ForumSinsi - 2006 Yılından Beri - Bitki Metabolizması

Bitki Metabolizması - Bitki Fizyolojisi - Bitki Su Metabolizması
Bitki fizyolojisi bitkilerin hayatları süresince meydana gelen çeşitli hayati olay ve

belirtilerini inceleyen bir bilimdir. Bitkilerde meydana gelen hayat olayları ise, hücrenin

canlı maddesindeki kimyasal ve fiziksel değişimlerden ibarettir. Şu halde daha genel bir

deyimle canlılarda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişimler sonucunda beliren olaylar

fizyolojik olaylardır. Bu fizyolojik olayların nasıl ve niçin belirdikleri sorusuna da bitki

fizyolojisi cevap vermeye çalışır.
1.1. Bitki Fizyolojisinin Bölümleri

Canlılarda ve aynı şekilde bitkilerde gerek yapı ve gerekse bileşim devamlı bir

değişim halindedir. Bu devamlı değişme, canlılık için tipik bir harekettir. Bundan dolayı bir

bitkinin sadece yapı ve bileşimini incelemek bize hayat olaylarının, yani fizyolojik olayların

tam bir açıklamasını vermez. Bitkiyi oluşturan maddelerin değişimini ve her bitkide özel

olan şekil değişimlerini de incelemek gerekir. Bitkilerdeki maddelerin değişimi olaylarının

tümü genel anlamı ile metabolizma diye adlandırılır. Metabolizmayı inceleyen bitki

fizyolojisine de metabolizma fizyolojisi denir. Bitkilerde büyüme, gelişme ve hareketi

inceleyen bitki fizyolojisine de büyüme, gelişme ve hareket fizyolojisi denir.

1.2. Metabolizma Fizyolojisi

Bitki hücrelerinde meydana gelen kimyasal olaylara metabolizma denir.

Metabolizma iki çeşittir. Hücre içindeki yapım olaylarını inceleyen metabolizmaya

anabolizma (asimilasyon), yıkım olaylarına inceleyen metabolizmaya katabolizma (disimilasyon) denir.

Bitki hücrelerinde gerçekleşen olayları incelemeden önce, bir bitkinin yapısına hangi

elementlerin katıldığı ve bunların bitki hayatı için önemlerinin ne olduğunu öğrenelim.
1.2.1. Bitkiyi Oluşturan Elementler

1.2.1.1. Su

Bitki ve bitki organlarının büyük bir kısmını su oluşturur. Su, bitkilerin bütün hayati

faaliyetleri için zorunlu bir maddedir. Hücre sitoplazmasının yaklaşık % 82’sini su oluşturur.

Ayrıca bitkilerin hayatında çok önemli rolleri olan, çeşitli besleyici madensel maddelerin

eriticisi olması bakımından da önemlidir. Bundan başka bütün metabolik faaliyetlerin olması

için de su gerekir.

1.2.1.2. Kuru Madde

Bitkiyi oluşturan kuru madde organik ve inorganik bileşiklerden oluşur. Organik

bileşikler, karbonhidratlar, proteinler ve yağlardır. İnorganik bileşikler ise çeşitli minerallerdir.

Yapılan araştırmalar bitkilerin yapısında yeryüzünde bulunan 92 elementin de

bulunabileceği yönündedir. Ancak bunlardan özellikle 10 elementin esas oldukları

anlaşılmıştır. Bu elementlere esas elementler ya da makro elementler denir. Bu elementler

C, H, O, N, K, Ca, Mg, Fe, S, P’dir.

Bitki fizyologlarının yaptığı araştırmalarda B, Zn, Cu, Mn, Mo ve Cl da bitkiler için

gerekli olduğu anlaşılmıştır. Ancak bu elementlerin daha az miktarlarının bitkiler için yeterli

oldukları anlaşıldığından bunlara mikro elementler denmiştir.

Yukarıda mikro element diye tanımlanan elementlerle bunların dışında daha birçok

başka elementlerin de bitkilerde çok az yoğunluklarda bulundukları ve belli bazı etkilerle

bitki metabolizmasını etkiledikleri anlaşılmıştır. Bu elementlere de iz elementler denir.

