نحوه رشد گیاهان – How plants grow
رشد گیاه
عناصر و فرایندهای کلیدی در رشد گیاه را شناسایی کنید.
بیشتر گیاهان در طول زندگی خود به رشد خود ادامه می دهند. مانند دیگر موجودات چند سلولی . گیاهان از طریق ترکیب رشد سلولی و تقسیم سلولی رشد می کنند. رشد سلول اندازه سلول را افزایش می دهد . در حالی که تقسیم سلولی (میتوز) تعداد سلول ها را افزایش می دهد.
- اهداف یادگیرینحوه رشد گیاهان را توضیح دهید.
بین رشد اولیه و رشد ثانویه ساقه ها تمایز قائل شوید.
درک کنید که هورمون ها چگونه بر رشد و نمو گیاه تأثیر می گذارند.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
بیشتر گیاهان در طول زندگی خود , به رشد خود ادامه می دهند. مانند دیگر موجودات چند سلولی ، گیاهان از طریق ترکیب رشد سلولی و تقسیم سلولی رشد می کنند. رشد سلول اندازه سلول را افزایش می دهد ، در حالی که تقسیم سلولی (میتوز) تعداد سلول ها را افزایش می دهد. با رشد سلولهای گیاهی . آنها نیز از طریق تمایز سلولی در انواع مختلف سلول تخصص می یابند. هنگامی که سلول ها متمایز می شوند. دیگر نمی توانند تقسیم شوند.
چگونه گیاهان پس از آن رشد می کنند یا جایگزین سلول های آسیب دیده می شوند؟
کلید ادامه رشد و ترمیم سلولهای گیاهی مریستم است. مریستم نوعی بافت گیاهی است که از سلولهای تمایز نیافته تشکیل شده و می تواند به تقسیم و تمایز ادامه دهد.
شکل 1. باید ناحیه ای از رشد وجود داشته باشد . مانند این که استخوان های انگشتان ، بازوها و پاها بلندتر شوند. وجود دارد و آن را مریستم آپیکال می نامند که در اینجا نشان داده شده است.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
مریستم های آپیکال در راس یا نوک ریشه ها و جوانه ها یافت می شوند و به ریشه ها و ساقه ها اجازه می دهد تا در طول رشد کرده و برگ ها و گل ها متمایز شوند.
طول ریشه ها و ساقه ها به این دلیل است که مریستم بافت “پشت” خود را اضافه می کند. و دائماً خود را به زمین (برای ریشه ها) یا هوا (برای ساقه ها) می کشاند. غالباً ، مریستم انتهای یک شاخه واحد غالب می شود و رشد مریستم را در سایر شاخه ها متوقف می کند و منجر به توسعه یک تنه می شود. در علف ها ، مریستم در پایه تیغه های برگ امکان رشد مجدد را بعد از چرای گیاهان علفخوار – یا چمن زنی توسط چمن زنها فراهم می کند.
مریستم های آپیکال به سه نوع اصلی بافت مریستم متناظر هستند که با سه نوع بافت مطابقت دارند:
پروتودرم اپیدرم جدید . مریستم زمینی بافت زمینی و پروکامبیوم تولید بیضی و آبکش جدید می کند. این سه نوع مریستم به عنوان مریستم اولیه در نظر گرفته می شوند زیرا اجازه رشد در طول یا ارتفاع را می دهند که به رشد اولیه معروف است.
شکل 2. میکروفوتوگرافی نوک ریشه یک لوبیا پهن نشان می دهد که بافت مریستم آپیکال به سرعت در پشت سرپوش ریشه تقسیم می شود. سلولهای متعددی در مراحل مختلف میتوز مشاهده می شود.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
مریستم های ثانویه اجازه رشد قطر (رشد ثانویه) در گیاهان چوبی را می دهند. گیاهان علفی رشد ثانویه ندارند. دو نوع مریستم ثانویه هر دو کامبیوم نامیده می شوند . به معنی “مبادله” یا “تغییر”.
