یاخته، بافت و اندام گیاهی:

گیاهان گروه دیگری از موجودات پریاخته‌ای هستند. ویژگی اصلی گياهان اجرای فرایند فتوسنتز است که طی این فرايند، انرژی نورانی به انرژی شيميايی تبديل و در مواد آلی ذخیره می‌شود. به همین دلیل، حیات موجوداتی که توانایی تولید مواد آلی را ندارند مانند جانوران، به این گروه وابسته است. با توجه به مقایسۀ سطوح سازمان یافتگی در بین جانوران و گیاهان در (تصویر 1-4) چه شباهت‌ها و تفاوت‌هایی بین گیاهان و جانوران می‌بینید؟

یاخته و بافت گیاهی:

پیکر گیاهان نیز مانند سایر جانداران از یاخته ساخته شده است. ویژگی اصلی و مهم یاخته‌های گیاهی داشتن دیوارۀ یاخته‌ای و کلروپلاست است. دیوارۀ یاخته‌ای که ترکیب اصلی سازندۀ آن سلولز است در اطراف غشای یاخته قرار دارد و باعث می‌شود که یاخته‌های گیاهی استحکام یابند. یاخته‌های گیاهی از طریق منافذِ موجود در دیواره می‌توانند با یکدیگر تبادلاتی داشته باشند.

بافت در موجودات پریاخته‌ای، از اجتماع یاخته‌هایی که اکثراً شکل یکسان و کار مشابهی دارند تشکیل می‌شود. پیکر گیاهان نیز مانند جانوران از انواع بافت‌ها تشکیل می‌گردد. در رأس ساقه و نزدیک به نوک ریشه دو گروه یاخته تمایز نیافته، به نام یاخته بنیادی و یاخته مریستم وجود دارد.

یاخته‌های بنیادی سازندۀ مریستم‌ها هستند و یاخته‌های مریستمی با تقسیم شدن، سه بافت اصلی روپوست، بافت‌های زمینه‌ای و بافت‌های هادی را می‌سازند.

الف) بافت روپوست: روپوست (اپیدرم) بافتی است که بخش خارجی اندام‌های گیاهی جوان را می‌پوشاند (تصویر 3-4). اغلب یاخته‌های این بافت فاقد کلروپلاست‌اند. کرک و یاخته‌های نگهبان روزنه، دو نوع از یاخته‌های روپوستی در بخش هوایی گیاه‌اند.

یاخته‌های روپوستی در اندام‌های هوایی گیاه ماده‌ای از جنس لیپید به نام کوتین ترشح می‌کنند. کوتین در سطح برگ‌ها و میوه‌ها (مثل سیب) لایۀ کوتیکول (پوستک) را می‌سازد که علاوه بر حفاظت، مانع تبخیر زیاد آب از گیاه می‌گردد.

ب) بافت‌های زمینه‌ای: در گیاهان متنوع‌اند (تصویر 4-4). پارانشیم نوعی بافت زمینه‌ای است که در ذخیرۀ مواد (مثل نشاسته) و فتوسنتز دخالت دارد. کُلانشیم نوعی بافت زمینه‌ای است که به بخش‌های جوان استحکام می‌دهد. شاید هنگام خوردن گلابی در بین دندان‌های خود دانه‌های سفتی را احساس کرده باشید. این دانه‌های سفت از بافت اِسکُلرانشیم است که اسکلرانشیم نوع دیگری از بافت‌های زمینه‌ای است که نقش استحکامی در بخش‌های پوسته دانه و برخی از میوه ها را دارد.

پ) بافت‌های هادی (بافت‌های آوندی): از دو نوع آوند چوبی و آوند آبکش تشکیل شده است (تصویر 5-4). آوند چوبی در انتقال آب و املاحِ جذب شده از ریشه به برگ‌ها نقش دارد. انتقال مواد حاصل از فتوسنتز و ذخیره شده به بخش‌هایی که نیاز به مواد آلی دارند بر عهدۀ آوند آبکش است.

فتوسنتز: فتوسنتز فرایندی است که طی آن گیاهان و سایر موجودات فتوسنتزکننده انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند. در فتوسنتز، گیاهان از آب و کربن دی‌اکسید که موادمعدنی ساده‌ای هستند، کربوهیدرات‌ها را می‌سازند. برای ساختن قند انرژی لازم از نور تأمین می‌شود. آیا این پدیدۀ علمی می‌تواند بدون علم الهی صورت گیرد؟ مولکول‌های سبزینه (کلروفیل) مسئول جذب انرژی نورانی هستند. آب و کربن دی‌اکسید مواد اولیۀ واکنش فتوسنتز هستند. قند و اکسیژن نیز محصولات فتوسنتز هستند. آب به وسیله ریشه از خاک جذب می‌شود و کربن دی‌اکسید توسط برگ‌ها از هوا گرفته می‌شود. قند تولیدشده توسط گیاه نیز ذخیره یا مصرف می‌شود و بخش اعظم اکسیژن تولیدی در فتوسنتز وارد هوا می‌شود (تصویر 6-4).

سالانه بیش از 250 میلیارد تن ترکیبات قندی به‌وسیلۀ موجودات فتوسنتزکنندۀ سراسر جهان تولید می‌شود. بدون اجرای فتوسنتز، حیات بر روی کرۀ زمین به سرعت از بین می‌رود.

عوامل محیطی و درونی گیاه بر سرعت فتوسنتز تأثیر دارند. شدت نور و مقدار کربن دی‌اکسید مهم‌ترین عوامل محیطی مؤثر بر سرعت و شدت فتوسنتز هستند.

اندام‌های گیاهی:

از اجتماع بافت‌ها، اندام‌های گیاهی ایجاد می‌شود. در گیاهان پیشرفته مثل گیاهان گل‌دار، اندام‌های گیاهی به دو گروه رویشی و زایشی تقسیم می‌شوند. اندام‌های رویشی مسئول رشد رویشی گیاه‌اند و شامل ریشه، ساقه و برگ می‌شوند.

ریشه: به غیر از چند گیاه (مثل خزه) بقیه گیاهان ریشه دارند. ریشۀ گیاهان خشکی در داخل خاک قرار می‌گیرد و یکی از نقش‌های آن جذب آب و املاح معدنی است. چغندر و هویج دارای ریشه‌های ذخیره‌ای‌اند، که برای ما ارزش غذایی دارند.

ساقه: ساقه اندامی از گیاهان است که دو کار مهم انجام می‌دهد:

1- نگه داشتن برگ‌ها، گل‌ها و میوه‌ها.

2- هدایت و رساندن آب و مواد معدنی جذب شده به برگ‌ها و جابه‌جایی مواد غذاییِ ساخته شده در برگ‌ها به ریشه و به جاهای دیگر گیاه.

ساقه در بعضی از گیاهان کار مهم دیگری هم انجام می‌دهد و آن اندوختن ماده‌های غذایی است (مانند نیشکر). پیاز، ریزوم و ساقۀ غده‌ای، انواعی از ساقه هستند که در تکثیر گیاه نقش دارند (تصویر 7-4).

برگ‌ها: بر روی ساقه تشکیل می‌شوند. برگ اندام اصلی فتوسنتزیِ گیاه است. یاخته‌های میانبرگ (تصویر 8-4) بیشترین کلروپلاست را دارند و بخش اصلی برگ را می‌سازند و مسئول انجام دادن فتوسنتز هستند.

اندام‌های زایشی گیاه در تولیدمثل گیاه نقش دارند. همانطور که در ادامۀ فصل در بخش تولیدمثل گیاهان خواهید خواند، این بخش، براساس تکامل گیاهان، متفاوت خواهد بود. برای مثال در درخت کاج مخروط‌ها اندام‌های زایشی‌اند ولی اندام زایشی درخت سیب، پرچم و مادگی است.

رده‌بندی گیاهان:

عرصۀ کرۀ خاکی شاهد گیاهان گوناگونی است. برای درک بهتر، گیاهان براساس ویژگی‌هایی مثل آوند، دانه و گل طبقه‌بندی می‌شوند (تصویر 9-4).

خزه‌ها (نهانزادان بدون آوند):

خزه‌ها گیاهانی بدون آوند و بدون دانه‌اند که در مناطق مرطوب، رویش و گسترش دارند. از بخش‌های سبز این گیاهان می‌توان برای تکثیر غیرجنسی استفاده کرد. اما این گیاهان به‌منظور تولیدمثل جنسی هاگ تولید می‌کنند. از خزه‌ها برای نشان دادن آلودگی هوا و آلودگی غذای دام و طیور استفاده می‌شود (تصویر 10-4).

نهانزادان آوندی:

نهانزادان گیاهان آونددار ولی بدون دانه هستند که خاص مناطق مرطوب‌اند و با هاگ تولیدمثل می‌کنند. گیاهان این گروه دارای آوند هستند. سرخس‌ها معروفترین گروه نهانزادان آوندی به شمار می‌روند.

بازدانگان:

گیاهان دانه‌دار براساس این که دانه‌های آنها توسط بخش‌های میوه احاطه شود یا نشود به دو گروه بازدانگان و نهاندانگان تقسیم می‌شوند. بازدانگان گیاهانی هستند که دانۀ آنها را پوششی احاطه نمی‌کند. این گیاهان به‌صورت درخت یا درختچه وجود دارند و چوبی می‌شوند. مهم‌ترین و اصلی‌ترین گروه بازدانگان امروزی مخروط‌داران هستند که کاج و سرو معروف‌ترین آنهاست. در این گروه دو نوع مخروط نر و ماده وجود دارد (تصویر 11-4).

نهاندانگان:

نهاندانگان برای تولیدمثل جنسی ساختاری به نام گل را به‌وجود می‌آورند. بیشتر گیاهانی که امروزه با آنها سر وکار داریم و در اطراف خود مشاهده می‌کنیم به گروه گیاهان گلدار (نهاندانگان) تعلق دارند. در این گروه از گیاهان، دانه در داخل میوه مخفی است. گیاهان نهاندانه به دو گروه گیاهان تک لپه (مثل گندم و ذرت) و دولپه (مثل نخود و لوبیا) تقسیم می‌شوند.

تولیدمثل و تکثیر گیاهان:

تکثیر و تولیدمثل گیاهان به دو روش جنسی و غیرجنسی انجام می‌شود. در تولید مثل جنسی اندام‌های زایشی نقش دارند و با دخالت یاخته‌های جنسی نر و ماده انجام می‌شود. در گیاهان بدون دانه تولیدمثل جنسی با تشکیل هاگ و سپس رویش و رشد هاگ در شرایط مساعد صورت می‌گیرد. در گیاهان بازدانه و گیاهان نهاندانه (گلدار) تولیدمثل جنسی همراه با تشکیل دانه است.

اجزای گل:

همان‌طور که قبلاً اشاره شد، گل دستگاه زایشی گیاهان نهاندانه است. با توجه به تصویر 12-4 اجزای یک گل کامل از خارج به داخل عبارت‌اند از:

الف) کاسبرگ: نقش حفاظت از غنچه را دارد.

ب) گلبرگ: در جلب حشرات برای گرده افشانی نقش دارد.

پ) پرچم: از دو بخش میله و بساک تشکیل شده است. در بساک گرده‌های گل تولید و رها می‌شود.

ت) مادگی: معمولا از سه بخش کُلاله، خامه و تخمدان تشکیل شده است. درون تخمدان‌ها، تخمک‌ها قرار دارند که به دانه تبدیل می‌شوند.

