Bitkilerde Su ve Minerallerin Gövde ve Yapraklara Taşınması

Bir bitkiye köklerinden giren suyun büyük bir kısmı, yapraklarındaki stomalardan (gözenek) terleme yoluyla buharlaşır.

Stomalar, karbondioksit almak için açık oldukları sırada suda buharlaşarak bitkiden uzaklaşır. Bu kaçınılmaz su kaybı (terleme) bitkiye iki türlü yarar sağlar. Birincisi, ışık absorbe ederken çok fazla ısıyı emmiş olan yaprakların soğutulmasıdır. İkincisi ise topraktan alınan su ve minerallerin kökten, gövde ile yapraklara doğru hareket etmesini ayrı bitkinin topraktan su almasını kolaylaştırmasıdır.

Suyun bu yükselişi sırasında çözünmüş iyonlardan bitki hücreleri faydalanır. Böylece metabolik faaliyetleri için gerekli olan özellikle nitrat, sülfat, fosfat ve diğer iyonlardan yararlanmış olur.

Bitkilerde terleme ile su kaybı büyük oranda stomalar ile yapılır. Bekçi hücreleri stoma açıklığını kontrol eder. Bu sayede bitkinin fotosentez sırasında gereksinim duyduğu suyun korunmasını sağlar. Bekçi hücrelerinin şekil değiştirmesi stomanın açılıp kapanmasına neden olur. Stomaların yaprak mezofiline bakan kısımlarında hava boşlukları bulunur.

Bu boşluklarda karbondioksit, oksijen ve su buharı vardır. Yeterli miktarda su bulunduran ortamlarda yaşayan bitkilerde stomanın açılıp kapanmasını etkileyen en önemli faktör ışıktır. Stoma; gün içinde yaprak yüzeyine ulaşan ışığın şiddeti arttıkça açılır, ışığın şiddeti azaldıkça da kapanır.

Çoğu bitki türünde mezofil dokudaki hava boşluklarında gündüz fotosentez başlayınca karbondioksit konsantrasyonunun azalması, stomanın açılmasını teşvik eder. Gece ise çoğu bitki türünde mezofildeki hava boşluklarında karbondioksit konsantrasyonunun artması, stomanın kapanmasına neden olur.

Genellikle gündüzleri bekçi hücreleri, komşu epidermis hücrelerinden potasyum iyonlarını (K+) aktif taşıma ile alır. K+ iyonlarının birikimi bekçi hücrelerinde osmotik basıncın artmasını sağlar. Bekçi hücrelerinde fotosentez tepkimeleri sonucu üretilen glikozlar ile gün içinde nişastanın hidrolizi ile oluşan glikozlar, sükroza dönüştürülür.

Sükroz miktarının artması da bekçi hücrelerinde osmotik basıncı artırır. Bu durumda komşu epiderms hücrelerinden su, bekçi hücrelerine geçer. Sonuç olarak bekçi hücrelerinde çevrelerindeki komşu epidermis hücrelerinden daha yüksek bir turgor basıncı oluşur. Ortaya çıkan basınç, bekçi hücrelerinde dış çeperin iç çepere oranla daha fazla dışa doğru hareket etmesini sağlar ve stoma açılır (Görsel 3.66).

Görsel 3.66 Stomanın açılması

Görsel 3.66 Stomanın açılması

Genellikle gece bekçi hücrelerdeki K+ iyonları komşu epidermis hücrelerine geçer. Bunun dışında sükroz miktarı azalır ve glikozlar nişastaya dönüştürülür. Bu durumda bekçi hücrelerinde suda çözünen maddelerin miktarı azalır ve osmotik basınç düşer.

Su, bekçi hücrelerinden komşu epidermis hücrelerine geçer. Bekçi hücrelerinde turgor basıncı azalır. Basıncın azalmasıyla iç ve dış çeper eski konumlarına döner ve stoma kapanır (Görsel 3.67).

Görsel 3.67 Stomanın kapanması

Görsel 3.67 Stomanın kapanması

Gövdedeki lentisellerden ve yapraktaki kütikula tabakasından da terlemeyle bir miktar su kaybı olmaktadır. Suyun yukarı doğru hareket etmesi, kohezyon gerilim teorisi ve kök basıncı ile açıklanır.

Kök Basıncı

Kökteki emici tüylerde topraktan su alımını kolaylaştırmak için osmotik basıncın yüksek tutulması gerekir. Bunun için kökte mineral ve tuzlar biriktirilir. Hatta gerektiğinde kökte depolanmış nişasta da hidroliz edilerek glikoza dönüştürülür ve böylece osmotik basıncın yükselmesi sağlanır.

