Bitkilerde Yönelme Hareketleri

Işık ve Yer Çekimine Yönelme

Bitkiler, yaşamlarını sürdürebilmek için ışık, su ve kimyasal maddelere ihtiyaç duyar; bu yüzden çeşitli tropizma hareketleriyle ihtiyaçlarının karşılanabileceği tarafa yönelirler. Bitki kökleri ve sürgünleri yer çekimine duyarlı olduğundan, bitkinin yer çekimine olan tepkisi tohum çimlenir çimlenmez oluşur: sürgünler yer çekimine karşı hareket ederek yukarı doğru büyür ve bu sayede bitki fotosentez için gerekli ışığa ulaşır; kökler ise yer çekimi kuvvetine doğru yönelir ve böylece bitki toprağa tutunarak su ve minerallere ulaşır. Tohumlar toprağa hangi yönde düşerse düşsün, kök her zaman yer çekimi yönünde, gövde ise yer çekimine ters yönde büyür.

Oksin hormonu, bitkilerin ışığa ve yer çekimine olan tepkisinde büyük rol oynar. Gövde ve kökler yüksek oksin konsantrasyonuna farklı tepkiler verir: yüksek konsantrasyonda oksin sürgün uçlarında ve gövdede büyümeyi teşvik ederken kökte yavaşlatır veya durdurur; bu durum sürgünün yukarı, kökün aşağı doğru yönelmesini sağlar. Oksin, sürgün tepesinde üretilerek gövdeden aşağı doğru taşınır. Işığın tek yönden gelmesi durumunda oksin, az ışık alan tarafta daha fazla birikir ve bu bölgede uzamayı teşvik eder; oksinin bulunduğu taraftaki hücrelerde uzama daha fazla olduğu için büyüme asimetrik gerçekleşir. Bu asimetrik büyüme, bitki gövdesinin ışığa doğru yönelmesini sağlar.

Oksinin Keşfi: Koleoptil Deneyleri

Bitkilerin ışığa yönelmesi (fototropizma) üzerine yapılan sistematik deneysel çalışmalar, oksin hormonunun keşfedilmesine yol açmıştır. Bu deneylerde buğday, yulaf, mısır gibi bitkilerin fidelerinde henüz açılmamış yaprağı saran, silindir biçimindeki koleoptil adlı kılıf incelenmiştir.

1. Deney (1880): Dört grup oluşturulmuştur. Kontrol grubunda koleoptil ışığa yönelmiş; koleoptilin ucu kesildiğinde ya da uç ışık geçirmeyen (opak) bir başlıkla kapatıldığında ışığa yönelim olmamıştır. Koleoptilin ucu ışık geçiren (saydam) başlıkla kapatıldığında veya uç açık bırakılıp tabanına opak yapı geçirildiğinde ise yönelim gerçekleşmiştir. Bu deneyler, ışığın algılanmasından koleoptil ucunun sorumlu olduğunu ve uç kısımdan alt kısımlara bir sinyal gönderildiğini ortaya koymuştur.

2. Deney (1913): Bilim insanları, koleoptil ucundan alt kısma gönderilen sinyalin hareketli bir kimyasal madde olduğunu düşünüp bunu test etmiştir. Koleoptil ucu ile gövde arasına kimyasal madde geçişini engelleyen mika yerleştirildiğinde ışığa yönelim olmamış; kimyasal madde geçişine izin veren jelatin yerleştirildiğinde yönelim gerçekleşmiştir. Mika koleoptilin karanlık tarafına yerleştirildiğinde yönelim olmamış, aydınlık tarafına yerleştirildiğinde ise yönelim olmuştur.

3. Deney (1918): Koleoptil uçları kesilip karanlık ortamda gövdenin yan tarafına yerleştirilmiştir. Ucun yerleştirildiği taraf diğer taraftan daha fazla büyümüş; bu durum koleoptilin kesik ucun bulunduğu tarafın tersi yönünde kıvrılmasına neden olmuştur. Bu deney, bitkinin ışığa yönelmesinin bitki dokusunda yayılan ve dokunun büyümesini sağlayan bir kimyasal maddeden kaynaklandığını göstermiştir.

4. Deney (1926): Koleoptil ucundan aşağı taşınan büyüme uyarısının kimyasal bir madde olduğunu göstermek için karanlık ortamda deneyler yapılmıştır. Ucuna oksin içermeyen agar blok konulan kontrol grubunda büyüme ve yönelme gözlenmemiştir. Oksinli agar blok, ucu kesilmiş koleoptilin tam üstüne yerleştirildiğinde koleoptil dik büyümüş; agar blok koleoptilin yan tarafına yerleştirildiğinde ise koleoptil agarın olmadığı tarafa doğru yönelmiştir. Bu deney, koleoptilin bir tarafının diğerine göre daha hızlı büyümesine agar blok üzerinden geçen kimyasal maddenin neden olduğunu; bu sinyalin difüzyonla geçen bir madde olduğunu ve sentezlenmesi için ışığa gerek olmadığını ispatlamıştır. Bu kimyasal maddeye oksin adı verilmiştir. (Agar, deniz yosunlarından elde edilen, jel gibi bir maddedir; laboratuvarda genellikle kültür ortamı olarak kullanılır.)

Tarımsal Uygulamalarda Işığa Yönelme

Bitkilerin ışığa yönelmesi, tarımsal üretimde verim ve kaliteyi doğrudan etkiler; seralar, tarlalar ve meyve bahçelerindeki uygulamalar bu mekanizmaya dayanarak planlanır. Bitkiler ışığa doğru büyüyerek daha fazla fotosentez yapar, bu da büyüme hızını ve ürün miktarını artırır. Seralarda ışık dağılımı yetersizse bitkiler tek yöne yönelir; bunu önlemek için yapay aydınlatma sistemleriyle ışığın her bitkiye eşit ulaşması sağlanır. Dikey tarım uygulamalarında tohumlar yatay değil dikey katmanlandırılmış raflara ekilir; bitkiler ışığa doğru büyüyerek yetiştirme alanı daha verimli kullanılır. Tarlalarda genellikle kuzey-güney doğrultusunda ekim yapılır; böylece bitkilerin her iki tarafı da gün içinde ışık alır ve fototropizma dengeli gerçekleşir. Meyve bahçelerinde ağaçların dikilmesi, budanması ve dalların ışık alacak şekilde düzenlenmesi de bitkinin ışık alma kapasitesini artırmak amacıyla yapılır.

Özet

• Bitki tohumu toprağa hangi yönde düşerse düşsün, kök daima yer çekimi yönünde (aşağı), gövde ise yer çekimine ters yönde (yukarı) büyür; bu tepkide oksin hormonu belirleyicidir çünkü yüksek oksin konsantrasyonu gövdede büyümeyi teşvik ederken kökte yavaşlatır.
• Tek yönlü ışıkta oksin, az ışık alan tarafta birikerek orada daha fazla hücre uzamasına (asimetrik büyümeye) yol açar; bu da gövdenin ışığa doğru eğilerek büyümesini (fototropizma) sağlar.
• 1880-1926 yılları arasında yapılan koleoptil deneyleri sırasıyla ışığın koleoptil ucunda algılandığını, sinyalin hareketli bir kimyasal madde olduğunu, bu maddenin dokunun büyümesini sağladığını ve son olarak bu maddenin (oksinin) difüzyonla yayılan, ışığa ihtiyaç duymadan sentezlenen bir kimyasal olduğunu ortaya koymuştur.