انتقال مواد در گیاهان

چکیده: نقش اصلی ریشه جذب آب و یون های معدنی از خاک اس. در نزدیکی رأس یشه، تارهای کشنده از لایه خارجی، یعنی روپوست ایجاد می شود. تارهای کشنده در اصل سلولهای روپوستی طویل شده ای هستند که سطح وسیعی را برای جذب آب فراهم می کنند.

متن مقاله:

سلولهای درون پوست دارای یک لایه مومی به نام سوبرین (چوب پنبه) در اطراف خود هستند. این لایه نوار کاسپاری را تشکیل می دهد. سوبرین نسبت به آب نفوذ ناپذیر است. این امر درحرکت آب و یون ها در عرض ریشه بسار مهم است. در ریشه های دارای برون پوست، نوار کاسپاری در دیواره های جانبی ( شعاعی و عرضی) این سلول ها قابل تشخیص است.
جذب آب از طریق اسمز
ریشه ها آب را از خاک جذب می کنند. آب از طریق فشار اسمزی وارد سلولهای تارهای کشنده می شود. به محض ورود آب به سلول تار کشنده پتانسیل آب سلول تار کشنده افزایش می یابد. حال آب از این سلول به سلول مجاور آن منتقل می شود و این فرآیند در عرض ریشه تکرار می شود تا آب وارد آوند چوبی شود. آب درعرض ریشه از چند مسیر عبور می کند: مسیر پروتوپلاستی و مسیر غیرپروتوپلاستی
مسیر پروتوپلاستی
آب و مواد محلول در آن که از خاک وارد سیتوپلاسم سلولهای تار کشنده شده است، از طریق پلاسمودسم ها از سیتوپلاسم یک سلول به سیتوپلاسم سلول مجاور وارد می شود. به این مسیر، مسیر پروتوپلاستی می گویند.
مسیر غیر پروتوپلاستی
مسیر غیر پروتوپلاستی می تواند آب را در عرض پوست تا محل درون پوست حرکت دهد. در محل درون پوست، چوب پنبه موجود در نوار کاسپاری، از حرکت آب و یون های معدنی در مسیر غیرپروتوپلاستی جلوگیری می کند. از این رو آب و یون ها مجبور به ورود به درون سیتوپلاسم می شوند. نوار کاسپاری راهی برای کنترل ورود آب و یونهای معدنی به درون آوند چوبی فراهم می کنند.
کشیده شدن آب از بالا
هنگامی که آب در برگ با نیروی اسمزی از آوند چوبی خارج می شود، یک کشش (یا مکش) در ستون آب موجود در آوند چوبی ایجاد می شود . به این پدیده کشش تعرقی نیز می گویند. نیروی هم چسبی مولکولهای آب نیز توان ستون آب درون آوند چوبی را بسیار زیاد می کند و در نتیجه احتمال گسستگی را کاهش می دهد. چسبندگی مولکول های آب به دیواره های آوند چوبی نیز به کشیده شدن آب به سمت بالا کمک می کند. این نیرو دگرچسبی نامیده می شود.
رانده شدن آب از پایین
زیر درون پوست لایه ای به نام دایره محیطیه قرار دارد. یون های محلول در آب با صرف انرژی از سلول های دایره محیطیه به درون آوند چوبی می روند. ورود فعال یون ها به آوند چوبی باعث کاهش پتانسیل آب آوند چوبی می شود و این امر به ورود آب به درون آوند چوبی کمک می کند. حرکت این یون های معدنی به درون آوند چوبی باعث ایجاد فشار ریشه ای می شود.