Bu olaylar sonucu kök emici tüylerinin osmotik basıncı, toprak çözeltisindeki osmotik basınçtan daha yüksek olur. Osmotik basınçlardaki bu farklılık, bitkinin topraktan sürekli su almasını sağlar. Kökteki merkezî silindiri kuşatan endodermis, iyonların merkezî silindirden geri çıkmasını engeller.

Merkezî silindirdeki mineral birikimi, osmotik basıncı artırır. Su, korteksten merkezî silindirdeki ksileme doğru akar. Suyun ksilemde akışını artıran bu basınç kök basıncı olarak adlandırılır. Bu basınç sayesinde su, gövde içinde yukarılara doğru ilerler. Ancak kök basıncı, tek başına suyun taşınması için yeterli değildir.

Yandaki görselde bitki köklerinin suyu alması, cıvanın cam boru içerisinde yükselmesine neden olur. Bunun sebebi kök basıncıdır (Görsel 3.68).

Görsel 3.68 Kök basıncının kesilmiş bitki kökü kullanılarak gösterimi

Görsel 3.68 Kök basıncının kesilmiş bitki kökü kullanılarak gösterimi

Sabahın erken saatlerinde yaprak uçlarında çiğ tanesi gibi görünen damlacıkların oluşumuna kök basıncı neden olur. Bu damlacıklar, çiğ değildir. Çiğ, havadan yoğuşarak gelen sudur. Bu damlacıklar, su ve minerallerin kök basıncı etkisiyle yaprak kenarlarında bulunan ksilemlerle bağlantılı hidatodlardan dışarı atılması ile oluşur.

Bu olay gutasyon olarak adlandırılır (Görsel 3.69). Gutasyonda su, kök basıncı ile yapraktan dışarı atılmaya zorlanır. Gutasyon olayı sırasında bitkide mineral ve tuz kaybı olur. Bu, suyun gövde içinde yukarı doğru taşınmasında etkili bir durumdur.

Görsel 3.69 Gutasyon

Görsel 3.69 Gutasyon

Kohezyon Gerilim Teorisi

Terleme ile yapraktan buharlaşan bir su molekülü, ksilem içinde alt tarafta yer alan bir sonraki su molekülünü yukarı doğru çeker. Bu çekim gücü, yaprağın su kaybetmesi sonucu o bölgedeki ozmotik basıncın artması ile ortaya çıkar. Çünkü ozmotik basıncın artması, emme kuvvetini de artırır. Bu durum suyun yukarı doğru çekilmesine neden olur.

Su molekülü, kutupsal bir moleküldür. Bir tarafı negatifken diğer tarafı pozitiftir. İki su molekülünün karşıt yüklü tarafları, birbirini çeker. Bu sırada hidrojen bağı kurulur. Hidrojen bağı, su moleküllerini bir arada tutar. Moleküllerin bu şekilde birbirlerine bağlı kalma eğilimi kohezyon olarak adlandırılır.

Benzer bir çekim, su molekülleri ile ksilem duvarını oluşturan selüloz molekülleri arasında gerçekleşir. Bu tip bir çekim adhezyon olarak adlandırılır. Su molekülleri ve selüloz molekülleri üzerindeki karşıt elektrik yükleri, birbirini çekerek ksilemin duvarlarında su tutan hidrojen bağlarını oluşturur.

Adhezyon, kohezyona göre çok güçlü değildir. İnce bir su sütununu tutabilir. Terleme, kohezyon ve adhezyon sayesinde su molekülleri bir sütun hâlinde ksilemden yukarı doğru taşınır. Kök bölgesinde ksilemdeki su yukarı doğru çekilince de bu bölgede osmotik basınç artar ve topraktan su çekilir (Görsel 3.70, 71 a, b).

Görsel 3.70 Suyun kökten yapraklara taşınması

Görsel 3.70 Suyun kökten yapraklara taşınması

Bu durum kohezyon gerilim teorisi olarak adlandırılır. Suyun ksilemde kökten gövde ve yapraklara taşınması, tek yönlü gerçekleşir. Dar çaplı trakeitlerde su daha yükseklere taşınır. Ksilemde su taşınması sırasında enerji harcanmaz.

Görsel 3.71 buharlaşma

Görsel 3.71 Kohezyon gerilim teorisinin deney üzerinde gösterilmesi (a, b)

Görsel 3.71 Kohezyon gerilim teorisinin deney üzerinde gösterilmesi (a, b)

Add Comment