خلاصه درس فصل ۷ زیست دهم؛ درسنامه و نکات مهم

گیاه با فتوسنتز مواد آلی می‌سازد، اما برای رشد فقط به فتوسنتز وابسته نیست؛ آب و عناصر معدنی را هم باید از محیط بگیرد. کربن مورد نیازش بیشتر از کربن‌دی‌اکسید هوا تأمین می‌شود که از روزنه‌ها وارد فضاهای بین‌یاخته‌ای می‌شود. مقداری هم پس از حل‌شدن در آب، به شکل بیکربنات جذب می‌شود.

خاک فقط سنگ‌ریزه نیست؛ مواد آلی، ذرات غیرآلی و ریزجانداران دارد. گیاخاک، بخش سطحی و غنی از بقایای در حال تجزیهٔ جانداران، با بارهای منفی خود یون‌های مثبت را نگه می‌دارد و از شسته‌شدنشان می‌کاهد؛ همچنین خاک را برای نفوذ ریشه اسفنجی‌تر می‌کند.

ذرات غیرآلی از هوازدگی سنگ‌ها به وجود می‌آیند: یخ‌زدن و ذوب‌شدن می‌تواند سنگ را خرد کند؛ اسیدهای تولیدشده به‌وسیلهٔ جانداران هم می‌توانند آن را از نظر شیمیایی تغییر دهند. تفاوت ترکیب خاک‌ها باعث تفاوت در نگهداری آب، هوای خاک و مواد معدنی می‌شود.

نیتروژن و فسفر در ساختار پروتئین‌ها و مولکول‌های وراثتی شرکت دارند؛ بنابراین تأمین آنها برای گیاه مهم است. اما گیاه نمی‌تواند هر شکلی از این عناصر را جذب کند.

بخش بزرگی از هوا نیتروژن مولکولی، یعنی $\mathrm{N_2}$، است؛ بااین‌حال گیاهان نمی‌توانند همین شکل را مستقیماً جذب کنند. شکل‌های اصلی نیتروژن مصرفی آنها یون آمونیوم، $\mathrm{NH_4^+}$، و یون نیترات، $\mathrm{NO_3^-}$، هستند.

تبدیل نیتروژن جو به شکل قابل‌استفادهٔ گیاه را تثبیت نیتروژن می‌نامیم. بخشی از این کار را باکتری‌های آزادِ خاک یا همزیست با گیاهان انجام می‌دهند. نیتروژن تثبیت‌شده با دفع مواد از این باکتری‌ها یا پس از مرگشان در دسترس گیاه قرار می‌گیرد. پس فراوانی نیتروژن در هوا، تضمین‌کنندهٔ تغذیهٔ نیتروژنی گیاه نیست؛ شکل قابل‌جذب آن اهمیت دارد.

گیاهان فسفر را به شکل یون‌های فسفات از خاک می‌گیرند. کمبود فسفر می‌تواند رشد را محدود کند، حتی وقتی مقدار کل فسفات خاک زیاد است. علت چیست؟ بخشی از فسفات چنان محکم به ترکیبات معدنی خاک متصل می‌شود که ریشه به‌آسانی به آن دسترسی ندارد.

بعضی گیاهان برای جبران این دشواری، شبکهٔ ریشه‌ای گسترده‌تر یا ریشه‌هایی با تارهای کشندهٔ بیشتر ایجاد می‌کنند. با این تغییر، تماس ریشه با خاک بیشتر و امکان جذب افزایش می‌یابد. تصور کن برای پیدا کردن چیزهای پراکنده، به‌جای جست‌وجوی یک گوشه، محدودهٔ بزرگ‌تری را بگردی. نکتهٔ اصلی این است: مقدار کل عنصر در خاک با مقدار قابل‌جذب آن یکسان نیست.

برای اصلاح خاکِ کمبوددار می‌توان کود افزود، اما ابتدا باید نیاز گیاه را شناخت. پژوهشگران با پرورش گیاه در محلول مغذّی دارای مقدار معین عناصر، اثر کمبود یا افزایش یک عنصر را بررسی می‌کنند. نیتروژن، فسفر و پتاسیم در بسیاری از خاک‌ها محدودند؛ به همین دلیل در بیشتر کودها وجود دارند.

کود آلی از بقایای در حال تجزیهٔ جانداران است و مواد معدنی را آهسته آزاد می‌کند؛ مصرف زیادش آسیب کمتری دارد، اما ممکن است عامل بیماری‌زا داشته باشد. کود شیمیایی مواد معدنی را سریع در اختیار گیاه می‌گذارد، ولی مصرف بیش‌ازحدش به خاک و محیط‌زیست آسیب می‌زند. کود زیستی حاوی باکتری‌های مفیدی است که با فعالیت و تکثیر خود مواد معدنی خاک را افزایش می‌دهند و معمولاً همراه کود شیمیایی مصرف می‌شود.

