رشد و نمو

همه ما با واژه رشد آشنا هستيم. رشد و نمو از ويژگيهاي موجودات زنده است و وجه تمايز جاندارن از موجودات بي جان شمرده شده است.اين فرايند موجب بقاء و توالي موجود زنده مي گردند. تغييرات رشد و نمو در موجودات زنده از الگوهاي ويژه اي پيروي مي كنند. الگوهاي رشد و نموي در گياهان تحت تاثير عوامل مختلفي قرار مي گيرند. اين عوامل شامل دو بخش دروني و بيروني مي باشند.

عوامل دروني در تشكيل ساختار و فيزيولوژي گياه نقش دارند كه عوامل ژنتيكي و عوامل بيوشيميايي از جمله هورمونها از آن جمله اند. عوامل محيطي معمولاٌ در شكل و اندازه و گاهي در برخي از ويژگيهاي ساختماني تاثير دارند.

رشد(Growth): رشد را مي توان به روشهاي مختلف بيان كرد مانند افزايش ارتفاع، افزايش حجم، افزايش ماده خشك و ... كه از روش اندازه گيري طول ،ارتفاع، سطح، حجم و يا جرم اندازه گيري مي شود.

اين پديده فقط در موجودات زنده عموميت دارد و يك پديده كمي است.

فرآيند رشد باعث افزايش ارتفاع، حجم و يا افزايش ماده خشك مي گردد و مي توان رشد را به هر كدام از اين صفات مرتبط دانست. در حقيقت هرگونه تغيير كمي كه در وزن و حجم موجود زنده مي بينيم را رشد مي گوييم.

رشد عبارتست از افزايش وزن  و يا حجم كه به صورت برگشت ناپذير همراه با ماده سازي در موجود زنده روي مي دهد. در طول زمان رشد گياه از يك تخم بارور( زيگوت) پيكره گياه پر سلولي كه از قسمتهاي مختلف ريشه، برگها، و ساقه ها، تشكيل شده، تغيير مي كند.

در حقيقت رشد مجموعه اي از تغييرات كمي است نظير افزايش ابعاد سلولها و تعداد سلولها، طويل شدن ميان گره ها، بزرگ شدن برگها و تشكيل برگهاي جديد. رشد در سلولهاي زنده انجام    مي گيرد كه توسط مراحل مختلف متابوليكي شامل سنتز ماكرومولكولها كامل مي شود.

رشد گياهان در دو مرحله صورت مي گيرد:

تقسيم سلولي (مرزيس): ايجاد سلولهاي همسان از سلولهاي تخم اوليه

افزايش ابعاد (Auxesis ): بزرگ شدن سلولهاي حاصل از تقسيم.

نمو(Development): در مقابل واژه رشد، نمو بكار مي رود.

مجموعه تغييرات كيفي كه منجر به عبور از يك مرحله زيستي به مرحله ديگر مي شود را نمو گويند. براي رسيدن به مرحله نمو وجود رشد ضروري است. منظور از نمو پيدايش بخشهاي جديد در گياه است مثلاٌ ورود گياه از فاز رويشي به فاز زايشي.

پديده رشد در گياهان با افزايش تعداد سلولها ،افزايش ابعاد سلولي و تمايز(Differention ):صورت مي گيرد.

قبل از رشد، پروتوپلاسم افزايش پيدا كرده، سپس تقسيم سلولي و به دنبال آن رشد طولي سلولها صورت مي گيرد. براي افزايش پروتوپلاسم بايد تركيبات تشكيل دهنده آن ( تركيبات ازت دار) بوجود آيند. كه لازمه آن انجام عمل فتوسنتز است. پديده رشد و نمو همگام با انجام فتوسنتز در گياه روي مي دهد. براي فتوسنتز مواد پروتوپلاسمي و به دنبال آن تقسيم سلولي و نيز براي گسترش طولي سلولها يا انبساط آنها عمل فتوسنتز ضروري به نظر مي رسد. رشد و نمو از هم مستقل نيستند و رشد(پديده كمي) منجر به تغييرات كيفي(نمو) مي شود.

تمايز: كليه تغيييرات و تحولات زيستي شامل تغيير و تحولات ساختاري، فيزيولوژيكي، بيوشيميايي و متابوليسمي در سلولها است. و از سلولهاي مشابه و هم ارزش سلولهايي با ويژگيها و ارزش هاي متفاوت بوجود مي آيد.

