گفتار 2
پاسخ به محیط
پاسخ گیاهان به شرایط محیطی
گیاهان با وجود نداشتن اندام‌های حسی یا عصبی، به بسیاری از شرایط محیطی واکنش نشان می‌دهند. این پاسخ‌ها ممکن است در قالب رشد، گل‌دهی یا تغییر در وضعیت اندام‌ها بروز یابد. برای نمونه:
درختان در واکنش به کاهش سرما گل می‌دهند.
گلبرگ‌های برخی گیاهان در شب بسته می‌شوند.
برخی ریشه‌ها به نور یک‌جانبه پاسخ‌های متفاوتی نشان می‌دهند.
گیاهان به تماس نیز پاسخ‌هایی مانند خم شدن پیچک‌ها یا بسته شدن برگ‌های حساس از خود نشان می‌دهند.
در این گفتار با انواع پاسخ‌های گیاهان به عوامل محیطی مانند نور، دما، گرانش زمین و تماس آشنا می‌شویم.
پاسخ به نور
نقش نور برای گیاهان
نور برای گیاهان نقشی اساسی دارد. افزون بر اینکه منبع انرژی لازم برای انجام فتوسنتز است، فرایندهای زیستی مهم دیگری از جمله گل‌دهی نیز تحت تأثیر آن قرار دارند.
از جمله پاسخ‌های گیاه به نور می‌توان به تغییر جهت رشد اندام‌ها و تحریک گل‌دهی اشاره کرد.
خم شدن ساقه و ریشه در برابر نور
رفتار گیاهان در مواجهه با نور یک‌جانبه تفاوت‌هایی دارد:
ساقه‌ها معمولاً به سمت نور خم می‌شوند. این پاسخ مثبت به نور، رشد جهت‌دار ساقه در راستای نور را نشان می‌دهد.
ریشه‌ها بسته به نوع گیاه، یکی از سه نوع پاسخ را بروز می‌دهند:
گرایش مثبت به نور: خم شدن به سمت نور.
گرایش منفی به نور: خم شدن در خلاف جهت نور.
بی‌تفاوتی: عدم خم شدن در برابر نور.
در طراحی آزمایش برای بررسی پاسخ ریشه‌ها به نور، نور به عنوان متغیر مستقل و جهت رشد ریشه به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته می‌شود.
برای دقت بیشتر، پاسخ ریشه‌ی اولیه در شرایط نوری یک‌جانبه بررسی شده و نتایج به صورت کیفی در سه حالت فوق گزارش می‌شود.
گل‌دهی در گیاهان
گل‌دهی فرایندی حیاتی در چرخه زندگی گیاهان است که با تبدیل مریستم رویشی به مریستم زایشی آغاز می‌شود. این فرایند تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دما و نور، به‌ویژه طول شب قرار دارد.
نقش طول شب در گل‌دهی
در واقع، برای بسیاری از گیاهان، عامل اصلی در تنظیم گل‌دهی، طول شب است، نه طول روز؛ زیرا واکنش آن‌ها با تغییر مدت زمان تاریکی تنظیم می‌شود.
بر این اساس، گیاهان از نظر پاسخ به طول شب به سه گروه تقسیم می‌شوند:
گیاهان روزکوتاه:
در شب‌های بلند گل می‌دهند.
زمانی گل می‌دهند که طول شب از یک حد معین کمتر نباشد.
برای نمونه، گیاه داوودی در فصل پاییز و با شب‌هایی که مدت‌زمان بیشتری دارند، شکوفا می‌شود.
اگر طول شب توسط نور مصنوعی (مانند یک جرقه نوری) شکسته شود، گل نخواهند داد.
گیاهان روزبلند:
در شب‌های کوتاه گل می‌دهند.
گل‌دهی زمانی رخ می‌دهد که طول شب از حد معینی بیشتر نباشد.
مثال: شبدر، که در تابستان گل می‌دهد.
این گیاهان را می‌توان با شکستن شب طولانی با نور مصنوعی، وادار به گل‌دهی کرد.
گیاهان بی‌تفاوت:
گل‌دهی آن‌ها وابسته به طول شب یا روز نیست.
مثال: گوجه‌فرنگی.
نکته: گاهی گیاهان برای گل دادن علاوه بر طول شب مناسب، به شرایط دمایی خاص نیز نیاز دارند. برای نمونه، یک گیاه روزکوتاه ممکن است در شرایط مناسب نوری گل ندهد، مگر اینکه نیاز سرمایی‌اش نیز برآورده شده باشد.
شکل 12 - گل‌دهی در گیاه روز بلند و روز کوتاه.
استفاده از نور مصنوعی در کشاورزی
با شناخت نیاز نوری گیاهان، می‌توان از نورهای مصنوعی برای تنظیم زمان گل‌دهی استفاده کرد. این روش در گلخانه‌ها و باغداری تجاری به منظور گل‌دهی در تمام فصول سال به‌کار گرفته می‌شود.
طبقه‌بندی گیاهان بر اساس پاسخ به طول شب برای گل‌دهی
نوع گیاه | شرایط گل‌دهی (طول شب) | ویژگی اصلی | مثال | پاسخ به نور مصنوعی در شب |
روزکوتاه | شب‌های بلند (طول شب از حدی کمتر نباشد) | گل‌دهی در شب‌های طولانی (پاییز و زمستان) | داوودی | با شکسته شدن شب توسط نور، گل نمی‌دهند. |
روزبلند | شب‌های کوتاه (طول شب از حدی بیشتر نباشد) | گل‌دهی در شب‌های کوتاه (بهار و تابستان) | شبدر | با شکسته شدن شب طولانی توسط نور، گل می‌دهند. |
بی‌تفاوت | مستقل از طول شب یا روز | گل‌دهی تحت هر شرایط نوری (وابسته به عوامل دیگر) | گوجه‌فرنگی | بی‌تأثیر |
پاسخ به دما
تأثیر دما بر رشد و بقا
دما یکی دیگر از عوامل محیطی است که بر رشد، گل‌دهی و بقا‌ی گیاه تأثیر می‌گذارد:
سرمای شدید مانع رویش جوانه‌ها و دانه‌ها می‌شود.
برگ برخی درختان در پاییز و با کاهش دما می‌ریزد.
جوانه‌ها با برگ‌های پولک‌مانند از سرما محافظت می‌شوند.
دما می‌تواند تولید برخی هورمون‌ها مانند آبسیزیک اسید را تحریک کند.
نیاز سرمایی برای گل‌دهی
برخی گیاهان علاوه بر نیاز نوری، برای آغاز گل‌دهی به گذراندن یک دوره سرمایی نیاز دارند. مثلاً: در برخی انواع گندم، دیده شده است که قرار گرفتن بذر مرطوب در هوای سرد، دوره رویشی آن کوتاه‌تر می‌شود و باعث تسریع مرحله‌ی گل‌دهی در این گیاه می‌شود.
اهمیت این ویژگی در آن است که امکان بهره‌برداری از زمین‌هایی با زمستان‌های طولانی را برای کشت فراهم می‌سازد.
پاسخ به گرانش زمین
تأثیر گرانش بر رشد اندام‌ها
گرانش زمین جهت رشد اندام‌های گیاه را تعیین می‌کند و پاسخ جهت‌دار اندام‌های گیاه به گرانش زمین، زمین‌گرایی نامیده می‌شود:
ساقه‌ها برخلاف جهت گرانش رشد می‌کنند (زمین‌گرایی منفی).
ریشه‌ها در جهت گرانش رشد می‌کنند (زمین‌گرایی مثبت).
بررسی آزمایشی زمین‌گرایی
برای مطالعه‌ی زمین‌گرایی، می‌توان دانه‌رُست‌ها را به صورت افقی قرار داد و جهت رشد ریشه و ساقه را مشاهده کرد.
در همه نمونه‌ها، الگوی مشابهی دیده می‌شود:
ریشه به سمت پایین (در جهت گرانش).
ساقه به سمت بالا (در خلاف جهت گرانش).
شکل 13 - تاثیر گرانش زمین بر جهت رشد ریشه و ساقه.
پاسخ به تماس
گیاهان در برابر تماس نیز واکنش‌هایی نشان می‌دهند که به کاهش خطر یا انطباق بهتر با محیط کمک می‌کنند. این واکنش‌ها می‌توانند به تسهیل رشد، شکار یا حفاظت از اندام‌ها منجر شوند. از جمله:
پیچیدن ساقه‌ها در اطراف تکیه‌گاه
در برخی گیاهان مانند مو، زمانی که ساقه با یک تکیه‌گاه تماس پیدا می‌کند، خم‌شدگی و پیچش به دور آن مشاهده می‌شود.
علت این پدیده، کاهش رشد در ناحیه تماس‌یافته و افزایش رشد در سمت مقابل تکیه‌گاه است. در واقع، یاخته‌های سمتی از ساقه که با تکیه‌گاه در تماس هستند، کمتر رشد می‌کنند و این تفاوت رشد باعث پیچش ساقه می‌شود.
تا شدن برگچه‌های گیاه حساس
در گیاهانی مانند گیاه حساس، تماس مکانیکی مانند ضربه زدن، موجب تا شدن سریع برگ‌ها می‌شود.
این واکنش از طریق تغییر در فشار تورژسانس در یاخته‌های پایه‌ی برگ صورت می‌گیرد. تجمع آب در یاخته‌ها، فشاری به دیواره وارد می‌کند که آن را تورژسانس می‌نامند و موجب سفتی یاخته و ایستایی اندام‌های گیاهی می‌شود.