Makro elementlerin görevleri şunlardır;

Karbon: Karbonhidratların temel elementidir.

Azot: Protein yapısında yer alır.

Fosfor: Bazı proteinlerin yapısında yer alır. Ayrıca hücrede ATP, DNA, RNA’nın yapısına

katılır. Hücre çekirdeğini oluşturan yapıtaşları için zorunlu olduğu, ayrıca karbonhidrat

metabolizmasında da görev aldığı bilinmektedir.

Kükürt: Bazı proteinlerin yapısına katılır.

Magnezyum: Klorofil yapımında kullanılır.

Demir: Klorofil yapımında enzimatik faktör olarak görev yapar.

Kalsiyum: Hücre çeperi yapımı için zorunlu bir maddedir.

Potasyum: Bu elementin büyüme ve bölünme olaylarında iş gördüğü, klorofil yapımı ve

karbonhidrat metabolizmasında enzimatik etki gösterdiği bilinmektedir.
1.2.1.3. Minimum YasasıBir bitkinin hayati olaylarını normal şekilde sürdürebilmesi için gerekli elementleri

bulması gerekir. Ancak gerekli olan elementlerden yalnız biri bile yeterli olmazsa bitkinin

gelişmesi bu elemente bağlı olarak sınırlanır. Tıpkı birçok dilimden yapılmış fıçının sadece

bir dilimi yarım olursa, yarım olan kısmı kadar su alır. Minimum yasası da bu şekilde açıklanabilir.
1.2.2. Su ve Suda Erimiş Maddelerin Alınması

Su bitkileri ile havada bulunan sudan yararlanabilme yeteneğinde olan birkaç bitki

hariç, diğer bütün bitkiler suyu topraktan almak zorundadır. Su toprakta, toprak taneciklerine

yapışmış ve tanecikler arasındaki boşlukları doldurmuş halde bulunur. Bu nedenle, toprak

taneciklerinin büyüklükleri, bileşimleri toprağın su tutma kapasitesini farklılaştırır.

Toprak tanecikleri arasındaki suyu bitkilerin alabilmesi için, bitkilerin emme

kuvvetine sahip olmaları gerekir. Bitkiler bu emme kuvvetini iki şekilde sağlar.

 Bitkilerin yapısını oluşturan maddelerin şişme yetenekleri,

 Bitki hücrelerinin öz sularının yoğunluğu

Bitkilerde su ve suda erimiş maddelerin alınmasını incelemeden önce emme

kuvvetini ortaya koyan fiziksel kuralları inceleyelim.

1.2.2.1. Şişme

Tamamen su dolu bir testinin ağzı kuru ağaçtan bir tıpa ile kapatılırsa bir müddet

sonra tıpanın testinin ağzına sıkıştığı görülür. Bu duruma tıpa şişti deriz. Şişme denince,

kolloid cisimlerin özellikleri olan katı yapılarını kaybetmeden su almaları ve hacimlerinin

artması anlaşılır. Kolloid cisimler, birçok molekülün bir araya gelmesiyle oluşan yapılardır.

Kolloidleri oluşturan birçok molekülün bir araya gelmesiyle oluşan yapılara da misel adı

verilir. Miseller arasındaki boşluklara da miseller arası alanlar denir. Böyle kolloid yapıda

bir madde su alınca, su miseller arasını doldurur ve miseller birbirinden uzaklaşır. Bunun

sonucunda da şişen maddenin ilk hacmi artmış olur. Bazen bitkisel yapılarda şişme ile ilk

hacmin 15- 100 katına ulaştığı görülür. Her bitki organının şişme kapasitesi farklıdır. En çok

şişme tohumlarda görülür.
1.2.2.2. Difüzyon

Madde molekülleri, bulunduğu ortamda kendi kinetik enerjisiyle hareket eder. Bu

hareket maddenin gaz, sıvı ve katı oluşuna göre değişir. Gaz molekülleri, sıvı ve katı

moleküllere göre daha hareketlidir.

