دنیای گیاهان — علوم تیزهوشان نهم (استعداد درخشان)

دنیای گیاهان (علوم تیزهوشان نهم)

گیاهان تولیدکنندگان زنجیرهٔ غذایی‌اند و کشاورزی از مهم‌ترین دانش‌هایی است که با کیفیت زندگی و اقتصاد جهان سروکار دارد. بیماری‌های گیاهی، محیط زیست، گیاهان تراریخته و داروهای گیاهی همه از موضوع‌های پژوهشی امروزند.

گیاهان و تاریخ انسان

در هزاره‌های گذشته غلات و حبوبات پایهٔ خوراک انسان بوده‌اند: برنج در آسیای شرقی، گندم و جو در آسیای غربی و ذرت در آمریکا. انگور، سیب، انجیر و زیتون هم در نوشته‌های تمدن‌های کهن دیده می‌شوند. در آثار چین، هند، ایران و روم باستان به طبقه‌بندی گیاهان توجه شده است و کتاب‌های ابن‌سینا که گیاهان را منشأ داروهای گوناگون معرفی می‌کرد، سده‌ها مرجع دانشگاه‌های جهان بود.

هرباریوم

هرباریوم جایی است که نمونه‌های خشک‌شدهٔ گیاهان به روشی علمی در آن نگهداری می‌شوند. ارزش هر هرباریوم به شمار نمونه‌ها و گستردگی مناطقی است که از آن‌ها گردآوری شده‌اند؛ این مجموعه‌ها مرجعی همیشگی برای شناخت پوشش گیاهی هر سرزمین‌اند. برای ساختن نمونه، گیاه را با ریشه، ساقه، برگ و گل یا میوه جمع می‌کنند، میان کاغذهای جاذب زیر فشار خشک می‌کنند، روی مقوا می‌چسبانند و برچسبی با نام علمی، محل، تاریخ و نام گردآورنده می‌زنند و با مواد ضدحشره نگه می‌دارند.

هرباریوم دانشکدهٔ علوم دانشگاه تهران از ارزشمندترین مرجع‌های گیاهان ایران است و دکتر احمد قهرمان، گیاه‌شناس برجستهٔ ایرانی، سال‌ها آن را اداره و تکمیل کرد. مهم‌ترین اثر او مجموعهٔ چندجلدی «فلور رنگی ایران» است؛ فلور یعنی فهرست و توصیف همهٔ گونه‌های گیاهی یک سرزمین.

در رده‌بندی، هرچه از سطوح بالا به سوی گونه پایین بیاییم، شباهت‌ها بیشتر و شمار اعضای هر گروه کمتر می‌شود؛ و صفاتی که گروه‌های بالاتر را از هم جدا می‌کنند اهمیت بیشتری از صفات سطوح پایین دارند.

سیب‌زمینی

سیب‌زمینی در زبان‌های گوناگون نام‌های بسیار متفاوتی دارد، اما نام علمی Solanum tuberosum در هر مقاله‌ای جای هیچ شکی نمی‌گذارد. ظاهراً همهٔ سیب‌زمینی‌های امروزی از گیاهی برآمده‌اند که هزاران سال پیش در پرو کشت می‌شد. در سدهٔ شانزدهم به اسپانیا و از آنجا به سراسر اروپا رسید و در دورهٔ قاجار به ایران آمد. این تاریخچه نشان می‌دهد ارتباط میان جوامع، حتی از راه جنگ و تجارت، چگونه گیاهان را جابه‌جا کرده و سیب‌زمینی چه گیاه سازگاری است.

سیب‌زمینی ساقه است نه ریشه. این غدهٔ زیرزمینی چشم‌هایی دارد که همان جوانه‌اند و از آن‌ها ساقه و برگ می‌روید؛ ریشه چنین جوانه‌هایی ندارد. برای آزمودن: سیب‌زمینی را در جای مرطوب و کم‌نور بگذار تا از چشم‌ها ساقه و برگ بروید؛ هر تکهٔ چشم‌دار را بکار تا گیاهی تازه بدهد (تکثیر رویشی از ساقه)؛ و برش آن را با ید رنگ کن تا ذخیرهٔ فراوان نشاسته را ببینی.

کروموزوم‌ها: هر گونه شمار کروموزوم مشخصی دارد. سیب‌زمینی رایج ۴۸ کروموزوم دارد، اما گونه‌هایی با ۲۴، ۳۶ و ۶۰ کروموزوم هم شناخته شده‌اند. اگر هر مجموعهٔ پایه ۱۲ کروموزوم باشد، این گونه‌ها به ترتیب دو، سه، چهار و پنج مجموعه دارند. یاختهٔ ریشهٔ سیب‌زمینی رایج ۴۸ و گامت آن ۲۴ کروموزوم دارد. در زنبور عسل، ماده‌ها ۳۲ و نرها که از تخم لقاح‌نیافته پدید می‌آیند ۱۶ کروموزوم دارند. انسانی که ۴۷ کروموزوم دارد به نشانگان داون مبتلاست. بیشتر بودن کروموزوم نشانهٔ پیشرفته‌تر بودن جاندار نیست.

سولانین: وقتی سیب‌زمینی در نور بماند، زیر پوستش سبز می‌شود و همراه سبزینه، مادهٔ سمی سولانین هم بیشتر می‌شود که در مقدار زیاد مسمومیت (تهوع، دل‌درد، سردرد) می‌آورد. پس سیب‌زمینی را در جای خنک و تاریک نگه می‌داریم و بخش‌های سبز و جوانه‌زده را دور می‌اندازیم.

برای دسته‌بندی رقم‌های سیب‌زمینی از رنگ پوست و گوشت، شکل غده، عمق چشم‌ها، زودرس یا دیررس بودن، مقاومت به بیماری و سرما و مقدار نشاسته استفاده می‌شود. گیاهان را می‌توان با اندام‌های رویشی (ریشه، ساقه، برگ) و زایشی (گل، میوه، هاگ) هم دسته‌بندی کرد و با یک کلید دوراهی ساده به نتیجه رسید: گل دارد یا نه (سرخس هاگ می‌سازد و گل ندارد)؛ اگر دارد، تک‌لپه است (مانند گندم با برگ‌های باریک و رگبرگ موازی) یا دولپه (مانند لوبیا با برگ پهن و غلاف).

خاک و تنفس ریشه

لایهٔ بالایی خاک آب و مواد معدنی گیاه را فراهم می‌کند و جانداران فراوانش یک بوم‌سازگان می‌سازند که شکل گرفتنش شاید سده‌ها طول بکشد، اما بی‌توجهی انسان می‌تواند به‌سرعت نابودش کند. آب، مواد معدنی و هوا در فضای میان ذره‌های خاک جای دارند و اگر این تعادل به هم بخورد، ریشه از کمبود اکسیژن خفه می‌شود.

بهترین خاک برای بیشتر گیاهان لوم است که هم آب نگه می‌دارد و هم هوا را عبور می‌دهد. مواد آلی حاصل از بقایای جانداران (هوموس) هم برای رشد ضروری است.

هر اندام اکسیژنش را از کجا می‌گیرد؟ برگ از روزنه‌ها، ساقهٔ چوبی از منفذهای ریز پوستش به نام عدسک و ریشه از هوای میان ذره‌های خاک از راه تارهای کشنده. در گیاهان آبزی، بافت‌های پرهوا اکسیژن را از برگ‌های روی آب به ریشه می‌رسانند و گیاهان غوطه‌ور اکسیژن محلول در آب را از سطح بدنشان جذب می‌کنند. درختان حرا در سواحل جنوب ایران ریشه‌های تنفسی دارند که از گل‌ولای بیرون می‌آیند.

آزمایش: دو گلدان یکسان را در نظر بگیر؛ یکی با زهکشی خوب و دیگری همیشه غرقاب. پس از چند روز گیاه غرقاب زرد و پژمرده می‌شود، چون ریشه‌اش اکسیژن ندارد. شاخه‌ای از یک گیاه آبزی در نور حباب اکسیژن می‌دهد و در تاریکی این حباب‌ها متوقف می‌شوند. گیاهان را می‌توان بر اساس زیستگاه خاکی هم گروه‌بندی کرد، اما چنین گروه‌بندی طبیعی نیست، چون گونه‌های نامرتبط هم در یک خاک می‌رویند؛ صفات ساختاری و ژنتیکی معیار اصلی‌اند.

عناصر ضروری

عنصر ضروری عنصری است که گیاه بدون آن نمی‌تواند رشد طبیعی کند و نسل بعد را بسازد. کشاورزان کودهای سرشار از نیتروژن، فسفر و پتاسیم به کار می‌برند؛ نیتروژن به شکل آمونیوم یا نیترات، فسفر به شکل فسفات و پتاسیم به شکل پتاس.

عناصر کم‌مصرف مانند آهن، منگنز، روی، مس، بور، کلر، نیکل و مولیبدن به مقدار بسیار کم اما ضروری لازم‌اند؛ برای مثال مولیبدن در همزیستی با باکتری‌های تثبیت‌کنندهٔ نیتروژن نقش دارد. کربن، اکسیژن و هیدروژن روی هم حدود ۹۶ درصد وزن خشک گیاه‌اند؛ یعنی بیشتر مادهٔ گیاه از هوا و آب آمده است، نه از خاک. در گیاهی با ۲۰۰ گرم وزن خشک، حدود ۹۰ گرم کربن و ۳ گرم نیتروژن وجود دارد. از میان عناصر خاک، نیتروژن بیشترین اثر را بر رشد گیاهان زراعی دارد.

دانشمندان با مهندسی ژنتیک گیاهانی ساخته‌اند که وقتی عنصری مانند فسفر کم شود، رنگدانه‌ای می‌سازند و تغییر رنگ برگ‌ها به کشاورز هشدار می‌دهد که کود لازم است؛ این کار مصرف کود را کم می‌کند. برگ‌های بنفش ذرت هم نشانهٔ کمبود فسفرند.

گیاهان گوشت‌خوار

صدها گونه گیاه گوشت‌خوار شناخته شده است. این گیاهان معمولاً در خاک‌های فقیر از نیتروژن مانند باتلاق‌ها می‌رویند و فتوسنتز هم دارند، اما برای جبران کمبود نیتروژن حشرات و جانوران کوچک را شکار می‌کنند. گیاه تله‌ای (مگس‌گیر) برگ‌هایی دارد که با لمس موهای حسی بسته می‌شوند؛ گیاه کوزه‌ای برگی کوزه‌مانند پر از مایع گوارشی دارد که حشره در آن می‌لغزد؛ و دروسرا با مژک‌های چسبناک و قطره‌های شیرین حشره را به دام می‌اندازد. آنزیم‌ها پروتئین شکار را تجزیه می‌کنند و گیاه افزون بر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و گوگرد هم به دست می‌آورد.

ساعت زیستی

اگر به‌سرعت به شهری با ۱۲ ساعت اختلاف زمانی سفر کنی، بدنت همچنان با ساعت مبدأ کار می‌کند و در میانهٔ روز خوابت می‌گیرد. این حالت پرواززدگی نام دارد. در انسان هورمون ملاتونین در تنظیم ساعت زیستی نقش دارد.

گیاهان هم ساعت زیستی دارند. بسته شدن گلبرگ‌ها در شب، «حرکت‌های خواب» برگ‌ها، تفاوت سرعت رشد در روز و شب و فعالیت بسیاری از ژن‌ها و واکنش‌های شیمیایی به این ساعت وابسته است. همهٔ ژن‌ها در همهٔ یاخته‌ها هستند، اما همه همیشه روشن نیستند؛ مثلاً ژن رنگدانه‌های برگ در یاخته‌های ریشه فعال نیست. ساعت زیستی با نشانه‌های محیطی مانند نور و دما تنظیم می‌شود و گیاه چند روز بدون این نشانه‌ها هم آن را حفظ می‌کند، اما پس از آن باید دوباره با محیط هماهنگ شود.

اگر گیاهی به منطقه‌ای برده شود که ساعت زیستی‌اش با طول روز و فصل‌های آنجا هماهنگ نیست، ممکن است در زمان نامناسب گل دهد (مثلاً پیش از یخبندان یا وقتی گرده‌افشان‌ها نیستند)، یا روزنه‌هایش در ساعت نادرست باز و بسته شوند و آب از دست بدهد. گونه‌ای که ساعتش با محرک‌های محیط تنظیم شود بقا می‌یابد؛ پس این هماهنگی برای گسترش جغرافیایی گونه حیاتی است.

گیاهان انگل

سس گیاهی گل‌دار از خانوادهٔ پیچک‌هاست که زندگی انگلی دارد، ریشه و سبزینه ندارد و با اندام‌های مکنده و ترشح آنزیم، دیوارهٔ یاخته‌های میزبان را می‌شکافد و از غذای آن استفاده می‌کند. با این همه، سس نهاندانه به شمار می‌آید، چون گل، میوه و دانهٔ پوشیده در میوه و آوند دارد و ساختار گل و ژن‌هایش به پیچک‌ها نزدیک است. نداشتن ریشه و سبزینه صفتی است که در اثر زندگی انگلی از دست رفته و صفات گروه‌های بالاتر، یعنی گل و دانه و آوند، در طبقه‌بندی مهم‌ترند.

گیاهان دارویی و داز

بیماری‌های قلبی از عوامل مهم مرگ‌ومیرند. گیاه انگشتانه (Digitalis) منبع داروهای دیجیتالیس است که انقباض ماهیچهٔ قلب را تنظیم می‌کنند و امروز به‌صورت مصنوعی هم ساخته می‌شوند. بسیاری از داروهای صنعتی از الگوهای گیاهی ساخته شده‌اند. در فرهنگ ما از سیر و پیاز برای سرماخوردگی استفاده می‌شد که مواد ضدمیکروبی دارند. زعفران محصول ارزشمند و صادراتی ایران است. اسفناج ویتامین‌ها و مواد معدنی فراوان دارد، اما اگزالیک‌اسید آن جذب کلسیم و آهن را کم می‌کند و مصرف بسیار زیادش ممکن است به سنگ کلیه کمک کند. پژوهش‌هایی که دربارهٔ سوخت‌وساز کلسترول جایزهٔ نوبل گرفتند، به ساخت داروهایی انجامیدند و برخی از این داروها از گیاهانی گرفته شده‌اند که در طب سنتی هند به کار می‌رفتند.

داز یا نخل ایرانی درختی بومی سیستان و بلوچستان است که با زندگی مردم آنجا آمیخته است؛ از برگش حصیر، سبد و طناب می‌سازند و از آن برای خوراک دام و سایه استفاده می‌کنند. برای حفظ آن در خشکسالی می‌توان از آبیاری قطره‌ای، ذخیرهٔ آب باران، پوشاندن خاک برای کاهش تبخیر، جلوگیری از چرای بی‌رویه، کاشت نهال‌های تازه با مشارکت مردم و حمایت قانونی بهره گرفت.

اشتباه‌های رایج

• سیب‌زمینی ریشه نیست؛ ساقهٔ زیرزمینی است.
• بیشتر جرم خشک گیاه از هوا و آب است، نه از خاک.
• ریشه هم تنفس می‌کند و در خاک غرقاب خفه می‌شود.
• گیاهان گوشت‌خوار فتوسنتز دارند و شکار را برای نیتروژن می‌خورند.
• شمار بیشتر کروموزوم نشانهٔ پیشرفته‌تر بودن نیست.