اساس این فرآیند پتانسیل اسمزی است. در پتانسیل اسمزی منبع یا مادر، آب ساده یا مقطر است. آب مقطر حاوی هیچگونه املاح ، یون یا مواد غذایی نیست، بنابراین در این حالت هدایت الکتریکی یا EC برابر صفر است و به دنبال آن پتانسیل اسمزی نیز صفر است. حال هر چه مواد غذایی و یا به طور کل مواد حل شونده به آب اضافه شود EC یا هدایت الکتریکی افزایش می یابد که بر اساس کل مواد جامد محلول (Total Dissolved Solids) محاسبه می شود. اگر TDS را در عدد ۲ ضرب کنید EC به دست می آید اما واکنش پتانسیل اسمزی بر عکس EC است و منفی خواهد شد. پس هرچه آب از حالت مقطر خارج شود EC بالاتر و پتانسيل اسمزی بیشتر به سمت منفی خواهد رفت. در این زمان یک قانون مهم فیزیکی بر اساس گرادیان غلظت شکل می گیرد. مواد حل شونده و آب از نقطه ای که دارای EC بیشتر و پتانسیل اسمزی مثبت تر است به محلی می رود که EC کمتری دارد و پتانسیل اسمزی منفی تر است و این یک تناقض بین این دو فرآیند است. اما این روش جذب در علم تغذیه گیاهی بسیار مهم و کارآمد است و می تواند به شدت به کارشناسان این رشته و برنامه نویسان یاری برساند. برای اینکه مطلب را فرا بگیرید به تصویر زیر بنگرید:
برای فهم بهتر تصویر هر جا پتانسیل اسمزی منفی تر است یعنی EC بیشتر است را فرزند می نامیم و هر جا پتانسیل اسمزی مثبت تر یا منفی کمتری دارد و به صفر نزدیک تر است را مادر می نامیم. بر اساس مطالعات رفتاری در خانواده همواره مادر به دنبال تربیت فرزند و از بعد منفی آن را خارج می کند. در این پدیده نیز این مهم رخ می دهد همیشه آب و مواد غذایی از محلی که مثبت تر هستند (مادر) به سمت محلی می روند که منفی تر است تا آن را مثبت نمایند (فرزند) حال با این فرمول می توانید روند جریان توده ای را به راحتی فرا گیرید. پتانسیل اسمزی در محلول یا آب خاک ۲۰ ̶ است در حالیکه ریشه گیاهان دارای پتانسیل اسمزی ۴۰ ̶ است و این یعنی آب خاک مادر و ریشه گیاه فرزند است در این حالت آب که دارای انواع مواد غذایی است به سمت ریشه حرکت و جذب خواهد شد که البته مکانیسمهای جذب نیز متفاوت هستند.
در قسمت بعدی شکل پتانسیل اسمزی ساقه ۶۰- است پس آب از طریق ریشه جذب و به سمت ساقه حرکت خواهد کرد و برگ با پتانسل اسمزی ۱۰۰ ̶ روند جذب را به سمت بالا یعنی اتمسفر (هوای اطراف گیاه ادامه خواهد داد) جوانه های رأسی، میوه ها، گل ها و… همگی دارای پتانسیل اسمزی منفی تری نسبت به برگ هستند بنابراین آب و مواد غذایی در آنها جریان یافته و روند حرکتی ادامه می یابد.
اما این روند تا کجا ادامه دارد؟
جواب این سوال به وضعیت هوا و اتمسفر اطراف گیاه مرتبط است.
هرچه رطوبت هوا کمتر و هوا خشک تر بوده و تابش خورشید و نور آن بیشتر باشد پتانسیل اسمزى اتمسفر يا هوا منفی تر است. همانطور که در شکل نیز مشاهده می کنید اتمسفر با پتانسیل اسمزی 500- مترین بوده و سرانجام حرکت آب از خاک مسلماً به سمت اتمسفر است. پس می توان گفت همواره فرزند نهایی، اتمسفر است که مادر یعنی آب گیاه به سمت آن حرکت خواهد کرد تا آنرا به صفر و مثبت نزدیک کند. این پدیده تکامل بسیار با ارزش است و می توان گفت اگر این چرخه به هر دلیلی کاهش یابد و یا قطع شود حیات از روی کره زمین از بین خواهد رفت.
