Bitki Ve Bilim

KÖKLERİN TOPRAKTAN İYONLARI ALMALARI

Bitki kökünde yer alan hücreler, hücre içindeki reaksiyonlarda kullanmak için topraktaki belli iyonları seçerler Bu son derece önemli bir işlemdir Çünkü bitki hücreleri, kendi içlerindeki iyonların yoğunluğu, topraktaki iyonların yoğunluğundan 1000 kez daha fazla olmasına rağmen bu iyonları hücre içine kolaylıkla alabilirler
Normal şartlar altında yüksek yoğunluktaki bir bölgeden, yoğunluğu daha az olan bölgeye doğru madde akışı gerçekleşir Fakat görüldüğü gibi bitki köklerinin topraktan iyon temininde bunun tam tersi meydana gelmektedir İşte bu nedenle bu işlem için yüksek miktarda enerjiye ihtiyaç vardır
İyonların hücre zarından geçişinde iki faktör etkili olmaktadır Zarın iyon geçirgenliği ve zarın iki tarafındaki iyonların yoğunluk farkı




Resimdeki minerallerin önümüze konulduğunu ve bunların içinden vücudumuz için gerekli olanlarını seçmemizin istendiğini düşünelim Bu konuda eğitim almamış bir kişinin böyle bir işlemi yapabilmesi mümkün değildir Oysa bitkiler milyonlarca yıldır, toprakta bulunan çeşitli elementlerin içinden sadece kendilerine gerekli olanlarını seçer ve kullanırlar
Bu iki faktörü sorular sorarak inceleyelim Bir bitkinin topraktaki elementlerin içinden kendisine "gerekli olanları seçmesi" ne anlama gelmektedir? Öncelikle buradaki "gerekli" kavramını ele alalım Bu "gereklilik" için kök hücresinin bitkinin tamamındaki elementleri teker teker tanıması şarttır Tanıdığı bu elementlerin de bitkinin her yerindeki eksikliğini tespit etmesi ve ihtiyaç olarak belirlemesi gerekmektedir

KÖKLERİN SEÇİCİLİĞİ

Doğada çeşitli şekillerde bulunduğunu bildiğimiz elementler, mineraller hakkındaki kimya bilgilerimizi tekrar gözden geçirelim Nerelerde bulunurlar, hangi madde hangi sınıfa girer, aralarındaki farklar nelerdir, hangisinin ne olduğunu anlamak için ne gibi deneyler ya da gözlemler yapmak gerekir, bu deneylerde kimyasal olarak mı, yoksa fiziksel olarak mı daha hızlı sonuç elde edilir? Sadece fiziksel olarak bakılacak olsa bir masaya koyulan bu maddeler arasında kolaylıkla doğru bir sıralama yapılabilir mi? Renklerinden ya da şekillerinden mineraller ayırt edilebilirler mi?

Bu soruları çoğaltmak mümkündür Bunlara verilen cevaplarsa aşağı yukarı aynı olacaktır Eğer bu konuda bir uzmanlaşma söz konusu değilse, lise ve üniversite bilgilerinden arta kalanlarla verilen üstün körü cevaplar kişiyi kesin bir sonuca götürmeyecektir Mineraller hakkındaki bilgilerimizi sınamak için bu kez de insan vücudundan örnekler verelim






Vücudumuzda toplam olarak yaklaşık üç kilo mineral vardır Bunların bir kısmı organizmanın sağlığı için mutlaka gereklidir ve hepsinin vücutta bulunması gereken belirli miktarlar vardır Örneğin vücutta kalsiyum olmasa dişler ve kemikler sertliğini kaybeder, demir olmayınca hemoglobin de olmayacağından dokularımıza oksijen ulaşamazdı Potasyum ve sodyum olmasa hücrelerimiz elektrik yükünü kaybeder ve hızla yaşlanırdık

İnsan vücudunda bulunan minerallerin aynısı toprakta da bulunur Bunların da hepsinin oranları, görevleri ve toprakta bulunuş şekilleri farklıdır ve bu minerallerden faydalanan pek çok canlı vardır Örneğin bitkilerde, kendileri için gerekli olan elementleri topraktan kolaylıkla alabilecek şekilde sistemler tasarlanmıştır Yapılarında yer alan elementlerin hepsinin farklı kullanım alanları, dolayısıyla topraktan alındıktan sonra gitmeleri gereken farklı yerler vardır Hepsinin görevi ayrıdır
Bitkiler ihtiyaçları olan tüm mineral besinlerini topraktan alırlar Bu maddeler toprakta tek olarak bulunmadığı için, bitki bunları iyon olarak emer Toprak çözeltisinde bulunan çok sayıdaki inorganik iyon arasından bitkiler sadece ihtiyaçları olan 13 tanesini alırlar Bitkiler, aslında bunlara toprakta bulundukları yoğunluktan daha yüksek yoğunlukta ihtiyaç duyarlar Bu da gerçekte köklerin ne kadar mükemmel bir toplama sistemine sahip olduklarını gösterir Öyle ki kökler, ihtiyaçları olan iyonları kendi bünyelerindeki yüksek yoğunluğa rağmen kök hücrelerinden geçirerek pompalarlar
Basınç sisteminin tersine işleyen bir şekilde gerçekleşen bu pompalama işlemi oldukça zorlu bir iştir Bu nedenle pompalara yüksek enerji sağlanması gereklidir Sonuçta, istenilen iyonları çeken ve istenmeyenleri geri iten bir tanıyıcı sistem olması da zorunludur Bu da iyon pompalarının sadece basit birer pompa olmadıklarını, iyonları seçme özelliğine de sahip olduklarını göstermektedir Ayrıca bitkilerin topraktan seçilmiş iyonları emerek kullanması, onların tüm canlılar için neden değerli bir mineral besin kaynağı olduğunu da açıklamaktadır
KARBON AZOT ÇEVRİMİ
Bir bitkinin sağlıklı olarak yaşayabilmesi için nitrojen, potasyum, fosfor, kalsiyum, magnezyum, sülfür gibi ana elementlere ihtiyacı vardır Bu maddelerin çoğunu bitkiler topraktan direkt olarak temin edebilirken azot için durum farklıdır Atmosferde %80lik bir orana sahip olan bu gazı bitkiler havadan doğrudan alamazlar Ancak toprakta bulunan ve nitrojen bağlayan bakterilerden bu ihtiyaçlarını karşılayabilirler
Diğer elementler de sağlıklı gelişim için gereklidir Fakat bunlara oldukça az miktarlarda ihtiyaç duyulur Bu grup demir, klor, bakır, manganez, çinko, molibden ve bor içerir
Bu on üç gerekli minerale ek olarak bitkiler karbon, hidrojen ve oksijen gibi üç temel yapı taşına da ihtiyaç duyarlar ve bunları atmosferdeki karbondioksit, oksijen ve sudan alırlar Tüm bitkiler toplam olarak bu 16 elemente ihtiyaç duyarlar
Bu elementlerin yeteri kadar alınamaması ya da fazla alınması durumunda bitkide çeşitli eksiklikler ortaya çıkacaktır
Örneğin nitrojen, topraktan fazla alınması durumunda yüksek ısıda kolay kırılmaya ve güçsüz büyümeye sebep olabilir, az alınması durumundaysa bitkilerde sararma, kırmızılıkların ve morlukların oluşması, az tomurcuklanma ve geç büyüme gibi sonuçlar doğurabilir Fosfor eksikliğindeyse, büyüme yavaşlar, renk koyulaşır, bazı bitkilerdeki yapraklarda kahverengileşme ve morarma oluşur, yine tomurcuklanma azalır ve alttaki yapraklar dökülür, çiçek açımı azalır Körpe bitkilerin gelişmesi ve tohumlanma için fosfor çok önemli bir elementtir Kısacası bitkilerin sağlıklı büyümeleri için bu iyonların varlığı ve topraktan gerektiği kadar alınmaları şarttır

Yapraklar ve Fotosentez
Bitkiler besinlerini üretirken sadece topraktan faydalanmazlar Topraktaki minerallerin yanında, suyu ve havadaki CO2'i de kullanırlar Bu hammaddeleri alıp yapraklarındaki mikroskobik fabrikalardan geçirerek fotosentez yaparlar Yapraklar ve Fotosentez

Bitkiler besinlerini üretirken sadece topraktan faydalanmazlar Topraktaki minerallerin yanında, suyu ve havadaki CO2'i de kullanırlar Bu hammaddeleri alıp yapraklarındaki mikroskobik fabrikalardan geçirerek fotosentez yaparlar Fotosentez işleminin aşamalarını incelemeden önce fotosentezde son derece önemli bir role sahip olan yaprakların incelenmesinde fayda vardır

