Abiotik Faktorların Bitki Metabolizmasına Təsiri
Bitki maddələr mübadiləsi, bitki hüceyrələrində həyatı, böyüməni və inkişafı təmin etmək üçün baş verən bütün kimyəvi reaksiyaların cəmidir. Metabolizm iki əsas proses qrupunu əhatə edir: anabolizm (fotosintez və zülal sintezi kimi mürəkkəb birləşmələrin sintezi) və katabolizm (tənəffüs kimi enerji istehsal etmək üçün birləşmələrin parçalanması). Bu iki prosesin uğuru yalnız genetik amillərlə deyil, həm də ətraf mühit şəraiti ilə müəyyən edilir. Abiotik amillər adlanan cansız ətraf mühit amillərinə işıq, temperatur, su, rütubət, torpağın pH dəyəri, duzluluq, qida maddələri, külək və CO₂ və O₂ kimi qaz konsentrasiyaları daxildir. Abiotik amillərdəki dəyişikliklər bitki maddələr mübadiləsinin səmərəliliyini artıra və ya azalda bilər , hətta məhsuldarlığı pozan stressə səbəb ola bilər.
1. İşıq və fotosintetik metabolizm
İşıq ən vacib abiotik amildir, çünki o, fotosintez üçün enerji mənbəyidir. Bu prosesdə xlorofil CO₂ və suyu qlükoza və oksigenə çevirmək üçün işıq enerjisini tutur. İşığın intensivliyi, keyfiyyəti (dalğa uzunluğu) və məruz qalma müddəti (fotoperiod) fotosintez sürətinə təsir göstərir.
Aşağı işıq intensivliyində fotosintez yavaş gedir, çünki xlorofil tərəfindən tutulan enerji məhduddur. İşıq intensivliyi artdıqca fotosintez sürəti doyma nöqtəsinə çatana qədər artır. Bundan sonra, artan işıq intensivliyi artıq fotosintezi artırmır, çünki digər amillər (məsələn, CO₂ və ya temperatur) məhdudlaşdırıcı olur. Çox güclü işıq əslində fotoinhibəyə, yəni fotosistemlərə, xüsusən də Fotosistem II-yə zərər verə bilər və nəticədə fotosintezin səmərəliliyi azalır. Bundan əlavə, mavi və qırmızı işıq spektri fotosintez üçün yaşıldan daha təsirlidir, çünki xlorofil daha çox qırmızı və mavini udur.
İşıq həmçinin hormonlar və genlər vasitəsilə maddələr mübadiləsini tənzimləyir, məsələn, xlorofil əmələ gəlməsinə, stomataların açılmasına və çiçəklənməsinə təsir göstərir. Beləliklə, işıq təkcə enerji mənbəyi deyil, həm də bitki metabolik yollarını istiqamətləndirən bir siqnal kimi çıxış edir.
2. Temperatur və ferment aktivliyi
Bitki metabolik reaksiyalarının əksəriyyəti fermentlər tərəfindən idarə olunur. Fermentlərin optimal temperaturu olduğundan, ətraf mühitin temperaturu metabolik reaksiyaların sürətini əhəmiyyətli dərəcədə müəyyən edir. Ümumiyyətlə, temperaturun artması reaksiya sürətini optimal nöqtəyə çatana qədər artırır, çünki molekulların kinetik enerjisi artır və bu da molekullar arasında daha tez-tez toqquşmalara səbəb olur. Lakin həddindən artıq yüksək temperatur ferment strukturlarına zərər verə (denatürasiya), hüceyrə membranının funksiyasını poza və istilik stressini tetikleyebilir.
Temperatur həmçinin fotosintez və tənəffüs arasındakı tarazlığa təsir göstərir. Yüksək temperaturda tənəffüs tez-tez fotosintezi üstələyir və karbohidrat ehtiyatlarını tükəndirir. Bu, uzun müddət davam edərsə, fotosintez məhsulları tənəffüs üçün istifadə edildiyi üçün böyümə ləngiyir. Əksinə, çox aşağı temperatur fermentativ reaksiyaları yavaşlada, qida maddələrinin udulmasını maneə törədə və ATF əmələ gəlməsini azalda bilər. Bəzi bitkilərdə aşağı temperaturlar hüceyrələrdə suyun donması səbəbindən toxuma zədələnməsinə də səbəb olur.
3. Su, hüceyrə turqoru və tənəffüs
Su hüceyrələrdə əsas həlledicidir və birbaşa fotosintezdə iştirak edir. Suyun mövcudluğu hüceyrə turgor təzyiqini müəyyən edir ki, bu da hüceyrənin böyüməsi, stomatal açılış və maddələrin ksilem və floem vasitəsilə daşınması üçün vacibdir. Bitkilərdə su çatışmazlığı olduqda (quraqlıq stressi), stomatalar buxarlanmanı azaltmaq üçün bağlanmağa meyllidir. Nəticədə, CO₂ axını azalır və fotosintez sürəti azalır.
Quraqlıq həmçinin stomatal bağlanma və gen ifadəsinin dəyişməsi də daxil olmaqla stress reaksiyalarını tənzimləyən absis turşusu hormonunun (ABA) toplanmasına səbəb olur. Digər tərəfdən, su çatışmazlığı ferment aktivliyini poza, sərbəst radikalların (ROS) əmələ gəlməsini artıra və membran zədələnməsinə səbəb ola bilər. Əksinə, artıq su və ya bataqlıq torpaqda oksigen səviyyəsini azalda bilər. Köklərdə O₂ çatışmazlığı müşahidə olunur, bu da aerob tənəffüsü azaldır və bitkiləri daha az enerji istehsal edən və etanol kimi zəhərli birləşmələr istehsal edə bilən anaerob tənəffüsə müraciət etməyə məcbur edir.
4. Qida maddələri və biomolekul sintezi
Bitki maddələr mübadiləsi makroelementlərə (N, P, K, Ca, Mg, S) və mikroelementlərə (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Ni) ehtiyac duyur. Qida maddələri tikinti blokları və ferment kofaktorları kimi çıxış edir. Məsələn, azot amin turşularının və xlorofilin əmələ gəlməsi üçün, fosfor ATF və nuklein turşuları üçün, maqnezium xlorofil molekullarının mərkəzində, dəmir isə elektron daşıma zəncirində rol oynayır.
Qida çatışmazlığı xarakterik metabolik pozğunluqlara səbəb olur. Azot çatışmazlığı zülal və xlorofil əmələ gəlməsini azaldır, nəticədə yarpaqlar saralır və fotosintez azalır. Fosfor çatışmazlığı ATF əmələ gəlməsini maneə törədir və anabolik reaksiyalar üçün enerjini azaldır. Kalium çatışmazlığı stomatal funksiyanı və osmotik balansı pozur və nəticədə fotosintetik məhsulların suboptimal daşınması baş verir. Beləliklə, torpağın qida maddəsinin vəziyyəti birbaşa fotosintetik intensivlik, böyümə və məhsuldarlıqla bağlıdır.
5. Torpağın pH-ı və qida maddələrinin mövcudluğu
Torpağın pH səviyyəsi qida maddələrinin həllolma qabiliyyətinə və mövcudluğuna təsir göstərir. Əgər pH səviyyəsi çox turşudursa, Al və Mn kimi bəzi elementlər həddindən artıq əriyib zəhərli hala gələ bilər, köklərə zərər verə və digər qida maddələrinin udulmasını maneə törədə bilər. Əgər pH səviyyəsi çox qələvidirsə, Fe, Zn və P kimi elementlər daha az mövcud olur və bu da bitki xlorozu və böyümənin ləngiməsinə səbəb olur.
Bir çox kök fermenti müəyyən bir pH diapazonunda optimal şəkildə işlədiyindən, pH-dakı dəyişikliklər kök metabolizmasına, o cümlədən ionların mənimsənilməsinə, proton pompasının aktivliyinə və üzvi maddələrin minerallaşmasına kömək edən torpaq mikroorqanizmlərinin işinə də təsir göstərir.
6. Duzluluq və osmotik stress
Yüksək duzluluq (yüksək duz tərkibi) iki əsas problemə səbəb olur: osmotik stress və ion toksikliyi. Osmotik stress, torpaqda su potensialının aşağı olması səbəbindən bitkilərin torpaq nəm görünsə də, suyu udmaqda çətinlik çəkməsi səbəbindən yaranır. İon toksikliyi Na⁺ və Cl⁻-ın toplanması səbəbindən yaranır ki, bu da K⁺ və Ca²⁺ kimi vacib ionların balansını pozur.
Maddələr mübadiləsinə təsiri olduqca genişdir: stomatal bağlanma səbəbindən fotosintez azalır, adaptasiya üçün tənəffüs artır və bitkilər osmotik təzyiqi tarazlaşdırmaq üçün prolin və müəyyən şəkərlər kimi osmolitlər əmələ gətirirlər. Bu osmolit əmələ gəlməsi enerji tələb edir, buna görə də böyümə tez-tez duzlu şəraitdə yavaşlayır.
7. CO₂ və O₂-nun konsentrasiyası
Havadakı CO₂ konsentrasiyası, xüsusən də C3 bitkilərində (düyü və soya kimi) fotosintez sürətinə təsir göstərir. CO₂-nin artması fotosintezi artıra bilər, çünki Kalvin dövrü üçün daha çox substrat mövcuddur. Lakin bu reaksiyaya hələ də temperatur və qida maddələri kimi digər amillər təsir göstərir. Bundan əlavə, yüksək CO₂ C3 bitkilərində fototənəffüsü azalda bilər və bu da daha səmərəli enerji istifadəsinə səbəb olur.
Bu arada, O₂ aerob tənəffüs üçün vacibdir. Torpaqda O₂ çatışmazlığı olduqda (məsələn, su basması səbəbindən), kök metabolizması pozulur və ATF istehsalı azalır. Nəticədə, qida maddələrinin mənimsənilməsi zəifləyir və biomolekul sintezi inhibə olunur.
8. Külək və rütubət
Külək və rütubət əsasən transpirasiya sürətinə təsir göstərir. Güclü küləklər yarpaq səthlərindən suyun buxarlanmasını artıra, su itkisini sürətləndirə və kök təchizatı kifayət deyilsə, su stressinə səbəb ola bilər. Aşağı rütubət transpirasiyanı artırır, stomataların bağlanmasına, CO₂ udulmasını azaltmasına və fotosintezin qarşısını almasına səbəb olur. Bununla belə, balanslaşdırılmış transpirasiya suyun və qida maddələrinin köklərdən yarpaqlara paylanması üçün də vacibdir.
Nəticə
Abiotik amillər bitki metabolizmasına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir, çünki onlar metabolik reaksiyaların baş verdiyi fiziki və kimyəvi şəraiti müəyyən edir. İşıq fotosintezi idarə edir və inkişaf siqnalı kimi xidmət edir; temperatur ferment aktivliyini və fotosintez-tənəffüs balansını tənzimləyir; su turqor və nəqliyyatı müəyyən edir və quraqlıq və ya bataqlıq stressini tetikleyebilir; qida maddələri və torpağın pH səviyyəsi biomolekul əmələ gəlməsinə və ferment aktivliyinə təsir göstərir; duzluluq osmotik stressi və toksikliyi tetikler; CO₂, O₂, külək və rütubət də fotosintezin, tənəffüsün və transpirasiyanın səmərəliliyini müəyyən edir. Bu abiotik amillərin təsirini anlamaq kənd təsərrüfatında və qorumada çox vacibdir, çünki bu, insanlara bitki metabolizmasını optimallaşdırmaq və məhsuldarlığı artırmaq üçün suvarma, gübrələmə, əhəngləmə, çeşid seçimi və becərmə texnologiyası vasitəsilə böyümək mühitini idarə etməyə imkan verir.
