Hazırlayan: Sena TAHAN Danışman: Yrd. Doç. Yılmaz KAYA Su-Hücre İlişkisi Hazırlayan: Sena TAHAN İrfan Can ALTIN Danışman: Yrd. Doç. Yılmaz KAYA

Su-Hücre İlişkisi Bitkilerde suyun alınması ve taşınmasını iyi anlayabilmek için su-hücre ilişkisinin ve cereyan eden olayların iyi anlaşılması gerekir. Membran Geçirgenliği Membran geçirgenliği gazların, sıvıların ve sıvıda çözünmüş maddelerin membrandan geçebilme durumlarıdır. Biyolojik bir membrandan madde geçebilir veya geçemez. Maddeyi geçiren membrana geçirgen (permeable) membran ve maddeyi geçirmeyenede geçirmeyen (impermeable) membran denir. Geçirgenlik Durumuna Göre Membranlar: Tam Geçirgen (fully permeable) Yarı Geçirgen (semi permeable) Farklı (Seçici) Geçirgen (Differentially permeable)

Yarı geçirgen membranlardan ise yalnızca çözücü maddeler geçer. Tam geçirgen membranlardan çözücü maddeler ile çözünen maddelerin tamamı geçer. Yarı geçirgen membranlardan ise yalnızca çözücü maddeler geçer. Farklı (seçici) geçirgen membranlardan çözücü maddeler ile çözünmüş maddeler arasında yalnızca seçilmiş olanlar geçer. https://www.cabi.org/isc/datasheet/55911

Difüzyon Çevrede bulunan sıvı, gaz ve katı maddelerin bitki tarafından alıması çoğunlukla difüzyon şeklindedir. Çevredeki maddeler bitkiye kısmen toprak üstü organları ve kısmende kökleri aracılığıyla alınmaktadır. Çeşitli maddelerin bitkiler tarafından çevreye verilmeleri de asal olarak difüzyon ile gerçekleşir. Bu yolla fazla miktarda su buharı bitkilerin yaprak ve toprak üstü organlarından atmosfere verilmektedir. Aynı şekilde bitkilerden oksijen, karbondioksit gazları ile uçucu koku giderici tuzlarda difüzyon ile atmosfere verilmektedir. Bitkilerde bir organdan ötekine maddelerin taşınmaları çok karışık mekanizmalar yanında difüzyon ile de gerçekleşmektedir Hücreler arası boşluklara gazların geçişi ve hücreler içinde su ve mineral maddelerin hareketi aynı şekilde difüzyon ile gerçekleşmektedir. Kısaca bitkilerde cereyan eden fizyolojik olayların hemen hemen tümü difüzyon ile doğrudan veya dolaylı yoldan ilişkilidir

Kitle Hareketi Difüzyondan tümüyle ayrımlı bir olaydır. Kitle hareketinde hareket eden birimler difüzyonda olduğu gibi tek tek molekül halinde değil birlikte hareket eden atomların yada moleküllerin oluşturduğu kitlelerdir. Gazlarda kitle hareketine rüzgar ve hava akımı iyi bir örnektir. Bacadan sıcak havanın çıkmasıda buna başka bir örnektir

Difüzyon Basıncı Gazlarda basınç ile ilgili olayların pek çok yönleri hava basıncını ölçmeye yarayan barometrelerin çalışmasındaki ilkeler ele alınarak açıklanabilir. Sıvı ve katılarda gazlar gibi difüzyon basıncına sahiptir. Ancak sıvı ve katıların fiziksel yapıları nedeniyle difüzyon basıncı gazlara göre daha az açıklıkta gözlenebilir. Kısacası difüzyon herhangi bir madde moleküllerinin yüksek difüzyon basıncına sahip yerden düşük difüzyon basıncına sahip yere geçişi olarakta tanımlanmaktadır.

Madde molekülleri bağımsız şekilde difüzyon ederler Madde molekülleri bağımsız şekilde difüzyon ederler. Bu olguya bağımsız difüzyon denir. Difüzyonun bağımsız bir şekilde oluşması bitkilerde büyük bir öneme sahiptir. Bitki hücrelerinde aynı anda çeşitli madde molekülleri difüzyon basınçları farkı nedeniyle hücre içine girerken öteki madde mollekülleri yine kendi difüzyon basınçları farkı hücre dışına çıkmaktadır.

Difüzyon Hızına Etki Yapan Etmenler Difüzyon Eden Maddenin Miktarı Sıcaklık Difüzyonun Oluştuğu Ortam Difüzyon Basıncı Çözünme Derecesi Difüzyon Eden Parçacıkların Büyüklük Ve Ağırlıkları

Osmozis Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış ortamda su yoğunluğunun yüksek olduğu yerden düşük olduğu yöne geçişidir. Osmozis difüzyonun özel bir şeklidir. Osmozis ile difüzyon arasındaki tek fark osmozisde yarı geçirgen bir membran bulunmasıdır. Bitkilerde osmozis sürekli devam eden bir olaydır. :

Osmozisin laboratuvarda gösterilmesi

Osmozisin Bitki-Su İlişkisi Yönünden Önemi Osmozis topraktan bitkilerin su absorbe etmelerinde hayati öneme sahiptir. Bitkilerde hücreden hücreye suyun taşınmasında osmozis önemli rol oynar. Bitkilerde yaprakların canlı görünmesine ve organların şeklini korumasında rol oynar. Bitkilerde gözeneklerin açılıp kapanmasını kontrol etmektedir

Difüzyon Ve Osmozis Arasındaki Farklar Fiziksel bir olgudur. Fizyolojik bir olgudur. Difüzyon her hangi bir ortamda cereyan edebilir. Osmozis sıvı ortamda cereyan eder. Difüzyon eden parçacıklar katı, sıvı ve gaz halinde olabilir. Difüzyon eden parçacıklar yalnızca çözücüde bulunan moleküllerdir. Difüzyon sistemin her yanında denge oluşunca durur. Osmozis osmotik basıncın oluşma durumuna bağlı olarak durur. Yarı geçirgen bir membranın bulunmasına gerek yoktur. Yarı geçirgen membranın bulunması esastır. Bağımsız enerji farkına bağlı olarak iyonları, atomların ve moleküllerin yüksek konsantrasyona sahip bir yerden düşük konsantrasyona sahip bir yere net geçişidir. Yarı geçirgen bir membrandan konsantrasyonu düşük ve çözünmüş madde miktarı az olan yerden konsantrasyonu yüksek ve çözünmüş madde miktarı fazla olan yere özel bir difüzyon şeklidir. Difüzyon Ve Osmozis Arasındaki Farklar

Osmotik Basınç Osmotik basınç gerçek anlamda bir basınç değildir. Gerçekte çözeltideki çözünmüş madde miktarını gösterir.

Turgor Basıncı Bitki hücresinde olduğu gibi yarı geçirgen membranla çevrili hücrelerde oluşan gerçek anlamda bir basınçtır. Hayvan hücrelerinden farklı olarak bitki hücresinin, protoplazma membranı dışında sert ve kısmen elastik olmayan bir yapıya sahip hücre duvarı ile çevrili olmasıdır. Bu özelliklerden dolayı bitki hücrelerinde geniş sınırlar içinde değişen turgor basıncı görülmektedir.

Şişme Bitki-su ilişkisinde etkili olan ve bilinmesi gereken bir başka olay da şişmedir. Osmozis gibi şişme de difüzyonun özel bir şekli olarak düşünebilir. Şişme asal olarak şişen maddenin ve şişirici çözeltinin difüzyon basınçları arasındaki fark ile ilgili olarak ortaya çıkmaktadır. Şişen maddenin difüzyon basıncı düşük olduğu sürece maddeye suyun girişi sürmektedir.