تعریق
خروج آب از گیاه به صورت مایع تعریق نامیده می شود. در شرایطی که سرعت جذب آب بالا، ولی تعرق پایین است ، پدیده تعریق به علت افزایش فشار ریشه ای در گیاهان قابل مشاهده است. تعریق از راه روزنه های ویژه ای به نام روزنه آبی که در منتهی الیه آوندهای چوبی قرار دارند انجام می شود. دهانه این روزنه همیشه باز است.
سلول های نگهبان و تعرق
هر روزنه را یک جفت سلول نگهبان لوبیایی شکل احاطه می کند. تغییرات فشار آب سلول های نگهبان باعث بازوبسته شدن روزنه ها می شود.
حباب های هوا در شیره خام
بخار آب و هوا در شیره خام ممکن است موجب مسدود شدن یک عنصر آوندی شوند. در چنین حالتی آب و شیره خام می توانند از راه لان ها از یک سلول آوندی حباب دار شده وارد عنصر آوندی مجاور شوند. به عبور حباب از یک آوند چوبی یا تراکئید به آوندها یا تراکئیدهای مجاور بذرافشانی هوا می گویند. افزایش فشار ریشه ای می تواند باعث کاهش پدیده حباب دارشدگی شود.

حرکت مواد آلی در گیاه
ترکیبات آلی گیاهان، درون آوندهای آبکشی حرکت می کنند.حرکت ترکیبات آلی در گیاه نسبت به حرکت آب پیچیده تر است چون ترکیبات آلی باید از طریق سیتوپلاسم زنده آوندهای آبکشی عبور کنند. ترکیبات آلی در تمام جهات در آوند آبکشی حرکت می کنند و قادر به انتشار از غشای پلاسمایی نیستند. مدل جریان فشاری یا جریان توده ای برای جابجایی مواد آلی در گیاه پیشنهاد می شود. این مدل شامل ۴ مرحله زیر است:
مرحله ۱ – قندی که در سلول های برگ تولید می شود به روش انتقال فعال وارد سلول های آوند آبکشی می شود(بارگیری آبکشی)
مرحله ۲ – وقتی که غلظت قند در آوند آبکشی افزایش می یابد پتانسیل آب کاهش می یابد . در نتیجه آب به روش اسمز از آوند چوبی وارد آوند آبکشی می شود.
مرحله ۳ – فشار در داخل سلول های آوند آبکشی افزایش می یابد و در نتیجه قند به همراه محتویات دیگر شیره پرورده به صورت جریان توده ای به حرکت در می آید.
مرحله ۴ – قند موجود در شیره پرورده به روش انتقال فعال وارد محل مصرف می شود( باربرداری آبکشی)

گردش شیره پرورده در گیاهان 

دید کلی

محیط داخلی و یا آب میان بافتی به آن صورت که در جانوران پر سلولی وجود دارد در گیاهان مشاهده نمی‌شود. راهها و مکانیسم انتقال نیز در آنها هنوز بطور کامل شناخته نشده ولی لزوم و اهمیت گردش ترکیبات مختلف در گیاه مورد تایید است. مبادله مواد غذایی ، ترکیبات زاید و هورمونها در گیاهان اغلب ، سلول به سلول انجام می‌گیرد. دو نوع شیره در گیاهان یافت می‌شود، شیره خام و شیره پرورده.

شیره خام بیشتر حاوی آب و املاح است که توسط ریشه‌ها جذب می‌شود و توسط آوندهای چوبی به طرف اندامهای فتوسنتز کننده هدایت می‌شوند. شیره پرورده حاوی محصولات فتوسنتز است که بیشتر مواد آلی هستند که از برگها به سوی اندامهای مصرف کننده یا ذخیره کننده توسط آوندهای آبکش هدایت می‌شود. در این مبحث ، شیره پرورده ، ترکیبات آن و سرعت انتقال آن بحث می‌شود.

ترکیب شیره پرورده

شیره پرورده محلول غلیظ و چسبنده‌ای است که دارای ترکیبات قندی به مقدار ۱۰ – ۵ درصد است. استخراج آن از گیاه به غیر از دو لپه‌ایهای درختی که آوندهای آبکش محل مشخصی داشته و شیره پرورده با ایجاد یک شکاف ساده به خارج راه پیدا می‌کند، کار آسانی نیست. شیره پرورده محتوی ۲۱ – ۱۰ درصد ماده خشک است و ۹۰ درصد این مقدار گلوسیدها مخصوصا از ساکارز تشکیل شده است.

