خلاصه درس فصل ۹ زیست یازدهم؛ درسنامه و نکات مهم

از آزمایش داروین تا کشف اکسین

گلدانی کنار پنجره را تصور کن که ساقه‌اش به طرف روشنایی خم شده است. آیا سمت روشن ساقه بیشتر رشد کرده یا سمت سایه؟ برای پاسخ، مسیر آزمایش‌ها را دنبال کنیم.

داروین و پسرش دریافتند دانه‌رُست تنها وقتی به نور یک‌جانبه خم می‌شود که نوکش در معرض نور باشد. پوشاندن نوک با پوشش مات مانع خم‌شدن می‌شد، اما پوشش شفاف چنین اثری نداشت؛ پس نوک، محل دریافت نور بود.

پژوهشگران بعدی نوک بریده‌شدهٔ دانه‌رُست را مدتی روی آگار گذاشتند. سپس همان آگار را روی یک لبهٔ دانه‌رُستی بدون نوک قرار دادند؛ دانه‌رُست خم شد! آگار معمولی چنین اثری نداشت. پس ماده‌ای از نوک به آگار منتقل شده بود؛ ماده‌ای که بعدها اکسین نام گرفت.

در نور یک‌جانبه، اکسین در سمت سایه بیشتر جمع می‌شود و رشد طولی یاخته‌های آن سمت را افزایش می‌دهد. وقتی یک طرف ساقه بلندتر از طرف دیگر شود، ساقه به سمت کوتاه‌تر، یعنی سمت نور، خم می‌شود. این رشد جهت‌دار در پاسخ به نور یک‌جانبه را نورگرایی می‌نامیم.

اکسین و سیتوکینین؛ تنظیم رشد و شاخه‌زایی

چرا با زدن سرشاخهٔ بعضی گیاهان، گلدان پُرشاخه‌تر می‌شود؟ برای پاسخ، دو تنظیم‌کننده را کنار هم ببینیم:

• اکسین رشد طولی یاخته‌های ساقه و ریشه‌زایی را تحریک می‌کند؛ به همین دلیل در ریشه‌دارکردن قلمه کاربرد دارد.
• سیتوکینین تقسیم یاخته‌ای را تحریک می‌کند، پیری اندام‌های هوایی را عقب می‌اندازد و در کشت بافت به ساقه‌زایی کمک می‌کند.

اما «محرک رشد» یعنی همیشه و همه‌جا رشد را زیاد می‌کنند؟ نه؛ مقدار و محل اثر مهم است. جوانهٔ رأسی با اثر اکسین، رشد جوانه‌های جانبی را مهار می‌کند؛ این وضعیت چیرگی رأسی نام دارد.

با قطع جوانهٔ رأسی، در جوانه‌های جانبی اکسین کمتر و سیتوکینین بیشتر می‌شود؛ پس این جوانه‌ها رشد می‌کنند. اگر روی محل برش اکسین بگذاریم، جوانه‌های جانبی دوباره از رشد بازمی‌مانند.

در کشت بافت هم نسبت این دو مهم است: در تودهٔ یاخته‌های تمایزنیافته یا کال، اکسین زیاد و سیتوکینین کم به ریشه‌زایی کمک می‌کند؛ نسبت برعکس، به ساقه‌زایی. پس نتیجهٔ رشد را باید از برهم‌کنش تنظیم‌کننده‌ها فهمید، نه فقط نام یکی از آن‌ها.

جیبرلین؛ از رشد ساقه تا رویش دانه

گاهی بررسی یک بیماری، راه کشف یک تنظیم‌کنندهٔ رشد را باز می‌کند! دانشمندان ژاپنی دیدند دانه‌رُست‌های برنج آلوده به قارچ جیبرلا، بیش‌ازحد دراز و باریک می‌شوند و به علت استحکام کم روی زمین می‌افتند. بررسی مواد این قارچ به کشف جیبرلین‌ها انجامید؛ بعد مشخص شد خود گیاهان هم این مواد را می‌سازند.

