هوش در گیاهان

هوش در گیاهان
یکی از تفاوت‌‌های آشکار بین ما جانوران و خویشاوندان سبز رنگ دورمان، یعنی گیاهان، میزان جنبش و جابه‌جایی ماست. ما پذیرفته‌ایم که هوش را از روی کارها بسنجیم، زیرا کارهایی که انجام می‌دهیم نشان می‌دهند که در مغز ما چه می‌گذرد. بنابراین، چون گیاهان خاموش و بی ‌جنبش به چشم می‌آیند و در یک جا ریشه دوانده‌‌اند، زیاد تیز هوش و زرنگ به نظر نمی‌رسند. اما گیاهان نیز جنبش دارند و به برانگیزاننده‌های پیرامون خود پاسخ می دهند.
گیاهان با حساسیت چشمگیری دست کم 15 متغیر محیطی گوناگون را پیوسته بررسی می‌کنند. آن‌ها می‌توانند این پیام های ورودی را پردازش کنند و با کمک دسته‌ای از مولکول‌ها و راه‌های پیام ‌رسانی، خود را برای پاسخ درست آماده سازند. بنابراین، توان محاسبه‌ گری گیاهان بی‌مغز شاید به اندازه‌ی بسیاری از جانوران با مغزی باشد که می‌شناسسیم.
ساقه‌ی در حال رشد می‌تواند با کمک پرتوهای قرمز دور(مادن قرمز)، نزدیک‌ترین همسایه‌های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای‌ آن‌ها را پیش‌بینی کند و اگر لازم باشد، به شیوه‌ای از رخ‌دادن آن پیامدها پیش‌گیری کند. برای مثال، هنگامی که همسایه‌های رقیب به نخل استیلت (Stilt) نزدیک می شوند همه‌ی گیاه به سادگی جابه‌جا می‌شود. ریزوم برخی گیاهان علفی با رشد کردن به سوی بخش بدون رقیب و یا سرشار از مواد غذایی، جای زندگی خود را بر می‌گزیند. سس که نوعی گیاه انگل است، طی یک یا دو ساعت پس از نخستین برخوردش با گیاه میزبان، توانایی بهره‌برداری از آن را می‌سنجد. خلاصه، گیاهان می‌توانند ببینند، بچشند، لمس کنند، بشنوند و ببویند.
در این مقاله که در دو بخش تنظیم شده است، با گوشه‌هایی از رفتارهای هوشمند گیاهان و سازوکار چگونگی رخ دادن آن‌ها آشنا می‌شویم.


دوری از سایه

ساقه‌ی در حال رشد می‌تواند با کمک نور قرمز دور، نزدیک‌ترین همسایه‌های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای‌ آن‌ها را پیش‌بینی کند و اگر نیاز باشد، به شیوه‌ای از رخ‌دادن آن پیامدها پیش‌گیری کند. این فرایندها را مولکول‌هایی به نام فیتوکروم میانجی‌‌گری می‌کنند. فیتوکروم‌ها، گیرنده‌ها و حسگرهای نور در گیاهان هستند.
هر فیتوکروم از یک بخش دریافت‌کننده‌ی نور و یک بخش دگرگون‌کنند‌ی پیام تشکیل شده است. بخش دریافت‌کننده‌ی نور ساختمان تتراپیرولی دارد و از راه اسید آمینه‌ی سیستئین به بخش دگرگون‌کننده‌ که گونه‌ای پروتئین است، پیوند می‌شود. فیتوکروم در پاسخ به طول موج‌های گوناگون نور، به شکل کارا و ناکارا درمی‌آید. شکل ناکارا (Pr) پس از جذب فوتون‌های قرمز به شکل کارا (Pfr) در می‌آید. Pfr که فوتون‌های قرمز دور (مادون قرمز) را بهتر دریافت می‌کند، در پاسخ به این طول موج‌ها به Pr دگرگونه می‌شود.

ساز و کار فیتوکروم
در نور خورشید، نسبت نور قرمز به قرمز دور نزدیک 2/1 است. اما در یک جامعه‌‌ی گیاهی این اندازه کاهش می‌یابد، زیرا رنگیزه‌های فتوسنتزی، از جمله کلروفیل، نور قرمز را جذب می‌کنند. تغییر در نسبت نور قرمز به مادون قرمز شاخص قابل اطمینانی برای ارزیابی نزدیکی گیاهان رقیب است. در جامعه‌های فشرده پرتوهای قرمز دوری که از برگ‌های گیاهان بازتاب می‌یابند یا پراکنده می‌شوند، پیام روشن و منحصر به فردی است که از نزدیکی رقیبان آگاهی می‌دهد. پس از درک نسبت پا یینی از نور قرمز به قرمز دور، گیاهی که از سایه دوری می‌گزنید (گیاه آ فتاب پسند) بر رشد طولی خود می‌افزاید و اگر ترفنندهایش کارگر افتند، جنبه‌های دیگر پاسخ دوری از سایه باعث شتاب گرفتن گلدهی و تولید پیش از زمان دانه می‌شوند تا بخت ماندگاری افزایش یابد.
دانشمندان در آزمایشی گروهی از گیاهان را زیر فیلتری پرورش دادند که نسبت نور قرمز به قرمز دور را کاهش می‌داد و بنابراین، پاسخ دوری از سایه را بر می ‌انگیخت. این گیاهان نسبت به گیاهانی که زیر نور کامل خورشید می‌روییدند، رشد طولی بیش‌تری پیدا کردند. البته، اندازه‌ی رشد طولی به اندازه‌ی آفتاب‌پسندی گیاه ارتباط دارد. گیاهان صحرایی نسبت به گیاهانی که به طور معمول در سایه‌ی درختان چنگل می‌رونید، رشد طولی بیش‌تری پیدا کردند.
فیتوکروم‌ها اغلب فعالیت پروتئین‌کنیازی را از خو د نشان می‌دهند. این مولکول‌ها با پیوند زدن گروه‌های فسفات به پروتئین ها، فعالیت آن‌ها را تغییر می‌دهند. بر این اساس، آن‌ها با تغییر فعالیت پروتئین‌هایی که در تنظیم ژن‌ها دخالت دارند، بر فعالیت آن‌ها تاثیر می‌گذارند. ژن‌های زیادی در گیاهان شناخته شده‌اند که از راه فیتوکروم در پاسخ به نور تنظیم می‌شوند. البته، فیتوکروم‌ها بخشی از پاسخ‌های زیستی را از راه تغییرهایی در تعادل یون‌ها در سلول پدید می‌آورند. به هر حال، تکامل فیتوکروم‌ها توان درک نسبت نور قرمز به قرمز دور، در نهاندانگان رشد چشمگیری پیدا کرده است. سرخس‌ها و خزنده‌ها به طور معمول با واکنش‌های بردباری به سایه، به انبوهی جامعه گیاهی پاسخ می‌دهند. بازدانگان تا اندازه‌ای واکنش‌های دوری از سایه را نشان می‌دهند. شاید تکامل توان شناسایی پیام‌های نوری که از گیاهان پیرامون بازتاب می‌یابد، برای پیشرفت نهاندانگان تا وضعیت کنونی که در فرمانروی گیاهان حرف اول را میزنند، سرنو شت‌ساز بوده است. اگر فیتوکروم ها نبودند هنوز هم گیاهان دوران کربونیفر ما را در بر گرفته بودند.
فیتوکروم‌ها در آغاز در نیاکان پروکاریوتی گیاهان امروزی به وجود آمدند. به نظر می‌رسد در آن‌ها به صورت حسگرهای نور کار می‌کردند. شاید توانایی بی‌نظیر فیتوکروم ‌ها در دگرگونه شدن به شکل‌های کارا و ناکارا در پاسخ به کیفیت نور، در پروکاریوت‌های آغازین اهمیت کارکردی زیادی نداشته است، اما این ویژگی طی تکامل گیاهان خشکی، گزینش و اصلاح شده و به صورت حسگر پیچیده‌ای در آمده است که اهمیت آن با اهمیت بینایی در جانوران برابری می کند. به عبارت دیگر، شاید بتوان فیتوکروم‌ها را چشم‌های گیاهان به شمار آورد.

فرار از سایه

گیاهان برای دوری از چتر سایه‌انداز همسایگان خود، می‌توانند به کارهای چشم‌گیرتری دست بزنند. برای مثال، نخل استیلت (Socratea exorthiza) ساقه‌ای دارد که مانند شخصی که عصا زیر بغل دارد، بر ریشه‌های عصا مانند گیاه تکیه دارد و اغلب نیز به طور مستقیم با زمین تماس ندارد. نام معمولی این گیاه نیز به همین ویژگی اشاره دارد. (واژه استیلت به معنای پایه و تکیه گاه است.) از این رو، این گیاه استوایی را می‌توان نخل پایه‌دار نامید. هنگامی که همسایگان نخل پایه‌دار بر میزان نور دریافتی گیاه تاثیر می‌گذارند یا به منبع غذایی آن دست ‌درازی می‌کنند، نخل فرار را برقرار تریجح می‌دهد و همه‌ی گیاه به جایی جابه‌جا می شود که بسیار آفتابی است. برای این جابه جایی ریشه های تکیه گاهی جدید به سوی جای آفتابی رشد می‌کنند و ریشه‌های طرف سایه‌انداز شده,،آرام‌آرام می‌میرند. در این رفتار گیاه، به خوبی هدف‌دار کار کردن را می‌بینیم.

در جست و جوی غذا
گیاهان در جست و جوی مواد غذایی می توانند خاک پیرامون خود را ارزیابی کنند و به جاهایی سر بکشند که بهترین چیزها در آن جا یافت می‌شوند. دانشمندان به تازگی برای گیاهان آزمون‌های هوشی را سامان داده‌اند که به کمک آن‌ها می‌توان دریافت گیاهان در کندوکاو پرامون‌شان تا چه اندازه‌ای خردمندانه کار می‌کنند. آنان با کاشتن گیاهان در خاک ناهمگون، یعنی خاکی که قطعه‌های آن از نظر کیفیت مواد غذایی با هم تفاوت دارند، هوش گیاهان را می‌سنجد.
پیچک باغی (Glechoma hederace) توجه گیاه‌شناسان را به خود جلب کرده است. این گیاه همان طور که روی زمین می خزد، در دو بعد رشد می کند. هر جا که مناسب باشد، از ساقه زیر زمینی آن ریشه‌هایی به سوی زمین و ساقه‌هایی به سوی بالا پدید می‌آیند. وقتی گیاه در خاک مرغوبی قرار گیرد، انشعاب و شاخ و برگ بیش‌تری تولید می کند. هم‌چنین، توده‌هایی از ریشه پدید می‌آورد تا با سرعت بیش‌تری از خاک قطعه‌ای که در آن می‌روید، بهره برداری کند. اما هنگامی که این گیاه خزنده در قطعه‌ی فقیرتری قرار می‌گیرد، با سرعت بیش‌تری گسترش خود را به بیرون از آن قطعه‌، پیش می‌برد تا به هر گونه‌ای از آن ‌جا فرار کند. در این حالت، ساقه‌ی زیر زمینی گیاه نازک‌تر است و انعشاب کم‌تری دارد.
این تغییر در الگوی رشد باعث می شود، ساقه‌های هوایی جدید دورتر از گیاه والد شکل گیرند و در محیط تازه‌ای به جست و جوی مواد غذایی بپردازند. البته، میزان رشد فقط با کیفیت مطلق یک قطعه ارتباط ندارد، بلکه میزان مرغوبیت آن در مقایسه با قطعه‌های پیراون نیز برای گیاه مهم است. در واقع، گیاه قطعه‌ای را به عنوان قطعه‌ی مرغوب شناسایی می‌کند که دست کم دو برابر سرشار تر از قطعه‌های پیرامون باشد. اما پیش از این پاسخ‌های هوشمندانه، گیاه باید بتواند کیفیت قطعه‌ای را که در آن می‌روید بسنجد.

