فتوسنتر
در زمینه فتوسنتز آزمايشات مشهور ژوزف پريسلی در سال ١٧٧٥ با يک حيوان و گياه نعنا در داخل يک ظرف اين حقيقت را ثابت كرد
كه گياهان به جای تخليه هوا باعث تصفيه نمودن آن می شوند در حالی كه حيوانات برعكس عمل می كنند.
نتيجه آزمايشات او زمينه جديدی برای تحقيقات آينده باز نمود.
٢٥ سال بعد دی ساشور اعلام كرد كه گياهان در نور ، دي اكسيد كربن را جذب نموده و اكسيژن را آزاد می نمايند.
بنابر اين پديده فتوسنتز به صورت ابتدايی ولي نه به صورت كامل شناخته شد
به طور همزمان با توسعه مشاهدات قبلی ، تئوری (هوموس) در مورد
رشد گياهان ارائه شد و به طور گسترده ای مورد پذيرش قرار گرفت.
در اين تئوری فرض براين بود كه گياهان،كربن(C)و مواد غذايی ضروريی را از هوموس خاک دريافت ميكنند.
شايد پيشنهاد ايده باغداری ارگانيک نيز براي اولين بار از همين تئوری گرفته شده باشد.
آزمايشات و مشاهدات انجام شده پس از آن باعث تضعيف اساس تئوری هوموس شد
كه معتقد بود سلامت گياهان فقط از هوموس خاک منشاء ميگيرد.
در اواسط قرن نوزدهم ميلادی يک محقق به نام بوسينگالت با دقت رشد و نمو گياهان را مورد بررسی قرار داد
و رشد و نمو و تركيب شيميايی گياهان پرورش يافته در خاک های تيمار شده متفاوت را بررسی نمود.
آزمایشات او سر آغاز يكسری تحقيقات شد كه در نهايت به اين نتيجه منجر شد كه خاک
پس از افزودن كود دامی نياز به تيمارهايی دارد تا براي رشد مناسب گياه آماده شود.
با اين وجود ، اين آزمايشات درمورد اينكه چرا گياهان به تغيير خاک عكس العمل نشان ميدهند پاسخی نداد.
پس از آن ، درسال ١٨٤٠ گزارش معروفی توسط ليبيگ ارائه شد
كه بيان مينمود گياهان تمام كربن خود را از دی اكسيد كربن هوا بدست مي آورند.
بدين ترتيب ، برداشت جديدی در مورد نحوه رشد و جوانه زنی ظاهر شد.
برای اولين بار معلوم شد كه گياهان مواد را از خاک و هوا مي گيرند.
در كوشش های بعدی ، موادی كه باعث بهينه كردن رشد
گياهان به منظورهای مختلف می شود شناسايی شدند.
ارزش و اثر مواد شيميايی خاص و همچنين كود دهی با مواد آلی
برروی رشد گياهان معنای جديدی به خود گرفت.
آزمايشات مزرعه انجام شده توسط لاوز گيلبرت در رتامستد انگلستان به اين نظريه منجر شد
كه مواد موجود در خاک و نه خود خاک ، بر روی رشد گياهان نقش دارند. در همين زمان محققانی كه
آزمايشات خود را در آب انجام ميدادند ، مثل ناپ و ساير متخصصان فيزيولوژی گياهی
(تاريخچه اي از چگونگي توسعه كشت هيدروپونيک توسط اشتاينر در سال ١٩٨٥ ارائه شده است.)
به طور قطع مشخص نمودند كه عناصر پتاسيم ، كلسيم ، آهن و فسفر همراه با گوگرد ،
كربن و نيتروژن ، هيدروژن و اكسيژن تماما برای گياهان لازم می باشند.
جالب است بدانيم كه فرمول ارائه شده توسط ناپ برای رشد گياهان در محلول غذايی
هنوز به خوبی در بيشتر سيستم های هيدروپونيک قابل استفاده می باشد.
به خاطر داشته باشيد كه اواسطه قرن نوزدهم اوج كشفيات علمي بود.
محققان ياد شده در بالا تعداد محدودی از افرادی هستند كه در كشفيات صورت گرفته نقش داشته اند.
تعداد زيادی از كشفيات اصلي انجام شده در
آن تاريخ در مورد سيستم های بيولوژيكی گياهان و حيوانات می باشند.
قبل از پايان قرن نوزدهم ، اساس علمی رشد گياهان به خوبی معلوم شده بود ، اين موضوع
به خوبی توسط راشل در سال ١٩٥٠ مرور شده است. محققان به طور قطع اثبات نمودند كه گياهان
كربن (C) و هيدروژن (H) مورد نياز برای ساخت كربوهيدرات هارا از دی اكسيد كربن (CO2)
و آب (H2O) توسط فرآيندی كه بعدا آن را فتوسنتز ناميدند به دست می آورند و نيتروژن (N)
از طريق ريشه با جذب يون های آمونيوم يا نيترات ( گرچه لگوم ها ميتوانند اين عناصر را از طريق همزيستی از هوا جذب نمايند)
و ساير عناصر به صورت يون از خاک به وسيله ريشه جذب ميشود و در پيكر گياه از طريق جريان
تعرق منتقل مي شوند. اين جنبه عمومی از رشد گياهان امروزه اساس دانسته های ما درمورد
نحوه عمل گياهان مي باشد و اكنون ميدانيم كه ١٦عنصر (Zn , Mo , Mn , Fe , Cu , Cl , B , Mg , Ca , K , P, NS , O , H ,C)
برای رشد گياهان ضروری بوده و درحال رشد دانسته های خود درباره چگونگی و نقش
هركدام از اين عناصر ، ميزان مورد نياز از هركدام برای رشد بهينه
گياه قدرت رشد و اينكه هركدام چگونه جذب و منتقل ميشوند می باشيم.
اگرچه امروزه اطلاعات ما درباره گياهان بسيار زياد است ، با اين وجود ، هنوز دانش ما درمورد
مطالبی مثل نقش تعدادی از عناصر ضروری ناقص می باشد.
تعادل مواد غذايي ، رابطه يک عنصر با ديگری و شكل آن عنصر در داخل گياه
به اندازه غلظت هر عنصر برای رسيدن به نقطه مطلوب در تغذيه گياه مهم می باشد.
هنوز درباره نحوه جذب عناصر و چگونگی انتقال آنها در داخل گياه ترديدهايی وجود دارد.
شكل هر عنصر ، چه به صورت يونهای انفرادی يا به صورت كمپلكس
می تواند به اندازه غلظت برای حركت و استفاده آن مهم باشد.
براي مثال ، شمل كلات آهن برای كنترل كمبود آهن موثر مي باشد ، اگر چه
شكل های يونی غير كلات آهن به صورت يون های فريک (Fe٣مثبت) و فرو (Fe٢مثبت)
نيز موثر می باشند ولی بايد در غلظت های بالاتری استفاده شوند.
بخش فعال از نظر بيولوژيكی يک عنصر در گياه كه اغلب به عنوان شكل ناپايدار
عنصر شناخته مي شود ، آن بخشی از غلظت عنصر می باشد كه در تعيين پارامترهای رشد گياه موثر است.