علت از بین رفتن حیات در اثر کاهش چرخه Mass Flow چیست؟
دو علت اصلی و ۱۵ علت فرعی دارد که در نظر ما دو علت مهمتر است:
- عناصر غذایی مثل نیتروژن، کلسیم، منیزیم و گوگرد تنها با این روش قابل جذب هستند، دقت کنید %۹۹ از نحوه جذب و حرکت نیتروژن در خاک با این روش است و ٪۸۸ از مقدار جذب کلسیم، %۷۳ از جذب منیزیم و %۹۴ از میزان جذب گوگرد نیز با جریان توده ای انجام می شود. عناصر پرمصرف یا ماکرو در تغذیه عبارتند از نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و گوگرد.
هما نطور که مشاهده کردید تنها فسفر و پتاسیم با این روش جذب و حرکت ندارند و این مهم یعنی %۷۵ از عناصر پر مصرف از روش جریان توده ای حرکت کرده و جذب می شوند. حال نکته مهمتر که ما را متوجه وابستگی این پدیده به حیات می کند آن است که در کره زمین حیات وابسته به گیاهان است چرا که آنها اتوتروف بوده (قادرند برای خود غذاسازی کنند و نیاز به موجودات زنده دیگر ندارند) و سایر موجودات هتروتروف هستند ( قادر نیستند برای خود غذا سازی انجام داده و برای حیات وابسته به گیاهان هستند). گیاهان به دلیل قدرت انجام فتوسنتز، اتوتروف هستند و برای این موضوع نیاز به جذب آب، دی اکسید کربن و نور خورشید دارند. جذب آب به جریان توده ای وابسته است.
عامل فتوسنتز یعنی کلروفیل نیز به جریان توده ای وابسته است. کلروفیل که بسته اصلی فتوسنتز است دارای حلقه ای است به نام پورفیرین این حلقه به شکل زیر است:
همانطور که دیده می شود در وسط حلقه عنصر منیزیم قرار گرفته که با چهار باند اصلی به نیتروژن متصل است. این حلقه ها نیز با پیوند و باند نیتروژن ها به هم متصل می شوند و انتقال الکترون، توزیع انرژی و حرکت جذر و مدی در طول مزوفیل برگ و پهنه آن بر عهده این حلقه هاست. پس عنصر مهمی چون دو شاخص اصلی حلقه پورفیرین نیتروژن و منیزیم به عهده جریان توده ای است.
حذف جریان توده ای = حذف جذب آب = حذف جذب نیتروژن و منیزیم = حذف حلقه پورفیرین = حذف کلروفیل = حذف بسته فتوسنتز= حذف کارخانه غذاسازی گیاهان = حذف اتوتروف = حذف حیات در کره زمین.
2. اما در جریان توده ای عنصری همانند کلسیم نیز دخیل است و از اهمیت خاصی از نظر فیزیولوژی برخوردار است به طوری که کلسیم عنصر اصلی در رشد گیاهان است. علی رغم تفکر بسیاری از کارشناسان که کلسیم را تنها به عنوان عنصر اصلی ماندگاری میوه و پیشگیری از بیماری و آفات می دانند اما کلسیم عنصر اصلی در رشد رویشی خصوصاً رشد رأسی ریشه و ساقه است. برای تقسیم سلولی و رشد ساقه نیاز است تا در ابتدا سلولها به تورژسانس نهایی برسند. در این حالت از طرف دیواره سلولی به مولکولهای آب و از طرف مولکولهای آب به بدنه سلولها و دیواره سلولی نیرو وارد می شود. برآیند نیروها دقیقاً سیگنال اصلی به گیاهان برای تقسیم سلولی است. به عبارت دیگر اگر برآیند دو نیرو یکسان باشد نشان از آن است که سلول در حالت تورگر کامل است. آماس یا تورم نهایی که نام دیگر تورگر است نشان از تورژسانس قوی سلولی و نهایی آن است. این مهم دقیقاً زمان تقسیم سلولی است. کلسیم جذب شده در فرآیند جریان توده ای یا Mass Flow پیش ساز آنزیم شکستن کمربند و دیواره بین سلولهاست که به دنبال آن تقسیم سلولی و نهایتاً رشد صورت می گیرد. اگر میزان جذب آب کاهش یابد یعنی کلسیم به اندازه کافی جذب نمی شود پس فشار تورگر و تورژسانس کافی رخ نمی دهد و به دنبال آن خبری از تقسیم سلولی و رشد نیز نیست و این یعنی توقف گیاه، عدم رشد شاخ و برگ، عدم رشد میوه و گل که باعث از بین رفتن کامل پادشاه حیات خواهد شد.
