Buğday bitkisinde stoma açıklığının ayrımlı ışık yoğunluklarında porometre tekniği ile ölçülmesi

(1)

ULUDA(: ONI VERSITESi zl R. FAK., 2(1), 1983.

BUGDAY B1TK1SlNDE STO

MA AÇIKLIGININ

AYRJMLI IŞIK

YOGUN

LUKL

ARINDA

POROM

ET

RE TEKNlGl

ILE öLÇOLMESI

A. Vahap KATKAT*

ÖZET

Stoma hareketleri üzerine etki eden başlıca fizyolojik etmenler; ışık, bitkinin

su durumu, sıcaklık ue karbondioksit miktarlarıdır. Işıh etmeni stomaların açılması nı sağlar ue etkisi oldukça hız/ıdır. Bitkinin su durumu bitkiler için yetersiz oluro

l-maz stoma/ar kapanır/ar. Atmosferdeki karbondioksit miktarı ise stoma açılma de

-recesi üzerine direkt olarak etki etmekte ue atmosferdeki karbondioksit konsan

tras-yonunda meydana gelen azalmalar stoma açıklığını arttırmaktadır. Buğday bitkisin-de stoma açıklıkları ışık yoğunlukları ile birlikte artış göstermekte ue 50 W. m -2 _'ye

kadar ışık stoma açıklığını sınırlandıran bir etmen olmaktadır. Bununla beraber

50 W.m -2 'nin üzerinde su ue karbondioksit yokluğu, ışığın etkisini artırmaktadır.

RESUME

La Mesure du Degre D'ouverture Stoınatique Sous Differente lntensit~ Lumineuse par la Methode de PoromHre Ot ez le Ble

Les principaux facteurs physiologiques qui ont influence sur les mouuements

des stomates so nt la lumil!re, /'e tat hydrique de la plante, la temperature et la te -neur en gaz carbonique. Le facteur de lumi~re commonde l'ouuerture des stomates

et son effet e st tre s rapide. L 'i tat hydrique de la p/ante determine ega/ement le deg-re d 'ouuerture des stomates, en effet des que le bi/an d 'eau deuient de{icitaire pour le uegetale, /es stomates se ferment. La teneur en gaz carbonique de l'atmosphere commonde ega/ement tres directement le degre d'ouuerture des stomates et tout abaissement de la concentration du

co2

de l'atmosphhre prouoque l'ouuerture des

stomates. L 'ouuerture stomatique augmente auec /'intensite /um ineuse chez le blh et jusqu

a

50 W. m -2_;_{la lumier}_{e est}_{un facteur qui Iimit}_e_de_l'o_uruert_u_re_stomatique. Pourtant au dessus de 50 W.m -2 Iabsence de l'eau et du gaz carbonique augmen-tent /'effet de la lumiere.

GİRİŞ

Bitki hücrelerinin dış ortam ile bağlantı kurmalarını ~layan stomalar normal

olarak bir çift epidermis hücresinin farklılaşması sonucu oluşmuşlardır. Bu hücreler

*

Doç.Dr.; Uludağ Vniversitesi Ziraat Fakültesi tJğretim Uyesi.

(2)

genellikle böbrek şeklinde olup gözenek a~ızlarının ~çı~p kapanm_~ını d~enlerl~r. Bu~daygil haçlıgil ve papirüsgil familyalarındaki bitkılerıo stoma hucrelen, genellik-le özel bir' fonnda olup, yapra~ın boyuna

do

~ru

paralel

sıralar

şeklinde

dizilmekte-dirler. Gözenek genişlikleri elips şeklinde olup iç ve dış koşulların etkileri altında

de~işiklik gösterirler. Klorofil kapsayan bitkilerin fizy?lojilerin_d~ sto~~laı:~ önemi; yaprak ve fotosentetik organlar ile atmosfer arasındaki gaz de~ışımlerını duzenleme-sinden kaynaklanmaktadır. En önemli de~işim olayları su buharının dışan atılması ve ışık etkisi altında fotosentezde kullanılan atmosfer karbondioksitinin absorpsiyo-nudur.

Aynca fotorespirasyon ve respirasyon olgulan sırasında oluşan gazlarda stoma aracılıgı ile dışan atılmaktadır. Stoma hareketleri üzerine çeşitli fizyolojik etmenle-rin etki etmesi ile bu hareketlerin tek bir mekanizma yerine birçok mekanizmanın

etkileri ile oluştuğu son yıllarda yapılan deneysel araştırmalar sonucu ortaya konul-muştur. Bu mekanizmalar genel olarak klasik kuram, hormon kuramı ve iyon kura-mı şeklinde belirtilmektedir. Birkaç yıldan beri stoma harekelilerinin özelliklerini açıklamak amacıyla bir çok araştırmalar yapılmaktadır. Bu araştırmalann fazlalı~ı.

stomaların fizyolojik özelliklerinin incelenmesi için gerekli tekniklerin gelişmesin den ileri gelmektedir.

Stoma hareketlerini incelemede sayısız yöntemler kullanılmaktadır. Bu yön-temler genellikle iki grup altında toplanırlar:

1- Direkt (Dolaysız) gözleme yöntemi: Bu teknikte gözenek genişli~ini mikro-metri ölçüleri yardımı ile ölçmek için önceden yerleştirilmiş foton mikroskobun-dan yararlanılır. Bu ölçüm yapra~ın alt yüzeyinden çıkarılmış epiderm parçasının mutlak alkol ile fikse edilmesinden sonra gerçekleştirilmektedir. Bu yöntem kinetik etütler için kullanılamamakla beraber stomaların açılış derecelerinin indirekt yön-temle ölçülmesinde referans bilgiler vermektedir.

2- indirekt (Dolaylı) gözleme yöntemi: Bu yöntemler, yapraklarda çeşitli sı vıların infiltrasyon hızları üzerine kurulu tekniklerin dışında kalan porometrik yön-temleri kapsarlar.

a- Direnç (Resistance) Porometreleri: Toplam basınç farkı altında yapra~ın içinden havanın geçmesine karşı meydana gelen direncin ölçülmesi esasına ba~lı olarak çalışırlar.

b- Geçiş (Düfussion) Porometreleri: Su buharı geçiş porometrelerinde, trans -pirasyon ölçümünden yararlanılarak stoma direnci hesaplanır. Bu porornetreler gü -nümüzde çok geniş olarak kullanılmaktadır.

Hidrojen geçiş porornetresi ile gözenekli poröz bir membran gibi kabul edilen yaprağı kateden hava ve hidrojen gazının geçiş direnci ölçülür. Geçiş sırasında yap· ragın üst yüzeyinde hidrojen gazı, di~er kısmında ise normal hava bulunur. Kısmi basınç farkı ile gaz yaprağa girerek, yaprağı geçer. Yüksek basınç tarafından düşük

basınca doğru geçiş olur. Gaz miktarının hacim olarak ölçülmesi sağlandığında hid-rojen gazının, ters yöndeki geçişi oluşturan azot ve oksijen gaziarına oranla 4 kez daha fazla olduğu saptanır. Bu geçiş stoma açılma derecesinin oransal değerini ver· rnektedir. Direnç porometresi ve hidrojen gazının geçişini ölçen porometreler anaık

amfıs_~omotik yani iki yüzeyinde de storna kapsayan yapraklar için uygundur. Sto· ma hucrelerinin çok küçük olması ve günümüzde canlı olarak tam ve ani bir şekilde

(3)

izole edilernemesi direkt olarak biyokimyasal incelemeleri engellemektcdir. Bununla beraber son yıllarda geliştirilen mikroteknikler ve radyoizotoplann kullanılması sto-malann hareket mekanizmalan üzerindeki bilgilerimizi önemli ölçüde artırmıştır.