کود شسته‌شده ممکن است وارد آب شود و رشد باکتری‌ها، جلبک‌ها و گیاهان آبزی را زیاد کند؛ پیامد آن کاهش دسترسی به نور و اکسیژن کافی و آسیب به جانوران آبزی است.

بهبود خاک همیشه به معنی اضافه‌کردن مواد نیست؛ گاهی باید مقدار مواد اضافی را کم کرد. همان‌طور که کمبود عناصر به گیاه آسیب می‌زند، فزونی بعضی مواد هم می‌تواند مسمومیت ایجاد کند و رشد را کاهش دهد.

بعضی گیاهان توانایی نگهداری ایمن مقدار زیادی از مواد را دارند. مثلاً نوعی سرخس آرسنیک را در خود جمع می‌کند. گل ادریسی هم می‌تواند آلومینیم را ذخیره کند؛ تجمع آن در خاک اسیدی با آبی‌شدن گل‌ها همراه است، درحالی‌که گل‌ها در خاک خنثی و قلیایی صورتی‌اند.

برخی گیاهان نیز نمک‌ها را از خاک می‌گیرند و در پیکر خود ذخیره می‌کنند. با کاشت و برداشت پی‌درپی آنها در چند سال، بخشی از نمک از زمین خارج می‌شود و شوری کاهش می‌یابد. پس اصلاح خاک ممکن است به افزودن ماده یا خارج‌کردن ماده نیاز داشته باشد.

ریشه به مواد معدنی خاک دسترسی دارد، اما محدودۀ تماس آن با خاک بی‌نهایت نیست. حالا قارچی را تصور کن که رشته‌های بسیار ظریفش پیرامون ریشه گسترش یافته‌اند؛ این رشته‌ها با بخش بیشتری از خاک تماس دارند و می‌توانند مواد معدنی بیشتری جذب کنند.

در قارچ‌ریشه‌ای، گیاه و قارچ از این همکاری سود می‌برند: قارچ از گیاه مواد آلی می‌گیرد و در مقابل، برای گیاه مواد معدنی، به‌ویژه فسفات فراهم می‌کند. بخشی از رشته‌های قارچ به درون ریشه می‌روند و در تبادل مواد شرکت می‌کنند. پس قارچ فقط مهمان ریشه نیست؛ مانند یک شبکۀ جمع‌آوری گسترده، به دسترسی گیاه به مواد خاک کمک می‌کند.

نخود، سویا و یونجه از گیاهان تیرۀ پروانه‌واران‌اند. روی ریشۀ این گیاهان برجستگی‌هایی به نام گرهک دیده می‌شود که محل زندگی باکتری ریزوبیوم است. ریزوبیوم نیتروژن را تثبیت می‌کند و به تأمین نیاز گیاه به این عنصر کمک می‌کند؛ گیاه هم مواد آلی مورد نیاز باکتری را فراهم می‌کند.

این همکاری فقط برای گیاه زنده اهمیت ندارد. پس از مرگ گیاه یا برداشت بخش‌های هوایی آن، گرهک‌ها در خاک می‌مانند و در ایجاد گیاخاک غنی از نیتروژن نقش دارند. به همین دلیل، کشت پی‌درپی گیاهان زراعی مختلف، یا تناوب کشت، با استفاده از این گیاهان می‌تواند به تقویت خاک کمک کند. محل زندگی ریزوبیوم را با نقش آن اشتباه نگیر: گرهک «محل» است و تثبیت نیتروژن «کار» باکتری.

ریزوبیوم تنها باکتری همکار گیاهان نیست. سیانوباکتری‌ها باکتری‌های فتوسنتزکننده‌اند و بعضی از آن‌ها توانایی تثبیت نیتروژن هم دارند. گیاه آبزی آزولا از نیتروژن تثبیت‌شدۀ سیانوباکتری همزیست خود استفاده می‌کند.

در گونِرا، سیانوباکتری‌ها درون ساقه و دمبرگ زندگی می‌کنند. آن‌ها نیتروژن تثبیت می‌کنند و از محصولات فتوسنتزی گیاه بهره می‌برند؛ این همکاری رشد گیاه را در محیط فقیر از نیتروژن توضیح می‌دهد. پس محل همزیستی همیشه ریشه نیست!

یک احتیاط محیط‌زیستی هم مهم است: آزولا برای تقویت مزارع برنج وارد شمال ایران شد، اما رشد سریع آن به کاهش اکسیژن آب و آسیب به آبزیان انجامید. سود تغذیه‌ای یک گونه، به‌تنهایی دلیل کافی برای وارد کردن آن به محیطی تازه نیست.

