گفتار 2
جانداران مؤثر در تغذیهٔ گیاهی
نقش ارتباط همزیستی در تغذیه گیاهان
گیاهان برای تأمین مواد مورد نیاز خود، نه تنها به عناصر موجود در محیط غیرزنده مانند آب، خاک و هوا وابسته‌اند، بلکه با جانداران گوناگونی نیز ارتباط برقرار می‌کنند. یکی از مهم‌ترین این ارتباط‌ها، همزیستی با جاندارانی است که توانایی آن‌ها در فراهم کردن مواد مغذی خاص برای گیاه بسیار ارزشمند است.
دو گروه عمده از این جانداران همزیست عبارت‌اند از:
قارچ‌های ریشه‌ای (میکوریزا)
باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن
در این گفتار، ابتدا به نقش قارچ‌های ریشه‌ای در جذب مواد معدنی توسط گیاهان می‌پردازیم، سپس به بررسی همزیستی گیاهان با باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن خواهیم پرداخت.
قارچ ریشه‌ای
یکی از رایج‌ترین سازوکارهای سازگاری گیاهان برای افزایش کارایی جذب آب و مواد معدنی، همزیستی با قارچ‌هایی است که در ناحیه ریشه گیاه فعالیت می‌کنند. این نوع همزیستی که به قارچ ریشه‌ای یا میکوریزا معروف است، در 90 درصد گیاهان دانه‌دار دیده می‌شود.
۱. گستردگی همزیستی
تقریباً ۹۰ درصد گیاهان دانه‌دار با قارچ‌های ریشه‌ای همزیستی دارند.
این قارچ‌ها اغلب در سطح ریشه رشد می‌کنند و بخشی از رشته‌های آن‌ها به درون ریشه نفوذ می‌کند.
۲. ساختار و عملکرد
قارچ‌های ریشه‌ای دارای رشته‌هایی ظریف‌اند که بخشی از آن‌ها در خاک و بخشی دیگر در بافت‌های ریشه گیاه قرار دارند.
این رشته‌ها در تبادل مواد بین گیاه و قارچ نقش اساسی دارند.
۳. سود متقابل در همزیستی
گیاه با فراهم کردن ترکیبات آلی مورد نیاز قارچ، به بقای آن کمک می‌کند.
در عوض، قارچ با جذب مواد معدنی – به‌ویژه فسفات – از خاک، آن‌ها را در اختیار گیاه قرار می‌دهد.
پیکر ظریف و رشته‌ای قارچ‌ها، سطح تماس گسترده‌تری نسبت به ریشه با محیط خاک ایجاد می‌کند و به این ترتیب قارچ‌ها می‌توانند مقدار بیشتری از مواد معدنی را برای گیاه جذب کنند.
شکل ۴ - همزیستی ریشه گیاه با قارچ و نتایج آن: الف) طرح ساده نوعی قارچ ریشه‌ای که غلافی را روی ریشۀ گیاه تشکیل می‌دهد. بخش کوچکی از قارچ به درون ریشه نفوذ و در تبادل مواد شرکت می‌کند.
شکل ۴ - همزیستی ریشه گیاه با قارچ و نتایج آن: ب) مقایسه دو گیاه که یکی با کمک قارچ ریشه‌ای (چپ) و دیگری بدون آن (راست) و در وضعیت برابر محیطی رشد کرده است.
همزیستی گیاهان با تثبیت‌کننده‌های نیتروژن
برخی گیاهان با باکتری‌هایی وارد رابطه همزیستی می‌شوند که توانایی تثبیت نیتروژن را دارند. این رابطه به گیاه امکان می‌دهد تا نیتروژن بیشتری در اختیار داشته باشد.
دو گروه اصلی از این باکتری‌های همزیست عبارت‌اند از:
ریزوبیوم‌ها
سیانوباکتری‌ها
ریزوبیوم
۱. نقش در کشاورزی سنتی
در کشاورزی سنتی، برای تقویت خاک از تناوب کشت استفاده می‌شد. در این روش، انواع مختلف گیاهان زراعی به‌صورت دوره‌ای در یک زمین کاشته می‌شدند.
یکی از مهم‌ترین گروه‌های گیاهی مورد استفاده در این سیستم، گیاهان تیره‌ی پروانه‌واران بودند.
به این تیره، پروانه‌واران گفته می‌شود زیرا گل‌های (نه برگ‌ها) آن‌ها شباهتی به پروانه دارند.
از آن‌جا که این گیاهان با ریزوبیوم‌ها همزیستی دارند، نقش مهمی در افزایش نیتروژن خاک ایفا می‌کنند.
از جمله گونه‌های زراعی شناخته‌شده در این تیره، می‌توان سویا، نخود و یونجه را نام برد.
