Bitki Metabolizması - Bitki Fizyolojisi - Bitki Su Metabolizması

Bitki fizyolojisi bitkilerin hayatları süresince meydana gelen çeşitli hayati olay ve
belirtilerini inceleyen bir bilimdir. Bitkilerde meydana gelen hayat olayları ise, hücrenin
canlı maddesindeki kimyasal ve fiziksel değişimlerden ibarettir. Şu halde daha genel bir
deyimle canlılarda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişimler sonucunda beliren olaylar
fizyolojik olaylardır. Bu fizyolojik olayların nasıl ve niçin belirdikleri sorusuna da bitki
fizyolojisi cevap vermeye çalışır.
1.1. Bitki Fizyolojisinin Bölümleri
Canlılarda ve aynı şekilde bitkilerde gerek yapı ve gerekse bileşim devamlı bir
değişim halindedir. Bu devamlı değişme, canlılık için tipik bir harekettir. Bundan dolayı bir
bitkinin sadece yapı ve bileşimini incelemek bize hayat olaylarının, yani fizyolojik olayların
tam bir açıklamasını vermez. Bitkiyi oluşturan maddelerin değişimini ve her bitkide özel
olan şekil değişimlerini de incelemek gerekir. Bitkilerdeki maddelerin değişimi olaylarının
tümü genel anlamı ile metabolizma diye adlandırılır. Metabolizmayı inceleyen bitki
fizyolojisine de metabolizma fizyolojisi denir. Bitkilerde büyüme, gelişme ve hareketi
inceleyen bitki fizyolojisine de büyüme, gelişme ve hareket fizyolojisi denir.
1.2. Metabolizma Fizyolojisi
Bitki hücrelerinde meydana gelen kimyasal olaylara metabolizma denir.
Metabolizma iki çeşittir. Hücre içindeki yapım olaylarını inceleyen metabolizmaya
anabolizma (asimilasyon), yıkım olaylarına inceleyen metabolizmaya katabolizma (disimilasyon) denir.
Bitki hücrelerinde gerçekleşen olayları incelemeden önce, bir bitkinin yapısına hangi
elementlerin katıldığı ve bunların bitki hayatı için önemlerinin ne olduğunu öğrenelim.
1.2.1. Bitkiyi Oluşturan Elementler
1.2.1.1. Su
Bitki ve bitki organlarının büyük bir kısmını su oluşturur. Su, bitkilerin bütün hayati
faaliyetleri için zorunlu bir maddedir. Hücre sitoplazmasının yaklaşık % 82’sini su oluşturur.
Ayrıca bitkilerin hayatında çok önemli rolleri olan, çeşitli besleyici madensel maddelerin
eriticisi olması bakımından da önemlidir. Bundan başka bütün metabolik faaliyetlerin olması
için de su gerekir.
1.2.1.2. Kuru Madde
Bitkiyi oluşturan kuru madde organik ve inorganik bileşiklerden oluşur. Organik
bileşikler, karbonhidratlar, proteinler ve yağlardır. İnorganik bileşikler ise çeşitli minerallerdir.
Yapılan araştırmalar bitkilerin yapısında yeryüzünde bulunan 92 elementin de
bulunabileceği yönündedir. Ancak bunlardan özellikle 10 elementin esas oldukları
anlaşılmıştır. Bu elementlere esas elementler ya da makro elementler denir. Bu elementler
C, H, O, N, K, Ca, Mg, Fe, S, P’dir.
Bitki fizyologlarının yaptığı araştırmalarda B, Zn, Cu, Mn, Mo ve Cl da bitkiler için
gerekli olduğu anlaşılmıştır. Ancak bu elementlerin daha az miktarlarının bitkiler için yeterli
oldukları anlaşıldığından bunlara mikro elementler denmiştir.
Yukarıda mikro element diye tanımlanan elementlerle bunların dışında daha birçok
başka elementlerin de bitkilerde çok az yoğunluklarda bulundukları ve belli bazı etkilerle
bitki metabolizmasını etkiledikleri anlaşılmıştır. Bu elementlere de iz elementler denir.
