Bitkiler fotoototroftur. Bitkiler fotosentez ile inorganik maddelerden organik madde sentezi yapar. Yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmek ve hücreler arası madde iletimini sağlamak için iki yol kullanır.
Bunlardan ilki, kök ile topraktan alınan su ve minerallerin ksilemle bitkinin üst kısımlarına taşınmasıdır. İkincisi ise fotosentez sonucu üretilen organik besinlerin floem ile bitkinin diğer kısımlarına taşınmasıdır.
Su ve Minerallerin Taşınması
Bitkiler, ihtiyaç duydukları inorganik maddeleri ya havadan ya da topraktan alır. Havadan çoğu zaman CO2 ve O2 gibi gazları alır. Bitkiler, su ve suda çözünmüş mineral tuzlarını ise topraktan kökleri ile alır ve bitkinin diğer kısımlarına iletir.
Topraktan alınan su, bitkilerde gerçekleşen fotosentezde kullanılan en önemli maddelerden biridir. Bitkiler, kökleri ile su ve suda çözülmüş mineralleri topraktan alır. Ayrıca su, çözücü özelliği ile minerallerin alınmasını ve bitkide taşınmasını sağlar.
Köklerde Su ve Mineral Emilimi
Kökte emici tüy denilen uzantılar bulunur. Bu uzantılar epidermis hücrelerinin toprak içine doğru oluşturduğu yapılardır. Emici tüyler, yüzey alanını artırdığı için su ve mineral emilimini artırır. Bu hücrelerin iç yoğunluğu ortam yoğunluğuna göre çok daha fazla olabilir.
Örneğin kök hücrelerinde K+ iyonu, topraktaki yoğunluğundan yüzlerce kat fazla olabilir. Bu durum, suyun pasif taşıma ile kök hücrelerine geçişine imkân sağlar.
Topraktan emilen su ve minerallerin ksileme kadar iletilmesi, iki yolla gerçekleşir. Bu yollardan ilki, suyun emici tüylere girip hücreden hücreye aktarılarak ksileme kadar taşınmasıdır. İkincisi ise hücreye girmeden hücre çeperleri ve çeperlerin çevresinde bulunan hücreler arası boşlukta taşınmasıdır.
Çeperlerden alınan su ve mineraller endodermiste bulunan ve suya geçirgen olmayan ‘‘kaspari şeridine” kadar gelir. Burada hücre içerisine girip hücreden hücreye aktarılarak ksileme kadar taşınır. Su ve minerallerin alımı bu yolla daha hızlı olur. Kökte su, osmoz ve difüzyon (yayınma) ile K+ iyonu, aktif taşıma ile alınır.
Bitkiler bazı mantar veya bakteri türleri ile su ve minerallerin alımını kolaylaştırmak için mutualist bir birliktelik kurar. Bitki kökleri, mantar hifleri ile mikoriza oluşumu gerçekleştirirken, bazı bakterilerle nodül oluşumunu gerçekleştirir.
Mikorizayı oluşturan mantar hifleri kökü dıştan sarar ve toprak içlerine uzanarak emilim yüzeyini artırır. Mikoriza kök korteks hücreleri arasına yerleşir. Mantar kökte yüzey artışını sağlar. Bu durum bitkinin su ve mineral alımını artırırken mantar hifleri bitkiden besin alarak faydalanır.
Azot elementi; bitkide nükleik asitlerin, amino asitlerin, ATP’nin ve vitaminlerin yapısına katılır. Bitkiler, havanın serbest azotundan faydalanamaz. Azotu amonyum ve nitrat bileşiklerinden karşılar. Bitki kökleri ve Rhizobium (Rizobiyum) bakterileri arasında mutualist bir yaşam vardır. Özellikle baklagil köklerinde oluşan yumrulara nodül adı verilir. Nodül içindeki Rhizobium bakterileri, havanın serbest azotunu bitkinin kullanabileceği nitrata (NO3) çevirir.
Bitki kök hücreleri ile mantarlar arasında oluşan mikorizada su ve minerallerin kolay emilimi sağlanırken kök hücrelerinin bakterilerle birlikte oluşturduğu nodüller ise özellikle azotun bitkiye alımını kolaylaştırır. Bu sırada mantar ve bakteriler, bitkinin fotosentez ürünlerinden faydalanarak yaşamsal faaliyetlerini sürdürür.