کامبیوم عروقی زایلم ثانویه (به سمت مرکز ساقه یا ریشه) و آبکش (به سمت خارج ساقه یا ریشه) تولید می کند و رشد را به قطر گیاه می افزاید. این فرآیند چوب تولید می کند و تنه های محکم درختان را می سازد. Cork cambium بین اپیدرم و آبکش قرار دارد و پوست را جایگزین اپیدرم ریشه ها و ساقه ها می کند که یک لایه آن چوب پنبه است.
شکل 3. رشد اولیه و ثانویه
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
گیاهان چوبی به دو صورت رشد می کنند. رشد اولیه طول یا ارتفاع را با واسطه بافت مریستم آپیکال در نوک ریشه ها و شاخه ها اضافه می کند.که نشان دادن آن به وضوح در نمودارهای مقطعی دشوار است.
رشد ثانویه به قطر ساقه یا ریشه می افزاید. کامبیوم عروقی زایلم (داخل) و آبکش (بیرونی) را اضافه می کند و کامبیوم چوب پنبه پوست را جایگزین اپیدرم می کند.
به طور خلاصه: چگونه گیاهان رشد می کنند
بیشتر گیاهان تا زمانی که زنده هستند به رشد خود ادامه می دهند. آنها از طریق ترکیب رشد سلولی و تقسیم سلولی (میتوز) رشد می کنند. کلید رشد گیاه مریستم است ، نوعی بافت گیاهی که از سلولهای تمایز نیافته تشکیل شده و می تواند به تقسیم و تمایز ادامه دهد. Meristem به ساقه ها و ریشه های گیاه اجازه می دهد طولانی تر (رشد اولیه) و گسترده تر (رشد ثانویه) رشد کنند.
رشد ساقه
رشد در گیاهان با بلند شدن ساقه و ریشه اتفاق می افتد. ضخامت برخی از گیاهان ، به ویژه گیاهان چوبی ، در طول عمر آنها افزایش می یابد. افزایش طول ساقه و ریشه به عنوان رشد اولیه نامیده می شود و نتیجه تقسیم سلولی در مریستم انتهای ساقه است.
رشد ثانویه با افزایش ضخامت یا دور گیاه مشخص می شود و در اثر تقسیم سلولی در مریستم جانبی ایجاد می شود. شکل 4 مناطق رشد اولیه و ثانویه در یک گیاه را نشان می دهد. گیاهان علفی عمدتاً تحت رشد اولیه قرار می گیرند و تقریباً هیچ رشد ثانویه یا افزایش ضخامت ندارند. رشد ثانویه یا “چوب” در گیاهان چوبی قابل توجه است. در برخی از نقاط دوقطبی اتفاق می افتد ، اما به ندرت در تک لپه ها رخ می دهد.
شکل 4. در گیاهان چوبی ، رشد اولیه با رشد ثانویه دنبال می شود . که به ساقه گیاه اجازه می دهد ضخامت یا دور آن افزایش یابد. با رشد گیاه ، بافت عروقی ثانویه و همچنین یک لایه چوب پنبه اضافه می شود. پوست درخت از کامبیوم عروقی تا اپیدرم گسترش می یابد.
برخی از اجزای گیاه ، مانند ساقه و ریشه ، در طول زندگی گیاه به رشد خود ادامه می دهند. پدیده ای به نام رشد نامعین. سایر قسمتهای گیاه ، مانند برگها و گلها ، رشد مشخصی را نشان می دهند ، که با رسیدن یک قسمت گیاه به اندازه خاصی متوقف می شود.
رشد اولیه
بیشترین رشد اولیه در نوک ساقه ها یا ریشه ها رخ می دهد. رشد اولیه در نتیجه تقسیم سریع سلول ها در مریستم های آپیکال در نوک ساقه و نوک ریشه است. افزایش سلولی بعدی نیز به رشد اولیه کمک می کند. رشد شاخه ها و ریشه ها در طول رشد اولیه باعث می شود گیاهان به طور مداوم به دنبال آب (ریشه) یا نور خورشید (شاخه) باشند.
