آب در گیاهان: سفر شگفتانگیز از ریشه تا برگ
آوند چوبی: شبکه لولهکشی گیاه
اگر گیاهان را مانند یک ساختمان بلند در نظر بگیریم، آوندهای چوبی لولهکشیهای این ساختمان هستند. این آوندها، لولههای بسیار باریکی هستند که از ریشه شروع میشوند، از داخل ساقه میگذرند و به شاخهها و برگها میرسند. دیواره این لولهها سفت و محکم است و در درختان چوبی (مانند بلوط یا کاج) بخش عمدهای از تنه درخت را تشکیل میدهند. وظیفه اصلی این شبکه، انتقال آب و املاح محلول در آن (که به آن شیره خام6 میگویند) از ریشه به بالا است.
یک مثال ساده: یک تکه کرفس را در آب رنگی قرار دهید. بعد از چند ساعت، میبینید که رنگ در طول ساقه کرفس بالا رفته است. این اتفاق به دلیل وجود آوندهای چوبی است که مانند فتیله شمع، آب رنگی را به خود جذب کرده و بالا میکشند.
| ویژگی | توضیح | مثال قابل مشاهده |
|---|---|---|
| شکل لولهها | بسیار باریک و بلند، مانند نیهای میکروسکوپی | رشتههای داخل ساقه گیاهان آبزی مانند سنبل آبی |
| جنس دیواره | سخت و چوبی شده با مادهای به نام لیگنین7 | بخش سخت و چوبی تنه درختان |
| محل قرارگیری | در ساقه، معمولاً در مرکز یا به شکل حلقههای سالانه | حلقههای داخل برش تنه درخت (حلقههای سنی) |
| محتوای انتقال | آب و مواد معدنی محلول در آن (شیره خام) | شیره بیرون آمده از برش شاخه درخت افرا |
موتورهای حرکت دهنده آب به سمت بالا
اما آب چگونه برخلاف جاذبه زمین، در این لولههای باریک تا ارتفاع چند ده متری بالا میرود؟ چند نیروی فیزیکی هوشمندانه در این کار مشارکت دارند:
۱. نیروی کشش تعرق (مهمترین موتور):تعرق8 یعنی خروج آب به صورت بخار از سطح برگ، عمدتاً از طریق روزنهها. وقتی یک مولکول آب از برگ خارج میشود، مولکول آب بعدی را پشت سر خود میکشد. چون مولکولهای آب به هم چسبیدهاند (خاصیت پیوستگی9)، این کشش مانند یک ریسمان نامرئی در طول ستون آب در آوند چوبی، از برگ تا ریشه منتقل میشود و کل ستون آب را به سمت بالا میکشد. هر چه نور و گرمای بیشتری باشد، تعرق بیشتر و این کشش قویتر است.
۲. نیروی مویینگی (کمککننده): اگر نوک یک حوله کاغذی را در آب قرار دهید، میبینید که آب خودبهخود در الیاف حوله بالا میرود. این پدیده مویینگی نام دارد. آوندهای چوبی هم بسیار باریک هستند و آب به دلیل چسبندگی10 به دیوارهها و پیوستگی بین مولکولها، در آنها مقداری بالا میرود. البته این نیرو به تنهایی برای بالا بردن آب در درختان بلند کافی نیست، اما به شروع کار کمک میکند.
۳. فشار ریشهای (فشار اولیه): ریشهها با جذب فعال یونها، غلظت مواد محلول در خود را افزایش میدهند. در نتیجه، آب از خاک (غلظت کم) به درون ریشه (غلظت زیاد) نفوذ میکند. این ورود آب، فشاری در آوندهای ریشه ایجاد میکند که میتواند تا حدی آب را به داخل ساقه هُل دهد. این فشار مخصوصاً در شب که تعرق کم است، نقش مهمتری دارد.
