تغذیه گیاهی

گرچه بیشتر گیاهان میتوانند به وسیله فتوسنتز، بخشی از مواد مورد نیاز خود مانند کربوهیدرات ها، پروتئین ها، لیپیدها و بعضی مواد آلی دیگر را تولید کنند اما همچنان به مواد مغذّی مانند آب و مواد معدنی نیاز دارند. گیاهان، این مواد را به کمک  اندامهای خود، به ویژه ریشه ها جذب میکنند. گیاهان چه سازوکارهایی برای جذب مواد مورد نیاز و نیز انتقال آنها به اندام های خود دارند؟ مواد حاصل از فرایند فتوسنتز چگونه به سراسر گیاه منتقل میشوند؟ در این فصل به فرایندهای مربوط به تغذیه، جذب و انتقال گیاهان میپردازیم.

گیاهان برای رشد و نمو، به مواد مختلفی نیاز دارند. گیاهان، این مواد را از هوا، آب یا خاک اطراف خود جذب میکنند. کربن دی اکسید یکی از مهم ترین موادی است که گیاهان از هوا جذب میکنند. کربن، اساس ماده آلی و بنابراین یکی از عناصر مورد نیاز گیاهان است. این گاز به همراه سایر گازها از راه فضاهای بین یاختهای به گیاه وارد میشود. مقداری از کربن دی اکسید هم با حل شدن در آب، به صورت بیکربنات درمی آید که میتواند توسط برگ ها و یا ریشه جذب شود. سایر مواد مغذّی هم بیشتر از طریق خاک جذب میشوند.

خاک و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان

خاک، ترکیبی از مواد آلی و غیرآلی و ریز اندام گان ها )میکروارگانیسم ها) است. خاک های مناطق مختلف به علت تفاوت در این ترکیبات، توانایی متفاوتی در نگهداری آب، مقدار هوای خاک و pH مواد معدنی دارد. بخش آلی خاک یا گیاخاک (هوموس)، به طور عمده از بقایای انداران و به ویژه اجزای در حال تجزیه آنها تشکیل شده است. بعضی از اجزای گیاخاک، که منشأ آنها بیشتر گیاهی است، موادی اسیدی تولید میکنند که به علت داشتن بارهای منفی، یون های مثبت را در سطح خود نگه میدارند. این کار گیاه خاک مانع از شست وشوی این  یون ها میشود. گیاخاک باعث نرمی بافت خاک نیز میشود که برای نفوذ ریشه مناسب است.

 ذرات غیرآلی خاک از تخریب فیزیکی و شیمیایی سنگ ها در فرایندی به نام هوازدگی ایجاد میشوند. این ذرات از اندازه بسیار کوچک رس تا بسیار درشت شن و ماسه را شامل میشوند. تغییرات متناوب یخ زدن و ذوب شدن آب، که باعث خرد شدن سنگ ها میشود، نمونه ای از اثر هوازدگی فیزیکی است. اسیدهای تولید شده توسط بعضی از جاندران و نیز ریشه گیاهان هم میتوانند هوازدگی شیمیایی ایجاد کنند.

جذب مواد معدنی در خاک

نیتروژن و فسفر دو عنصر مهمی هستند که در ساختار پروتئین ها و مولکول های وراثتی شرکت میکنند. گیاهان، این دو عنصر را بیشتر از خاک جذب میکنند.

جذب نیتروژن

اینکه جوّ زمین دارای 78 % نیتروژن (N) است، گیاهان نمیتوانند شکل مولکولی نیتروژن را جذب کنند. بیش تر نیتروژن مورد استفاده گیاهان به صورت یون آمونیوم (+ (NH4یا نیترات است. این ترکیبات بیشتر در خاک و توسط ریزاندام گان تشکیل میشوند. خلاصه ای از این فرایندها در شکل 3 نشان داده شده است. به تبدیل نیتروژن جو به نیتروژن قابل استفاده گیاهان تثبیت نیتروژن گفته میشود. بخشی از نیتروژن تثبیت شده در خاک، حاصل عملکرد زیستی بعضی از باکتری هاست. باکتری های تثبیت کننده نیتروژن، به صورت آزاد در خاک یا همزیست با گیاهان زندگی میکنند. نیتروژن تثبیت شده در این باکتری ها به مقدار قابل توجهی دفع و یا پس از مرگ آنها برای گیاهان قابل دسترس میشود. مهمترین انواع تثبیت نیتروژن، در ادامه این فصل توضیح داده خواهد شد.امروزه تلاش های زیادی برای انتقال ژنهای مؤثر در تثبیت نیتروژن به گیاهان در جریان است، تا بدون نیاز به این باکتریها،نیتروژن مورد نیاز در اختیار گیاه قرار گیرد.