حالا به پرسش آغاز درس برگردیم: چرا یک گیاه فتوسنتزکننده شکار می‌کند؟ گیاهان حشره‌خوار در محیط‌هایی زندگی می‌کنند که نیتروژن کمی دارند. آن‌ها همچنان فتوسنتز می‌کنند، اما با شکار و گوارش جانوران کوچک، به تأمین نیاز خود به نیتروژن کمک می‌کنند. بنابراین شکار، جای فتوسنتز را نگرفته است.

در این گیاهان، بعضی برگ‌ها تغییر شکل یافته‌اند و نقش شکار و گوارش را دارند. برای نمونه، توبره‌واش در تالاب‌های شمال ایران می‌روید و حشرات و لارو آن‌ها را به‌سرعت به بخش کوزه‌مانند خود می‌کشد و گوارش می‌دهد. نکتۀ اصلی این است که تأمین مواد آلی با فتوسنتز را از تأمین عنصر نیتروژن جدا ببینی.

همۀ ارتباط‌های تغذیه‌ای گیاهان، همکاری سودمند برای دو طرف نیستند. گیاهان انگل همه یا بخشی از آب و مواد غذایی خود را از گیاهان فتوسنتزکننده می‌گیرند. برخلاف قارچ‌ریشه‌ای، در اینجا نباید انتظار تبادل سودمند برای هر دو طرف داشته باشیم.

سس ساقه‌ای زرد یا نارنجی و فاقد ریشه تولید می‌کند که دور گیاه میزبان می‌پیچد. اندام‌های مکنده‌اش به درون آوندهای میزبان نفوذ می‌کنند و مواد لازم را می‌گیرند. گل جالیز نیز اندام مکنده دارد، اما آن را به ریشۀ گیاهان جالیزی وارد می‌کند. برای تشخیص این دو نمونه، هم محل اتصال را به یاد داشته باش و هم راه دریافت مواد را: مکنده به بافت میزبان نفوذ می‌کند؛ خبری از شکار حشره نیست.

سفر آب را از خاک دنبال کنیم. در فاصله‌های کوتاه، جابه‌جایی در حد یک یا چند یاخته است؛ انتشار و انتقال فعال در این مقیاس نقش دارند. بعضی غشاها نیز پروتئین‌های تسهیل‌کنندهٔ عبور آب دارند که سرعت عبور آن را بالا می‌برند و هنگام کم‌آبی، ساختشان بیشتر می‌شود.

در عرض ریشه سه راه وجود دارد:

• عرض غشایی: مواد از غشای یاخته عبور می‌کنند.
• سیمپلاستی: مواد از پروتوپلاست یک یاخته، از راه پلاسمودسم، به یاختهٔ کناری می‌روند؛ این ارتباط حتی امکان عبور بعضی مولکول‌های بزرگ را می‌دهد.
• آپوپلاستی: حرکت در دیواره‌ها و فضاهای بین یاخته‌هاست.

در درونی‌ترین لایهٔ پوست، یعنی درون‌پوست، نوار کاسپاریِ چوب‌پنبه‌ای راه آپوپلاستی را می‌بندد. مثل ایست بازرسی، مواد این مسیر را وادار به عبور از غشا می‌کند تا ورودشان کنترل شود؛ همچنین به جلوگیری از برگشت مواد کمک می‌کند. پس از درون‌پوست، حرکت در هر سه مسیر ممکن است. ورود مواد به آوند چوبی، بارگیری چوبی است.

در بعضی ریشه‌ها، چوب‌پنبه بخش بیشتری از دیواره را می‌پوشاند؛ در آن‌ها یاخته‌های معبر، بدون نوار کاسپاری، راه انتقال به آوندها هستند.

برای رساندن آب به بالای درخت، انتشار بسیار کند است. در مسیر بلند، آب و مواد همراهش به شکل جریان توده‌ای جابه‌جا می‌شوند؛ یعنی مجموعه‌ای از مواد با هم حرکت می‌کند. شیرهٔ خام، شامل آب و مواد معدنی، در آوند چوبی جابه‌جا می‌شود.

فشار ریشه‌ای از پایین هل می‌دهد: یاخته‌های زنده، یون‌ها را فعالانه به آوند چوبی می‌فرستند؛ فشار اسمزی بالا می‌رود، آب وارد می‌شود و فشار افزایش می‌یابد. این سازوکار معمولاً فقط برای چند متر صعود کافی است.

