مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

موضوع: ميزان نقش گياهان آبزي در توليد ومصرف گازهاي مختلف (بررسي كلي درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز)

منابع: فيزيولوژي گياهي/ تأليف حسن ابراهيم زاده. تهران- دانشگاه تهران، 1366-1377

فيزيولوژي گياهي (سلول، تنفس، فتوسنتز)/ تأليف رمضانعلي نادري، تهران: دانشگاه تربيت معلم 1375.

چكيده:

در مطالب جمع آوري شده ميزان نقش گياهان آبزي در توليد و مصرف گازهاي مختلف و به بيان ديگر فتوسنتز در گياهان مورد بررسي قرار گرفته است. اكثر اكسيژن محلول اضافه شده با گياهان از ميليون ها جلبك سبز ميكروسكوپي ناشي مي گردد.

جلبك ها و گياهان كاملاً غوطه ور در خلال روز از طريق فتوسنتز (فرآيند شيميايي كه با آن گياهان از خورشيد انرژي بدست مي آورند) اكسيژن به آب انتقال مي دهد.

عموماً گياهان غوطه ور در حدود 5 برابر اكسيژن بيشتر نسبت به مقداري كه مصرف مي كنند به آب مي دهند. اكسيژن محلول (Do) پارامتر كيفيت آب مهمي مي باشد. اگر سطوح Do در بدنه آب به بيش از حد پايين افتد، ماهي ها و ساير ارگانيزم ها و گياهان قادر به بقا نخواهند بود. گياهان آبزي مختلف به روش هاي مختلف بر روي سطوح Do تأثير گذارند.

تعادل :

گاز حل شده در آب مي تواند بصورت بي كربنات يا كربنات درآيد. اين سه شكل در تعادل شيميايي هستند كه در آن وجود داشتن شكل موجود بستگي به pH دارد.

يون كربنات يون بي كربنات حل شده در دامنه‌ي مناسب براي گياهان آبزي كه داراي pH بين 6/4 تا 7/2 هستند. درصدي به عنوان حل شده و بقيه به عنوان يون هاي بي كربنات وجود خواهند داشت.

گرچه آن ها موسوم به گياهان آبي (آبزي) هستند، اما گياهان آكواريمي واقعاً گياهان غوطه ور هستند كه در زيستگاه طبيعي خودشان طوري زندگي مي كنند كه حداقل قسمتي از سطوحشان بالاي خط آب قرار دارند. بنابراين، آن‌ها براي جذب كردن گازي از اتمسفر، خودشان را تطبيق داده اند. اگر زير آب قرار گيرند. آن ها تنها قادر به استفاده كردن از حل شده در آكواريم هستند.

چندين گياه آبي واقعي، يعني گونه هايي كه همشه در زير آب در زيستگاهشان هستند نيز قادر به استفاده كردن از يون هاي بي كربنات مي‌باشند. اگر وجود محدود باشد، شرايط مساعد نيست كه اين كار اتفاق افتد، اولاً به خاطر اينكه اكثر گياهان ديگر در آكواريوم قادر به رشد كردن نخواهند بود، ثانياً با استفاده از يون هاي بي كربنات، pH به سطوح غير قابل قبول براي تمام گياهان افزايش خواهد يافت.

به خاطر تعادل حل شده، مقدار حداكثر حل شده‌ي موجود بستگي به pH دارد. هر قدر pH پايين تر باشد به همان اندازه موجود بيشتر خواهد بود. از جايي كه گياهان را در مقادير قابل ملاحظه اي بكار مي برند، آن‌ها در عين حال pH را افزايش مي دهند. بنابراين مقدار pH و غلظت به هم مرتبط مي باشند.

كنترل كربنات نيز عامل ديگري است كه غلظت را تحت تأثير قرار مي‌دهد. آب سخت داراي kH بالا مي تواند بيشتري را نسبت به آب نرم نگاه دارد، در صورتي كه اساساً صحيح مي باشد كه آب سخت داراي pH پايين بيشترين مقدار را در محل نگه مي دارد، مي توانيم تنها از مناسب‌ترين مقادير pH و kH براي گياهان استفاده كنيم كه pH 6.44-7.2 و kH 3-80 هستند.

شخص علاقه مند به گياه آبزي با وظيفه‌ي حفظ pH و سختي پايداري براي ايجاد غلظت مطلوب، روبرو مي باشد.

فتوسنتز و توليد اكسيژن:

فتوسنتز فرآيند شيميايي است كه در اشكال زياد باكتري ها و واقعاً تمام گياهان از جمله گياهان آبزي و جلبك ها با استفاده از سه تشكيل دهنده‌ي ساده (دي اكسيد كربن، آب و نور آفتاب) انجام مي شود. كه گياهان و باكتر‌ي‌ها بدين طريق قادر به ساختن غذاي خودشان هستند.

خوشبختانه براي تمام حيوانات، از جمله انسان ها و ماهي ها اكسيژن محصول فرعي اين فرآيند معجزه آسا مي باشد، تا زماني كه فتوسنتز اتفاق مي‌افتد، اكسيژن به طور مداوم در هوا، درياچه ها و اقيانوس ها، رودها و آبگيرها رها مي گردد.

اشكال اوليه جلبك ها و باكتري ارگانيزم هاي اول براي فتوسنتز به مدت بيش از سه ميليارد سال پيش بودند. بعد از مدتي مقادير قابل توجهي اكسيژن در اتمسفر انباشته شده بودند. دانشمندان تخمين مي زنند كه در حدود 2000 سال فعاليت فتوسنتزي براي جايگزين كردن يا دوباره پر كردن تمام اكسيژن در زيست كوره‌ي زمين طول مي كشد.

كربن غيرآلي حل شده (DIC) در آب شيرين به عنوان چهار گونه‌ي متفاوت در تعادل با يكديگر وجود دارند. چهار گونه‌ي آن عبارتند از: دي اكسيد كربن، اسيد كربنيك، بي كربنات و كربنات.

مقدار كلي OIC عمدتاً ظرفيت تامپون سازي (buffering) آب هاي شيرين را معين مي سازد و نسبت اين گونه ها با يكديگر عمدتاً pH را معين مي نمايد.

دي اكسيد كربن به سرعت در آب حل مي شود. تعادل هوايي، غلظت در هوا و آب تقريباً برابر با حدود 0.5 mg/L است.

متأسفانه در حدود 10 هزار بار در آب كندتر از هوا پخش مي گردد. اين مسأله با لايه‌ي نسبتاً ضخيم «لايه‌ي مرزي» كه برگ هاي گياه آبزي را احاطه مي نمايد پيچيده تر مي گردد.

لايه‌ي مرزي در گياهان آبزي، لايه‌ي آب را كه (به هم نخورده) مي باشد كه از آن گازها و مواد غذايي بايد براي رسيدن به برگ گياه پخش شوند. ضخامتش در حدود mm 5/0 مي باشد كه ده برابر ضخيم تر است نسبت به گياهان سرزميني. نتيجه اين است كه تقريباً mg/L 30 ، آزاد براي اشباع كردن فتوسنتز در گياهان آبزي غوطه ور لازم مي باشد.

قابليت پخش پايين در آب، لايه‌ي مرزي نسبتاً ضخيم و غلظت بالاي لازم براي اشباع كردن فتوسنتز، دانشمندان را برانگيخته اند، كه بگويند: براي گياهان ماكروفيت آبزي غوطه ور در آب شيرين. سطوح OC كه به طور طبيعي اتفاق مي افتد محدوديت عمده اي را براي فتوسنتز به وجود مي آورند.

محدوديت هاي OIC بر روي ماكروفيت هاي آبزي و پيامدهاي آن ها، نياز براي حفظ كردن كربن، به طور فزاينده به عنوان خصوصيات اكولوژيكي مهم محيط هاي آبزي آشكار مي شود. (جرج بود، جذب كربن غيرآلي با ارگانيز فتوسنتزي آبي، 1985)

گياهان آبزي از طريق چند روش به محدوديت ، خودشان را تطبيق داده‌اند. آن ها داراي برگ هاي نازك اغلب شكافت مي باشند اين نسبت سطح به حجم را افزايش مي دهد و ضخامت لايه‌ي مرزي (لايه‌ي به هم نخورده) را كاهش مي دهد.

آن ها كانال هاي هوايي گسترده‌ي موسوم به aerenchema دارند كه به گازها امكان مي دهند كه به طور آزاد در داخل گياهان حركت نمايند. اين باعث مي گردد كه تنفس شده در داخل گياه محبوس گردد و در برخي گونه‌ها حتي به از رسوب امكان مي دهد كه به داخل سطوح پخش گردد.

نهايتاً اكثر گونه هاي گياهان آبزي قادر به انجام فتوسنتز با استفاده از بي‌كربنات ها و نيز هستند. اين امر مهم مي باشد زيرا در مقادير pH بين 6.4 و 10.4 ، اكثريت DIC در آب شيرين، به شكل بي كربنات موجود مي‌باشد.

براي گياهان آكواريمي فراهم كردن مي تواند به دو روش صورت گيرد. هر دو روش با افزايش نرخ سرعت جذب به داخل گياهان است. اول نرخ سرعت حركت آب در داخل آكواريوم مي تواند افزايش يابد. ضخامت لايه‌ي مرزي را كاهش خواهد داد و تضمين خواهد كرد كه سطوح در تعادل با هوا باشند.

اين روش براي اجرا كردن ارزان مي باشد و رشد عالي گياهان آبزي تحت اكثر شرايط را به وجود خواهد آورد.

ثانياً مي تواند به آكواريم تزريق گردد. اين روش مي تواند گران باشد و اگر به طور نامناسب انجام شود مي تواند باعث مرگ ماهي ها باشد. استفاده از اين روش، تنها اگر نوساناتpH مضرانه‌ي مهمي در آكواريوم وجود داشته باشد يا اگر گونه هاي گياهان مورد كشت كاملاً قادر به استفاده كردن از بي‌كربنات نباشند (مثل گونه‌ي كامبومبا) ضروري است.

اكسيژن حل شده:

اكسيژن حل شده به حجم اكسيژن كه محتوي در آب است اشاره مي‌كند. اكسيژن زماني كه گياهان آبزي ريشه دارد جلبك ها دستخوش فتوسنتز مي‌شوند و زماني كه اكسيژن به سطح مشترك هوا – آب انتقال مي يابد وارد آب مي گردد. مقدار اكسيژني كه مي تواند با آب نگاه داشته شود بستگي به دماي آب، شوري و فشار آب دارد. حلاليت گاز با كاهش دما افزايش مي‌يابد (آب سردتر اكسيژن بيشتري نگاه مي دارد).

حلاليت گاز با كاهش شوري افزايش مي يابد. (آب شيرين اكسيژن بيشتري نسبت به آب نمك دار نگاه مي دارد). فشار جزئي و درجه اشباع اكسيژن با ارتفاع تغيير خواهند نمود نهايتاً حلاليت گاز زماني كه فشار كاهش مي‌يابد كاهش پيدا مي كند. بنابراين، مقدار اكسيژن جذب شده در آب، زماني كه ارتفاع افزايش مي يابد به خاطر كاهش در فشار نسبي كاهش پيدا مي كند. زماني كه اكسيژن جذب مي شود در سرتاسر آب از طريق جريان هاي داخلي در بر گرفته مي شود يا از سيستم محو مي گردد آب در حال جريان محتمل تر است كه داراي سطوح اكسيژن حل شده‌ي بالا در مقايسه با آب راكد مي‌باشد. زيرا حركت آب در سطح مشترك هوا- آب مساحت سطح موجود براي جذب كردن اكسيژن را مي افزايد. در آب در حال جريان، آب غني از اكسيژن در سطح به طور مداوم با آب داراي اكسيژن كمتر، در نتيجه‌ي تلاطم، تعويض مي‌شود و پتانسيل بزرگتر براي مبادله‌ي اكسيژن در ميان سطح مشترك هوا – آب ايجاد مي گردد. از اينكه آب راكد كمتر در معرض اختلاط داخلي قرار مي گيرد، لايه‌ي بالايي آب غني از اكسيژن، مايل است كه در سطح بماند كه سطوح اكسيژن حل شده‌ي پايين تر در سرتاسر ستون آب ببار مي آيد. زماني كه دماي آب بالا مي‌رود اتلاف اكسيژن به راحتي رخ مي دهد، زماني كه گياهان و حيوانات تنفس مي كنند و زماني كه ميكروارگانيزم هاي هوازي ماده‌ي آلي را تجزيه مي كنند.