LİTERA TÜR ÖZETi

Stoma hareketleri üzerine çeşitli etmenler etkili olmaktadır. Stoma hareketle-ri üzehareketle-rine etki eden en önemli etmenler ışık, bitkinin su kapsamı, sıcaklık ve karbon-dioksit miktarlarıdır. Kuiper (1961), C3 tipi metabolizmaya sahip bitkilerde, stoma açıklıklannın, ışık yo~unlukları ile birlikte artış gösterdi~ini belirlemiştir. Stoma açıklıklannın belirlenmeleri için Louguet (1965) Hidrojen gazının diffı.izyonu eııası na dayanan porometre yöntemini geliştirmiştir. Anılan araştıncı bu,porometre yö

n-temi ile özellikle amfistomatik bitkiler üzerinde geniş araştırmalar yapmıştır.

Stoma hareketlerinin incelenmesi amacıyla çeşitli yöntemler bulunmaktadır.

Meinder ve Mansfıeld (1 968), bu yöntemleri iki grupta sınıflandırmışlardır. Birinci gruptaki yöntemler, stoma gözenekleri ile bekçi hücrelerinin boyutlannın ölçülme

-sinde, ikinci gruptaki yöntemler de stomalann gaz diffüzyonu ile sıvıların infiltras·

yonlanna karşı gösterdi~! direncin ölçülmesinde kullanılmaktadır. Günümüzde sto -ma açıklıklannın ölçülmesinde daha gelişmiş ve daha duyarlı porometre yöntemleri geliştirilmiştir.

Stomalar genellikle gündüzleri açık geceleri kapalı bulunan gözeneklerdiı:. An

-cak bu kuralların dışında kalan bitkiler de vardır. örne~in sayısız kaktüs çeşitleri ile

sukulent tipi bitkilerin stomaları dilter bitkilerin tersine gündüzleri kapalı geceleri ise açıktır (Querioz 1976). Bu özellik kuraklı~a dayanabilir olmakla ve KAM me-ta

-bolizması ile yakından ilgilidir. Işık yo~unlu~u oldu~u kadar ışı~ ın dalga boyu da

stoma açıklıklan üzerine etkilidir. En yüksek açılmanın mavi bölgede yani 439 nm civarında oldu~u saptanmıştır (Louguet 1980). Karbondioksit konsantrasyonunun stoma açıklı~ı üzerine etkileri ile ilgili geniş araştırmalar yapan Bingham ve ark. (1981), soya ve mısır bitkisi ile yaptı~ı çalışmalarda ortamdaki COz konsantrasyo -nunun azalması durumunda stoma açıklı~ının arttı~ını, ortamdaki C02 konsan

tras-yonunun ço~alması durumunda da azaldı~ını belirtmişlerdir. MATERYAL ve METOD

a) Materyal: Bu çalışmada Afganistan kökenli hexaploid bir bu~day çeşidi olan Triticum aestivum var. Champlein kullanılmıştır. Kışlık bir çeşit olup, bin dane a~ırlı~ı 45,6 g'dır.

Bu~day bitkileri 8 cm çapında ve 7 cm yüksekli~indeki plastik saksılarda ve r-mikillit ve perlit karışımı üzerinde yetiştirilmiştir. Yetiştirilme koşullan ise 20 W .m -ı ışık intensitesi, 20

+

2 C0

sıcaklık, % 70-80 ba~ıl nem olup bitkiler günde 15 saat ışık altında bırakılmışlardır. Bitkiler ışık altına konulduktan sonra Co i c ve Lesaint (1975) besin çözeltisi ile gün aşırı beslenmişlerdir. Stoma açıklıklannın ö

l-çümü ise 15 günlük bu~day bitkisinin gelişmesini tamamlamış ikinci yapraklarında

(4)

b) Metod: Stoma açıklıklarının ölçülmesinde hidrojen gazının diffüzyonu ku

-ralırıa dayanan ve Louguet (ı 965) tarafından geliştirilen porometre aleti kullanıl

-mıştır.

Porometre; pleksiglas'tan yapılmış ve içinde bir yaprağı izole edebilen iki

odalı bir kutudur. Bu iki oda delikli bir membranla ayrılmıştır. Porometre yöntemi

ise ayrımlı gaz moleküllerinin difft.izyonu esasına dayanmaktadır. Böylece belirli

genişlikteki yaprak ayasından gaz geçişinin ölçülmesi sağlanır. Bir membran aracı

lığı ile gerçekleşen gaz giriş ve çıkışı belirli bir alandaki stoma sayısı ile stomaların

açıklıkianna bağlı olarak azalmakta ve çoğalmaktadır. Deneme sırasında stoma sayı

larında herhangi bir değişiklik olmadığına göre membrandan geçen gaz miktarı yal

-nız stoma açıklıkianna bağlı olarak değişmektedir. Şekil ı'de porometre aletinin şematik düzeni görülmektedir. Şekil ı 'deki B odacığına belirli bir basınç ile H2 gazı verilmiştir. Aşağıdaki A odacığı da içinde su damlacığı bulunan ölçülü bir cam

bo-ruya bağlanarak ölçüm gerçekleştirilmektedir. ölçümün başlangıcında süre sıfıra

üç roııı.ü MUSLUX

~

₌₌

_~

_{-=========;--;=========}

_:di:-=

_{= cı.-}

_:;o:ı:u

_L

?.J.V4

r2

OLÇUll C::TJELİ B _ . . . Şekil: ı

ugday bıtkısı yapraklarındaki stoma açıklıklannın ölçülmesinde kullanılan porometre aletinin şematik düzeni

eşit iken (t

=

0) B odacığı o/c ıoo hld .

mekt d

. Ok .. ' 0 roıen, _Aodacığı _i_se_%_{100 normal}havayı _içe_r -e ır. sııen molekülünün k··u · ·

diffı.iz 0

.. .. . u esı azotunkıne yakın olduğu için, normal hava

ı978)y Gnr yhonu~dedn.fafi~nı cıns molekül olarak kabul edilebilmektedir. (Domergue

· a am ın ı uzyon yasa ··

o

ranı

, molekül k

.. tl

1 . . b" .

s

ı~a

gore;

gazların

diffüzyon

hızlarının birbirlerin

e

u e en nın ırbırlerıne oranlarının karekökü ile ters orantılıdır.

- -

-Qha\il

/

v'

.

==f+

(5)

QH₂=Hidrojen gazının diffüzyon hızı, Qhava =Havanın diffüzyon hızı Mhava =Hava kütlesi, _MH₂_=Hidro_jen_gazı_kütlesi

Bu yasaya göre Hı gazının üst odacıktan alt odacığa olan diffüzyon hızı havanın dif-fiizyon hızından 3.8 kez daha fazladır. Bu nedenle aşağı odacıktaki gaz molekülleri dereceli borudaki su damlacığını hareket ettirmekte ve stoma açıklıkları genişledik çe geçen gaz miktarı artmakta ve su damlacığı da o oranda hızlı hareket etmektedir. Bu dereceli cam borud~i su damlacığının hareket hızı aşağıdaki eşitlikle öl çülmek-tedir (Louguet, 1971).

j

Mhava U== UH 2 - Uhava = Dp x D x Ln = Dp x D x Ln 3.8 MH2 Dp = Yapra~ın stoma açıklı~ı, cm U =Debi, l.s -ı

D

=

Sıcaklığa bağlı çift diffüzyon katsayısı

u

Dp= D x Ln 3.8 = 0,7 x 1,33 ₀_,₉₄₅₇

Dereceli cam boruda ölçüm yapılan borunun hacml, cm3 U= - - - - -- -- - - -:...._ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Aynı boruda su damlacığının birim hareketi Için geçen süre, m.

Borunun hacmi= 1r r2h = 3,14 x 22 x 0,2 = 2,512 cm3 2,51

u

U= t Dp = 0,9457 2,51 ı Dp= _0,9457 x - -_t 2,66 Dp

=

--t:---,cm t= zaman, sn

Kontrollu koşuUarda yetiştirilen buğday bitkilerinin ikinci yapraklannda bu yöntemle gerçekleştirilen ölçümlerde 10, 50, 100, 250 ve 500 w.m -2 gibi 5 değişik

ışık yoğunluğu kullanılmıştır.

ARAŞTIRMA SONUÇLARI ve TARTIŞMA

Işık, stoma açıklıkları üzerine etki eden etmenlerin en önemlilerinden birisi -dir. Gerçekten buğday bitkisi stomaları, ışık yoğunlukları arttıkça daha fazla açıl

ma göstermişlerdir. Şekil: 2'de normal atmosfer koşullarında ayrımlı ışık yoğunluk

larının buğday stomaları üzerine etkileri göıi.ilmektedir. Şeklin incelenmesinden

(6)

w 00 ı E u

'"'

.:7 ~

....

4: "' E o

-uı 0,2 0,1 ıowm2 'K~r~nlık 1

ı

V

!

o

1oo

wm

2

so

Wrr? 'il V

soo

w

m

2 ıso

wm

2 5 ·2 25CW m •2 - COı -coı SOOWm - H₂0 1 00Wn'i 2

I

IJ

J

=

;~i

J. ~~ft

,

~;,7

ı

-

H,C ["" '"''' J; 7. _B_. ₉ ₁₂ süre s~~t

(7)

ancak bu artış düzenli olmamıştır. Her ışık yo~unlu~u için altı ölçüm yapılmış olup

bu ölçüm d~erleri birbirlerinden önemli ölçüde aynmlılık göstermişlerdir. Ancak

ışık yo~unlu~u altında stoma açıklıklarında görülen bu aynmlılıklar, stomaların

ritmik olarak açılıp kapanmalarından ileri gelmektedir. Bununla beraber aynmlı ışık

yo~unlukları ile storna açıklıkları arasında istatistiksel yönden (P

<

0,01) düzeyinde

önemli bir ilişki saptanmıştır. 500 W .m -2 _ış_ık_yo~_{unlu~u altında n}_o_rmal_hava_ko

-şullanndaki stoma açıklı~ı yüz kabul edildi~inde 250 W.m-2 _de_%_{49,57; 100}

W.m-2 de% 36.75; 50 W.m-2 de% 29.91; 10 W.m-2 _de_%_17.09oranında açılma

göstermişlerdir. Buradan da görüldü~ü üzere ışık yo~nlu~ 250 W.m-2 _den₅₀₀

W.m-2 ve iki kez arttı~ında stoma açıklığı da iki kez artış göstermiştir. Ancak bu

ilişki di~er ışık yo~unluklarında aynı düzeyde bulunamamıştır. Ferron ve ark.

(1982), Sechium edule bitkisi stomalarını 50, 250 ve 500 W.m -2 ışık yoğunlukları

altında incelemişler, ışık yo~unlu~unun 250 W.m -2 _den_,_{500 W.m -}2 _ye_artması

durumunda bu bitkinin storna açıklı~ının da 2,4 kez artış göııterdi~lni saptamışlar

dır.

Bitkilerin storna açıklıkları ortamdaki karbondioksit konsantrasyonu ve bağıl

nem ile de çok yakından ilgilidir. Bu nedenle benzer koşullar altında yetiştirilen buğday bitkilerinin stoma açıklıklan 10, 50, 100, 250 ve 500 W.m -2 _ı_{şık yoğunluk}

ları altında, bağıl nem ve karbondioksit içermeyen bir ortamda ölçülmüşlerdir (Şe

kil 2). 500 W .m -2 ışık yoğunluğu altında bağıl nem ve karbondioksit içermeyen bir ortamdaki storna açıklığı yüz kabul edildi~inde 250 W .m -2 _{de %}_67,_97;₁₀₀