زمانی که آب از یاخته‌های یک سمت به سمت دیگر جابه‌جا می‌شود، کاهش فشار در یک نیمه موجب خم شدن برگ می‌شود. این پدیده نه‌تنها واکنشی به تحریک است، بلکه موجب کاهش سطح تماس برگ با جانوران نیز می‌شود و احتمال آسیب را کاهش می‌دهد.
برگ‌هایی که پس از تحریک تا می‌شوند، سطحی ناپایدار برای جانوران فراهم می‌کنند و از این طریق، آسیب‌پذیری گیاه را کاهش می‌دهند.
بسته شدن برگ در گیاهان گوشت‌خوار
برخی گیاهان گوشت‌خوار دارای برگ‌هایی با ساختار تله‌ای هستند که کرک‌های حساسی دارند. در صورت تماس حشره با این کرک‌ها، پیام‌هایی در برگ فعال می‌شوند که به بسته شدن ناگهانی آن و گرفتار شدن طعمه منجر می‌گردد.
شکل 14 - الف) پیچش ساقۀ مو
شکل 14 - ب) روی هم تا شدن برگچه‌های گیاه حساس (1)
ب) (2)
شکل 14 - پ) بسته شدن برگ گیاه گوشت‌خوار با برخورد حشره (1)
پ) (2)
مقایسه واکنش‌های گیاهان به محرک لمسی
نوع واکنش | گیاه نمونه | سازوکار | نتیجه/فایده برای گیاه |
پیچیدن ساقه | مو | کاهش رشد در ناحیه تماس یافته و افزایش رشد در سمت مقابل | تسهیل رشد و بالا رفتن از تکیه‌گاه |
تا شدن برگچه‌ها | گیاه حساس | تغییر در فشار تورژسانس یاخته‌های پایه برگ | کاهش احتمال آسیب از جانوران (کاهش سطح تماس) |
بسته شدن برگ | گیاه گوشت‌خوار | فعال شدن پیام‌ها با تماس حشره با کرک‌های حساس | شکار حشره برای تأمین مواد غذایی |
پاسخ‌هایی از جنس دفاع
تهدیدهای محیطی برای گیاهان
گیاهان همواره در معرض خطراتی مانند حمله‌ی قارچ‌ها، باکتری‌ها و جانوران گیاه‌خوار قرار دارند. بیماری‌های قارچی مانند زنگ گندم یا سیاهک گندم می‌توانند محصولات کشاورزی مانند گندم و جو را تخریب کنند.
تلاش برای جلوگیری از ورود
1. ساختارهای فیزیکی دفاعی
روپوست و پوستک: سطح بیرونی اندام‌های هوایی گیاهان از بافت روپوستی تشکیل شده است که توسط لایه‌ای به نام پوستک پوشیده می‌شود. پوستک تا حدودی مانع از ورود عوامل بیماری‌زا به گیاه می‌شود.
پوستک از ترکیبات لیپیدی تشکیل شده است.
سطح بیرونی یاخته‌های روپوستی را می‌پوشاند.
با جلوگیری از تبخیر، نفوذ عوامل بیماری‌زا و آسیب حشرات، نقش محافظتی مهمی ایفا می‌کند.
دیواره‌ی یاخته‌ای مستحکم: یاخته‌های گیاهی دارای دیواره‌ای سخت هستند که از ورود عوامل بیماری‌زا جلوگیری می‌کند. ترکیباتی مانند لیگنین یا رسوب سیلیس باعث تقویت این سد فیزیکی می‌شوند.
نقاط نفوذپذیر در دیواره‌ها: با وجود این سدها، برخی نواحی، مانند:
منافذ روزنه‌ها که توسط یاخته‌های نگهبان ایجاد می‌شوند.
فضای بین یاخته‌ای.
پوشش پوستکی ندارند و می‌توانند راهی برای ورود عوامل بیماری‌زا باشند.
شکل 15 - پوستک، سدی در برابر ورود عوامل بیماری‌زاست.
2. ساختارهای دفاعی مکمل
بافت چوب‌پنبه: در اندام‌های مسن گیاه، لایه‌ای از چوب‌پنبه جایگزین روپوست می‌شود. این بافت علاوه بر کاهش تبخیر، به‌عنوان سد دفاعی در برابر عوامل خارجی عمل می‌کند.
در برخی موارد، پوستک و چوب‌پنبه ممکن است هم‌زمان در یک اندام مشاهده شوند.
کرک، خار و مواد چسبناک:
کرک‌های سطح برگ حرکت حشرات را دشوار می‌کنند.
خارها از خورده شدن اندام‌ها توسط گیاهخواران جلوگیری می‌کنند.
ترشح مواد چسبناک، گاهی به اندازه‌ای مؤثر است که حرکت حشرات دشوارتر و گاه غیرممکن می‌شود یا آن‌ها را به دام می‌اندازد.
شکل 16 - الف) خارها گیاهان را از خورده شدن به وسیلۀ گیاهخواران حفظ می‌کنند. ب) مواد چسبناک در سطح گیاه که به حشره چسبیده‌اند.