Doğada yer alan elementlerin birçoğu, bitkilerin yapısına katılır. C, H ve O alımında bitkiler açısından herhangi bir engel bulunmaz ve kolayca dış ortamdan alınabilir. Ancak alınması gereken diğer mineraller, toprakta mineral şeklindedir ve suda çözünerek alınır. Bitkinin yapısında fazlaca bulunan ve alınması gereken elementlere makroelementler denir.
Azot, fosfor, potasyum, magnezyum, kükürt ve kalsiyum makroelementlere örnektir. Bu elementlerin yanı sıra az miktarda da olsa alınması gereken elementler de vardır ki bunlara da mikroelementler denir.
Demir, klor, mangan, çinko, bor, bakır, nikel ve molibden mikroelementlere örnek verilebilir. Klorofilin yapısında Mg elementi vardır ve Mg elementi makroelementtir. Ancak klorofilin sentezlenmesi sırasında mikroelement olan demir elementine ihtiyaç duyulur.
Demirin yeterli olmaması, klorofil sentezini durdurur. Mineral eksikliği nedeniyle bitkide bazı olumsuz etkiler görülür. Eksiklik giderilmezse bu durum, bitkinin ölümüne yol açabilir. Ayrıca bir mineralin eksikliği, başka bir mineral ile giderilemez. Bitkilerde bulunan mineraller ve bitkinin bu minerali kullanabileceği formu Tabloda verilmiştir.
Bitkilerin ihtiyaç duyduğu elementlerin ortamda belirli bir oranda bulunması gerekir. İhtiyaç duyulan herhangi bir elementin bitkinin ihtiyacından az olması, bitkinin diğer minerallerden yararlanma oranını da düşürür yani büyümesini yavaşlatır. Bu durumu; ilk defa 1840 yılında Justus von Liebig yapmış olduğu çalışmalarında, minimum yasası olarak ifade etmiştir.
Bu yasaya göre bitkiler, en az ihtiyaç duyduğu minerale göre diğer minerallerden faydalanır. Örneğin klorofil sentezinde görev alan enzimleri aktive eden demir mineralinin eksikliği, klorofilin yapısına katılan magnezyum mineralinin kullanımını azaltır.
Tarımda çiftçiler, bitkilerde görülen belirtilerden yola çıkarak ya da toprak analizleri yaptırarak bitkilerdeki mineral eksikliğini tespit ederler. Bitkilerin büyüme ve gelişmesinin tam olabilmesi için eksik minerallerin toprağa gübre ile verilmesi gerekir.
Gübreler, topraktaki mineral eksikliğini gidermek amaçlı kullanılan maddelerdir. Doğal ve yapay olarak elde edilebilir. Doğal gübrelere hayvansal gübre, solucan gübresi örnek verilebilir. Yapay gübre ise fabrikalarda üretilen gübrelerdir. Azotlu gübre, fosforlu gübre, potasyumlu gübre ve karma (kompozit) gübre gibi çeşitleri vardır.
Son yıllarda bazı seralar ve çiftliklerde topraksız kültür ortamı (hidroponik) uygulamaları yapılmaktadır. Hidroponik uygulamalar ya bitki kökleri tamamen besin elementlerini içeren bir sıvı içerisinde tutularak gerçekleştirilir ya da bitkileri sadece ayakta tutacak ve köklerinin tutunarak su ve besin almasını sağlayacak bir madde kullanmak suretiyle gerçekleştirilir.
Toprak yerine kullanılacak maddeler perlit, kaya yünü, torf ve volkan tüfü gibi maddelerdir. Hidroponik uygulamalarla bitkilerin ihtiyaç duyduğu tüm mineraller çözelti hâlinde bitkilere verilmekte ve ideal büyüme sağlanmaktadır. Bu yöntemin klasik yetiştiriciliğe göre dezavantajı ise maliyetin yüksek olmasıdır. Özel tasarlanmış plastik oluklara yerleştirilen marul bitkisi oluklardan akıtılan sıvı ile beslenerek büyütülmektedir.
Oluk içerisinden akan hidroponik sıvının toplanıp yeniden kullanılması maliyetleri az da olsa düşürebilir. Bunun yanı sıra toprak verimi düşmüş bazı seralarda çuval, plastik kova vb. kaplar içerisine torf vb. maddeler konulur. Hazırlanan düzeneğe yetiştirilecek olan domates ve salatalık fideleri dikilir. Bu düzeneğe hidroponik sıvı verilmesi ile bitkiler yetiştirilmektedir.