مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

تأثير نور خورشيد بر رشد گياهان

مقدمه

نور یکی عوامل غیر زنده اکوسیستم است که نقشی مهم در غذاسازی تولید کننده‌ها دارد. درباره اثر نور بر رشد گیاه مطالعات فراوانی انجام شده است. نبودن نور بر شکل بیرونی گیاه و سرعت رشد طولی آن تاثیر می‌گذارد. گیاهی که در تاریکی می‌روید معمولا ساقه‌ای بلند و باریک دارد. برگها گسترش نمی‌یابند. برگها و ساقه‌ها هر دو فاقد کلروفیل‌ خواهند بود. اگر چنین گیاهی در معرض نور قرار گیرد، رشد طولی ساقه‌اش کاهش می‌یابد. اگر همان نوع گیاه در نور پرورش یابد تنومند شده و برگهای آن کاملا سبز و بزرگ می‌شوند و با فاصله کمتری در طول ساقه قرار می‌گیرند.

فتوسنتز (به انگلیسی: photosynthesis) یا سنتز نوری یا فروغ‌آمایی فرآیندی زیست‌شیمی است که در آن، انرژی نورانی خورشید توسط گیاهان و برخی از باکتریها به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در مواد غذایی آن‌ها تبدیل می‌شود. کمابیش همهٔ ارگانیسم‌های روی زمین به آن وابسته‌اند. در عمل فتوسنتز، اندام‌هایی مانند برگ که دارای سبزینه هستند، کربن دی‌اکسید، آب و نور را جذب‌کرده و به کلروپلاست می‌رسانند. طی واکنش‌هایی که درون کلروپلاست انجام می‌گیرد، این مواد به اکسیژن و کربوهیدراتها تبدیل می‌شوند. تمامی اکسیژن کنونی موجود بر روی زمین، فرآوردهٔ فتوسنتز است. برخی از کربوهیدرات‌های مهم تولیدشده مانند گلوکز، می‌توانند به سایر مواد آلی، لیپیدها،نشاسته، سلولز و پروتئین تبدیل‌شوند که برای تبدیل‌شدن به پروتئین، نیاز به نیتروژن دارند. ژان باپتیست ون هلمونت، یکی از نخستین آزمایش‌های مربوط به فتوسنتز را انجام‌داد.

تمامی بخش‌های سبزرنگ گیاه، قادر به انجام عمل فتوسنتز هستند. مادهٔ سبز موجود در گیاهان که سبزینه یا کلروفیل نام‌دارد، آغازکنندهٔ واکنش‌های فتوسنتز است. فتوسنتز در اندام‌هایی که فاقد سبزینه هستند، انجام نمی‌گیرد. کلروپلاستها که در سلول‌های سبزینه‌دار گیاهان وجود دارند، محل استقرار مولکولهای سبزینه می‌باشند. سلول‌های برگ، بیشترین مقدار کلروپلاست را دارند و به‌همین دلیل، اندام اصلی فتوسنتز در گیاهان به‌شمار می‌آیند.

قدمت نخستین فتوسنتز به حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش باز می‌گردد که در آن واکنش، از هیدروژن و سولفید هیدروژن الکترونی به‌جای آب استفاده شده‌است. حدود یک میلیارد سال پیش، آغازیان با سیانوباکتری‌ها هم‌زیستی کردند که حاصل آن، به‌وجودآمدن کلروپلاست در گیاهان امروزی است.

نیاکان آب‌هایی که به‌عنوان منبع الکترونها در فرآیند فتوسنتز استفاده می‌شوند، سیانوباکتری‌های منقرض‌شده هستند. داده‌های زمین‌شناسی نشان می‌دهد که تاریخ این رویداد به دورهٔ نخست زمین‌شناسی، میان ۲٫۴۵ تا ۲٫۳۲ میلیارد سال پیش و حتی بسیار بیشتر از آن باز می‌گردد.

پژوهشگران دانشگاه تل‌آویو در سال ۲۰۱۰ کشف‌کردند که زنبور سرخ آسیایی، با استفاده از رنگدانهای به‌نام زانتوپترین، نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند. این شواهد علمی نشان‌داد که حیوانات نیز در فتوسنتز درگیراند.

 

فتوتروپیسم (نورگرایی)

اگر گیاهی را در سایه برویانیم به سمت نور تغییر جهت می‌دهد این پدیده را در گیاهان فتوتروپیسم یعنی نور‌گرایی می‌نامند. نورگرایی در ساقه مثبت است یعنی ساقه به سمت نور خم می‌شود. ریشه‌ها برخلاف ساقه یا به محرک نور پاسخ نمی‌دهند و یا نسبت به آن گرایش منفی ظاهر می‌کنند یعنی در جهت مخالف نور خم می‌شوند. اغلب برگها نسبت به نور طوری قرار می‌گیرند تا پرتوهای روشنایی بطور عمودی بر آنها بتابد.

 

فتوپریودیسم و تشکیل گل

اثر تناوب روز و شب و یا روشنایی و تاریکی (دوره نوری) در رشد و نمو و تشکیل گل و یا پدیده‌های دیگر مانند بیدار شدن دانه ، ریزش برگ و غیره از وجود خاصیتی در گیاه ناشی می‌شود که آن فتوپریودیسم می‌نامند. برای مثال در گیاهان می‌توان با تغییر مدت تابش نور در گلخانه ، گل دادن یک گیاه را تسریع کرد. این موضوع در گلکاری و باغبانی اهمیت فراوان دارد. به‌علاوه رویش دانه در بعضی گیاهان ، تولید سبزینه و ریختن برگها در فصل پاییز به تغییرات تابش نور بستگی دارد.

 

تقسیم بندی گیاهان از نظر حساسیت به دوره نوری

گیاهان بی‌تفاوت: که برای تشکیل گل به طول روز و شب حساسیت از خود نشان نمی‌دهند مانند بعضی از گونه‌های گوجه فرنگی ، گل میمون و میخک.

گیاهان کوتاه روز: گیاهانی هستند که در روزهای کوتاه گل می‌دهند و اگر آنها را در معرض نور روزانه طولانی قرار دهند، گل دادنشان متوقف می‌شود. گیاهان کوتاه روز در روزهای دراز تابستان بطور رویشی رشد می‌کنند و تا پاییز و زمستان که روزها کوتاه می‌شوند گل نمی‌دهند. مانند گل داوودی.

گیاهان بلند روز: فقط در دوره نوری طولانی گل می‌دهند. و اگر دوره نوری کوتاه باشد فقط رشد رویشی دارند. مانند ختمی ، اسفناج و زنبق.

 

دوره بحرانی نور

حد فاصل بین طول روز مناسب برای رشد رویشی و طول روز مولد گل و دانه برای یک گیاه دوره بحرانی نور نامیده می‌شود. گیاهان کوتاه روز ، در روزهای کوتاهتر از طول روز بحرانی و گیاهان بلند روز در روزهای بلندتر از طول روز بحرانی گل می‌دهند.

تقسیم بندی گیاهان از نظر بردباری نسبت به نور

گیاهان را از این نظر به سه گروه آفتاب خواه ، سایه خواه و گیاهانی که به حد متوسطی از شدت نور نیازمندند تقسیم می‌کنند.

 

اثر نور بر روی تعرق گیاهان

نور بطور معمول بر شدت تعرق اثر مستقیم دارد. معمولا در روز روزنه‌های هوایی برگها باز هستند. این امر سبب می‌شود که بخار آب موجود در برگ وارد جو شود. در شب که روزنه‌ها بسته‌اند، میزان تعرق به مقدار زیاد کاهش می‌یابد.

 

نور و انجام واکنشهای فتوشیمیایی در گیاهان

رنگیزه‌های برگ قدرت جذب برخی از پرتوهای نور سفید خورشید را دارا هستند. رنگیزه‌های نوری می‌توانند این پرتوها را که مربوط به رنگهای قرمز ، آبی ، نیلی و بنفش است جذب کنند. پس از جذب بعضی از پرتوهای نور خورشید بویژه پرتوهای قرمز بوسیله رنگیزه کلروفیل واکنشی در مولکولهای آن بوجود می‌آید که به آن واکنش فتوشیمیایی می‌گویند. بدین معنی که پس از جذب انرژی فوتونها بوسیله کلروفیل ، یکی از الکترونهای مولکول آن به مدار بالاتر یعنی به سطح انرژی بالاتری منتقل می‌شود.

 

چنین مولکولی را مولکول تحریک شده می‌گوییم. این مولکولها بسیار ناپایدارند و به سرعت انرژی دستاوردی را از دست می‌دهند و به وضع پایدار اولیه برمی‌گردند، این انرژی ممکن است به صورت گرما ، نور ، یا فلوئورسانس از دست برود ولی در فرآیند فتوسنتز این انرژی در واکنشهای شیمیایی یعنی واکنشهای نقل و انتقال الکترون شرکت می‌کند و نتیجه آن ذخیره این انرژی به صورت انرژی شیمیایی در مواد آلی است.

 

علت گرایش انتهای ساقه به سمت نور

علت گرایش انتهای ساقه به سمت نور ، تجمع اکسین بیشتر در سمت نور ندیده این اندام است.

 

علت نورگرایی منفی در ریشه

سلولهای ریشه نسبت به مقدار بسیار اندک اکسین واکنش نشان می‌دهند و رشد می‌کنند و رشد آنها نسبت به مقدار زیاد این هورمون متوقف یا کند می‌شود. در نتیجه تراکم اکسین زیاد در سمت نور ندیده ریشه سبب می‌شود که این قسمت نسبت به سمت نور دیده رشد کمتری داشته باشد و ریشه به سمت مخالف نور خم گردد.

 

 

فتو پریود

فتو پریود عبارت است از مدت زمانی از روز كه نور به گیاه می تابد . طول روز بسته به فصل سال و عرض جغرافیایی تغییر می كند . در نیمكره شمالی طول روز در چهار روز از سال اهمیت ویژه دارد .

1- اول فروردین (21مارس) : كه خورشید مستقیما بالایی خط استوا قرار میگیرد و در این روز طول روز و شب مساوی و برابر 12 ساعت است . و به آن اعتدال بهاری می گویند .

2- سی و یكم خرداد (21 ژوئن) : كه خورشید به شمالی ترین قسمت بالایی خط استوا می گیرد و طولانی ترین روز و كوتاه ترین شب سال است و به آن انقلاب تابستانی می گویند .

3- سی ام شهریور (21سپتامبر ) : كه خورشید مستقیما بالایی خط استوا است و طول روز و شب مساوی است و اعتدال پاییزی نامیده می شود .

4- سی ام آذر (21 دسامبر ) : كه خورشید در جنوبی ترین قسمت زیر خط استوا قرار می گیرد و كوتاه ترین روز و بلند ترین شب سال است و انقلاب زمستانی نامیده می شود (شب یلدا )

 

نقطه موازنه نوری (Light compensation point) :

نقطه ای است كه در آن شدت فتوسنتز برابر شدت تنفس است . در این نقطه تمامی مواد تولید شده در فتوسنتز در تنفس به مصرف می رسد . نقطه موازنه نوری در گیاهان آفتاب پسند بیشتر از گیاهان سایه پسند است .

نقطه اشباع نوری (Light saturation point) :

نقطه ای كه فتوسنتز در آن حداكثر است و با افزایش نور دیگر فتوسنتز افزایش نمی یابد , نقطه اشباع نوری گویند.

 

كیفیت نور :

اشعه ماورای بنفش با طول موج 400- 300 نانومتر باعث صدمه به گیاه شده و غیر قابل رویت با چشم انسان است . اشعه مادون قرمز با طول موج 750- 700 نانومتر خارج از حس بینایی انسان است و ضروری برای رشد گیاه است اما در فتوسنتز گیاه بی تاثیر است . طیف نوری (760- 380 نانومتر) در فتوسنتز نقش دارد . میزان فتو سنتز در نور قرمز و آبی حداكثر است . اگر گیاه فقط در معرض نور آبی قرار گیرد رشد كاهش و اندام های گیاه سفت و تیره می شود و اگر گیاه در معرض نور قرمز قرار گیرد رشد گیاه افزایش و اندام های گیاه نرم و لصیف می شود . برای انجام فتو سنتز تمامی طول موج های نور لازم است .

 

افزایش شدت نور :

به استثنای سایه پسند ها افزایش نور در اواسط پاییز تا اوایل بهار باعث افزایش محصول می گردد . ساده بودن قاب های شیشه ای روی گلخانه ظرفیت قاب ها و افزایش عرض قاب ها باعث افزایش شدت نور وارده به داخل گلخانه می شود . اسكلت چوبی به طور كاملا محسوس شدت نور را كاهش می دهد و بهتر است چهارچوب چوبی زا با رنگ سفید رنگ آمیزی كرد تا به به جای جذب نور آن را منعكس كنند . همچنین بهتر است كه قاب های شیشه ای پوشش گلخانه را نیز با رنگ سفید رنگ كنند و پوشش بیرونی قاب ها را هر دو سال یك بار و از داخل هر 5 سال یك بار رنگ آمیزی شود .

 

خصوصیات نور

شدت نور:

مقدار انرژی تابشی که در واحد زمان از واحد نورانی بر واحد سطح تابش می کند را تشعشع می نامند. شدت نور بنا به تعریف، مقدار جریان نور است که با زاویه مشخص به سطح برخورد می کند، و هرچه این زاویه از 90 درجه کمتر باشد، شدت نور کمتر و هر چه به 90 درجه نزدیک تر شود، بیشتر می گردد. مقیاس اندازه گیری شدت نور، وات بر فوت مربع (سطح) می باشد و آنرا با فوت کندل بیان می نمایند.

 

مدت تابش نور:

اکثر گیاهان، موقعی که در معرض 16-18 ساعت نور در طی روز قرار می گیرند، بهترین رشد ممکن را دارند. ثابت شده، بیش از این مقدار ساعت روشنایی هیچگونه تاثیری بر روی رشد گیاه نخواهد داشت. عکس العمل موجودات نسبت به مدت تابش نور را فتوپریودیسم می نامند. از این نظر گیاهان را به سه دسته تقسیم بندی می نمایند:

 

روز بلند: افزایش طول روز منجر به تسریع گلدهی در آنها گشته ؛ بطوریکه برای شروع گلدهی به طول مدت روشنایی بیشتر از 12 ساعت نیاز داشته و کمتر از آن، گلدهی را به عقب می اندازد؛ مثل انواع میخک، رز ها، زنبق، گلایل، آناناس، فوشیا

روز کوتاه: کاهش طول روز(کمتر از 12 ساعت) منجر به تسریع گلدهی در آنها می گردد. به طوریکه روزهای بلندتر از 12 ساعت گلدهی را به تعویق می اندازد. مثل تنباکو، ذرت، گل داوودی.

روز خنثی: گلدهی آن به طول روز حساس نیستند، مثل گوجه فرنگی.

 

طیف فتوسنتزی:

اغلب گیاهان فقط طول موج های 400-700 نانومتر را جذب می نمایند. و از آن در عمل فتوسنتز استفاده می نمایند. و از آن در عمل فتوسنتز استفاده می نمایند. چون بیشترین بازده فتوسنتز در این طول موج حاصل می گردد، لذا به آن تشعشع فعال فتوسنتزی می گویند. در عمل فتوسنتز، طول موج های قرمز (600-800 نانومتر) و آبی(380-480 نانومتر) بیشترین تاثیر و بالاترین کارایی را دارند.

نور سفید(نور مرئی)، آمیزه ای از انواع رنگ است. سه رنگ قرمز، سبز و زرد را رنگ های اصلی و غیر قابل تجزیه نامیده و از ترکیب این رنگ ها می توان رنگ های فرعی را تولید کرد. با تجزیه طیف نور سفید می توان به ترتیب به رنگ های قرمز،نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش دست یافت.

کلروفیل، حاوی ماده رنگینه سبز می باشد و طبق خاصیت بازتابی انتخابی، تمام رنگ های موجود در طیف خورشید را به خود جذب و تنها نور سبز را منعکس می کند، که این دلیل سبز بودن گیاه است.

نور آبی هورمون های رشد و شکستن خواب گیاه را تحریک می کند، نور آبی با تقویت فتوسنتز گیاه، باعث کشش گیاه به سوی منبع نور می گردد. نور آبی با کاهش فاصله میانگره ها در پر پشت شدن و خوش ترکیب شدن گیاه نقش ایفا می کند.

نور قرمز باعث تقویت فتوسنتز شده به جوانه زنی بذر کمک کرده و به تشکیل رنگدانه ها و گلدهی کمک می نماید.