جیبرلین‌ها با تحریک تقسیم و رشد طولی یاخته‌ها، طول ساقه را افزایش می‌دهند. همچنین در رشد میوه نقش دارند و برای تولید میوه‌های بدون دانه و درشت‌کردن میوه‌ها به کار می‌روند.

اما دانه برای شروع رشد چگونه از ذخایرش استفاده می‌کند؟ هنگام رویش دانهٔ غلات، مثل گندم، این زنجیره رخ می‌دهد:

• رویان مقدار فراوانی جیبرلین می‌سازد.
• جیبرلین بر لایهٔ گلوتن‌دارِ درون‌دانه اثر می‌گذارد و تولید و رهاشدن آنزیم‌های گوارشی را تحریک می‌کند.
• آنزیم‌ها دیوارهٔ یاخته‌ها و ذخایر درون‌دانه را تجزیه می‌کنند؛ مثلاً آمیلاز، نشاسته را تجزیه می‌کند.

پس جیبرلین خودش آنزیم گوارشی نیست؛ پیامِ تولید آنزیم‌ها را به راه می‌اندازد.

آبسیزیک اسید؛ مکث برای بقا

تصور کن دانه‌ای پس از کمی باران، در خاکی جوانه بزند که خیلی زود خشک می‌شود. دانه‌رُست برای ادامهٔ رشد به آب نیاز دارد؛ پس شروع رشد در چنین موقعیتی می‌تواند بقای آن را به خطر بیندازد. گاهی رشد نکردن، راه زنده‌ماندن است!

شرایط نامساعدی مانند خشکی، تولید آبسیزیک اسید را در گیاه تحریک می‌کند. این تنظیم‌کننده دو اثر مهم دارد:

• باعث بسته‌شدن روزنه‌ها می‌شود؛ در نتیجه، خروج آب از راه روزنه‌ها کاهش می‌یابد و آب گیاه بهتر حفظ می‌شود.
• در شرایط نامساعد، رویش دانه و رشد جوانه‌ها را مهار می‌کند؛ یعنی رشد را در زمانی که شرایط برای ادامهٔ آن مناسب نیست، محدود می‌کند.

مثلاً وقتی خاک گلدان خشک شده است، بسته‌شدن روزنه‌ها به گیاه کمک می‌کند آب کمتری از دست بدهد؛ البته این پاسخ جای آبیاری را نمی‌گیرد!

پس «بازدارندگی رشد» لزوماً زیان‌آور نیست؛ آبسیزیک اسید با کاهش رشد در شرایط سخت، به بقای گیاه کمک می‌کند.

اتیلن؛ رسیدن میوه و جداشدن برگ

یک سیب رسیده کنار میوه‌های نارس می‌تواند رسیدن آن‌ها را تندتر کند؛ چون اتیلن آزاد می‌کند. اتیلن تنظیم‌کننده‌ای گازی است و با رسیدن میوه، مقدار آن افزایش می‌یابد. از همین اثر برای رساندن برخی میوه‌های نارس پیش از عرضه به بازار استفاده می‌کنند.

اتیلن در چیرگی رأسی هم نقش دارد: اکسینِ جوانهٔ رأسی، تولید اتیلن را در جوانه‌های جانبی تحریک می‌کند و افزایش اتیلن، رشد این جوانه‌ها را متوقف می‌کند. پس اثر اکسین در اینجا با واسطهٔ اتیلن انجام می‌شود.

اما برگ چطور از شاخه جدا می‌شود؟ نکتهٔ مهم، افزایش نسبت اتیلن به اکسین در برگ است، نه فقط مقدار اتیلن. برگ در پاسخ به این تغییر، آنزیم‌های تجزیه‌کنندهٔ دیواره تولید می‌کند. در لایهٔ جداکننده، در قاعدهٔ دمبرگ، یاخته‌ها از هم جدا می‌شوند و به‌تدریج از بین می‌روند؛ در نتیجه برگ می‌افتد. چوب‌پنبه‌ای‌شدن یاخته‌های محل اتصال روی شاخه نیز لایه‌ای محافظ ایجاد می‌کند.