تأثیر جوانه آپیکال بر رشد کلی گیاه به عنوان تسلط آپیکال شناخته می شود ، که باعث کاهش رشد جوانه های زیر بغل که در کنار شاخه ها و ساقه ها ایجاد می شود ، می شود. اکثر درختان مخروطی دارای تسلط آپیکال قوی هستند . بنابراین شکل معمولی درخت کریسمس مخروطی را ایجاد می کنند. اگر جوانه آپیکال برداشته شود . جوانه های زیر بغل شروع به تشکیل شاخه های جانبی می کنند.
باغبان هنگام قطع درختان با جدا کردن قسمت بالای شاخه ها از این واقعیت استفاده می کنند ، بنابراین جوانه های زیر بغل را تشویق به رشد می کنند و به شکل بوته ای به گیاه می دهند.
رشد ثانویه
افزایش ضخامت ساقه ناشی از رشد ثانویه به دلیل فعالیت مریستم های جانبی است که در گیاهان علفی وجود ندارد. مریستم های جانبی شامل کامبیوم عروقی و در گیاهان چوبی کامبیوم چوب پنبه ای است (شکل 4 را ببینید).
کامبیوم عروقی درست خارج از زایلم اولیه و در داخل آبکش اولیه قرار دارد. سلولهای کامبیوم عروقی تقسیم می شوند و از داخل ، گزیل ثانویه (تراکئیدها و عناصر رگ) و از خارج ، آبکش ثانویه (عناصر غربال و سلولهای همراه) را تشکیل می دهند.
ضخیم شدن ساقه که در رشد ثانویه رخ می دهد به دلیل تشکیل آبکش ثانویه و زایلم ثانویه توسط کامبیوم عروقی ، به علاوه عملكرد كامبیوم چوب پنبه ، كه بیرونی ترین لایه ساقه را تشكیل می دهد. سلولهای زایلم ثانویه دارای لیگنین هستند که مقاومت و استحکام را ایجاد می کند.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
در گیاهان چوبی ، کامبیوم چوب پنبه بیرونی ترین مریستم است. سلولهای چوب پنبه (پوست) حاوی یک ماده مومی معروف به suberin تولید می کند که می تواند آب را دفع کند. پوست آن از گیاه در برابر آسیب های فیزیکی محافظت می کند و به کاهش اتلاف آب کمک می کند. کامبیوم چوب پنبه همچنین لایه ای از سلول ها موسوم به phelloderm تولید می کند که از داخل کامبیوم به سمت داخل رشد می کند. کامبیوم چوب پنبه . سلولهای چوب پنبه و فلودرم در مجموع پریدرم نامیده می شوند.
پریدرم جایگزین اپیدرم در گیاهان بالغ می شود. در برخی از گیاهان ، پریدرم دارای دهانه های زیادی است که به عدسی معروف است و به سلول های داخلی اجازه می دهد تا گازها را با جو خارج تبادل کنند (شکل 5).
این اکسیژن را به سلولهای زنده و فعال متابولیکی قشر ، زایلم و آبکش تأمین می کند.
شکل 5. عدس بر روی پوست این درخت گیلاس ساقه چوبی را قادر می سازد تا گازهای موجود در جو را تبادل کند.
حلقه های سالانه
فعالیت کامبیوم عروقی باعث ایجاد حلقه های رشد سالانه می شود. در طول فصل رشد بهار ، سلولهای زایلم ثانویه دارای قطر داخلی زیادی هستند و دیواره های سلولی اولیه آنها به طور گسترده ضخیم نشده است. این چوب به عنوان چوب اولیه یا چوب بهار شناخته می شود.
در فصل پاییز ، گزیل ثانویه دیواره های سلولی ضخیم ایجاد می کند و چوب دیررس یا چوب پاییزی را تشکیل می دهد که متراکم تر از چوب اولیه است. این تناوب چوب اولیه و دیررس عمدتا به دلیل کاهش فصلی تعداد عناصر رگ و افزایش فصلی تعداد نای است.
این منجر به تشکیل یک حلقه سالانه می شود که می تواند به صورت حلقه ای دایره ای در سطح مقطع ساقه دیده شود (شکل 6). بررسی تعداد حلقه های سالانه و ماهیت آنها (مانند اندازه و ضخامت دیواره سلولی) می تواند سن درخت و شرایط آب و هوایی غالب در هر فصل را نشان دهد.
شکل 6. سرعت رشد چوب در تابستان افزایش می یابد و در زمستان کاهش می یابد و برای هر سال رشد یک حلقه مشخص ایجاد می کند. تغییرات فصلی در الگوهای آب و هوا نیز می تواند بر سرعت رشد تأثیر بگذارد . توجه داشته باشید که چگونه ضخامت حلقه ها متفاوت است.
پاسخ های رشد
پاسخ حسی گیاه به محرک های خارجی متکی به پیام رسان های شیمیایی (هورمون ها) است. هورمون های گیاهی بر تمام جنبه های زندگی گیاهان ، از گلدهی تا رسیدن و بلوغ میوه و از فوتوتروپیسم تا ریزش برگ تأثیر می گذارند. به طور بالقوه هر سلول در یک گیاه می تواند هورمون های گیاهی تولید کند.
آنها می توانند در سلول اصلی خود عمل کرده یا به قسمتهای دیگر بدن گیاه منتقل شوند . با بسیاری از واکنشهای گیاهی که شامل تعامل هم افزایی یا تضادی دو یا چند هورمون است. در مقابل ، هورمون های حیوانی در غدد خاصی تولید می شوند و برای عمل به مکانی دور منتقل می شوند و به تنهایی عمل می کنند.
هورمون های گیاهی گروهی از مواد شیمیایی نامربوط هستند که بر روی ریخت زایی گیاه تأثیر می گذارند. پنج هورمون اصلی گیاهی به طور سنتی توصیف می شود:
اکسین ها (به ویژه IAA) ، سیتوکینین ها ، گیبرلین ها ، اتیلن و آبسیزیک اسید. علاوه بر این ، سایر مواد مغذی و شرایط محیطی را می توان به عنوان عوامل رشد توصیف کرد.
اکسین ها
واژه اکسین از کلمه یونانی auxein گرفته شده است که به معنی “رشد کردن” است. اکسین ها هورمون های اصلی مسئول افزایش طول سلول در فوتوتروپیسم و گرانیتروپیسم هستند. آنها همچنین تمایز مریستم را به بافت عروقی کنترل می کنند و توسعه و آرایش برگ ها را ارتقا می دهند. در حالی که بسیاری از اکسین های مصنوعی به عنوان علف کش استفاده می شوند .
IAA تنها اکسین طبیعی است که فعالیت فیزیولوژیکی را نشان می دهد. تسلط اپیکال مهار تشکیل جوانه های جانبی توسط اکسین های تولید شده در مریستم آپیکال ایجاد می شود.
گلدهی ، رسیدن و رسیدن میوه و جلوگیری از آبسه (ریزش برگ) از دیگر واکنشهای گیاهان تحت کنترل مستقیم یا غیر مستقیم اکسین ها است. اکسین ها همچنین به عنوان یک رله برای اثرات نور آبی و پاسخهای قرمز/قرمز دور عمل می کنند.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
استفاده تجاری از اکسین ها در نهالستان های گیاهی و برای تولید محصول گسترده است.
IAA به عنوان هورمون ریشه زایی برای تقویت رشد ریشه های اتفاقی در قلمه ها و برگ های جدا شده استفاده می شود. استفاده از اکسین های مصنوعی برای گیاهان گوجه فرنگی در گلخانه ها باعث رشد طبیعی میوه ها می شود.
استفاده از اکسین در فضای باز باعث هماهنگ شدن تنظیم میوه و ریزش برای هماهنگی فصل برداشت می شود. میوه هایی مانند خیارهای بدون هسته را می توان با درمان گلهای گیاهی لقاح نیافته با اکسین ها به میوه کشیدن وادار کرد.
سیتوکینین ها
تأثیر سیتوکینین ها اولین بار زمانی گزارش شد که مشخص شد افزودن آندوسپرم مایع نارگیل به جنین های گیاهی در حال رشد باعث تحریک رشد آنها می شود. مشخص شد که عامل رشد محرک سیتوکینین است . هورمونی که باعث افزایش سیتوکینسیس (تقسیم سلولی) می شود.
تقریباً 200 سیتوکینین طبیعی یا مصنوعی تا به امروز شناخته شده اند.
سیتوکینین ها بیشتر در بافت های در حال رشد مانند ریشه ، جنین و میوه ها ، جایی که تقسیم سلولی در حال رخ دادن است. وجود دارند. شناخته شده است که سیتوکینین ها پیری در بافتهای برگ را به تأخیر می اندازند ، میتوز را افزایش می دهند و تمایز مریستم را در شاخه ها و ریشه ها تحریک می کنند. بسیاری از تأثیرات بر رشد گیاه تحت تأثیر سیتوکینین ها ، همراه با اکسین یا هورمون دیگری است.
به عنوان مثال ، به نظر می رسد تسلط آپیکال ناشی از تعادل بین اکسین هایی است که جوانه های جانبی را مهار می کنند و سیتوکینین ها که رشد بوشیر را افزایش می دهند.
جیبرلینز
جیبرلین ها (GA) گروهی از حدود 125 هورمون گیاهی هستند که به هم نزدیک هستند و باعث افزایش طول ساقه ، جوانه زنی بذر و بلوغ میوه و گل می شوند. GA ها در ریشه و ساقه مریستم های آپیکالی ، برگهای جوان و جنین بذر سنتز می شوند.
در مناطق شهری ، گاهی اوقات آنتاگونیست های GA روی درختان زیر خطوط برق برای کنترل رشد و کاهش دفعات هرس اعمال می شود.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
GA ها خواب (حالت مهار رشد و نمو) را در دانه های گیاهانی که برای جوانه زنی نیاز به قرار گرفتن در معرض سرما یا نور دارند ، می شکنند. اسید آبسیسیک آنتاگونیست قوی عمل GA است. سایر اثرات GAs عبارتند از بیان جنسیت . رشد میوه بدون دانه و تاخیر در پیری برگها و میوه ها. انگورهای بدون دانه از طریق روشهای استاندارد پرورش به دست می آیند و حاوی دانه های نامرئی هستند که توسعه نمی یابند.
از آنجا که GAs توسط دانه ها تولید می شود و از آنجا که توسعه میوه و افزایش ساقه تحت کنترل GA است . این گونه انگورها معمولاً میوه های کوچک را در خوشه های فشرده تولید می کنند. انگورهای بالغ به طور معمول با GA درمان می شوند تا اندازه میوه بزرگتر شود . و همچنین دسته های شل تر (ساقه های بلندتر) ، که موارد عفونت کپک را کاهش می دهد (شکل 7).
شکل 7. در انگور ، استفاده از اسید جیبرلیک اندازه میوه را افزایش داده و خوشه را شل می کند.
اسید آبسیسیک
هورمون گیاهی آبسیزیک اسید (ABA) برای اولین بار به عنوان عاملی که باعث جدا شدن یا افتادن کوزه های پنبه می شود ، کشف شد. با این حال ، مطالعات اخیر نشان می دهد که ABA تنها نقش جزئی در فرایند آبسیشن بازی می کند.
ABA به عنوان پاسخی به شرایط محیطی استرس زا مانند کم آبی بدن ، دمای سرد یا کوتاه شدن طول روز تجمع می یابد. فعالیت آن با بسیاری از اثرات تقویت کننده رشد GAs و auxins مقابله می کند. ABA طول ساقه را مهار کرده و باعث خواب در جوانه های جانبی می شود.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
ABA با مسدود کردن جوانه زنی و ترویج سنتز پروتئین های ذخیره ای باعث ایجاد خواب در دانه ها می شود. گیاهانی که با آب و هوای معتدل سازگار شده اند نیاز به یک دوره طولانی دمای سرد قبل از جوانه زنی بذرها دارند. این مکانیسم گیاهان جوان را از جوانه زنی زود هنگام در هوای گرم غیرمنطقی در زمستان محافظت می کند. با هورمون تجزیه تدریجی در زمستان ، بذر از خواب خارج می شود و در شرایط مطلوب در بهار جوانه می زند.
اثر دیگر ABA ترویج رشد جوانه های زمستانی است. این واسطه تبدیل مریستم انتهایی به جوانه خفته است. رطوبت کم خاک باعث افزایش ABA می شود که باعث بسته شدن روزنه ها می شود و از دست دادن آب در جوانه های زمستانی می کاهد.
اتیلن
اتیلن با رسیدن میوه ، پژمردگی گل و ریزش برگ همراه است. اتیلن غیر معمول است زیرا یک گاز فرار (C2H4) است. صدها سال پیش ، هنگامی که چراغهای گاز گاز در خیابانهای شهر نصب می شد ، درختانی که نزدیک به چراغهای چراغ می شدند . تنه های پیچ خورده و ضخیمی پیدا کرده و برگهای خود را زودتر از آنچه انتظار می رفت ریختند. این اثرات ناشی از فرار شدن اتیلن از لامپ ها بود.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
بافتهای پیری (به ویژه پیر شدن برگها) و گره های ساقه اتیلن تولید می کنند. با این حال ، شناخته شده ترین اثر هورمون ، ترویج رسیدن میوه است. اتیلن تبدیل نشاسته و اسیدها را به قند تحریک می کند.
برخی از افراد میوه های نارس ، مانند آووکادو را در یک کیسه کاغذی مهر و موم شده نگهداری می کنند تا رسیدن آنها تسریع شود. گاز آزاد شده توسط اولین میوه برای بلوغ ، بلوغ میوه باقی مانده را تسریع می کند. اتیلن همچنین باعث حذف برگ و میوه . محو شدن و ریزش گل می شود و باعث جوانه زنی در برخی غلات و جوانه زدن پیازها و سیب زمینی می شود.
اتیلن به طور گسترده ای در کشاورزی استفاده می شود. میوه فروشان تجاری زمان رسیدن میوه را با استفاده از گاز کنترل می کنند. باغداران با حذف اتیلن از گلخانه ها با استفاده از فن و تهویه از ریزش برگ در گیاهان زینتی جلوگیری می کنند.
هورمون های غیر سنتی
تحقیقات اخیر تعدادی از ترکیبات را کشف کرده اند که بر رشد گیاه نیز تأثیر می گذارد. نقش آنها نسبت به اثرات هورمونهای اصلی که تا کنون شرح داده شده اند کمتر درک شده است.
یاسمونات ها نقش مهمی در واکنش های دفاعی به گیاه خواری ایفا می کنند. هنگامی که یک گیاه توسط یک شکارچی مجروح می شود . سطح آنها افزایش می یابد و در نتیجه متابولیت های ثانویه سمی افزایش می یابد. آنها به تولید ترکیبات فرار کمک می کنند که دشمنان طبیعی شکارچیان را جذب می کند.
به عنوان مثال : جویدن گیاهان گوجه فرنگی توسط کرم ها منجر به افزایش سطح اسید جاسمونیک می شود . که به نوبه خود باعث ترشح ترکیبات فرار می شود که شکارچیان آفت را جذب می کند.
نحوه رشد گیاهان – How plants grow
الیگوساکارین ها همچنین در دفاع گیاهان در برابر عفونت های باکتریایی و قارچی نقش دارند. آنها به صورت موضعی در محل آسیب عمل می کنند و همچنین می توانند به بافت های دیگر منتقل شوند. استریگولاکتون ها در برخی از گونه ها باعث جوانه زنی بذر می شوند و در غیاب اکسین ها از رشد اپیکال جانبی جلوگیری می کنند. استریگولاکتون ها همچنین در ایجاد میکوریزا ، ارتباط متقابل ریشه ها و قارچ های گیاه ، نقش دارند.
براسینواستروئیدها برای بسیاری از فرایندهای رشدی و فیزیولوژیکی مهم هستند. سیگنالهای بین این ترکیبات و سایر هورمونها . به ویژه اکسین و GA ، اثر فیزیولوژیکی آنها را تقویت می کند. غلبه اپیکال . جوانه زنی بذر . گرانیتروپیسم و مقاومت در برابر انجماد همگی به طور مثبت تحت تأثیر هورمون ها قرار دارند. رشد ریشه و ریزش میوه توسط استروئیدها مهار می شود.