مهمترین عامل در بروز تماز ايجاد تقسيم نامتقارن اوليه در سلولها است كه دليل آن وجود قطبيت(Polarite)در محتويات سلولي است . به علاوه اگر تقسيمات اوليه مساوي باشد، رقابت متابوليكي كه بين سلولهاي حاصل از تقسيم براي كسب تركيبات لازم براي نمو بوجود مي آيد و نيز اثرات القايي آنها بر يكديگر نظير فشارهاي مكانيكي، باعث عوامل ژنتيكي نيز به عنوان يك فاكتور مهم در بروز تمايز در بين سلولها قابل مطرح شده هستند. اگرچه عوامل ژنتيكي تيز تحت تاثير عوامل محيطي قابل تغيير مي باشند تمايز در دو سطح قابل بررسي است.

الف: تمايز درون سلولي(Intera Celluar-): تغييراتي كه در يك سلول واحد اتفاق مي افتد و يك سلول جوان را به سلول مسن تبديل مي كند. مانند تغيير تركيبات و ساختار ديواره، افزايش تعداد ميتوكندريها و پلاستها و كاهش تعداد ريبوزوم ها و مقدار RNA و .. اشاره نمود.

ب: تمايز بين سلولي (Inter Celluar): هنگامي كه تحولات سلول تخم را در يكي از گياهان آرابيدوپسيس مورد مطالعه قرار دهيم. سلول تخم ابتدا به دو سلول قاعده اي(Basal Cell) و انتهايي (Terminal Cell) تقسم شده، سپس هر يك از آنها به طريق خاصي تقسيم شده و در نتيجه اختلافي كه از نظر تقسيم بين دو سلول قاعده اي و انتهايي بوجود مي آيد دو بخش جنين و بند از يكديگر متمايز مي كند ولي تمايز بين سلولها به همين جا ختم نمي شود و در داخل جنين دستجات مختلف سلول از يكديگر متمايز شده كه نتيجه آن بوجود آمدن لپه ها، ژمول، ساقه و ريشه چه است.

وجود تمايز براي انجام امور نمو لازم و ضروري به نظر مي آيد و تا دو نوع تمايز ذكر شده صورت نگريد،انواع سلولها، بافت ها و اندام ها و بخشهاي جديد بوجود نمي آيد. و مرحله نمو عملي نمي شود.

يكي از مسائل موجود در اين زمينه عللي است كه منجر به آغاز تمايز در سلول مي باشند. در ابتدا تمام سلولهاي مريستمي داراي اطلاعات ژنتيكي يكساني هستند، اما با اين حال مثلاٌ يك سلول مريستمي در گياهان تبديل به يك سلول لوله سيو (Sieve tube cell) در بافت آوند آبكش تبديل شود در حالي كه يك سلول مريستمي ديگر به يك سلول وسل (Vesel element) در بافت آوند چوبي تبديل مي شود.

از نظر زيست ملكولي سلولي كه قرار است سلول آبكش شود ممكن است داراي پروتئين هاي مشخص و خاصي باشد كه با نوع پروتئين هاي سلولي كه قرار است سلول چوب شود متفاوت است. البته در اين ميان مواد رشد گياهي، نوكلئوتيدها و يونها ممكن است در فعاليت تمايزي و سنتز پروتئين هاي مخصوص نقش داشته باشند. تركيبات ذكر شده ممكن است از داخل سلول يا از سلوهاي مجاور ناشي شوند. عوامل محيطي نيز مثل درجه حرارت و نور نيز در تمايز تاثير دارند

رشد و تمايز در طول زمان منجر به تشكيل يك موجود زنده با پيچيدگي ساختماني و متابوليكي مي شود. واژه نمو براي بيان فعاليتهاي ناشي از رشد و تمايز بكار برده مي شود.

از مرحله رويش دانه و تبديل تخم به موجود كامل 3 فرآيند رخ مي دهد:

الف- رشد                  ب- تمايز سلولي  (Cell differentiation)             ج-ريخت زايي (Morphoyenesis)

الف- رشد: رشد را مي توان به طرق مختلف اندازه گيري كرد. بستگي به نوع آزمايشها، اطلاعات متفاوتي مورد نياز است. اندازه گيري هر يك از برگها(طول، عرض و سطح) ، وزن تر، وزن خشك اندامهاي گياه مانند ريشه ها، ساقه ها، برگها و ميوه ها، غلظت مواد شيميايي مختلف، اسيدهاي هسته اي، ليپيدها، پروتئين ها، هيدرات كربنها در بافتها و اندامها، داده ها و اطلاعات مربوط به رشد مي باشند.