۲. گرهک‌های ریشه‌ای
در ریشه گیاهان متعلق به تیره پروانه‌واران، ساختارهایی برجسته به نام گرهک شکل می‌گیرند که زیستگاه باکتری‌های ریزوبیوم به‌شمار می‌روند.
ریزوبیوم‌ها با انجام فرآیند تثبیت نیتروژن، نیاز گیاه به این عنصر را برطرف می‌کنند و در مقابل، گیاه ترکیبات آلی مورد نیاز باکتری را فراهم می‌سازد.
۳. تأثیر ریزوبیوم‌ها بر خاک
پس از مرگ گیاه یا برداشت بخش‌های هوایی آن، گرهک‌های حاوی نیتروژن تثبیت‌شده در خاک باقی می‌مانند.
این گرهک‌ها باعث افزایش نیتروژن خاک و در نتیجه، تشکیل گیاخاک غنی از نیتروژن می‌شوند.
در واقع، پس از کاشت این گیاهان، زمانی که گیاه می‌میرد یا برداشت می‌شود، گرهک‌های باقی‌مانده در خاک که حاوی مقدار زیادی نیتروژن تثبیت‌شده هستند، به غنی شدن خاک کمک می‌کنند.
شکل 5 - گرهک‌های ریشۀ گیاهان تیره پروانه‌واران
همزیستی با سیانوباکتری‌ها
سیانوباکتری‌ها گروهی از باکتری‌های فتوسنتزکننده هستند که برخی از آن‌ها علاوه بر فتوسنتز، توانایی تثبیت نیتروژن را نیز دارند.
نکته: اگرچه همه سیانوباکتری‌ها فتوسنتز می‌کنند، امّا توانایی تثبیت نیتروژن تنها در برخی از آن‌ها دیده می‌شود.
همزیستی با گیاه آزولا
آزولا، گیاه آبزی کوچکی است که در بسیاری از مناطق مرطوب، از جمله شالیزارها و تالاب‌های شمالی کشور، به‌طور طبیعی رشد می‌کند.
این گیاه، با سیانوباکتری‌ها همزیستی دارد و از نیتروژن تثبیت‌شده آن‌ها بهره‌مند می‌شود.
رشد بیش از حد آزولا در اثر ورود کودهای شیمیایی به منابع آبی می‌تواند منجر به کاهش نفوذ نور و اکسیژن به درون آب و در نهایت مرگ جانوران آبزی شود.
همزیستی با گیاه گونرا
گونرا از جمله گیاهانی است که حتی در خاک‌هایی با میزان اندک نیتروژن، توانایی رشد قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.
این توانایی رشد بالا ناشی از همزیستی با سیانوباکتری‌هایی است که درون ساقه و دمبرگ گیاه زندگی می‌کنند.
این باکتری‌ها با تثبیت نیتروژن، نیاز گیاه را برطرف می‌کنند و در عوض، بخشی از مواد آلی تولیدشده طی فتوسنتز را از گیاه دریافت می‌کنند.
شکل 6 - الف) گیاه آبزی آزولا
شکل 6 - ب) گیاه گونرا
مقایسه آزولا و گونرا
گیاه | نوع گیاه | محل زندگی | همزیست با | اهمیت/ویژگی |
آزولا | سرخس آبزی کوچک | شالیزارها و تالاب‌ها | سیانوباکتری‌ها | بهره‌مندی از نیتروژن تثبیت‌شده، رشد بیش از حد مضر |
گونرا | گیاه | خاک | سیانوباکتری‌ها | رشد در خاک با نیتروژن اندک، نیاز به نیتروژن توسط باکتری، تامین مواد آلی برای باکتری |
مقایسه باکتری‌های همزیست تثبیت‌کننده نیتروژن
ویژگی | ریزوبیوم‌ها | سیانوباکتری‌ها |
نوع گیاه همزیست | گیاهان تیره پروانه‌واران (نخود، سویا، یونجه) | آزولا و گونرا |
محل همزیستی در گیاه | گرهک‌های ریشه‌ای | بافت‌های داخلی ساقه و دمبرگ (گونرا)، در برگ‌های آزولا |
توانایی‌های باکتری | تثبیت نیتروژن | فتوسنتز و تثبیت نیتروژن (در برخی گونه‌ها) |
نقش در کشاورزی/محیط زیست | افزایش نیتروژن خاک در تناوب کشت | افزایش نیتروژن در آب (آزولا)، رشد در خاک فقیر از نیتروژن (گونرا) |
روش‌های دیگر به‌دست آوردن مواد غذایی در گیاهان
برخی از گیاهان علاوه بر فرایند فتوسنتز، از روش‌های دیگری نیز برای تأمین مواد مورد نیاز خود استفاده می‌کنند. این روش‌ها شامل:
شکار جانوران
انگل شدن بر سایر گیاهان
این سازوکارها به گیاه کمک می‌کنند در شرایط خاص محیطی، مانند کمبود نیتروژن، به منابع مورد نیاز خود دست یابد.