اما غیر از این دو علت، امامی کورپ دلیل مهمتر دیگری را نیز دخیل می داند. در گیاه شناسی و فیزیولوژی برای بیان صحیح مراحل پرورش گیاهان واژه رشد و نمو را به کار می برند اما این دو کلمه بایستی جایشان عوض شود. اگر می خواهید بفهمید حیات روی کره زمین چگونه انجام می شود و جداً اشراف مخلوقات گیاهان هستند باستی بدانید که اول نمو صورت می گیرد و پس از آن رشد آغاز می شود. این واژه از جایی نشأت می گیرد که نشان می دهد گیاهان قبل از اینکه اقدام به رشد کنند نیاز مبرم دارند تا نقشه رشد خود را کشیده باشند. آنها باید بدانند چگونه رشد کنند، به عبارت دیگر باید بدانند می خواهند رشد کنند تا به چه چیزی تبدیل شوند. برگ، میوه، گل و ریشه و … چه خواهند شد؟ و به این سوال توسط ترکیبات شیمیایی پاسخ داده می شود که با غلظت بسیار کم، اثر بسیار مهم و تاثیر گذاری دارند. در یک اندام ساخته می شوند اما در اندامی دیگر مصرف می شوند که ممکن است از محل تولید فاصله بسیار زیادی داشته باشند این ترکیبات را هورمونهای گیاهی می گویند. هورمونها به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
(1) هورمونهای پیش برنده، (2) هورمونهای بازدارنده
- پیش برنده ها سه مدل اصلی هستند : جیبرلین[1] ، اکسین[2] و سایتوکین[3]
- بازدارنده ها به دو مدل اصلی تقسیم می شوند آبسیزیک اسید[4]و اتیلن [5]
هورمونهای پیش برنده یا هورمونهای رشد، نمو گل سپس رشد گل، نمو برگ سپس رشد برگ و نمو ریشه و سپس رشد ریشه و … را به عهده دارند.
با مطالب یاد شده می توان نتیجه گرفت مغز متفکر گیاهان هورمونها هستند و آنها تصمیم می گیرند تا گیاهان چگونه، چقدر و تا به کی رشد کنند. بعضی از هورمونهای رشد در رأس مریستم انتهایی تولید می شوند مانند اکسین و بعضی دیگر در ریشه ساخته می شوند همانند سایتوکنین اما محل ساخت با محل مصرف متفاوت است. ترانسفر شدن آنها به منظور اثر گذاری نمو، بسیار مهم است به همین منظور روشهای انتقال در طول ساقه، برگها و … را بایستی شناخت. بعضی از هورمونها حرکت یک طرفه دارند مثلاً از بالا به پایین و یا برعکس و بعضی حرکت دو طرفه دارند و این حرکتها به شدت تابع جریان توده ای یا تعرق هستند. هر چه میزان تبخیر و تعرق بیشتر باشد قطعاً جریان توده ای بیشتر خواهد شد و در نتیجه حرکت آب از خاک به سمت اتمسفر با سرعت بیشتری رخ می دهد. به نحوی که آب با مقدار و سرعت بالا از ریشه به سمت اندامهای هوایی می رود و در نتیجه همراه با خود هورمونها را نیز به سمت بالا می برد. روند حرکت هورمونها و جریان توده ای به شدت به یکدیگر وابسته هستند. پس یادتان باشد اگر جریان توده ای به هر دلیل کاهش یابد جریان حرکت هورمونها نیز کند و در نهایت متوقف می شود و این مهم ترین اثر تکاملی جریان توده ای است.