W .m -2 de% 37 ,25; 50 W .m -2 de% 23,53; 10 W .m -2 _de_{% 14,38}oranında açılış

göstermişlerdir. Humbert ve Guyot (1981) Tradescantia albiflora yapraklarında

elektron mikrolkopu lle yapmış oldukları incelemelerde karanlık ve normal havada

tüm stomalann kapalı olmalarına karşın, bağıl nem ve karbondioksit içermeyen ortamın aydınlatılması durumunda stomaların en yüksek açılmayı meydana getird ik-lerini saptamışlardır. Gerçekten 500 W.m-2 _ışık_yoğ_unlu~u_altınd_{a bağıl}_nem_ve

karbondioksit içermeyen bir ortamdaki stoma açıklı~ı en yüksek değeri vermiştir

(Şekil 3). Şeklin incelenmesinden anlaşılaca~ı gibi 10 W.m-2 _ile_{50 W.m-}2 _ış_ık_y

o-ğunluklannda normal hava ile ba~ıl nem ve karbondioksitsiz hava arasında önemli bir fark bulunmamıştır. Ancak 100 W.m-2 _ışık_{yoğunluğundan}_{itibaren b}_i_r_farklılık

ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçlara göre düşük ışık yo~nluklannda, ışık

etme-ninin stoma açıklıklan üzerine etkisi atmosferde bulunan ba~ıl nem ve

karbondiok-sit miktan kadar önemli olmaktadır.

LiTERATüR

Bingham, G.E., H.H. Rogers and W.W. Heck. 1981. Responses of plants to clevated carbondioxide in the field: Photosynthesis, Photorespiration and stomatal

conductance. Plant Physiologie. 67(4): 84.

Coic, Y. et C. Lesaint. 1975. La nutrition minerale et en eau des plantes en horticul-ture avancee. Document Technique de la S.C.P.A., 23: 1·22.

Domergue, M.F. 1978. Interrelations entre la pollution par l'ozone et le mouve· ment des stomates chez !es vegetaux Thesedoct de 3e cycle. Paris. P. 90.

(8)

~ ı 100 ·so ~ '"' 60 "' V <i

..

40 E o

-(/) 20 o 10

-- C02 _ ...

-lt--« - H2₀ -~.,...., / / so 100 Normal Hava

-/ / /

.,.,.,

/

/ -

--2 so l~ık YoQunlugu (W,

m

2) Şekil: 3

--

--Aynmlı ışık yoğunluklannda normal hava ile bağıl nem ve karbondioksit içermeyen havanın buğday bitkisi stoma açıklıkları üzerine etkileri

(9)

Ferron F., A. Coudret, C. Zinsou et C. Costes, 1982. Action de renergie lumineuse

incidente sur le metabolisme photosynthetique de la christophine (Sechium

edule), Agronomie 2(7).

Humbert, C. et M. Guyot. 1981. Observation episcopique in vivo des modifications

des cellules stomatiques et des cellules epidermiques provoquees par des varia·

tion d 'eclairement et de teneur en C02 • Phisiologie vegetale. 19( 2) 167-17 5.

Kuiper, P.J.C. 1961. The effects of environmental factors on the transpiration of

leaves, with special reference to sLomatal light response Meded. Landb. H

oo-gesh. Wageningen. 61: 149.

Louguet, F. 1965. Sur u ne method e d 'etude du ınouveınent des s tornates utilisant la diffusion de 1 'hydrogene a travers les feuilles. Actes du Co ll de Monpellier UNESCO, 307-316.

Louguet, F. 1971. Recherches sur !es ınecanisınes des ınouvements stoınatiques du Pelargonium x bartorum particulierment iı l'obscurite et sous l'action du gaz carbonique. These de Doctorat d'Etat, Vniversite PARİS VI, p. 101.

Louguet, F. 1980. Les stomates: caracteres principaux et ınecanisınes de leur mou

-veınent dans photosynthese et production vegetale. Ouvrage Collectif publie

par C. Costes ed. Bordas, p. 195-217.

Meinder, H. et Mansfield, T.A. 1968. The measurement of stomatal aperture. In,

Physiologie of stomata. Mc Graw Hill Publ. Comp. London, 26-48.

Queiroz, 0., 1976. Chronobiologie du systeıne CAM: !es rythmes de capacite enzy

-matique sont-ils des mecanismes regulateurs? Physiologie vegetale, 14(3}, 629