عادت دادن فتوسنتیتک به افزايش Co2 يك كانوپي آفتابگردان
نقل قول:
خانوم دکتر بابا دمت گرم تاپیک خوبی راه انداختی یه سر به تاپیک نجوم بزن ببین اون چطوره والا اینقدر دارن بچه ها پست میدن که من فکر کنم دیگه جا باسه مقاله نباشه اگه دوست داشتی یه نگاه بکن.
سلام
باشه حتما
همين امشب شروع مي كنم به خوندن تاپيك. خودمم به نجوم خيلي علاقه دارم گرچه سررشته اي ندارم ولي برام خيلي جالبه. آدم احساس مي كنه به آغاز وجود نزديك ميشه!
ممنون كه اومدي و در ضمن هموني كه به ناشناس در مورد دانشجويي گفتم همونه!!!!!!
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
موفق باشي و سلامت
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
===================================
افـزايش غلـظت Co2 اتمـسفري پيـش بيـني مي شد كه فتوسنتز و رشد گياه را افزايش مي دهد
Griffinardseemam 1996)) دامنة اين افزايش نه تنها به تحريك كوتاه مدت ميزان فتوسنتز بســتگي خواهـد داشت بلـكه به بازتابهاي گـياه در طـولاني مـدت از نظر ظرفيت فتوسنتيك نيز وابسته خواهد بود . رشد در شرايط Co2 بالا براي دوره هـاي ( طـولاني تر از چند روز ) اغلب باعث كاهش ظرفيت فتوسنتيك در واحد سطح برگ مي شود (1999 Van ostan,eta) . همچـنين تصور مي شد كه اين تعديل ( down-regulation ) در فتوسنتز پاسخي براي تغييرات سـطوح قـند سـلولي باشد كه از افزايش توليد كربوهيدرات ها در مقابل صدور يا مصرف Co2 نتيجه شده است .
اخــيرا پيشــنهاد شـده است كه مكـانيـسم تعـديل فــتو ســنتز به Co2 بـالا شـامـل هگزوكنياكس ( 1994Jangangsheen ) وچرخش ساكاروز از طريق انورتاز مي باشد 1992Goldschmidt,…) . اغلب مطالعات تأثيرات Co2 اتمسفري بالا را روي ظرفيت فتوسنتيك گـياهـان منـفرد رشديافته درگلدانها آزمايش كرده اند با وجود اين مطالعات كمي واكنش گياهان رشد كرده در كانـوپي هاي متراكم را آزمايش كرده اند . در كـل گـياه و سطوح كانوپي ظرفيت فتوسنتيك نه تنها به ظرفيت فتوسنتيك در واحد سطح برگ بسـتگي دارد بلـكه به ســطح بـرگ كلـي نـيز بستگي دارد Co2 بالا اغلب سطح برگ را افزايش مي دهد ( 1994 Taylon etal) . اما دامنة اين تحريك به گونه و ساير متغيرهاي محيطي بستگي دارد ( 1992Ackerly ) . اغلب اطلاعات در مورد واكنش هاي گياهي بلند مدت به Co2 بالا از گياهان ساده كه در گلدان ها رشد كرده اند جمع آوري شده اند ، با وجود اين گياهاني كه درمزارع رشد كرده اند معمولا در رقابت باگياهان همجوار هستند بويژه رقابت بر محيط نوري برگهـاهي كه زير بخش فوقاني كانوپي هستند اثر خواهد گذاشت .
گياهاني كه كاملا در نور كم رشد يافته اند تمايل به تعديل فتوسنتز در Co2 بالا به انـدازه گياهاني كه در نور بالا رشد كرده اند ندارد (1985... Ehret) با وجـود اين مطالعات نسبتا كمي از خـو دادن به (Co2 ) بالا براي برگ هاي كانوپي گياهان علفي كه در آغاز در نور آفتاب كامل و متعاقبا در سايه ، ضمن توسعه كانوپي ، رشد مي كنند ، وجود دارد . علاوه بر اثرات Co2 و PFD روي اين برگ ها ظرفيت ها ي فتوسنتيك ممكن است توسط افزايش سن برگ تحـت تأثير قرار گيرد . پيشنهاد شده است كه Co2 بالا ميزان توسعه برگ و پيري را افزايش مي دهد و از اين رو تعديل ظاهري فتوسنتيك توسط Co2 بالا ممكن است با افزايش سن برگ افزايش يابد ( 1995Beofard ). مطـالـعـات انگـور Vineجائيكه خود سايه اي (Self-shsding)مي تواند حذف شود پيشنهاد مي كند كه PFD در حال كاهش بسيار مهمتر از سن برگ در حال افزايش در كاهش ظرفيت فتوسنتيك برگ هاي پيرتر در غلظت Co2 پايين است . (1996 Hikasaka )مشكل دـگـر بـا آزمـايشـات در گـياهـانـي كـه در گـلدان هـاي كوچك رشد يافته از آن است كه محدوديت هاي حجم ريشه ممكن است تعديل فتوسنتز را افزايش دهد ( 1991 Thomas… ) بعنوان مثال Co2 بالا مي تواند كاهش اساسي در ظرفيت فتوسنتيك سـوياي رشد يافته در گلدان هايي كه در گلخانه هستند بشو د . ( 1998 Sins… ) امـا Campbellو هـمـكاران گـزارش كـرده اند كه Co2 بالا واقعا ظرفيت هاي فتوسنتيك سويا را زمـاني كـه سـوياهـا در مزرعه رشد يافته اند افزايش داد . اين شايد به تغييرات محتواي قند سلولي مربوط باشد . چـون كه حجم ريشه اي محدود مي تواند رشد ريشه ها را كاهش دهد از اين رو تقاضا براي صدور كربوهيدرات ها از برگ ها كاهش خواهد يافت . ( 1999 Arp ) بـراي آزمـايـش از كـل كـانـوپي ها ، از اكـوسلول ها كه در انستيتو تحقيق بيابان ساخته شده است استفاده مي شد ( Reno… )اين محفظه هاي تبادل گـازي كـل سيـستم بزرگ اجـازه كنـترل Co2 در محدودة كل كانوپي هاي آفتابگردان را مي دهد . و هم چنين اندازه گيري هر دو برگ انفرداي و پاسخ هاي فنوسنتيك كانوپي كل را مجاز مي كند بعلاوه گلدان هاي بزرگ (3 m 7/6) اثرات ناشـي از فضـاهـاي كـوچك گـلدان هاي كم حجم را كاهش مي دهد و بنابر اين مشابهت بيشتر با شـرايط مـزرعـه دارد نـتايج تعادل كربن در كل سيستم در جاهاي ديگر گزارش شده است تاثيرات Co2 بالا روي توزيع نور و ظـرفـيت فنوسـنتيك با افزايش عمق كانوپي در اينجا گزارش شده است .
مواد و روش ها مواد گياهي و شرايط رشد : آفتـابگردان ( Helian thus annus var. Mammoth ) از اوايل جولاي دردو محفظه محيط كنترل شده بزرگ (,… اكـوسـل) براي توصـيف كامـل تكنيكي كشت شدند در هر محفظه 3 تا گلدان m3 7/6 پر شـده از لايه هـايي از قسـمت ته ، با lm ماسـه سنگ و 4/ متر ماسه رودخانه اي شسته و m 4/ ( به نسبت حجمي 101 ) مخلوطي از ماسه رودخانه شسته و خاك فوقاني از چمن زار گلخانه اي (Konza,…) . سه تا گلدان در كنار هم قرار داده شدند . چـنانكه آفتابگردان ها كانوپي ممتد را كه m 9/3* 85/2 اندازه گـيري شـدند توسـعه دادنـد . ( محـور طـويل با موقعيت شمال / جنوب ) و108 گياه در هر واحد وجود داشت ( 36 عدد در هر گلدان با 33/m فاصله بين گياهان ) . گلـدان هـا در زمـانهـايي كه مـورد نيـاز بود با آب شير آبياري شدند تا رطوبت خاك تا حد ظرفيت مزرعه اي ( Fc ) برسد هيچ كودي اضـافه نشـد درسـاعـات روز دمـاي هـوا در c ْ5/± 28 و دماي شب درc ْ5/± 13 كنـترل مي شـد . در سـاعـات روز رطـوبت نسـبي در 5 ±30% و در سـاعـت شـب 5 ± 60% بود . محـفظه هـا نـور خـورشيد دريافت مي كردند كه از ميان سقف گلخانه ها عبور مي كرد . ( 2 لايه آكرويليك شفاف ) وپلاستيك نازكي در قسمت بالاي Ecocll ( پلي اتيلن كم تراكم ) . PFD دراكوسل (Ecocll ) تقريبا 85% از آن رويدادي است كه در گلخانه اتفاق مي افتد و بطور ميانگين 7/5 ± 6/31 mol/m-2d-1 با PFD آني ماكريمم متوسط از 107 ± 1545 ميكرومول بر مترمربع در ثانيه در دوره آزمايش . بيش از 90% روزها در طول آزمايش هوا بدون ابر بود . يك Ecocll ، Co2 كـم حـدود ( 390-360 PPm) دريـافـت كـرده در حـاليكه بقيه هواي بالاي 350 PPm Co2 دريافت كردند .
اندازه گيري هاي يك برگ جوان ( 80-60% توسعه كامل در معرض نور آفتاب كامل در بخش فوقاني كانوپي ) روي هر كدام از شش گياه بطور تصادفي انتخاب شده در هر Ecocll برپايه ضعيفي به محض اينكه گياهان برگ هاي بزرگ به حد كافي بزرگ براي پركردن كاويت Cuvetteتبادل گازي داشتند انجام گرفت .اندازه گيريهاي برگ ها در ارتفاع هاي مختلف در كانوپي 48 روز بعد از كاشت گياهان ، هنگامي كه كانوپي كاملا بسته شد انجام گرفت . براي انـدازه گيـري ها 3 گياه با اندازه مشابه در مركز هر كانوپي و سه تايي ديگر در گوشه جنوبي كانوپي انتخاب شدند 6 برگ موقـعيت برگ 6-9-12-15-18-21 از قديمي ترين تا جوان ترين شمارش و از هـر كـدام از گيـاهان انتـخاب شـدنـد . در برخي موارد ، برگ هاي يك موقعيت بالا يا پايين شماره داده شـده انتـخاب شدند روي گياهان گوشه كانوپي براي اطمينان كامل از برگ هاي كه كاملا نور گير بودند استفاده شد . اندازه گيري تبادل گازي : اسيملاسيون Co2 با يك دستگاه تبادل گازي سيستم باز اندازه گيري شد . ( 000و6400 Li-car) كه با محفظه برگ استاندارد تجهيز شده است ( در بردارند 2cm 6 1- mmol m ناحيه برگ ) و سيستم تزريق كننده ( مدل 01-6400) بـراي كنترل Co2 . PFDبراي كل اندازه گيري ها 1500 بود كه توسط منبع نور LED قرمز( مـدل 02-6400 ) ، فـراهـم شـد . درجـه حــرارت بــرگ در cْ 28 كنــترل شـد و غلـظت بخار آب2± 30 (1- mmol m )بود .برش هاي بدون رگبرگ هاي اصلي در محفظه قرار داده شدند . ميزان هاي فنوسنتيك تا كمتر از 10% در عرض لامينا براي برگ هاي بالغ ، متغير بود . پس از قرار دادن برگ ها در داخل محـفظه ، 10-5 دقيـقه براي پايدارتر شدن ميزان فنوسنتيك فرصت داده شد . سپس ميزان فنوسنتيك اندازه گيري شد غشت در Co2 رشدي ( 700 يا360 Co2 ) و سـپس در Co2 مخالف .
اندازه گيري هاي هفتگي برگ هاي جوان كه ساخته شده بود بين 11 ساعت و 13 ساعت PST . اندازه گيري هاي گرديان كانوپي بين ساعت 8 و ساعت 16 PST با تناوب بين اكوسل انجام شد . ساختار كانوپي و روشتايي محيط : سطوح برگ از اندازه گيري هاي طول برگ و عرض با استفاده از روابط آكومتريك توسعه يافته از زير مجموعه برگ هاي مشابه محاسبه شد . سطوح برگي همه برگ ها روي 6 برگ بطور تصادفي انتخاب شد . در هر محفظه هر هفته در زمان اندازه گـيري هـاي فتوسنـتزي اندازه گيري شدند گياهان براي محاسبه شاخص سطح برگ براي كل كانوپي به كار افتند . براي گيـاهان شيب كانوپي سطح برگ و ارتفـاع بـرگ در نقـطه مياني تيغه براي هر برگ بكار رفته براي اندازه گيري هاي فنوسنتيك اندازه گيري شد .همچنين در اين زمان ، PFD در 6 ارتفاع ( 15-30-45-60-75-90cm) و شش موقعيت تصادفي در درون مركز هر كانوپي اندازه گيـري شـد . بـرگ هـا روي گوشـه جنوبي هر كانوپي توسط ساير برگ ها در سايه نبودند PFD هايي كه دريافت كردند مشابه آنهايي بودند كـه در بـالاي كـانـوپي بودند ( به جز پايين ترين موقعيت برگ در برگي كه خيلي كوچكتر بوده و متعاقبا در بعضي موارد قسمت در سايه جزئي ) تركيب برگ : براي اندازه گيري هاي شيب كانوپي ، نمـونه هـاي بـرگ ، روزانه به تبع ازتكميل اندازه گيري فتوسنتز جمـع آوري شـدند تا جـايي كه امكـان داشت ، اين نمونه هاي برگي از همان نواحي برگي كه براي اندازه گيري تبادل گازي استفاده شدند جمع شـدند سينك هاي برگي كوچك (cm 33/ ) در سراسر روز 6 بار جمع آوري شدندhper-down) 6/ و hPost down 8/ و عصر h : 12 قبل از غروب آفتاب h 16 بعد از غروب آفتاب h : 20 و h 23 ) بلافاصله در نيتروژن ْ80- در نيتروژن مايـع منـجـمد شدند) و تـا زمـاني كـه آنها توسط تكنيك (1983 ) × Hendrex بـراي كـربـوهـيـدرات تجـزيه شدنـد و انبار شدند .
صفحات بزرگـتر برگ (2cm 3/3)در بعـد از ظـهر در نيــتروژن مــايــع در c ْ80 - تــا زمــانيــكه آنـها آنالـيز شـدند انبـار شدند براي محل هاي فعال Rubisco كل تـوسـط تكنيك CABP ( 1984 000و Evans) صفحات كوچك اضافه با همان زماني كه نمونه هاي Rubisco در c ْ60 بـه مـدت 48 سـاعت ، خشـك شـدنـد و بـراي تعيـين جرم خشك بـرگ تـوزيـن شـدنـد . ايـن نمـونـه هـا بعـدا بـراي انـدازه گـيري كـل محتـواي نيـتروژن بـرگ انتخاب شدند ( مدل 2400 CHN آناليز كننده و . . . ) آناليزهاي آماري : نتايج با استفاده از جدول تجزيه واريانس و رگرسيون خطي با نرم افزار كامپيوتري Statviwe (SAS . . . ) تجزيه شدند اندازه گيري هاي چندين برگ در چندين ارتفاع مختلف در همـان گيـاه يا انـدازه گيري هاي همان برگ يا گياه چندين با به عنوان اندازه گيري هاي مكرر ، تيمار شدند . نتايج : Co2 بالا ميـزان فنوسنـتيك در هر واحد سطح در PDF بالا براي برگ هاي بالاي كانوپي تقريبا در 50 كل توسعه كانوپي افزايش داد . ( شكل a 1) با وجود اين هنگامي كه هـر دو برگ هاي شد يافته Co2 پايين و بالا در همان Co2 اندازه گيري شدند . اختلافات معني داري در ظرفيت هاي فنوسنتيك در واحد سطح برگ وجود نداشت هم چنين . Co2 بالا هيچ تأثير مشخصي روي سطح بـرگ كـامل در كانوپي نداشت (Fig1-b ) افزايش معني داري ( 001/0 p <) در PFD بالاي مـيزان هـاي فـنوسنــتيك در بالاي كـانـوپي هاي هم ppm360 و هم ppm 700 بعد از خاتمه كانوپي نـداشـت ( در يك LAI در حدود 2 ( Fig1-a ) ) با وجـود ايـن ظرفيت هاي فنوسنتيك برگ هاي سايه دار قديمي كاهش يافت . ( Fig2a,b )
اين تنزل براي برگ هاي درسايه روي گياهان در مركزكانوپي ( Fig2.a )نسـبت به آنهـايي كه در گـوشه جنوبي هستند كه همه شان نور آفتاب كامل را دريافت كردند سريع تر رخ داد (Fig2.b )( در موقعيت مشـخص برگ رابطه متقابل ارتفاع – تعداد برگ گوشه 001/ < P) همچنين Co2 بالا به نظر مي رسد كه ميزان تـنـزل در ظـرفيت فنوسنتيك را با افزايش سن برگ افزايش مي دهد . ( اثر متقابل تعداد برگ / Co2 065/= P)اين اثر Co2 هم براي برگهـايي كه در مـركـز كانوپي هستند و هم براي آنهايي كه در گوشه جنوبي كانوپي هستند مشاهده شد و اثر معني داري با موقعيت گوشه / مركز نداشتند در شكل (dوc2) ظرفيت هاي فنوسنـتيك به عنوان درصدي از فنوسنـتيك واقـعي از آنجـايي كـه ظـرفـيت هاي فنوسنتيك وقتي كه برگ هاي جوان فوقاني به تبع از اتمام كانوپي افزايش يافتند فرق مي كند ( Fig1a ) . با افزايش عمق در كانوپي و هم چنـين سـن بـرگ ، ظرفيت فنوسنتيك ابتدادر حدود 10% افزايش يافت براي برگ هاي روي گوشه جنوبي كانوپي اين تنزل تنها در برگ هاي قديمي رخ داد . سـطـوح پروتئـين Rubisco به طـريقـه مشابه ظرفيت فنوسنتيك در آنچه كه هيچ اثر Co2 در بالاي كانوپي ها وجود نداشت واكنش نشان دادند . امـا محـتواي Rubisco توسـط Co2 بـالا در سـطوح پايين كـانـوپـي هـا كاهـش يافت ( Fig2ef ) با وجود اين محتواي Rubisco و ظرفيت هاي فنوسنتيك به كليمتناسب نبـودند . محـتواي Rubisco به تناسب بيشتر توسط Co2 بالا نسبت به ظرفيت فنوسنتيك كاهش يافت. بعلاوه افزايش زيادي در محتواي Rubisco از بالاي كانوپي تا وسط كانوپي بدون تغييرات زيادي در ظرفيت فنوسنـتيك وجود داشت . كاهـش در ظـرفـيت فنوسنـتيك و محتواي Rubisco متوسط كاهش در محتواي نيـتروژن بـرگ ، هـمراهي شـدند (Fig2,g,h ) صفحه بعد 5 ( 360 Aبخوبي وابسته بود با ميزان نيتروژن برگ 001/ < P 73/= 2r و 32/ + XN1901 ) و اين رابطه توسط تيمار Co2 تحت تأثير واقع نشده است . برخـي از اين تغـييرات در ظـرفيت فنوسنـتيك و محتواي Rubisco ممكن است از تغييرات در PFD مشتق شده باشد . PFD به سرعت كاهش يافت و با افزايـش عمـق كـانوپي و اين كاهش خيلي سريع بود در كانوپي Co2 بالا (Fig3a ) با وجود اين هيچ اختلافي در PFD قسمت پايين كانوپي ها وجود نداشت .
از اين روسطح برگ بيشتري در بخش فوقاني كانوپي Co2 بالا در مقايسه با كانوپي Co2 كاهش يافته ،وجـود داشـت ، امـا كل شاخص سطح برگ در بخش پروتئين هاي بالاتر در بخش فوقاني كانوپي Co2 بالا استوار است . اما با PFDهاي مشابه در ته كانوپي (Fig3a ) . از انجايي كه عادت دادن تجمع فتوسنتيك به Co2 بالا پيشنهاد شد كه پاسخي براي افزايش غلظت كربوهيدارت در غلظت هاي كربوهيدرات برگ اندازه گيري شده باشد . نتايج فقط براي 3 موقعيت برگ ارائه شدند كه درمركز كانوپي كه مسيرهايي كه در سري كامـل داده هـا ديده مي شوند را شرح مي دهند . به لحاظ پيچيدگي واكنش هاي مشاهده شده و قدرت محدود شده طـرح اندازه گيري هاي تكرار شده هيچ اثر معني داري (Co2 ) اصلي وجود نداشت . با وجود اين چندين مسـير آشـكار هسـتند .
به نظـر مي رسـد كـه كربوهيدرات ها توسط Co2 بالا در نيمروز ( ظهر ) دريرگ هايي كه در بالا و گوشه جنوبي كانوپي ها يعـني برگ هـاي آفـتابگـير افزايش بافتند . ( شكل 4 به مقياس هاي مختلف براي پلات هاي نشاسته توجه نمائيد ) محتوي گلوگز نيز توسط Co2 بالا براي برگ هاي قديمي نزديك ته كانوپي افزايش يافت . ( برگ 9 ) با وجـود اين تأثـير كمي روي برگ هاي در سطوح مياني كانوپي وجود داشت ( برگ 15 ) . محتواي فروكتوز برگ بطور عمده با محتواي گلوگز متنـاسـب بـود ( اما ميانگين 34% پايين تر ، نشان داده نشده اند ) برخلاف گلوگز و فروكتوز ، ساكاروز برگ ومحتواي نشـاسـته عمدتا كاهش يافتند . با افزايش عمق در كانوپي Co2 اين تنزل در كانوپي Co2 بالا سريع تر بود . در نتيجه ساكاروز و محتواي نشاسته كه واقعا براي برگ هاي Co2 بالا نسبت به Co2 حد پايين در نزديكي ته كانوپي ( Fig4) پاييـن تـر بود . حتي براي برگ هاي بخش فوقاني كانوپي تقريبا ذخاير انبار شده به طور كلي طي شب مصرف شد كه منتج به افزايش و كاهش محتواي نشاسته پايين براي همه برگ هاي در Co2 هم بالا و پايين در صبح زود مي شود به نظر مي رسد كه PFD در كانوپي بخشي از تغييرات در محتواي كربوهيدرات برگ راتوضيح دهد اما اين روابط بسته به كربوهيدرات اندازه گيري شده تغييركردند .
محتواي گلوگز برگ بطور معني دار (05/0 < P ) با PFD در هر دو حـالت محـدود و حد بالايي Co2 افزايش يافت (Figb4) . از آنجايي كه اين روابط بوسيله Co2 متـأثير نمي شـوند ، غلـظت گـاز در پايـين در برگ هاي وسطي كانوپي در Co2 بالا به نظر مي رسد كه نتيـجه PFD هـاي كـم در كانـوپـي Co2 بالا باشد (Fig3a ) .غلظت نشاسته همچنين بخوبي (01/0 < P ) با PFD همبسـتگي داشـت امـا ايـن بر خـلاف سـاكـاروز ، محتواي نشاسته در Co2 پايين كه براي PFD داده شد بالاتر بود (Fig5c) . ظـرفيـت هـاي فنـوسنـتيك و محتـواي Rubiscoبـه صـورت معـني داري با هـيچ كـدام از محتواي كربوهيدرات هاي انفرداي همبستگي نداشت . با وجود اين ، همبستگي قوي ( 01/0 < P) بين ميزان قندهاي هگزوز ( گلوگز + فروكتوز ) با ساكارز ميزان فنوسنتيك ها كه در 360 Co2 PPmانـدازه گـيري شـده است ، وجو دارد . اين روابط به طور معني داري بين تيمارهاي Co2 پايـين بـرگ هـا در مركز يا روي گوشه كانوپي فرق نمي كند . بحث : عـادت دادن فنوسنتيك به Co2 بالا در كانوپي آفتابگردان تنها در برگ هاي مسن مشاهده گرديد . ظرفيت هـاي فنوسنـتيك برگ هـاي قديمي در كانوپي Co2 بالا ، 40% نسبت به آنهايي كه برگ هايي با سن مشابه در كانوپي Co2 پايين داشتند ، پايين تر بود . اما ظرفيت فنوسنتيك برگ هـاي جـوان در قسـمت فـوقـاني كـانـوپي توسـط Co2 پايين تر تأثير نپـذيرفته است .
نتـايج مشابهي براي كانوپي هاي گـندم گـزارش شـده اند . ( 1995 . . .Nie ) اين نتايج در معــرض قــرار دادن بـراي هـر دو كـانــوپي Co2 بالا و پاييــن ، ارائه بـرگ هـاي قـديمــي در آفتاب كامل در گوشه جنوبي كانوپي كه ظرفيت هاي بالاي فنوسنتيك را براي زمان طولاني تر در مقايسه با برگ هاي با سن مشابه درمركز كانوپي حفظ كرد . با وجود اين تعديل ظـرفيت فنوسنـتيك در Co2 بالا بـراي توسـعه مشـابه با افزايش سن برگ بدون توجه به اينكه PFD به كدام برگ تعلق بوده است ، رخ داد . متعاقبا اين نتـايـج بـراي كـانـوپي گيـاه با آنهائيكه براي گياهان ايزوله هستند ، سازگار است . (1990 )Beogerd eta گـزارش داده شـده است كه Co2 بالا حصول سريع ظرفيت هاي فنوسنتيك پايين تر برگ در برگ هاي گوجه فرنگي ، شده است .اما هـم چنيـن منـتج به تسـريع بيشـتر ظرفيـت هـاي فنـوسنـتيك كمـتر بـا سـن بـرگ شـده است . ( 1994 . . . Xu) هـم چنين گزارش شده است كه تجمع فنوسنتيك به Co2 بالا در برگ هاي سوياي پير اما نه در جوان ها رخ داده است . با وجود اين آن ها يك واكنش متضاد براي بيشـتر بـرگ هـاي جوان پشت به برگ هـاي پير نخود فرنگي گزارش كردند .
يعني ، اين داده ها پيشنهاد مي كنند كه تغييرات در ظرفيت فنوسنـتيك ممـكن اسـت هـم در پاسـخ به Co2 بالا و هم سن بزرگ با تغييرات متابوليسم قند برگ مرتبط باشد . اگر چه ظرفيت هاي فنوسنـتيك با هيچ كدام از غلظت هاي قندهاي مضر همبستگي نداشتند ، ظرفيت فنوسنتيك با نسبت قندهاي هگزوز به ساكاروز همبستگي خوبي دارد . و يك رابطه سـاده بـراي كـل تيمار با شرايط سن برگ بدست آمد . تغييرات در نسبت هگزوز به ساكـاروز ممـكن است از تغييرات در فعاليت اسيد انورتاز نتيجه شود ، چرا كه در ساير مطالعات دريافته شده است كه ممكن است با هم همبسـتگي داشـته باشـند . با وجود اين همچنين امكان دادرد كه تغييرات در ميزان توليدات و ميزان مصرف ساكاروز و هگزوز كه با ظرفيت اسيد انورتاز پـايدار اثر متقابل داشته باشد كه منجر به نسبت هاي متغير هگزوز/ ساكاروز مي شود . در حالت مشابه چرخه بيهوده ساكـاروز از طريق انورتاز پيشنهاد شده است كه مشابه تعديل فنوسنتيك تحت Co2 بالا ( 1998 . . . Moare) و شرايط محدود شده مخزن ، مشاركت نمايد ( گلدشميت 1992 )هيدروليز افزايش يافـته ســاكـاروز تـوسـط اسـيدانـورتـاز سوبستراهاي هگزوز افزايش يافته را براي هگزوكنياز كه نقشي را در منع قند ژن هاي فنوسنتيك بازي مي كند ، فراهم خواهد كرد ( 1994 . . . Jorg) . از آنجائيكه ظرفيت هاي فنوسنتيك براي زمان طولاني تر در برگ هـاي در معـرض نـور آفـتاب كـامل روي گـوشه جـنوبي كانـوپي نسـبت به برگ هـاي در سـاية مركز كانوپي ذكر شده اند ، همچنين PFD به نظرمي رسد كه فاكتوري در كنترل فنوسنتيك با سن برگ باشد .
مباحث مشابه در زمينه مطالعات درتاك هاي كه خود سايه اي حذف و برطـرف شـده اسـت انجـام گرفـته است ( 1996 Hikosaka) . مكانيسم اين پاسخ به كلي واضح نيست . اما ممـكن است آن تاثـير مستقـيم PFD روي نسخه برداري نتيجه شود (1997Kloppstech) پيشنهاد مي شود كـه ايـن كاهـش در ظرفيت فنوسنتيك با كاهش PFD در كانوپي كه اثرات فنوسنتيك كل كانوپي را تا زمانيكه نيتروژن مي تـواند از برگ هاي در سايه به برگ هايي در بخش فوقاني كانوپي مجددا اختصاص يابد كه در آنجا PFD ها و ميزان فنـوسنتيك پتانسيل بالاتر است . شيب تندتر در محتواي نيتروژن برگ در مركز كانوپي به جاي آنكه روي گوشه جنوبي باشـد يافـته شد . و Co2 بالا بوسيله كاهش محتواي نيتروژن برگ هاي پايين تر را فراهم آورد . با وجود اين تا زماني كه اين اثر Co2 توسط افزايش در محـتواي نيتروژن ، با ظرفيت هاي فنوسنتيك بـرگ هـاي بـالاتر همراهي نشود روشن نيست كه آيا سود خالص ( فايـده خـالـص ) براي گيـاهان وجود دارد يا نه . پيش بيني هاي تئوريكي پيشنهاد مي كنند كه Co2 بالا در واقع نبايد الگوي مطلوب توزيع نيتروژن را به درون كانوپي تغيير دهد ( 1998 Hikosaka) متناوبا نيتروژن ذخيره شده توسطتعديل ظرفيت فنوسنتيك ممكن است به ريشه ها اختصاص يابد . اختلافات غير معني داري در LAI بيـن كانـوپي هـاي آفـتابـگردان رشد يافته در Co2 متفاوت در اين مطالعات يافت شده است . اين در تضاد با پيشبيني هاي برخي مؤلفين اسـت كـه بيـان مي كنند كه LAI براي كانوپي هاي Co2 بالا افزايش خواهد يافت ، چرا كه نقطه موازنه نوري براي فنوسـنتز را كـاهش مي دهد و از اين رو توليد برگ حفظ در برگ هاي پايين تر در كانـوپـي را تحريك خواهد كرد ( 1983 . . . Pearcy) .
با وجود اين با نتايج واقعي مـطـالعات ديـگر تطـابق ندارد . Co2 بالامنـتج به LAI افزايش يافته براي كانوپيهاي چـــاودار علـــوفـه اي بــا دوام مي شـــود ( 1988 Wijet) . ســـويـا ( 1998 . . . Campbell) و بـــرنــج ( 1991 . . . Rawland) اما هيچتأثيري روي يك اكوسيستم جنگلي مصنوعي ( 1992 . . . Karner) پايداري برنج ( 1996 Zika) و پايداري AbatilonوAmbrosia ( 1996Hirose ) . نداشت . پيش بيني مي شود كه Co2 بالا LAI را افزايش خواهد داد به خاطر كاهش در نقطه موازنه نوري بسته به فرضـيه اي كه Co2 بالا منـتج به تولـيد برگ بـزرگـتر / بيشتر و يا القاي طولاني تر برگ هايي كه در كانوپي عميق هستند ، مي شود . از آنجائي كه از واريته هاي آفتـابگـردان در اين مطـالعه استـفاده شدند . شاخه هاي فرعي توليد نكردند و هيچ مرگ برگي طي دوره اين آزمـايـش وجود نداشت . ممـكن است هيچ گزينه اي ياامكاني براي اين مكانيسم براي عمل كردن در اين آزمايش وجود نداشته باشد . يك فرضيه متناوب توسط ( 1996 Hirose) ارائه شـده اسـت كه آنهـا دريافتـند كه LAI قويا با نيتروژن بالاي زمين همبستگي داشت و پيشنهاد كردند كه Co2 بالا تنها LAI را هنـگاميكه جـذب نيـــتروژن اضـــافي ممــكن بود افزايش خواهد داد . نتايج مشابه توسط ( 1993 Zika) براي برنج ارائه شده است .
جذب نيتروژن كـل در آفتـابگـردان ها در اين مطالعه مشابه و نظير كانوپي هاي Co2 كاهش يافته و افزايش يافته هســتند . داده هـا نشـان داده انـد ، از آنجايي كه هيچ گونه كود اضافي افزودني در اين آزمايش فراهم نشده است اين امكان وجود دارد كه كميت نيتروژن خاك توليد سطح برگ را محدود كند . كاهـش در PFD در سطوح مياني كانوپي آفتابگردان Co2 بالا از افزايش در سطح برگ حاصل نشد اما در عوض ازتغـييرات در توزيـع سطوح برگ حاصل شد . سطوح برگ بيشتري د ر بخش فوقاني كانوپي Co2 بالا نسبت به كانوپي پايين بود . روندهــاي مشــابه مي توانـند در داده هاي مطـالعات ديگر كانوپي ، ديده شوند ( 1997 . . . Wayne) PFD هـاي مشـابهي براي كانوپي هاي گياهجهاي تيمار شده با Co2 بالا و پايين در تمامي سطوح مياني در بالاتر كه در آنجا PFD در كانوپي Co2 بالا كاهش يافت يافته اند ( 1996 Hieoseو همكاران ) دريافتند كه توزيع سطوح برگ يك كانوپي گاوپنبه به طرف بخش فوقاني كج شده است ، اما اختلاف معـني داري در كل سطح برگ با نفوذ نور به پايين كانوپي وجود نداشت .
پيشنهاد شده است كه تغييرات در توزيع سطح برگ در نتيجه تحـريك Co2 توسـعه ســـطح برگ نهــــايي بـــراي بــرگ هـاي درســايه مي باشــد در چنين تحقيق دريافـته شـد كـه Co2 بالا مقـدار توسـعه برگ را افزايش مي دهد . ( 1989 . . . Cure) با وجود اين اغلب محققين هيچ تأثيري از Co2 بالا را روي اندازه نهايي برگ گزارش نكرده اند ( Leadley. . . ) در آزمايش حاضر آشكار شد كه يك اندازه ماكزيمـم برگ وجـود دارد كه امـكانا توسـط ژنتـيك تعيين شده است كه هنگامي كه برگ هاي Co2 پايين در سـايه واقـع شـدند ، بدست نيامد . Co2 بالا ممـكن است كربوهيدرات اضافي را فراهم كرده است كه براي اين برگ ها براي رسيدن به اندازه كامل آنها لازم است . اين اختلاف در اندازه برگ براي برگ هـاي واقـع در پايـين كانوپي كه به توسعه كامل قبل از خاتمه كانوپي رسيدند ، مشاهده نشد .
تصور عمومي اندازه برگ مـاكزيمـم توسط نتايج (1989 Allen) و همكاران حمايت شده است كه كاهش اساسي را در اندازه برگ هنگامي كه در Co2 نيمه كاهش يافتند رشد يافتند ، گزارش نمود ، اما افزايش كمي در اندازه برگ براي گياهان رشد يافته در Co2 بالا را گـزارش نمود . بطور جالب توجه اثر مشابه براي گياهچه درخت كه در رقابت رشد كرده اند گـزارش كـرده اند . بعـنوان مثال Co2 بالا اندازه انواع كوچكتر نسبت به انواع بزرگتر را بيشتر افزايش مي دهد . كه در كاهـش در اندازه در داخل جمعيت نتيجه مي شود . (1997 ... Wayne) . آنها پيشنهاد كردند كه Co2 بالا در تحريك رشد بيشـتر انواع كوچكتر نتيجه مي شود ، چرا كه آنها بيشتر در سايه بوده اند و از اين رو كربن محدودي دارند . اختلافات در PFDبداخل كانوپي به نظر مي رسد كه مقداري براي برخي نتايج كربوهـيدرات غـير منتظره باشند Co2 بالا بطور كلي محتواي ساكاروز و نشاسته برگ را افزايش مي دهند ( 1992 . . . Long) با وجود اين محتواي ساكاروز و نشاسته واقعا در بسـياري از برگهاي پير در سـايه در كـانوپي بالا در مقايسه با كانوپي Co2 پايين ، پايين تر بود . اين اختلافات به نظر مي رسد كه نتيجه PFDهــاي پايـين تر در سطوح مياني ، كانوپي Co2 بالا باشند محتواي ساكاروز با PFDو از اين رو به جـرأت مي تـوان گفت با ميزان فنوسنتيك برگ ها همبستگي دارد همبستگي مشابه بين غلظت هاي سـاكاروز و ميـزان صدور فنوسنتيك در مورد سويا گزارش شــده اسـت ( 1974 . . . Thorne) گوجه فرنگي ( 1976 - He) چغندر قند گـزارش شـده اند به علاوه (19980 . . . Carodzinskio) 21 گـونه را اندازه گيري كردند و يك محتواي نشـاسته تابـعي از هم PFDو هم غلظت Co2 بود . تأثير روي محتواي نشاسته ممكن است نتيجه ميزان كم تنفـس نوري در برگ هاي در معرض Co2 بالا قرار گرفته باشد . Morinو همكاران 1992 هنگام كار با شبدر دريافتـند كه تجــمع نشاسته هنگاميكه فتوسنتز توسط Co2 افزايش يافت ، افزايش مي يابد ، اما نه هنگامي كه فتوسنتز به مقـدار مشابهي با افـزايش در نور ، افزايش يافت .
اختلاف بين تيمارهاي Co2 به سادگي تأثير سطح برگ كل افزايش يافته نيست . چرا كه شاخص LAI تنها 11% بالاتر از كانوپي Co2 بالا افزايـش يافـته بود . در برداشت نهايي LAI بطـور معـني داري در هر نقطه اي طي توسـعه كانوپي ( Fig1b ) متفاوت نبود . اختلاف در شماره برگ ها در گياه نيزكـوچك بـود . تنها 18% بيشـتر برگ هـا دركانـوپي Co2 بالا با وجود اين اختلاف اساسي در توزيع سطح برگ داشت كه براي محيط روشن درون كانوپي عواقبي داشت . برگ هاي كه در معرض نور آفـتاب كامـل در گوشه كانوپي قرار گرفته بودند به سطح برگ مشابهي در محفظه هاي كه حد بالا و پايين كاهش يا افزايش يافته بود . رسيدند (Fig 3c )با وجـود اين برگ هاي Co2 بالا زودتر به آن حد ماكزيمم رسـيدند ( توجه كنيد كه 40-30% سطح برگ بالاتر كه براي دو برگ اندازه گيري شده در كانوپي Co2 بالا ( شكل C3 ) براي موقعيت هاي در مقـايسه در مركز كانوپي روي گياهان Co2 كاهش يافته به همان سطح برگ ماكزيمم نرسيدند ، مـانند برگ هاي آفتابگير در گوشه كانوپي . ( مقايسه كنيد اشكال C و b3) كه برگ هاي در سايه Co2 بالا به هـمان سطح برگ همانند برگ هاي آفتاب گير رسيدند در حاليكه رابطه متقابل گوشه / مركز معني دار 05/0 < P بود .
در خاتمه مؤلفين نتيجه گيري كـردند كه ، محـتواي نشـاسته افـزايش يافـته در Co2 بالا ، نتيجه تنفس نوري كاهش يافته بود و متعاقبا ، نتيجه كاهش در توليد دوبارة فسفات در كلـروپلاست نسبت به محدوديت در مصرف كربوهيدرات توسط بقسة گياهان ، بود . همچـنين تجــمع نشـاسـته در برگ هاي در معرض اكسيژن (Co2 ) كم ، كه تنـفس نـوري را كـاهش مي دهد ، اثر اين نتيجه گيري نهايي را حمايت مي كند ( 1984، Modore , Grodzinski )
بيش انباشتي ( hyperaccumulation )وگياهان بيش انباشت كننده( hyperaccumulator)
خاکهای حاوي فلزات سنگين زيستگاه تعداد كمي از گياهان متحمل فلزهستند كه گياهان بيش انباشت كننده ناميده مي شوند. يك تاكسون گياهي زماني يك بيش انباشت كننده ناميده مي شود كه در زيستگاه طبيعي خود رشد كندو اين زيستگاه حاوي بيش از100ميلي گرم كادميوم،بيش از 1000ميلي گرم كبالت،كروم،مس،نيكل،سرب يا سلنيوم يا بيش از 10000ميلي گرم منگنزيا روي بر پايه بيوماس خشك بخش هوايي باشد.مفهوم بيش انباشتي اشاره به زيستگاه طبيعي گياه دارد و نمي تواندبراي گياهاني كه تحت شرايط آزمايشگاهي مصنوعي رشد مي كنند به كار برده شود.تحت شرايط اخير يك گياه ممكن است فلزي را تا حد گياهان بيش انباشت كننده در خود جمع كند،مشروط به اينكه غلظتهاي ماكزيمم فلز در بخش هوايي ايجاد هيچگونه علامتي از سميت ننمايد ياحداقل اين گياهان مقاديري بيشتر از گياهان كنترل كه درهمان شرايط آزمايشگاهي تحت شرايط غير سمي رشد مي كنندرا دارا باشند.از جمله گياهان بيش انباشت كننده مي توان به Thlaspi caerulescens اشاره كرد، گياهي كه غلظتهاي بالايي از روي را ،حدود12000ميلي گرم تا بيش از 48000ميلي گرم در واحد بيوماس خشك بخش هوايي بدون هيچگونه عوارضي از سميت در خود انباشت مي نمايد.يكي از خطرناكترين آلاينده هاي خاك سرب مي باشدو گياهThlaspi rotundifolium قادر است كه8200-130 ميكروگرم سرب را در خود تجمع نمايد. محل تجمع و انباشت فلز در سطح بافت گياهان متفاوت است كه مي توان به سلولهاي اپيدرمي برگ وسلولهاي پارانشيمي ريشه و برگ اشاره كرد.علاوه بر فلزات سنگين، گياهان قادر به جذب عناصر راديواكتيونيز مي باشند كه از جمله اين عناصر مي توان سزيوم و اورانيوم را نام برد. توانايي گياهان بيش انباشت كننده در استخراج،تحمل و تجمع غلظتهاي بالاي فلزات اين ايده را تقويت مي كند كه بتوان از آنها در پاكسازي خاكهاي آلوده استفاده كرد
چرا ميوها در هنگام صبح شيرين تر هستند
وجود قند در سلول گياهي مانع از سرما و يخ ردن مي شود . گياه براي فعاليت قند را به پروتين تبديل مي كند ( در بهار ) . تبديل قند به پروتين و بر عكس در گياه در طول شب و روز هم صورت مي گيرد ، در شب جهت جلوگيري از سرما ، پروتين به قند تبديل مي شود و به همين علت در هنگام صبح ميوه ها شيرينتر هستند و مناسب براي برداشت .
يکی از علل خشبی شدن سبزيجات
بذر توتون٬ کاهو و چمن هرگاه رطوبت جذب کنند باید نور ببینند تا جوانه بزنند و بدین منظور هنگام کاشت آنها را زیر خاک نمی بریم و در سطح خاک پخش می کنیم و برای جذب رطوبت یک لایه نازک کود حیوانی روی آن می ریزیم .
اگر کاهو را در ابتدای ماه قمری بکاریم پس از سبز شدن و مقداری رشد کردن به نیمه ماه می رسیم که هم در روز و هم در شب (نور مهتاب) نور می بیند و سریع به گل می رود که مناسب نبوده برگ خوب ومرغوب تولید نمی کند برای این منظور باید کاهو و تربچه را در نیمه دوم ماه قمری بکاریم ( اصولا سبزیجات را در نیمه دوم ماه می کاریم )
این نوشته از کتاب : خلاصه مباحث اساسی کارشناسی ارشد مهندس کشاورزی (زراعت) است .
البته دلیل کاشت در نیمه دوم ماه قمری به نظر منطقی تر است :
" چون طیف نوری مهتاب بیشتر آبی و ماورای بنفش است ٬ گیاه در برابر طول موج ماورای بنفش واکنش نشان داده و در نتیجه بافت گیاهیش سفت و ضخیم می شود که اصولا در سبزیجات صفت خوبی نیست و بازار پسندی ندارد. "
گیاهان مقاوم به سرما چگونه عمل می کنند؟
با شروع فصل سرما و کوتاه شدن روزها در پاییز ٬ بتدریج تغییراتی در گیاهانی که مقاوم به سرما هستند انجام میگیرد که مهمترین آنها تغییر در مقدار آب سلولها و وضعیت آب است .طی این جریان ٬ سلولها قسمت اعظم آب خود را از دست میدهند و غلظت مواد قندی سلولها اضافه می گردد تا پتانسیل اسمزی کاهش یافته و نقطه انجماد آب پایین رود .تغییراتی نیز در فرم ساختمان ثالثه مولکولهای بزرگ ایجاد گشته و رابطه این مولکولها با آب اطراف و درونی آنها تغییر پیدا می کند.همچنین مولکولهای بزرگ توسط بعضی ترکیبات از نوع کربو هیدراتها و یا پروتئینها پوشیده می شوند . مجموعه این تغییرات از یخ زدن سلولها و خسارت ناشی از تشکیل کریستالهای یخ جلوگیری می نماید.
مهندسی تولید متابولیت های ثانویه
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
بعضی از موجودات زنده خصوصاً گیاهان، طیف وسیعی از ترکیباتی موسوم به متابولیتهای ثانویه را تولید میکنند. در مفهوم کلی، متابولیتهای ثانویه ترکیباتی آلی هستند که نقش ضروری در رشد و نمو موجود زنده ندارند.
گیاهان برای بیوسنتز این مواد انرژی زیادی را به کار میبرند. زمانی که این ترکیبات اثری بر رشد و تمایز گیاه نداشته باشند، قاعدتاً باید منافع دیگری داشته باشند. مطالعه در زمینه وظایف این ترکیبات در گیاهان، یک موضوع جذاب و مهم برای بسیاری از پروژههای تحقیقاتی شده است و نقشهای اکولوژیکی تعدادی از این ترکیبات مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. با مطالعاتی که تاکنون صورت گرفته است، به نظر میرسد که متابولیتهای ثانویه، به عنوان موادی طبیعی، نقشهای اکولوژیکی مهمی در واکنشهای دفاعی گیاهان و همچنین گردهافشانی و انتشار دانههای گیاهان به وسیله حشرات و حیوانات دارند.
بعضی از این ترکیبات به عنوان علفکش و حشرهکش در صنعت استفاده میشوند در حالیکه برخی دیگر کاربرد صنعتی ندارند. دسته بزرگی از متابولیتهای ثانویه کاربرد دارویی و پزشکی دارند. ترکیباتی دیگری از این گروه نیز نقش مهمی در تغذیه انسان و دام دارند.
● تفاوتهای متابولیتهای ثانویه با متابولیتهای اولیه
سلولها خصوصاً سلولهای گیاهی دو دسته از ترکیبات را تولید میکنند؛ متابولیتهای اولیه و متابولیتهای ثانویه.
▪ متابولیتهای اولیه
متابولیتهای اولیه مستقیماً در رشد و متابولیسم درگیر هستند و شامل کربوهیدراتها، لیپیدها، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک میشوند.
در گیاهان متابولیتهای اولیه طی فرآیند فتوسنتز تولید شده و سپس در ساخت ترکیبات سلول نقشآفرینی میکنند. این ترکیبات در حجم زیاد و با ارزش اقتصادی پایین تولید میشوند و عمدتاً به عنوان ماده خام صنعت، مواد غذایی و افزودنیها کاربرد دارند. روغنهای گیاهی، اسیدهای چرب (برای ساخت صابون و شویندهها) و کربوهیدراتهایی مانند ساکاروز، نشاسته، پکتین و سلولز مثالهایی از متابولیتهای اولیه هستند. قیمت این قبیل ترکیبات به طور میانگین دو دلار در هر کیلو بوده و تولید آنها در حجم انبوه امکانپذیر است. البته برخی از متابولیتهای اولیه مانند میواینوزیتول و بتاکاروتن گران هستند که علت قیمت بالای آنها، سختی استخراج و تخلیص آنها میباشد.
▪ متابولیتهای ثانویه
متابولیتهای ثانویه از بیوسنتز متابولیتهای اولیه به دست میآیند و به عنوان ترکیبات فرعی و انتهایی متابولیسم اولیه در نظر گرفته میشوند. همچنین این ترکیبات در فرآیندهای متابولیسمی وارد نمیشوند. مهمترین متابولیتهای ثانویه آلکالوئیدها، فنولیکها، روغنهای ضروری، استروئیدها، لیگنینها، تاننها، فلاوونوئیدها میباشند.
متابولیتهای ثانویه عمدتاً در گونهها و خانوادههای خاصی از سلسله گیاهان تولید میشوند. این ترکیبات به مقدار کمی در سلول ذخیره شده و عمدتاً در سلولهای تخصصی و در مرحله خاصی از چرخه زندگی گیاه تولید میشوند و همین امر استخراج و تلخیص آنها را در مقایسه با متابولیتهای اولیه که در تمام سلولها تولید میشوند، دشوار میکند.
گیاهان دارویی از لحاظ میزان متابولیتهای ثانویه بسیار غنی میباشند و ترکیبات آنها را در انگلیسی Medicinal یا Officinal مینامند. این ترکیبات که از گروه متابولیتهای ثانویه میباشند، اثرات فیزیولوژیکی عمیقی بر پستانداران دارند و از مهمترین ترکیبات دارویی هستند.
از این گیاهان و اثرات فیزیولوژیک ترکیبات موثره آنها به عنوان داروی خوراکی استفاده شده و در نتیجه این ترکیبات، داروهای گیاهی یا داروهای طبیعی نام گرفتهاند.
استفاده از داروهای با منشا گیاهی بدون انجام فرآوری خاصی، یعنی استفاده از پودر گیاه یا مواد موثره آن بدون خالصسازی عصاره گیاهی، از قدیم رواج داشته و حتی در حال حاضر و در پزشکی مدرن از طیف وسیعی از داروهای با منشا گیاهی استفاده میشود. گرچه تعدادی از این داروها به طور مصنوعی برای مصارف ساخته میشوند ولی هنوز بسیاری از آنها از منابع طبیعی به دست میآیند.
به محض اینکه اثر فیزیولوژیک یک گیاه دارویی خاص کشف شود، تلاشها برای یافتن خصوصیات دقیق شیمیایی ماده موثره آن (داروی گیاهی) و در پی آن، یافتن روش تولید شیمیایی این ترکیبات به طور تجارتی صورت میگیرد.
برای تعیین خصوصیات شیمیایی و شناسایی یک متابولیت ثانویه، جداسازی آن به صورت کاملاً خالص الزامی و اولین قدم است. روشهای جداسازی گوناگون و مراحل آن اکثراً طولانی است.
متابولیتهای ثانویه به صورت خالص و با نسبتهای مشخص در پزشکی استفاده میشوند. البته در کنار خالص سازی مواد موثره گیاهان دارویی، آنها بدون تغییر نیز در سامانههای مختلف تهیه دارو استفاده میشوند. >
این نکته را نباید فراموش کرد که در کنار متابولیتهای ثانویه، تعدادی از متابولیتهای اولیه نیز اثرات فیزیولوژیکی قوی دارند. اکثر این ترکیبات پروتئینی بوده و عملکردهای مختلفی دارند. هورمونها و زهر مارها مثالهایی از پروتئینهای با اثرات فیزیولوژیکی قوی هستند. آنتیبیوتیکها، واکسنها و تعدادی از پلیساکاریدها که نقش هورمونی دارند، از جمله متابولیتهای اولیه با اثر فیزیولوژیکی قابل ملاحظه میباشند.
● مسیرهای تولید متابولیتهای ثانویه
اسکلت کربنی متابولیتهای ثانویه از کربوهیدراتها تامین شده و طی فرآیند فتوسنتز ایجاد میشود. متابولیتهای اولیه دیگری که در تولید متابولیتهای ثانویه نقش دارند، اسیدهای آمینه میباشند. استیل کوآنزیم و اسید مِوالونیک نیز نقش مهمی در تولید انواع ترپنوئیدها دارند. مسیر اسید شیکیمیک نیز در تولید لیگنینها و ایندول آلکالوئیدها نقشآفرینی میکند. در شکل ۱ مسیر تولید چند گروه عمده از متابولیتهای ثانویه از متابولیتهای اولیه نشان داده شده است.
● مهندسی تولید متابولیتهای ثانویه در گیاهان
در حال حاضر دستاوردهای زیاد و گوناگونی در مهندسی متابولیک متابولیتهای ثانویه به دست آمده است. مسیرهای بیوشیمیایی مختلفی با استفاده از ژنهای رمزکننده آنزیمهای مهندسیشده و پروتئینهای تنظیمی بررسی شدهاند. در عین حال از ژنهای آنتیسنس نیز برای مسدود کردن مسیرهای بیوشیمیایی و افزایش تولید متابولیت ثانویه خاصی استفاده میشود.
متابولیتهای ثانویه وظایف مختلفی در طول چرخه زندگی گیاه دارند. از جمله این وظایف انجام نقش ترکیبات واسطه در برهمکنش گیاه و محیط اطرافش و برهمکنش گیاه با حشرات، ریزسازوارهها و حتی گیاهان اطراف میباشد.
تولید متابولیتهای ثانویه همچنین ممکن است بخشی از سامانه دفاعی گیاه باشد. این ترکیبات در تولیدمثل گیاهان نیز نقش دارند که از طریق جذب حشرات گردهافشان این کار را انجام میدهند.
متابولیتهای ثانویه گیاهی نقش مهمی در ایجاد کیفیت مواد غذایی (رنگ، طعم و بو) مختلف دارند. همچنین رنگ گیاهان زینتی و گلبرگ گلها که مهمترین خاصیت این گیاهان دسته از گیاهان است، توسط متابولیتهای ثانویه ایجاد میشود. بسیاری از متابولیتهای ثانویه نیز برای تولید دارو، رنگ، حشرهکشها، طعمدهندههای غذایی و عطر استفاده میشوند. به دلیل کاربردهای فراوان، متابولیتهای ثانویه موضوع جالبی برای تحقیقات اصلاح نباتات از طریق فنون ملکولی و مهندسی ژنتیک محسوب میشوند.
در ده سال گذشته تحقیقات چندانی در ارتباط با متابولیتهای ثانویه انجام نشدهاست. مانع بزرگ در انجام این تحقیقات، اطلاعات اندک از مسیرهای تولید زیستی متابولیتهای ثانویه و برهمکنش آنزیمهای درگیر در این مسیر میباشد. همچنین تعداد معدودی از ژنهای مربوط به متابولیتهای ثانویه در دسترس میباشد.
یکی از مسیرهایی که مطالعات بیشتری در سطح ژنهای دستاندرکار آن نسبت به دیگرمتابولیتهای ثانویه انجام شده است، مسیر تولید فلاوونوئیدها و آنتوسیانینها میباشد. اکثر ژنهای درگیر در مسیر تولید آنتوسیانینها همسانهسازی شده و مطالعات فراوانی در سطح بیوشیمیایی، ملکولی و ژنتیک این دسته از متابولیتهای ثانویه صورت گرفته است. یکی از مهمترین دلایل مطالعات بیشتر در این زمینه، آسانی بررسی این مواد از روی رنگ گلها به فنوتیپ قابل غربالگری میباشد.
دیگر مسیر تولید متابولیتهای ثانویه که در سطح آنزیمهای درگیر و مواد واسط مورد مطالعه قرار گرفته است و اهمیت زیادی در داروسازی دارند، ایندول آلکالوئیدها هستند. اما در این مسیر هم ژنهای محدودی مشخص شدهاند.
هدف از مهندسی ژنتیک مسیر یک متابولیت ثانویه، افزایش مقدار یک ماده خاص یا گروهی از ترکیبات و یا حتی کاهش مقدار این ترکیبات میباشد.
برای دستیابی به هدف دوم که کاهش میزان تولید یک ماده خاص یا گروهی از مواد ناخواسته میباشد، راههای مختلفی وجود دارد. ]این مواد ممکن است ترکیبات سمی در یک محصول گیاهی، مواد مانع خالصسازی یک فرآورده صنعتی یا موادی از این دست باشد.[
یکی از این راهها، مسدود کردن یک مرحله از مسیر تولید متابولیت ثانویه و مختل کردن تولید یا فعالیت آنزیم مربوط به ان مرحله میباشد. این هدف میتواند با کاهش میزان mRNA مسئول تولید این آنزیم، با استفاده از فناوری آنتیسنس، RNAi یا ابراز بالای یک آنتیبادی علیه آنزیم مسئول محقق شود. فناوری آنتیسنس به خوبی برای تغییر رنگ گلها استفاده شده است.
راههای دیگر دستیابی به این هدف، تغییر مسیر به سوی مسیرهای موازی یا افزایش کاتابولیسم ماده نهایی میباشد.
اما ممکن است هدف از انجام تحقیقات، افزایش تولید یک ترکیب خاص در گیاه بوده یا انتقال ژنهای مربوط به مسیر تولید یک متابولیت ثانویه به یک گیاه یا یک ریزسازواره مورد نظر باشد. همچنین ممکن است تولید یک ماده جدید که به صورت طبیعی در گیاهان تولید نشود، هدف یک پروژه تولیدی-پژوهشی باشد.
در برخی روشها با تغییر میزان ابراز یک یا چند ژن، بر موانع تولید یک ماده غلبه میکنند و در روشهای دیگر، با حذف مسیرهای موازی (رقابتی) یا کاهش کاتابولیسم ماده مورد نظر، مقدار آن ماده را در گیاه میافزایند.
ایجاد تغییراتی در ابراز ژنهای تنظیمی که کنترل مسیر تولید زیستی متابولیتهای ثانویه را بر عهده دارند نیز از جمله روشهای افزایش یا کاهش تولید ترکیب مورد نظر میباشد.
درحضور گیاهان مراقب رفتارتان باشید!
در حضور گیاهان مراقب رفتار و افكارتان باشید، چون آنها می‌توانند شما را ببینند، افكارتان را بخوانند و از تصمیمات شما آگاه شوند.
گیاهان می توانند احساسات خود را بیان كنند، عكس‌العمل نشان دهند، بترسند و خوشحال شوند.
در سال ۱۹۹۶ میلادی کلیو باکستر (۱)دست به آزمایشی زد. او می‌خواست بفهمد وقتی به گیاهی آب می‌دهیم چه اتفاقی می افتد. او در محل کارش یک دستگاه دروغ سنج(۲) داشت. کلیو یقین داشت كه آب دادن به گلدان باعث جذب تدریجی آب به ساقه و برگ گیاه و پائین آمدن تدریجی مقاومت الكتریكی آن خواهد شد.
باكستر الكترودهای دستگاه دروغ‌سنج را به برگها وصل و تعادل جریان الكتریك را برقرار كرد. بر خلاف تصور باكستر به محض رسیدن رطوبت به برگ، دستگاه عبور جریان كمتری را نشان داد یعنی عكس‌العمل گیاه شبیه انسانی بود كه در یك لحظه دچار هیجان شدید شده باشد. گیاه با دریافت رطوبت حیات‌بخش آب دچار هیجان شده بود و آن را بروز می‌داد. او نتیجه گرفت: «گیاهان احساسات خود را بیان می‌كنند».
او به آزمایشاتش در مورد گیاهان ادامه داد، در قدم بعد تصمیم گرفت گیاه را در واكنش شدیدتری قرار دهد. تصمیم گرفت برگ متصل به الكترودهای دستگاه دروغ‌سنج را با آتش بسوزاند. به‌محض اینكه این فكر از ذهن او گذشت و قبل از اینكه حركتی برای برداشتن كبریت یا فندك بكند، عقربه گالوانومتر با یك جهش، واكنش شدید گیاه را نشان داد. بله: « گیاهان می‌توانند فكر ما را بخوانند ».
باكستر با بی‌میلی و اكراه تداركات سوزاندن برگ را آماده می‌كرد. این بار منحنی صعودی كوچكتری مشاهده شد. او متعاقباً وانمود كرد كه قصد سوزاندن برگ را دارد، ولی هیچ‌گونه واكنشی از طرف گیاه نشان داده نشد به نظر می‌رسید كه: «گیاه قادر به تشخیص تصمیم در مقابل تظاهر به تصمیم است».
باكستر ابتدا تصور می‌كرد كه چون گیاه فاقد اعضاء حسی شبیه انسان است، بنابراین باید حس دیگری در این ارتباط دخالت داشته باشد. او به تدریج به این عقیده رسید كه سیستم ارتباطی گیاه یك سیستم كلی تر و فراگیرتر است. سیستم ارتباطی كاملتری كه در گیاهان و همه موجودات وجود داشته و دارد. آزمایشات آشكارا و به‌طور غیرقابل انكار نشان می‌داد كه: «گیاهان فاقد چشم هستند ولی بهتر از ما می‌بینند».
باكستر تصمیم گرفت كه آزمایشگاه خود را تبدیل به یك آزمایشگاه علمیِ مناسب كند. آزمایشات با برگ جدا شده از گیاه و حتی با قطعه‌ای كوچك از یك برگ عیناً به نتیجه رسید. علاوه بر عكس‌العمل ناشی از تحریكات اعمال شده به وسیله انسان و گیاه، نسبت به هر نوع حادثه غیرمترقبه مانند ورود ناگهانی سگ واكنش نشان می‌دادند.
چنانچه گیاه در مقابلِ تهدیدِ بسیار شدید قرار بگیرد یا صدمه شدید به آن وارد شود، سیستم دفاعی حیات او عیناً مشابه سیستم دفاعی انسان عمل می‌كند، یعنی ممكن است پس از مدتی واكنش و مقاومت، دچار بیهوشی شود یا اصلاً بمیرد. چنین حادثه‌ای وقتی اتفاق افتاد كه یك روانشناس كانادایی برای مشاهده دستاوردهای باكستر به آزمایشگاه او رفت. اولین گیاه مورد آزمایش هیچ واكنشی نشان نداد و همین طور گیاه دوم تا پنجم، و تنها گیاه ششم واكنش بسیار ضعیفی از خود نشان داد.
باكستر وسایل آزمایش را بررسی كرد، ولی هیچ نقصی در آنها مشاهده نشد. در جستجوی علت شكست آزمایشات باكستر از روانشناس كانادایی در مورد كار و فعالیت او سؤالاتی كرد و معلوم شد كه این شخص یك كشنده گیاه، و كارش این است كه گیاهان مختلف را در كوره برقی آزمایشگاه می‌سوزاند تا وزن خشك و مواد آنها را برای آزمایش تعیین كند. حدود چهل و پنج دقیقه پس از خروج روانشناس كانادایی از آزمایشگاه، گیاهان مورد آزمایش به هوش آمدند و مجدداً در مقابل آزمایشات واكنش نشان دادند.
در یك سری آزمایش دیگر، باكستر متوجه نوعی ارتباط ظریف و ناگسستنی بین گیاه و پرورنده آن شد. در یك سخنرانی علمی در فاصله‌ای دور باكستر با نمایش اسلاید رفتار اولین گیاهِ خون سیاوشان خود را می‌كرد. در مراجعت مشاهده كرد كه همزمان با نمایش اسلاید در آن سخنرانی، همان گیاه در آزمایشگاه روی نوار پلی‌گراف، نوعی واكنش نشان داده است. به نظر میرسد كه وقتی یك گیاه با انسان مرتبط و وابسته شد، این ارتباط و وابستگی را فارغ از فاصله و حتی در میان هزاران فرد دیگر حفظ می‌كند.
در پرفروش‌ترین كتاب سال ۱۹۷۳ تحت عنوان «راز زندگی گیاهان» نوشته «پیتر تامپكینز» و «كریستوفر بردز» بخش وسیعی از تحقیقات كلیو باكستر ارائه شده است. باكستر تحقیقات خود را با بیش از بیست و پنج نوع گیاه و میوه، مانند كاهو، پیاز، پرتقال و موز انجام داد. حاصل این آزمایشات، همگی شبیه یكدیگر بود.
باكستر اعتقاد دارد كه میوه‌ها و سبزیجات ممكن است علاقمند باشند كه خورده شوند و جزو انسان یا حیوان بشوند، مشروط بر اینكه این عمل با نوعی انگیزه ایجاد ارتباط همراه باشد. این اظهار نظر البته با بعضی عقاید سنتی و مذهبی تطبیق دارد. باكستر میگوید كه محتمل است میوه و سبزی خشنودتر باشند كه با خورده شدن، جزئی از یك موجود زنده و فعال بشوند تا این كه پس از رسیدن به زمین بیفتند و بپوسند. همان‌طور كه انسان ترجیح میدهد پس از مرگ به عالم بالاتری برود.
ی‌نوشت:
۱- cleve Bakster
۲-دستگاه دروغ سنج یك وسیله الكترونیكی‌ست كه با ثبت تغییر مقاومت یا رطوبت پوست بدن انسان، تغییر حالات او را نشان میدهد. دو الكترود دستگاه به پوست دست بدن انسان وصل و مقاومت آن را تعیین می‌كند. وقتی شخص مورد آزمایش به دلیل اظهار دروغ یا موضوع خلاف واقع، تغییر حالت بدهد، دستگاه فوراً تغییر مقاومت پوست را نشان میدهد، به‌طوری كه هر آزمایش‌كننده با تجربه‌ای مثل یك بازپرس می‌توان این تغییر حالت و علت آن را درك و از آن نتیجه‌گیری كند.
ترجمه و تآلیف: تینا پورشاهید
فصلنامه علوم باطنی
aftab.ir
::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
جستجو کردم تو فروم چیزی با این عنوان نبود
اگه تکراری شد دیگه شرمنده
گياهان يكديگر را از وجود دشمن با خبر مي‌كنند
تازه ترين نتايج يك تحقيق نشان ميدهد كه گياهان اين قابليت و توانايي را دارند كه يكديگر را از وجود دشمن با خبر كنند.
اين تحقيق در گروه گياه‌پزشكي دانشگاه كشاورزي و منابع طبيعي "پرديس" كرج انجام گرفته و نتايج آن در معتبرترين مجله‌هاي علمي، پژوهشي جهان از جمله " "Biological controlو " "Appl.Entomologyبه چاپ رسيده است.
سرپرست تيمي كه اين تحقيق را انجام داده است، گفت: بر اساس اين تحقيق گياهان هنگامي كه از طرف حشرات گياه‌خوار از جمله كنه يا شته مورد حمله قرار مي‌گيرند، يكديگر را از وجود دشمن مشترك آگاه مي‌سازند.
دكتر "احمد عاشوري" روز شنبه در گفت و گو با خبرنگار ايرنا افزود: زبان مشترك گياهان، ساطع كردن بو و برجاي گذاشتن مواد شيميايي هنگام مواجهه با دشمن است.
به گفته او گياهان همچنين قادرند بويي از خود منتشر كنند كه باعث جلب شكارگر- هاي حشرات گياه‌خوار شود. به طور مثال، هنگامي كه آفتهايي نظير شته يا كنه بر روي گياه لوبياي سبز قرار مي‌گيرد، گياه از طريق بزاق دهان آنها، متوجه حضورشان شده و از خود بويي متصاعد مي‌كند كه ضمن اطلاع به ديگر گياهان هم نوع، "سن اوريوس" را كه از صيادان اين حشرات هستند به طرف خود جلب مي‌كند.
عاشوري گفت اين تحقيق بيانگر آن است كه گياهان خود داراي شعور هستند و مي‌توانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند.
وي افزود از نتايج اين تحقيق مي‌توان در برنامه‌هاي كنترل آفات استفاده كرد و به عنوان مثال با پخش اين بو قبل از هجوم آفات به گياهان، ضمن كاهش مصرف سموم شيميايي، زمينه رشد هرچه بيشتر حشرات مفيد را فراهم ساخت.
عاشوري كه رياست اداره پژوهش دانشگاه كشاورزي و منابع طبيعي "پرديس" كرج را نيز به عهده دارد يادآور شد: تحقيقات اين گروه برروي جنبه‌هاي مختلف "رايحه‌هاي القايي گياهان" ادامه دارد.
اين طرح تحقيقاتي توسط يك تيم هشت نفره به مدت دو سال در گروه گياه پزشكي آزمايشگاه اكولوژي و رفتارشناسي حشرات دانشگاه تهران كه در پرديس كرج واقع است به نتيجه رسيده است.
nabegheha
دلیل استفاده از رنگدانه سبز در گیاهان
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نخستین گام در تلاش برای درک چگونگی عملکرد فتوسنتز روی سیاره های دیگر، توصیف آن روی زمین است. طیف انرژی نور خورشید در سطح زمین در آبی- سبز به اوج می رسد، به همین خاطر دانشمندان مدت ها سرشان را می خارانند که چرا گیاهان رنگ سبز را بازتاب می کنند و با این کار آنچه را که به نظر می رسد بهترین نور موجود باشد، به هدر می دهند. پاسخ آن است که فتوسنتز نه به کل مقدار انرژی نور که به انرژی هر فوتون و تعداد فوتون هایی که نور را می سازند، بستگی دارد. درحالی که فوتون های آبی نسبت به فوتون های قرمز انرژی بیشتری حمل می کنند، اما خورشید بیشتر نوع قرمز را می تاباند. گیاهان برای کیفیت از فوتون های آبی و برای کمیت از فوتون های قرمز استفاده می کنند. فوتون های سبز که بین این دو قرار می گیرند، نه انرژی دارند و نه تعداد. بنابراین گیاهان این گونه سازش یافته اند که میزان کمتری از آنها را جذب کنند. فرآیند فتوسنتزی مبنا، که یک اتم کربن را (که از دی اکسیدکربن به دست آمده) وارد یک مولکول ساده قند می کند، حداقل به هشت فوتون نیاز دارد. یک فوتون لازم است تا پیوند اکسیژن-هیدروژن در آب شکسته شود و بدین وسیله یک الکترون برای واکنش های زیست شیمیایی به دست آید. کلاً چهار پیوند این چنینی باید شکسته شود تا یک مولکول اکسیژن ایجاد شود. هر کدام از آن فوتون ها برای یک واکنش نوع دوم و تشکیل قند، حداقل با یک فوتون دیگر همراه می شود. هر فوتون باید یک حداقل مقدار انرژی داشته باشد تا واکنش ها را به راه بیندازد.