دانه، تخمک لقاح یافته است و هنگام جدا شدن از پایۀ مادر، حاوی گیاهچه (رویان)، موادغذایی و پوسته است. دانه‌هایی که از پایۀ مادر جدا می‌شوند رطوبت‌شان کاهش می‌یابد و فعالیت حیاتی آنها در حد پایین است. دانه‌ها وقتی در شرایط مساعد قرار می‌گیرند جوانه می‌زنند. طی این فرایند پوستۀ دانه پاره می‌شود و گیاهچه از آن خارج می‌گردد.

تولیدمثل غیرجنسی:

تکثیر و تولید مثل غیرجنسی نیز در اغلب گیاهان دیده می‌شود. در تولیدمثل غیرجنسی بخش‌های رویشی گیاه نقش دارند (جدول 1-4).

انسان نیز برای تکثیر گیاهان، علاوه بر دانه، از بخش‌های رویشی آنها استفاده می‌کند. قلمه‌زدن و پیوندزدن روش‌های دیگری از تکثیر رویشی گیاهان است که در درختان انجام می‌شود. در قلمه‌زدن بخشی از ساقۀ گیاه را جدا می‌کنند و در بستر مناسب قرار می‌دهند تا ریشه‌دار شود. در پیوند زدن، جوانه‌ای از درخت مورد نظر را به درخت دیگر پیوند می‌زنند تا بعد از رشد جوانه، شاخه‌ای به‌وجود آید که ویژگی‌های درخت مورد نظر را داشته باشد (13 - 4).

روش کشت بافت نیز از روش‌های جدید تکثیر گیاهان است. در این روش، قطعه‌ای از گیاه را بر روی محیط کشت استریل (عاری از میکروب) کشت می‌دهند و از رشد آن و کنترل شرایط کشت سرانجام گیاهچه‌های جدیدی حاصل می‌شود (تصویر 14-4).

تغذیۀ گیاهی:

تغذیۀ گیاهی شامل این موارد است: جذب مواد معدنی خامِ موردنیاز برای اجرای فرایندهای بیوشیمیایی ضروری از محیط، توزیع آنها در داخل گیاه و کاربرد آنها در رشد گیاه. بخش عمدۀ عناصرِ شیمیایی به‌صورت یون‌های معدنی از خاک جذب می‌شوند. تارهای کشندۀ ریشه در جذب یون‌های معدنی نقش مهمی دارند. دو معیار اصلی برای ضروری بودن عناصر وجود دارد:

1- در غیاب این عنصر چرخۀ زندگی گیاه تکمیل نشود.

2- بخشی از ساختار مولکول‌ها یا اجزایی از گیاه باشد.

این مولکول‌ها و اجزا برای رشد گیاه الزامی هستند.

در حال حاضر 17 عنصر، به عنوان عناصر ضروری گیاهان شناسایی و تعیین شده است. این عناصر به دو گروه پرمصرف و کم‌مصرف تقسیم می‌شوند. کربن، پتاسیم، منیزیم و فسفر نمونه‌هایی از عناصر پرمصرف و آهن، روی، مس و منگنز مثال‌هایی از عناصر کم‌مصرف‌اند (تصویر 15-4).

گیاهان و انسان:

کشاورزی و اصلاح گیاهان:

احتمالا اولین کشت برنامه‌ریزی شده گیاهان حاصل مجموعه‌ای از وقایع ساده بوده است. اصلاح گیاهان در حدود 13000 سال پیش در ناحیۀ خاورمیانه آغاز شد که با کشت جو وحشی و گندم و به دنبال آن عدس، نخود، زیتون، خرما و انگور همراه بوده است. هدف اولیه از کشت گیاهان زراعی تأمین غذا، برای انسان‌ها بوده است ولی بعداً کِشت گیاهان زراعی برای اهداف متعدد دیگری صورت گرفته است.

امروزه نیز یکی از اهداف مهم در کشت گیاهان تولید مواد غذایی است. غلات و حبوبات (تصویر 16-4) دو گروه از مهم‌ترین منابع غذایی مردم در اغلب نقاط جهان است. همچنین انواع میوه‌ها، سبزیجات، صیفی‌جات و دانه‌های روغنی از مهم‌ترین محصولات کشاورزی هستند که مصارف غذایی دارند. گیاه پنبه (تصویر 17-4) برای استفاده در صنایع پوشاک و گروهی دیگر از گیاهان برای استفاده‌های زینتی کشت می‌شوند.

