انتقال مواد در گیاه؛ آوندها و جریان شیره
ساختار آوندها: لوله‌های حیاتی گیاه
گیاهان برای زنده ماندن نیاز به جابه‌جایی مواد مختلف دارند. این کار توسط شبکه‌ای از لوله‌های بسیار باریک به نام آوند انجام می‌شود. این آوندها مانند رگ‌های خونی در بدن جانوران، در سراسر گیاه گسترده شده‌اند. دو نوع آوند اصلی وجود دارد:
| ویژگی | آوند چوبی (بافت چوب) | آوند آبکش (بافت آبکش) |
|---|---|---|
| وظیفه اصلی | انتقال آب و مواد معدنی از ریشه به برگ‌ها | انتقال شیره‌ی پرورده (غذا) از برگ به سایر قسمت‌ها |
| جهت انتقال | فقط به سمت بالا (یک‌طرفه) | به سمت بالا و پایین (دوطرفه) |
| سلول‌های تشکیل‌دهنده | سلول‌های مرده و توخالی | سلول‌های زنده |
| ماده‌ی منتقل‌شونده | شیره‌ی خام (آب و املاح) | شیره‌ی پرورده (قند و مواد آلی) |
برای درک بهتر، یک درخت بلند را تصور کنید. آوندهای چوبی مانند یک لیفتراک مولکولی عمل می‌کنند و آب را از اعماق خاک تا بالاترین برگ‌ها می‌برند. این یک شاهکار مهندسی در طبیعت است!
نیروهای محرک جریان شیره
آب و مواد چگونه در این لوله‌های باریک به حرکت درمی‌آیند؟ چند نیروی فیزیکی مهم در این فرآیند دخیل هستند:
۱. فشار ریشه‌ای: ریشه‌ها با پمپاژ فعال یون‌ها به درون خود، یک پتانسیل اسمزی ایجاد می‌کنند که آب را به صورت منفعل از خاک جذب می‌کند. این فرآیند شبیه به زمانی است که یک تکه کشمش را در آب می‌اندازید و پس از مدکی مشاهده می‌کنید که کشمش چاق و حجیم شده است. این به دلیل ورود آب به درون کشمش است.
۲. نیروی چسبندگی و چسبندگی: مولکول‌های آب به یکدیگر (چسبندگی) و به دیواره‌ی آوندهای چوبی (چسبندگی) می‌چسبند. وقتی آب از طریق تعرق از برگ خارج می‌شود، یک کشش در ستون آب ایجاد می‌کند که کل ستون را از ریشه تا برگ به سمت بالا می‌کشد. این پدیده را تئوری کشش-چسبندگی می‌نامند.
۳. تعرق: این فرآیند، نیروی اصلی بالاکشیدن آب در گیاهان بلند است. روزنه‌های روی برگ با باز و بسته شدن، میزان تبخیر آب از سطح برگ را کنترل می‌کنند.
از آشپزخانه برگ تا انبارهای گیاه
برگ‌ها آشپزخانه گیاه هستند. در آنجا، طی فرآیند فتوسنتز، قند ($ C_6H_{12}O_6 $) تولید می‌شود. این قندها سپس در آب حل شده و شیره‌ی پرورده را تشکیل می‌دهند. شیره‌ی پرورده از طریق آوندهای آبکش به قسمت‌های مختلف گیاه مانند ریشه، ساقه، میوه و دانه‌ها که به عنوان انبار عمل می‌کنند، منتقل می‌شود.
یک آزمایش ساده: اگر حلقه‌ای از پوست یک درخت را جدا کنید (حلقه‌گیری)، آوندهای آبکش قطع می‌شوند و شیره‌ی پرورده نمی‌تواند به ریشه برسد. پس از مدتی، ریشه از بین می‌رود و در نهایت کل درخت خواهد مرد. این نشان‌دهنده‌ی اهمیت حیاتی آوندهای آبکش است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. آوندهای چوبی و آبکش در تمام بخش‌های گیاه شامل ریشه، ساقه، برگ‌ها، گل‌ها و حتی میوه‌ها وجود دارند و یک شبکه‌ی کاملاً به هم پیوسته را تشکیل می‌دهند.
قبل از ریزش برگ، گیاه مواد غذایی ارزشمند و کلروفیل موجود در برگ را تجزیه و بازیابی می‌کند. سپس یک لایه‌ی چوب‌پنبه‌ای در محل اتصال دمبرگ به ساقه تشکیل می‌شود که هم از هدررفت آب جلوگیری می‌کند و هم باعث جدایی برگ می‌شود. این یک مکانیسم محافظتی برای زنده ماندن گیاه در فصل زمستان است.
خیر. گیاهان بدون آوند مانند خزه‌ها، اندازه‌ی کوچکی دارند زیرا فاقد این سیستم انتقال تخصص‌یافته هستند. جابه‌جایی مواد در آن‌ها به کندی و از طریق اسمز و انتشار ساده صورت می‌گیرد.
پاورقی
۱ آوند چوبی (Xylem): بافتی که مسئول انتقال آب و مواد معدنی از ریشه به سمت برگ‌ها است.
۲ آوند آبکش (Phloem): بافتی که مسئول انتقال شیره‌ی پرورده (حاوی قند و مواد آلی) از برگ به سایر قسمت‌های گیاه است.
۳ تعرق (Transpiration): فرآیند تبخیر آب از سطح برگ‌ها که نیروی مکش لازم برای حرکت آب به سمت بالا در آوندهای چوبی را ایجاد می‌کند.
۴ فشار ریشه‌ای (Root Pressure): فشاری که در اثر جذب فعال آب توسط ریشه‌ها ایجاد می‌شود و به حرکت آب در آوندهای چوبی کمک می‌کند.
۵ شیره‌ی پرورده (Phloem Sap): مایع غلیظ حاوی قند (عمدتاً ساکارز) و سایر مواد آلی که در آوندهای آبکش جریان دارد.
۶ شیره‌ی خام (Xylem Sap): مایع نسبتاً رقیق حاوی آب و مواد معدنی محلول که در آوندهای چوبی جریان دارد.