نیروی اصلی از بالاست: خروج بخار آب از اندام‌های هوایی، یعنی تعرق، مکش ایجاد می‌کند. بیشتر این خروج از روزنه‌های برگ است، هرچند پوستک و عدسک‌ها هم سهم دارند. هم‌چسبی مولکول‌های آب به یکدیگر و دگرچسبی آن‌ها به دیواره، به پیوستگی ستون آب کمک می‌کنند. دیوارهٔ محکم آوند چوبی نیز در برابر این مکش مقاومت می‌کند. پس ریشه بیشتر «هل می‌دهد» و تعرق «می‌کشد».

روزنهٔ هوایی را دریچه‌ای میان دو یاختهٔ نگهبان تصور کن. وقتی مواد محلول در این یاخته‌ها بیشتر شود، فشار اسمزی افزایش می‌یابد و آب وارد آن‌ها می‌شود. تورژسانس حاصل، با کمک ساختار ویژهٔ دیواره‌ها، روزنه را باز می‌کند؛ خروج آب روند بسته‌شدن را پیش می‌برد.

چرا پرآب‌شدن به بازشدن می‌انجامد؟ رشته‌های سلولزیِ شعاعی، گسترش عرضی را محدود می‌کنند، اما اجازهٔ افزایش طول می‌دهند. دیوارهٔ پشتی هم نازک‌تر است و بیشتر کش می‌آید. در نتیجه، یاخته‌های نگهبان خمیده می‌شوند و فاصلهٔ میانشان باز می‌شود.

نور می‌تواند انباشت ساکارز و یون‌های پتاسیم و کلرید را تحریک کند. افزایش نور و دما و کاهش کربن‌دی‌اکسید، تا حد معین به بازشدن کمک می‌کنند؛ ولی افت شدید رطوبت هوا باعث بسته‌شدن می‌شود. آبِ درون گیاه و هورمون‌ها هم دخالت دارند.

پس «نور همیشه روزنه را باز می‌کند» درست نیست: بعضی کاکتوس‌ها روزها روزنه‌هایشان را بسته نگه می‌دارند. کاهش تعداد روزنه‌ها یا تعداد و سطح برگ‌ها نیز به صرفه‌جویی در آب کمک می‌کند.

قطره‌های لبهٔ برگ را دیده‌ای؟ اگر این قطره‌ها از درون گیاه خارج شده باشند، ممکن است نتیجهٔ تعریق باشند، نه تعرق. در تعرق، آب به شکل بخار خارج می‌شود؛ در تعریق، آب به صورت مایع بیرون می‌آید.

شب یا هوای بسیار مرطوب، تعرق را کاهش می‌دهد، اما انتقال یون‌ها در ریشه می‌تواند ادامه داشته باشد. اگر فشار ریشه‌ای بیش از آبِ ازدست‌رفته با تعرق، آب به برگ برساند، در بعضی گیاهان علفی قطره تشکیل می‌شود. خروج از روزنه‌های آبی در نوک یا لبهٔ برگ است؛ این روزنه‌ها همیشه بازند.

شبنم داستان دیگری دارد: بخار آبِ هوا روی سطح برگ مایع می‌شود. بنابراین دیدن قطره به‌تنهایی برای تشخیص تعریق کافی نیست؛ باید منشأ آب را در نظر گرفت.

آب و مواد معدنی تنها مسافران گیاه نیستند؛ ترکیبات آلی نیز در آوند آبکشی جابه‌جا می‌شوند. بخشی که این مواد را برای بخش‌های دیگر فراهم می‌کند منبع و بخشی که آن‌ها را می‌گیرد و مصرف یا ذخیره می‌کند محل مصرف است. برگ بالغ معمولاً منبع است؛ یک اندام ذخیره‌ای هنگام ذخیره‌کردن، محل مصرف و هنگام آزادکردن ذخیره، منبع می‌شود. بنابراین جهت حرکت همیشه رو به بالا نیست.

در الگوی جریان فشاری مونش، زنجیره را این‌طور دنبال کن:

• در منبع، مواد آلی با انتقال فعال وارد آبکش می‌شوند: بارگیری آبکشی.
• افزایش مواد محلول، فشار اسمزی را بالا می‌برد و آب وارد آبکش می‌شود.
• فشار افزایش می‌یابد و شیره به‌صورت توده‌ای به سمت محل مصرف با فشار کمتر می‌رود.
• در محل مصرف، مواد آلی با انتقال فعال خارج و مصرف یا ذخیره می‌شوند: باربرداری آبکشی.

این مسیر از یاخته‌های زنده می‌گذرد و از حرکت شیرهٔ خام کندتر و پیچیده‌تر است. شیرهٔ پرورده را می‌توان از خرطوم بریدهٔ شته نمونه‌برداری کرد. همچنین کم‌کردن تعداد میوه‌های جوان، سهم مواد آلیِ میوه‌های باقی‌مانده را بیشتر می‌کند.