Aqu @teach: Kupanda anatomy, fiziolojia na mahitaji ya kukua

3 Sep 2020 · Aqu@teach

Panda anatomy

Anatomy ya mimea inaelezea muundo na utaratibu wa seli, tishu na viungo vya mimea kuhusiana na maendeleo na kazi zao. Mimea ya maua hujumuisha viungo vitatu vya mimea: (i) mizizi, ambayo hufanya kazi hasa kutoa nanga, maji, na virutubisho, na kuhifadhi sukari na wanga; (ii) inatokana, ambayo hutoa msaada; na (iii) majani, ambayo huzalisha vitu vya kikaboni kupitia usanisinuru. Mizizi inakua chini kwa kukabiliana na mvuto. Kwa ujumla, mbegu hutoa mizizi ya msingi ambayo inakua moja kwa moja chini na inatoa mizizi ya sekondari ya nyuma. Hizi zinaweza kuzalisha mizizi ya juu, ambayo inaweza kuwa tawi, na mchakato unaendelea karibu kwa muda usiojulikana. Ukuaji hutokea kwenye ncha ya mizizi au kilele, ambacho kinalindwa na cap ya mizizi. Mizizi kukua na tawi daima, katika kutafuta yao kwa ajili ya madini na maji. Ufanisi wa mizizi kama chombo cha kunyonya hutegemea eneo lake la uso linalohusiana na kiasi chake, ambacho kinaundwa na nywele za mizizi na mfumo mgumu wa matawi.

Kielelezo 7 kinaeleza anatomy ya msingi ya mmea. Hypocotyl ni sehemu ya shina ambayo huunganisha msingi na mizizi. Katika mwisho mwingine wa shina ni bud terminal, au bud apical, ambayo ni hatua ya kukua. Shina ni kawaida kugawanywa katika nodes na internodes. Nodes hushikilia majani moja au zaidi, ambayo yanaunganishwa na shina na petioles, pamoja na buds ambazo zinaweza kukua katika matawi na majani au maua. Internodes umbali node moja kutoka kwa mwingine. Shina na matawi yake huruhusu majani kupangwa ili kuongeza joto la jua, na maua yanapangwa ili kuvutia pollinators bora. Kuunganisha hutokea kutokana na shughuli za buds za apical na axillary. Uongozi wa Apical hutokea wakati kilele cha risasi kinazuia ukuaji wa buds za nyuma ili mmea uweze kukua kwa wima. Majani, ambayo hubeba majani, maua na matunda, hukua kuelekea chanzo chanzo. Majani huwa na rangi na ni maeneo ya usanisinuru (angalia 4.3.2.1). Majani pia yana stomata, pores kwa njia ambayo maji hutoka na kwa njia ambayo kubadilishana gesi hutokea (dioksidi kaboni ndani na oksijeni nje).

Kielelezo 7: anatomy ya mmea

Mfumo Risasi. Mfumo wa Mizizi. Hypocotyl. terminal Bud. Leaf Blade. Internode. Axillary Bud. Node. Shina. Petiole. Gusa Mizizi. Mizizi Nywele. mizizi Tip. Mizizi cap https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_anatomy#/media/File:Plant_Anatomy.svg

Panda physiolojia

Plant fiziolojia ni somo kubwa, kufunika michakato ya msingi kama vile usanisinuru, kupumua, lishe kupanda, kazi kupanda homoni, tropisms, photomorphogenesis, photomorphogenesis, midundo ya sikadiani, mazingira stress fiziolojia, mbegu kuota, mabweni, stomata kazi, na transpiration. Hapa tutazingatia michakato muhimu zaidi ya kisaikolojia na jinsi wanavyoathiriwa na hali ya kukua.

usanisinuru

Mimea yote ya kijani huzalisha chakula chao kwa kutumia usanisinuru. Photosynthesis ni mchakato ambao mimea inaweza kutumia nuru kuzalisha nishati na wanga kwa njia ya kuimarishwa kwa CO₂:

$6 _2 + 6 _2→ 6 {12} _6 + 6 _2 $

Ingawa photosynthesis hutokea katika sehemu zote za kijani za mmea, tovuti kuu ya mchakato huu ni jani. Organelles ndogo zinazoitwa chloroplasts zina chlorophyll, rangi ambayo inatumia nishati kutoka jua kuunda molekuli za sukari za juu-nishati kama vile glucose. Mara baada ya kuundwa, molekuli ya sukari husafirishwa katika mmea ambapo hutumika kwa michakato yote ya kisaikolojia kama vile ukuaji, uzazi, na kimetaboliki. usanisinuru inahitaji mwanga, dioksidi kaboni, na maji.

Kupumua

Mchakato wa kupumua katika mimea unahusisha kutumia sukari zinazozalishwa wakati wa usanisinuru pamoja na oksijeni kuzalisha nishati kwa ukuaji wa mimea:

$ _6- {12} _6 + 6 _2 → 6 _2 + 6 _2+ $

Wakati usanisinuru unafanyika kwenye majani na inatokana tu, kupumua hutokea katika sehemu zote za mmea. Mimea hupata oksijeni kutoka hewa kupitia stomata, na kupumua hufanyika katika mitochondria ya seli mbele ya oksijeni. Kupumua kwa mimea hutokea masaa 24 kwa siku, lakini kupumua usiku kunaonekana zaidi tangu mchakato wa usanisinuru unakoma. Wakati wa usiku, ni muhimu sana kwamba joto ni baridi kuliko wakati wa mchana kwa sababu hii inapunguza kiwango cha kupumua, na hivyo inaruhusu mimea kujilimbikiza glucose na kuunganisha vitu vingine kutoka kwao vinavyohitajika kwa ukuaji wa mmea. Joto la juu la usiku husababisha viwango vya juu vya kupumua, ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa maua na ukuaji duni wa mimea.

Osmosis na plasmolysis

Osmosis ni mchakato ambao maji huingia mizizi ya mmea na huenda kwenye majani yake (Mchoro 8). Katika udongo wengi, kiasi kidogo cha chumvi hupasuka kwa kiasi kikubwa cha maji. Kinyume chake, seli za mimea zina kiasi kidogo cha maji ambacho chumvi, sukari na vitu vingine vinajilimbikizia. Wakati wa osmosis, molekuli ya maji hujaribu kusawazisha mkusanyiko wao pande zote mbili za membrane za seli. Hivyo, wakati maji yanapotoka kwenye udongo, ambako ni mengi zaidi, ni ‘inataka’ kuondokana na suluhisho katika seli. Maji yanayoingia kiini huhifadhiwa katika vacuole kubwa, kati. Wakati kiini kinakuwa turgid (kikamilifu umechangiwa) kiwango cha matumizi ya maji kimepungua. Turgor ya kiini hutoa uimarishaji kwa tishu zilizojaa maji. Tofauti kati ya majani ya lettuce ya crisp na yaliyopandwa yanaonyesha asili ya seli za turgid na zisizo za turgid (flaccid). Wengi kupanda aina wilt katika udongo ambapo kiasi kikubwa cha chumvi kusanyiko, hata wakati maji ya kutosha ni sasa. Mchanga huo wa salini una maudhui ya chini ya maji kuliko seli za mizizi, hivyo mizizi hupoteza maji kama mwelekeo wa mtiririko wa osmotic unabadilishwa. Utaratibu huu unaitwa plasmolysis. Kiini huanza kupungua bila maji ya ndani ya kutosha. Baada ya kupoteza maji kwa muda mrefu, kiini huanza kuanguka bila maji yoyote ya ndani kwa msaada. Kuanguka kwa seli kamili ni mara chache kurekebishwa. Wakati seli zinaanza kuanguka kutokana na upotevu wa maji, mmea kwa kawaida huadhibiwa kwa sababu seli zake zinakufa.

Kielelezo 8: Shinikizo la Turgor kwenye seli za mimea < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turgor_pressure_on_plant_cells_diagram.svg >

Transpiration

Transpiration ni kupoteza maji kutoka kwenye mmea kwa namna ya mvuke wa maji. Maji haya yanabadilishwa na ngozi ya ziada ya maji kupitia mizizi, na kusababisha safu inayoendelea ya maji ndani ya mmea. Mchakato wa transpiration hutoa mmea kwa baridi ya uvukizi, virutubisho, kuingia kaboni dioksidi, na maji kutoa muundo wa mimea. Wakati mmea unapotembea, stomata yake ni wazi, kuruhusu kubadilishana gesi kati ya anga na jani. Fungua stomata kuruhusu mvuke wa maji kuondoka jani lakini pia kuruhusu kaboni dioksidi (CO₂), ambayo inahitajika kwa usanisinuru, kuingia. Joto huathiri sana kiwango cha transpiration. Kama joto la hewa linavyoongezeka, uwezo wa kushikilia maji wa hewa hiyo huongezeka kwa kasi. Kwa hiyo hewa ya joto itaongeza nguvu ya kuendesha gari kwa transpiration, wakati hewa baridi itapungua.

Phototropism

Phototropism ni majibu ya uongozi ambayo inaruhusu mimea kukua kuelekea, au wakati mwingine mbali na, chanzo cha mwanga. Phototropism nzuri ni ukuaji kuelekea chanzo chanzo; phototropism hasi ni ukuaji mbali na mwanga. Shoots, au sehemu ya juu ya mimea, kwa ujumla huonyesha picha nzuri ya picha. Jibu hili husaidia sehemu za kijani za mmea kupata karibu na chanzo cha nishati ya nuru, ambayo inaweza kisha kutumika kwa usanisinuru. Mizizi, kwa upande mwingine, itakuwa na kukua mbali na mwanga. Homoni inayodhibiti phototropism ni auxin. Kazi yake kuu ni kuchochea ongezeko la urefu wa seli, hasa karibu na shina na mizizi tips. Katika shina zilizoangazwa kutoka hapo juu, seli hupata viwango sawa vya upungufu, na kusababisha ukuaji wa wima. Lakini wakati lit kutoka upande mmoja, inatokana mabadiliko mwelekeo kwa sababu auxin hujilimbikiza katika upande kivuli, na kusababisha seli huko kukua kwa kasi zaidi kuliko zile kuelekea mwanga. Kwa hiyo phototropism inaweza kusababisha mimea kukua mirefu na nyembamba huku inyoosha na kuinama ili kupata chanzo cha mwanga cha kutosha.

Photoperiodism

Photoperiodism ni udhibiti wa fiziolojia au maendeleo katika kukabiliana na urefu wa siku, ambayo inaruhusu baadhi ya aina ya mimea ua — kubadili hali ya uzazi — tu wakati fulani wa mwaka. Mimea kwa ujumla huanguka katika makundi matatu ya photoperiod: mimea ya siku ndefu, mimea ya siku fupi, na mimea ya siku-neutral. Athari ya photoperiodism katika mimea haipatikani wakati watakapoua. Inaweza pia kuathiri ukuaji wa mizizi na shina, na kupoteza majani (abscission) wakati wa misimu tofauti. Mimea ya siku ndefu kwa ujumla huua wakati wa miezi ya majira ya joto wakati usiku ni mfupi. Mifano ya mimea ya siku ndefu ni kabichi, lettuces, vitunguu na mchicha. Kwa upande mwingine, mimea ya siku fupi huua wakati wa misimu ambayo ina muda mrefu wa usiku. Wanahitaji kiasi kikubwa cha giza kabla ya maendeleo ya maua kuanza. Jordgubbar ni mimea ya siku fupi. Maua ya mimea fulani, inayojulikana kama mimea ya siku ya neutral, haijaunganishwa na photoperiod fulani. Hizi ni pamoja na pilipili, matango na nyanya. Wakulima wa kibiashara wanaweza kuchukua faida ya ujuzi kuhusu photoperiod ya mmea kwa kuitumia ndani ya maua kabla ya kawaida kufanya hivyo. Kwa mfano, mimea inaweza kulazimishwa maua kwa kufichua au kuzuia upatikanaji wao wa mwanga, na kisha inaweza kudanganywa ili kuzalisha matunda au mbegu nje ya msimu wao wa kawaida (Rauscher 2017).

Mahitaji ya kukua

Sababu za msingi za mazingira zinazoathiri ukuaji wa mimea ni: mwanga*, * maji*, * dioksidi kaboni, virutubisho (tazama Sura ya 5), joto, na unyevu wa jamaa. Hizi huathiri homoni za ukuaji wa mimea, na kufanya mmea kukua kwa haraka zaidi au polepole zaidi.

Mwanga

Maambukizi ya mwanga, ya kiasi na ubora unaofaa, ni muhimu kwa usanisinuru bora, ukuaji, na mavuno. Jua hutoa photoni na wavelengths mbalimbali (Kielelezo 9): UVC 100- 280 nanometres (nm), UVB 280-315 nm, UVA 315-400 nm, mionzi inayoonekana au photosynthetically kazi (PAR) 400-700 nm, mbali nyekundu 700-800 nm, na infrared 800-4000 nm. Ndani ya aina inayoonekana ya wigo bendi za mawimbi zinaweza kugawanywa zaidi katika rangi: bluu 400-500 nm, kijani 500-600 nm, na nyekundu 600-700 nm.

Kielelezo 9: Chlorophyll ngozi wigo https://www.flickr.com/photos/145301455@N07/29979758460

Kuna aina mbili tofauti za chlorophyll — chlorophyll a na chlorophyll b Chlorophyll a ni rangi ya kawaida ya photosynthetic na inachukua wavelengths ya bluu, nyekundu na violet katika wigo unaoonekana. Inashiriki hasa katika photosynthesis ya oksijeni ambayo oksijeni ni kuu kwa bidhaa ya mchakato. Chlorophyll b hasa inachukua mwanga wa bluu na hutumiwa kuimarisha wigo wa ngozi ya chlorophyll a kwa kupanua aina mbalimbali za wavelengths za mwanga kiumbe cha photosynthetic kinaweza kunyonya. Wote wa aina hizi za chlorophyll kazi katika tamasha kuruhusu ngozi upeo wa mwanga katika bluu na wigo nyekundu.

Kupanda majibu mwanga kuwa tolewa kusaidia mimea acclimatise kwa aina mbalimbali ya hali ya mwanga. Mimea yote hujibu tofauti na hali ya juu na ya chini, lakini aina fulani zinachukuliwa kufanya vizuri chini ya jua kamili, wakati wengine wanapendelea kivuli zaidi. Katika giza, mimea inaendelea na kuzalisha CO₂. Kama kiwango cha mwanga kinaongezeka, kiwango cha photosynthetic pia kinaongezeka, na kwa kiwango fulani cha mwanga (hatua ya fidia ya mwanga), kiwango cha kupumua ni sawa na kiwango cha photosynthesis (hakuna matumizi ya wavu au kupoteza CO₂). Mbali na kiwango cha mwanga, rangi ya nuru pia huathiri kiwango cha usanisinuru. Mimea ina uwezo wa kutumia wavelengths kati ya 400 nm na 700 nm kwa usanisinuru. Waveband hii inaitwa mionzi ya photosynthetically hai (PAR) (Davis 2015).

Kiasi cha nuru inayopatikana kwa mimea ni tofauti sana duniani kote na kwa njia ya misimu. Kwa mfano, katika mwinuko wa chini wa jua mwanga lazima uingie katika kiasi kikubwa cha anga kabla ya kufikia uso wa dunia, ambayo husababisha mabadiliko katika wigo, kama anga inachuja proportionerligt zaidi ya wavelength mfupi ya mwanga, hivyo inachuja UV zaidi kuliko bluu, na bluu zaidi kuliko kijani au nyekundu. Mabadiliko katika utungaji spectral na msimu na eneo ushawishi kupanda mwanga majibu (Davis 2015).

Maji

Upatikanaji wa virutubisho vingi hutegemea pH ya maji. Kwa ujumla, aina ya uvumilivu kwa mimea mingi ni pH 5.5-7.5. Ikiwa pH inakwenda nje ya aina hii, mimea hupata lockout ya virutubisho, ambayo ina maana kwamba ingawa virutubisho viko ndani ya maji, mimea haiwezi kuitumia. Hii ni kweli hasa kwa chuma, kalsiamu na magnesiamu. Hata hivyo, kuna ushahidi kwamba lockout ya virutubisho haifai kawaida katika mifumo ya maji ya kukomaa kuliko katika hydroponics, kwa sababu aquaponics ni mazingira yote, wakati hydroponics ni kazi ya nusu ya kuzaa. Kwa hiyo, katika mifumo ya aquaponic kuna mwingiliano wa kibiolojia unaotokea kati ya mizizi ya mimea, bakteria na fungi ambayo inaweza kuruhusu matumizi ya virutubisho hata katika viwango vya juu kuliko pH 7.5. Hata hivyo, kozi bora ya hatua ni kujaribu kudumisha pH kidogo (6—7), lakini kuelewa kwamba pH ya juu (7—8) inaweza pia kufanya kazi (Somerville et al. 2014c).

Mimea mingi inahitaji viwango vya juu (> 3mg/L) ya oksijeni iliyoyeyushwa (DO) ndani ya maji. Oksijeni hii inafanya iwe rahisi kwa mmea kusafirisha virutubisho kwenye nyuso zake za mizizi na kuziweka ndani. Bila hivyo, mimea inaweza kuoza mizizi, ambapo mizizi hufa na kuvu inakua. Pia, vimelea vingi vya mizizi vya mimea hufanya kazi kwa viwango vya chini vya oksijeni iliyoyeyushwa, hivyo kama maji ni ya chini katika oksijeni inaweza kutoa vimelea hivi nafasi wanayohitaji kushambulia mizizi ([Pantanella 2012).

Aina bora ya joto la maji kwa mboga nyingi ni 14-22 ⁰C, ingawa joto la kuongezeka mojawapo linatofautiana kati ya aina mbalimbali za mimea (tazama Sura ya 7). Kwa ujumla, ni joto la maji ambalo lina athari kubwa zaidi kwenye mimea, badala ya joto la hewa. Bakteria na viumbe vingine vidogo ambavyo hukaa katika mifumo ya aquaponic pia vina kiwango cha joto cha kupendekezwa. Kwa mfano, bakteria za nitrification zinazobadilisha amonia kuwa nitrati hupendelea joto la wastani la takriban 20 ⁰C ([Pantanella 2012; Somerville et al. 2014c).

Dioksidi kaboni (CO₂)

Wakati wa usanisinuru, mimea hutumia CO₂ kutengeneza chakula, na kutolewa oksijeni kwa matokeo. Kuongezeka kwa viwango vya CO₂ ongezeko photosynthesis, kuchochea ukuaji wa mimea. Air safi ina CO₂ karibu 0.037%, lakini katika chafu iliyofungwa au chumba cha kukua, CO₂ iliyoko inaweza kutumika haraka. Kwa mfano, katika chafu cha plastiki, viwango vya CO₂ vinaweza kupunguzwa hadi chini ya 0.02% tu masaa 1-2 baada ya jua. Katika viwango vya chini ya 0.02%, ukuaji wa mimea utakuwa mdogo sana, na katika viwango vya chini ya 0.01%, mimea itaacha kukua kabisa. Kwa kuongeza viwango vya CO₂ hadi 0.075 -0.15%, wakulima wanaweza kutarajia ongezeko la mazao ya 30 -50% juu ya viwango vya CO₂ iliyoko, na wakati wa matunda na maua yanaweza kupunguzwa kwa siku 7-10. Hata hivyo, viwango vingi vya utajiri wa CO₂ vinaweza kuwa na athari mbaya. Viwango vya juu ya 0.15% vinachukuliwa kuwa vimeharibika, wakati viwango vya juu ya 0.5% vina hatari. Viwango vya kupindukia vitasababisha stomata kwenye majani ya mimea kufungwa, kwa muda kuacha usanisinuru, na tangu mimea haiwezi tena kupitisha mvuke wa maji vya kutosha wakati stomata imefungwa, majani yanaweza kuchomwa moto.

Joto

Joto ni sababu kubwa ya mazingira inayoathiri michakato ya ukuaji wa mimea katika mimea kutoka hatua za mwanzo za maendeleo hadi malezi ya maua. Kila aina ya mimea ina kiwango chake cha joto. Mimea ‘hutafuta’ kufikia joto lao mojawapo, na uwiano kati ya joto la hewa, unyevu wa jamaa na mwanga ni muhimu katika hili. Ikiwa viwango vya mwanga ni vya juu, mmea utawaka joto, na kusababisha tofauti kati ya joto la mimea na joto la hewa. Ili kupungua, kiwango cha transpiration cha mmea kinapaswa kuongezeka. Joto la chini sana au la juu katika mazingira ya ukuaji inaweza kuwa na madhara kwa michakato mbalimbali ya metabolic kama vile matumizi ya virutubisho, malezi ya chlorophyll, na usanisinuru. Kwa ujumla, ongezeko au kupungua kwa joto juu au chini ya kiwango mojawapo hujulikana kubadilisha michakato kadhaa ya kisaikolojia katika mimea na kuharibu seli za mimea, hivyo kubadilisha ukuaji.

Unyevu wa jamaa

Unyevu wa jamaa (RH) ni kiasi cha mvuke wa maji uliopo katika hewa iliyoonyeshwa kama asilimia ya kiasi kinachohitajika kueneza kwa joto sawa. Unyevu wa jamaa huathiri moja kwa moja mahusiano ya maji ya mmea, na huathiri moja kwa moja ukuaji wa majani, photosynthesis, na tukio la magonjwa. Chini ya RH high kiwango cha transpiration kimepunguzwa, shinikizo la turgor ni kubwa, na seli za mimea zinakua. Wakati RH ni ya chini, kuongezeka transpiration, kusababisha upungufu wa maji katika mmea ambayo inaweza kusababisha kupanda wilt. Mapungufu ya maji husababisha kufungwa kwa sehemu au kamili ya stomata, na hivyo kuzuia kuingia kwa dioksidi kaboni na kuzuia usanisinuru. Matukio ya wadudu na magonjwa ni ya juu chini ya hali ya juu ya unyevu, na RH ya juu pia inapendelea kuota rahisi kwa spores ya vimelea kwenye majani ya mimea.

*Hakimiliki © Washirika wa Mradi wa Aqu @teach. Aqu @teach ni Ushirikiano wa Kimkakati wa Erasmus+katika Elimu ya Juu (2017-2020) unaongozwa na Chuo Kikuu cha Greenwich, kwa kushirikiana na Chuo Kikuu cha Zurich cha Sayansi Applied (Uswisi), Chuo Kikuu cha Ljubljana na Kituo cha Biotechnical Naklo (Slovenia) . *