BİTKİ FİZYOLOJİSİ

Hücreler yaşamlarını devam ettirebilmek için gerekli olan besin ve oksijeni dışardan almak, metabolizma sonucu meydana gelen azotlu artıkları ve karbondioksiti uzaklaştırmak zorundadır. Yüksek yapılı canlılarda besin ve oksijenin bütün hücrelere taşınması ve hücrelerde oluşan metabolizma artıklarının boşaltım organlarına taşınarak dışarıya atılmasını sağlayan sistem taşıma sistemidir. Tek hücreli ve koloni gibi canlılarda özelleşmiş bir taşıma ve dolaşım sistemi yoktur. Bu canlılarda hücreye maddelerin alınması ve hücredeki maddelerin dışarıya verilmesi difüzyon, aktif taşıma ve osmoz gibi olaylarla gerçekleştirilir.

Sularda yaşayan bir hücreli yeşil algler, fotosentez için gerekli maddeleri ortamdan difüzyonla alır. Yüksek yapılı bitkilerde ise bunu sağlayan yaprak, kök ve taşıma sistemi elemanları gelişmiştir. Taşıma sistemini odun boruları (ksilem) ve soymuk boruları (floem) oluşturur.

Bitkilerde Suyun Taşınması

Odun Boruları ( Ksilem )

Hücreleri ölüdür (lignin birikimi nedeniyle)
Su ve mineral taşır.
Aşağıdan yukarıya tek yönlü taşıma vardır.
Etrafında canlı parankima ve destek hücreleri vardır.
Çapı geniş olanlara trake, dar olanlara ise trakeid denir.

Suyun topraktan emici tüylerle alınıp kökteki iletim demetleriyle yapraklara kadar taşınmasını sağlayan faktörler:

Kök basıncı
Terleme ve kohezyon kuvveti
Kılcallık olayı
Kök Basıncı
Kök hücrelerinde organik madde konsantrasyonunun yüksek tutulması ile kök osmotik basıncı toprak osmotik basıncından yüksek hale getirilir.
Buna bağlı olarak topraktaki su ve mineraller osmoz ile emici tüylere ve oradan odun borularına geçer. Bu sayede aşağıdan yukarıya doğru bir itme kuvveti doğar (kök basıncı).
Kök basıncı ile su en fazla 30 m yüksekliğe çıkabilir.
Otsu bitkilerde kök basıncı yeterlidir, ancak uzun bitkilerde diğer faktörler de etkili olur.

Toprak uzun süre sulanmazsa, toprak partiküllerinin osmotik basıncı artar. Toprak osmotik basıncı kökten daha fazla olur. Böylece bitki topraktan su alamadığı için tepeden başlayarak kurur.

Terleme ve Kohezyon Kuvveti
Bitkinin yapraklarındaki gözeneklerden su kaybetmesine terleme (transpirasyon) denir.
Bitki terleme ile su kaybettikçe kohezyonun (aynı cins moleküller arası çekim kuvveti) etkisiyle bitkide kaybolan su bir alttaki su molekülünü çeker, böylece alttan yukarıya doğru taşınan kopmaz bir su sütunu oluşur.

Unutulmamalıdır ki su ve minerallerin taşınmasında en etkili olan faktör terleme ve kohezyon kuvvetidir.

Kılcallık
Aynı cins moleküllerin birbirlerini çekmeleri gibi farklı cins moleküller arasında da bir çekim bulunur. (Örneğin bir yüzey yıkandığında suyun damlalar halinde akmadan yüzey üzerinde kalmasını sağlayan bu kuvvettir.)
Eğer yeterince ince bir boru bir sıvının içine daldırılırsa sıvı molekülleri ile boruyu oluşturan maddeye ait moleküller arası çekim nedeniyle sıvı yerçekiminin tersi yönde bu boru içinde yükselebilir.
Odun borularının ince (kılcal) olması borular içindeki suyun yerçekimi nedeniyle kazandığı ağırlığı azaltır.
Böylece bitki suyu yapraklara kadar kök basıncı ve terleme gibi olaylar yardımıyla taşıyabilir.
Su moleküllerinin birbirini çekmesi (kohezyon) suyun bir sütun şeklinde taşınmasını sağlar.

Suyun taşınmasında etkili olan faktörlerin etkinlik sırası:

Terleme ve Kohezyon Kuvveti › Kök Basıncı › Kılcallık Olayı

Bitkilerde Terlemenin Sonuçları:

Terleme ile kaybedilen su yaprak osmotik basıncını arttırır ve yapraklarda emme kuvveti oluşur. Bu basınç suyun köklerden yapraklara taşınmasına yardım eder.
Yapraklarda atılan su saf sudur. Topraktan minarelli suyun alınabilmesi için bu suyun atılması gerekir (su sirkülasyonu). Böylece bitki yaprakları saf suyu kaybetmiş, yerine mineral madde bakımından zengin su almış olur. Bitki fotosentez olayında mineral maddeleri kullanır.
Yaprak yüzeyinin soğutulması için bitki terler. Böylece yaprak uygun sıcaklıkta tutulur, enzim etkinliği devam eder.

Terlemeyi etkileyen faktörler

Çevresel Faktörler: Işık, nem, sıcaklık, rüzgar, topraktaki su miktarı
Bitkisel Faktörler: Stomaların yapısı, büyüklüğü, dağılışı ve turgor durumu, yaprak alanı, yaprağın yapısı, kutikula tabakasının kalınlığı, tüylerin varlığı ve sıklığı, yaprak hücrelerinin osmotik basıncı, sitoplazmanın su kapasitesi

Terleme olayında havanın bağıl nemi önemlidir, bağıl nem fazlaysa terleme hızı düşer. Bu nedenle nemli bölge bitkileri terleme hızını arttırmak için gözenek sayısını ve yaprak yüzeyini arttırmışlardır (adaptasyon).

Bitkilerde Organik Besinlerin Taşınması

Yapraklarda fotosentezle oluşan glikoz ve kökte oluşan aminoasit gibi organik besinler bitkinin diğer kısımlarına soymuk borularıyla taşınır.

Soymuk Boruları

Hücreleri canlıdır
Organik besinleri taşır
Taşıma çift yönlüdür
Etrafında arkadaş ve destek hücreleri

Soymuk borularının hücreleri canlı olduğu için iletim hızı odun borularına göre yavaştır. İletim difüzyon ve aktif taşımayla olur. Su ve organik maddelerden başka tuz ve diğer erimiş maddeler hem odun hem soymuk borularıyla taşınır.

Bitki yapraklarında sentezlenen karbonhidratlar(glikoz) köke taşınarak burada azot tuzlarıyla birleştirilip amino asitlere dönüştürülür. Kökte oluşan bu aminoasitler bitkinin ihtiyacına göre üst kısımlara taşınabilir. Bu nedenle soymuk borularında madde iletimi çift yönlüdür.

BİTKİNİN KISIMLARI

Kök
Topraktaki su ve minarelerin alınmasında kökte bulunan emici tüyler görevlidir. Emici tüyler kökteki epidermis hücrelerinin farklılaşarak dışa doğru uzamasıyla meydana gelen kısa ömürlü yapılardır.
Emici tüylerdeki organik madde yoğunluğu toprak suyundaki çözünmüş madde yoğunluğundan büyüktür. Böylece toprak emici tüy hücrelerine göre hipotonik kalır.
Su çok yoğun olan topraktan az yoğun olan emici tüylere osmos ile geçer ve kabuk kısmını oluşturan parankima hücrelerinden odun borularına ulaşır.
Emici tüyler kökün toprakla olan emilme yüzeyini arttırır. Kurak bölge ve tuzlu topraklarda yaşayan bitkilerin emici tüylerindeki osmotik basınç diğer bitkilere göre daha fazladır.
Gövde

Bitkinin gövdesinde odun ve soymuk borularının yerleşimi farklıdır.

I. Monokotiledon (Tek Çenekli =Tek Yıllık) Bitkilerde odun ve soymuk boruları:

İletim demetleri dağınıktır
Odun boruları ve soymuk boruları arasında kambiyum yoktur (Kapalı demet)
Bu bitkiler genellikle tek yıllık otsu bitkilerdir.
Kökleri yüzeysel ve yayvandır.
Yapraklarında iletim demetleri paralel damarlanma gösterir.
Tohumlarında tek çenek yaprağı bulunur.

II. dikotiledon (Çift Çenekli= Çok Yıllık) Bitkilerde odun ve soymuk boruları:

İletim demetleri halkasal dizilmiştir
Odun boruları ve soymuk boruları arasında kambiyum bulunur (açık demet)
Dıştan içe doğru; kabuk mantar, soymuk boruları, kambiyum, odun boruları, öz kısmı bulunur.
Kökler kazık ve yerin derinine doğrudur.
Bu bitkiler genellikle çok yıllık odunsu bitkilerdir.
Yapraklarında ağsı damarlanma görülür.
Tohumlarında çift çenek yaprağı bulunur.
Yapraklar
Yapraklar gövdenin yan tomurcuklarından gelişir. Çoğunda meristem doku bulunmadığı için büyümeleri sınırlıdır. Yaprakta; yaprak kını, yaprak sapı ve yaprak ayası olmak üzere 3 kısım vardır. Bir yaprakta fotosentez yapan hücreler palizat ve sünger parankiması ile gözenek hücreleridir.
Üst Epidermis: Hücreler tek sıralı, kloroplastsız, kalın çeperli ve yassıdır. Stoma çok az yada hiç yoktur. Yüzeyi su kaybını önleyen mumsu kutiküla tabakasıyla örtülüdür.
Palizat Parankiması: Üst epidermisin altında düzgün sıralanmış bol kloroplastlı hücrelerden oluşur. Fotosentez hızının en fazla olduğu hücrelerdir.
Sünger Parankiması: CO2, O2 ve su buharı difüzyonunu kolaylaştıran hücreler arası boşluklar vardır. Hücreleri kloroplastlıdır.
Yaprak Damarları: Odun ve soymuk borularını taşıyan iletim demetlerinin devamıdır. Bunlar yaprağın mezofil tabakasına uzanırlar. Damarların üst kısmında odun, alt kısmındaysa soymuk boruları yer alır.
Alt Epidermis: Stomaların bulunduğu tek sıralı hücrelerden oluşan tabakadır. Hücreleri kloroplastsızdır. İki epidermis arasındaki kısma mezofil denir, bu kısım parankima hücrelerinden meydana gelir.

Stoma (Gözenek): Gaz alışverişinde rol oynayan kloroplastlı fasulye tanesi şeklinde iki stoma (kilit) hücresinden meydana gelir. Dış çeperleri ince, iç çeperleri ise kalındır.

Stoma Hücrelerinin Çalışma Prensibi

Stoma açıklığının açılıp kapanması stoma hücrelerindeki turgor basıncının değişmesiyle olur.

Işık şiddeti arttıkça stoma hücrelerinde fotosentezle glikoz yoğunluğu artar, komşu hücrelerden su geçişi olur.
Su alan stoma hücrelerinde turgor basıncı yükselir. Artan turgor basıncı ince çeperlere daha çok etki eder, kalın çeperler ayrılır ve stoma açılır.
Su hücreden çıkınca turgor basıncı azalır, kalın çeperler birbirine yaklaşır ve stoma kapanır.
Karanlıkta nişasta miktarı artar. Turgor basıncı düşer ve stomalar kapanır.

Kurak havalarda terleme hızını azaltmak için stomalar kapanır, bu durum CO2 girişini engellediği için geçici olarak fotosentez ve glikoz sentezini azaltır veya durdurur. (Kurak bölge bitkileri bodurdur)

Stomaların açılıp kapanmasında stoma bekçi hücrelerindeki CO2 miktarı ve K iyonlarının yoğunlukları da etkilidir.

Işığın fotosentez hızını arttırmasıyla bekçi hücrelerinde K iyonu birikimi görülür. Bu sırada fotosentez nedeniyle CO2 miktarı azalır. Gerek CO2 azalması gerekse K iyonları ile içeri giren bikarbonat iyonları ortamı bazikleştirir (pH yükselir).
Glikozun kilit hücrelerinde yoğunluğunun artmasıyla birlikte komşu hücrelerden su girişi olur ve stomalar açılır.
Gece bitki fotosentez yapamayıp solunuma devam ettiği için stoma kilit hücrelerinde CO2 miktarı artar. Ortam asitleşir (PH düşer). Glikoz nişastaya dönüşür. Kilit hücrelerinin ozmotik basıncı düştüğü için su kaybederler. Kilit hücrelerinde suyun kaybolması turgor basıncını düşürür. Stomalar kapanır.

Hava neme doymuşsa bitki terleme ile su kaybedemez. Bu durumda yaprakların kenarlarında bulunan hidatot (su savağı) adı verilen deliklerden dışarıya sıvı halde damla damla su kaybedilir. Bu olaya damlama (gutasyon) denir.

Unutulmamalıdır ki terleme ile kaybedilen su saf sudur. Damlama ile kaybedilen su sıvı halde atıldığı için inorganik tuzlar içerebilir. Hem terleme hem de damlama bitkide birer boşaltım olayıdır.

Kurak bölge bitkilerinde su kaybını azaltmak için:

Yaprak üzerinde stoma sayısı azdır
Stomalar yaprağın iç kısmına gömülüdür
Stomalar yaprağın alt kısmında yoğunlaşmıştır
Epidermiste kalın kütiküla tabakası ve tüyler bulunur
Yaprak yüzeyi küçülmüş, kökte dallanma artmıştır
Kökte emici tüylerle osmotik basınç