BİTKİLERDE BESLENME BÜYÜME VE HAREKET Ömer YANIK Biyoloji Öğretmeni 2010 / BURSA

Kaliforniya”daki Devasa Sekoya ağacı Dünya üzerindeki en geniş bitkidir.

Hedefler Bitkilerin büyüyüp gelişebilmeleri için hangi inorganik besinlere ihtiyaçları olduğunu kavramak. Çevresel olayların bitkiler tarafından nasıl algılandığını kavramak. Hormonların bitkilerin büyümesi üzerine olan etkilerini kavramak. Bitkilerin ışığa , kimyasal maddelere doğru yönlenmelerinin nedenlerini kavramak. Genetik mühendislikte bitkilerin nasıl kullanıldıklarını kavramak.

Dolly isimli koyun , klonlama yöntemiyle oluşan ilk memeli olmasına rağmen bitkilerde klonlama 1950 ‘li yıllardan beri uygulanmaktadır. Bitki kloanlaması , süs ve kültür bitkilerinin elde edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bitkiler ortamlardaki ışığı ve mevsimsel değişiklikleri algılamak için ışığa duyarlı moleküller kullanırlar. Bitki büyüme ve gelişmesi hormonlarla düzenlenir. Hormonlar etki ettikleri yerlerden farklı yerlerde meydana gelen kimyasal bileşiklerdir. Bitki organları plazmodesmalar yoluyla birbirlerine bağlantılı hücrelerden oluşan dokulardan meydana gelir.

BİTKİLERDE BESLENME Bitkiler organik maddelerinin ,büyük bir oranda ,yapımı için gerekli CO2’i havadan sağlarlar aynı zamanda topraktaki su ve mineral şeklindeki besin elementlerine de bağımlıdırlar. Bitkiler dokuz makrobesin elementine ve en az sekiz mikrobesin elementine gereksinim duyar.Makrobesin elementleri karbon, hidrojen, oksijen , azot ve organik bileşiklerdeki diğer ana bileşenleri içerir.Pek çok mikrobesin elementi enzimlerin kofaktörleri olarak katalitik işlev görür. Bir mineralin eksikliğinin neden olduğu bozukluklar , o elementin işlevi ve hareketliliğine bağlıdır.Hareketli bir besin elementinin eksikliği , çoğunlukla yaşlı organları genç organlara göre daha fazla etkiler.Örneğin magnezyum eksikliği yapraklarda sararmaya neden olur.

Belçikalı fizikçi ,bitkilerin besinlerini topraktan aldıklarını İLK ARAŞTIRMA Belçikalı fizikçi ,bitkilerin besinlerini topraktan aldıklarını ispatlamak için bir deney planlamıştır. Van Helmont içinde 90.9 kg toprak içeren bir saksıya bir söğüt fidanı dikmiştir.Beş yıl sonra söğüt fidanı 76.8 kg ağırlığındaki bir ağaç haline gelmiştir.Fakat toprakta sadece 0.06 kg lık bir toprak eksilmesi olmuştur. Bitkinin ağırlığındaki artış neden kaynaklanmaktadır ? Jan Baptista Van Helmont 1577-1644 Van Helmont söğüdün esas olarak düzenli olarak sudan aldıklarıyla büyüdüğü sonucuna varmıştır. 100 yıl sonra İngiliz fizyolog Stephen Hales bitkilerin büyük ölçüde havadan beslendiğini öne sürmüştür.(Fotosentez sayesinde aldıkları CO2 ile)

Bir bitki tarafından emilen suyun %90 dan fazlası terleme ile kaybedilir.Bir bitkinin kuru ağırlığının %95’i organik geri kalan inorganiktir.Köklerden alınan oksijen ve dışarı verilen karbondioksit solunum sonucu oluşur. Bitkilerde hangi besinin ne rol oynadığını anlamak için sadece o maddenin eksik olduğu bir çözelti içinde geliştirilir ve kontrol grubu ile kıyaslanır.

Element Bitkiler tarafından Başlıca işlevi kullanılabilir formu Makrobesinler Karbon CO2 Bitkinin organik bileşiklerinin ana bileşeni. Oksijen CO2 “ “ Hidrojen H2O “ “ Azot NO2 , NH4 Nükleik asitlerin ,proteinlerin,hormonların ve koenzimlerin bileşeni. Kükürt SO4 Koenzim yapısındaki proteinlerin bileşeni. Fosfor H2PO4 , Nükleik asitlerin, fosfolipitlerin,ATP ve baz koenzimlerin bileşeni. Potasyum K Protein sentezinde kofaktör, su dengesinde iş gören çözünen ana madde, stomaların işlevinde yer alır. Kalsiyum Ca Hücrenin çeperlerinin oluşumu ve kararlığında zar yapısının ve geçirgenliğinin sürmesinde , hücrenin uyarılabilmesinde yer alır. Magnezyum Mg Klorofil bileşeni, pek çok enzimi aktifleştirir. Mikrobesinler Klor CI Fotosentezde suyun ayrışması için gerekli, su gengesinde iş görür. Demir Fe Sitokromların bileşeni, bazı enzimleri aktifleştirir. Bor H2BO3 Klorofil sentezinde kofaktör, karbonhidrat sentezinde ve nükleik asit sentezinde yer alabilir. Manganez Mn Amino asitlerin oluşumunda aktif , bazı enzimleri aktifleştirir , fotosentezin su ayrıştırma basamağında gerekli Bakır Cu Pekçok redoks ve lignin biyosentezi enziminin bileşeni Molibden MoO4 Azot tespiti için elzem , nitrat indirgenmesinde kofaktör olarak iş görür. Nikel Ni Azot metabolizmasında iş gören bir enzimin kofaktörü.

Sağlıklı Fosfat eksikliği Potasyum eksikliği Azot eksikliği

Bitki beslenmesinde toprağın rolü Kayaların parçalanmasından köken alan çeşitli büyüklükteki partiküller , çeşitli parçalanma aşamasındaki organik madde(Humus) ile birlikte toprakda bulunur. Humus kilin sıkışmasını önler ve suyu tutan gevrek bir yapı oluşturur.Humus ayrıca mikroorganizmalar organik maddeleri ayrıştırınca yavaşca toprağa geri dönen mineral besin maddelerinin bir deposu olarak iş görür. Toprakdaki pek çok mineral ( K, Ca, Mg) kil partiküllerinin negatif yüklü yüzeylerine elektriksel çekimle tutunmuştur.Toprakdaki hidrojen iyonları , kil partiküllerindeki mineral iyonları ile yer değiştirdiğinde pozitif yüklü mineraller , bitki için kullanılmaya hazır hale gelir. Katyon değişimi olarak isimlendirilen bu işlem , kökün kendisi tarafından teşvik edilir ve kökler ,H iyonu ve toprak çözeltisi içerisinde asit oluşturan bileşikler salgılar.

köklerdeki emici tüylerle bitkiye geçer. Su filmi tarafından Kuşatılmış toprak partikülleri Kök tüyü Bitkinin kullanabileceği su Hava Toprak partikülü + - - + K - K - - - - - - 2+ 2+ 2+ + Ca Cu K Mg + + H - H2O + CO2 H2CO3 HCO3 + H Kök tüyü Toprak suyu Toprakdaki katyon değiş tokuşu Solunumla toprağa verilen CO2 ,karbonik asite dönüşür ve hidrojen oluşur.Hidrojen toprak partiküllerine bağlı mineraller ile yer değiştirir ve bu mineraller daha sonra köklerdeki emici tüylerle bitkiye geçer. Toprakdaki hidrojen iyonları , kil partiküllerindeki mineral iyonları ile yer değiştirdiğin de pozitif yüklü mineraller , bitki için kullanmaya hazır hale gelir. Buna katyon değişimi denir.

Bitki beslenmesinde Azotun rolü Toprak bakterilerinin metabolizması , azotu bitkilerin kullanabileceği forma dönüştürür. Bitkiler havadaki gaz azotu kullanamaz.Bitkilerin azotu alabilmesi için azotun önce amonyum (NH4) ya da nitrata (NO3) bakteriler(Nitrifikasyon) tarafından dönüştürülmesi gerekir.Bitkiler tarafından proteinler ya da nükleik asitlerin yapısına katılan azot gene bakteriler tarafından inorganik azota (Denitrifikasyon) dönüştürülür. N2 N2 Nitrat ve Azotlu organik bileşikler köklerle taşınır Azot bağlayan bakteriler N2 Denitrifikasyon bakterileri Toprakdan alınan H iyonu + NH4 Toprak NH4 (amonyum) Nitrit bakterileri NO3 (Nitrat) Amonyak bakterileri Organik Madde (Humus) Kök

BİTKİLERDE GENETİK MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARI Bakteriden elde edilen Plazmide istenen gen eklenerek rekombinant plazmit oluşturulur.Daha sonra bu plazmit bitki hücrelerine aktarılarak bitki DNA sına katılımı sağlanır. Bu yöntem sayesinde yabancı otları öldüren ilaca karşı dirençliliği sağlayan genler pamuk bitkilerinin DNA larına aktarılır ve ilaçlar yabancı otları öldürürken pamuk bitkisi bu ilaçtan etkilenmez.

BİTKİSEL HORMONLAR Bitkilerde sinyal oluşumu ve iletimi Bitkiler dıştan ve içten gelen sinyallere karşı çeşitli tepkide bulunurlar. Özel bir reseptöre bağlanan bir hormon veya diğer bir madde sinyal sekonder mesaj- cılar üretmek için hücreyi uyarır.Sekonder mesajcılar , orjinal sinyale karşı hücrenin çeşitli tepkiler üretmesini tetikler. Hücrede sinyal oluşumunun üç farklı evresi evresi vardır.Bunlar algılama ,iletme ve yanıt verme şeklinde gerçekleşir.

Bir sürgün , güneş ışığına ulaşınca çok önemli morfolojik ve biyokimyasal değişiklikler geçirir.Bu değişiklikler yeşillenme olarak isimlendirilir.Yeşillenmede yer alan reseptör fitokrom olarak adlandırılır.Özel bir proteine bağlanmış ışık absorblayan bir pigmentdir.Yeşillenme süreci çok düşük düzeydeki ışık tarafından başlatılır. Sinyal algılandıktan sonra hücre içi iletimi başlar ve yüzlerce ikinci mesaj taşıyıcı molekül oluşturabilir.Fitokromun aktifleştirdiği G-proteinleri ikincil bir mesaj taşıyıcı olarak sıklik GMP’ı oluşturan enzim olan guanil siklazı aktifleştirir.Sonuçta protein kinaz adı verilen enzimler aktifleştirilir.Bununla birlikte çok çeşitli hormonlar ve çevresel uyartılar sitoplazmadaki Ca seviyesinde küçük bir artışa neden olur. Bu yolla protein kinazlar aktifleşir.Yeşillenme mekanizması sırasında fitokromun aktifleşmesinin ikincil mesaj taşıyıcıları olarak hem cGMP hem de Ca-Kalmodulin üretilmesiyle sonuçlanır. Yanıtın oluşması transkripsiyon faktörlerinin doğrudan DNA bölgesine bağlanması ile meydana gelir.Mevcut enzim moleküllerinin aktifleştirilmeside bir yanıt meydana getirir.

etkileyen proteinlerdir. Yeşillenmeden sorumlu proteinlerin çoğu fotosentezde görev alan enzimlerdir.Diğerleri klorofilin üretilmesini sağlayan ve büyümeyi düzenleyen hormonların seviyesini etkileyen proteinlerdir.

Bitkiler çevresel uyartılara hormonlarla cevap verirler Bütünlüğü bozulmamış bitki organlarının uyartıya yönelmelerine ya da o uyartıdan uzaklaşmalarına neden olan büyümeye yanıt tropizma olarak isimlendirilir.Işığa yönelim ise pozitif fototropizmadır. Sadece koleoptilin ucu ışığı algılayabilir, fakat kıvrılma uçtan belli bir uzaklıkta oluşur.Bir sinyal çeşidinin ,uçtan aşağı taşınması gerekir. Sinyal ,geçirgen bir engelden geçebilir fakat katı bir engelden geçemez. Bu sinyal oksin adlı büyüme hormonudur.Işık almayan bölgede daha çok bulunması o bölge nin büyümesine neden olur ve sürgün ucu ışığa doğru yönlenmeye başlar.

Ucun yerine bir blok konduğunda koleoptilden agar blok’a geçebilen bir kimyasal kök koleoptilin uzamasını teşvik eder. Eğer blok karanlıkta tutulan ve ucu kesilmiş bir koleptilin ucunun uzağına yerleştirildiğinde organ,tek taraftan ışık alıyormuş gibi kıvrılır. Oksin sürgünde hücrelerin uzamasını teşvik etmektedir.

Bitki hormonları Hormonlar Bitkide üretildiği yer Ana işlevler Oksin Tohumun embriyosu,apikal Gövde uzamasını , kök büyümesini ,hücre tomurcukların meristemleri farklılaşmasını ve dallanmayı teşvik eder. genç yapraklar meyve gelişimi düzenler, fototropizma Sitokininler Köklerde sentezlenir ve Kök büyüme ve farklılaşmasını etkiler, hücre diğer organlara taşınır bölünmes ve büyümesini teşvik eder, çimlenmeyi teşvik eder. Giberelinler Apikal tomurcukların ve Tohum ve tomurcuk çimlenmesini , gövde köklerin meristemleri ,genç uzamasını ve yaprak büyümesini arttırır yapraklar , embriyo çimlenmeyi ve meyve gelişimini teşvik eder kök büyümesini ve farklılaşmasını etkiler Absisik asit Yapraklar,gövdeler ,kökler Büyümeyi engeller,su stresi sırasında yeşil meyva stomalar kapanır ,dormansinin kırılmasını önler Etilen Olgunlaşan meyve dokuları Meyve olgunlaşmasını arttırır,bazı oksin gövdelerin nodyumları ,yaşlanan etkilerini bastırır, türe bağlı olarak köklerin yapraklar ve çiçekler yaprakların ve çiçeklerin büyümesini arttırır ya da engeller Brassinosteroidler Tohumlar, meyveler , gövdeler Kök büyümesini engeller , yaprak absisyonunu yapraklar ve çiçek tomurcukları engeller ,ksilem farklılaşmasını arttırır.

Esas olarak sürgünün apikal meristeminde üretilen oksin ,farklı hedef dokularda hücre uzamasını teşvik eder. Kökler ,embriyolar ve meyveler gibi aktif olarak büyüyen dokularda üretilen sitokininler yapraklarda ve gövdede büyümeyi teşvik eder. Giberellinler gövde de hücre büyümesini ve bölünmesini uyarır, meyve bağlanma sını sağlar , tohumların uygun ortamlarda çimlenmesini sağlar. Tohumlarda dormansi absisik ait tarafından sağlanır.Ayrıca bitkilerin kuraklığa karşı koymasını sağlar. Etilen meyve olgunlaşmasının kontrol edilmesini sağlar.Programlanmış hücre ölümü sırasında üretilir.Yaprakların dökülmesini sağlar. Kimyasal olarak hayvanlardaki eşey hormonlarına benzeyen brassinosteroidler hücre uzaması ve bölünmesini teşvik eder.

Hücre duvarı Lifleri arası polisakkaritleri Hücre duvarı enzimleri Mikrofibril Oksin etkisiyle Aktive olan Proton pompası Oksin, bir gövdenin uzama bölgesinde, plazma zarındaki proton pompalarını uyarır. Bu etkileşim sonucu dakikalar içinde hücre çeperinin pH’ı düşer.Çeperin asitleşmesi ekspansin adı verilen enzimleri aktifleştirir.Selüloz mikrofibriller arası bağlantılar kopar ve hücre çeperi gevşer.Zar potansiyellerindeki artış sonucu hücreye iyon alınımı artar ve kofullara su girer.Bu da hücrenin uzamasına neden olur.

Bir akçaağaç yaprağındaki absisyonu etilen ve oksin dengesindeki değişiklik kontrol eder.Yaşlanan bir yaprak giderek daha az oksin üretir.Absisyon tabakası böylece oluşmaya başlar.Etilenin absisyon tabakası üserindeki etkisi arttıkça selülozu ve hücre çeperlerinin diğer bileşenlerini parçalayan enzimler üretilir. Yaprak düştükten sonra kabuktaki bir koruyucu doku yaprak izi haline gelir.Bu yaprak izi bitkiyi patojenlere karşı korur. 0.5 mm Dal Koruyucu Absisyon Petiyol tabaka tabakası

GA Bir tohum çimlenirken başlangıçta su alır ve gibberellin hormonu salgılanır.Bu hormon etkisiyle alöron tabakasından enzimler salgılanır(alfa-amilaz).Bu gibi enzimler etkisi ile endospermde depolanmış besinler parçalanmaya başlar ve embriyo bir fideye dönüşür.

Bitkilerin ışığa tepkisi Bitkiler yalnız ışığın varlığını değil , aynı zamanda yönü,şiddetini ve dalga boylarını da saptarlar.Klorofilin mavi ve kırmızı ışıktaki absorsiyonu en yüksek değerdedir. İki ışık reseptör sınıfı vardır.Heterojen bir mavi-ışık reseptörler grubu ve fitokromlar olarak adlandırılan kırmızı ışığı absorblayan fotoreseptörler ailesi. Fototropizma, çimlenme sırasında toprak üstüne çıkan bir fidede hipokotil uzaması ve stoma açılmasının uyarılması gibi olaylarda mavi ışık etkili olmaktadır. Bitkiler mavi ışığı tanımak için üç farklı tipte pigment kullanırlar.Bunlar kriptokrom (Hipokotil uzamasının engellenmesi için) fototropin(Fototropizma için) ve karotenoyit olarak adlandırılan zeaksantin(Stoma açılması için) dir.

Işığa doğru kıvrılma fototropin olarak adlandırılan mavi-ışık reseptörü tarafından kontrol edilir. Mısır koleoptillerindeki fototropizmanın bu etkin spektrumunda yalnız 500nm’nin altındaki dalga boyları kıvrılma oluşturur. Her çiftte üstteki resimler deneme nin başında alınmıştır, alttaki resim belirtilen renklerdeki ışık yandan verildikten 90 dakika sonra alttaki resim çekilmiştir.

Fitokromlar , bir bitkinin tüm yaşamı boyunca ,yani tohumdan çiçeğe kadar ,ışığa verilen yanıtların pek çoğunu düzenler.Marul tohumlarının çimlenmesi incelendiğin de ,660 nm dalga boyundaki kırmızı ışığın ,herhangi bir ışığa maruz bırakılmayan kontrol tohumlarına göre ,marul fidlerinin çimlenmesini en fazla arttırdığını ortaya çıkarmıştır.Bu tür tohumlar ışık koşullarında bir değişiklik oluncaya kadar uyku halinde kalırlar. Gölge yapan bir agacın ölmesi ,tarla sürülmesi gibi olaylar çimlenme için uygun ortam oluşturur. Uzak kırmızı (730nm) ışık ise kontrollere göre marul tohumlarının çimlenmesini engellemiştir. Karışık ışık koşullarında ise en son uygulanan ışık flaşı etkilidir. Sorumlu olan fotoreseptör bir fitokromdur.Fitokrom protein olmayan ve kromofor olarak iş gören kısma kovalent olarak bağlanmış bir proteinden oluşur.

Bir fitokromun kromoforunun iki izometrik formu vardır Bir fitokromun kromoforunun iki izometrik formu vardır.Bu iki birbirine dönüşür. İzomerlerden biri kırmızı ışığı diğeri ise uzak-kırmızı ışığı absorblar. Kırmızı ışık Pr Pfr Uzak kırmızı Bir fitokrom işlevsel bir molekül oluşturmak için birleşmiş birbirinin aynı iki proteinden oluşmuştur. Kromofor Fotoreseptör aktivitesi.Fotoreseptör olarak iş gören bir bölge protein olmayan pigment ya da kromofora kovalent bağla bağlanır. Kinaz aktivitesi.Diğer bölge protein kinaz aktivitesine sahiptir.Fotoreseptör bölge alınan ışığın hücresel tepkilere dönüşmesi için kinaz bölgeleri ile etkileşir.

