11:47 م
الانتاج النباتي -
كتب الزراعة
كتاب : المرشد العملي في علاقات النبات بالماء : العمليات الاساسية - الشد المائي - الاجهاد المائي - الملوحة
الماء هو العامل اللاأحيائي (غير الحي) الأكثر تقييدًا لنمو النبات وإنتاجيته ، وهو المحدد الرئيسي لتوزيعات الغطاء النباتي في جميع أنحاء العالم. منذ العصور القديمة ، أدرك البشر تعطش النباتات للمياه كما يتضح من وجود أنظمة الري في بداية التاريخ المسجل. تنبع أهمية الماء للنباتات من دوره المركزي في النمو والتمثيل الضوئي وتوزيع الجزيئات العضوية وغير العضوية. على الرغم من هذا الاعتماد ، تحتفظ النباتات بأقل من 5 ٪ من الماء الذي تمتصه الجذور لتوسيع الخلايا ونمو النبات. يمر الباقي عبر النباتات مباشرة إلى الغلاف الجوي ، وهي عملية يشار إليها باسم النتح. يمكن أن تكون كمية الماء المفقودة عن طريق النتح عالية بشكل لا يصدق ؛ يمكن أن تستخدم نبتة ذرة مروية واحدة تنمو في كانساس 200 لترًا من الماء خلال فصل الصيف المعتاد ، بينما يمكن لبعض أشجار الغابات المطيرة الكبيرة استخدام ما يقرب من 1200 لتر من الماء في يوم واحد!
إذا كان الماء مهمًا جدًا لنمو النبات وبقائه ، فلماذا تهدر النباتات الكثير منه؟ تكمن الإجابة على هذا السؤال في عملية أخرى حيوية للنباتات - التمثيل الضوئي. لصنع السكريات ، يجب أن تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الغلاف الجوي من خلال مسام صغيرة في أوراقها تسمى الثغور . ومع ذلك ، عندما تفتح الثغور ، يُفقد الماء في الغلاف الجوي بمعدل غزير مقارنة بالكمية الصغيرة من ثاني أكسيد الكربون الممتص ؛ عبر الأنواع النباتية يُفقد ما متوسطه 400 جزيء ماء لكل جزيء CO2 مكتسب. يشكل التوازن بين النتح والتمثيل الضوئي حلاً وسطًا أساسيًا في وجود النباتات ؛ يجب أن تظل الثغور مفتوحة لبناء السكريات ولكن خطر الجفاف في هذه العملية.
من التربة إلى النبات
بشكل أساسي ، يتم امتصاص كل المياه التي تستخدمها النباتات البرية من التربة عن طريق الجذور. يتكون نظام الجذر من شبكة معقدة من الجذور الفردية التي تختلف في العمر على طول طولها. تنمو الجذور من أطرافها وتنتج في البداية جذورًا رفيعة وغير خشبية. الجذور الدقيقة هي الجزء الأكثر قابلية للاختراق في نظام الجذر ، ويُعتقد أن لديها أكبر قدرة على امتصاص الماء ، خاصة في النباتات العشبية (أي غير الخشبية) (McCully 1999). يمكن تغطية الجذور الدقيقة بشعر الجذر الذي يزيد بشكل كبير من مساحة السطح الامتصاصية ويحسن الاتصال بين الجذور والتربة (الشكل 2). تعمل بعض النباتات أيضًا على تحسين امتصاص الماء من خلال إقامة علاقات تكافلية مع الفطريات الفطرية ، والتي تزيد وظيفيًا من إجمالي مساحة السطح الامتصاصية لنظام الجذر.
تشكل جذور النباتات الخشبية اللحاء مع تقدم العمر ، مثل جذوع الأشجار الكبيرة. في حين أن تكوين اللحاء يقلل من نفاذية الجذور القديمة ، إلا أنه لا يزال بإمكانها امتصاص كميات كبيرة من الماء ). هذا مهم للأشجار والشجيرات حيث يمكن أن تشكل الجذور الخشبية حوالي 99٪ من سطح الجذر في بعض الغابات .
تمتلك الجذور قدرة مذهلة على النمو بعيدًا عن المواقع الجافة باتجاه البقع الرطبة في التربة - وهي ظاهرة تسمى التوجه المائي. يحدث التوجه المائي الإيجابي عندما يتم تثبيط استطالة الخلية على الجانب الرطب من الجذر ، في حين أن الاستطالة على الجانب الجاف لا تتأثر أو يتم تحفيزها قليلاً مما يؤدي إلى انحناء الجذر والنمو باتجاه رقعة رطبة . من المرجح أن يكون غطاء الجذر هو موقع التحسس المائي ؛ في حين أن الآلية الدقيقة للاتجاه المائي غير معروفة ، فإن العمل الأخير مع نموذج النبات Arabidopsis قد ألقى بعض الضوء على الآلية على المستوى الجزيئي .
تمتلك جذور العديد من الأنواع الخشبية القدرة على النمو على نطاق واسع لاستكشاف كميات كبيرة من التربة. توجد الجذور العميقة (> 5 م) في معظم البيئات مما يسمح للنباتات بالوصول إلى المياه من مصادر المياه الدائمة على عمق كبير . تم العثور على جذور من شجرة شيبرد (Boscia albitrunca) تنمو على عمق 68 مترًا في وسط كالاهاري ، بينما يمكن أن تنتشر تلك الأنواع الخشبية الأخرى بشكل جانبي حتى 50 مترًا على جانب واحد من النبات . من المثير للدهشة أن معظم نباتات الأراضي القاحلة لها أنظمة جذر ضحلة جدًا ، وتوجد جذور أعمق باستمرار في المناخات ذات الأمطار الموسمية القوية (مثل مناخات البحر الأبيض المتوسط والرياح الموسمية).
على عكس الحيوانات ، تفتقر النباتات إلى المضخة النشطة الأيضية مثل القلب لتحريك السوائل في نظام الأوعية الدموية. بدلاً من ذلك ، يتم تحريك حركة الماء بشكل سلبي بواسطة الضغط وتدرجات الجهد الكيميائي. يتم نقل الجزء الأكبر من الماء الذي يتم امتصاصه ونقله عبر النباتات عن طريق الضغط السلبي الناتج عن تبخر الماء من الأوراق (أي النتح) - يشار إلى هذه العملية عمومًا باسم آلية التماسك والتوتر (C-T). هذا النظام قادر على العمل لأن الماء "متماسك" - فهو يلتصق بنفسه من خلال القوى الناتجة عن الترابط الهيدروجيني. تسمح روابط الهيدروجين هذه لأعمدة المياه في النبات بتحمل توتر كبير (حتى 30 ميجا باسكال عندما يتم احتواء الماء في الشعيرات الدموية الدقيقة الموجودة في النباتات) ، وتساعد في شرح كيفية نقل المياه إلى مظلات الأشجار على ارتفاع 100 متر فوق سطح التربة. يتم إنشاء جزء التوتر من آلية C-T عن طريق النتح. يحدث التبخر داخل الأوراق في الغالب من أسطح جدار الخلية الرطبة المحاطة بشبكة من المساحات الهوائية. يتشكل الغضروف المفصلي في واجهة الهواء والماء هذه (الشكل 4) ، حيث يتعرض الماء السكتة الدماغية الموجود في الشعيرات الدموية لجدار الخلية إلى هواء التجويف تحت الفم. مدفوعًا بطاقة الشمس لكسر الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات ، يتبخر الماء من الغضروف المفصلي ، ويسحب التوتر السطحي في هذه الواجهة جزيئات الماء لتحل محل تلك المفقودة بسبب التبخر. تنتقل هذه القوة على طول أعمدة المياه المستمرة نزولاً إلى الجذور ، حيث تتسبب في تدفق المياه من التربة. يطلق العلماء على مسار النقل المائي المستمر اسم تواصل جو نبات التربة (SPAC).
كان ستيفن هالز أول من اقترح أن تدفق المياه في النباتات تحكمه آلية C-T ؛ يقول هالز في كتابه عام 1727 "لأنه بدون عرق يجب أن يتجمد [الماء] ، على الرغم من أن أوعية النسغ تتكيف بفضول شديد بسبب نقاوتها الفائقة ، لرفع [الماء] إلى ارتفاعات كبيرة ، في نسبة متبادلة مع أقطارها الدقيقة جدًا. " في الآونة الأخيرة ، تم إعادة إنتاج نظام التدفق التبخيري المستند إلى الضغط السلبي في المختبر لأول مرة بواسطة "شجرة اصطناعية" .
عندما تكون حركة الذائبة مقيدة بالنسبة لحركة الماء (أي عبر أغشية الخلايا شبه القابلة للنفاذ) يتحرك الماء وفقًا لإمكاناته الكيميائية (أي حالة طاقة الماء) بالتناضح - انتشار الماء. يلعب التناضح دورًا رئيسيًا في حركة الماء بين الخلايا والأجزاء المختلفة داخل النباتات. في حالة عدم وجود النتح ، تهيمن القوى التناضحية على حركة الماء في الجذور. يتجلى ذلك في صورة ضغط الجذر والتمزق - وهي عملية شائعة في عشب العشب ، حيث تتشكل قطرات الماء عند هوامش الأوراق في الصباح بعد ظروف انخفاض التبخر. ينتج ضغط الجذر عندما تتراكم المواد المذابة إلى تركيز أكبر في نسيج الجذر أكثر من أنسجة الجذر الأخرى. يؤدي تدرج الجهد الكيميائي الناتج إلى تدفق المياه عبر الجذر وإلى نسيج الخشب. لا يوجد ضغط جذر في النباتات سريعة النتح ، ولكن تم اقتراح أنه في بعض الأنواع يمكن أن يلعب ضغط الجذر دورًا مركزيًا في إعادة تعبئة قنوات نسيج الخشب غير الوظيفية خاصة بعد فصل الشتاء ........
--------------------
----------------------------
ليست هناك تعليقات: