34.11: Su ve Mineral Alımı

Bitki köklerindeki özel dokular, topraktan suyu, mineralleri ve bazı iyonları almak için gelişmiştir. Kökler, bu işlemi kolaylaştıran çeşitli dallanma modelleri sergilerler. En dıştaki kök hücreleri, kök yüzeyini artıran ve böylece toprakla teması artıran, kök kılları adı verilen özel yapılara sahiptir. Topraktaki su konsantrasyonu kök dokusundan daha yüksek olduğu için su pasif olarak köklere geçebilir. Bunun aksine mineraller aktif olarak kök hücrelerine taşınır.

Toprağın negatif yükü vardır, bu nedenle pozitif iyonlar toprak parçacıklarına bağlı kalma eğilimindedir. Bunu aşmak için, kökler toprağa karbondioksit pompalar ve karbondioksit toprakta kendiliğinden parçalanır ve toprağa pozitif yüklü protonlar (H⁺) salar. Bu protonlar, katyon değişimi adlı süreçle kök dokusuna pompalanmak üzere toprakta mevcut olan pozitif yüklü iyonların yerini alır. Negatif yüklü anyonlar, H⁺ iyonlarının konsantrasyon gradyanlarını azaltma ve ko-transport kullanarak kök hücrelere geri dönme eğiliminden yararlanırlar: Cl gibi iyonlar, H⁺ iyonları ile birlikte kök dokusuna aktarılır.

Moleküller, stel adı verilen kök dokusunun çekirdeğine iki yoldan gidebilir. Apoplastik taşıma, komşu hücrelerin sürekli hücre duvarları ile bunlara karşılık gelen zarlar arasında oluşturulan boşluklarda moleküllerin hareketidir. Buna karşılık, simplastik taşıma, moleküllerin bitişik hücreler arasında serbest sitoplazmik geçişine izin veren plazmodesmata adı verilen hücresel bağlantılardan yararlanan bitki hücrelerinin sitoplazması boyunca hareketidir. Kökün endodermisinde bulunan Casparian şeritleri apoplasttaki çözünen maddelerin stele girmesini engellediğinden, stele girmek için moleküller simplasta hareket etmelidir. Bu nedenle, simplasta girebilmek için, çözünen maddelerin hücrenin yarı geçirgen zarından geçmesi ve hücreleri topraktaki toksik veya istenmeyen moleküllerden koruması gerekmektedir.

Su, çoğu bitkinin kütlesinin % 80'inden fazlasını oluşturur. Fotosentez, metabolizma ve besin maddelerinin ve diğer moleküllerin taşınması için gereklidir. İnorganik besinler de aynı şekilde bitki büyümesi ve üremesi için çok önemlidir.

Örneğin, azot amino asitler gibi önemli biyomoleküller için bir yapı taşıdır, potasyum gözeneklerin açılması ve kapanması için kritiktir. Bitkiler besinleri ve büyük miktarda suyu nasıl güvenilir bir şekilde emer? Çoğu bitki kökleri topraktan su ve mineralleri alır. Bitki kökleri hidrojen iyonları ve karbon dioksit salgılar.

Karbondioksit su ile reaksiyona girerek bikarbonat anyonu ve ilave hidrojen iyonları oluşturur. Hidrojen iyonları, potasyum gibi pozitif yüklü iyonları toprak çözeltisine salan negatif yüklü toprak parçacıklarına bağlanır. Bu işleme katyon değişimi denir ve besin maddelerini, bitki için kullanılabilir hale getirir.

Kök mimarisi ve dallanma modelleri verimli su ve besin alımı için gereklidir. Örneğin, toprağa temas den dış hücre tabakası küçük kök kılları oluşturur. Bu özelleşmiş hücreler, hem aktif hem de pasif işlemlerle suyu emen geniş bir yüzey alanına sahiptir.

Örneğin, su ve çözünmüş besinler pasif olarak tüm hücre duvarlarını ve hücreler arasındaki boşlukları içeren apoplast içine yayılabilir. Hücre zarındaki boşluğa semplast denir. Su, sempata hücre zarı boyunca ozmoz yoluyla girerken, besinler aktif nakil yoluyla alınır.

Su ve mineraller sempati içine girdikten sonra, hücre-hücre bağlantıları yoluyla serbestçe kökün merkezine doğru hareket ederler. Bununla birlikte, apoplasttaki su ve besin maddelerinin Kaspari şeritleri tarafından stele girmesi engellenir. Kaspari şeritler, steli çevreleyen endodermisin hücrelerinde su geçirmeyen mantar özü katmanlarıdır.

Bu yapılar potansiyel olarak istenmeyen veya toksik elementlerin geçişini engeller. Kökün merkezine girmek için, tüm çözünen maddelerin bir plazma zarını geçmesi gerekir. Sempozyum suyuna girdikten sonra, besinler stele girerler ve bu da onları, temel rollerini yerine getirmek için bitki boyunca dağıtır.