استفاده از گیاهان به گیاهان اصلاح شده (زراعی) منحصر نمی‌شود. انسان از گیاهان وحشی نیز در موارد بسیاری از قبیل سوخت، صنایع وابسته به چوب و کاغذ استفاده می‌کند. از گروهی از گیاهان، که دارای ترکیبات معطرند، به‌صورت ادویه و طعم‌دهنده استفاده می‌گردد.

علاوه بر مصارف ذکر شده، گیاهان از منابع مهم داروهای پزشکی به شمار می‌آیند. در گذشته، گیاه‌شناسی به‌عنوان یکی از شاخه‌های پزشکی به‌شمار می‌آمده است.

داروهای گیاهی، نسبت به ترکیبات آزمایشگاهی، به‌صرف هزینه و انرژی کمتری نیاز دارد. بخش دارویی گیاه ترکیبات شیمیایی ثانوی است که در برخی از گونه‌های گیاهی ساخته می‌شود. در کشور ما حدود 450 گونۀ گیاهی دارویی، به میزان بیشتری در مناطق مختلف، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

امروزه دانش زیست‌فناوری نیز، در تولید موادغذایی کشاورزی تأثیر شگرفی داشته است.

با توجه به رشد فزاینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای موادغذایی در دهه‌های اخیر، ضرورت روی‌آوری از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته ایجاد شده است. محققان زیست‌فناوری با شناسایی، تکثیر و پرورش گونه‌های دارای ژن‌های مقاوم به نمک و خشکی، گیاهان مقاومی مانند کاکتوس، کاج و سرو اصلاح شده را تولید کرده‌اند که قابلیت رشد در مناطق سخت بیابانی را دارند بدین ترتیب نقش مؤثری را در بیابان‌زدایی و کویرزدایی ایفا نمودند.

فعالیت (صفحه 71 تا 72 کتاب درسی)

 

تکثیر لیلیوم بدون پیاز

روش‌های مختلف تکثیر لیلیوم (گیاه سوسن)، به غیر از کشت‌بافت، نیاز به پیاز دارد، زیرا تکثیر توسط تولید پیازچه در فلس‌های پیاز مادری صورت می‌گیرد. در روش کشت‌بافت می‌توان برای تکثیر ارقام مختلف لیلیوم از پیاز استفاده نمود.

در بسیاری از موارد ممکن است شاخه‌ای از لیلیوم از گل فروشی خریداری نموده و مایلید پیاز آن را داشته باشید اما چون در اغلب موارد پیاز این ارقام فقط در دست گلخانه‌داران است دسترسی به پیاز آن رقم خاص برایتان امکان نداشته است.

این فعالیت شما را با روشی آشنا می‌سازد که بتوانید بدون نیاز به روش کشت بافت، از هر گل لیلیوم البته شاخۀ تازه بریده یا هر گیاه لیلیومی که دارای برگ‌های جوان و سالم باشد، پیازچه تولید کنید.

مواد لازم:

1- مقداری ماسه ریز و تمیز یا پرلیت ریز یا شن دریا که به خوبی شسته شده باشد.

2- برگ لیلیوم

3- مقداری هورمون ریشه‌زایی (نفتالین استیک اسید: NAA) که اغلب به‌صورت پودر است. این هورمون در کشت بافت نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آن در باغبانی برای ریشه‌دار کردن قلمه‌ها یا افزایش گل‌دهی گیاهان و در لیلیوم برای تولید پیازچه استفاده می‌شود.

روش کار:

الف) وقتی برگ‌ها را جدا می‌کنید دقت کنید قسمت کوچکی از شاخه هم با برگ بماند و برگ انتخاب شده جوان و سالم باشد (تصویر 19-4).