Makro elementlerin görevleri şunlardır;
Karbon: Karbonhidratların temel elementidir.
Azot: Protein yapısında yer alır.
Fosfor: Bazı proteinlerin yapısında yer alır. Ayrıca hücrede ATP, DNA, RNA’nın yapısına
katılır. Hücre çekirdeğini oluşturan yapıtaşları için zorunlu olduğu, ayrıca karbonhidrat
metabolizmasında da görev aldığı bilinmektedir.
Kükürt: Bazı proteinlerin yapısına katılır.
Magnezyum: Klorofil yapımında kullanılır.
Demir: Klorofil yapımında enzimatik faktör olarak görev yapar.
Kalsiyum: Hücre çeperi yapımı için zorunlu bir maddedir.
Potasyum: Bu elementin büyüme ve bölünme olaylarında iş gördüğü, klorofil yapımı ve
karbonhidrat metabolizmasında enzimatik etki gösterdiği bilinmektedir.
1.2.1.3. Minimum YasasıBir bitkinin hayati olaylarını normal şekilde sürdürebilmesi için gerekli elementleri
bulması gerekir. Ancak gerekli olan elementlerden yalnız biri bile yeterli olmazsa bitkinin
gelişmesi bu elemente bağlı olarak sınırlanır. Tıpkı birçok dilimden yapılmış fıçının sadece
bir dilimi yarım olursa, yarım olan kısmı kadar su alır. Minimum yasası da bu şekilde açıklanabilir.
1.2.2. Su ve Suda Erimiş Maddelerin Alınması
Su bitkileri ile havada bulunan sudan yararlanabilme yeteneğinde olan birkaç bitki
hariç, diğer bütün bitkiler suyu topraktan almak zorundadır. Su toprakta, toprak taneciklerine
yapışmış ve tanecikler arasındaki boşlukları doldurmuş halde bulunur. Bu nedenle, toprak
taneciklerinin büyüklükleri, bileşimleri toprağın su tutma kapasitesini farklılaştırır.
Toprak tanecikleri arasındaki suyu bitkilerin alabilmesi için, bitkilerin emme
kuvvetine sahip olmaları gerekir. Bitkiler bu emme kuvvetini iki şekilde sağlar.
 Bitkilerin yapısını oluşturan maddelerin şişme yetenekleri,
 Bitki hücrelerinin öz sularının yoğunluğu
Bitkilerde su ve suda erimiş maddelerin alınmasını incelemeden önce emme
kuvvetini ortaya koyan fiziksel kuralları inceleyelim.
1.2.2.1. Şişme
Tamamen su dolu bir testinin ağzı kuru ağaçtan bir tıpa ile kapatılırsa bir müddet
sonra tıpanın testinin ağzına sıkıştığı görülür. Bu duruma tıpa şişti deriz. Şişme denince,
kolloid cisimlerin özellikleri olan katı yapılarını kaybetmeden su almaları ve hacimlerinin
artması anlaşılır. Kolloid cisimler, birçok molekülün bir araya gelmesiyle oluşan yapılardır.
Kolloidleri oluşturan birçok molekülün bir araya gelmesiyle oluşan yapılara da misel adı
verilir. Miseller arasındaki boşluklara da miseller arası alanlar denir. Böyle kolloid yapıda
bir madde su alınca, su miseller arasını doldurur ve miseller birbirinden uzaklaşır. Bunun
sonucunda da şişen maddenin ilk hacmi artmış olur. Bazen bitkisel yapılarda şişme ile ilk
hacmin 15- 100 katına ulaştığı görülür. Her bitki organının şişme kapasitesi farklıdır. En çok
şişme tohumlarda görülür.
1.2.2.2. Difüzyon
Madde molekülleri, bulunduğu ortamda kendi kinetik enerjisiyle hareket eder. Bu
hareket maddenin gaz, sıvı ve katı oluşuna göre değişir. Gaz molekülleri, sıvı ve katı
moleküllere göre daha hareketlidir.
Şekil 1.1: Difüzyon
Moleküllerin, yoğunluklarının çok olduğu yerden az olduğu yere yayılmasına
difüzyon denir. Hücre madde alışverişinin önemli kısmını difüzyonla yapar. Difüzyon olayı,
hücre zarının kontrolü altında yapılır. Yani hücre zarından geçebilecek büyüklükteki
maddeler, difüzyon ile alınır ya da verilir. Örneğin; oksijen, karbondioksit, aminoasit ve yağ
asitleri gibi küçük moleküller difüzyon ile alınıp verilirken, nişasta ve glikojen gibi büyük
maddeler difüzyonla alınıp verilemez.
Difüzyon hızına etki eden faktörler şunlardır:
 Yoğunluk farkı: Hücrenin içindeki ve dışındaki madde moleküllerinin
arasındaki yoğunluk farkı yoksa difüzyon olmaz. Yoğunluk farkı arttıkça difüzyon hızı artar.
 Sıcaklık: Sıcaklık artışı moleküllerin kinetik enerjisini artırdığından difüzyonu hızlandırır.
 Molekül büyüklüğü: Moleküller küçüldükçe difüzyon hızlanır. Büyüdükçe yavaşlar.
 Yüzey genişliği: Yüzey arttıkça difüzyon hızlanır.
Hücrelerde difüzyon hızının yeterli olmadığı hallerde, difüzyon hızının artırılması
gerekebilir. Hücreler bazı maddelerin geçişini hızlandırabilmek için hücre zarındaki taşıyıcı
proteinleri kullanır. İşte glikoz gibi maddelerin hücre zarından taşıyıcı proteinler yardımıyla
geçişine kolaylaştırılmış difüzyon denir.
1.2.2.3. Ozmos
Su moleküllerinin yarı geçirgen bir zarın kontrolü altındaki difüzyonuna ozmos
denir. Ozmos çözen maddenin yarı geçirgen zardan geçişidir. Ozmos olayını
kavrayabilmemiz için çözeltileri tanımamız gerekir. Çözeltiler, çözücü madde ile çözünen
maddeden oluşur. Hücre içindeki çözeltiye yani hücre öz suyuna göre üç tip çözelti vardır.
 İzotonik çözelti: Çözünen madde konsantrasyonu, hücre öz suyu ile eşit olan çözeltidir.
 Hipotonik çözelti: Hücreye göre çözünen madde konsantrasyonu az olduğu çözeltidir.
 Hipertonik çözelti: Hücreye göre çözünen madde konsantrasyonunun daha
fazla olduğu çözeltidir.
Şekil 1.2: Yarı geçirgen zarla ayrılmış iki çözeltideki ozmos olayı
Difüzyonun özel bir şekli olan ozmos olayında su molekülleri, çok yoğun oldukları
ortamdan az yoğun ortama geçer. Aralarında yarı geçirgen zar bulunan iki çözeltiden, içinde
çözüneni çok olan, çözüneni az olan taraftan su emer. İşte bu emme kuvvetine ozmotik
basınç denir. Ozmotik basınç hücrede su miktarı arttıkça düşer, su miktarı azaldıkça
yükselir. Ozmotik basınç, çevreden hücre zarına doğru yapılır. Buna karşılık bir de hücre
içinden çepere doğru yapılan basınç vardır. Bu basınca da turgor basıncı denir. Turgor
basıncının nedeni hücre içine giren sudur. Hücreye su girdikçe turgor basıncı artar, ozmotik
basınç ise azalır. Ozmotik basınç, turgor basıncından büyükse hücre su alır. Ozmotik basınç
ile turgor basıncı arasındaki fark emme kuvveti olarak adlandırılır. Ozmotik basınç ile turgor
basıncı eşit ise hücre ozmotik denge halindedir.
1.2.3. Bitki Hücresindeki Ozmotik Durum
Bitki hücreleri bulundukları ortamdan su ve suda çözünmüş maddeleri alır. Canlı
hücrede yarı geçirgen bir zar, selüloz, hücre çeperi, az veya çok yoğun bir eriyikle dolu koful
bulunur. Canlılar ozmotik kurallara göre madde alışverişi yapar. Ozmos olayı yoğunluk
eşitliği halinde sona erer. Hücrenin canlı kalabilmesi için ozmosun devam etmesi gerekir. Bu
da metabolik faaliyetlerle sağlanır.
1.2.3.1.Turgor
Hücrenin su alarak zarının gerilmesine turgor denir. Hücre içinde oluşan bu basınca
da turgor basıncı denir. Turgor basıncı otsu bitkilerde, bitkiye direnç ve diklik kazandırır.
Evimizdeki saksı çiçeklerinin susuz kaldıklarında yapraklarının pörsümesi, su verilince
yeniden eski haline dönmesi bu nedenledir. Bitkilerde her dokunun su alabilme yeteneği
farklıdır. Bir organın iç ve dış dokularında farklı su alabilmeleri sonucu farklı turgor
basınçları oluşur. Bu durum asimetrik gerginlik oluşturarak kıvrılma, yönelim ve ırganım
hareketleri oluşturur.
1.2.3.2. Plazmoliz
Bitki hücresi kendi koful öz suyunun yoğunluğundan daha yoğun bir eriyiğin içine
konursa o zaman hücre yavaş yavaş su kaybeder ve dış ortama su verir. Bunun sonucu olarak
hücre büzülür. Bu olay hücre öz suyunun yoğunluğu ile dış ortamın yoğunluğu eşit olana
kadar sürer. Bu duruma plazmoliziz denir.
Şekil 1.3: Bitki hücresinde plazmoliz olayı
Bu şekilde plazmolize uğramış hücre, saf suyun içine konursa su alarak eski haline
döner. Bu duruma da deplazmoliz denir.
1.2.3.3. Permeabilite(geçirgenlik)
Hücrede belli maddelerin alınıp verilmesi onun hayatiyetinin temel fizyolojik
olaylarındandır. Bitki ve hayvan hücreleri zarları her maddenin geçmesine aynı derecede izin
vermez. İşte zarların belli maddeleri kendi içlerinden geçmelerini tayin eden bu özelliklerine
permeabilite (geçirgenlik ) denir. Bazı zarlar her maddeyi geçirir. Bunlara tam geçirgen zar
denir. Bitki ve hayvan hücrelerinin zarları ise her maddeyi geçirmez. Bazı maddeler geçer,
bazıları ise geçmez. Bu zarlara da yarı geçirgen zar denir.
1.2.3.4. Ekzosmozis
Protoplazmik zarların geçirgenlik özelliği hücrenin hayatiyetiyle ilgilidir. Hücre
hayatiyetinin çeşitli sebeplerle zarar görmesi hücre zarının seçici geçirgenlik özelliğinin
değişime uğramasına sebep olur. Genel olarak hücrenin ölmesiyle geçirgenlik artar. Hücre
kofullarındaki maddeler dışarı çıkar. Bu duruma ekzosmozis denir. Örnek; kaynamakta olan
suyun içine çiçek veya meyve atılırsa renkleri hemen suya geçer. Oysa soğuk suda böyle bir
durum görülmez. Sıcak su bitkinin ölmesine sebep olmuş ve geçirgenlik artmıştır.
1.2.3.5. İyon Birikimi
Bitkiler için mineral tuzlarının önemi büyüktür. Bazı mineral tuzları bitki hücresinde
çok kullanılırken, bazı mineral tuzlarının çok az miktarı bitkinin yaşaması için yeterlidir.
Suyla birlikte alınan mineral tuzlarının hücrede fazla birikmeleri sakıncalı olabilir. Ozmotik
kurallara göre belli bir iyonun hücrede yoğunluğu dış ortamdakine eşit olunca alınması
durur. Ancak bazı iyonlar hücrede, içinde bulundukları ortamdan çok daha yüksek
yoğunluğa kadar koful içinde birikir. Bu durum hücrenin ozmotik basıncını artırır. Bu
duruma iyon birikimi denir. Örnek olarak lamaninaria verilebilir. Deniz suyunda iyot oranı
%0,0002’dir. Denizde yaşayan lamaninaria bitkisinde ise iyot oranı %0.06’dır.