دو پژوهشگر انگلیسی ژنی را در گیاه رشادی (Arabidopsis) کشف کرده‌اند که به ریشه‌ها این توانایی را می‌دهند که برای پیدا کردن قطعه‌های سرشار از نیترات و نمک‌های آمونیوم، خاک را بچشد. فراورده‌ی این ژن به ریشه‌ها امکان می‌دهد به جای جست و جوی تصادفی و پر هزینه، به سوی مواد غذایی رشد کنند. این دو پژوهشگر برای شناسایی ژن‌هایی که ممکن است در این کار دخالت داشته باشند، جهش یافته‌های گوناگونی از رشادی را پرورش دادند تا سرانجام جهش یافته‌ای را پیدا کردند که نمی‌توانست با توسعه‌ی ریشه‌های جانبی از ریشه‌های اصلی، به جست و جوی نیترات بپردازد. به این ترتیب آنان ژنی را کشف کردند که برای شناسایی نیترات ضروری است.

چشایی در گیاهان
ریشه‌های گیاهان می‌توانند رفتارهای هوشمندانه‌تری نیز از خود بروز دهند. در دانشگاه تگزاس، استنلی روکس و کولین توماس آنزیمی به نام آپیراز را بر سطح ریشه‌ها کشف کردند که به آن‌ها توانایی می‌دهد در جست و جوی ATP تولید شده از سوی میکروب‌های خاک، قطعه‌های گوناگون خاک را مزه مزه کنند. آپیراز به صورت پروتئینی متصل به غشا تولید می‌شود که بخش دارای فعالیت کاتالیزوری آن به سوی بیرون سلول است. این آنزیم با فعالیت آبکافتی خود فسفات گاما و بتا را از مولکلول ATP یا ADP جدا می کند. گیاهان به کمک این آنزیم بخشی از فسفات معدنی لازم برای رشد خود را به دست می‌آورند. این دو پژوهشگر در آزمایشی نشان دادند، گیاهان تراژنی که مقدار زیادی آپیراز تولید می‌کردند، نسبت به گیاهان دیگر، رشد بیش تری داشتند.

مکنده‌های گیاه سس (Cuscuta) نیز برای غارت بهترین گیاه میزبان از حس چشایی بهره می‌گیرند. این گیاه که توان فتوسنتز کردن ندارد، به گرد ساقه‌های میزبان می پیچد و برای به دست آوردن مواد غذایی و آب، ساختارهای مکنده خود را درون آن‌ها فرو می‌کند. هوش این انگل گیاهی در ارزیابی مقدار انرژی که می‌توان از میزبان به دست آورد و مقدار انرژی که برای بهره برداری از آن باید صرف شود، به کمک گیاه می‌آید.

از لحظه برخورد انگل با گیاه میزبان تا آغاز گرد آوری مواد غذایی از آن، نزدیک 4 روز است. این زمان برای ارزیابی میزان پرباری میزبان و تصمیم گیری برای تولید پیچ‌ های کم تر یا بیش تر به دور آن، کافی است. پیچ‌های بیش‌تر به تولید مکنده‌های بیش‌تر و در نتیجه بهره برداری بیش تر از میزبان می‌انجامند. اما اگر میزبان پربار نباشد تولید پیچ‌های بیش‌تر نوعی هدر دادن انرژی به شمار می ‌آید.
در دهه 1990 کولین کلی نشان داد راهبردهایی که گیاه سس برای جست و جوی بهترین میزبان به کار می‌گیرد، با مدل‌های ریاضی که برای توضیح جنبه‌های اقتصادی جست و جوی غذا در جانوران ابداع شده بودند، هماهنگی دارند. بنابراین، سس ممکن است زرنگ‌ترین شکارچی پیرامون ما نباشد، اما در جست و جوی شکار به خوبی جانورانی که می شناسیم، کار می کند.

لامسه در گیاهان
گیاهان گوشتخوار از جمله گیاه دیونه (Dionea muscipula) با سرعت شگفت‌آوری به برخورد حشره‌ها با کرک‌های حساس روی برگ‌هایشان پاسخ می‌دهند. با واکنش گل قهر (Mimosa pudica) به کوچک‌ترین برخورد آشنا هستید. اما این گیاهان، تنها گیاهانی نیستند که می‌توانند برخورد را درک کنند. آن‌ها نسبت به دیگر گیاهان، فقط لامسه نیرومند‌تری دارند.


گیاهان معمولی برای پاسخ دادن به کشیدهای باد به لامسه نیاز دارند. باد می‌تواند بر میزان شاخ و برگ در گیاهان اثر منفی داشته باشد. از این رو، گیاهان می‌کوشند با تقویت بافت‌های بخش‌هایی که به نوسان در می‌آیند، در برابر باد پایداری کنند. البته، هزینه کردن انرژی برای بافت‌ها ممکن است کشاورزان را نگران کند. در یک آزمایش مشاهده شد وقتی گیاه ذرت هر روز به مدت 30 ثانیه تکان داده شود، میزان محصول تا 30 الی 40 درصد کاهش می‌یابد.