Şişme Basıncı Osmotik basınca özdeş şekilde şişme basıncı, şişen maddenin kimi özelliklerini ortaya koyması yönünden önemlidir. Şişme basıncı maddenin şişmesi anında oluşan gerçek basıncı göstermez. Kısacası bir çözeltide su miktarının çözünen katı madde miktarına oranı büyüdükçe osmotik basınç küçülmektedir. (birim maddeye karşı su miktarı arttıkça şişme basıncıda azalmaktadır)

Şişme Üzerine Etki Yapan Etmenler Çözeltinin Sıcaklığı pH Çözeltinin Osmotik Basıncı Şişmede Hacim Ve Enerji Değişiklikleri

Plazmoliz Canlı bir bitki hücresi, osmotik basıncı hücre suyunun osmotik basıncına eşit bir çözelti izotonik çözelti içerisinde bırakılırsa, çeşitli yönlerden hücrede bir değişiklik görüşmez. Buna karşın bitki hücresi osmotik basıncı hücre suyunun osmotik basıncından düşük hipotonik çözelti ya da yüksek hipertonik çözelti içerisine bırakılacak olursa hücrede kolaylıkla görülen çeşitli değişiklikler ortaya çıkar. https://www.camirafabrics.com/na/be-inspired/design-stories/nettle-collection

Tam Plazmoliz Tam plazmoliz durumunda protoplazma hücre içinde büzülebileceği kadar büzülür, sitoplazma ve plazma membranı hücre duvarından içeri doğru çekilir ve ekzosmoz nedeniyle kıvrımlı bir durum alır.

Su-Bitki İlişkisi Bitkiler için su diğer canlılar gibi yaşamsal öneme sahiptir. Bitkisel üretimi sınırlandıran etmenlerin başında su gelir. Yeterli suyun olmaması bitkide öncelikle ürünün nitelik ve niceliğini olumsuz şekilde etkiler. Bitki hücrelerinde turgor basıncının düşmesi hücre büyümesini olumsuz şekilde etkiler. Su hücre büyümesi ve bölünmesi için gereklidir. Bitkiler doğal koşullar altında toprakta yetişmektedir.

Atmosferin su potansiyeli bitki organlarının su potansiyelinden çok daha küçüktür aradaki fark 6-10 kat civarındadır. Bu nedenle bitkilerden atmosfere sürekli su kaybı gerçekleşir Bu olgu toprak ile atmosfer arasında da söz konusudur. Toprağın su potansiyeli atmosferin su potansiyelinden daha yüksektir. Bu nedenle sürekli topraktan atmosfere su kaybı oluşur.

Topraklarda Su Durumu Su bitki ilişkisinin açılanmasında ve anlatılmasında toprağın su durumu, büyük önem taşımaktadır. Toprak içerdiği inorganik kaya parçacıkları, organik metaryeller, çözünmüş madde içeren toprak çözeltisi ve genelde atmosfer ile denge halinde olan gaz fazı ile kompleks canlı ve değişken bir sistemdir. Ana kayanın dağılıp parçalanmasıyla oluşan toprağın inorganik katı fazı farklı büyüklüklere sahip kaba kum, kum, silt ve kil parçacıklarından oluşmuştur Toprak parçacıklarının belirli bir oranda karışımı toprak tekstürü olarak adlandırılmaktadır %40 kum, %40silt ve %20 kil karışımlarından oluşan toprak genelde tınlı toprak olarak tanımlanmaktadır. Buna karşın kumlu toprak %15 ‘ den daha az silt ve kil içerirken killi toprak %40’ın üzerinde kil içermektedir.

Bitki Kökleri Tarafından Su Absorbsiyonu Doğal koşullar altında bitkiler gereksinim duydukları suyun tamamına yakınını kök sistemleri aracılığıyla almaktadırlar.kök sistemlerine göre bitkiler; A) Yüzeysel kök sistemine sahip olanlar B) Derin kök sistemine sahip olanlar Yüzeysel kök sistemine sahip olan bitkiler gereksinim duydukları suyun büyük bölümünü yağışlardan ve sulama sularından almaktadırlar.(lahana,mısır) Derin köklü bitkilerde ise kök sistemi toprak üstü gövde uzunluklarından çok daha derine inmektedir. (domates,mango,elma)

Suyun etkin şekilde alınabilmesi için büyüme ucundan başlayarak kökün toprakta suya doğru sürekli şekilde uzaması gerekir. Bu uzama bitkinin yaşına,fizyolojik durumuna ve bitkinin su gereksinimine göre değişmektedir. Su alımı az da olsa meristematik yörede su emilimi gerçekleşmektedir. Bunun az olmasının sebebine suyu alacak iletim borularına sahip olmaması gösterilmektedir. Kök sisteminde su emiliminin en fazla olduğu yöre daha önce işaret edildiği gibi kök tüyü yöresidir. (Ayan, 2018)

Su Absorbsiyonunun En Fazla Olduğu Yörelerin Kökün Uzamasına Kesitinde Diagramatik Olarak Gösterilmesi

Gece en yüksek düzeyde gerçekleşirken gündüz gerçekleşmez. Aktif Su Absorbsiyonu Pasif Su Absorbsiyonu Gece en yüksek düzeyde gerçekleşirken gündüz gerçekleşmez. Öğleye yakın dönemlerde maksimum düzeyde ve gece minimim düzeyde gerçekleşir. Su absorbsiyonu osmotik ve osmotik olmayan kurallara göre gerçekleşir. Su absorbsiyonu transpirasyona bağlı olarak gerçekleşir. Kök tüyü hücrelerinden absorbe edilen su simplastik yoldan hareket ederek ksilem iletim borularına taşınır. Kök tüyü hücrelerinden absorbe edilen su apoplastik yoldan hareket ederek ksilem iletim borularına taşınır. Su absorpsiyonu bitki kökünde gerçekleşir. Su absorbsiyonu bitki kökü olmadan da cereyan eder. Ksilem iletim borularında pozitif basınç oluşur. Ksilem iletim borularında negatif basınç (emme gücü) oluşur. Sıcak ve yağışlı yörelerde geçerlidir. Sınırlama olmaksızın gerçekleşir. Bu kuramı kök basıncı, terleme, guttasyon gibi olaylar desteklemektedir. Bu kuramı transpirasyon/ su absorbsiyonu oranı desteklemektedir.

Absorbe Edilen Suyun Taşınması Atmosferin su potansiyeli, daha öncede işaret edildiği gibi, toprak çözeltisinin su potansiyelinden genellikle daha düşüktür. Su potansiyelleri arasındaki bu fark suyun taşınma yönünün normalde toprak çözeltisinden atmosfere, bir başka anlatımla bitkide yukarı doğru taşınmasının başka bir nedenidir. Toprak-bitki-atmosfer arasında oluşan su potansiyelleri arasındaki fark ise suyun taşınmasında önemli bir etmendir. Kök ucundan girişinden başlayarak bitkinin en uç tepe noktasına değin suyu taşınması üç aşamada açıklnabilir; 1) Toprak çözeltisindeki suyun kök ucundan emilerek epidermisi,korteksi, ve endodermisi geçerek ksilem iletim borusuna girmesi 2) İletim borularına giren suyun yukarı doğru uzun yol ile taşınması 3) Gaz molekülleri halindeki suyun atmosfere gitmesi şekindedir.

Suyun Ksilem İletim Borularına Taşınması Kök ucundan absorbe edilen su apoplat, transhücre, ve simplat olmak üzere üç değişik yoldan ksilem iletim borusu vessel lümenine taşınmaktadır. Kök ucundan absorbe edilen su apoplat yolunda her hangi bir membrandan geçmeksizin hücre duvarları arasında hücre duvarları arasında oluşan yoldan endodermise değin gelmektedir. Transhücre yolunda ise su bir hücrenin bir tarafından girip diğer tarafından çıkmakta ve sonra sıradaki hücreye girmektedir. Bu şekilde hücreden hücreye girip çıkan su endodermisi de geçerek ksilem iletim borusu vessel lümenine girmektedir. Simplast yolunda su plazmodezmler aracılığıyla hücreden hücreye taşınmakta ve ksilem iletim borusu vessel lümenine girmektedir.

Bizi Dinlediğiniz İçin Teşekkür Ederiz… Kaynakça : Prof. Dr. Burhan KACAR/ GENEL BİTKİ FİZYOLOJİSİ KİTABI

SORULAR 1.)Membranların geçirgenlik durumlarını nedir? Geçiş durumlarına göre açıklayınız. 2.)Plazmoliz ve deplazmoliz nedir? Açıklayınız 3.)Difüzyona etki yapan etmenler nelerdir? Açıklayınız 4.)Difüzyon ve osmozis arasındaki farklar nelerdir? Açıklayınız. 5.)Aktif su absorbsiyonu ve pasif su absorbsiyonu arasındaki farklar nelerdir? Açıklayınız.