علاقة النبات بالماء [الجزء الثاني]

طرق قياس سرعة حركة الماء
(1)حقن المحاليل الملونة ،المواد المشعة :

حيث يتم عمل شق فى الساق وتحقن محاليل ملونة،محاليل مواد مشعة باستعمال مكابس خاصة بضغط المحلول ا إلى أنابيب معدنية تفرز فى الساق .يقاس الوقت الذى استغرق المحلول للوصول الى ارتفاع معين حيث يقطع الساق الى مقاطع ويلاحظ المقطع الذى وصلت آلية الصبغة ولكن هذه الطريقة غير دقيقة فى نتائجها لان سرعة حركة الماء قد تتغير نتيجة شق الساق ،فرز الأنابيب .
(2)الطريقة الحرارية :

حيث يسخن الماء فى الخشب بوضع سخان كهربائي على الساق وتقاس سرعة حركة الماء الى الأعلى بواسطة محبس حرارى يوضع على ارتفاع مناسب من السخان وهذه الطريقة لها عيوب إلا أنها ما زالت تستخدم على نطاق واسع .
آلية امتصاص الماء
لقد بين علماء النبات أن امتصاص الماء يحدث بطريقتين رئيسيتين هما :
(1)الامتصاص النشط :active absorption وهو أقل أهمية لمعظم النباتات ولأغلب الظروف
(2)الامتصاص السلبي :passive absorption ويحدث هذا الامتصاص نتيجة لتأثير قوة فيزيائية لا تحتاج لطاقة واهم هذه القوى هى النتح

(أولا):الامتصاص النشط

من أهم الظواهر المألوفة فى النبات (ا)ظاهرة الادماع:guttation (ب) ظاهرة الضغط الجذرى :root pressure
-الادماع هو خروج قطرات الماء من الأوراق خلال العديسات الموجودة على حواف الأوراق نتيجة الضغط الجذرى يزيد عن المقاومة التى يلاقيها الماء فى حركته داخل النبات .وقد يكون هناك ضغط جذري دون حدوث ظاهرة الادماع كما هو الحال فى بعض النباتات مثل سيقان كروم العنب فى بداية الربيع ويمكن ملاحظة الضغط الجذرى بقطع أحد السيقان فيستمر ينزف الماء مما يدل على أن الماء داخل السيقان واقع تحت ضغط موجب (يزيد عن الضغط الجوى ).




وظاهرة الادماع والضغط الجذري لا يمكن تفسيرهما بالامتصاص السلبي فالامتصاص السلبي يعنى سحب الماء من الأعلى ويكون ضغطه داخل الساق سلبيا نتيجة الشد الواقع عليه من الأعلى بينما تحدث السابقة الذكر نتيجة دفع الماء من الأسفل أي من قبل الجذر و يكون ضغط الماء داخل الساق موجب .
و قد وجد أن مقدار الضغط الجذري فى معظم النباتات يتراوح من 1-2 بار قد يصل لاكثر من ذلك فى بعض النباتات مثل الطماطم (7 بار) وسيقان نبات العنب (5-6 بار) .
- الضغط الجذري غير ثابت و يعتمد علي كثير من العوامل .
• العوامل المؤثرة علي الضغط الجذري
1- توفر الماء فى التربة : الضغط الجذري يكون فى أشده عند السعة الحقلية .
2- الجهد الاسموزي لمحلول التربة : يصل الماء الي الجذر نتيجة فرق الجهد و تزداد كمية الضغط الجذري كلما كان الجهد الاسموزي للخلايا الجذرية قليل و الجهد الاسموزي لمحلول كبير (أقل سلبية)
3- درجة حرارة التربة : يقل الضغط الجذري فى التربة المنخفضة الحرارة وذلك لزيادة لزوجة الماء و مقاومة الجذر وقلة نمو الجذر الرئيسي و بطئ سرعة امتصاص الأيونات .
4- تهوية التربة: تزداد سرعة امتصاص الماء و يزداد الضغط الجذري فى التربة جيدة الصرف وقليلة الأملاح .
5- عمر النبات :يقل الضغط الجذري فى الجذور القديمة التي تحتوي علي نسبة عالية من اللجنين و السوبرين و يزداد فى الجذور النشطة .
6- ينعدم تأثير الضغط الجذرى في النباتات عندما تكون سرعة النتح أعلي من سرعة اندفاع الماء بالضغط الجذري لذلك فان جميع العوامل البيئية تساعد علي سرعة النتح تقلل من أهمية الضغط الجذري للنبات .
7- يختلف مقدار الضغط الجذري خلال ساعات النهار و باختلاف الفصول بغض النظر عن تأثيره في رفع الماء ويكون في أشده في منتصف النهار و يقل أثناء الليل و يعزي ذلك الي عاملين هما الامتصاص النشط للأيونات و انتقالها الي الساق يكون في أشده خلال ساعات النهار و ذلك لتوفير الطاقة اللازمة لفاعلية الجذر خلال هذه الساعات .و زيادة مقاومة الجذر خلال ساعات النهار .