در شکل 3 انواع دیگری از باکتریهای خاک دیده میشوند. نقش هر یک از آنها در تغییر و تبدیل مواد نیتروژن دار چیست؟

جذب فسفر

فسفر (P)از دیگر عناصر معدنی است که کمبود آن، رشد گیاهان را محدود میکند. گیاهان، فسفر مورد نیاز خود را به صورت یون های فسفات از خاک به دست می آورند. گرچه فسفات در خاک فراوان است، اغلب برای گیاهان غیرقابل دسترس است. یکی از دلایل آن، این است که فسفات به بعضی ترکیبات معدنی خاک)مثل آهن، کلسیم و آلومینیم( به طور محکمی متصل میشود. برخی گیاهان برای جبران، شبکI گسترده تری از ریشه ها و یا ریشه های دارای تار کشنده بیشتر، ایجاد میکنند که جذب را افزایش میدهد.

بهبود خاک

خاکِ مناطق مختلف ممکن است دچار کمبود برخی مواد یا فزونی مواد دیگری باشد. اصلاح این خاک ها میتواند آنها را برای گیاهان قابل کشت کند. اگر این خاک ها دچار کمبود باشند، با افزودن کود میتوان حاصل خیزی آنها را افزایش داد.

زیست شناسان برای تشخیص نیازهای تغذیه ای گیاهان، آنها را در محلول های مغذّی رشد میدهند (شکل 4). این محلول ها،آب و عناصر مغذّی محلول به مقدار معین دارند. از این شیوه برای تشخیص اثرات عناصر بر رشد و نمو گیاهان نیز استفاده میشود.

مقدار نیتروژن، فسفر و پتاسیم در اغلب خاک ها محدود است، به همین دلیل در بیشتر کودها این عناصر وجود دارند. کودهای مهم در انواع آلی، شیمیایی و زیستی (بیولوژیک) وجود دارند.

کودهای آلی، شامل بقایای در حال تجزیه جان داران اند. این کودها مواد معدنی را به آهستگی آزاد میکنند و چون به نیازهای جانداران شباهت بیشتری دارند، استفادة بیش از حدّ آنها به گیاهان آسیب کمتری میزند. از معایب این کودها، احتمال آلودگی به عوامل بیماری زاست.

کودهای شیمیایی شامل عناصر معدنی هستند که به راحتی در اختیار گیاه قرار میگیرند؛ بنابراین میتوانند به سرعت، کمبود مواد مغذّی خاک را جبران کنند. مصرف بیش از حد کودهای شیمیایی میتواند آسیبهای زیادی به خاک و محیط زیست وارد و بافت خاک را تخریب کند. از طرفی، با شسته شدن توسط بارش ها، این مواد به آب ها وارد میشوند. حضور این مواد باعث رشد سریع باکتریها، جلبک ها و گیاهان آبزی میشود. افزایش این عوامل مانع نفوذ نور و اکسیژن کافی به آب میشود و میتواند باعث مرگ و میر جانوران آبزی شود.

کودهای زیستی شامل باکتری هایی هستند که برای خاک مفید و با فعالیت و تکثیر خود، بعضی مواد معدنی خاک را افزایش میدهند. استفاده از این کودها بسیار سادهتر و کم هزینه تر است. این کودها معمولاً به همراه کودهای شیمیایی به خاک افزوده میشوند و معایب دو نوع کود دیگر را ندارند.

همان طور که کاهش عناصر مغذّی در خاک برای گیاهان زیان بار است، افزایش بیش از حدّ بعضی مواد در خاک میتواند مسمومیت ایجاد کند و مانع رشد گیاهان شود. بعضی گیاهان میتوانند غلظت های زیادی از این مواد را درون خود به صورت ایمن نگهداری کنند؛ مثلاً نوعی سرخس میتواند آرسنیک را که مادهای سمی برای گیاه است، در خود جمع کند.

بعضی گیاهان میتوانند آلومینیم را نیز در بافتها و کُریچه ها ذخیره کنند. مثلاً وقتی گیاه گل ادریسی در خاک های اسیدی رشد میکند، با تجمع آلومینیم، گلبرگ ها از صورتی به آبی تغییر رنگ پیدا میکنند (شکل 6). بعضی گیاهان نیز با جذب و ذخیره بعضی مواد مانند نمک ها، موجب کاهش شوری خاک میشوند. با کاشت و برداشت این گیاهان در چند سال پی درپی میتوان باعث کاهش این مواد و بهبود کیفیت خاک شد.