بنابراین، عنوان «بازدارندهٔ رشد» به این معنا نیست که اتیلن همهٔ فرایندهای گیاه را متوقف می‌کند؛ رسیدن میوه هم از اثرهای آن است.

نور و زمان گل‌دهی

نور برای گیاه فقط منبع انرژی فتوسنتز نیست؛ هم بر جهت رشد ساقه اثر می‌گذارد و هم می‌تواند زمان گل‌دهی را تنظیم کند. برای آغاز گل‌دهی، مریستم رویشیِ جوانه به مریستم زایشی تبدیل می‌شود؛ طول روز و شب از شرایط مؤثر بر این تغییر است.

برای شناخت نیاز نوری گیاهان، به طول شب توجه کن، نه فقط نام گروه!

• روزکوتاه، مثل داوودی: برای گل‌دهی به شب بلند نیاز دارد؛ شب نباید از حدّ معینی کوتاه‌تر باشد.
• روزبلند، مثل شبدر: برای گل‌دهی به شب کوتاه نیاز دارد؛ شب نباید از حدّ معینی بلندتر باشد.
• بی‌تفاوت، مثل گوجه‌فرنگی: گل‌دهی‌اش به طول روز و شب وابسته نیست؛ نه اینکه به نور نیازی نداشته باشد!

حالا راز چراغ گلخانه روشن می‌شود: نور کوتاهی در میانهٔ شب می‌تواند پیوستگیِ شب بلند را بشکند و مانع گل‌دهی داوودی شود. پرورش‌دهنده‌ها با تنظیم روشنایی و تاریکی، زمان گل‌دهی را مدیریت می‌کنند؛ پس فقط مجموع ساعت‌های تاریکی مهم نیست، پیوسته بودن آن هم اهمیت دارد.

سرما و راهنمای گرانش

فکر می‌کنی سرما همیشه رشد و گل‌دهی گیاه را عقب می‌اندازد؟ اثر دما به شرایط و نوع گیاه بستگی دارد. سرمای شدید می‌تواند جلوی رویش دانه‌ها و جوانه‌ها را بگیرد؛ اما بعضی گیاهان برای گل‌دهی به گذراندن یک دورهٔ سرما نیاز دارند. مثلاً در نوعی گندم، اگر بذر را مرطوب کنند و در سرما قرار دهند، دورهٔ رشد رویشی کوتاه‌تر می‌شود و گیاه زودتر گل می‌دهد. پس «سرمای شدیدِ بازدارنده» را با «دورهٔ سرمای لازم برای گل‌دهی» یکی ندان!

حالا یک دانه‌رست را تصور کن که گلدانش به پهلو افتاده است. گرانش زمین راهنمای جهت رشد است: ریشه در جهت گرانش و ساقه در خلاف جهت آن رشد می‌کند. به این رشد جهت‌دار در پاسخ به گرانش، «زمین‌گرایی» می‌گوییم.

بنابراین گیاه فقط به تغییر دما واکنش نشان نمی‌دهد؛ حتی جهت رشد اندام‌هایش هم می‌تواند پاسخی به محیط باشد.

تماس، رشد یا حرکت

اگر برگ گیاه حساس را لمس کنی، برگچه‌هایش تا می‌شوند؛ اما آیا هر پاسخ به تماس، از راه رشد اتفاق می‌افتد؟

پیچیدن ساقهٔ مو به دور تکیه‌گاه حاصل رشد نابرابر است. در بخشی از ساقه که با تکیه‌گاه تماس دارد، رشد یاخته‌ها کاهش می‌یابد؛ سمت مقابل بیشتر رشد می‌کند و ساقه خم می‌شود. مثل وقتی که دو طرف یک نوار با سرعت یکسان بلند نمی‌شوند و نوار به یک سمت می‌پیچد.

