زیست‌شناسیزیست‌شناسی (۱)

جذب و انتقال مواد در گیاهان؛ تغذیهٔ گیاهی؛ زیست‌شناسی

 

جذب و انتقال مواد در گیاهان

گرچه بیشتر گیاهان می‌توانند به وسیله‌ی فتوسنتز، بخشی از مواد مورد نیاز خود مانند کربوهیدرات و در پی آن پروتئین و لیپید را تولید کنند؛ اما همچنان به مواد مغذّی مانند آب و مواد معدنی نیاز دارند. گیاهان، این مواد را به کمک اندام‌های خود، به ویژه ریشه ها جذب می‌کنند. گیاهان چه ساز و کارهایی برای جذب مواد مورد نیاز و نیز انتقال آنها به اندام‌های خود دارند؟ مواد حاصل از فرایند فتوسنتز چگونه به سراسر گیاه منتقل می‌شوند؟ در این فصل به فرایندهای مربوط به تغذیه، جذب و انتقال گیاهان می‌پردازیم.

تغذیه‌ی گیاهی

گگیاها، مواد مورد نیاز را از هوا، آب یا خاک اطراف خود جذب می‌کنند. کربن دی اکسید یکی از مهم‌ترین موادی است که گیاهان از هوا جذب می‌کنند‌. کربن، اساس ماده آلی و بنابراین یکی از عناصر مورد نیاز گیاهان است. کربن دی‌اکسید به همراه سایر گازها از طریق روزنه‌ها وارد فضای بین یاخته‌ای گیاه می شود. مقداری از کربن دی‌اکسید هم با حل شدن در آب، به صورت بی‌کربنات در می‌آید که می‌تواند توسط گیاه جذب شود. و سایر مواد مغذی هم بیشتر از طریق خاک جذب می‌شوند.

خاک و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان

خاک، ترکیبی از مواد آلی، غیرآلی، و ریزجانداران (میکروارگانیسم‌ها) است. خاک‌های مناطق مختلف به علت تفاوت در ترکیبات، توانایی متفاوتی در نگه‌داری آب، مقدار هوای خاک، PH و مواد معدنی دارند.

گیاخاک (هوموس)، لایه سطحی خاک است و به‌طور عمده از بقایای جانداران، و به ویژه اجزای در حال تجزیه‌ی آن ها تشکیل شده است. گیاخاک، با داشتن بارهای منفی، یون‌های مثبت را در سطح خود نگه می‌دارند و در نتیجه مانع از شست و شوی این یون‌ها می‌شوند. گیاخاک همچنین باعث اسفنجی شدن حالت خاک می‌شود که برای نفوذ ریشه مناسب است.

ذرات غیر آلی خاک از تخریب فیزیکی و شیمیایی سنگ‌ها در فرایندی به نام هوازدگی ایجاد می¬شوند. این ذرات از اندازه‌ی بسیار کوچک رس تا درشت شن و ماسه را شامل می‌شوند. تغییرات متناوب یخ زدن و ذوب شدن، که باعث خرد شدن سنگ‌ها می‌شود، نمونه‌ای از اثرهوازدگی فیزیکی است. اسیدهای تولید شده توسط جانداران و نیز ریشه گیاهان هم می¬توانند هوازدگی شیمیایی ایجاد کنند.

فعالیت

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

جذب مواد معدنی خاک

نیتروژن و فسفر دو عنصر مهمی هستند که در ساختار پروتئین‌ها و مولکول‌های وراثتی شرکت می‌کنند. گیاهان، ترکیبات این دو عنصر را بیشتر از خاک جذب می‌کنند.

جذب نیتروژن

با اینکه جوِّ زمین دارای ۷۸ درصد نیتروژن (N2) است، گیاهان نمی¬توانند شکل مولکولی نیتروژن را جذب کنند. بیشتر نیتروژن ِ مورد استفاده¬ی گیاهان به صورت یون آمونیوم (NH4+) یا نیترات (NO3-) است. این ترکیبات در خاک و توسط ریزجانداران تشکیل می‌شوند. خلاصه ای از این فرایندها در شکل ۱ نشان داده شده است. به تبدیل نیتروژن جو به نیتروژن قابل استفاده گیاهان تثبیت نیتروژن گفته می¬شود. بخشی از نیتروژن تثبیت شده در خاک، حاصل عملکرد زیستی باکتری-هاست. باکتری.های تثبیت کننده¬ی نیتروژن، به صورت آزاد در خاک یا همزیست با گیاهان زندگی می-کنند. نیتروژن تثبیت شده در این باکتری‌ها به مقدار قابل توجهی دفع، و یا پس از مرگ آن‌ها برای گیاهان قابل دسترس می‌شوند. مهم‌ترین انواع تثبیت نیتروژن، در ادامه این فصل توضیح داده خواهد شد. امروزه تلاش¬های زیادی برای انتقال ژن‌های موثر در تثبیت نیتروژن به گیاهان در جریان است، تا بدون نیاز به این باکتری‌ها، نیتروژن مورد نیاز در اختیار گیاه قرار گیرد.

در شکل ۱ انواع دیگری از باکتری‌های خاک دیده می‌شوند. نقش هر یک از آن¬ها در تغییر و تبدیل مواد نیتروژن‌دار چیست؟

شکل ۱: تغییرات مواد نیتروژن دار و چگونگی جذب آنها از خاک

جذب فسفر

فسفر (P) از دیگر عناصر معدنی است که کمبود آن رشد گیاهان را محدود می¬کند. گیاهان، فسفر مورد نیاز خود را به صورت یون¬های فسفات از خاک به دست می‌آورند. گرچه فسفات در خاک فراوان است، اغلب برای گیاهان غیر قابل دسترس است. یکی از دلایل، این است که فسفات به بعضی ترکیبات معدنی خاک به طور محکمی متصل می‌شوند. برخی گیاهان برای جبران، شبکه گسترده‌تری از ریشه و یا ریشه‌های دارای تار کشنده‌ی بیشتر ایجاد می کنند که جذب را افزایش می دهد.

بهبود خاک

خاک مناطق مختلف ممکن است دچار کمبود برخی مواد یا فزونی مواد دیگر باشد. اصلاح این خاک‌ها می‌تواند آن ها را برای گیاهان قابل کشت کند. اگر این خاک‌ها دچار کمبود باشند، با افزودن کود می‌توان حاصلخیزی آن ها را افزایش داد. زیست‌شناسان برای تشخیص نیازهای تغذیه.ای گیاهان، آن‌ها را در محلول‌های مغّذی رشد می‌دهند (شکل ۲). این محلول‌ها، آب و عناصر مغذی محلول به مقدار معین دارند. از این شیوه برای تشخیص اثرات عناصر بر رشد و نمو گیاهان نیز استفاده می‌شود.

مقدار نیتروژن، فسفر و پتاسیم قابل دسترس دراغلب خاک¬ها محدود است، به همین دلیل در بیشتر کودها این عناصر وجود دارند. کودهای مهم در انواع آلی، شیمیایی، و زیستی (بیولوژیک) وجود دارند. کودهای آلی، شامل بقایای در حال تجزیه جانداران‌اند. این کودها مواد معدنی را به آهستگی آزاد می¬کنند و چون به نیازهای جانداران شباهت بیشتری دارند، استفاده بیش از حد آنها به گیاهان آسیب کمتری می-زند. از معایب این کودها، احتمال آلودگی به عوامل بیماری زا است.

کودهای شیمیایی شامل مواد معدنی هستند که به راحتی در اختیار گیاه قرار می‌گیرند. بنابراین می‌توانند به سرعت، کمبود مواد مغّذی خاک را جبران کنند. مصرف بیش از حد کودهای شیمیایی می¬تواند آسیب زیادی به خاک و محیط زیست وارد و بافت را تخریب کند. از طرفی با شسته شدن توسط بارش¬ها، این مواد به آب‌ها وارد می‌شوند. حضور این مواد باعث رشد سریع باکتری¬ها، جلبک¬ها و گیاهان آبزی می-شود. افزایش این عوامل مانع نفوذ نور و اکسیژن کافی به آب می‌شود و می‌تواند باعث مرگ و میر جانوران آبزی شود.

شکل۲ – دستگاه ساده‌ای برای کشت گیاهان در محلول¬های مغّذی

کودهای زیستی شامل باکتری هایی هستند که برای خاک مفید و با فعالیت و تکثیر خود، مواد معدنی خاک را افزایش می¬دهند. استفاده از این کودها بسیار ساده¬تر و کم هزینه‌تر است. این کودها معمولاً به همراه کودهای شیمیایی، به خاک افزوده می‌شوند و معایب دو نوع کود دیگر را ندارند.

همانطور که کاهش عناصر مغذی در خاک برای گیاهان زیان بار است، افزایش بیش از حد بعضی مواد در خاک می‌تواند مسمومیت ایجاد کند و مانع رشد گیاهان شود. بعضی گیاهان می‌وانند غلظت‌های زیادی از این مواد را درون خود به صورت ایمن نگه‌داری کنند. مثلا نوعی سرخس می تواند آرسنیک را که ماده‌ای سمّی برای گیاه است، در خود جمع کند. بعضی گیاهان می¬توانند آلومینیوم را نیز در بافت-ها ذخیره کنند. مثلاً گیاه گل ادریسی که در خاک¬های خنثی و قلیایی صورتی رنگ هستند در خاک‌های اسیدی آبی رنگ می¬شوند. این تغییر رنگ به علت تجمع آلومینیوم در گیاه است (شکل ۳). بعضی گیاهان نیز با جذب و ذخیره‌ی نمک‌ها، موجب کاهش شوری خاک می¬شوند. با کاشت و برداشت این گیاهان در چند سال پی در پی می‌توان باعث کاهش شوری خاک و بهبود کیفیت آن شد.

بیشتر بدانید

به دلیل این‌که بیشتر کشور ما دارای اقلیم خشک و یا شور است، عناصری مانند بور و آلومینیوم در خاک‌ها فراوان است که می تواند باعث مسمومیت در گیاهان شود. گیاهان از بور برای استحکام دیواره-ی یاخته‌ای استفاده می‌کنند ولی افزایش آن موجب کاهش نیتروژن، فسفر، پتاسیم و کلسیم برگ‌ها می‌شود. یون آلومینیوم نیز یکی از مواد فراوان در خاک است و به مقدار کم می‌تواند به بافت های گیاهی نفوذ کند. این یون مانع جذب مواد معدنی دیگر و آب توسط ریشه‌ها می‌شود. مقدار آلومینیم در خاک‌های اسیدی فراوان‌تر است.

 

شکل ۳ – الف) رنگ گل گیاه ادریسی در خاک‌های اسیدی ، ب) قلیایی و خنثی

فعالیت

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

منبع
chap.sch.ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا