BİTKİLERDE SU EMİLİMİ VE TAŞINMASI HAKKINDA BİLGİ
Bitkilerde Köklerin Suyu Emmesi
Bitkiler suyu köklerindeki emici tüylerle alırlar. Ancak bu basit bir biçimde gerçekleşmez. Suyun emilmesinde birçok faktör rol alır. Topraktan emici tüylerle alınan su epidermis dokusuna gelir. Epidermisten parankima hücrelerine geçen su ve mineral maddeler, parankima hücrelerinden odun borularına geçer.
Köklerden suyun etkili bir şekilde emilimi için kök yüzeyi ve toprak arasında yakın temas gereklidir. Su alınımı için gerekli yüzey alanını sağlayan bu temas, toprak içinde kök ve kök tüylerinin büyümesi sonucu en üst düzeye çıkar. Kök epidermis hücrelerinin uzantısı olan kök tüyleri, kökün yüzey alanını büyük ölçüde arttırarak topraktan su ve iyonların absorbsiyon kapasitesini arttırır. 4 aylık çavdar (Secale) bitkilerinin kök tüylerinin, köklerin yüzey alanının %60’mdan fazlasını oluşturduğu saptanmıştır.
Su köke, genellikle kök tüylerini de içine alan kökün apikal bölgesinden girer. Kökün daha olgun bölgeleri ekzodermis veya hipodermis olarak adlandırılan koruyucu dokudan oluşmuş bir dış tabakaya sahiptir. Hücre çeperleri hidrofobik maddeler içeren bu tabakalar suya nispeten geçirimsizdir.
Toprak ve kök yüzeyi arasındaki yakın temas toprak karıştırıldığında kolayca bozulur. Bu nedenle, başka bir yere nakledilen fideler ya da bitkilerin nakilden sonra ilk birkaç gün su kayıp etmeleri önlenmelidir. Daha sonra, toprakta yeni kökler gelişerek toprak-kök teması yeniden kurulur ve bitki su stresine daha iyi karşı koyabilir.
Su, kök epidermisinden ksilem borularına kadar üç yolla akar. Bunlar:
1. Apoplast yolunda, su herhangi bir zardan geçmeksizin yalnızca hücre çepeleri boyunca hareket eder. Apoplast, hücre çeperleri ve hücreler arası hava boşluklarının oluşturduğu süreklilik oluşturan bir sistemdir.
2. Transmembran yolunda, su bir hücrenin bir tarafından girip diğer tarafından çıkar ve daha sonra sıradaki hücreye girer. Bu yolda su, yolu üzerindeki (giriş ve çıkış sırasında plazma zarını geçer) her bir hücreden geçerken en az iki zardan geçer. Tonoplasttın bir yanından diğer yanına geçmek gerekebilir.
3. Simplast yolunda su, plazmodezmler aracılığıyla bir hücreden diğerine taşınır. Simplast, plazmodezmlerle birbirine bağlanan hücre sitoplazma ağından oluşmuştur.
Suyun topraktan emilmesi ve ksilemde taşınmasında üç ana faktör rol oynar.
1. Kök Basıncı
Bitkinin köklerindeki osmotik basınç toprağın osmotik basıncından büyüktür. Bu durum bitki köklerinde bir su emme kuvveti oluşturur. Topraktan alınan su kökte hidrostatik basınç oluşturur. Hidrostatik basınç suyu ksilemden yukarı doğru iter ve su ksilemde yükselmeye başlar. Kök basıncı, suyu yukarı doğru iten bir basınçtır. Kök basıncı ile su 30 m yüksekliğe kadar çıkabilir.
Topraktan su, difüzyon ve osmoz kurallarına göre alınır, mineral maddelerin alınması ise aktif taşıma ile gerçekleşir. Aktif taşımada enerji harcanır.
2. Kılcallık Olayı
Çapları dar olan borularda suyun kendiliğinden bir miktar yükselmesi esasına dayanır. Bu olay adhezyon kuvvetinin etkisiyle gerçekleşir.
Odun boruları kılcal borular olduğundan su bu borulardan kendiliğinden bir miktar yükselmektedir.
Ancak suyun taşınmasında kılcallık olayı kök basıncı ve terleme kuvvetine sadece yardımcı bir faktör olabilmektedir. Suyun taşınmasında ana etken değildir.
3. Terleme – Kohezyon Kuvveti
Terleme – kohezyon kuvvetine göre köklerden alınan su, yapraklara kadar bir sütun halinde yükselir.
Yaprak hücreleri terleme ile su kaybedince osmotik basınçları yükselir. Bu durum yapraklara doğru bir emme kuvveti oluşturur. Bu kuvvet etkisiyle köklerden su emilimi yapılması sağlanır ve topraktan alınan su yapraklara kadar çekilir.
Suyun ksilemde yukarı yönlü kesintisiz taşınmasını su moleküllerinin birbirlerine tutunmasını sağlayan kohezyon kuvveti sağlar.
Yapraklarda terleme sonucu su kaybeden hücrelerin osmotik basıncı yükseldiğinden kendilerine en yakın hücrelerden su emerler. Suyunu kaybeden komşu hücreler kendilerine komşu olan diğer hücrelerden su çeker. Böylece yapraklardan başlayıp köke kadar uzanan bir emme kuvveti oluşur.
Terleme ve kohezyon kuvveti ile su 100 m kadar yükseğe çıkarılabilir.
Terleme ile bitki ihtiyaç duyduğu su ve mineralleri alır. Bunun birlikte terlemenin başka bir önemi daha vardır. Terleme bitkiyi serin ve canlı tutar.
Bitkiler terleme yaparak hücrelerindeki kullanılmış ve ısınmış suyu dışarı atarlar, oluşan osmotik basınç sayesinde kökten yeni ve soğuk su alırlar. Kökten soğuk suyun alınması bitkiyi serinletir. Ayrıca Bitkinin terleme yapması ortamda sıcaklığın düşmesini sağlar.
Bitki Kökleri Tarafından Su Emilim İşlemi Hakkında Bilgiler:
Kökler düşük sıcaklık ve anaerobik koşullara ya da solunumu engelleyicilerine (siyanür gibi) maruz bırakılınca su alınımı azalır. Bu uygulamalar kök solunumunu engeller ve kökler daha az su taşır. Bu etki henüz ayrıntılı olarak açıklanamamıştır. Suyla dolmuş topraklarda yaşayan bitkilerin solma nedeni kök hidrolik iletkenliğindeki azalmadır. Suya batık kökler, normalde topraktaki hava boşluklarından difüzyon- la gelen (gazlarda difüzyon suyun içindekinden 104 kat daha hızlıdır) oksijenden yoksun kalır. Anaerobik kökler sürgünlere daha az su gönderir. Net su akışının azalması solgunluğun başlamasına neden olur.
Ksilemde Çözünmüş Madde Birikimi “Kök Basıncı” Oluşturabilir
Bitkilerde bazen kök basıncı olarak belirtilen bir olgu görülür. Örneğin, tam toprak seviyesinin üzerinden kesilen genç bir bitkinin kesik gövdesinin ksileminden özsuyu saatlerce dışarı sızar. Eğer kesik uca bir mono- metre konulursa, oluşan pozitif basınç ölçülebilir. Bu basınçlar 0.05 MPa ile 0.5 MPa’a kadar yükselebilir.
Kökler seyreltik toprak çözeltisinden iyonları absorblayıp ksilemle taşıyarak pozitif bir hidrostatik basınç oluştururlar. Ksilem öz suyunda biriken çözünmüş maddeler ksilemin ozmotik basıncında (Ѱs) bir artışa, dolayısıyla ksilem su potansiyelinde Ѱw de bir düşüşe neden olurlar. Ksilemin Ѱw deki bu düşüş, suyun absorbsiyonu için gereken sürükleyici gücü sağlar. Bu güç ise, ksilemde pozitif bir hidrostatik basınç yaratır. Sonuçta, tüm kök ozmotik bir hücre gibi davranır; ozmotik bir zar gibi davranan çok hücreli kök dokusu, çözünmüş maddelerin birikmesine yanıt olarak ksilemde pozitif bir hidrostatik basınç yaratır.