YAPRAKLARIN GENEL YAPISI

Hem genel yapı olarak, hem de mikrobiyolojik açıdan incelendiğinde yaprakların her yönüyle en fazla enerji üretimini sağlamak üzere planlanmış, çok detaylı ve kompleks sistemlere sahip oldukları görülecektir Yaprağın enerji üretebilmesi için ısı ve karbondioksidi dış ortamdan alması gerekir Yapraklardaki tüm yapılar da bu iki maddeyi kolaylıkla alacak şekilde düzenlenmiştir

Öncelikle yaprakların dış yapılarını inceleyelim

Yaprakların dış yüzeyleri geniştir Bu da fotosentez için gerekli olan gaz alış-verişlerinin (karbondioksidin emilmesi ve oksijenin atılması gibi işlemlerin) kolay gerçekleşmesini sağlar

Yaprağın yassı biçimiyse tüm hücrelerin dış ortama yakın olmasını sağlar Bu sayede de gaz alış-verişi kolaylaşır ve güneş ışınları, fotosentez yapan hücrelerin hepsine ulaşabilir Bunun aksi bir durumu gözümüzün önüne getirelim Yapraklar eğer yassı ve ince bir yapıya değil de herhangi bir geometrik şekle ya da anlamsız rasgele bir şekle sahip olsalardı yaprak fotosentez işlevini sadece güneş ile doğrudan temas eden bölgelerinde gerçekleştirebilecekti Bu da bitkilerin yeterli enerji ve oksijen üretememesi anlamına gelecekti Bunun canlılar için en önemli sonuçlarından biri de hiç kuşkusuz ki yeryüzünde bir enerji açığının ortaya çıkması olurdu






Yapraklardaki özel olarak "tasarlanmış" olan sistemler sadece bunlarla sınırlı değildir Yaprak dokusunun önemli bir özelliği daha vardır Bu özellik ışığa karşı duyarlı olmasıdır Bu sayede ışık kaynağına yönelme, yani fototropizm adı verilen olay gerçekleşir Bu, saksı bitkilerinde de rahatça gözlemlenen, bitkilerin yapraklarını güneşin geldiği yöne doğru çevirmesine neden olan olaydır Bitki böylelikle güneş ışığından daha fazla faydalanabilir

Yapraklar bitkilerin hem nükleer enerji üreten santralleri, hem besin üreten fabrikaları, hem de önemli reaksiyonları gerçekleştirdikleri laboratuvarlarıdır Yapraklarda hayati önem taşıyan bu işlemlerin nasıl gerçekleştirildiğini anlamak için yaprakların fizyolojik yapısını da kısaca incelemek gerekir

Yaprağın iç yapısının enine kesiti alınarak bakılacak olursa dört tabakalı bir yapı olduğu görülecektir






Bu yapılardan ilki kloroplast içermeyen epidermis tabakasıdır Yaprağı alttan ve üstten örten epidermis tabakasının özelliği, yaprağı dış etkilerden korumasıdır Epidermisin üstü koruyucu ve su geçirmez mumsu bir madde ile sarılıdır Bu maddeye kütiküla adı verilir Yaprağın iç dokusuna baktığımızda ise genelde iki hücre tabakasından oluştuğunu görürüz Bunlardan iç dokuyu oluşturan Palizad dokuda kloroplastça zengin hücreler, aralarında hiç boşluk bırakmadan yan yana dizilirler Bu doku fotosentezi yürüten dokudur Bunun altında bulunan Sünger doku ise, solunumu sağlayan dokudur Sünger dokudaki hücreler, diğer bölümlerdeki hücrelere göre daha gevşek bir şekilde birbirine kenetlenmiştir Ayrıca bu dokunun hücreleri arasında hava ile dolu boşluklar vardır Görüldüğü gibi bu dokuların hepsi yaprağın yapısında son derece önemli görevlere sahiptir Bu tür düzenlemeler yaprakta ışığın daha iyi dağılıp yayılmasını sağlayarak fotosentez işleminin gerçekleşmesi açısından son derece büyük bir önem taşırlar Bütün bunların yanı sıra yaprak yüzeyinin büyüklüğüne göre yaprağın işlem yapma (solunum, fotosentez gibi) yeteneği de artar Örneğin birbirine geçmiş tropikal yağmur ormanlarında genellikle geniş yapraklı bitkiler yetişir Bunun çok önemli sebepleri vardır Sürekli ve çok miktarda yağmurun yağdığı, birbirine geçmiş ağaçlardan oluşan tropikal ormanlarda güneş ışığının bitkilerin her yerine eşit ulaşması oldukça zordur Bu da ışığı yakalamak için gerekli olan yaprak yüzeyinin artırılmasını gerekli kılar Güneş ışığının zor girdiği bu alanlarda bitkilerin besin üretebilmeleri için yaprak yüzeylerinin büyük olması hayati önem taşımaktadır Çünkü bu özellikleri sayesinde tropik bitkiler değişik yerlerden, en fazla faydalanacak şekilde güneş ışığına ulaşmış olurlar

Tam aksine kuru ve sert iklimlerde ise küçük yapraklar bulunur Çünkü bu iklim şartlarında bitkiler için dezavantaj olan asıl nokta ısı kaybıdır Ve yaprak yüzeyi genişledikçe su buharlaşması, dolayısıyla ısı kaybı artar Bu yüzden ışık yakalayan yaprak yüzeyi, bitkinin su tasarrufu yapabilmesi için iktisatlı davranacak şekilde tasarlanmıştır Çöl ortamlarında yaprak kısıtlaması aşırı seviyelere ulaşır Örneğin kaktüslerde yaprak yerine artık dikenler vardır Bu bitkilerde fotosentez etli gövdenin kendisinde yapılır Ayrıca gövde suyun depolandığı yerdir

Fakat su kaybının kontrol edilmesi için bu da tek başına yeterli değildir Çünkü her ne kadar yaprak küçük olsa da gözeneklerin bulunması su kaybını devam ettirecektir Bu yüzden buharlaşmayı dengeleyecek bir mekanizmanın varlığı zorunludur Bitkiler de, fazla buharlaşmayı düzenleyen bir çıkış yoluna sahiptirler Bünyelerindeki su kaybını, gözenek açıklığının kontrolü ile denetim altında tutarlar Bunun için gözenek açıklıklarını (porları) genişletir veya daraltırlar






Yaprakların tek görevi fotosentez için ışığı hapsetmeye çalışmak değildir Havadaki karbondioksidi yakalayıp onu fotosentezin oluştuğu yere ulaştırmaları da aynı derecede önemlidir Bitkiler bu işlemi de yaprakların üzerinde yer alan gözenekler vasıtasıyla gerçekleştirirler

KUSURSUZ BİR TASARIM: GÖZENEKLER

Yaprakların üzerindeki bu mikroskobik delikler ısı ve su transferi sağlamak ve fotosentez için gerekli olan CO2'i atmosferden temin etmekle görevlidirler Gözenek olarak adlandırılan bu delikler, gerektiğinde açılıp kapanabilecek bir yapıya sahiptirler Gözenekler açıldığında yaprağın hücreleri arasında bulunan oksijen ve su buharı, fotosentez için gereken karbondioksit ile değiştirilir Böylece üretim fazlalıkları dışarı atılırken, ihtiyaç duyulan maddeler değerlendirilmek üzere içeri alınmış olur

Gözeneklerin ilgi çekici yönlerinden biri, yaprakların çoğunlukla alt kısımlarında yer almalarıdır Bu sayede, güneş ışığının olumsuz etkisinin en aza indirilmesi sağlanır Bitkideki suyu dışarı atan gözenekler, eğer yaprakların üst kısımlarında yoğun olarak bulunsalardı, çok uzun süre güneş ışığına maruz kalmış olacaklardı Bu durumda da bitkinin sıcaktan ölmemesi için gözenekler bünyelerindeki suyu sürekli olarak dışarı atacaklardı, böyle olunca da bitki aşırı su kaybından ölecekti Gözeneklerin bu özel tasarımı sayesinde ise, bitkinin su kaybından zarar görmesi engellenmiş olur






Yaprakların üst deri dokusu üzerinde çifter çifter yerleşmiş bulunan gözeneklerin biçimleri fasulyeye benzer Karşılıklı içbükey yapıları, yaprakla atmosfer arasındaki gaz alışverişini sağlayan gözeneklerin açıklığını ayarlar Gözenek ağzı denilen bu açıklık, dış ortamın koşullarına (ışık, nem, sıcaklık, karbondioksit oranı) ve bitkinin özellikle su ile ilgili iç durumuna bağlı olarak değişir Gözenek ağızlarının açıklığı ya da küçük oluşu ile bitkinin su ve gaz alışverişi düzenlenir
Dış ortamın tüm etkileri göz önüne alınarak düzenlenmiş olan gözeneklerin yapısında çok ince detaylar vardır Bilindiği gibi dış ortam koşulları sürekli değişir Nem oranı, sıcaklık derecesi, gazların oranı, havadaki kirlilik… Yapraklardaki gözenekler tüm bu değişken şartlara uyum gösterebilecek yapıdadırlar