مقدار قندها در ساقه گیاه از بالا به طرف پایین کاهش حاصل می‌کند. غلظت کل اسیدهای آمینه بر حسب گونه گیاه یک درصد است. اسیدهای آلی به مقدار بسیار کم در شیره پرورده وجود دارند. ترکیبات معدنی نیز به مقدار قابل توجهی در آوندهای آبکش منتقل می‌شوند. از ترکیبات معدنی می‌توان کلسیم ، پتاسیم و منیزیم را نام برد.

مسیر شیره پرورده

هارتیگ که در سال ۱۸۳۷ وجود آوندهای آبکش را در گیاهان کشف کرد، آنها را مسیر حرکت شیره پرورده معرفی کرد. ترکیبات قندی حاصل از انجام فتوسنتز و یا ترکیباتی که روی اندامهای هوایی پاشیده می‌شوند بوسیله آوندهای آبکش منتقل می‌شوند. در درختان قندها در فصل زمستان به صورت نشاسته در اشعه مغزی استوانه مرکزی ذخیره شده و در فصل بهار مجددا به صورت قندهای محلول درمی‌آید و قسمتی از آن وارد سلولهای چوبی و آوندهای چوبی می‌شود. مهاجرت عناصر معدنی در اندامهای گیاهی و همچنین گردش عناصری که به صورت محلول در اختیار برگهای گیاه قرار داده می‌شوند از راه آوندهای آبکش صورت می‌گیرد. اغلب مواد علف کش و بیشتر ویروسها از داخل آوندهای آبکش عبور می‌کنند.

آوندهای آبکش

سلولهای تخصص یافته‌ای هستند که طول آنها در نهاندانگان بین ۱ – ۰٫۱ میلیمتر و در بازدانگان بین ۲ – ۱ میلیمتر و عرض آنها بین ۱۰ – ۱ میکرون تغییر می کند. دیواره‌های طولی آنها هیچگونه حالت اختصاصی ندارد و فقط لایه سیتوپلاسمی نیمه تراوایی در تمام طول در مجاورت آن دیده می‌شود. دیواره‌های عرضی آنها از یک یا چند صفحه سوراخدار و آبکش مانند تشکیل شده که از خلال آنها ، سیتوپلاسمهای سلولهای آبکش بهم متصل ، از چندین نقطه با یکدیگر در ارتباط هستند. سلولهای آبکش در حالت بلوغ بسیاری از محتویات سلول را از دست می‌دهند. سلول مادر آوند آبکش ، در اثر تقسیم نامساوی سلولهای آبکش و سلولهای همراه را ایجاد می‌کند.

سلولهای همراه از سلولهای آبکش کوچکتر هستند و در انتقال مواد شیره پرورده به سلولهای آبکشی نقش کمکی دارند. در داخل سلولهای آبکش پروتئینی به نام P-Protein وجود دارد که در هدایت شیره پرورده در این آوندها نقش دارد. این آوندها که از بهم متصل شدن شدن سر به سر سلولهای آبکشی ایجاد شده‌اند، مادام‌المعر نیستند. بعد از چند سال فعالیت بی‌وقفه با بسته شدن این آوندها در اثر ترشح قند کالوز ، می‌میرند و فعالیت آنها خاتمه می‌یابد و آوندهای جدید ، جایگزین آنها می‌شود. مجموعه لوله‌های آبکشی و سلولهای همراه را بافت ذخیره‌ای مخصوصی احاطه می‌کند که بافت پارانشیم نامیده می‌شود.

سرعت شیره پرورده

سرعت شیره پرورده در حدود ۱۰۰ – ۱۰ سانتیمتر در ساعت و اندکی کمتر از سرعت شیره خام است. در اندامهای جوانتر سرعت شیره پرورده زیادتر بوده در گیاهک گیاهان حدود ۳۰۰ سانتیمتر در ساعت است.