از آزمایشگاه تا باغچه: مثالهای ملموس
این فرآیندها را میتوان در زندگی روزمره دید:
مثال ۱: پژمرده شدن گلدان: اگر به گیاه آب ندهید، خاک خشک میشود. ریشه آبی برای جذب پیدا نمیکند، اما برگها به تعرق خود ادامه میدهند. در نتیجه، ستون آب در آوندها پاره میشود (حباب هوا تشکیل میشود) و انتقال آب متوقف میگردد. گیاه برای کاهش تعرق، روزنههای خود را میبندد و اگر این وضعیت ادامه یابد، برگها پژمرده میشوند.
مثال ۲: ساخت ساقههای رنگی: همان آزمایش معروف با گل میخک سفید یا کرفس و آب رنگی. پس از چند ساعت، رگبرگهای برگها و تمام ساقه رنگ میگیرد. این نشان میدهد که آب رنگی از کدام مسیر (آوندهای چوبی) بالا رفته است.
مثال ۳: اشک درخت: گاهی اوقات در بهار، اگر شاخه درختانی مانند انگور یا نارون را قطع کنید، از محل برش مایعی به بیرون میچکد. این همان شیره خام تحت فشار ریشهای است که نشان میدهد حتی بدون برگ (و بدون کشش تعرق)، آب تحت فشار از ریشه به سمت بالا رانده میشود.
| عامل محیطی | تأثیر بر سرعت انتقال آب | دلیل |
|---|---|---|
| نور خورشید | افزایش | باز شدن روزنهها و افزایش تعرق |
| باد | افزایش | جابجایی هوای مرطوب اطراف برگ و تشدید تعرق |
| رطوبت هوا | کاهش | کاهش اختلاف رطوبت بین برگ و هوا، کاهش تعرق |
| دمای بسیار بالا | کاهش (با بستن روزنه) | گیاه برای جلوگیری از از دست دادن آب زیاد، روزنهها را میبندد |
پرسشهای مهم و باورهای نادرست
پاسخ: خیر، آوندهای چوبی فقط مسیر بالا رونده برای آب و املاح هستند. برای انتقال مواد غذایی ساختهشده در برگ (مانند قند) به سایر قسمتهای گیاه، شبکه دیگری به نام آوند آبکش11 وجود دارد که مسیر حرکت آن معمولاً به سمت پایین (به سمت ریشه) یا ذخیرهگاهها است.
پاسخ: جذب آب به شدت کاهش مییابد اما میتواند ادامه داشته باشد. چون برگها ریختهاند، کشش تعرق بسیار ضعیف است. اما اگر خاک یخ نزده باشد، ریشهها میتوانند مقداری آب جذب کنند و با فشار ریشهای، آن را در آوندها نگه دارند یا به بخشهای زنده گیاه برسانند.
پاسخ: این باور غلط است. گیاهان مقدار بسیار زیادی آب جذب میکنند که فقط بخش کوچکی از آن در فرآیند فتوسنتز استفاده میشود. بیش از ۹۵٪ آبی که گیاه جذب میکند، صرف تعرق میشود. تعرق مانند یک سیستم خنککننده برای گیاه عمل میکند و همچنین جذب مواد معدنی را تسهیل مینماید.
پاورقی
1 انتقال آب (Water Transport)
2 آوند چوبی (Xylem Vessel)
3 نیروی کشش تعرق (Transpirational Pull)
4 نیروی مویینگی (Capillary Force/Action)
5 روزنه برگ (Stomata, singular: Stoma)
6 شیره خام (Xylem Sap)
7 لیگنین (Lignin): مادهای سخت که دیواره سلولهای آوند چوبی را محکم میکند.
8 تعرق (Transpiration): فرآیند خروج بخار آب از برگ گیاه.
9 پیوستگی (Cohesion): خاصیت چسبیدن مولکولهای یک ماده (مانند آب) به یکدیگر.
10 چسبندگی (Adhesion): خاصیت چسبیدن مولکولهای یک ماده (مانند آب) به مولکولهای ماده دیگر (مانند دیواره آوند).
11 آوند آبکش (Phloem): بافت مسئول انتقال مواد غذایی ساخته شده در برگ.