Canlı olmayan hücrelerde iyon birikimi durur. Bu nedenle olayın canlılıkla ve
dolayısıyla enerji isteyen özellik taşıdığı solunumla ilişkisi anlaşılmıştır. İyon birikimi aktif
taşınma sayesinde gerçekleşir.
1.2.3.6. İyon Antogonizmi (Zıtlaşma)
Bitkinin yaşadığı ortamda birçok tuzların iyonları tek başlarına bulundukları zaman
bitki için zehirli etkiler yaptıkları halde, aynı iyon başka bir iyonla birlikte bitkiye
verildiğinde zehir etkisi görülmez. Bu durumda ikinci iyon birincinin zehir etkisini ortadan
kaldırmış olur. Buna iyon antogonizmi denir. Örneğin, buğday fidelerine sodyum klorür ve
kalsiyum klorür ayrı ayrı verildiklerinde fidelerin gelişmediği görülür. İki tuz belli oranlarda
karıştırılıp verildiğinde ise fidelerin normal geliştiği görülmektedir.
2. BİTKİLERDE SU KAYBI
2.1. Transpirasyon (Terleme)
Bitkilerde bitki yapısına alınan su, çeşitli hayat belirti ve faaliyetlerinde çok önemli
rol oynar. Bununla beraber alınan bu suyun büyük bir kısmının herhangi bir şekilde bitkiden
dışarıya verildiği de bilinmektedir. Genellikle bitkilerde su kaybı diye bilinen bu olay suyun
bitkilerden buhar halinde havaya verilişi veya sıvı halinde çıkışı şeklindedir.
Biliyorsunuz ki, havanın kurak ve nemli oluşuna göre değişen, belli bir su buharını
emme kuvveti vardır. Çamaşırların kuruması da havanın bu emme kuvveti sayesinde olur.
Havanın emme kuvveti, nemli havada az olduğundan böyle havada çamaşırlar kurumaz.
Hâlbuki kurak havada havanın emme kuvveti fazla olduğu için çamaşırlar çabuk kurur. İşte
havanın emme kuvveti sayesinde bitkinin hava ile temasta olan kısımlarından su buharının
dışarıya verilmesine transpirasyon (terleme) denir.
Transpirasyon olayı sadece fiziksel bir buharlaşma olayı değil, aynı zamanda
bitkinin canlılığı ile ilgili fizyolojik bir olaydır. Buharlaşma geniş yüzeyler üzerinde fazla
olduğundan, bitkilerde de yüzeylerinin geniş olması nedeniyle terleme öncelikle yapraklar
tarafından yapılmaktadır. Terleme sonucu bir miktar su kaybeden her yaprak hücresinin
yoğunluğu artar ve dolayısıyla emme kuvveti artmış olur. Emme kuvveti artan yaprak
hücreleri gövdenin iletim borularından su emer. Böylece odun borularının üst kısımları ile alt
kısımları arasında su yüzey gerilimi bakımından ortaya çıkan değişiklik suyun yukarı doğru
çekilmesini sağlar ve bunun sonucunda gövde kökten su emer. Kökte yeniden topraktan su
alabilecek duruma gelir.
2.1.1. Traspirasyonda Stomaların Rolü
Bildiğiniz gibi yaprak ve diğer organların dış yüzeyi, genel olarak kütikula ile
örtülüdür. Kütikuladan yapılan terleme çok azdır. Transpirasyon temelde yaprakların
genellikle alt yüzeyinde, bazen üst yüzeyinde, bazen de hem alt hem üst yüzeyinde bulunan
stoma = gözenek adı verilen yapılarla olur. Stomalar ayrıca bitkinin gaz alışverişini de
sağlar. Stomalar çeşitli durumlara göre açılıp kapanarak terlemeyi ayarlar. Bu suretle bitkinin
fazlaca su kaybına uğraması engellenir.
Şekil 2.1: Stomaların açılıp kapanması
Stomalar iki kapatma hücresi ile komşu hücrelerden oluşur. Stoma hücreleri bol
kloroplastlı olup, sırt çeperleri ince, karın çeperleri kalındır. Kapatma hücreleri arasında delik bulunur.
Bol kloroplastlı stoma hücreleri, ışıklı ortamda yoğun bir şekilde fotosentez yaparak
glikoz sentezler. Böylece stoma hücrelerinin ozmotik değerleri artarak komşu hücrelerden
stoma hücrelerine yoğun su girişi olur. Bunun sonucunda artan turgor basıncı, stoma
hücrelerinin ince sırt çeperlerini gererek stomaların açılmasını sağlar. Böylece gözenek
boşluğundaki su buharı havaya verilir.
Stoma hücreleri karanlıkta fotosentez yapmadığından glikoz yoğunluğu düşerek
ozmotok değerleri azalır. Bu durumda stoma hücrelerindeki su, komşu hücrelere geçer. Su
kaybeden stoma hücresi büzülerek kapanır. Bu da su buharı çıkışını durdurur.
2.1.2. Transpirasyonu Etkileyen Etmenler
Terlemeyi etkileyen etmenleri ikiye ayırarak inceleyebiliriz.
 Genetik faktörler: Stomaların yapısı, bulundukları yerler, stomaların sayısı ve
kütikula kalınlığı, yapraktaki tüy miktarı, yaprak alanı, yaprak hücrelerinin
ozmotik basıncı genetik faktörler içinde yer alır.
 Çevresel faktörler: Havanın nemi, rüzgâr, ışık ve ısı, topraktaki su miktarı
çevresel faktörlerin içinde yer alır.
2.1.3. Transpirasyonun Önemi
Traspirasyonun bitkiler için önemini iki ana başlıkta toplayabiliriz.
 Bitkiye devamlı su ve suda çözünmüş madde sağlamak
 Bitkinin aşırı ısınmasını engelleyerek şiddetli ışınım zararlarından bitkiyi korumak
2.2. Kök BasıncıKök hücrelerinin su yoğunluğu, toprağın su yoğunluğundan azdır. Bu yoğunluk
farkından doğan ozmotik basınç nedeniyle topraktan kök hücrelerine yoğun su girişi olur.
Böylece suyla dolan kök hücrelerinden odun borularına doğru bir su basıncı oluşur. Kökte
oluşan bu kuvvete kök basıncı denir. Bir bitkinin gövdesi, su emiliminin yüksek olduğu
zamanlarda toprağa yakın bir yerden kesilirse bu bölgeden sıvı çıktığı görülür. Bu sıvı kök
basıncının varlığını kanıtlar. Kök basıncı, suyu en fazla 25–30 metre yükseğe çıkarabilir.
2.3. Bitkilerde Sıvı Halde Su KaybıBitkilerde su kaybı her zaman buhar halinde olmaz. Bitkiler de azda olsa sıvı halde
su kaybeder. Sıvı halde su kaybetme iki şekilde olur.
2.3.1. Yaşarma
Açılan yaralardan (budama) kök basıncı etkisiyle sıvı olarak su kaybına yaşarma
denir. Bilhassa bağ budamada birçok kimsenin açıkça gördüğü bu olay kök basıncının suyu
aşağıdan yukarıya itmesiyle belirir.
2.3.2. Damlama (gutasyon)
Kök basıncının suyu yukarıya doğru itmesi, doğal durumlarda bazı bitkilerin
yapraklarında hidatot adı verilen özel yapılardan suyun damlacıklar halinde çıkmasına sebep
olur. Özellikle sabahın erken saatlerinde birçok bitkide gayet iyi görülebilen ve kök
basıncının etkisiyle beliren bu olaya gutasyon (damlama) denir.
Kısaca açıkladığımız damlama ve yaşarma olayları da kökün alınan suyun yukarıya
çıkmasını sağlayan itici bir güce sahip olduğunu ispat etmektedir