اما تا شدن برگ گیاه حساس سازوکار دیگری دارد: فشار تورژسانس، یعنی فشار محتویات یاخته به دیوارهٔ آن، در یاخته‌های قاعدهٔ برگ تغییر می‌کند و برگ تا می‌شود. پس این حرکت را نباید با رشد نابرابر توضیح داد.

تماس در شکار هم نقش دارد: برخورد حشره با کرک‌های برگ تله‌مانند گیاه گوشتخوار، پیام‌هایی ایجاد می‌کند که به بسته شدن برگ و گرفتار شدن حشره می‌انجامند.

نکتهٔ اصلی این است: محرک یکسان، الزاماً به معنای سازوکار پاسخ یکسان نیست.

سدهای دفاعی و مواد شیمیایی

گیاه نمی‌تواند از مهاجم فرار کند، اما بی‌دفاع هم نیست! دفاع آن را می‌توان به سد جلوی ورود و مقابلهٔ شیمیایی تشبیه کرد.

سدهای فیزیکی: پوستکِ بخش‌های هوایی جوان و دیوارهٔ یاخته‌ای، ورود عوامل بیماری‌زا را دشوار می‌کنند. لیگنین یا سیلیس، دیواره را سخت‌تر می‌کنند؛ در اندام‌های مسن نیز بافت چوب‌پنبه نقش حفاظتی دارد. البته این سدها نفوذناپذیر نیستند؛ مثلاً عامل بیماری‌زا ممکن است از منفذ روزنه وارد شود. خار، کرک و ترشحات چسبناک هم خوردن گیاه یا حرکت حشره را دشوار می‌کنند؛ مثل حشره‌ای کوچک که میان کرک‌های برگ گیر می‌کند.

دفاع شیمیایی: بعضی مواد گیاهی، گیاه‌خوار را بیمار می‌کنند یا می‌کشند؛ نیکوتینِ تنباکو نمونه‌ای از آلکالوئیدهای دورکنندهٔ گیاه‌خواران است. سیانید نیز تنفس یاخته‌ای را متوقف می‌کند.

اما چرا خود گیاه آسیب نمی‌بیند؟ یکی از راه‌ها، ساختن ترکیب اولیهٔ غیرسمّی است: بعضی ترکیبات سیانیددار در گیاه به تنفس آسیبی نمی‌زنند، ولی در لولهٔ گوارش جانور تجزیه می‌شوند و سیانید سمّی آزاد می‌کنند.

مهار آلودگی و کمک جانوران

اگر ویروس از سدهای دفاعی گیاه بگذرد، آیا دفاع تمام شده است؟ نه! گیاه می‌تواند با مرگ یاخته‌های آلوده و قطع ارتباط آن‌ها با بافت سالم، گسترش ویروس را محدود کند؛ شبیه بستن راه ارتباطی بخش آلوده برای حفاظت از بخش‌های دیگر. این کار به گیاه فرصت می‌دهد با روش‌هایی مانند تولید ترکیبات ضدویروس مقابله کند. در مرگ یاخته‌ای، یاخته با آنزیم‌های خودش گوارش می‌شود و سالیسیلیک اسید در القای این پاسخ نقش دارد.

گاهی هم جانوران به دفاع گیاه کمک می‌کنند. مورچه‌های ساکن آکاسیا به گیاه‌خواران حمله می‌کنند. هنگام باز شدن گل‌ها، ترکیبی شیمیایی مورچه‌ها را دور می‌کند تا به زنبورهای گرده‌افشان حمله نکنند.

در تنباکو، برگِ آسیب‌دیده از تغذیهٔ نوزاد کرمی‌شکل حشره، ماده‌ای فرّار آزاد می‌کند. زنبور وحشی با دنبال کردن این ماده، نوزاد حشره را می‌یابد و روی آن تخم می‌گذارد. نوزادان زنبور از آن تغذیه می‌کنند و آن را می‌کشند؛ پس جمعیت آفت کاهش می‌یابد. این ماده پیامِ جلب کمک است، نه سمی که خودش آفت را بکشد.