Şekil 1.1: Difüzyon

Moleküllerin, yoğunluklarının çok olduğu yerden az olduğu yere yayılmasına

difüzyon denir. Hücre madde alışverişinin önemli kısmını difüzyonla yapar. Difüzyon olayı,

hücre zarının kontrolü altında yapılır. Yani hücre zarından geçebilecek büyüklükteki

maddeler, difüzyon ile alınır ya da verilir. Örneğin; oksijen, karbondioksit, aminoasit ve yağ

asitleri gibi küçük moleküller difüzyon ile alınıp verilirken, nişasta ve glikojen gibi büyük

maddeler difüzyonla alınıp verilemez.

Difüzyon hızına etki eden faktörler şunlardır:

 Yoğunluk farkı: Hücrenin içindeki ve dışındaki madde moleküllerinin

arasındaki yoğunluk farkı yoksa difüzyon olmaz. Yoğunluk farkı arttıkça difüzyon hızı artar.

 Sıcaklık: Sıcaklık artışı moleküllerin kinetik enerjisini artırdığından difüzyonu hızlandırır.

 Molekül büyüklüğü: Moleküller küçüldükçe difüzyon hızlanır. Büyüdükçe yavaşlar.

 Yüzey genişliği: Yüzey arttıkça difüzyon hızlanır.

Hücrelerde difüzyon hızının yeterli olmadığı hallerde, difüzyon hızının artırılması

gerekebilir. Hücreler bazı maddelerin geçişini hızlandırabilmek için hücre zarındaki taşıyıcı

proteinleri kullanır. İşte glikoz gibi maddelerin hücre zarından taşıyıcı proteinler yardımıyla

geçişine kolaylaştırılmış difüzyon denir.
1.2.2.3. Ozmos

Su moleküllerinin yarı geçirgen bir zarın kontrolü altındaki difüzyonuna ozmos

denir. Ozmos çözen maddenin yarı geçirgen zardan geçişidir. Ozmos olayını

kavrayabilmemiz için çözeltileri tanımamız gerekir. Çözeltiler, çözücü madde ile çözünen

maddeden oluşur. Hücre içindeki çözeltiye yani hücre öz suyuna göre üç tip çözelti vardır.

 İzotonik çözelti: Çözünen madde konsantrasyonu, hücre öz suyu ile eşit olan çözeltidir.

 Hipotonik çözelti: Hücreye göre çözünen madde konsantrasyonu az olduğu çözeltidir.

 Hipertonik çözelti: Hücreye göre çözünen madde konsantrasyonunun daha

fazla olduğu çözeltidir.

Şekil 1.2: Yarı geçirgen zarla ayrılmış iki çözeltideki ozmos olayı

Difüzyonun özel bir şekli olan ozmos olayında su molekülleri, çok yoğun oldukları

ortamdan az yoğun ortama geçer. Aralarında yarı geçirgen zar bulunan iki çözeltiden, içinde

çözüneni çok olan, çözüneni az olan taraftan su emer. İşte bu emme kuvvetine ozmotik

basınç denir. Ozmotik basınç hücrede su miktarı arttıkça düşer, su miktarı azaldıkça

yükselir. Ozmotik basınç, çevreden hücre zarına doğru yapılır. Buna karşılık bir de hücre

içinden çepere doğru yapılan basınç vardır. Bu basınca da turgor basıncı denir. Turgor

basıncının nedeni hücre içine giren sudur. Hücreye su girdikçe turgor basıncı artar, ozmotik

basınç ise azalır. Ozmotik basınç, turgor basıncından büyükse hücre su alır. Ozmotik basınç

ile turgor basıncı arasındaki fark emme kuvveti olarak adlandırılır. Ozmotik basınç ile turgor

basıncı eşit ise hücre ozmotik denge halindedir.