گیاهان حشره‌خوار
ویژگی‌های زیستی
گیاهان حشره‌خوار، فتوسنتز کننده‌اند و توانایی ساخت قندها از طریق نور خورشید را دارند.
در نواحی‌ای رشد می‌کنند که از نظر نیتروژن فقیر هستند.
برای تأمین نیتروژن مورد نیاز، این گیاهان با شکار جانوران کوچک، به‌ویژه حشرات و لارو آن‌ها، نیتروژن لازم را به‌دست می‌آورند.
این گیاهان با تجزیه ساختارهای پروتئینی و اسیدهای نوکلئیک موجود در بدن حشرات، نیتروژن مورد نیاز برای رشد و فعالیت سلولی خود را جذب می‌کنند.
در این گیاهان، برخی برگ‌ها تغییر شکل یافته‌اند و به اندام‌هایی برای شکار و گوارش حشرات تبدیل شده‌اند.
برگ‌های تغییر شکل یافته در این گیاهان، آنزیم تجزیه‌کننده ترشح می‌کنند که وظیفه آن‌ها تجزیه مولکول‌های پروتئینی و نوکلئیک در بدن شکار است.
نمونه‌ای از گیاهان حشره‌خوار: توبره‌واش
توبره‌واش یکی از گیاهان حشره‌خوار است که در تالاب‌های شمال کشور، زندگی می‌کند.
با استفاده از ساختاری شبیه کوزه، طعمه‌های کوچک را به دام می‌اندازد و سپس با آنزیم‌های ویژه‌ای آن‌ها را تجزیه می‌کند.
این گیاه:
در زیستگاه آبی زندگی می‌کند.
توانایی فتوسنتز را حفظ کرده است.
نیتروژن مورد نیاز خود را از طریق شکار و گوارش حشرات در بخش کوزه‌مانند برگ‌های تغییر یافته‌اش به‌دست می‌آورد.
شکل 7 - توبره‌واش
شکل 8 - چند نوع گیاه حشره‌خوار (نوع اول)
شکل 8 - چند نوع گیاه حشره‌خوار (نوع دوم)
شکل 8 - چند نوع گیاه حشره‌خوار (نوع سوم)
گیاهان انگل
ویژگی‌های زیستی
گیاهان انگل برای تأمین آب و مواد غذایی خود به گیاهان فتوسنتزکننده وابسته‌اند.
آن‌ها با ایجاد اندام مکنده، به گیاه میزبان متصل می‌شوند و مواد مورد نیاز خود را از آوندهای گیاه میزبان جذب می‌کنند.
برخی از این گیاهان، مانند سس، انگل کامل هستند و توانایی فتوسنتز ندارند.
برخی دیگر توانایی محدودی در فتوسنتز دارند و تنها بخشی از نیاز خود را از میزبان تأمین می‌کنند.
نمونه‌هایی از گیاهان انگل
1. گیاه سس
گیاهی فاقد ریشه و با ساقه‌ای به رنگ زرد مایل به نارنجی است.
اطراف ساقه گیاه میزبان می‌پیچد و به آن متصل می‌شود.
با استفاده از اندام‌های مکنده، به درون آوندهای میزبان نفوذ کرده و از آن تغذیه می‌کند.
این گیاه فاقد توانایی فتوسنتز است.
2. گل جالیز
از طریق اندامی ویژه به ریشه گیاهان جالیزی مانند گوجه‌فرنگی متصل می‌شود و مواد لازم را از آن جذب می‌کند.
این گیاه دارای ساقه‌ای نارنجی‌رنگ است.
در مقابل این دو، گیاه گوجه‌فرنگی که از گیاهان جالیزی به شمار می‌رود:
گیاهی سبز و فتوسنتزکننده است.
ریشه‌دار بوده و فاقد هرگونه اندام مکنده است.
شکل 9 - گیاهان انگل: الف) گیاه سس
شکل 9 - گیاهان انگل: ب) گیاه گل جالیز در کنار بوتۀ گوجه‌فرنگی
مقایسه ویژگی‌های گیاهان انگل
ویژگی | گیاه سس | گل جالیز |
تأمین قندها (فتوسنتز) | فاقد توانایی فتوسنتز | توانایی فتوسنتز محدود |
ریشه | فاقد ریشه | دارای ریشه |
ساقه | زرد مایل به نارنجی | نارنجی‌رنگ |
اندام مکنده | دارد (برای اتصال به ساقه) | دارد (برای اتصال به ریشه) |
نحوه تأمین مواد غذایی | از آوندهای گیاه میزبان | از ریشه گیاهان زراعی (میزبان) |
نوع زیستی | انگل کامل | انگل (با فتوسنتز محدود) |