BİTKİLERİN BESLENMESİ VE BÜYÜMESİ

Transkript

1 BİTKİLERİN BESLENMESİ VE BÜYÜMESİ Bitkiler yaşamsal faaliyetleri için gerekli besinleri kendileri sentezlerler.bunun için gerekli ham maddelerin büyük bir kısmını havadan karbondioksit şeklinde mineralleri ise toprak dan sağlarlar.inorganik iyonlar şeklinde toprak dan sağladıkları mineraller,organik maddelerde kullanıldıkları gibi enzimlere koenzim şeklinde de katılabilirler.örneğin bitkiler azot ihtiyaçlarını nitrat iyonlarından sağlarlar.bitkinin kuru ağırlığındaki artış ne toprak dan ne de sudan sağlanır havadan aldığı karbondioksit bu iş için sağlanır. Bitkiler yaklaşık 9 tane ana elemente ihtiyaç duyarken 8 tane de yardımcı element ihtiyaçları vardır.ana elementler karbon,oksijen,hidrojen,azot,sülfür,fosfor, potasyum, kalsiyum ve magnezyumdur. Yardımcı elementler klor,demir,bor,manganez,çinko, bakır, molibden ve nikeldir.bu maddelerin eksikliğinde çeşitli belirtiler bitkilerde gözlenir örneğin magnezyum eksikliğinde yapraklarda sararma belirgindir. Genç bitkilerin yaşlılara oranla geliştikleri ortamdan daha fazla besin elementi aldıkları ve dolayısıyla bünyelerinde daha fazla besin elementi bulundukları görülmüştür.besin elementleri miktarı bitki çeşidine olduğu gibi bitki organlarına bağlı olarak da değişir.kimi elementler bitkilerin genç organlarında ve kimileri de yaşlı organlarında göreceli olarak daha fazla bulunur. Taşınır bir element olan potasyum genç yapraklarda daha çokken kalsiyum yaşlı yapraklarda da çok bulunur. Toprağın yapısı Toprağın en üst katmanı parçalanmış kayalar organik maddeler ve canlılardan oluşmuştur.köklerin etrafını çeviren tabakalar içerisinde hava boşlukları bulunur. Hücresel solunum için bu boşluklar gereklidir. Bir kaşık toprak içerisinde yaklaşık 5 milyar bakteri vardır.bakteriler ve diğer canlıların etkileri toprağın kimyasal yapısı üzerine etkisi vardır.bitki kökleri toprağın ph ı ve erozyonu önleme üzerine etkisi vardır.canlıların artıkları ve ölü organizmalar çürüme sonucu parçalanarak humus u oluşturur. Toprak katmanı içerisindeki toprak parçaları etrafında ince bir su film tabakası vardır.bu su tabakası içerisinde çözünmüş mineraller bulunur. Toprak parçaları negatif elektrik yükleri aracılığıyla Ca,Mg,Al ve Mn gibi katyonları absorbe eder. Organik maddelerin parçalanması ve toprak canlılarının solunumu sonucu oluşan karbondioksit toprak suyu ile birleşerek karbonik asiti oluşturur.karbonik asidin iyonizasyonu ile açığa çıkan hidrojen iyonları toprak ph ının düşmesine neden olur.ayrıca Hidrojen iyonları toprak parçasına geçerken Ca ve K gibi katyonlarda bitki köklerine geçer buna katyon değişimi denir.

2 Ortak yaşam Bitki kökleri mineral besinlerin bulunması ve emilmesinde etkilidir.mineral besin elementlerince yoksun topraklarda bitkilerin büyüyebilmesi için, bitki kökleri ile simbiyotik ilişki kuran yararlı mikroorganizmaların yardımı gerekmektedir.bu canlılar arasında mikoriza mantarları ve azot bağlayıcı bakteriler vardır.bu canlılar bitkiler için gerekli maddelerin topraktan alınıp bitkiye bağlanmasında yardımcı olurlar. Mikoriza mantarları fosfat sağlanmasında etkindir.azot bağlayan bakteriler baklagillerin köklerinde yaşarlar. amonyağa dönüştürür.ayrıca insanların yaptığı çeşitli endüstriyel etkinlikler önemli ölçüde azotun bağlanmasını sağlar.(azot gübre fabrikaları) Gaz halindeki azotu bağlayan bakteriler moleküler azotu parçalamak ve hidrojenle birleştirmek için nitrojenaz enzimini kullanırlar.fakat bu enzim oksijen bulunmayan ortamlarda aktif dir, o nedenle bu bakteriler daha çok oksijen bulunmayan ortamlarda yaşar.fotosentez yapan hem de azot tutan siyanobakterilerin çoğu, azotu heterosist denilen kalın duvarlarıyla oksijeni dışarıda Bitki beslenmesinde azotun rolü Yerküre atmosferinin %78 i zaot kaynağından oluşur.bütün canlıların protein ve nükleik asit için azota ihtiyaçları vardır.fakat canlıların büyük bir kısmı havadaki gaz halindeki azotu kullanamazlar, oksitlenmiş azota(nitrat=no 3 - veya nitrit(no - 2) ya da indirgenmiş azota (Amonyak=NH 3 ) ihtiyaç duyarlar.havadaki gaz halindeki azotu belli bazı bakteriler ve siyanobakteriler bağlayabilir.azot döngüsü bu nedenle büyük ölçüde bu canlılar tarafından gerçekleştirilir. Azotun bağlanması, gaz halindeki azotun amonyağa dönüşmesidir. Yıldırımların ürettiği akımlar gaz halindeki azotun bir kısmını tutan hücrelere bağlarlar.bu bakteriler suda yaşarlar.

3 Baklagil bitkilerinde bulunan Rhizobium gibi azot bağlayan bakteriler bulunur.bunlar bitkilerle simbiyotik ilişki içinde yaşarlar.bur da bitkiler köklerindeki nodül denilen özel yumrularda bakterileri barındırırlar ve oksijen bakımından fakir bir ortam yaratırlar.baklagiller oksijen ayarını ürettikleri leghemoglobin ile ayarlarlar.bu madde hemoglobine benzer bir yapıdadır.oksijen bağlayıcı bu protein nodüllerdeki oksijen seviyesinin ayarlanmasını sağlar. Azot döngüsünde 5 ana süreç vardır.1)azotun bağlanması, 2)Nitrifikasyon, 3)Asimilasyon, 4)Amonifikasyon, 5)Denitrifikasyon Azotun bağlanması toprakta ya da bitkilerin köklerinde yaşayan bakteriler tarafından gerçekleştirilir.nitrifikasyon, aerobik bakterilerin amonyağı nitrata dönüştürme sürecidir. İlk aşamada amonyağın nitrite dönüşmesi(no 2 ) gerekir. İkinci aşamayı gerçekleştiren bakterilerde Azot döngüsünün son aşamasıda denitrifikasyon dur.bur da nitrat, gaz halindeki azota indirgenir ve azot gazı atmosfere döner.bu olay daha çok oksijensiz ortamlarda (Lağımlar,aşırı gübrelenmiş topraklar gibi) gerçekleşir. nitriti oksitleyerek nitrat yaparlar.bu olayı yapan bakterilerde bu oksidasyon sonucu oluşan enerji ile yaşamlarını sürdürürler.asimilasyon ise nitratın proteinlerle birleşmesi sonucu indirgenmesidir. Böylece karmaşık moleküllerin yapısına katılır. Canlılar öldüklerinde amonifikasyon yani organik molekülün tekrar parçalanarak toprağa azotun amonyak şeklinde geçmesidir.

4 Bitkilerde iletim Bitkilerde madde taşınması üç seviye de gerçekleşir.birincisi su kaybı, köklerden emici tüylerle suyun ve suda erimiş maddelerin emilmesi ikincisi kısa mesafeli hücreden hücreye madde taşınması üçüncüsü ise uzun mesafeli ksilem ve floem içinde bütün bitki boyunca madde taşınmasıdır. Kökler tarafından emilme Emici tüyler su ve suda erimiş minerallerin emilmesini sağlar.taşıma yönü topraktan epidermise geçen suyun ordan kök korteksine ulaşması ve ksileme geçerek bitki boyunca taşınmasıdır.emici tüylerle emieln su iki yönlü taşınır apoplastik taşımada su ve suda erimiş mineraller hücre duvarları ya da hücreler arası boşluk yardımıyla taşınır.simplastik taşımada ise suda erimiş maddeler hücrelere geçerek plasmodesmata lar aracılığıyla hücreler arası yolu takip ederek taşınır.epidermis ve korteks hücrelerine iki yolla erişen su ve suda erimiş maddeler endodermise ulaşır.bura da apopolastik yol devam edemez çünkü endodermiste bulunan kaspariyan şeridi buna engel olur.endodermisten orta silindire ulaşan su ksileme geçer.burdaki hücrelerin seçici geçirgenliği emilen bütün minerallerin ksileme geçmesini engeller.ayrıca bitki köklerinde yaşayan bazı mantar hifleri bitkilere gerekli minerallerin alınması için bir fayda sağlar burada karşılıklı fayda üzerine kurulu bir ortak yaşam vardır. Ksilem yolu ile taşıma Ksilem boruları içerisinde su ve suda erimiş mineraller 100m yukarılara bile taşınabilir.kök basıncı ksilem boruları içerisinde suyun taşınmasına etki eden bir kuvvetdir.gutasyon otsu bitkilerde kök basıncından kaynaklanır.toprakta nemin yüksek ve bitkide de terlemenin düşük olduğu zamanlarda köklerden giren su köklerden kaynaklanan basınçla yapraklardan çıkmaya zorlanır ve su damlalar halinde yaprak kenarlarında birikir. Su molekülleri hidrojen bağları aracılığıyla komşu su moleküllerine tutunur.yüksek gerilimlerde bile su molekülleri birbirlerinden ayrılmaz.yapraklarda su molekülleri terleme sonucu kayboldukça alttaki su molekülleri yukarıya doğru çekilir.buna terleme kohezyon teorisi denir. Yaprağın mezofil hücrelerinden buharlaşarak su kayboldukça yaprakların atmosfer ile doğrudan değinim halinde olan hücrelerinde su potansiyeli önemli derecede azalır.su potansiyelinin gösteren negatif değer büyüdükçe su gereksinimi artar.eksilen su potansiyelini karşılamak amacıyla bu hücrelere sürekli olarak aşağıdan su taşınır.su potansiyelinin eşitlemek için yaprağın atmosfere değinen yüzeylerine yaprak damarlarından suyun aktarılması ile ksilem elementleri içerisinde bir emme basınç oluşur.bitkinin tepesinde oluşan bu emme ksilem elementlerin içindeki su sütünü aracılığıyla kök ucunda da aynen etkisini gösterir. Böylece suyun toprak dan köklere girmesi ve yapraklara kadar taşınması sağlanır.

5 Terlemenin bitkilere bir diğer faydası yaprak üzerindeki aşırı ısı artışının önlemesidir. Bazı bitkilerde epidermal hücreler özelleşmiştir ve trikom denen tüylü çıkıntılar yaparlar.trikomlar fazla güneş ışığını yansıtırlar ve yaprağın aşırı ısınmasını önlerler.bazı trikomlar yaprakları bitki yiyicilerden korumak için özel tahriş edici maddeler salgılarlar. Terlemenin kontrolü Bekçi hücreleri fotosentez ve terleme oranlarını ayarlanmasında etkilidir.bu hücreler stoma ların açılıp kapanmasına etki ederek fotosentez için gerekli su oranını ayarlar.bitkilerde terleme fotosentez oranı vardır.yaklaşık bir gram karbondioksiti kullanabilmek için harcaması gereken su miktarı genelde bitkilerde 600:1 oranı şeklindedir.1 Gram karbondiositi kullandığında 600 gr su kaybeder.bitkiler su kaybetmeden havadan CO 2 alma yönünde herhangi bir mekanizma geliştirememişler fakat su kaybını azaltacak yönde adaptasyonlar kazanmışlardır.kaktüs gibi birçok çöl bitkisi stomalarını gece su kaybı az olduğu zaman açarlar.bu crussulacean asit metabolizması(cam) bitkileri CO 2 i bir organik asit halinde geceleri bağlar.gündüz vakti ise stomalarını kapatırlar ve gece ürettikleri organik asiti parçalayıp ondan salınan CO 2 i fotosentezde kullanarak gündüz terleme ile su kaybını önlerler. Stomaların açılıp kapanması Her bir stoma bir çift bekçi hücresi ile çevrelenmiştir.bekçi hücreleri stomaların şekil değişikliklerini kontrol ederek açılıp kapanmalarını sağlar böylece terleme ve fotosentez üzerinde etkili olurlar.stomaların açılıp kapanması stoma hücrelerindeki su miktarındaki artış ve azalışla kontrol edilir..gün ışığı etkisi altında stoma hücrelerinde çözünmüş maddeler, örneğin potasyum iyonları bekçi (arkadaş) hücrelerinde aktif olarak biriktirilir..çözünmüş maddelerdeki bu artış ozmoz yardımı ile bekçi hücrelerine doğru suyun hareket etmesine neden olur.oluşan turgor basıncının etkisi ile bekçi hücreleri büzülür ve stomalar açılır. Geceleyin de tersine neden olan olaylar sonucu stomalar kapanır.