سرعت ترکیبات مختلف در داخل شیره پروده

استفاده از رادیوایزوتوپ نشان می‌دهد که انتقال مواد مختلف در داخل آوندهای آبکش با سرعت یکسانی انجام نمی‌‌گیرد. زیرا موقعی که عناصر مختلف نظیر فسفر ، پتاسیم ، کلر ، گوگرد ، منزیم ، و کلسیم نقطه مشخصی از گیاه مثلا در برگ تزریق می‌شود دو عنصر فسفر و پتاسیم خیلی سریع ، عناصر کلر ، گوگرد و منزیم کندتر و عنصر کلسیم خیلی کند در داخل گیاه منتشر می‌شود. در بین قندها ، ساکارز از سایر قندها سریعتر جابجا می‌شود و در بین اسیدهای آمینه ، آلانین ، سرین و آرژنین. سرعت انتقال مواد مختلف در آوندهای آبکش خیلی دور از یکدیگر نبوده ولی تفاوت معنی‌داری با یکدیگر دارند.

عوامل موثر بر سرعت شیره پرورده

یکی از عوامل موثر بر سرعت شیره پرورده ، دما است. پایین بودن شبانه دما ، سرعت شیره پرورده را تا حد ۴/۱ مقدار آن در روز کاهش می‌دهد. لزوم اکسیژن برای مهاجرت شیره پرورده مورد تردید است. بعضی از مواد بازدارنده اعمال متابولیسمی نظیر اسید سیانیدریک ، ۲و۴- دی نیتروفنل و ارسنات مانع حرکت مواد شیره پرورده می‌شوند. کشتن سلولهای قطعه کوچکی از ساقه یک گیاه با بخار آب ، نیز باعث قطع انتقال شیره پرورده در این نقطه می‌شود. از این روش برای تخریب کامل آوندهای آبکش در گیاهانی که واجد آوندهای آبکش داخلی هستند مانند سیب زمینی ، استفاده می‌شود.

مکانیسم گردش شیره پرورده

در این مورد تئوریهای زیادی از سال ۱۹۳۰ تا به امروز مطرح شده است که می‌توان تئوری دخالت نیروی اسمزی در گردش شیره پرورده ، تئوری دخالت پدیده انتشار ، تئوری دخالت متابولیسم گیاه ، هدایت شیره پرورده و متابولیسم آوندهای آبکش و تئوری جدید را نام برد. در تئوری جدید ، هدایت ترکیبات مختلف در آوندهای آبکش در قسمتی از مسیر به کمک مکانیسمهای فیزیکی و غیر فعال و در قسمت دیگر به کمک مکانیسمهای متابولیسمی و فعال انجام می‌شود.

چشم انداز

بدون شک گیاهان نمی‌توانند تنها با شیره خام که توسط ریشه‌ها از خاک جذب می‌شود فعالیت کنند و زنده بمانند. همانند جانوران که قادر به زنده با آب خالی نیستند. شیره خام توسط پدیده فتوسنتز به شیره پرورده تبدیل می‌شود و توسط آوندهای آبکش به همه قسمتهای گیاه منتقل می‌شود. زنده بودن سلولهای آبکشی لازمه این انتقال است. ارتباط و تبادلاتی هم بین مواد آوندهای چوبی و آبکشی در حین انتقال آنها وجود دارد.

آزمایش دستگاه انتقال مواد در گیاهان

تئوری آزمایش

سلولهای گیاهی باید آب ، املاح ، اکسیژن و غذا دریافت کنند و مواد زاید مثل دی‌اکسید کربن را دفع کنند. در گیاهان آوندی ، آوند چوبی و آوند آبکشی ، بافتهای لوله‌ای شکل هستند که سبب انتقال مواد در تمام بخشهای گیاه می‌شوند. در این پروژه شما می‌توانید چگونگی حرکت مایعات را از میان دستجات آوندی گیاهان که شامل آوندهای چوبی ، آبکشی و سلولهای نگدارنده است، نمایش دهید.

هدف آزمایش

نمایش انتقال مایع در دستگاه آوندی گیاهان

مواد لازم

یک لیوان شیشه‌ای شفاف

۲ ساقه تازه کرفس با چند برگ

رنگ قرمز خوراکی

چاقو

آب

روش کار

حدود ۴/۱ لیوان را از آب پر کنید.

به مقدار کافی رنگ قرمز حیاتی در لیوان بریزید تا آب ، قرمز پر رنگ شود.

با استفاده از چاقو ، انتهای هر ساقه کرفس را بطور عرضی قطع کنید.