مثال هايی از اين شكل های ناپايدار را ميتوان شكل نيترات(NO3منفی) برای نيتروژن(N) ،
شكل سولفات (SO4) ، برای گوگرد (S) و آهن و كلسيم محلول در بافت گياه را نام برد
كه تعيين كننده وضعيت كفايت مواد غذايی می باشد. استفاده از آناليز بافت تا حدی
بر اين نظر استوار است كه اندازه گيری آن بخش از غلظت عنصر در شيره گياه می تواند
به عنوان شاخصی از رشد گياه باشد. علم تغذيه گياهی امروز ميزان قابل قبولی از توجهات
را به خود جلب نموده است ، چرا كه فيزيولوژی گياهی تعيين ميكند كه گياهان چگونه عناصر
ضروری را مورد استفاده قرار ميدهند. علاوه بر اين ، امروزه خصوصيات گياهان از نظر ژنتيكی
باافزودن يا حذف صفات مشخص مورد دستكاری قرار ميگيرد تا توانايی گياهان در مقابل تنش های
بيولوژيكی افزايش يافته و كيفيت محصولات توليدی نيز افزايش يابد.
با پيشرفت های كنونی تمام روش های كشت ، چه هيدروپونيک
و چه ساير روش ها ، اكنون بسيار مولد شده اند.
بيشتر اين تحقيقات برای پرورش گياهان در فضا
و در محيط های محصور شده درحال انجام است.
در اين محيط ها ميزان ورودی بايد به خوبی كنترل شود چرا كه منابعی مثل آب بسيار محدود می باشند.
بخش مهمی از آينده كشت هيدروپونيک وابسته به توسعه گياهان هيبريد و ارقامي ميباشد
كه پاسخ خوبی به كنترل دقيق محيط رشد ميدهند. توانايی گياهان برایاستفاده كارامد از آب و
مواد غذايی مي تواند كارامدي هيدروپونيک را نسبت به آنچه اكنون تصور می شود بيشتر نمايد.
پتانسيل ژنتيكی ارقامی كه در حال حاضر مورد استفاده قرار ميگيرند ثابت نبوده
و اينكه ايا اين پتانسيل قابل افزايش می باشد معلوم نيست.
مونرو و همكاران(٢٠٠٣)در گزارش اخير خود پس از بررسی ١٨ رقم گوجه فرنگی پيشنهاد كردند آنهايی
كه از نظر جذب مواد غذايی مخصوصا نيتروژن ضعيف تر بودند عملكرد بيشتری داشتند.
زيرا قابليت جذب بالای عناصر مواد غذايی می تواند به عنوان يک صفت نا مطلوب مورد توجه قرار گيرد.
بنابراين گاهی اوقات ممكن است مشاهدات با آنچه كه انتظار داريم مغايرت داشته باشد.
بايستی به اين نكته توجه نمود كه سازگاری يک رقم يا هيبريد به يک سری از شرايط
محيطی ممكن است استفاده از آن رقم را به شرايط محيطی خاصی محدود نمايد
لذا هنوز بايد تحقيقات زيادی در مورد نحوه پاسخ گياهان به شرايط محيطی گوناگون انجام شود
تا دريابيم چگونه با تنظيم اين شرايط به عملكرد بالا دست يابيم
فرآيند فتوسنتز تبديل انرژی خورشيدی به انرژی شيميايی در حضور كلروفيل و نور طی فرآيند زير می باشد:
دی اكسيد كربن (6CO2) + اب (6H2O) در حضور نور و كلروفيل توليد می نمايد:
كربوهيدرات (C6H12O6) + اكسيژن (O2) طريق روزنه وارد گياه می شود و
يک مولكول H2O كه از طريق ريشه گياه جذب می شود ،
پس از شكستن با مولكول CO2 تركيب شده
تا كربوهيدرات توليد گردد. در طی اين فرآيند يک
مولكول O2 آزاد ميشود. سرعت فتوسنتز تحت تاثير عوامل داخلی گياه شامل درجه
حرارت هوا (بالا و پايين) حركت هوا در سطح برگ،سطح CO2 در اطراف برگ ، شدت نور
و تركيب طول موج نور قرار ميگيرد.
تعداد روزنه ها در برگو نيز ميزان بازو بسته بودن آنها
می تواند برروی ميزان فتوسنتز تاثير بگذارد.
برگ های آبدار به همراه جريان مستمر هوا و روزنه های باز باعث افزايش سرعت فتوسنتز ميشود