1.2.3. Bitki Hücresindeki Ozmotik Durum

Bitki hücreleri bulundukları ortamdan su ve suda çözünmüş maddeleri alır. Canlı

hücrede yarı geçirgen bir zar, selüloz, hücre çeperi, az veya çok yoğun bir eriyikle dolu koful

bulunur. Canlılar ozmotik kurallara göre madde alışverişi yapar. Ozmos olayı yoğunluk

eşitliği halinde sona erer. Hücrenin canlı kalabilmesi için ozmosun devam etmesi gerekir. Bu

da metabolik faaliyetlerle sağlanır.
1.2.3.1.Turgor

Hücrenin su alarak zarının gerilmesine turgor denir. Hücre içinde oluşan bu basınca

da turgor basıncı denir. Turgor basıncı otsu bitkilerde, bitkiye direnç ve diklik kazandırır.

Evimizdeki saksı çiçeklerinin susuz kaldıklarında yapraklarının pörsümesi, su verilince

yeniden eski haline dönmesi bu nedenledir. Bitkilerde her dokunun su alabilme yeteneği

farklıdır. Bir organın iç ve dış dokularında farklı su alabilmeleri sonucu farklı turgor

basınçları oluşur. Bu durum asimetrik gerginlik oluşturarak kıvrılma, yönelim ve ırganım

hareketleri oluşturur.
1.2.3.2. Plazmoliz

Bitki hücresi kendi koful öz suyunun yoğunluğundan daha yoğun bir eriyiğin içine

konursa o zaman hücre yavaş yavaş su kaybeder ve dış ortama su verir. Bunun sonucu olarak

hücre büzülür. Bu olay hücre öz suyunun yoğunluğu ile dış ortamın yoğunluğu eşit olana

kadar sürer. Bu duruma plazmoliziz denir.

Şekil 1.3: Bitki hücresinde plazmoliz olayı

Bu şekilde plazmolize uğramış hücre, saf suyun içine konursa su alarak eski haline

döner. Bu duruma da deplazmoliz denir.
1.2.3.3. Permeabilite(geçirgenlik)

Hücrede belli maddelerin alınıp verilmesi onun hayatiyetinin temel fizyolojik

olaylarındandır. Bitki ve hayvan hücreleri zarları her maddenin geçmesine aynı derecede izin

vermez. İşte zarların belli maddeleri kendi içlerinden geçmelerini tayin eden bu özelliklerine

permeabilite (geçirgenlik ) denir. Bazı zarlar her maddeyi geçirir. Bunlara tam geçirgen zar

denir. Bitki ve hayvan hücrelerinin zarları ise her maddeyi geçirmez. Bazı maddeler geçer,

bazıları ise geçmez. Bu zarlara da yarı geçirgen zar denir.

1.2.3.4. Ekzosmozis

Protoplazmik zarların geçirgenlik özelliği hücrenin hayatiyetiyle ilgilidir. Hücre

hayatiyetinin çeşitli sebeplerle zarar görmesi hücre zarının seçici geçirgenlik özelliğinin

değişime uğramasına sebep olur. Genel olarak hücrenin ölmesiyle geçirgenlik artar. Hücre

kofullarındaki maddeler dışarı çıkar. Bu duruma ekzosmozis denir. Örnek; kaynamakta olan

suyun içine çiçek veya meyve atılırsa renkleri hemen suya geçer. Oysa soğuk suda böyle bir

durum görülmez. Sıcak su bitkinin ölmesine sebep olmuş ve geçirgenlik artmıştır.
1.2.3.5. İyon Birikimi

Bitkiler için mineral tuzlarının önemi büyüktür. Bazı mineral tuzları bitki hücresinde

çok kullanılırken, bazı mineral tuzlarının çok az miktarı bitkinin yaşaması için yeterlidir.

Suyla birlikte alınan mineral tuzlarının hücrede fazla birikmeleri sakıncalı olabilir. Ozmotik

kurallara göre belli bir iyonun hücrede yoğunluğu dış ortamdakine eşit olunca alınması

durur. Ancak bazı iyonlar hücrede, içinde bulundukları ortamdan çok daha yüksek

yoğunluğa kadar koful içinde birikir. Bu durum hücrenin ozmotik basıncını artırır. Bu

duruma iyon birikimi denir. Örnek olarak lamaninaria verilebilir. Deniz suyunda iyot oranı

%0,0002’dir. Denizde yaşayan lamaninaria bitkisinde ise iyot oranı %0.06’dır.