راهی که گیاهان از آن طریق نور خورشید را درو می کنند، خود یک اعجاب طبیعت است. رنگدانه های فتوسنتزی (مثل کلروفیل) مولکول هایی منزوی نیستند. هر کدام از آنها در شبکه یی مثل یک آنتن چندشاخه به نحوی تنظیم شده اند که فوتون های یک طول موج خاص را بگیرند. کلروفیل اختصاصاً نور آبی و سرخ را جذب می کند و رنگدانه های کاروتنوئید ته رنگ نسبتاً متفاوتی از آبی را می گیرد. کل این انرژی به یک مولکول کلروفیل خاص در مرکز یک واکنش شیمیایی سرازیر می شود که در آن آب می شکند و اکسیژن آزاد می شود.
این فرآیند سرازیر شدن، کلید آن است که رنگدانه ها چه رنگی را انتخاب می کنند. مجموعه مولکول ها در مرکز واکنش، تنها در صورتی می تواند واکنش های شیمیایی انجام دهد که یک فوتون قرمز یا یک مقدار معادل انرژی به شکلی دیگر دریافت کند. برای بهره بردن از فوتون های آبی، رنگدانه های این آنتن به اتفاق هم، انرژی بیشتر (از فوتون های آبی) را به انرژی کمتر (سرخ تر) تبدیل می کنند. این فرآیند زمانی آغاز می شود که یک فوتون آبی به یک رنگدانه جاذب آبی برمی خورد و به یکی از الکترون های مولکول انرژی می دهد. وقتی آن الکترون دوباره به حالت اصلی اش برمی گردد، این انرژی را آزاد می کند، اما به خاطر افت انرژی در اثر گرما و ارتعاش ها، نسبت به انرژی جذب شده انرژی کمتری را آزاد می کند.
مولکول رنگدانه انرژی خود را نه به شکل یک فوتون دیگر که به صورت یک برهم کنش الکتریکی آزاد می کند که یک مولکول رنگدانه دیگر می تواند آن انرژی را در سطح پایین تر جذب کند. این رنگدانه هم به نوبه خود مقدار انرژی کمتری را آزاد می کند و به همین ترتیب فرآیند ادامه می یابد تا اینکه انرژی فوتون آبی ابتدایی به قرمز فروکاسته شود. آرایش رنگدانه ها می تواند سبز-آبی، سبز یا زرد را هم به قرمز تبدیل کند. مرکز واکنش، به عنوان انتهای دریافت کننده این آبشار، برای جذب کم انرژی ترین فوتون های موجود سازش می یابد. روی سطح سیاره ما، فوتون های قرمز فراوان ترین و کم انرژی ترین فوتون در طیف مرئی هستند.
برای فتوسنتزکنندگان زیر آب، فوتون های قرمز الزاماً فراوان ترین نیستند. آشیان های نوری به خاطر ----- شدن نور توسط آب (با مواد معلق و خود ارگانیسم های سطح آب) با عمق تغییر می کند. نتیجه، لایه بندی آشکار اشکال حیاتی بنابر آمیزه رنگدانه های آنهاست. ارگانیسم های لایه های پایین تر آب رنگدانه هایی دارند که برای جذب رنگ های نور باقیمانده از لایه های بالاتر سازش یافته اند. برای مثال جلبک ها و ساینوباکتری ها (باکتری های سبز-آبی) رنگدانه هایی دارند به نام فیکوبیلین ها که فوتون های سبز و زرد را درو می کنند. باکتری های مولد غیراکسیژنی، کلروفیل هایی دارند که نور انتهای سرخ و نزدیک فروسرخ را جذب می کنند؛ که این تمام آن چیزی است که تا آن اعماق تاریک نفوذ می کند.
ارگانیسم هایی که با شرایط کم نور سازش یافته اند، به رشد کندتر تمایل دارند، چون باید برای دروی آن مقدار نوری که برایشان موجود است، بیشتر تلاش کنند. در سطح سیاره ما که نور فراوان است تولید رنگدانه های اضافی برای گیاهان مضر است، بنابراین آنها در استفاده از نورشان انتخابی عمل می کنند. اصول تکاملی مشابهی هم در دنیاهای دیگر برقرار است.
درست همان طور که موجودات آبزی با نور فیلترشده آب سازش یافته اند، ساکنان خشکی هم با نور فیلترشده توسط مولکول های گازهای جو سازش یافته اند. در بالای اتمسفر زمین، فوتون های زرد (در طول موج ۵۶۰ تا ۵۹۰ نانومتر) فراوان ترین نوع هستند. تعداد فوتون ها در طول موج های بلندتر به تدریج و در طول موج های کوتاه تر به تندی کاهش می یابد. با عبور نور خورشید از لایه های بالایی جو، بخار آب نور فروسرخ را در چندین طول موج و فرای ۷۰۰ نانومتر جذب می کند. اکسیژن در ۶۸۷ و ۷۶۱ نانومتر خطوط جذبی ایجاد می کند . همه می دانیم که ازن، امواج فرابنفش (UV) را در استراتوسفر به شدت جذب می کند، اما کمتر کسی می داند که اندکی از گستره نور مرئی را هم جذب می کند.
برای جمع بندی، اتمسفر ما حد و مرز دریچه هایی را تعیین می کند که پرتوها از آن راه می توانند به سطح سیاره برسند. دریچه پرتو مرئی در حاشیه آبی، با افت شدت فوتون های طول موج کوتاه تابشی خورشید و جذب UV توسط ازن و در حاشیه سرخ با خطوط جذبی اکسیژن تعریف می شود. اوج فراوانی فوتون، با جذب کنندگی وسیع نور مرئی توسط ازن، از زرد به قرمز تغییر می یابد (حدود ۶۸۵ نانومتر). گیاهان با این طیف که عمدتاً توسط اکسیژن تعیین شده سازش یافته اند، در عین حال گیاهان همانی هستند که اکسیژن را به اتمسفر فرستادند تا کار را آغاز کنند. وقتی ارگانیسم های فتوسنتزی ابتدایی برای نخستین بار روی زمین نمایان شدند، اتمسفر فاقد اکسیژن بود؛ بنابراین آنها باید از رنگدانه هایی متفاوت از کلروفیل استفاده کرده باشند. تنها با گذشت زمان و تغییر ترکیب اتمسفر توسط فتوسنتز، کلروفیل به عنوان بهترین گزینه پدیدار شد.
شواهد فسیلی قاطع فتوسنتز به ۴/۳ میلیارد سال پیش برمی گردد، اما فسیل های قدیمی تر نشانه هایی را در خود دارند که می تواند بیانگر فتوسنتز باشد. فتوسنتزکنندگان ابتدایی مجبور بودند کار خود را زیر آب آغاز کنند، تا حدی به خاطر اینکه آب محلول خوبی برای واکنش های زیست شیمیایی است و تا حدی به این دلیل که حفاظی در برابر پرتو UV خورشید فراهم می کند. این فتوسنتزکنندگان نخستین باکتری های زیرآبی بودند که فوتون های فروسرخ را جذب می کردند. واکنش های شیمیایی آنها به جای آب شامل هیدروژن، سولفیدهیدروژن یا آهن می شد، بنابراین آنها گاز اکسیژن تولید نمی کردند. فتوسنتز مولد اکسیژن (اکسیژنی)
۷/۲ میلیارد سال پیش توسط ساینوباکتری ها در اقیانوس آغاز شد. سطوح اکسیژن و لایه ازن به تدریج ساخته شدند و امکان پدید آمدن جلبک های سرخ و قهوه یی میسر شد. با امن شدن آب های کم عمق از شر UV، جلبک های سبز تکامل یافتند. آنها فاقد فیکوبیلین بودند و با نور روشن آب های سطحی بهتر سازش یافتند. گیاهان خشکی هم در نهایت از جلبک های سبز نشأت گرفتند و آنگاه انفجار پیچیدگی در حیات گیاهی پیش آمد، از خزه ها و گیاهان جگری در خشکی گرفته تا گیاهان آوندی با چترهایی بلند که نور بیشتری را می گرفتند و برای اقلیم های خاص سازش های خاصی داشتند مثل تکامل درختان مخروطی با تاج هایی مخروطی شکل که باعث می شود در عرض های جغرافیایی بالا با زاویه تابش کم خورشید، نور کافی بگیرند. گیاهان سازگار با سایه، دارای آنتساینین به عنوان کرم ضدآفتاب در برابر نور بیش از حد است. کلروفیل سبز نه تنها با ترکیب فعلی اتمسفر مناسبت خوبی دارد که به حفظ این ترکیب هم یاری می رساند . شاید تکامل در گام دیگر از ارگانیسمی حمایت کند که با استفاده از فیکوبیلین هایی که نور سبز و زرد را جذب می کنند، از سایه زیر چتر درختان بهره می برند. اما ارگانیسم های آن بالا احتمالاً هنوز سبز باقی می مانند.
نانسی کیانگ
ترجمه؛ الهیار امیری
, ۷Apr.۲۰۰۸
روزنامه اعتماد