Sentez Kırmızı ışığa bırakılan marul tohumlarında Pr ,Pfr’ye dönüşür.Böylece çimlenme sağlanır.Bitkiler fitokromu Pr olarak sentezler.Eğer tohumlar güneş ışığı alırsa fitokrom kırmızı ışığa maruz kalır Pfr oluşur ve çimlenme başlar.Tohumlar karanlıkda kalırsa pigment Pr formunda kalır. Güneş ışığı hem kırmızı ve hemde uzak kırmızı ışık içerir.Gündüzleri Pr ile Pfr arasında dinamik bir denge vardır.Eğer bir ormanda diğer agaçlar bir ağacı gölgelerse fitokrom oranı Pr lehine değişir.Çünkü ormanın oluşturduğu örtü kırmızı ışığı daha fazla eler.Böylece ağacın kaynakları büyümeye harcanır.Bu sefer ışığı doğrudan almaya başlar ve Prf oranı artar çiçeklenme başlar.

Biyolojik saatler ve Fotoperiyot Biyolojik saatler bitkilerde ve diğer ökaryotlarda günlük ritimleri (sirkadian ritim) kontrol eder.Bu ritimlerdeki dalgalanmalar iç kaynaklıdır ve 24 saatlik bir peryoda göre ayarlanır. Tohum çimlenmesi , çiçeklenme ve tomurcuk dormansisinin oluşması ,kırılması yılın belirli dönemlerinde ortaya çıkar.Bitkilerin yılın belirli bir dönemini belirlemek için kullandıkları çevresel uyartı fotoperyotdur.Fotoperyot gece ve gündüzün nispi uzunluğudur. Çiçeklenme için kritik uzunlukdan daha kısa bir ışık periyoduna gereksinim duyan bitkilere kısa gün bitkileri denir.Bu bitkiler yaz sonunda , sonbaharda ya da kışın çiçek açarlar.Örnek sütleğen , soya fasulyesi.Uzun gün bitkileri ise ilkbahar sonunda ya da yaz başında çiçek açarlar.Turp ,marul,süsen gibi bitkiler.Bazı bitkiler de ise çiçeklenme fotoperyotdan etkilenmez.Örnek domates, pirinç gibi.

Gece , kritik karanlık periyodunu aştığı zaman çiçeklenme gerçekleşir.Karanlık periyodunun ışık flaşı ile kesintiye uğratılması çiçeklenmeyi önler. Çiçeklenme gece , kritik karanlık periyodundan kısa olduğunda gerçekleşir.Gece uzunluğu ışık flaşıyla kısaltılabilir.

BİTKİLERDE HAREKET Bitkiler , ışık , yer çekimi veya dokunma gibi çevresel uyarıcılara karşı tepki gösterir.Bitkinin gelen uyarının yönüne bağlı olarak pozisyon değiştirmesine tropizm denmektedir.Uyarının geldiği yöne doğru harekete pozitif tersi yöndeki harekete negatif tropizm denir. Fototropizm:Bitkinin ışığın geldiği yöne doğru büyümesidir.Sürgünlerde pozitif fototropizm görülürken köklerde negatif fototropizm gözlenir. Işık

Jeotropizm:Bitkinin yer çekimi etkisinde gösterdiği büyümedir.Sürgünler genellikle negatif jeotropizm gösterirken , kök uçları pozitif jeotropizm göstermektedir. Hidrotropizma,Kemotropizma ve Tigmotro pizma diğer tropizma çeşitleridir. Nasti:Uyaranın yönüne bağlı olmaksızın gerçekleşen hareketlerdir.Örnek olarak küstüm otuna dokunulunca tüm yapraklar aşağı doğru sarkar. Çeşitleri:Fotonasti,Termonasti,Sismonasti Taksi (Yer Değiştirme) Hareketleri Uyaranın yönüne bağlı olarak, özellikle tek hücreli bitkilerin yer değiştirme hareketidir. Uyaranın yönü önemli olduğu için (+) ve (–) taksi hareketinden söz edilir.   Işık Fototaksi .Sıcaklık Termotaksi. Kimyasal madde Kemotaksi

Değerlendirme Bitki gelişimini , eksikliğinde etkileyen inorganik maddelerin önemlileri hangileridir. Bitkiler çevreden gelen sinyalleri nasıl algılarlar. Başlıca büyüme hormonları hangileridir. Bitkiler hareketlerini nasıl gerçekleştirirler. Bir tohumun kış koşullarında çimlenmemesini hangi olaylar sağlar. Bitki gelişimi genetik mühendisliği sayesinde nasıl değiştirilebilir.

E-Mail : omeryan@hotmail.com