در شاخه علوم كشاورزي از وزن خشك استفاده مي گردد، اگرچه در اين مورد شكل تغيير و تبادلات آبي نمونه با محيط وجود ندارد و نوسانات آب درنظر گرفته نمي شود، همچنين نشان دهنده كميت انرژي تثبت شده است اما چون مستلزم تخريب نمونه است در برخي موارد فاقد ارزش است.

ب- تمايز سلولي: تغييرات فيزيولوژيكي و ساختاري در سلولها است و تمايز سلولي لازمه بروز موفوژنز مي باشد.

ج- ريخت زايي: منجر به پيدايش ويژگيهاي ريختي در بخش هاي مختلف گياه مي شود.

بنابراين واژه هاي رشد و نمو و تمايز وقايعي اند كه منجر به آشكار شدن اطلاعات ژنتيكي گياه  مي شود.

معمولاٌ رشد گياهان در همه مراحل دوره زندگي ادامه مي يابد، گياه با ساختن اندامهاي جديد به رشد خود ادامه مي دهد. اين اعمال توسط مريستم ها انجام مي شود كه دو نوع رشد را حاصل مي كند:

1- رشد اوليه (Primary growth)           2- رشد ثانويه (Secondary growth)

مريستم ها

مريستم ها مناطقي هستند كه تقسيم سلولي در آنها صورت مي گيرد و همواره با مناطق توسعه و تمايز سلولي مرتبط مي باشند. اين سلولها داراي هسته درشت، ميتوكندريهاي مشابه،واكوئلهاي بسيار كوچك و ديواره اسكلتي و نازك پكتوسلولزي مي باشند.

الف- مريستمهاي اوليه(نخستين):

در بخش هاي انتهايي ساقه و ريشه وجود دارند. براثر تقسيم سلولي اين مناطق توده هاي سلولي بوجود مي آيد كه اين توده ها طرح اوليه ريشه و ساقه را بوجود مي آورند.

اين مريستمها اندام زا (Organogen) هستند و مسئول رشد طولي ساقه و ريشه  مي باشند. ساختمان حاصل از اين مريستم ها را ساختمان اوليه (Primary structure) مي نامند.

ب: مريستمهاي ثانويه(پسين)

باعث رشد قطري گياه مي شوند و كامبيوم (Cambium) نام دارند. بر اثر تقسيم سلولهاي مريستمي اين مناطق توده هاي سلولي حاصل مي شود كه مستقيماٌ مي توانند به بافت هاي مختلف متمايز شوند و اين مريستم ها بافت زا (Histogen) هستند. كامبيوم آوندها توليد آوندهاي چوب و آبكش جديد را باعث مي شود و كامبيوم چوب پنبه زا، چوب پنبه توليد مي كند (شكل 7- 1).

در نتيجه فعاليت مريستم هاي ثانويه، ساختارهاي پسين حاصل مي شود. مريستم هاي ثانويه در نهانزادان آوندي و در دولپه ايها مسئول رشد قطري بوده و ويژه گياهان چوبي هستند ولي رشد اوليه عمومي تر بوده و توليد اندامهاي قابل انعطافي مي كند كه به گياهان منظره علفي مي دهد.

از رشد به عنوان افزايش دائمي اندازه يافت مي شود. البته اندازه به تنهايي نمي تواند به عنوان  شاخص رشد درنظر گرفته شود. معيارهاي اندازه گيري رشد بر حسب زمان تعيين و به صورت منحني نشان داده مي شود، رشد برحسب تغيير معيار در طول زمان و به صورت منحني بيان مي گردد. با اين ترتيب رشد به صورت مدلهاي بسيار ساده رياضي بررسي مي شود و امكان مقايسه پارامترهاي مختلف را فراهم مي گردد. مثلاٌ اگر معيار رشد را با و تغييرات معيار رشد را به  نشان دهيم، و تغييرات را در طول زمان بررسي كنيم، سرعت رشد  بدست مي آيد.

اگر نسبت تغييرات معيار رشدي به معيار رشدي اوليه را بررسي نماييم، رشد نسبي  را خواهيم داشت و چنانچه نغييرات رشد نسبي به زمان را مورد بررسي قرار دهيم. سرعت رشد نسبي يا نرخ رشد  را خواهيم داشت.