ب) برگ‌ها را در هورمون ریشه‌زا فرو ببرید (تصویر 20-4).

ج) قسمت پایین برگ‌ها را در داخل ماسه یا پرلیت ریز فرو ببرید. (ماسه یا پرلیت باید مرطوب باشد) (تصویر 21-4).

برای افزایش موفقیت و جلوگیری از آلودگی قارچی، بهتر است قبل از جدا نمودن برگ‌ها، چندبار با یک قارچ‌کش باغبانی مانند ترکیب بنومیل که محلول در آب است گل شاخه بریدۀ لیلیوم را اسپری کنید و بعد از یک روز، برگ‌های آن را جدا کنید.

در این روش هر برگ مانند یک فلس عمل می‌کند و مانند فلس، پیازچه تولید می‌نماید.

د) برگ‌ها را در مکانی دور از نور خورشید و در محل خنک و سایه قرار دهید. بهتر است گلدان حاوی برگ‌ها را در کیسۀ پلاستیکی قرار دهید و سر کیسه را ببندید تا برگ‌ها خشک نشوند.

هـ) تولید پیازچه یک تا دو ماه طول می‌کشد (تصویر 22-4)، بنابراین برای بیرون آوردن برگ‌ها جهت بازرسی عجله نداشته باشید. بعد از چند ماه که پیازچه‌ها تشکیل شدند می‌توانید آنها را بکارید.

سوخت‌های زیستی:

سوخت زیستی به سوخت‌هایی گفته می‌شود که از فتوسنتز حاصل می‌شود این سوخت از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر است. نگرانی از انتشار کربن توسط سوزاندن سوخت‌های فسیلی شدیداً مورد توجه علمی و همگانی قرار گرفته است. سوخت زیستی ممکن است جامد، مایع یا گاز باشد. چوب و زغال نمونه‌ای از سوخت‌های زیستی جامد، زیست‌دیزل، اتانول و متانول از سوخت‌های زیستی مایع، متان و هیدروژن از سوخت‌های زیستی گازی هستند.

زیست‌دیزل از دانه‌های روغنی (تصویر 23-4)، روغن‌های حیوانی و روغن‌های بازیافت شده به‌دست می‌آید و از ترکیب شیمیایی روغن‌های گیاهی یا حیوانی، هیدروکسید سدیم و متانول (یا اتانول) حاصل می‌شود. زیست دیزل می‌تواند به عنوان سوخت خالص در خودروها به کار رود (تصویر 24-4).

زیست دیزل، همگانی‌ترین سوخت‌زیستی در اروپاست. اتانول زیستی نیز نوعی سوخت الكلی جایگزین برای بنزین است كه توسط میکروارگانیسم‌ها و از اثر آنزیم‌ها بر محصولات نشاسته‌ای و قندی (مانند گندم، ذرت، نیشكر و چغندر قند) تولید می‌شود (تصویر 25-4).

با پیشرفت فناوری، سلولزهایی مانند درختان و چمن‌ها را نیز می‌شود به‌عنوان ماده خام در فراوری اتانول زیستی به‌کار برد. اتانول را می‌توان به‌صورت خالص برای سوخت خودرو به‌کار برد اما بیشتر به‌دلیل اینکه عملکرد خودرو بهبود یابد از افزودنی بنزین استفاده می‌شود. اتانول زیستی، در مقایسه با بنزین معمولی 30 تا 65 درصد مقدار کربن دی‌اکسید را کاهش می‌دهد و مقدار کربن دی‌اکسیدی که از اتانول زیستی تولید می‌شود برابر با مقدار کربن دی‌اکسیدی است که گیاه برای ساخت آن مصرف کرده است.

امروزه در جهان، سوخت‌زیستی نسبت به سوخت فسیلی 9 درصد افزایش یافته است. در حال حاضر نیز در جهان برای سوخت‌های زیستی و بالا بردن ظرفیت آن سرمایه‌گذاری بیشتری شده است.