آب ، یکی از اجزای تشکیل دهنده گیاه

در بین همه موادی که برای ادامه حیات گیاهان ضروری هستند، آب از نظر مقدار بیش از سایر مواد مورد احتیاج گیاهان است. آب در سراسر پیکره گیاه از آبی که در خاک اطراف ریشه هاست تا بخار آ ب موجود در اطاقک زیر روزنه های هوایی برگها ، وجود دارد. سطح تبخیر سلولهای مزوفیل برگ نشانگر قطع ارتباط و پیوستگی آب داخل گیاه و بخار آب موجود در هوا است . هر یک از سلولهای فعال و در حال رشد گیاهان است . سرعت رشد گیاهان عالی نسبت به کمبود آب در خاک خیلی سریعترعکس العمل نشان می دهد. مقدار آب قابل استفاده برای ریشه گیاهان و نیز مقدار بخار آب موجود در هوا  ، از مهمترین عوامل اکولوژیکی هستند که در توزیع و پراکندگی گونه های مختلف گیاهان عالی در سطح کره زمین تاثیر دارند.

مقدار آب اکثر سلولها و بافتهای گیاهان عالی بیش از 80 درصد وزن  تر آنها است. مقدار آب موجود در برخی سلولهای درحال رشد ممکن است تا حدود 90 درصد و بیشتر نیز برسد ولی در دانه های در حال خواب ( دورمانت) و نیز شکوفه ، مقدار آب ممکن است 10 درصد و یا کمتر باشد.

درفصل حاضر خواص فیزیکی و شیمیائی آب در گیاهان بحث خواهد شد و نیز مفهوم پتانسیل آب نیز توضیح داده خواهد شد . فیزیولوژی روابط آب- گیاه شامل مباحث جذب ، انتقال و خروج آب از گیاهان می باشد.

وظایف و اعمال آب در گیاهان

اهمیت آب در حیات گیاهان عالی را با شمردن برخی از وظایف و تاثیرهای آن در گیاهان می توان بخوبی نشان داد:

1- آب جز عمده و تشکیل دهنده پروتوپلاسم است.

2- آب حلالی است که عناصر غذایی معدنی در آن محلول می شود و از طریق آن وارد گیاه می شوند. همچنین ، آب حلالی است که به وسیله آن مواد غذایی معدنی از یک محل در داخل یک سلول به محل دیگر در همان سلول و نیز از یک سلول به سلول دیگر و از یک بافت به بافت دیگر و بالاخره از یک اندام به اندام دیگر منتقل می شوند.

3- آب محیطی است که در آن بسیاری واکنشهای متابولیکی انجام می شوند.

4- آب یک ماده فعل و انفعال کننده در بسیاری از

واکنشهای متابولیکی ( مانند برخی از واکنشهای

چرخه کربس است.

7- درمرحله فتوسنتز ، اتم هیدروژن مولکول آب وارد ترکیبات آلی می شود و اتمهای اکسیژن مولکول آب به صورت   o2 آزاد می شوند.

6- آب سبب تورم و آماس سلولهای در حال رشد می شود و بدین ترتیب شکل و ساختمان آنها را تامین می کند . در حقیقت آب را می توان به عنوان ماده ای که سبب حمایت مکانیکی و تورم و یا چروکیدن سلولهای محافظ روزنه های هوایی و نیز تاشدن و جمع شدن برگچه ها در برخی از گیاهان و باز یا بسته شدن گلهای برخی گیاهان در ساعات مختلف روز یا شب و همچنین حساسیت برگچه های برخی گیاهان نسبت به تماس و لمس کردن آنها ، مانند گیاه حساس ( میموزا پودیکا)

8- مرحله رشد طولی سلولها بستگی به جذب آب دارد.

9- آب یک محصول متابولیکی نهایی مرحله تنفس است

10- آب بیش از هر ماده دیگری توسط گیاهان جذب و دفع ( به صورت بخار آب) می شود.

ساختمان و خواص آب

ما می توانیم این بحث را با مطالعه چگونگی ساختمان آب و خواص مهم آب شروع کنیم . این امر می تواند مبنایی برای شناخت مکانیسم های مختلف انتقال آب از خاک به گیاه و از آن طریق به اتمسفر باشد.

خاصیت قطبی بودن مولکولهای آب ، باعث به وجود آمدن جاذبه قوی بین مولکولی می گردد که پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

مولکول آب دارای یک اتم اکسیژن است که با دو اتم هیدروژن پیوند کووالانس دارد. دو پیوند H-Oبا هم یک زاویه 105 تشکیل می دهند چون خاصیت الکترونگاتیوی اتم اکسیژن بیشتراز هیدوژن است بنابراین تمایل اکسیژن به جذب الکترونهای پیوند کووالانس ،بیشتر است . این امر باعث به وجود آمدن بار منفی جزئی در سمت اکسیژن و نیز بار مثبت جزئی در سمت هر هیدروژن می شود.

این بارهای جزئی برابرند و باعث می شوند که مولکول آب هیچ گونه بار خاصی نداشته باشد. جاذبه الکترواستاتیکی بین مولکولهای آب به عنوان پیوند هیدروژنی معروف بوده و عامل تعدادی از خواص فیزیکی غیر طبیعی آب می باشد . پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث قوام بخشیدن به محلولهای آبی می گردد.