Canlı olmayan hücrelerde iyon birikimi durur. Bu nedenle olayın canlılıkla ve

dolayısıyla enerji isteyen özellik taşıdığı solunumla ilişkisi anlaşılmıştır. İyon birikimi aktif

taşınma sayesinde gerçekleşir.

1.2.3.6. İyon Antogonizmi (Zıtlaşma)

Bitkinin yaşadığı ortamda birçok tuzların iyonları tek başlarına bulundukları zaman

bitki için zehirli etkiler yaptıkları halde, aynı iyon başka bir iyonla birlikte bitkiye

verildiğinde zehir etkisi görülmez. Bu durumda ikinci iyon birincinin zehir etkisini ortadan

kaldırmış olur. Buna iyon antogonizmi denir. Örneğin, buğday fidelerine sodyum klorür ve

kalsiyum klorür ayrı ayrı verildiklerinde fidelerin gelişmediği görülür. İki tuz belli oranlarda

karıştırılıp verildiğinde ise fidelerin normal geliştiği görülmektedir.
2. BİTKİLERDE SU KAYBI

2.1. Transpirasyon (Terleme)

Bitkilerde bitki yapısına alınan su, çeşitli hayat belirti ve faaliyetlerinde çok önemli

rol oynar. Bununla beraber alınan bu suyun büyük bir kısmının herhangi bir şekilde bitkiden

dışarıya verildiği de bilinmektedir. Genellikle bitkilerde su kaybı diye bilinen bu olay suyun

bitkilerden buhar halinde havaya verilişi veya sıvı halinde çıkışı şeklindedir.

Biliyorsunuz ki, havanın kurak ve nemli oluşuna göre değişen, belli bir su buharını

emme kuvveti vardır. Çamaşırların kuruması da havanın bu emme kuvveti sayesinde olur.

Havanın emme kuvveti, nemli havada az olduğundan böyle havada çamaşırlar kurumaz.

Hâlbuki kurak havada havanın emme kuvveti fazla olduğu için çamaşırlar çabuk kurur. İşte

havanın emme kuvveti sayesinde bitkinin hava ile temasta olan kısımlarından su buharının

dışarıya verilmesine transpirasyon (terleme) denir.

Transpirasyon olayı sadece fiziksel bir buharlaşma olayı değil, aynı zamanda

bitkinin canlılığı ile ilgili fizyolojik bir olaydır. Buharlaşma geniş yüzeyler üzerinde fazla

olduğundan, bitkilerde de yüzeylerinin geniş olması nedeniyle terleme öncelikle yapraklar

tarafından yapılmaktadır. Terleme sonucu bir miktar su kaybeden her yaprak hücresinin

yoğunluğu artar ve dolayısıyla emme kuvveti artmış olur. Emme kuvveti artan yaprak

hücreleri gövdenin iletim borularından su emer. Böylece odun borularının üst kısımları ile alt

kısımları arasında su yüzey gerilimi bakımından ortaya çıkan değişiklik suyun yukarı doğru

çekilmesini sağlar ve bunun sonucunda gövde kökten su emer. Kökte yeniden topraktan su

alabilecek duruma gelir.
2.1.1. Traspirasyonda Stomaların Rolü

Bildiğiniz gibi yaprak ve diğer organların dış yüzeyi, genel olarak kütikula ile

örtülüdür. Kütikuladan yapılan terleme çok azdır. Transpirasyon temelde yaprakların

genellikle alt yüzeyinde, bazen üst yüzeyinde, bazen de hem alt hem üst yüzeyinde bulunan

stoma = gözenek adı verilen yapılarla olur. Stomalar ayrıca bitkinin gaz alışverişini de

sağlar. Stomalar çeşitli durumlara göre açılıp kapanarak terlemeyi ayarlar. Bu suretle bitkinin

fazlaca su kaybına uğraması engellenir.

