تقسیم سلول‌های مادر روزنه (mother cells) منجر به تشکیل چهار سلول کمکی (subsidiary cells) و دو سلول روزنه‌ای (guard cells) می‌شود. سلول‌های کمکی به صورت دو به دو روبروی هم قرار گرفته و سلول‌های روزنه‌ای را احاطه می‌کنند و بدین ترتیب ساختار پشتیبانی و کنترل باز و بسته شدن روزنه‌ها فراهم می‌شود.

روزنه‌های هوایی گیاه تره (Allium stomata) در سطح برگ (leaf surface) با سایر سلول‌های اپیدرمی (epidermal cells) هم‌سطح هستند و به همین دلیل به آن‌ها روزنه‌های سطحی (epistomatic or surface stomata) گفته می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که روزنه‌ها هیچ برجستگی یا فرورفتگی نسبت به سطح برگ نداشته باشند و به صورت یکنواخت در سطح اپیدرم پراکنده باشند.

در برگ تره (Allium leaf)، سلول‌های روپوست یا اپیدرمی (epidermal cells) به شکل دراز و کشیده (elongated and extended) قرار دارند. این ویژگی ساختاری باعث می‌شود که سطح برگ یکنواخت و منظم باشد و در کنار آن، روزنه‌ها به خوبی در میان این سلول‌های بلند و کشیده قرار گرفته و عملکرد باز و بسته شدن روزنه‌ها به شکل موثری انجام شود.

فعالیت ۴ صفحه ۱۱۰ فصل هفتم زیست دهم

فعّالیت ۴
مشاهدۀ باز و بسته شدن روزنه‌های هوایی
الف) همانند فعالیت قبل، روپوست تره یا کاهو را تهیه کنید و درون محلول‌های ۰/۵ درصد KCl، آب خالص و آب نمک ۴ درصد در روشنایی قرار دهید. مشابه این نمونه‌ها را تهیه و در تاریکی قرار دهید.
ب) پس از ۱۵ دقیقه، روپوست را در یک قطره از همان مایعی که درون آن قرار دارد، زیر میکروسکوپ مشاهده کنید. در کدام محلول‌ها روزنه‌ها باز و در کدام بسته‌اند؟ آیا میزان باز یا بسته بودن روزنه‌ها یکسان است؟ چرا؟

تغییر فشار تورژسانس (turgor pressure) سلول‌های محافظ روزنه (guard cells) یکی از اصلی‌ترین عوامل باز و بسته شدن روزنه‌های هوایی (stomata) است. افزایش یا کاهش فشار تورژسانس باعث تغییر شکل سلول‌های محافظ و در نتیجه باز یا بسته شدن روزنه می‌شود.

در میان عوامل محیطی، تغییرات نور (light intensity) یکی از مهم‌ترین محرک‌ها برای حرکات روزنه‌ها (stomatal movements) است. نور موجب افزایش فشار تورژسانس سلول‌های محافظ می‌شود و باز شدن روزنه‌ها را تسهیل می‌کند، در حالی که کاهش نور یا تاریکی باعث کاهش تورژسانس و بسته شدن روزنه‌ها می‌شود.

در محلول ۰/۵ درصد KCl که در روشنایی قرار دارد: پروتئین‌های غشایی، پتاسیم و کلر را وارد سلول می‌کنند و باعث افزایش فشار اسمزی درون سلول می‌شوند. در نتیجه آب وارد سلول می‌شود و حالت تورژسانس ایجاد می‌شود بنابراین روزنه‌ها باز می‌شوند. تعداد روزنه‌هایی که در این حالت باز می‌شوند کمتر از حالتی است که روپوست تره یا کاهو در آب خالص قرار دارد. 

تأثیر محیط و محلول بر باز و بسته شدن روزنه‌ها (Effects of Solution and Light on Stomatal Opening)

1. آب خالص در روشنایی (Distilled water under light):
   در این شرایط، فشار اسمزی (osmotic pressure) داخل سلول‌ها بیشتر است، بنابراین آب به سلول‌ها وارد می‌شود و حالت تورژسانس (turgidity) ایجاد می‌شود. در نتیجه، روزنه‌ها باز می‌شوند (stomata open).

2. محلول آب نمک ۴٪ در روشنایی (4% NaCl under light):
   در این محیط، فشار اسمزی محیط اطراف سلول‌ها بیشتر است و آب از سلول‌ها خارج می‌شود، باعث ایجاد پلاسمولیز (plasmolysis) می‌شود. بنابراین روزنه‌ها بسته می‌شوند (stomata closed).

3. محلول ۰.۵٪ KCl در تاریکی (0.5% KCl under darkness):
   در تاریکی، پمپ‌های پتاسیم و کلر غیرفعال هستند و انتقال یون به سلول‌های محافظ روزنه انجام نمی‌شود. بنابراین روزنه‌ها بسته می‌مانند (stomata closed).

4. آب خالص در تاریکی (Distilled water under darkness):
   در تاریکی، حتی با وجود آب خالص، روزنه‌های هوایی بسته هستند زیرا محرک نور برای فعال شدن پمپ‌های یونی وجود ندارد.

5. محلول آب نمک ۴٪ در تاریکی (4% NaCl under darkness):
   در این شرایط نیز روزنه‌ها بسته باقی می‌مانند و سلول‌های محافظ تحت تأثیر فشار اسمزی محیط هستند.

نکته مهم:
نمونه‌های قرار گرفته در تاریکی باید به سرعت زیر میکروسکوپ بررسی شوند، زیرا نور میکروسکوپ و محیط اطراف می‌تواند سریعاً فعالیت سلول‌ها را تحریک کرده و نتایج را برعکس نشان دهد.

بارم‌بندی زيست‌شناسی دهم