Kök basıncı çoğunlukla, toprak su potansiyeli yüksek ve transpirasyon hızı düşük olduğunda oluşur. Transpirasyon hızı yüksek olduğunda su yapraklar tarafından çok hızlı alınır ve atmosfere verilir. Bu nedenle ksilemde hiçbir zaman pozitif bir basınç oluşmaz.
Kök basıncı geliştiren bitkiler, yapraklarının uç kısımlarında sıvı damlacıklar üretirler. Bu olay gutasyon olarak bilinir. Pozitif ksilem basıncı, ksilem öz suyunun hidatodlar olarak isimlendirilen özelleşmiş (deliklerden) porlar çıkmasına neden olur. Hidatod-lar yaprak ayasındaki damarların uç kısımları ile bağlantılı, özelleşmiş porlardır. Sabahları çim yapraklarının uçlarında görülen “çiğ damlaları”, aslında bu tür özelleşmiş porlardan sızan gutasyon damlalarıdır. Transpirasyon baskılandığı ve geceleri nem yüksek olduğunda gutasyon çok belirginleşir.
Mineral Maddelerin Alınması
Bitkilerin ihtiyaç duyduğu mineral maddeler şunlardır.
Azot (N)
Fosfor (P)
Kalsiyum (Ca)
Magneyum (Mg)
Kükürt (S)
Potasyum (K)
Demir (Fe)
Çinko (Zn)
Klor (Cl)
Bakır (Cu)
Nikel (Ni)
Mangan (Mn)
Molibden (Mo)
Bor (B)
Yukarıdaki elementlerden bitkiler en fazla Azot, fosfor, kalsiyum, magnezyum, potasyum ve kükürt elementlerine ihtiyaç duyar. Bu elementlere makro elementler denir.
Bitkinin çok fazla ihtiyaç duymadığı elementlere ise mikro elementler denir. Mikro elementler; Demir, çinko, klor, bakır, nikel, mangan, molibden, bor elementleridir.
Bitkiler azot elementini havadan doğrudan alamazlar. Bu elementin bitki tarafından alınabilmesi için azot elementinin nitrat şeklinde olması gerekir.
Bitkiler azotu üç yoldan alırlar.
1. Şimşek çakması ve yıldırım gibi olaylar ile havadaki azot gazı, azotlu bileşiklere dönüşür ve toprağa bağlanır. Bitkiler bu azotu NO3 şeklinde topraktan su ile alır.
2. Bazı bitkilerin köklerinde azot bağlayıcı (fiksasyon) bakteriler bulunur. Bu bakteriler havadaki serbest azotu NO3 'e çevirerek toprağa bağlar. Bitki topraktaki azotu su ile alır.
Nodül: Bazı bitkiler (fasulye, baklagiller, yerfıstığı vb.) fiksasyon bakterileri ile mutualist bir yaşam kurmuştur. Azot fiksasyonu (azot bağlaması) yapan bakteriler havadaki N2 gazını NO3 'e çevirerek bitkinin ihtiyaç duyduğu azotu almasını sağlar, buna akrşılık ihtiyaç duyduğu organik besini bitkiden sağlarlar. Bu bakterilerin bitkinin köklerinde oluşturduğu yumru şeklindeki yapılara nodül adı verilir.
3. Azot bakımından fakir olan toprağa üreticiler tarafından doğal veya yapay olarak nitrat içeren ve gübre denilen madde bırakılır. Bitkiler su ile bu maddeleri alır.
Minimum Yasası:
Bitkiler yukarıda saydığımız her elementi ihtiyaçları oranında almak zorundadırlar. Bu elementlerin tamamı toprakta yeterince yani bitkinin ihtiyacı olduğu kadar bulunduğu sürece bu elementler bakımından bitkiyi sınırlayıcı bir faktör yoktur. Bu elementlerden bir tanesinin miktarı bitkinin ihtiyaç duyduğu miktarın altına düşerse bitkinin gelişmesi sınırlanır. Bu ilkeye göre bitkinin gelişmesini bulunduğu ortamda en az olan madde belirlemektedir. Bu olaya minimum yasası denir.
Tarımla uğraşanlar toprakta eksik olan mineralleri tespit ederek bu maddeleri dışarıdan bitki toprağına verirler ve bitkinin sağlıklı biçimde gelişmesini sağlarlar.