صعود آب در آوند چوبی(1)

اهداف:

• نحوه انتقال آب از ریشه به بالاترین نقاط گیاه
• نیروهای دخیل در انتقال آب از ریشه به برگ

مطالعه فیزیولوژیک

بلندترین درختان، بیشتر در مناطق و جنگل های بارانی در امتداد سواحل اقیانوس آرام می رویند. معروف ترین آن ها درخت سکویا است که ارتفاع برخی از آن ها بیش از 110 متر می رسد. از طرف دیگر می دانیم که آب و مواد غذایی از طریق ریشه و از خاک جذب می شوند اما چه نیرویی سبب می شود که این مواد مسافتی این چنینی را طی کنند و به بالاترین و دورترین نقطه از گیاه برسند؟

هم چنین از طرف دیگر نیروی جاذبه زمین و سطوح نامنظم دیواره، صفحات سوراخ دار و... خود مانعی در برابر این حرکت به سمت بالا محسوب می شوند. با این شرایط چطور می شود که این مواد و یا بقیه انتقالات بین سلولی به راحتی امکان پذیر است و هیچ مشکلی ایجاد نمی گردد؟

جالب است بدانید که نیرویی برابر 2 تا3 مگاپاسکال برای حرکت آب از سطح زمین به بالاترین نقطه بلندترین درختان شناخته شده لازم است. چنین نیرویی چگونه می تواند ایجاد شود؟

مهم ترین نیروهای مؤثر، نیروی فشار ریشه ای(root pressure)، مویینگی(capillarity) و پیوستگی(cohesion) نام برده می شوند.

فشار ریشه ای:

اگر ساقه یک گیاه علفی که به حد کافی آبیاری شده است از بالای سطح خاک بریده شود، شیره آوند چوبی از سطح بریده شده به بیرون تراوش خواهد کرد. ترشح شیره، که ممکن است چندین ساعت طول بکشد، وجود فشار مثبت را در آوند چوبی مشخص می کند. بزرگی این فشار با اتصال یک مانومتر (وسیله ای برای اندازه گیری فشار در مقیاس کم) به سطح بریده شده قابل اندازه گیری است. این فشار به فشار ریشه ای معروف است، زیرا نیرویی که موجب ترشح می شود، از ریشه نشأت می گیرد.

پایه و اساس فشار ریشه ای، در ساختمان ریشه ها و جذب فعال عناصر معدنی از خاک نهفته است. لوله های آوند چوبی در قسمت ریشه در ناحیه ای که به استوانه مرکزی(stele) معروف است، قرار دارند. لایه ای که استوانه مرکزی را احاطه می کند اندودرم نام دارد. در بیشتر ریشه ها، دیواره های شعاعی و عرضی سلول های اندودرمی به طور مشخصی ضخیم شده و نوار کاسپاری را پدید می آورند. 

نوار کاسپاری به طور عمده شامل سوبرین است که ترکیب پیچیده ای از اسیدهای چرب آب گریز با زنجیره طولانی و الکل ها است. این مولکول های آب گریز به دیواره های سلولی نفوذ کرده و فضاهای بین میکروفیبریل های سلولزی و فضاهای بین سلولی را پر می کنند. به دلیل اینکه سوبرین، فضاها را پر می کند و هم آب گریز است، نوار کاسپاری مانع محکمی را در برابر حرکت آب از راه فضای آپوپلاستی اندودرم ایجاد می کند. در نتیجه آب برای ورود به استوانه مرکزی یا خروج از آن، فقط باید از راه غشای سلول های اندودرمی و سپس از راه اتصالات پلاسموسماها عبور کند.

پس از آنکه ریشه ها یون های معدنی را از خاک جذب کردند، یون ها به داخل استوانه مرکزی، یعنی جایی که فعالانه از آن به لوله های آوند چوبی راه می یابند منتقل می شوند. تجمع یون ها در آوند چوبی، پتانسیل اسمزی و در نتیجه، پتانسیل آب شیره خام را کاهش می دهد. در پاسخ به این کاهش پتانسیل، آب جریان می یابد و از راه غشای سلول های اندودرمی به داخل استوانه ی مرکزی راه پیدا می کند.

از آنجا که نوار کاسپاری از برگشت آزادانه آب به پوست جلوگیری می کند، فشار مثبتی در لوله های آوند چوبی ایجاد می کند. به عبارتی، ریشه ممکن است نفوذپذیری انتخابی داشته باشد. بدین ترتیب ریشه به انباشت یون ها در آوند چوبی ادامه می دهد، آب نیز به صعود خود در لوله ها ادامه داده یا از سطح لوله های آوند چوبی بریده شده تراوش می کند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فاضل صحرانشین سامانی
تنظیم: مریم فروزان کیا