تغذیه در گیاهان
جذب مواد شیمیایی از محیط و تغییر یافتن آنها به منظور برآوردهشدن نیاز گیاه به ماده و انرژی، تغذیه گفته می شود. با این تعریف تغذیه شامل فرایندهای متعدد و بسیار پیچیدهای مانند جذب، متابولیسم (آنابولیسم و ماتابولیسم) و دفع است.
اتوتروفها و هترتروفها
چنانچه جانداری بتواند از مواد کانی به کمک انرژی خورشید نیاز خود به ماده و انرژی را تأمین کند، این جاندار را فتواتروت گوئیم و اگر تنها انرژیموجود در مواد کانی بری ساختن مواد آلی مورد نیاز خود استفاده کند، کمواتوتروف (شیمیواتروف) نام دارد.بر خلاف این دو گروه از اتوتروفها، جاندرانیهستند که مواد آلی مورد نیازشان را از بدن جانداران دیگر تأمین میکنند و در حقیقت وابسته بع اتوتروفهاهستند، به این گروه از جانداران هتروتروف گوئیم. گروه اخیر برخلاف گروه اتوتروفها، قادر به استفاده از کربن اکسید شده نیستند و تنها می توانند نوع احیا شدۀ آنرا مورد مصرف قرار دهند. در این تقسیم بندی مرزهای مشخصی بین جانداران وجود ندارد. همۀ گیاهان اتوتروف نیستند، در میان آنها گروهی مانند گونه های مختلف سس و گل جالیز به حالت انگل کامل بر رویگیاهان اتوتروف زندگی میکنند و در کشاورزی به عنوان آفت تلقی می شوند. سس بر روی ساقۀ بسیاری از گیاهان مانند ریحان، شبدر و یونجه زندگی کرده، به کمک مکینه های خود مواد غذایی آنها را می گیرد. گل جالیز نیز بر روی ریشۀ بسیاری از گیاهان مانند خیار، گوجه فرنگی، بادنجان و غیره روئیده از مواد غذایی آنها استفاده می کند و موجب خسارت فراوان میشود. را فلز یا، گیاه انگلی است که به صورت رشته هایی درون درختان جنگلی زندگی می کند و گلهای آن گاهی به قطر یک متر و وزن 9 کیلوگرم می رسد در خارج از گیاه میزبان تشکیل می شود. عدۀ دیگری نیمه انگلند. این گیاهان بهخاطر انجام فتوسنتز بخشی از نیازهای خودشان را تأمین کرده و بخش دیگر را از گیاه میزبان می گیرند. در میان فرمانروای گیاهان عده ای هم مانند چپق سرخ پوستان (مونوتروپا) پوده رست (ساپروفیت) بوده، روی بقایای جانداران در حال تجزیه زندگی می کنند.
گیاهان و چگونگی جذب نیتروژن
اگر چه حدود 79 درصد از آتمسفر نیتروژن است و این منبع عظیمی به حساب می آید ولی تنها شمار بسیار محدودی از گروه تک زیان (باکتری ها و جلبکهای سبز، آبی) توانایی جذب نیتروژن آزاد را دارند. بنابراین گیاهان نیازهای نیتروژنی خود را از خاک و جانوران علفخوار از نیتروژن آزاد را دارند. بنابراین گیاهان نیازهای نیتروژنی خود را از خاک و جانورانعلفخوار ازگیاهان و جانوران گوشتخوار از علفخواران برآورده میکنند. این موضوع اهمیت جذب نیتروژنرا در گیاه مشخص میسازد. اگر چه در خاک ترکیبات نیتروژن دار متعدد است ولی گیاهان از نیتروژن تنها بهصورت نیترات و آمونیم استفاده می کنند. بخشی از نیترات پس از جذب به وسیله ریشه احیا شدهو به آمونیم تبدیل می گردد و بقیه از راه آوندهایچوبی بهبرگها می رود و در آنجا نیز مانند ریشه، عمل احیای نیترات و تبدیل ان به آمونیوم صورت می گیرد. عمل احیای نیترات طی دو مرحله انجام می شود. در مرحلۀ اول نیترات به کمک آنزیم نیترات ردو کستازو NADH, H + مطابق فرمول زیر تبدیل به نیتریت می شود.
O 2 H + + NAD + 2 – NO نیترات ردوکتاز + NADH,H + 3 - NO
مرحلۀ دوم، احیای نیتریت و تبدیل آن به آمونیوم است که در کلروپلاستها یا پیش پلاستها انجام می شود و الکترون لازم بای احیای نیتریت، از واکنشهای روشنایی فتوسنتزبرآورده می شود.