شكل يوضح ضغط الامتلاء واثرة على امتصاص الماء




كيفية حدوث الامتصاص النشط ( الضغط الجذري)
لقد عزي الضغط الجذري الي ثلاثة عوامل و هي:
• يحدث الامتصاص نتيجة حدوث فرق في الجهد الاسموزي بين الجذر ومحلول التربة :
يتحرك الماء من المناطق التي يكون فيها جهده مرتفعا الي المناطق التي يكون فيها جهده منخفضا.يقل الجهد الاسموزي لخلايا الجذر نتيجة تجمع الأيونات داخل خلايا الجذر و الخشب و تجمع هذه الأيونات من قبل الجذر ناتج عن استهلاك طاقة لان تجمع الأيونات يحدث بعكس تركيزهما . و يحافظ الجذر علي فرق الجهد بين خلاياه و محلول التربة باستمرار جمع الأيونات و حصوله علي السكريات من الجزء الخضري .و نتيجة لفرق الجهد يدخل الماء من التربة الي الجذر بعملية الانتشار البسيطة . إذن فعملية الامتصاص بهذه الطريقة لا تحتاج الي طاقة بصورة مباشرة و لكنها تحدث نتيجة امتصاص الأيونات بالامتصاص النشط و باستهلاك الطاقة . و لقد أمكن في كثير من الحالات تقليل الضغط الجذري باستعمال مواد مثبطة لتنفس الجذر كما أمكن تثبيط الامتصاص النشط بتسخين التربة أو وضع الجذر فى محلول الجهد الاسموزي مساويا للجهد الاسموزى فيه خلايا الجذر .
• امتصاص جزيئات الماء امتصاصا نشطا :
قد اقترح ان جزيئات الماء قد تمتص باستهلاك طاقة بصورة مباشرة أي أنها تمتص امتصاصا نشطا كما هو الحال بالنسبة للأيونات و لم تجد هذه النظرية قبولا من أغلب الباحثين
• فرق الجهد الكهربائي الاسموزي :
من المعروف أن الماء يمر من مكان الي أخر عبر الأغشية المنفذة إذا كان هناك فرق في التيار الكهربائي بين الجهتين و تكون حركة الماء في اتجاه القطب الكهربائي الذي يحمل شحنة مشابهة لشحنة الغشاء و بما آن غشاء السليولوز يكون شحنته سالبة في الماء و القسم الداخلي من الجذر يكون شحنته سالبة أيضا فان الماء يتحرك باتجاه الجذر و قد بينت الأبحاث بان فرق الجهد الكهربائي بين سطح الجذر و داخله تقدر بحوالي مائة مللي فولت و هذا الفرق تبين فيما بعد بأنه غير كافي لحركة الماء .


• قياس الضغط الجذري
يمكن قياس مقدار الضغط الجذري لاغلب النباتات باستعمال مانوميتر حيث يقطع ساق النبات قرب سطح التربة و يوصل بأنبوب مطاط يتصل بالمانوميتر . يندفع الماء داخل الأنبوب فيرتفع الزئبق في أنبوبة المانوميتر و من حساب الفرق بين عمودي الزئبق يمكن حساب الضغط الجذري

(ثانيا): الامتصاص السلبي
ا- نظرية التماسك و الشد Cohesion –Tension theory
ولوان الضغط الجذرى يساعد فى رفع الماء من الجذر الى الأوراق لكنة لا يعتبر القوة الأساسية المحركة للماء فالقوة المحركة للماء هى النتح والدليل على ذلك تلازم عمليتا الامتصاص والنتح وهذه القوة تتكون فى الأجزاء الخضرية وينتقل تأثيرها الى الجذور ويساعد فى ذلك قوة تماسك جزيئات الماءCohension وقوة التصاقها بالخشب Adhesion ويمكن تفسير آلية الامتصاص السلبى كالتالى :-
يتبخر الماء من الأوراق لان الجهد المائى للهواء المحيط بالورقة يكون قليلا (اكثر سلبيا)، وعندما يتبخر الماء من خلايا الأوراق ويقل جهدها المائى فتتحرك نتيجة ذلك جزيئات الماء من الخلايا المجاورة حيث أن الماء يحاول موازنة جهده وينتقل التأثير من خلية الى أخرى حتى يصل إلى العروق الورقية فيقل الماء فى هذه العروق نتيجة حركته الى الخلايا وعندما يقل فى العروق يتخلخل الضغط فيحدث Tension على جزيئاته وهذا الشد مشابه للشد الذى يحصل خيط من الجزيئات عند سحب أحد اطرافة ونتيجة للشد الحاصل على جزيئات الماء فى عروق الورقة يتحرك اليها الماء من العروق الأكبر حتى يصل التأثير الى خشب الساق ثم خشب الجذر وحتى الخلايا الحية من الجذر ثم الى سطح الجذر وعلى سطح الجذر تتماسك جزيئات الماء مع الجزيئات الموجودة فى محلول التربة وعلى هذا فان الجهد المائى يقل تدريجيا من التربة وحتى خلايا الورقة عندما يكون النتح مستمرا
وهنا يتبادر لي الذهن سؤالا فى أنة إذا كانت جزيئات الماء تسحب من أعلى بشكل مسلسلة فهل يتحمل عمود الماء هذا الشد دون انفصال جزيئات الماء عن بعضها ؟حيث ان انكسار عمود الماء يعنى موت النبات .
يعتمد مقدار الشد الواقع على عمود الماء على ارتفاع النبات فالشد الواقع على جزيئات الماء فى شجرة ارتفاعها 130م يبلغ (13 بار ) هذا بالاضافة الى الشد الناتج عن مقاومة خشب الساق والأوراق والخلايا ولهذا فان الشد الواقع قد يصل الى (-26 بار ) بمعنى آخر أن هناك قوة سحب تحاول فصل جزيئات الماء عن بعضها البعض وهذه القوة تعادل 26بار فهل تتحمل الرابطة الموجودة بين جزيئات الماء هذه القوة ؟
تختلف القوة التى تربط جزيئات الماء مع بعضها Cohesion باختلاف قطر الأنبوب فكلما قل قطر عمود الماء (قطر الأنبوب ) زادت القوة التى ترتبط بها الجزيئات .ولقد وجد بالتجربة العملية ان قوة ارتباط الجزيئات مع بعضها فى أنبوب قطرة 0.5 مم تبلغ -20 بار،وقطر أوعية وقصيبات الساق أقل بكثير من 5.مم لهذا فان قوة ارتباط جزيئات الماء فى أوعية الساق قد تصل لاكثر من –300بار .
لقد أصبح واضحا أن الامتصاص النشط يحدث عرضيا نتيجة الفرق في الجهد الاسموزي بين الجذر و محلول التربة . الامتصاص النشط لا يشكل أهمية كبيرة في امتصاص الماء في معظم النباتات وذلك للأسباب التالية :
1- يتكون الضغط الجذري في ظروف معينة من درجة حرارة و رطوبة .
2- أن كمية الماء الناتجة عند قطع الساق و المدفوعة بالجذر قليلة قياسا الي الكميات التي يفقدها النبات بالنتح و هذه الكمية وجد انها لا تتعدى 5% من الماء المفقود بالنتح في نباتات الطماطم .
3- تمتص النباتات الماء عند وضع جذورها في محاليل يزيد تركيزها عن تركيز محلول الجذر عندما يكون النتح مستمرا و يتوقف دخول الماء عند قطع الساق . و لقد وجد أن النبات يمكنه امتصاص من محاليل يصل جهدها الاسموزي الي سالب 14.6 بار بينما لايتمكن الجذر الذي فصل من الجزء الخضري من امتصاص الماء من محاليل جهدها الاسموزي سالب 1.9 بار .
4- هناك العديد من النباتات لا تكون ضغط جذري واضح مثل الصنوبريات .
5- أن الضغط الذي يكونه الجذر يتراوح من 1-3 بار و هذا الضغط غير كافي لصعود الماء الي قمم الأشجار المرتفعة .
6- لوحظ أن امتصاص الماء من قبل الجذور يزداد عند موت الجذور فى بعض النباتات حتى يستمر النتح من أجزائها الخضرية و يعود سبب ذلك الي قلة المقاومة التي تبديها الجذور الميتة لحركة الماء المسحوبة من الأوراق بالنتح .
7- إذا كان الضغط الجذري كافيا لرفع الماء الي الأعلى فان ضغط الماء داخل خشب الساق يكون موجب و يندفع نتيجة ذلك الي الخارج عند قطع الساق ولكن الواقع غير ذلك فالماء داخل النبات واقع تحت شد كبير ويمكن الاستدلال علي ذلك بقطع الساق بأحد النباتات بعد غمره في محلول من صبغة ملونة يلاحظ صعود الماء الي الجزئين العلوي و السفلي للساق مما يدل علي وجود تخلخلا فى الضغط داخل الساق
8- لقد ثبت أن المجاميع الخضرية المقطوعة التي أطرافها في الماء تستطيع امتصاص الماء من الجزء المقطوع لفترة طويلة .
9- تقلص سيقان الأشجار عندما يكون النتح سريعا يدل علي حدوث ضغط سالب داخل الساق.
10- يزداد امتصاص الماء في جذور الأشجار المسوبرة التي حدث فيها تشقق أو جروح التي تكثر فيها العديسات .
كل الأدلة السابقة تشير الي أن القوة المحركة للماء في النبات هي النتح و هنا لا نريد أن نقلل من أهمية الجذر في امتصاص الماء فالجذر يوفر للنبات سطح امتصاص واسع كما أن النموات الجذرية التي تضاف كل يوم تشكل أهمية بالغة في التفتيش عن أماكن جديدة من التربة يكثر فيها الماء و الأيونات .

:fleur: