رشد و نمو در گیاهان

۱)جوانه زدن
۲)طول عمر گیاهان
۳)رشد و نمو
۴)عوامل تنظیم کننده ی رشد و نمو گیاهان
۵)تأثیر شرایط محیطی بر رشد گیاهان

۱)جوانه زدن
❶شرایط لازم:
  ●افزایش دما
  ●افزایش رطوبت
  ●قرار گرفتن در معرض سرما یا نور
  ●شکستن پوسته:
    ▲عوامل مؤثر بر شکستن پوسته:
      ■قرار گرفتن در معرض آتش
      ■عبور از دستگاه گوارش جانوران
      ■افتادن از روی تخته سنگ ها
  ●نفوذ آب و اکسیژن (برای متورم شدن بافت ها)
❷ترتیب رشد بخش های گیاهک: ریشه چه ← ساقه جوان ← جوانه ی اولیه
❸مراحل جوانه زنی:
  ●بیشتر دولپه ای ها (مانند لوبیا): ظهور ریشه چه ← تشکیل قلاب توسط ساقه ی جوان برای محافظت از رأس ساقه ←خروج لپه ها از خاک و باز   شدن آنها ← راست شدن قامت گیاه
  ●بیشتر تک لپه ای ها (مانند ذرت): ظهور ریشه چه ← ظهور ساقه ی جوان همراه غلاف محافظت کننده ← رشد مستقیم گیاه و باقی ماندن لپه در   خاک
نکته: با اینکه نخود دولپه ای است ولی به روش دوم جوانه می زند.
نکته ی شکل ۱۰٫۱: به مفهوم قلاب که در این شکل نمایش داده شده توجه کنید.
عمیق تر یادبگیرید:
ویدیو های آموزشی: ❶ جوانه زدن گیاهان دولپه ای

۲)طول عمر گیاهان
❶یک ساله (تکمیل چرخه ی زندگی در یک فصل):
  ●ویژگی ها:
    ▲همگی علفی هستند.
    ▲دارای رشد سریع در محیط مناسب
  ●مراحل زندگی: دوره ی رویشی← دوره ی زایشی (تولید گل، میوه و دانه)
  ●مثال: آفتاب گردان، لوبیا و بسیاری از گیاهان خودرو
❷دو ساله:
  ●دوره های رویشی:
    ▲دوره ی رویشی اول: ایجاد ریشه (برای ذخیره ی مواد) و ساقه ی کوتاه و یک طوقه برگ
    ▲دوره ی رویشی دوم: تولید محور گل با استفاده از مواد غذایی ذخیره شده
  ●مثال: هویج، پیازها و جعفری
❸چند ساله:
  ●علفی (بسیاری از علفی ها):
    ▲ویژگی ها:
      ■ذخیره ی مواد لازم برای دوره ی بعدی رشد در ریشه های گوشتی و ساقه های زیرزمینی
      ■از بین رفتن ساقه های هوایی پس از هر دوره رشد
    ▲تعداد دفعات گل دهی:
      ■یک بار
      ■چند بار
    ▲مثال: داوودی، نرگس زرد و زنبق
  ●چوبی (همه ی چوبی ها):
    ▲برگ ریز: هر سال برگ های خود را از دست می دهند.
      ■مثال: نارون، افرا و مو
    ▲همیشه سبز: از دست دادن فقط تعدادی از برگ ها
      ■مثال: کاج، سرو و مرکبات
نکته ی شکل ۱۰٫۲: گیاه آگاو (خنجری) یک گیاه چند ساله علفی است که در طول عمر چند ساله خود فقط یک بار گل می دهد.

۳)رشد و نمو
❶رشد:
  ●تعریف: بزرگ شدن بخش های تشکیل دهنده ی یک جاندار یا تشکیل بخش های مشابه بخش های قبلی
  ●روش:
    ▲افزایش تعداد سلول ها
    ▲افزایش غیر قابل برگشت ابعاد سلول ها
  ●انواع:
    ▲نخستین (در اثر رشد و تقسیم مریستم های نخستین):
      ■ویژگی: در همه ی گیاهان وجود دارد.
      ■مکان مریستم های رأسی:
        ◆نوک ساقه
        ◆نزدیک به نوک ریشه در بالای کلاهک (محافظ مریستم های نوک ریشه)
      ■مراحل: تقسیم سلول های کوچک و تمایز نیافته مریستم ها ← طویل شدن ← تمایز به:
        ◆بافت نخستین روپوستی
        ◆بافت نخستین زمینه ای
        ◆بافت نخستین آوندی
نکته: برخی از سلول های حاصل از مریستم نزدیک نوک ریشه ← تشکیل بخشی از کلاهک
    ▲پسین:
      ■ویژگی: در گیاهان چند ساله ی چوبی و برخی بخش های گیاهان علفی مثل ریشه ی هویج
      ■مکان مریستم های پسین: به صورت استوانه هایی باریک در ساقه و ریشه
      ■فوائد: کمک به رشد قطری، استحکام و ضخامت گیاه
      ■انواع:
        ◆کامبیوم چوب پنبه ساز:
          ○محل: پوست
          ○وظایف: تولید سلول چوب پنبه ای به سمت بیرون
        ◆کامبیوم آوند ساز:
          ○محل: زیر پوست
          ○وظایف: تولید بافت هادی
نکته: رشد قطری در گیاهان فاقد مریستم پسین در پی افزایش حجم سلول ها رخ می دهد.
نکته ی فعالیت ۱۰٫۱: مناطق موجود در ریشه به ترتیب عبارتند از:
zist2f10336547نکته ی شکل ۱۰٫۴: به این شکل فوق العاده مهم و زیرنویس های آن خوب توجه کنید. برای مثال به جمله «کامبیوم چوب پنبه سـاز وقتـی بـه وجـود می آید که بر اثر رشد قطری، روپوست از بین برود.» توجه داشته باشید. همچنین همان طور که در شکل مشاهده می کنید، کامبیوم آوندساز رو به داخل آوند چوبی و رو به خارج آوند آبکش تولید می کند.
ارجاع به کتاب دوم فصل ۳: در این فصل هم مطالب بسیاری راجع به ساختار گیاهان مطالعه نموده اید.
  ●حلقه های سالیانه (فقط در گیاهان مناطق دارای فصول گرم و سرد مشخص):
    ▲علت تشکیل: تفاوت قطر آوند چوبی در فصول مختلف
    ▲شیوه ی تشکیل:
      ■بهار: عناصر آوندی چوبی قطورتر ← حلقه ی روشن
      ■تابستان: عناصر آوندی کوچکتر ← حلقه ی تیره
❷تمایز= کسب یک ویژگی جدید در یک یا تعدادی سلول همراه با تغییرات ساختاری و بیوشیمیایی
نکته: تمایز اغلب همراه رشد صورت می گیرد.
❸نمو (تحت کنترل ژن ها):
  ●تعریف: عبور از یک مرحله ی زندگی به مرحله ی دیگر همراه با تشکیل بخش های جدید
  ●ویژگی: ادامه یافتن نمو در طول زندگی گیاه برای تولید سلول های جدید برای بافت ها
  ●تمایز زدایی:
    ▲مراحل: سلول های گیاه بالغ ← فعال کردن همه ی ژن های خود و تقسیم ← توده ی سلول های تمایز نیافته (کالوس) ←تمایز دوباره ← نمو     به گیاه بالغ
نکته: در جانوران همگام با نمو، ژن های کنترل کننده ی تمایز غیرفعال می شوند و ضمناً بیشتر تمایز پس از بلوغ متوقف می شود.
❹روش های بهسازی گیاهان:
  ●کشت بافت:
    ▲مراحل: قراردادن یک قطعه از بافت گیاهی روی محیط کشت سترون ← تمایز زدایی ← رشد و تمایز مجدد توده ی سلولی ← گیاه هم ارز گیاه     مادر (از نظر ژنتیکی)
    ▲مثال: گیاهان زینتی ارزشمند (مانند ارکیده ها)، گیاهان گلدانی، درختان میوه و تولید گیاهان با ویژگی های جدید
ارجاع به کتاب پیش دانشگاهی فصل ۲: برای توضیح بیشتر در مورد آخرین مثال به این صفحه حتماً مراجعه کنید.
  ●هم جوشی (الحاق) پروتوپلاست ها:
    ▲پروتوپلاست= سلول گیاهی فاقد دیواره ی سلولی
    ▲مراحل: جدا کردن دیواره ی سلولی توسط آنزیم یا روش های مکانیکی ← هم جوشی دو پروتوپلاست توسط مواد شیمیایی یا شوک الکتریکی
    ▲مثال: گیاهان دو رگ (هیبرید) اطلسی، سیب زمینی و هویج
  ●مهندسی ژنتیک:
    ▲وارد کردن ژن های دلخواه به سلول های گیاه ← تبدیل سلول های تغییر یافته به گیاه بالغ توسط فن کشت بافت
ارجاع به کتاب پیش دانشگاهی فصل ۲: تمام فصل دوم پیش دانشگاهی راجع به مهندسی ژنتیک می باشد.
عمیق تر یادبگیرید:
ویدیو های آموزشی: ❷ رشد ریشه جانبی در یک گیاه

۴)عوامل تنظیم کننده ی رشد و نمو گیاهان
❶ترکیبات و عناصر:
  ●آب و دی اکسید کربن: تولید کربوهیدرات ها (فتوسنتز)
  ●اکسیژن: تنفس سلولی
    ▲منبع اکسیژن برگ ها و ساقه ها، هوا و منبع اکسیژن ریشه ها، هوای درون خاک است.
ارجاع به کتاب پیش دانشگاهی فصل ۸: این فصل راجع به فتوسنتز و تنفس سلولی است و حاوی مطالب بسیاری در مورد این دو موضوع می باشد.
  ●نیتروژن: بخشی از پروتئین ها، نوکلئیک اسیدها، کلروفیل ها، ATP و کوآنزیم هاست و رشد گیاهان سبز را افزایش می دهد.
  ●فسفر: بخشی از ADP ،ATP، نوکلئیک اسیدها، فسفولیپیدها و غشاهای سلولی و برخی از کوآنزیم هاست.
  ●پتاسیم: برای انتقال فعال، فعالیت آنزیم ها، تعادل اسمزی و باز شدن روزنه ها مورد نیاز است.
❷هورمون های گیاهی (تنظیم کننده های رشد):
نکته: در گیاهان ممکن است محل تولید و اثر هورمون یکی باشد.
  ●محرک ها:
    ▲اعمال دخالت در:
      ■تقسیم سلولی
      ■طویل شدن سلول ها
      ■پیدایش اندام ها
      ■تمایز
    ▲انواع:
      ■اکسین ها:
        ◆محل تولید: رأس ساقه
        ◆اعمال:
          ○افزایش انعطاف پذیری دیواره ی سلولی ← طویل شدن سلول ها
            △نورگرایی (فتوتروپیسم): تولید اکسین در رأس ساقه ← انباشته شدن اکسین در قسمت های پایین تر و در سمت تاریک ← طویل تر             شدن سلول های قسمت تاریک ← خم شدن ساقه به سمت نور
ارجاع به کتاب دوم فصل ۸: طبق توضیحات این فصل نورگرایی نوعی حرکت فعال القایی گرایشی است.
نکته ی شکل ۱۰٫۷: به مراحل این آزمایش و مخصوصاً مرحله ی ۲ خوب توجه کنید.
          ○مانع رشد جوانه های جانبی (چیرگی رأسی)
          ○تحریک ریشه زایی در قلمروها و کشت بافت (نسبت بالای اکسین به سیتوکینین)
      ■ژیبرلین ها:
        ◆محل تولید: ساقه ها و دانه های در حال نمو
        ◆اعمال:
          ○تحریک طویل شدن ساقه
          ○تحریک نمو میوه
          ○تحریک جوانه زنی
          ○درشت کردن حبه های انگور بیدانه (۳n) و سیب، خیار، نارنگی و گلابی بدون دانه
      ■سیتوکینین:
        ◆محل تولید: رئوس ریشه
        ◆اعمال:
          ○تحریک تقسیم سلولی
          ○کاهش سرعت پیر شدن
          ○افزایش شادابی گل
          ○افزایش مدت نگهداری میوه ها و سبزیجات در انبار
          ○تشکیل ساقه از سلول های تمایز نیافته در کشت بافت
  ●بازدارنده ها:
    ▲افزایش در شرایط:
      ■پیری
      ■ریزش برگ
      ■رسیدن میوه
      ■تنش های محیطی
    ▲اعمال:
      ■کنترل مراحل انتهایی نمو (پیری، ریزش برگ، پژمردگی گل، رسیدن میوه)
      ■کنترل سرعت رشد، سنتز پروتئین و انتقال یون در شرایط نامساعد محیطی
    ▲انواع:
      ■اتیلن:
        ◆محل تولید: اغلب بافت ها
        ◆افزایش در شرایط:
          ○بی هوازی
          ○آلودگی هوا
          ○تنش آب
          ○غرق آبی
          ○در برابر عوامل بیماریزا
          ○زخم مکانیکی بافت ها
        ◆اعمال:
          ○تسریع رسیدن میوه های نارس چیده شده (مثل گوجه فرنگی و انگور)
          ○سست شدن گیلاس بر روی شاخه و تسهیل برداشت مکانیکی آن
نکته ی فعالیت ۱۰٫۳: به این جمله توجه کنید: «میوهء رسیدهء سیب، گاز اتیلن آزاد می کند.»
      ■آبسیزیک اسید:
        ◆اعمال:
          ○مؤثر در خفتگی دانه و جوانه
          ○حفظ تعادل آب با بستن روزنه ها و حفظ جذب آب توسط ریشه
          ○جلوگیری از جوانه زدن (بر خلاف ژیبرلین)

۵)تأثیر شرایط محیطی بر رشد گیاهان
❶پاسخ گیاهان به محیط:
  ●روش: از طریق تنظیم سرعت و الگوی رشد خود
  ●مثال:
    ▲آب و عناصر غذایی کافی ←رشد بیشتر و سریع تر
    ▲نورکامل خورشید ← رشد بیشتر و سریع تر
❷انواع محرک ها:
  ●نور دورگی (پاسخ گیاه به طول روز و شب):
    ▲روز کوتاه (شب بلند): بلندتر بودن شب از مقدار معین ← گل دهی
      ■مثال: بنت قنسول و داوودی
    ▲روز بلند (شب کوتاه): کوتاه تر بودن شب از مقدار معین ← گل دهی
      ■مثال: زنبق
    ▲بی تفاوت
نکته: کنترل مصنوعی طول روز و شب ← وجود بنت قنسول در دی ماه و وجود داوودی در طول سال
نکته ی شکل ۱۰٫۹: به این تصویر خوب نگاه کنید و به حالت های مختلف شبانه روز دقت نمایید. سعی کنید که خوب این شکل ها را درک کنید.
  ●دما:
    ▲دمای بالا در شب ← گل ندادن گوجه فرنگی
    ▲قرار نگرفتن در معرض سرما ← گل ندادن در اوایل بهار
  ●خفتگی:
    ▲در گیاهان مناطق دارای زمستان سرد
    ▲مراحل: مواد شیمیایی ← عدم رشد گیاه یا دانه حتی در شرایط مناسب ← عدم رشد جوانه ها در گرمای موقتی در طول زمستان
    ▲راه های برطرف شدن خفتگی:
      ■دمای پایین ← تجزیه ی عوامل خفتگی
      ■شسته شدن عوامل خفتگی
نکته ی شکل ۱۰٫۱۰: همان طور که می بینید، پولک های ضخیم، جوانه های خفته درخت سیب را می پوشانند.
 
رشد و نمو در گیاهان
درون دانه، رویان وجود دارد. رویان زندگی نهفته دارد. بعضی از رویان ها هزاران سال زندگی نهفته ی خود را حفظ می کنند. تغییرات محیطی باعث رویش دانه می شوند. افزایش دما و افزایش رطوبت محیط از جمله ی این تغییرات هستند.
بسیاری از دانه ها باید قبل از جوانه زنی در معرض سرما یا نور قرار گیرند. شکستن پوسته ی دانه ی بعضی گیاهان نیز برای جوانه زنی الزامی است. قرار گرفتن در معرض آتش، عبور از دستگاه گوارش جانوران، افتادن روی تخت سنگ ها و چندین راه طبیعی دیگر باعث آسیب دیدن پوسته ی دانه و کمک به رویش آن می شوند.
نفوذ آب و اکسیژن به درون دانه برای جوانه زنی لازم است. با نفوذ آب به درون دانه، بافت های آن متورم می شود، پوسته ی آن می شکافد و رویش دانه آغاز می شود.
جوانه زنی
جوانه زنی،‌آغاز رشد دانه ی گیاه است: اولین علامت جوانه زنی، ظهور ریشه ی رویان (ریشه چه) است. وقایع بعدی این فرآیند در گیاهان مختلف است (شکل۱-۱۰). ساقه ی جوان بعضی از گیاهان، مانند لوبیا بعد از جوانه زنی، قلاب تشکیل می دهند. قلاب از رأس ساقه محافظت می کند و از صدمه دیدن آن هنگام رشد در میان خاک، جلوگیری می کند. در اطراف ساقه های جوان بعضی از گیاهان، مانند ذرت، یک غلاف محافظت کننده به وجود می آید. در برخی از گیاهان، مانند لوبیا،لپه ها پس از خروج از خاک باز می شوند. لپه های بعضی دیگر از گیاهان،مانند ذرت و نخود در زیر خاک باقی می مانند و هنگام جوانه زنی از خاک خارج نمی شوند.
دانه ها تا چه مدتی زنده باقی می مانند؟ دانه های برخی گیاهان عمر محدود دارند و با گذشت چند روز تا چند ماه توانایی جوانه زنی خود را از دست می دهند. بعضی از دانه ها پس از گذشت هزاران سال هنوز قادر به جوانه زنی هستند. مثلاً دانه ی نوعی گندم پس از گذشت چند هزار سال می تواند جوانه بزند.
دانه های لوبیا و ذرت دو روش مختلف جوانه زنی را نشان می دهند.
الف-ساقه ی جوان حاصل از جوانه زنی دانه های بسیاری از گیاهان دو لپه ای قلاب تشکیل می دهد. ساقه ی جوان پس از خروج لپه ها از خاک، قامت راست پیدا می کند.
ب- ساقه ی جوان حاصل از جوانه زنی دانه ی بسیاری از گیاهان تک لپه ای را یک غلاف می پوشاند. ساقه ی جوان این گیاهان به صورت مستقیم رشد می کند، با این حال لپه زیر زمین باقی می ماند.
طول عمر گیاهان:‌مسن ترین درخت شناخته شده، نوعی کاج است که سن آن به حدود ۵ هزار سال می رسد. بر عکس،‌برخی از گیاهان فقط چند هفته زنده اند. گیاهان از نظر طول عمر به سه گروه تقسیم می شوند:‌گیاهان یک ساله، گیاهان دو ساله و گیاهان چند ساله.
گیاهان یک ساله: گیاهان آفتابگردان، لوبیا و بسیاری از گیهان خودرو یک ساله هستند. گیاه یک ساله، گیاهی است که در یک فصل رشد، چرخه ی زندگی خود (مراحل رشد رویشی، تشکیل گل و تولید میوه و دانه) را تکمیل می کند و سپس از بین می رود. در واقع همه ی گیاهان یک ساله، علفی هستند. این گیاهان در صورتی که شرایط محیطی مناسب باشد، با سرعت رشد می کنند و در صورت کافی بودن آب و مواد غذایی رشد خود را کامل می کنند.
گیاهان دو ساله: هویج، جعفری و پیاز دو ساله هستند. گیاه دو ساله گیاهی است که برای تکمیل چرخه ی زندگی خود، دو دوره ی رویشی را پشت سر می گذارد. این گیاهان در اولین دوره ی رویشی ریشه و ساقه ایجاد می کنند. گیاه در پایان این دوره دارای یک ساقه ی کوتاه و یک طوقه از برگ هاست. ریشه ها عمل ذخیره ی مواد غذایی را بر عهده دارند. گیاه در دومین دوره ی رویشی از مواد غذایی ذخیره برای تولید محور گل استفاده می کند. گیاه دو ساله پس از گلدهی و تولید میوه و دانه از بین می رود.
گیاهان چند ساله: بسیاری از گیاهان علفی و همهی گیاهان چوبی چند ساله هستند. گیاه چند ساله گیاهی است که چند سال به زندگی خود ادامه می دهد. اغلب گیاهان چند ساله در طول عمر خود چندین مرتبه به بار می نشینند. برخی از گیاهان چند ساله ی علفی (شکل ۲-۱۰) قبل از مرگ تنها یک بار گل تولید می کنند.
داودی،نرگس زرد و زنبق از گیاهان چند ساله ی علفی هستند. این گیاهان مواد غذایی مورد نیاز برای دوره ی بعدی رشد خود را در ریشه های گوشتی و ساقه های زیر زمینی ذخیره می کنند. ساقه های هوایی گیاهان علفی اغلب پس از هر دوره ی رشد، از بین می روند. درختان، درختچه ها و بسیاری از موها جزء گیاهان چند ساله ی چوبی هستند. بعضی از گیاهان چند ساله ی چوبی هر سال برگ های خود را می ریزانند. گیاهانی که هر ساله همه ی برگ های خود را از دست می دهند، مااند نارون،افرا و مو به گیاهان برگ ریز معروف هستند. گیاهانی مانند کاج، سرو و مرکبات که در طول سال تنها تعدادی از برگ های خود را از دست می دهند، به گیاهان همیشه سبز معروف هستند.
شکل۲-۱۰-گیاهان علفی چند ساله:‌گیاه آگاو(خنجری) چند سال زندگی می کند و در این مدت فقط یک بار گل تولید می کند. زندگی این گیاه گلدار با رسیدن دانه ها به پایان می رسد (به گیاه خشک شده در سمت چپ تصویر توجه کنید).
رشد و نمو
رشد و نمو دو اصطلاح آشنا هستند و ما در زندگی روزمره به فراوانی از آن ها استفاده می کنیم. این دو اصطلاح در زیست شناسی مفاهیم ویژه و مشخصی را در بر دارند:
رشد یعنی بزرگ شدن بخش های تشکیل دهنده ی یک جاندار، یا تشکیل بخش هایی در بدن یک جاندار که مشابه بخش های قبلی باشد. مثلاً پیدایش انشعابات ریشه، ساقه و برگ های جدید، نوعی رشد محسوب می شود.
پدیده ی تمایز اغلب همراه با رشد صورت می گیرد. تمایز به معنی کسب یک ویژگی جدید در یک، یا تعدادی سلول است. کسب ویژگی های جدید توسط یک سلول با تغییرات ساختاری و بیوشیمیایی همراه است. رشد و تمایز در طول زمان منجر به تشکیل موجود زنده ای می شوند که پیچیدگی های ساختاری و متابولیسمی دارد.
نمو یعنی عبور از یک مرحله ی زندگی به مرحله ای دیگر که همراه با تشکیل بخش های جدید است. مثلا تشکیل گل روی گیاهی که فاقد گل بوده است، نوعی نمو است. باید توجه داشت که رشد و نمو اغلب همراه با یکدیگر و هماهنگ با یکدیگر انجام می شود.
به طور کلی رشد در جانداران به دو روش انجام می شود: افزایش تعداد سلول ها از طریق تقسیم و نیز افزایش غیر قابل بازگشت ابعاد سلول ها. مثلا آماس سلول ها پس از جذب آب، رشد به شمار نمی رود، چون این افزایش حجم با دفع آب، بازگشت پذیر است.
رشد نخستین و رشد پسین:‌بخش هایی از گیاه که در اثر تقسیم و رشد مریستم های نخستین به وجود می آیند، ساختار نخستین گیاه را تشکیل می دهند. مریستم های نخستین در مناطقی مانند نوک ساقه و نزدیک به نوک ریشه (بالای کلاهک) وجود دارند. مریستم های نخستین در همه ی گیاهان وجود دارند.
بخش هایی از گیاه که در پی تقسیم مریستم های پسین به وجود می آیند، ساختار پسین گیاه را به وجود می آورند. مریستم های پسین به صورت استوانه هایی در ریشه و ساقه ی بعضی گیاهان که عمدتا گیاهان چوبی چند ساله هستند، به وجود می آیند و به رشد قطری گیاه و نیز استحکام و ضخامت ساقه کمک می کنند.
تقسیم سلولی در مریستم ها باعث رشد گیاه می شود
رشد نخستین: مریستم های رأسی که در نوک ساقه ها و نزدیک به نوک ریشه ها قرار دارند، با تقسیم سلولی خود باعث رشد نخستین می شوند. همان طوری که در شکل ۳-۱۰ دیده می شود، مریستم های رأسی مناطقی هستند که سلول های کوچک و تمایز نیافته دارند. برای درک بهتر رشد نخستین در اغلب گیاهان، یک ستون از بشقاب هایی را که روی هم چیده شده اند، در نظر بگیرید. با اضافه کردن بشقاب های بیشتر به قسمت فوقانی، ستون بشقاب بلند تر می شود اما بر پهنای آن افزوده نمی شود. سلول های مریستم های رأسی اغلب گیاهان نیز به همین شیوه سلول های جدید را به نوک گیاه اضافه می کنند. سلول های جدید که از راه تقسیم سلولی تولید شده اند، طویل تر می شوند. بنابراین رشد نخستین، ساقه ها و ریشه های یک گیاه را طویل تر می کند. رشد قطری ساقه ها و ریشه های جوانی که فقط مریستم نخستین دارند، در پی افزایش حجم سلول های حاصل از مریستم نخستین به وجود می آید.
بافت های حاصل از رشد نخستین، بافت های نخستین نامیده می شوند. سلول های جدید حاصل از مریستم های رأسی در ریشه هال، ساقه ها و برگ ها به بافت های نخستین رو پوستی، زمینه ای و آوندی تمایز پیدا می کنند. برخی از سلول های حاصل از مریستم های نزدیک به نوک ریشه بخشی از کلاهک ریشه را نیز تشکیل می دهند. کلاهک از مریستم های نوک ریشه محافظت می کند.
رشد پسین: رشد پسین از ویژگی های بارز گیاهان چوبی است. با این حال این نوع رشد در بعضی از بخش های گیاهان علفی، مانند ریشه ی هویج نیز دیده می شود. رشد پسین در اثر فعالیت و تقسیم سلولی دو نوع مریستم انجام می شود. این مریستم ها در ساقه ها و ریشه های چوبی به صورت استوانه های باریک قرار دارند. نوعی از این مریستم ها کامبیوم چوب پنبه ساز نامیده می شود که محل آن درون پوست است و سلول های چوب پنبه ای ایجاد می کند. مریستم دیگر کامبیوم آوند ساز نامیده می شودو در زیر پوست مستقر است و بافت های آوندی را ایجاد می کند. بافت های حاصل از رشد پسین، بافت های پسین نامیده می شوند. شکل۴-۱۰ چگونگی نمو ساقه های چوبی را نشان می دهد.
شکل۴-۱۰- نمو یک ساقه ی چوبی، چوب ساقه های چوبی حاصل رشد پسین است.
مرحله ی ۱: یک ساقه ی چوبی جوان دارای یک حلقه از دسته های آوندی بین پوست و مغز است. هر دسته ی آوندی متشکل از آوند چوبی و آوند آبکشی نخستین است.
مرحله ی ۲: کامبیوم آوندی بین آوند چوبی نخستین و آوند آبکشی نخستین تشکیل می شود. آوند آبکشی پسین به سمت بیرون ساقه و آوند چوبی پسین به سمت داخل ساقه تشکیل می شود.
وقتی کامبیوم چوب پنبه ساز تشکیل می شود، در نتیجه ی رشد قطری ساقه، رو پوست از بین می رود.
مرحله ی ۳: کامبیوم آوندی بین دسته های آوندی نیز تشکیل می شود و استوانه ای کاملی ایجاد می کند. در نتیجه ی فعالیت این کامبیوم استوانه ای چوبی به سمت داخل و استوانه ی آبکشی به سمت بیرون تشکیل می شود. چوب پنبه، کامبیوم چوب پنبه ساز و آبکش پسین مجموعا پوست درخت را تشکیل می دهند. کامبیوم آوند ساز و چوب پسین در زیر یک حلقه ی جدید تشکیل می شود، این حلقه ها،‌حلقه های سالیانه نامیده می شوند.
آیا همه ی درخت ها حلقه های سالیانه ایجاد می کنند.
حلقه های سالیانه تنها در درخت هایی تشکیل می وشد که در مناطقی با فصول مشخص که به طور متناوب سرد و گرم می شود، رشد می کنند. تفاوت در قطر عناصر آوندی چوبی که در فصل های مختلف سال به وجود آمده اند، باعث تشکیل حلقه های سالیانه می شود. قطر عناصر آوندی چوبی در فصل بهار بیش تر است. عناصر کوچکتر در تابستان تشکیل می شوند.
نمو گیاهان پیوسته، اما برگشت پذیر است.
ژن ها نمو گیاهان و جانوران را هدایت می کنند. با این حال الگو های نمو در آنها متفاوت است. در جانوران همگام با نمو، دسته ای از ژن ها که کنترل کننده ی تمایز هستند،‌غیر فعال می شوند و بیش تر آن ها مجدداًٌ مورد استفاده قرار نمی گیرند. بیش تر تمایز جانوران پس ازبلوغ متوقف می شود. بر عکس،‌گیاهان به طور مداوم با مریستم های خود سلل های جدید به وجود می آورند. این سلول ها تمایز پیدا می کنند و جانشین بافت های موجود می شوند، یا به این بافت ها اضافه می گردند، از این رو گیاه معمولا در طول زندگی به نمو خود ادامه می دهد.
بسیاری از سلول های گیاه بالغ می توانند همه ی ژن های خود را فعال کنند. چنین سلول هایی می توانند تقسیم شوند و توده هایی از سلول های تمایز نیافته به نام کالوس را تولید کنند. به عبارت دیگر تمایز زدایی انجام می دهند. این سلول ها بار دیگر تمایز و به صورت یک گیاه بالغ نمو می کنند.
روش های جدید بهسازی گیاهان
کشت بافت، سلول، یا اندام گیاهی: از کشت بافت برای تکثیر گیاهان از جمله گیاهان زینتی ارزشمند (مانند ارکیده ها)، گیاهان گلدانی و درختان میوه استفاده می شود. پایه و اساس کشت بافت، قرار دادن یک قطعه از بافت گیاهی روی یک محیط کشت سترون (استریل) است. توده ی سلول های تمایز پس از رشد و تمایز،سر انجام به گیاهانی تبدیل می شوند که از نظر ژنیتیکی هم ارز گیاه مادر هستند.
هم جوشی (الحاق) پروتوپلاست ها: از هم جوشی پروتوپلاست ها برای ایجاد گیاهان دو رگه (هیبرید) اطلسی ، سیب زمینی و هویج استفاده شده است. پروتوپلاست، سلولی گیاهی است که دیواره ی سلولی آن را با کمک آنزیم ها یا روش های مکانیکی از آن جدا کرده اند. برخی از مواد شیمیایی، یا شوک الکتریکی باعث هم جوشی دو پروتوپلاست با یکدیگر می شوند(شکل ۵-۱۰). اگر پروتوپلاست ها متعلق به گیاهان گونه های مختلف باشند، حاصل هم جوشی یک سلول دورگه خواهد بود.اگر این سلول دورگه در محیط مناسب کشت بافت قرار گیرد،‌به یک گیاه بالغ دورگه تبدیل می شود.
مهندسی ژنتیک: در این روش ابتدا ژن های دلخواه را وارد سلول های یک گیاه می کنند، سپس سلول هایی را که از نظر ژنتیکی تغییر یافته اند، با کمک فن کشت بافت به گیاهان بالغ جدید تبدیل می کنند.
تنظیم رشد و نمو گیاهان
گیاهان نیز مانند سایر جانداران پر سلولی از راه افزودن سلول های جدید که حاصل تقسیم سلولی هستند، و نیز افزایش ابعاد سلول ها، رشد می کنند. گیاهان نیز به منظور تأمین مواد مورد نیاز سلول های جدید برای رشد، نیازمند مواد خام هستند. آن ها برای تشکیل همه ی کربوهیدرات های خود، فقط به دو ماده ی خام، یعنی دی اکسید کربن و آب نیاز دارند. همان طوری که می دانید این دو ماده برای فتوسنتز مورد نیاز هستند.
گیاهان نیز مانند جانوران،‌برای تنفس سلولی نیازمند اکسیژن هستند. اگر چه بخش های سبز گیاه در فرآیند فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند، اما بیشترین قسمت اکسیژن مورد استفاده برگ ها و ساقه ها از هوا تأمین می شود. ریشه ها که معمولا عمل فتوسنتز را انجام نمی دهند، اکسیژن مورد نیاز خود را از هوای موجود در فضاهای بین ذرات خاک بدست می آورند. اگر خاک اطراف ریشه های گیاه فشرده شود یا از آب اشباع گردد، دیگر اکسیژن کافی برای ریشه ها تأمین نمی شود و در چنین وضعیتی معمولا ریشه ها می میرند.
دی اکسید کربن، آب و اکسیژن تنها مواد معدنی مورد نیاز گیاهان نیستند. گیاهان نیازمند مقادیر اندکی از تعدادی عنصر معدنی هستند که بیش تر به صورت یون های معدنی جذب می شوند. در جدول ۱-۱۰ سه عنصر غذایی که در بیش ترین مقدار برای رشد طبیعی گیاهان مورد نیاز هستندبا ذکر اهمیت هر یک از آن ها، ارائه شده است. برخی از کود های شیمیایی تجاری ممکن است همه ی این عناصر غذایی را داشته باشند.
جدول ۱-۱۰-تعدادی از عناصر غذایی اصلی مورد نیاز گیاهان
عنصر غذایی    اهمیت
نیتروژن    بخشی از پروتئین ها، نوکلئیک اسیدها، کلروفیل ها، ATP، و کوآنزیم هاست و رشد گیاهان سبز را افزایش می دهد.
فسفر    بخشی از ATP،ADP، نوکلئیک اسیدها، فسفولیپیدها و غشاهای سلولی و برخی از کوآنزیم هاست.
پتاسیم    برای انتقال فعال، فعالیت آنزیم ها، تعادل اسمزی و باز شدن روزنه ها مورد نیاز است.
هورمون های گیاهی
گفته می شود که هورمون ماده ای شیمیایی است که در یک محل از بدن جاندار تولید می شود و از آن جا به سوی محل دیگری حرکت می کند و در آن جا باعث ایجاد پاسخ می شود. اما در گیاهان ممکن است محل تولید و اثر هورمون یکی باشد. به دلیل این که برخی از هورمون های گیاهی باعث تحریک رشد و برخی دیگر باعث بازدارندگی رشد می شوند، بسیاری از دانشمندان ترجیح می دهند که به جای اصطلاح «هورمون های گیاهی» از اصطلاح «تنظیم کننده های رشد»استفاده کنند.
هورمون های گیاهی را می توان به دو گروه اصلی تقسیم بندی کرد:
۱-محرک های رشد که شامل اکسین ها، ژیبرلین ها و سیتوکینین ها هستند و در فرآیندهایی، مانند تقسیم سلولی، طویل شدن سلول، پیدایش اندام ها و تمایز آن ها دخالت دارند.
۲- بازدارنده های رشد که عمل آن ها در مقابل محرک های رشد است و شامل اتیلن و آبسیزیک اسید هستند.
هورمون ها الگوهای رشد گیاهان را کنترل می کنند:‌قرن ها مردم می دانستند که گیاهان هنگام رشد به سمت منبع نور رشد می کنند. این پدیده نورگرایی (فتوتروپیسم) نامیده می شود. چارلز داروین و پسر او فرانسیس داروین اولین آزمایش های مربوط به نورگرایی را در سال های میانی دهه ی ۱۸۰۰ انجام دادند. آن ها پی بردند که رأس گیاهچه های مربوط به گیاهان گندمی، نوری را که از یک طرف به آن تابیده می شود، دریافت می کند اما پاسخ رشدی (خم شدگی) آن در قسمت های پایین تر، یعنی دور از رأس قابل مشاهده است. این ار باعث خمیدگی گیاهچه به سمت نور می شود. در دهه ی ۱۹۲۰ یک زیست شناس هلندی به نام فریتزونت به این نتیجه رسید که یک ماده ی شیمیایی که در رأس ساقه ها تولید می شود، باعث این خمیدگی می شود. ونت این ماده ی شیمیایی تحریک کننده ی رشد را که باعث خمیدگی ساقه می شود، اُکسین نامید. مراحل آزمایش ونت در شکل ۶-۱۰ خلاصه شده است.
محرک های رشد
اکسین: اکسین باعث افزایش انعطاف پذیری دیواره های سلولی می شود و این امر امکان طویل شدن سلول ها را هنگام رشد فراهم می کند. اکسین در سمت تاریک ساقه انباشته می شود، در نتیجه سلول های سمت تاریک ساقه نسبت به سلول های سمت روشن آن طویل تر می شوند. تفاوت بین طول دیواره های سلولی دو سمت ساقه، باعث خمیدگی ساقه به سمت نور می شود. اکسین همچنین باعث بازدارندگی رشد جوانه های جانبی موجود روی ساقه می شود. این اثر بازدارندگی که در شرایط طبیعی از طرف جوانه ی رأسی بر جوانه های جانبی و از طریق اکسین اعمال میشود، چیرگی رأسی نامیده می شود. بریدن رأس ساقه باعث حذف منبع تولید اکسین و در نتیجه باعث رشد جوانه های جانبی می شود. بدین ترتیب می توان به چگونگی تأثیر هرس کردن و بریدن سر شاخه های گیاهان در پُر شاخه و برگ شدن آن ها پی برد.
در کشاورزی از اکسین برای ریشه دار کردن قلمه ها استفاده می شود. نسبت بالای اکسین به سیتوکینین در کشت بافت، ریشه زایی را تحریک می کند.
ژیبرلین ها: ژیبرلین ها در ساقه ها و دانه های در حال نمو تولید می شوند. این ترکیبات باعث تحریک طویل شدن ساقه، نمو میوه و جوانه زنی می شوند. از ژیبرلین ها برای درشت کردن حبه های انگور بدون دانه استفاده می شود. انگور بدون دانه، مانند بسیاری از گیاهان دیگری که میوه ی بدون دانه تولید می کنند، تریپلوئید (۳n) است. گیاهان تریپلوئید نازایند و دانه تولید نمی کنند. سایر میوه های بدون دانه که با ژیبرلین ها تیمار می شوند، عبارتند از:‌سیب، خیار،نارنگی و گلابی.
سیتوکینین ها: سیتوکینین ها که در رئوس ریشه تولید می شوند، باعث تحریک تقسیم سلولی می شوند و سرعت پیر شدن برخی از اندام های گیاهی را کاهش می دهند. از سیتوکینین ها به صورت افشانه (اسپری) برای شادابی شاخه های گل و افزایش مدت نگه داری میوه ها و سبزیجات در انبار استفاده می شود. در کشت بافت از سیتوکینین ها به منظور تشکیل ساقه از سلول های تمایز نیافته، استفاده می شود.
بازدارنده های رشد
اتیلن و آبسیزیک اسید فرآیند هایی را کنترل می کنند که به مراحل انتهایی نمو گیاه، مانند پیری، ریزش برگ، پژمردگی گل ها و رسیدگی میوه اختصاص دارند. به علاوه این دو هورمون سرعت رشد، سنتز پروتئین و انتقال یون را در شرایط نامساعد محیطی کنترل می کنند. مقدار این هورمون ها در درون پیکره ی گیاه در طی پیری،‌ریطش برگ و رسیدگی میوه و نیز هنگام تنش های محیطی افزایش می یابد. میزان اتیلن نه تنها تحت تاثیر تنش آب، بلکه در واکنش به زخم های مکانیکی بافت ها،‌آلودگی هوا، عوامل بیماری زا،‌شرایط غرقایی (قرار گرفتن بخش هایی از گیاه درون آب به مدت طولانی) و بی هوازی افزایش می یابد.
بیش از یک قرن پیش پرورش دهندگان مرکبات پی بردند که اگر میوه های مرکبات را در یک اتاق که با بخاری نفتی گرم می شود نگه دارند، میوه ها زودتر می رسند. رسیدگی میوه ها به این روش در اثر هورمون اتیلن انجام می شود. اتیلن ترکیب آلی گازی شکلی است که در اثر سوختن ناقص نفت نیز تولید می شود اغلب بافت های گیاهی، اتیلن تولید می کنند. امروزه،‌از اتیلن برای تسریع و افزایش رسیدگی میوه های گوجه فرنگی، انگور و دیگر میوه هایی که قبل از رسیدگی چیده می شوند،‌استفاده می شود. اتیلن همچنین باعث سست شدن میوه هایی مانند گیلاس نیز می شود و در نتیجه برداشت مکانیکی این میوه ها را تسهیل می کند.
نقش اصلی آبسیزک اسید در خفتگی دانه وجوانه است. این هورمون علاوه بر دخالت در خفتگی و بازدارندگی رشد، تعادل آب را در گیاهان تحت تنش خشکی،‌به وسیله ی بستن روزنه ها و حفظ جذب آب توسط ریشه ها، تنظیم می کند. این هورمون نقشی مخالف ژیبرلین ها را با جلوگیری از جوانه زنی ایفا می کند.
شرایط محیطی رشد گیاهان را تنظیم می کند.
ریشه ی گیاهان آن ها را به یک نقطه از زمین متصل و ثابت نگه می دارد. در نتیجه گیاهان بر خلاف جانوران قادر به حرکت از محیط نامناسب به محیط مناسب تر نیستند. گیاهان با تنظیم سرعت و الگوی رشد خود به محیط پاسخ می دهند. مثلا گیاهی که آب و عناصر غذایی کافی در اختیار دارد،نسبت به گیاهی که آب و عناصر غذایی مححط آن کم تر است، رشد سریع تر و بیشتری دارد. همچنین رشد گیاهی که در مقابل نور کامل خورشید قرار دارد، نسبت به رشد همان گیاه در سایه و تاریکی سریع تر است. طول گیاه در نور کامل خورشید افزایش می یابد. بنابراین دسترسی به نور و عناصر غذایی سرعت رشد گیاه را تحت تأثیر قرار می دهد. با این حال بسیاری از پاسخ های یک گیاه را به محرک های محیطی،‌هورمون های تنظیم کننده ی رشد شروع می کنند.
نور دورگی:‌برخی از گیاهان در بهار و برخی دیگر در تابستان یا پاییز گل می دهند. بعضی از گیاهان به محض رسیدن به مرحله ی بلوغ به گل می نشینند. الگو های فصلی گلدهی و دیگر جنبه های رشد و نمو بسیاری از گیاها در اثر تغییرات طول روز و شب صورت می گیرد. پاسخ یک گیاه به طول روز و شب نوردورگی نامیده می شود.
اغلب گیاهان از نظر دورگی در یکی از این سه دسته قرار می گیرند: گیاهی که گلدهی آن هنگامی انجام می شود که طول روز کمتر از مدت زمان معین باشد، گیاه روز کوتاه نامیده می شود. در برخی گیاهان گلدهی هنگامی صورت می گیرد که طول روز بلند تر از مدت زمان خاصی باشد. به چنین گیاهانی روز بلند می گویند. گیاهانی که گلدهی آن ها تحت تاثیر طول روز قرار نمی گیرد، گیاهان بی تفاوت خوانده می شوند. نور دورگی در صنعت کشت و پرورش گل و گیاه بسیار حایز اهمیت است. در گلخانه ها طول روز و شب را به طور مصنوعی کنترل می کنند(شکل۸-۱۰). گیاه بنت قنسول (بنت کنسول) و داودی در چنین شرایطی پرورش داده می شوند. بنابراین پرورش دهندگان گل، گیاهان را در فصولی از سال وادار به گل دهی می کنند که معمولا در آن زمان به طور طبیعی گل تولید نمی کنند. بدین ترتیب بنت قنسول و داودی در طول سال در دسترس اند و می توان آن ها را از گل فروش ها خرید.
پاسخ به دما:‌دما رشد و نمو بسیاری از گیاهان را تحت تأثیر قرار می دهد. مثلا،‌در صورتی که دما در طول شب بسیار بالا باشد، بسیاری از گیاهان گوجه فرنگی گل نمی دهند. بسیاری از گیاهان در صورتی که به مدت چند ساعت در معرض دماهای پایین (سرما) قرار نگیرند، در اوایل بهار موفق به تشکیل گل نخواهند شد. دماهای پایین باعث ورود گیاهان به مرحله ی موقتی عدم فعالیت در پاییز می شود. این گیاهان در طول زمستان یا حتی در طول دوره ی گرما- که اغلب در طول زمستان مشاهده می شود- غیر فعال باقی می مانند. مثلا برگ های گیاهان برگ ریز در طول پاییز می ریزند. در این هنگام پولک های محافظتی ضخیمی دور جوانه های این گیاهان تشکیل می شود(شکل ۹-۱۰). این جوانه ها پس از یک دوره ی سرما برگ های جدید تشکیل می دهند.
خفتگی وضعیتی است که در طی آن، حتی در صورت مناسب بودن شرایط برای رشد، گیاته یا دانه غیر فعال می مانند و نمی رویند. مواد شیمیایی عامل خفتگی، در پاسخ به دماهای پایین، تجزیه می شوند. شسته شدن بعضی از این مواد شیمیایی راه دیگر برطرف شدن خفتگی دانه هاست. بنابراین بسیاری از گیاهان و دانه های آن ها تا زمانی که به مدت چند هفته در معرض دماهای پایین قرار نگیرند، از خفتگی بیدار نمی شوند و رویش خود را آغاز نمی کنند. دوره های خفتگی در بسیاری از گیاهانی که زمستان محل زندگی آن ها سرد است،‌مشاهده می شود. خفتگی به گیاهان کمک می کند که با جلوگیری از رشد جوانه ها و جوانه زنی دانه ها در طول گرمای موقتی قبل از شروع و خاتمه ی زمستان، به بقای خود ادامه دهند و از بین نروند.