O 2 H 2+ +4 NH نیترات ردوکتاز +H 8+ 3 - NO
پس از این مرحله، بلافاصله از نیتروژن آمونیمی آمینواسید به وجود می آید زیرا تراکم نیتروژن آمونیمی برای گیاه سمی و خطرناک است.
لازم به یادآوری است که نیتروژن آمونیمی نیز ممکن است به طور مستقیم به وسیلۀ ریشۀ گیاه از خاک جذب شود. سرنوشت این نیتروژن نیز همانند نیتروژن آمونیمی است که از احیای نیترات به وجود می آید. علاوه برمواد ذکر شده، گیاهان می توانند ترکیبات آلی مانند آمونیو اسیدها، اوره، اسیداوریک و غیره را جذب کرده و تا حدودی نیازهای نیتروژنی خود را برآورده سازند ولی بهطور کلی جذب نیتروژن معدنی را بر جذب نیتروژن آلی ترجیح می دهند. گیاهان گوشتخوار که در محیط هایی کم نیترات بر رقبای خود پیروز می شوند کمبود نیتروژن خود را از راه شکار جانوران کوچک تأمین می کنند.
با توجه به این که تریبات نیتروژن دار اهمیت فوق العاده ای در ساخت و کار جانداران دارد، اگر سیر نیتروژن را یک سویه به صورت زیر در نظر گیریم.
پروتئینها آمینو اسیدها آمونیوم نیتریت نیتروژن نیتراتی
به زودی پس از مدت کوتاهی منبع نیتروژنی خاک به پایان می رسد و زندگی بسیاری از جانداران به مخاطره خواهد افتاد. درحالی که چنین نیست، زیرا عواملی نیز وجود دارند که این فرآیند را در جهت مخالف سوق داده و از پروتئینهای گیاهی و جانوری طی فرآیندشوره گذاری نیترات به وجود می آوردند. به سخن دیگر؛نیتروژن دارای سیر چرخه ای از خاک به گیاه و از گیاه به جانور و از این دو سمت خاک است (شکل 2 - 6).
فرآیند شوره سازی
خاستگاه ترکیبات نیتروژن دار جانداران همان نیتروژن معدنی است زیرا پس از این که جذب گیاه گردید به صورت آمینواسیدها، پروتئینهاو اسیدهای نوکلئیک و سایر مواد نیتروژن دار گیاه درمی آید. جانوران علفخوار قسمتی از این مواد آلیرا جزء بدنخود کرده و جانوران گوشتخوار نیز بخشی از آن را بهمصرف خود می رسانند ولی سرانجام تمام ترکیبات نیتروژن دار الی جانداران مختلف به خاک بر می گردد و به این ترتیب گردش نیتروژن مانند بسیاری از عناصر دیگر کهدر سال اول مطالعه کردهاید به صورت چرخه ای است. مراحل مختلف شوره سازی از ایین قرار می باشد که ابتدا اجساد و بقایای جانداران تحت اثر عده ای از باکتریها و قارچها تجزیه شده مواردی مانند امینواسیدها، اوره و گازهای بدبو از تجزیه و فساد آنها به وجود می آید، که در اصطلاح تخمیر عفونی می کویند. مرحلۀ بعد، آمونیاک سازی است که نخستین مرحلۀ معدنی شدن نیتروژن آلی به حساب می آید. درطی این مرحله، نیتروژن امونیکی به وجود می آید؛ برای مثال میکروکوک اوره، اوره را به کربنات امونیوم تبدیل می کند. در گیاه حتی اوره به وسیلۀ انزیم اورهاز به آمونیاک تبدیل می شود.
2 NH
2 CO + 3 NH 2 اوره آز O 2 H + O ==== C
2 NH
فتوسنتز و تنفس
مهمترین مسئلهایکه در فیزیولوژی گیاهی ذهن گروه زیادی از دانشمندان رابه خود مشغول داشته فرآیند فتوسنتزاست. فتوسنتز یکی از پیچیده ترین فرآیندهای زیستی است که فهم آن نیاز بهداشتن معلومات کافی از رشته های فیزیک و شیمی نور، بیوشیمی، بیولوژی مولکولی، فیزیولوژی، سلول شناسی، بوم شناسی و سایر شاخه های مربوط به رشتۀ زیست شناسی دارد.
اهمیت فتوسنتز از این جا ناشی می شود که زندگی همۀ جانداران (جز گروه کوچکی که شیمیواتوتروف هستند) در گروه این فرایند است. بنابراین فتوسنتز نه تنها می تواند مورد توجه دانشمندان، بلکه برای همۀ افراد بشر که در کرۀ زمین زیست می کنند و به ویژه برای کشاورزان و تولیدکنندگان فرآورده های گیاهی بسیار جالب باشد. در حقیقت فرآیند فتوسنتز تعیین کنندۀ ترکم جمعیت انسان و جانوران در کره زمین استف زیرا غذایی را که می خوریم و هوایی را که تنفس می کنیم نتیجۀ این فرآیند است.
با همۀ پژوهشهایی که دربارۀ فروغ آمایی (فتوسنتز) انجام شده هنوز مسائل مجهولی وجود دارد که دز آینده بایستی معلوم شود و چنانچه روزی پرده از این راز شگفت انگیز طبیعت برداشته شود و بشر بتواند انرژی خورشید را مانند گیاهان به انرژی شیمیایی موجود در مواد آلی تبدیل سازد، تحولی پس عظیم در زندگی انسان و جانوران به وقوع خواهد پیوست.
خلاصۀ فرآیند فتوسنتز را که در سالهای پیش مطالعه کرده اید به قرار زیر است :
برای انجام فرآیند فتوسنتز وجود نور، 2CO، O2H در محیط و کلروفیل ضروری است.
گلوکز که یکی از فرآورده هایفتوسنتز است، از ترکیب عناصر کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته می شود خاستگاه کربن و اکسیژن گلوکز از 2 CO و هیدروژن آن از آب است.
در جریان فتوسنتز، اکسیژن متصاعد می شود که خاستگاه آن از آب است. بنابراین برای آزاد شدن اکسیژن، لازم است که آب تجزیه شود، این عمل به کمک انرژی نوری انجام می شود.
تنها مولکولهایکلروفیل است که می تواند انرژی خورشید را جذب کرده و این انرژی را برای شکستن مولکول اب به کار برد.
با شکستن مولکول آب دو عنصر آزاد می شود یکی2O که متصاعد و دیگری هیدروژن که طی مراحل مختلف و با حضور آنزیمهای گوناگون با 2 CO ترکیب می شود.
شکسته شدن مولکول اب نیاز به انرژی خورشیدی دارد. این مرحله را مرحلۀ نوری گویند، در حالی که ترکیب هیدروژن و 2 CO هم در نور و هم در تاریکی می تواند انجام شود.
اولین ماده ایکه از احیای دی اکسید کربن به وجودمی آید ماده ای به نام اسید 3 – فسفوگلیسریک است که خاستگاه همۀ فرآوردههای فتوسنتز محسوب می شود.
طول موجهای مختلف در فرآیند فتوسنتزاثر گوناگونی دارند. مؤثرترین انواری که جذب مولکولهای کلروفیل می شوند قرمز، آبی و بنفش است.
کلروپلاست
پلاستهای محتوی کلروفیل را کلروپلاست می گویند (شکل 1 - 4).چنانچه به وسیلۀ میکروسکپ الکترونی ساختمان این اندامک در سلولهای گیاهی بررسی شود، در هر کلروپلاست دو غشاء موجود است. غشای خارجی آن صاف و غشای داخلی آن دارای چین خوردگیهای تیغه مانند فراوانی است که به سمت تودۀ داخلی که استر.ما نامیده میشود کشیده شده اند. بدین علت است که ساختار تیغه ای درون کلروپلاست به وجود می آید.هر تیغه یا لامل در امتداد خود دارای اجزای کلوچه مانند میان تهی است که به آن ساکول یا تیلاکوئید (شکل 2 – 4). مجموع تیلاکودیدهایی که روی هم قرار دارند، گرانوم نام دارد. به طوری که گفته شد تیغه ها درون مادۀ زمینه ای به نام بستره یا استروماقرار دارند.در مادۀ زمینه ای کلروپلاست، علاوهبر تیغه ها و تشکیلات مربوط به آنها دانه های نشاسته، مولکولهایDNA و ریبوزمهانیز وجود دارند. مولکولهای کلروفیل در غشای تیلاکوئیدهای گرانوم قرار دارند. همچنین، معمولاً همراه با کلروفیل رنگیزه های دیگری نیز دیده می شود.