با توضیحاتی که ارائه شد، می توان به اهمیت فرآیند جریان توده ای پی برد. دلیل این موضوع که بسیاری از کشاورزان از توقف رشد گیاهان خود شکایت دارند را می توان توضیح داد. از مهمترین عوامل توقف رشد، کمبود شدید کلسیم در گیاه است که در صورت بررسی ماندگاری گل در گیاهان گلخانه ای شاخه بریده، ماندگاری میوه در سبزی و صیفی گل خانه ای و … اثبات این کمبود آشکار است. اگر دلیل را پیگیری کنید خواهید دید آبیاری بی رویه، رطوبت بالای اتمسفر اطراف گیاه و مواردی از این قبیل میزان تبخیر و تعرق را کاهش داده و جریان توده ای را کاهش می دادهر عاملی که روند تبخیر و تعرق [6](ET) را به هر دلیلی کاهش دهد در مقابل جریان توده ای سد می سازد و عناصر مهمی چون نیتروژن، کلسیم، منیزیم جذب نخواهند شد. در بسیاری از مواقع شما در یک مزرعه، باغ یا گل خانه ریزش گلهای جوان را می بیند و دلایل زیادی را برای آن در نظر می گیرید اما مهمترین دلیل آن قطع جریان توده ای است که به دنبال آن هورمون سایتوکنین ساخته شده در ریشه به گلها نمی رسد و در نتیجه رشد و تقسیم سلولی و جلوگیری از نشر هورمونهای بازدارنده مختل و گلها سقط[7] می شوند. خلاصه روند حرکت عناصر غذایی به صورت دیاگرام زیر است:
فرآیندهای حرکت و جذب ریشه به همدیگر کاملاً وابسته هستند. قطعاً جذب بدون حرکت ریشه و رسیدن مواد غذایی به محل جذب بی معنا خواهد بود. فرآیند جذب توسط گیاهان به دو فرآیند اصلی تقسیم می شوند:
- جذب فعال که نیازمند به انرژی تنفسی است و با شرایط هوازی انجام پذیر است.
- جذب غیر فعال که نیاز به انرژی ندارد.
جذب فعال[8]: یون ها با استفاده از انرژی آزاد شده در اثر شکستن مولکول پرانرژی ATP[9] که در اثر تنفس تولید می شود از پلاسمودسماتا حرکت می کنند که به این فرایند پمپ یون گویند. غلظت موجود سدیم و پتاسیم در داخل سلولهای گیاهی در کنترل پمپهای پتاسیمی و سدیمی و باز و بسته شدن روزنه ها حائز اهمیت هستند. تعادل این عناصر با ورود و خروج از طریق پمپ یون صورت می گیرد و در بسیاری از موارد اگر عناصر از طریق جذب فعال به داخل ریشه کشیده نشود، غلظت ها به هم خورده و نهایتاً خلل جبران ناپذیری در فتوسنتز رخ می دهد. واکوئل ها در گیاهان یکی از مهم ترین انبارهای ذخیره آب و یونها هستند که در زمان مقرر با خروج یون تعادل را در دو سمت سلول و روزنه ها ایجاد می کنند. دقت داشته باشید جذب فعال تنها در شرایط هوازی امکان پذیر است در غیراینصورت ATP شکسته نمی شود و انرژی تأمین نمی شود و در نهایت گیاه دچار کمبود شدید خواهد شد. در شرایط بی هوازی که ناشی از آبیاری بی رویه است و رطوبت بالا را به دنبال دارد از دو طریق به گیاه صدمات جبران ناپذیر وارد نماید:
الف) قطع جریان توده ای به علت قطع تبخیر و تعرق و در نهایت قطع حرکت عناصر ضروری پرمصرف نیتروژن، کلسیم، منیزیم و گوگرد. ب ) عدم نفس و شکستن ATP و نبود انرژی کافی برای جریان فعال
عناصری که با جریان توده ای حرکت می کنند عبارتند از: کلسیم، منیزیم، نیتروژن و گوگرد
[1] Gibberellin
[2] auxin
[3] Cytokinin
[4] Abscisic acid
[5] Ethylene
[6] Evapotranspiration
[7] Flower absission
[8] Absorption
[9] Adenosine triphosphate