پژوهشگران می‌خواهند بدانند چگونه پیام لمس، بافت‌های محکم‌تری تولید می‌کند. بیش‌تر پژوهش‌های کنونی روی کلسیم متمرکز شده است. هنگامی که گیاهان به سویی کشیده می‌شوند، یون‌های کلسسیم از واکوئل‌ها به درون سیتوزول جریان پیدا می‌کنند. بیرون رفتن این یون‌ها ، که تنها یک دهم ثانیه به درازا می کشد، به فعال شدن ژن‌هایی می‌انجامد که با تقویت دیواره‌ی سلول ارتباط دارند. تاکنون پنج ژن از این ژن‌های لامسه (TCH) شناسایی شده‌اند. یکی از این ژن ها، رمز ساختن پروتئین کالمودولین را در خود دارد که حسگر اصلی کلسیم در گیاهان و جانوران است. در سال 1995 جانت برام چهارمین ژن لامسه (TCH4) را کشف کرد که آنزیمی به نام زیلوگلوکان اندوترانس گیکوزیلاز را رمز می‌دهد. این آنزیم روی دیواره‌ی سلولی گیاهان اثر می‌گذارد و با تغییرهایی که در اجزای اصلی سازنده‌ی آن‌ها پدید می‌آورد، بر قدرت و استحکام آن‌ها می‌افزاید.

فیزیولوژی گیاهی

فیزیولوژی گیاهی
فیزیولوژی دانشی است که وظیفه‌اش بررسی عملکرد (Function) موجودات زنده است. ماهیت بررسی در این علم ، وظیفه و کارکرد اندامهاست. نام قدیمی فیزیولوژی وظایف‌الاعضا بوده است. فیزیولوژی گیاهی ، مطالعه اعمال حیاتی گیاه ، فرایندهای رشد و نمو ، متابولیزم و تولید مثل گیاهان است.
کشف قوانینی که بر تغذیه گیاه و رشد و نمو آن حکومت می‌کند، شناخت توانایی واقعی سلولها در انجام فعالیتهای بیولوژیک و همچنین ارائه روشهایی که ظهور یکی از توانائیهای سلولی را امکان‌پذیر می‌سازد، هدف اساسی فیزیولوژی گیاهی محسوب می‌شود. همانطور که مسیر روشن بسیاری از اکتشافات نظری ، منشا پیشرفتهایی در یکی از شاخه‌های تجربی علوم است، نتایج حاصل از مطالعاتی که در همه شئون علمی بالاخص در فیزیولوژی گیاهی صورت گرفته، باعث توسعه و پیشرفت واقعی کشاورزی شده و آن را از صورت ابتدایی خود در نخستین روزهای ظهور انسان به صورت کاملا پیشرفته امروزی ، مبدل ساخته است.

از طرف دیگر ، ترقیات سریع فیزیولوژی گیاهی نیز خود مدیون ترقیات علوم دیگری مانند فیزیک و شیمی است، زیرا عملا کلیه اعمال متابولیزم سلولها بر اساس قوانینی تفسیر می‌شوند که در مورد عالم بیجان شناخته شده‌اند. شک نیست که علم فیزیولوژی گیاهی ، علمی است تجربی و همه کوششهایی که در این زمینه صورت می‌گیرند، به شناسایی بیش از پیش ماده زنده منجر می‌شوند. به علاوه فیزیولوژی گیاهی ، علم پایه مستقلی است که دارای مفاهیم خاصی بوده، شیوه مخصوصی در تجربیات آن مشاهده می‌شود.



موضوعات مطرح شده در فیزیولوژی گیاهی
فیزیولوژی گیاهی را می‌توان مطالعه اعمال حیاتی گیاه ، فرایندهای چرخه‌ای متحرک رشد ، متابولیزم و تولید مثل دانست. مباحث زیادی در فیزیولوژی گیاهی بحث می‌شود و در هیچ علمی ، نحوه پیشرفت واضح‌تر از زمینه فیزیولوژی گیاهی نیست. از مباحثی که در فیزیولوژی گیاهی بحث می‌شود، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
تغذیه و جذب در گیاهان
انجام صحیح فرایندهای متابولیزمی مستلزم وجود عناصری است که باید به صورت اکسید شده یا احیا شده ، معدنی و یا آلی جذب سلولها شده، احتیاجات آنها را از نظر ماده و انرژی تامین کنند. مقدار و نوع این احتیاجات تابعی از شدت و نوع واکنشهای متابولیزمی بوده و به همین مناسبت هر موجودی از نظر قدرت سنتز و طریقه تحصیل انرژی با موجود دیگر متفاوت است.
موجودات زنده را از نظر قدرت سنتز و همانند سازی به دو دسته اتوتروف و هتروتروف تقسیم می کنند. موجودات اتوتروف موجوداتی را گویند که از ترکیبات ساده‌ای نظیر دی‌اکسید کربن و ترکیبات معدنی مختلف مانند نیتروژن معدنی ، می‌توانند کلیه احتیاجات خود را برطرف سازند که گیاهان در این گروه قرار می‌گیرند.

احتیاجات گیاهان نسبت به انرژی
سلولهای گیاهی انرژی موجود در مواد تشکیل دهنده خود را به صور مختلف زیر از دست می‌دهند.
• به صورت انرژی حرارتی که در بعضی موارد مانند گل آذین گل شیپوری کاملا آشکار است.
• به صورت انرژی نورانی مانند فلورسانس کلروفیل
• به صورت انرژی مکانیکی مانند سیکلوز در سیتوپلاسم
• به صورت انرژی الکتریکی که نتیجه آن برقراری اختلاف پتانسیل بین اعضای مختلف گیاهان است.
احتیاجات گیاهان نسبت به مواد
میزان این احتیاجات در نمونه‌های مختلف گیاهی ، متفاوت است. رفع احتیاجات یک گیاه بالغ در درجه اول به منظور جبران موادی است که این گیاه در طول حیات از دست می‌دهد. در درجه دوم ، رشد و نمو یک گیاه احتیاجات احتمالی دیگری بوجود می‌آورد. کلیه این احتیاجات بوسیله منابع طبیعی مختلفی تامین می‌شوند که عبارتند از: خاک ، هوا ، آب و محیطهای آلی.
بطور کلی در بخش تغذیه و جذب مباحث مختلفی بحث می‌شود: احتیاجات گیاهان ، نقش عمومی و اختصاصی عناصر و علائم کمبودهای آنها ، محلولهای غذایی و کودهای شیمیایی ، تغذیه نیتروژن معدنی و آلی ، چرخه متابولیزمی نیتروژن ، گوگرد و فسفر ، رابطه آب و خاک ، گردش مواد در گیاه ، جذب مواد معدنی ، مکانیزم جذب مواد و ... .