6 Bekçi hücrelerindeki ışığa karşı duyarlı reseptörler gündüzleri ışık enerjisi ile ATP yapımını sağlayarak potasyum iyonlarının aktif taşınmasını gerçekleştirir.ayrıca yaprağın mezofil dokusunda bulunan karbondioksitin tüketilmesi stomaların açılması için bir etkendir.bekçi hücrelerinde bulunan biyolojik iç saat mekanizmaları da stomaların açılıp kapanmalarını sağlar. Bitkilerde su stresi önce absisik asit(aba) olarak adlandırılan bitki hormonunun üretilmesine yol açar.daha sonra ABA, çözünmüş maddelerin arkadaş hücrelerin dışına çıkmasına, bu olay turgor basıncı kaybına ve en sonunda da stoma açıklığının kapanmasına yol açar.sonuçta, bitkide görülen su stresi, gündüz vakti normal olarak açık olan stomaların düzenini bozarak onların kapanmasına yol açar.gün ortasındaki aşırı sıcaklık artışı solunum hızını arttırır ve yaprak içinde daha fazla karbondioksit biriktirilir.bitkiler stomalarını kapatarak su kaybını azaltır ve solunumla meydana gelen karbondioksiti kullanarak fotosentezi sürdürmeye devam ederler. Floem de organik madde taşınması Su, ksilem dokusundan yapraktaki, yüksek şeker yoğunluğuna sahip yaprak floem hücrelerinin içine ozmoz yoluyla geçer.bu hücreler çok katı hücre duvarlarına sahip olduklarından esneyemezler.içeride bir hidrostatik su basıncı oluşur.bu basınç zengin şeker içeriğine sahip olan floem öz suyunun diğer floem hücrelerine doğru hareketi sağlar.böylece şeker akışı yoğunluk farkına göre yapraklardan genelde kök hücrelerine doğru gerçekleşir. Bitki hormonları Hormonlar üretildikleri yerden çok uzak hücrelerde bile etkili olabilen kimyasal maddelerdir.hayvansal hormonların tersine bitki hormonları birçok hücre çeşidi tarafından üretilebilirler. Absisik asit:tohumların uyku durumunda kalmalarını sağlar, stomaların kapanmaları üzerine dolaylı etki yapar. Oksinler:Işığa yönelim şeklinde büyümeye neden olurlar, yaprak dökülmesini engeller. Brassinosteroidler:İletim demetlerinin, gövdenin, polen tüplerinin uzamasını sağlar. Sitokininler:Yaprak yaşlanmasını geciktirir.hücre bölünmelerini arttırır. Etilen:Meyve olgunlaşmasını arttırır.yaprak ve çiçek yaşlanmasını dökülmesini arttırır. Giberellin:Tohum çimlenmesini arttırır.gövde büyümesini hızlandırır. Tohum çimlenmesi ve giberellinler Bitkilerde büyüme ve gelişme tohumla başlar.tohum su alarak çimlenir ve depo ettiği polisakkaritleri, yağları ve proteinleri çimlenme sırasında kullanır.bütün bu olaylar çimlenme sırasında tohum tarafından salgılanan hormonlar tarafından kontrol edilir. Tohumdaki embriyo tarafından önce embriyonik kök oluşturulur ve bitki toprağa bağlanır. Tohumlar toprak içinde çimlenir ve daha sonra oluşan embriyonik gövde ışığı doru yönelerek ilk oluşturduğu yapraklar tarafı ndan fotos entez başla tılır. Mısır

7 Yukarıda bir çenekli bir bitki olan mısır ile iki çenekli bir bitki olan fasulyenin çimlenmesi gösterilmiştir.tohumun uyku halinin ortadan kalkması için suyun emilmesi gerekir. Tohumların ağırlığının yüzde 5 ile 15 arası su yoğunlukları vardır.su alımının başlaması ile bazı metabolik değişiklikler ortaya çıkar.rna sentezi hızlanır ve protein sentezi başlar.tohum hacmindeki artış ile birlikte tohum kabuğu parçalanmaya başlar.başlangıçta gerekli enerji fermantasyon ile kazanılabilir fakat daha sonra oksijenli solunum reaksiyonları başlar. Arpa tohumunda çimlenmek için su emildikten sonra embriyo giberellinleri alevron tabakasına doğru salgılar ve burada bazı proteinler oluşur bu proteinler endosperm tabakasında ki besinlerin parçalanmasına neden olur böylece embriyoya yeni hücreler kazandırabilmek için gerekli enerji ve besin sağlanır. Giberellinler apikal tomurcuklarda,köklerde,genç yapraklarda ve bitkilerin embriyolarında üretilirler.hücre bölünmesi ve hücre uzamasını teşvik ederek,gövde ve yaprak uzamasına neden olurlar. Bitki büyümesi üzerine oksin etkisi Oksinler daha çok sürgün uçlarında çok genç yapraklarda üretilir ve aşağı doğru taşınır.oksinler hücreleri, hücre duvarının içine asit salgılanması için uyarır.salgılanan asit hücre duvarının gevşemesine neden olur ve hücre genişleyerek bir büyüme ya da yönelme tepkisi gösterir.bitkiler tepe tomurcuğunda yer alan uç tomurcukları tarafından da oksin hormonu üretirler. Bu hormonlar yan tomurcukların büyümesini engeller bu olay apikal dominansi olarak bilinir.eğer uç tomurcuk kesilirse yan tomurcuklar yan dalları meydana getirirler.oksinler bitki

8 köklerinin aşağı doğru büyümesini de gerçekleştirirler.bitkilerde ışığa yönelme (fototropizm) ve dokunulan nesneye doğru büyüme den de (tigmotropizm) oksinler sorumludur. Absisik asit stres hormonu Bu hormon bitkilerde olumsuz kış koşullarına karşı koruyucu bir etki yapar. Metabolizmayı durdurucu etkisi vardır, dormansi olarak adlandırılan yani uyku olayını başlatarak olumlu sinyaller gelinceye kadar tomurcuklarda büyümeyi, tohumun çimlenmesini durdurur. Fide büyümesi için olumlu koşullar sağlanıncaya kadar çimlenmeyi engeller. Brassinosteroidler ışığın etkisine aracılık edenler Bu hormon çeşitli bitkilerde bulunur hücre uzamasını, polen tüpü uzamasını,iletim demetlerinin farklılaşmasını arttırır fakat kök uzamasını engeller.işığın bitki üzerine etkisini sağlayan bazı maddelerin sentezini sağlarlar. Dolayısıyla eksikliklerinde ışığın bitki üzerine etkilerini değiştirebilirler. Bitkilerde yerçekimine karşı büyüme gravitropizma olarak adlandırlır.kökler toprak yönüne doğru büyüdükleri için pozitif geotropik davranış, gövdeler ise negatif geotropik davranış sergilerler. Sitokininler tohumdan yaşlılığa kadar etkindirler Sitokininler kök uçlarında oluşturulurlar ve bitkinin diğer bölümlerine yayılırlar.adenin maddesinin bir türevidirler. Daha çok hücre bölünmesini uyarıcı etkileri vardır.bundan başka, Gövdeden yan dalların çıkmasını sağlar, yapraklarda yaşlılığı geciktirir, bazı mantarlar ile bitkiler arasında ortak yaşamın kurulmasını sağlarlar. Işık ve fotoreseptörler Hayvanlarda olduğu gibi bitkilerde de ışığa tepki gösteren pigment-protein molekülleri vardır.bitkiler ışık şiddetini ve gün uzunluğunu ölçmek için bu molekülleri kullanırlar. Işığı algılayan moleküller fitokrom ve kriptogramlardır.fitokromlar kırmızı ve kırmızı ötesi,kriptogramlar ve fototropin ise mavi ve ultraviyole ışığa karşı duyarlıdırlar. Tohumlar kırmızı ışığa bırakılırsa aktive olan fitokrom tohum dormansisinin sona ermesi ve tohum çimlenmesinin uyarılması için gerekli genleri çalıştırır.karanlıkta saklanan tohumlar çimlenemez eğer toprak nadas yapılırsa çimlenme kırmızı ışığın alınmasıyla başlar. Fitokromlar çiçeklenmeyi de kontrol ederler.bunun için gece uzunluğunu ölçerler.karanlık süre uzadıkça daha fazla fitokrom molekülleri inaktif hale geçer ve gen ifadesini azaltırlar. Etilen meyve olgunlaşmasını sağlar Etilen hormonu sitokininlerin tam tersi etki yapar.yani olgunlaşmayı sağlar.etilen hücre zarlarını kırıcı etki yapar ve dokular su kaybeder.ayrıca meyvede şeker üretiminin artmasına bu da hücre çeperinin yumuşamasına neden olur böylece meyve olgunlaşır.atmosferde yayılan bu gaz bütün meyveleri etkileyebilir.