Şekil 2.1: Stomaların açılıp kapanması

Stomalar iki kapatma hücresi ile komşu hücrelerden oluşur. Stoma hücreleri bol

kloroplastlı olup, sırt çeperleri ince, karın çeperleri kalındır. Kapatma hücreleri arasında delik bulunur.

Bol kloroplastlı stoma hücreleri, ışıklı ortamda yoğun bir şekilde fotosentez yaparak

glikoz sentezler. Böylece stoma hücrelerinin ozmotik değerleri artarak komşu hücrelerden

stoma hücrelerine yoğun su girişi olur. Bunun sonucunda artan turgor basıncı, stoma

hücrelerinin ince sırt çeperlerini gererek stomaların açılmasını sağlar. Böylece gözenek

boşluğundaki su buharı havaya verilir.

Stoma hücreleri karanlıkta fotosentez yapmadığından glikoz yoğunluğu düşerek

ozmotok değerleri azalır. Bu durumda stoma hücrelerindeki su, komşu hücrelere geçer. Su

kaybeden stoma hücresi büzülerek kapanır. Bu da su buharı çıkışını durdurur.
2.1.2. Transpirasyonu Etkileyen Etmenler

Terlemeyi etkileyen etmenleri ikiye ayırarak inceleyebiliriz.

 Genetik faktörler: Stomaların yapısı, bulundukları yerler, stomaların sayısı ve

kütikula kalınlığı, yapraktaki tüy miktarı, yaprak alanı, yaprak hücrelerinin

ozmotik basıncı genetik faktörler içinde yer alır.

 Çevresel faktörler: Havanın nemi, rüzgâr, ışık ve ısı, topraktaki su miktarı

çevresel faktörlerin içinde yer alır.

2.1.3. Transpirasyonun Önemi

Traspirasyonun bitkiler için önemini iki ana başlıkta toplayabiliriz.

 Bitkiye devamlı su ve suda çözünmüş madde sağlamak

 Bitkinin aşırı ısınmasını engelleyerek şiddetli ışınım zararlarından bitkiyi korumak
2.2. Kök BasıncıKök hücrelerinin su yoğunluğu, toprağın su yoğunluğundan azdır. Bu yoğunluk

farkından doğan ozmotik basınç nedeniyle topraktan kök hücrelerine yoğun su girişi olur.

Böylece suyla dolan kök hücrelerinden odun borularına doğru bir su basıncı oluşur. Kökte

oluşan bu kuvvete kök basıncı denir. Bir bitkinin gövdesi, su emiliminin yüksek olduğu

zamanlarda toprağa yakın bir yerden kesilirse bu bölgeden sıvı çıktığı görülür. Bu sıvı kök

basıncının varlığını kanıtlar. Kök basıncı, suyu en fazla 25–30 metre yükseğe çıkarabilir.
2.3. Bitkilerde Sıvı Halde Su KaybıBitkilerde su kaybı her zaman buhar halinde olmaz. Bitkiler de azda olsa sıvı halde

su kaybeder. Sıvı halde su kaybetme iki şekilde olur.
2.3.1. Yaşarma

Açılan yaralardan (budama) kök basıncı etkisiyle sıvı olarak su kaybına yaşarma

denir. Bilhassa bağ budamada birçok kimsenin açıkça gördüğü bu olay kök basıncının suyu

aşağıdan yukarıya itmesiyle belirir.
2.3.2. Damlama (gutasyon)

Kök basıncının suyu yukarıya doğru itmesi, doğal durumlarda bazı bitkilerin

yapraklarında hidatot adı verilen özel yapılardan suyun damlacıklar halinde çıkmasına sebep

olur. Özellikle sabahın erken saatlerinde birçok bitkide gayet iyi görülebilen ve kök

basıncının etkisiyle beliren bu olaya gutasyon (damlama) denir.

Kısaca açıkladığımız damlama ve yaşarma olayları da kökün alınan suyun yukarıya

çıkmasını sağlayan itici bir güce sahip olduğunu ispat etmektedir.