خاصیت قطبی آب ،آن را به یک حلال عالی تبدیل کرده

خواص فیزیکی آب ، آن را به عنوان یک ماده مناسب و بی نظیر ، در بستر حیات در آورده است .آب دردرجه اول یک حلال عالی است . آب در مقایسه با سایر حلالها ، مقدار بیشتر و طیف وسیعتری از مواد را در خود حل می کند . این خصوصیت ، تا حدی به کوچک بودن اندازه مولکول آب و نیز ماهیت قطبی آن(که باعث می شود آب حلال خوبی برای مواد یونی باشد) مربوط می شود. مولکولهای آب ، اطراف یونها و مواد محلول قطبی موجود در محلول را احاطه می کنند و به طور مؤثر ، بارهای الکتریکی آنها را می گیرند. این عمل باعث کاهش اثر متقابل بین مواد باردار می شود و بنابراین حلالیت آنها را زیاد می کند . علاوه بر این انتهای قطبی مولکولهای آب به گروههای باردار و یا دارای بار جزئی مولکلوهای بزرگ نزدیک می شوند و تشکیل لایه هایی از آب می دهند .

پیوند هیدروژنی بین مولکولهای بزرگ و آب باعث کاهش اثر متقابل بین مولکولهای بزرگ شده و به حلالیت آنها کمک    می کند.توانایی آب در تشکیل پیوندهای هیدروژنی ، باعث افزایش خصوصیات حرارتی ، پیوستگی و چسبندگی آن می شود :

پیوند قوی هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث به وجود آمدن خصوصیات ویژه ای مانند گرمای ویژه زیاد و گرمای نهان تبخیر بالا می شود. گرمای ویژه مقدار انرژی گرمایی است که لازم است تا درجه حرارت یک ماده به مقدار معینی افزایش یابد .

وقتی درجه حرارت آب بالا می رود ، جنبش مولکولها سریعتر می شود و بنابراین انرژی بیشتری برای شکستن پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب لازم است . از این رو آب در مقایسه با سایر مایعات ، انرژی نسبتا بیشتری برای بالا بردن درجه حرارت خود نیاز دارد . این خصوصیت برای گیاهان حائز اهمیت است ، زیرا اثرات سوء ناشی از نوسانات احتمالی درجه حرارت را کاهش می دهد.

گرمای نهان تبخیر عبارت است از مقدار انرژی که لازم است تا درجه ثابت ، مولکولهای آب از فاز مایع جدا شده و به فاز گاز منتقل شوند ( همان فرایندی که ضمن تعرق اتفاق می افتد) . گرمای نهان تبخیر آب در 25 درجه سانتی گراد، 5/10 کیلو ژول بر مول است که بیشتر از هر مایعی می باشند . بیشتر این انرژی ، صرف شکستن پیوند هیدروژنی بین مولکولها ی آب می شود. بالابودن گرمای تبخیر آب باعث می شود که گیاهان گرم شده در اثر تابش خورشید، بتوانند از طریق تبخیر آب  از سطح برگها ، خودشان را خنک کنند . تعرق ، یک عامل مهم برای تنظیم حرارت گیاهان است.

خواص فیزیکی و شیمیایی آب

آب مایع ماده ای بی رنگ ، بی بو، بی مزه و شدیدا غیر قابل تراکم و فشردگی است و دارای خواص بی مانندی است . یکی از این خواص نحوه یخ زدن آب است. آب ، هنگامی که یخ می زند منبسط می شوند، در حالی که تقریبا همه مواد دیگر به هنگام سرد شدن و یخ زدن منقبض می شوند. حجم یک قطعه یخ به وزن معین ، حدود 9 درصد بیشتر از حجم آب مایع  هم وزن آن است . بنابراین ، یخ تراکم کمتری نسبت به آب مایع دارد و در نتیجه در آب به حالت شناور قرار می گیرد . این پدیده به علت آن است که مولکولهای آب تا اندازه ای متلاشی می شود و مولکولهای آب قسمتی از فضاهای خالی را اشغال می کنند.

سایر خواص بی مانند آب عبارتند از نقطه جوش زیاد و نقطه نهان تبخیر زیاد در مقایسه با سایر مواد هیدروژن دار با وزن مولکولی مشابه (مانند: متان  با وزن مولکولی 16 و آمونیاک باوزن مولکولی 17 و سولفید هیدروژن  با وزن مولکولی 34) دیده می شود که آب ( با وزن مولکولی 18) دارای نقطه جوش و نقطه نهان تبخیر خیلی زیاد تری نسبت به آنچه که ممکن است تنها براساس معیار وزن مولکولی آب انتظار داشت . مثلا نقطه جوش سولفید هیدروژن 62- درجه سانتی گراد و گرمای تبخیر ( مقدار کالری لازم برای تبدیل یک گرم مایع به بخار )آن 132

کالری در گرم درنقطه جوش آن است.

اکنون اگر تنها براساس معیار وزن مولکولی آب قضاوت کنیم ، باید انتظارداشت که نقطه جوش و گرمای تبخیر آب از سولفید هیدروژن نیز کمتر باشد ولی آب در 100درجه سانتی گراد به جوش می آید و گرمای تبخیر آب از 540 کالری در گرم در درجه حرارت 100 سانتی گراد تا 580 کالری در گرم در درجه حرارت 25 سانتی گراد متغیر است.

نقطه جوش زیاد و نیزگرمای تبخیر زیاد آب به علت جذب مولکولهای آب به یکدیگر به واسطه پیوندهای هیدروژن است . زیرا ، برای این که مولکولهای آب از حالت مایع خارج و تبخیر شوند نه تنها باید انرژی سینتیک کافی کسب کنند بلکه باید مقدار بیشتری انرژی گرمایی برای شکستن پیوندهای هیدروژن بین مولکولهای آب نیز صرف شود.