انتهای قطع شده ساقه‌ها را در لیوان حاوی آب رنگی نگه دارید.

در سه ساعت اول ، تغییرات ظاهری ساقه را هر ساعت مشاهده و ثبت کنید. در طول ۱۲ ساعت اول آزمایش ، تعداد مشاهدات را هر چند دفعه که ممکن است افزایش دهید.

پس از ۱۲ ساعت ، یک ساقه کرفس را از لیوان بیرون آوردید و تغییرات ظاهری را مشاهده و گزارش کنید.

با استفاده از چاقو با دادن برشهای عرضی ، قطعه‌هایی را از ساقه جدا کنید. این قطعه‌ها را از ۲٫۵ سانتیمتری پایین ساقه ، وسط و انتهای آن تهیه کنید. شکل ظاهری هر قطعه را مشاهده و گزارش کنید.

پس از ۲۴ ساعت ، سطح خارجی یک ساقه را وقتی هنوز در آب رنگی است، مشاهده کنید.

سه بخش از این ساقه را مطابق مرحله ۷ ببرید و ظاهر آنها را مشاهده و گزارش دهید. دفع مواد زاید در گیاهان

 بیشترین مواد دفعی گیاهان شامل اکسیژن ، دی اکسید کربن و آب حاصل از متابولیسم است.که روزنه ها و از طریق انتشار دفع می شوند. برخی از مواد دفعی گیاهان از طریق افتادن برگ و یا افتادن قسمتی از پوست گیاه دفع می شوند. در گیاهان علفی، مواد دفعی در واکوئل ها و دیواره سلول های آنها جمع می شوند.

برش عرضی آوند چوبی 

نتایج آزمایش

در طول سه ساعت اول ، رنگ قرمز کم رنگی دیده می‌شود که در ساقه‌ها بالا آمده است. پس از ۱۲ ساعت ، برگها رنگ مایل به قرمز پیدا می‌کنند. در قطعه‌های بریده شده از ساقه ، نقاط کوچک قرمز رنگی که در فاصله‌های معین از لبه‌های خارجی قرار گرفته‌اند، دیده می‌شوند. بعد از ۲۴ ساعت ، برگها به صورت قرمز پر رنگتری درمی‌آیند، اما قطعه‌های ساقه به همان صورت دیده می‌شوند. گیاهان آوندی دارای بافتهای ویژه‌ای برای انتقال غذا ، آب و املاح هستند که به آنها دستگاه انتقال مواد می‌گویند.

حرکت رو به بالای آب که برخلاف نیروی کشش جاذبه زمین انجام می‌شود، ناشی از عمل لوله‌های مویین و تعرق برگها است. خاصیت لوله‌های مویین ، بالا رفتن یک مایع در لوله‌های کوچک ، بر اثر نیروی پیوستگی و نیروی چسبندگی است. چسبندگی بین مولکولهای آب و دیواره داخلی آوندهای چوبی ، سبب بالا راندن آب دیواره لوله‌های چوبی می‌شود. تعرق فرایند تبخیر آب از میان سوراخهایی به روزنه‌های هوایی در برگ است. در هنگام تبخیر آب از برگها ، آب به درون ریشه کشانده می‌شود وارد آوندهای چوبی می‌شود که این حرکت آب ، دلیلی به افزایش رنگ قرمز در برگهاست.

آزمایش طراحی کنید

چگونه رطوبت بر میزان تعرق تاثیر می‌گذارد؟

تعرق در گیاهان بیشتر در شب انجام می‌شود یا در روز؟

پرسشها

تعریق ، آزاد شدن آب مایع در لبه‌های برگهای گیاهان هنگام صبح زود است. علت خارج شدن این آب چیست؟

گیاهان آوندی دارای آوندهای چوبی و آبکش هستند. تفاوت ساختمانی این دو آوند چیست؟

هر گاه نواری از پوست درخت را به صورت حلقه‌ای ، از دور تا دور آن برداریم، این عمل باعث کنده شدن حلقه آوندهای آبکش می‌شود. قطع کردن این آوندها چه تاثیری بر رشد درخت در قسمت بالای پوست جدا شده دارد