فتوسنتز
زندگی در روی کره زمین به انرژی حاصل از خورشید وابسته است. فتوسنتز از نظر لغوی به معنی تولید با استفاده از نور خورشید است. در فتوسنتز ، انرژی خورشیدی برای اکسید کردن آب ، آزاد شدن اکسیژن و نیز احیا کردن به ترکیبات آلی و در نهایت قند بکار می‌رود. فتوسنتز شامل دو دسته از واکنشهاست: واکنشهای نوری و واکنشهای تاریکی.


بطور کلی در بخش فتوسنتز مباحث مختلفی بحث می شود:
مفاهیم کلی در مورد فتوسنتز ، عملکرد کوانتومی نور ، ساختمان دستگاه فتوسنتزی ، ساختار تیلاکوئیدها در کلروپلاست ، گیرنده‌های نوری ، فتوسیستم‌های I و II ، مکانیزم انتقال الکترون و پروتون در کلروپلاستها ، ژنوم کلروپلاست ، چرخه احیای فتوسنتزی ، تنفس نوری ، چرخه احیای فتوسنتزی ، چرخه احیای کربن در گیاهان CAM(کراسولاسه) ، سنتز نشاسته و ساکارز در گیاهان و ... .
تنفس
تنفس فرایندی است که انرژی ذخیره شده در مواد انرژی‌زا مانند کربوهیدراتها را به شیوه‌ای کنترل شده ، آزاد می‌کند. در طی تنفس انرژی آزاد ، رها شده و به شکل ATP در می‌آید که این شکل از انرژی می‌تواند به سهولت برای نگهداری و رشد گیاه مورد استفاده قرار گیرد.
مباحثی که در مورد تنفس در فیزیولوژی گیاهی ، بحث می‌شود، به صورت زیر است:

تنفس هوازی و بی‌هوازی ، ساختمان میتوکندری‌ها ، گلیکولیز و چرخه کربس ، زنجیره انتقال الکترون در میتوکندری ، مسیر پنتوز فسفات و ... .
رشد و نمو گیاهی
رشد و نمو اساسا از پدیده‌های مهم در طی انتوژنی گیاه است. رشد و نمو تحت تاثیر عوامل متعدد محیطی و ژنتیکی قرار دارد. البته عامل مهم تعیین کننده الگوهای رشد و نمو ، عمدتا پایگاه ژنتیکی دارد. رشد عبارت است تغییرات کمی و افزایش غیر قابل برگشت در ابعاد یک موجود یا یک اندام. به مجموعه تغییراتی که ماهیت کیفی دارند، به اضافه تغییرات کمی (رشد) ، نمو اطلاق می‌شود.
مباحثی که در رشد و نمو گیاهی بحث می‌شود، به صورت زیر است. سینتیک رشد ، تروپیسمها یا گرایشها در گیاهان ، جنبشهای گیاهان ، تنظیم کننده‌ها یا هورمونهای رشد در گیاه مانند اکسین ، جیبرلین و ... ، مکانیزم تشکیل گل و فتوپریودیسم ، فیتوکرومها و دیگر پذیرنده‌های نوری و ... .
ارتباط فیزیولوژی گیاهی با سایر علوم
فیزیولوژی گیاهی با بسیاری از علوم ، ارتباط دارد. مانند بیوشیمی ، بیوفیزیک و بیولوژی مولکولی. البته فیزیولوژیستها مکررا از نتایج تحقیقات بیوشیمیستها و متخصصان بیوفیزیک و بیولوژی مولکولی استفاده می‌کنند و متقابلا دانشمندان رشته‌های دیگر نیز از نتایج آزمایشات فیزیولوژی گیاهی ، بهره‌مند می‌شوند.
در حقیقت این رشته‌های مرتبط ، با هم یک مجموعه ایجاد می‌کنند و مرزهای تعریف شده عمدتا مصنوعی هستند. بنابراین آشنایی با مبانی بیوفیزیک ، بیوشیمی و بیولوژی مولکولی ، غیرقابل تفکیک با فیزیولوژی گیاهی هستند.


چگونگی تمایز فیزیولوژی گیاهی از رشته‌های نزدیک
چگونه فیزیولوژی گیاهی از رشته‌های نزدیک به خود مانند بیوشیمی ، بیوفیزیک و ... متمایز می‌شود؟ مثال فتوسنتز را به عنوان مثال کلاسیک در نظر بگیرید. بیوشیمیستها آنزیمها را خالص سازی کرده و خصوصیات آنها را در لوله آزمایش مطالعه می‌کنند. متخصصان بیوفیزیک ، غشاها را جداسازی نموده و خصوصیات اسپکتروسکوپی آنها را در لوله آزمایش ، بررسی می‌کنند.
دانشمندان بیولوژی مولکولی ، ژنهای کد کننده پروتئین‌های فتوسنتزی را شناسایی کرده و تنظیم آنها را در طول نمو ، مطالعه می‌کنند. در عوض متخصص فیزیولوژی گیاهی ، فتوسنتز را در عمل ، در سطوح مختلف ارگانی ، از جمله کلروپلاست ، سلول ، برگ و گل گیاه مطالعه می‌کند. صاحبنظران فیزیولوژی گیاهی ، راههای برخورد متقابل اجزا با یکدیگر برای انجام فرایندها و اعمال حیاتی را مورد مطالعه قرار می‌دهند.
چشم انداز
طی دهه گذشته ، علوم زیستی پیشرفت چشمگیر و غیر قابل انتظاری داشته‌اند و در هیچ جا ، این نحوه پیشرفت ، بیشتر از زمینه فیزیولوژی گیاهی نیست. اکتشافاتی نیز ، قفل جادویی انتقال در غشاها را باز کردند. روشهای استخراج DNA ، ابزار جدیدی را برای فهم چگونگی تنظیم بروز و نمو ژن بوسیله نور و هومورنها فراهم کردند.
تجزیه پروتئین‌های کلیدی و کمپلکس‌های رنگیزه ، پروتئین‌هایی مانند روبیسکو (Rubisco) و مرکز واکنش فتوسنتزی با استفاده از کریستالوگرافی اشعه ایکس ، اولین طلیعه فهم مکانیزمهای مولکولی تثبیت کربن و واکنشهای نوری در فتوسنتز را فراهم کرد.

تولید گیاهان مقاوم به شوری

تولید گیاهان مقاوم به شوری

برنامه برای تولید گیاهان مقاوم به شوری

یک گروه از پژوهشگران آمریکایی پیش بینی میکنند بتوانند گیاهانی تولید کنند که در شرایط گلخانه ای و با آب دریا رشد میکنند.برای این هدف, شرکتی به نام فیوچراژن با کمک متخصصان سه موسسه پژوهشهای کشاورزی ایالات متحده تشکیل شده که در حال گردآوری اکتشافات ثبت شده مربوط به هدف یاد شده است.این پژوهشگران مدعی هستند که هدفشان توسعه ژنتیک "دوستدار محیط زیست" است که تا کنون منجر به تولید ارقام گوجه فرنگی و برنجی شده که در خاکهای خیلی شور رشد کرده و در دما و رطوبت پایین به خواب میروند.این گروه در حال حاضر مشغول جلب سرمایه برای ایجاد مزارع آزمایشی, و نیز کسب موافقت وزارت کشاورزی و شورای غذا و داروی ایالات متحده برای استفاده تجاری محصولات خود است.اما روی آوری اخیر آن ها به سرمایه گذاران بریتانیایی به جای آمریکایی, علیرغم تمایل کمتر انگلیسیها به این فناوری, احتمالا منجر به بالا گرفتن دوباره بحث در مورد بی خطر بودن این نوع کشت خواهد شد.گروه پژوهشگران که از سه دانشگاه پوردو, آریزونا, و ایلینوی هستند معتقدند که روشهای آنان به دلیل اینکه ژن جدیدی به ریخته ارثی گیاه اضافه نمیکند نگرانی هایی را که قبلا در مورد دستکاری ژنتیکی گیاهان وجود داشت ایجاد نمیکند.روش آنان بر پایه مطالعه و افزایش فراوانی ژن هایی است که گیاه به کمک آن خود را در برابر شرایط نامساعد محیطی حفظ میکند. به طور خاص ژنی موسوم به Sos1 شناسایی شده که به گیاه کمک میکند نمک اضافی را قبل از آسیب زدن به گیاه دفع کند و به این ترتیب بقای گیاه را در خاکهای شور آسان میکند."برونو روجیه رو" مدیر اجرایی فیوچراژن امیدوار است بتواند گیاهانی را تولید کند که بتوان آن ها را به جای آب شیرین با آب دریا آبیاری کرد.با وجود این هنوز این برنامه تردیدهایی را بر می انگیزد. "کارلو لیفرت" استاد کشاورزی ارگانیک دانشگاه نیوکاسل میگوید: "در حال حاضر مردم نسبت به پدیده دستکاری ژنتیکی به دیده شک نگاه میکنند و به این شرکتها اعتماد ندارند."تا زمانی که آزمایشها کامل نشده, نمیتوان از مشکلات عملی این برنامه سخن گفت. یکی از مشکلات عمده, عملکرد گیاه در خاکهای شور خواهد بود. در چنین خاکهایی, دفع نمک از ریشه به داخل خاک همراه با صرف مقدار زیادی انرژی خواهد بود.دکتر "ری بره سان" استاد دانشگاه پوردو از مخالفت مستمر بریتانیا و اروپا با دستکاری ژنتیکی گله مند است: "طرفداران محیط زیست نیت مثبتی دارند, اما دانش آنها محدود است. سطح علمی استدلال این گروه بسیار پایین است. هدف ما افزایش تولید در واحد سطح است, و این به معنی کاهش سطح زمین زیر کشت خواهد بود. همه متخصصان محیط زیست میدانند که اثر منفی کشاورزی سنتی بر زیست بومها از هر عامل دیگری بیشتر بوده."یک سوم زمینهای زراعی آبی جهان به دلیل شوری بالا غیر قابل استفاده اند. بعد از هر آبیاری, به ویژه در مناطق گرمسیر, آب تبخیر شده و نمک را در خاک بر جای میگذارد. یک راه حل این مشکل آبشویی این اراضی است, اما در جایی که منابع آب محدود است این کار عملی نیست.تخمین زده میشود در ایالات متحده سالانه 6میلیارد دلار/4میلیارد پوند محصول زراعی به دلیل غیر قابل استفاده شدن زمینهای زراعی از دست میرود. انتظار میرود این گونه محصولات علاوه بر ایالات متحده در چین, استرالیا و آمریکای جنوبی هم طرفدارانی پیدا کند.پی نوشت: در پی انتشار این مقاله در گاردین, دو پاسخ به این روزنامه ارسال شد که چکیده آن به این شرح است:"پنی کمپ" سخنگوی حزب سبزها: شوری راه حلهای دیگری نیز دارد که خطر آنها بسیار کمتر از استفاده از مواد تغییر یافته ژنتیکی است, از جمله ایجاد زهکشی مناسب. در بلند مدت اروپا قصد دارد بازارهایی ایجاد کند که نیاز کشاورزان را به الگوهای صنعتی (تولید محصول ارزان قیمت) کمتر کرده و بستر توسعه کشاورزی پایدار را ایجاد کند.دکتر "ریچارد لاوسون": ادعای شرکت فیوچراژن بی پایه است. اگر آبیاری با آب شیرین منجر به شوری میشود, آبیاری با آب دریا اثر شدیدتری خواهد داشت. این پژوهشگران تنها به زمینه های تخصصی خود توجه دارند و اثرات پیچیده زیست محیطی را نادیده میگیرند

زیتون

زیتون
زیتون که نام علمی آن اولئا اوروپا می‌باشد از خانواده اولئاسه است در این خانواده جنسهای زیادی که اغلب آنها در نواحی گرم یا نیمه گرم زندگانی می‌کنند وجود دارد. از حیث ظاهر این گیاهان تفاوت زیادی با یکدیگر دارند و از درختچه تا درخت بلندترین بین آنها مشاهده می‌شود.
موطن اصلی و قدمت زیتون
زیتون تقریبا از 3000 سال قبل از میلاد مسیح مورد استفاده قرار می‌گرفته است. این گیاه از نواحی گرم و نیمه گرم می‌باشد و موطن اصلی آن را در سوریه و جنوب ترکیه می‌دانند و از این نقاط به سایر نواحی که دارای آب و هوای مدیترانه‌ای هستند برده شد و اکنون از دامنه‌های غربی هیمالیا در شرق تا سواحل اقیانوس اطلس در مغرب و در دو طرف دریای مدیترانه درخت زیتون کاشته می‌شود. علاوه بر نواحی نامبرده در آمریکای شمالی و آمریکای جنوبی و استرالیا این محصول را نیز می‌کارند و مورد استفاده قرار می‌دهند.
مشخصات گیاه شناسی درخت زیتون
برگ درخت زیتون متقابل و باریک و سبز تیره و دائمی و همیشه سبز است. برگ نسبتا ضخیم بوده و در قسمت فوقانی یعنی روی سطح برگ کاملا صاف و صیقلی است در صورتی که در سطح زیرین آن دسته‌های متفرق کرک مشاهده می‌شود. این کرکها در اطراف روزنه قرار دارند و نقش آنها جلوگیری از تبخیر در موقع گرما و خشکی هوا می‌باشد. جوانه گل زیتون در اواخر تابستان بین برگ و ساقه جوان همان سال ظاهر می‌شود ولی به حال رکود باقی می‌ماند تا بهار سال بعد که این جوانه رشد کرده و شاخه تولید می‌کند. گل زیتون دارای چهار گلبرگ و دو پرچم است و گل آذین آن خوشه‌ای است.جوانه گل روی شاخه همان سال ظاهر می‌شود ولی میوه زیتون روی شاخه سال قبل قرار دارد. تعداد گل در هر خوشه و بنابراین در تمام درخت خیلی زیاد است لذا مقدار دانه گرده نیز زیاد می‌باشد ولی تمام گلهای یک درخت تبدیل به میوه نمی‌شوند. شکل تنه درخت زیتون خیلی نامنظم است یعنی تنه درخت صاف و عمودی رشد نمی‌کند و اغلب برجستگیها و غده‌هایی روی تنه و شاخه‌های آن مشاهده می‌شود. روی ریشه درخت زیتون نیز مجموعه‌ای از جوانه‌ها ساقه هوایی فشرده به یکدیگر به شکل غده که اندازه آن به درشتی یک تخم غاز است مشاهده می‌شود.
آب و هوای مطلوب درخت زیتون
درخت زیتون یکی از گیاهان مناطق مدیترانه‌ای یعنی مناطقی که دارای هوای گرم و مرطوب که معمولا در زمستان درجه حرارت هیچگاه به صفر نمی‌رود می‌باشد. مع هذا در نواحی خشک اگر بتوان در فصل تابستان باغ را آبیاری کرد درخت زیتون کاملا رشد کرده محصول قابل ملاحظه‌ای می‌دهد. از نظر درجه حرارت نیز درخت زیتون که گیاه گرمسیری می‌باشد تا اندازه‌ای نسبتا زیاد تحمل سرما را می‌کند یعنی درختان جوان تا 9 درجه سرما و درختان مسن و بارور تا 12 درجه زیر صفر را تحمل می‌کنند.
سرمای شدید در درخت زیتون باعث شکاف خوردن پوست درخت شده و در محل شکاف باکتریهای مخصوصی تولید برآمدگی می‌کنند و کم‌کم تعداد این گره‌ها زیاد شده تا بالاخره باعث خشک شدن درخت می‌گردد. سرما به برگها صدمه قابل ملاحظه‌ای نمی‌زند و میوه‌های سرمازده که پلاسیده و کوچک بمانند فقط برای تهیه روغن زیتون قابل استفاده می‌باشند.


خاک مطلوب درخت زیتون
درخت زیتون را در هر نوع زمین می‌توان کاشت ولی مقدار محصول همیشه متناسب با درجه حاصلخیزی و مرغوبی خاک می‌باشد برای برداشت محصول کافی و مرغوب باید درخت زیتون را در زمینهای عمیق و حاصلخیز کاشت. در زمینهایی که سطح‌الارضی کم عمق می‌توان زیتون کاری کرد. از کاشت این درخت در اراضی مرطوب و یا زمینهای شور باید خودداری شود.
ازدیاد درخت زیتون
درخت زیتون را می‌توان به طرق مختلف زیاد کرد. بعضی از کلیه وسایل تکثیر مانند کاشت هسته ، قلمه ، خواباندن شاخه و پیوند پایه بذری می‌توان استفاده کرد. بین طرق مختلف تکثیر بیشتر از کاشت هسته برای تهیه پایه و پیوند و قلمه خشبی و یا نیمه خشبی استفاده می‌کنند.
کود و حفظ حاصلخیزی خاک در باغ زیتون
کودهای ازته در درشتی میوه و مقدار محصول زیتون اثر زیاد دارد. در عمل چون ازت در زمین مخصوصا در اراضی فاقد مواد آلی به مقدار بسیار کم موجود است باید هر سال مقداری کود دامی و شیمیایی ازته به درخت داد. کود دامی اثر سریع‌تر ندارد ولی در زمینهایی که از حیث حاصلخیزی ضعیف هستند و مخصوصا برای اصلاح خواص فیزیکی خاک لازم است و درصورتی که بهای کود دامی زیاد باشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد باید حتما از کود سبز برای تامین مواد آلی زمین یعنی هوموس استفاده کرد.
در اراضی ضعیف برای هر درخت زیتون و در مدت سه سال اول هر ساله مقدار 500 گرم ازت در اسفند یا فروردین ماه باید با خاک مخلوط کرد. در اراضیهای حاصلخیز و مرغوب می‌توان از کود شیمیایی اولیه یعنی 500 گرم ازت برای هر درخت صرفنظر کرد و فقط برای حفظ حاصلخیزی خاک کود دامی و یا کود سبز را مورد استفاده قرار داده فقط 200 تا 250 گرم ازت سالیانه برای هر درخت کافی می‌باشد.

گیلاس

گیلاس
نام علمی گیلاس Cerasus avium می‌باشد از جنس Cerasus و از تیره Rosaceaeاست. درخت گیلاس بدون خار و دارای میوه گوشت‌دار و محتوی یک هسته است. دارای گونه‌های متعدد و در تمام ایران پراکنده می باشد. از گیلاس علاوه بر مصرف به عنوان میوه خام ، مربا و کمپوت ساخته می‌شود. برگ آن به صورت دم کرده برای درمان بیماری کلیه و کبد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اصل و قدمت گیلاس
این گیاه احتمالا از منطقه‌ای بین دریای سیاه و دریای خزر منشا گرفته است. ولی به نظر می‌رسد که در زمانهای قدیم آن را به اروپا برده باشند. بیشتر ارقام کشت شده آن در سرتاسر دنیا از اروپا منشا گرفته‌اند، ولی تعدادی از ارقام مهم ، در مناطق گیلاس خیز محلی انتخاب یا اصلاح گردیده‌اند.
اطلاعات گیاه شناسی گیلاس
گلها به رنگ سفید یا به رنگ سرخ ، معمولا با دمگل فرعی ، منفرد یا گروهی یا خوشه‌ای ، لوله گل فنجانی شکل یا لوله‌ای و گلها بدون دمگل ، خامه شیاردار ، کلاله چال‌دار ، تخمدان معمولا بدون کرک ، هسته صاف یا شیاردار و سوراخ سوراخ.
گلهای گیلاس
گلهای گیلاس در دستجات غیر مختلط 2 تا 4 تایی به صورت جانبی روی اسپورهای کوتاه یا نزدیک به قاعده شاخه‌های طویل‌تر تشکیل می‌شود. در گیلاس گلها فقط روی جوانه‌هایی که در آنها برگهای همراه نسبتا زودتر در تابستان باز می‌شوند، بوجود می‌آید. گل معمولا دارای یک مادگی هستند، ولی بعد از تابستانهای خیلی داغ ممکن است دو مادگی در هر گل تشکیل شود، که منجر به بوجود آمدن میوه‌های دو تایی می‌شود که یک وضعیت نامطلوبی را بوجود می‌آورد.
آب و هوای مطلوب درخت گیلاس
سطح پراکندگی و انتشار این درخت خیلی وسیع است یعنی در آب و هوای گرم معتدل و سرد معتدل سبز شده و محصول کافی می دهد. مع هذا بهترین هوا برای زندگی این درخت نقاط معتدل سرد مانند نواحی کوهستانی می‌باشد با توجه به اینکه گیلاس در مقابل پوسیدگی قهوه‌ای ، حساس می‌باشد، بایستی در جایی که آب و هوا برای توسعه این بیماری ، خیلی سرد یا خیلی خشک می‌باشد کشت گردد. در مناطقی که دارای بارانهای زمستانه خوب و تابستانهای خشک و خنک هستند ایده‌آل می‌باشند.




خاک مرغوب درخت گیلاس
درخت گیلاس در هر نوع زمین روئیده و رشد کافی می‌نماید. فقط از زمینهای رسی مرطوب و یا خیلی خشک گریزان هستند. درخت گیلاس را در هر جهت می‌کارند ولی در فرمهای پهن از کشت آن رو به جنوب یعنی نقاطی که در مقابل آفتاب قرار می‌گیرد باید خودداری نمود.
رسیدن گیلاس
افزایش مواد جامد قابل حل (قندها) و افزایش رنگ میوه به عنوان بهترین شاخص رسیدگی مورد توجه قرار گرفته است، ولی شواهد اخیرا نشان می‌دهد که نیروی لازم برای جدا کردن میوه از درخت ممکن است بهتر باشد. وقتی میوه می‌رسد اتصال بین شاخه میوه سست شده و نیروی کاهش یافته لازم برای جدا کردن میوه از درخت را می‌توان اندازه‌گیری کرده و به عنوان شاخص رسیدگی بکار برد.
تکثیر گیلاس
معمولا درخت گیلاس را بوسیله بذر و پیوند ازدیاد می‌نمایند برای پیوند گیلاس بهترین پایه محلب C.mahleb است که آن را آلبالو تلخه می‌نامند.



پیوند
برای پیوند گیلاس از پیوند شکمی ، شکافی و پیوند انگلیسی استفاده می‌نمایند ولی پیوند شکمی از سایر انواع پیوند‌ها بسیار معمول است. برای پیوند شکمی باید در اوایل شهریور اقدام نمود. مخصوصا اگر پایه از بذر عمل آمده باشد و یا آلبالو تلخه باشد، باید یک ماه دیرتر یعنی در مهر ماه باید اقدام به این امر نمود. در پاره‌ای از انواع گیلاسهای خارجی باید همیشه و حتما نزدیک سطح زمین یعنی 10 تا 15 سانتیمتری پیوند نمود. راجع به پیوند انگلیسی این نکته قابل توجه است که هر گاه عمل پیوند از اواخر شهریور تا اواسط مهر ماه انجام بگیرد بهترین نتیجه را می‌دهد.