Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Bitki kısımlarında mevcut maddeler çeşitli yöntemlerle belirlenirler.Çünkü;her elelment belirli deneysel etkilerle kendisini ortaya çıkartır.Bir tüpe buğday ve bezelye taneleri konulur.Tüp üç yıkama şişesine bağlanır.

1.I.şişede,CoCl’ye batırılmış mavi renkli süzgeç kağıdı ile Pb(CH3CO)2 eriyiğine batırılmış veyaz renkli süzgeç kağıdı vardır.
2.II.şişede,Nessler ayıracı bulunur.
3.III.şişede ise,Ba(OH)2 eriyiği mevcuttur.


Buğday ve bezelye tanelerinin bulunduğu tüp ısırtıldığında çıkan dumanın yıkama şişelerini dondurmasından sonra şu değişiklikler gözlenir:
1.Molekül rengi mavi olan CoCl su ile tepkimeye girdiğinde iyonlarına ayrılır ve pembe renk verir.
2.Beyaz renkli Pb(CH3CO)2’li kağıt,kükürtün etkisiyle siyahlaşır.
3.Azot(N),Nessler ayracında turuncu bir renk tepkimesi verir.
4.Ortamda karbon varlığında,CO2 çıkışından ve CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O reaksiyonu sonucu beyaz renkli BaCO3 çökeleğinin oluşmasından anlaşılır.

Tepkime

İlk Renk
Son Renk

CoCl + H2O

Mavi
Pembe

Pb(CH3Co)2

Beyaz
Siyah

K2HgI4x2H2O + N

Beyaz
Turuncu

Ba(OH)2 + CO2

Saydam
Beyaz
(Çökelek)

Kuru distilasyon yöntemiyle böylece C,H,O,N ve S’nin varlığı ispatlanmış olur.Ancak bitkilerdeki bütün elementler bunlar değildir.Deney tüpünün tabanında belirli derecede yanmadan kaynaklanan siyah kısım kalmıştır.Bunun nedeni ortamdaki karbonun bir kısmının serbest halde bulunmasından ileri gelir.Eğer 1000 oC’lik bir fırında ısıtılırsa ve ortamda yeteri kadar oksijen varsa,bu kez siyahlık yerini gri renge bırakır. Çeşitli derecelerce yanma sonucu elde edilen grimsi artık madde kül olarak kabul edilir.

Gerçek anlamda kül,kuru bitki materyalinin 700 oC’ye kadar belirli bir süre fırında bırakılmasıyla elde edilen artık maddedir.Kül miktarını etkileyen çeşitli faktörler vardır.Bunlardan en önemlileri;bitkinin türü, gelişme durumu,yaşı,organları ve gelişme ortamının şartları gibi etkenlerdir.Genel olarak;
a. Fazla su kullanan bitkilerin yapraklarında % 15-30 kadar kül bulunur. Örneğin;Eucalyptus,çınar ve söğüt.
b. Az su kullananlarda ise bu miktar yaklaşık %25’dir.Örneğin;Coniferae.
c. Aşırı su kullanan bitkilerde kül oranı daima %30’un üzerindedir.Örneğin;Beta vulgari (Şeker Pancarı)
d. Ayrıca aynı bitkinin farklı organlarındaki kül miktarı da farklıdır.Örneğin;kültür bitkilerinin gövdeleri %5-10,yaprakları %10-20,Yabani bitkilerde gövdede %1-2,Kök %3-6 arasında küle sahiptir. Halofitlerde genel olarak %10-20’dir.

Genel duruma normal olarak,kül en fazla yaprakta bulunur.Bu durumun çeşitli nedenleri vardır.En önemlisi köklerden yapraklara kadar taşınan madensel maddeler isteğe bağlı olmaksızın su ile birlikte alınır. Yapraklar-da metabolizma sonucu su transprasyon ile buharlaşınca bu maddeler birikirler.Yine yapraklarda madde değişimi,bitkinin diğer organlarına göre en fazladır.O yüzden yapraklarda zaten madensel madde bulunuyor demektir.

Bitki külünün hemen hemen tamamı bitkilerin geliştikleri ortamdan aldıkları mineral maddelerden oluşmuştur.C,H,O ve N en düşük dereceli bir yanmada kaybolduğu için hiçbir külde bulunmaz.Mineral maddeler,külde element halinde değil,çoğunlukla oksitleri halinde bulunur.Gerek külün gerekse içerdiği mineral maddelerin gerçek miktarı külün eldesi anında uygulanan sıcaklık derecesiyle yakından ilgilidir. Yanma için gerekli sıcaklık daha da artırılırsa C,H,O ve N’nin tamamı,Cl ve S’nin büyük bölümü,Ca,K ve P vb. elementlerin de bir kısmı uçup gider.Ekolojik şartlara bağlı olarak,bitki külünde çok değişik maddeler bulunur.Günümüze kadar yapılan değişik şartlarda birçok farklı bitkinin külündeki analizler 60 kadar mineral maddenin varlığı ispatlanmıştır.Deneyler sonucu bitki gelişimi için,bunların tamamına tam bağımlı değildir. Ancak C,H,O,N,Ca,K,P,Mg,Fe,S,Mn,Mo,B,Cu,Zn,Cl ve Na elementleri mutlaka gerekli elementler olarak kabul edilmişlerdir.

Bitki külünün gerek miktar gerekse içerdiği mineral madde miktarı üzerine etki eden ortam şartlarının en önemlisi su,sonrada ışıktır.Ayrıca zirai ortamları da dikkate aldığımızda gübrelemeyi üçüncü faktör olarak düşünebiliriz.Bunlardan suyun habitattaki miktarı kül ve külde bulunan elementleri miktarı üzerine önemli etki yapar.Su kapsamı yüksek topraklarda yetiştirilen patates yumrularında Cl,Ca ve S’nin önemli miktarda arttığı görülmüştür.Ancak ilginç bir durum yapraklarında Cu ve Cl’nin azaldığı yönündedir.Yulafta fazla su K ve P’nin artmasına,Ca’nin azalmasına neden olmuştur.Toprağa verilen su miktarının da artması buğday toprağında yapılan bir deneyde kül miktarını artırdığı gözlenmiştir.Toprağın 12,5-87,5 cm arasında su muhteviyatı kül miktarını kademeli olarak artırdığı ancak 87,5 cm’den daha fazla verilen sulama suyun kül üzerine etkisi zıt yönde olmuştur.

Bilindiği gibi ışıksız ortamda yetiştirilen bitki her ne kadar kökleriyle topraktan mineral madde alarak kül miktarını artırır ise de bu maddelerin çok az bir kısmı organik madde yapımında kullanılır.Büyük bölümü ise yani ihtiyaç fazlası elementler,bitki bünyesinde doğrudan sekonder olarak birikir.Böylece bünyelerindeki kül miktarı artar.Oysa bol ışık karşısında yetişen bitkiler fotosentez yoluyla mineral maddeleri organik madde yapımında kullandığı için doğrudan sekonder birikim söz konusu değildir. Böylece ışık ortamındaki bitkilerin biriktirdiği anlamda yüksek oranda kül oluşturmazlar.

Yapılan deneyler gübrelemenin bitki külü üzerine en fazla etkisi bilhassa baklagiller ve çapa bitkileri üzerinde görülmüştür.Arpa ve buğdayda az,çavdar da ise en az etkilidir.Toprağa verilecek gübre miktarı belirli bir düzeye kadar bitkilerde külün artmasına neden olurken bu miktardan sonrası kül miktarını etkilemez (Minimum Yasası).

Külde bulunan mineral maddeler arasında da dikkate değer ilişkiler görülmüştür.Genellikle küldeki K ve Na arasında orantı değişiktir.Fakat bitkiler arasında belirli bir ayırım görülmemekle beraber Ca ile K arasında belli bir ilişki vardır.Bunlardan birisi arttığında diğeri azalır.Kimi bitki külünde Na ve Cl arasında da bir ilişki belirlenmiştir.Bu ilişki daha çok Na’nın artması durumunda Cl miktarında azalma şeklindedir. Bitkilerin küllerinde yapılan çok çeşitli analizlerle,doğada bulunan elementlerin hemen hemen tümünün bitkilerde mevcut olacağı ihtimali uyanmıştır.Burada deneye tabi tutulan her farklı bitki türünün bir öncekinden farklı elementleri kapsadığı görülmüştür.Analizlerin en önemli dayanağı bazı elementlerin her bitki türünde mutlaka mevcut olduğu,bazılarının ise genelde çok az bulundukları yine bir kısmının da tamamen iz durumda olduğu belirlenmiştir.Buna göre bitki bünyelerindeki elementleri makro elementler ve mikro elementler olmak üzere 2 grupta toplamak mümkündür:

1)Makro(Esas) Elementler:Yapılan deneysel araştırmalara göre,bitkilerin normal büyüme ve gelişmeleri için hangi miktarda alınmaları gerektiğine ve buradaki etkinliklerine göre elementler hassas bir şekilde belirlenmiştir.Buna göre makro elementler;
a)Bitkideki miktarı 30.000-60.000µ/gr kuru ağırlığı ya da % 0,1-6,0 kuru ağırlık oranında bulunmalıdır.
b)Bitkilerde büyüme ve çoğalma için temel olmalıdır.Mevcut olmaması halinde bitkide büyüme ve çoğalma meydana gelmemelidir.
c)Bitkilerdeki etkisi spesifik ve kesin olmalıdır.Kendine öz etkisi başka bir element tarafından telafi edilmemelidir.
d)Bitkilerdeki etkisi doğrudan olmalıdır.Dolaylı yollardan sağlanmamalıdır.

Birçok araştırmacı tarafından bu dört kritere uygunluk gösteren C,H,O,N,P,K,Fe,Mg,Ca ve S diye ifade edilen on element,bitki için esas element olarak kabul edilmiştir.

2)Mikro(İz) Elementler:Bu elementler bitkiler için mutlaka gerekiyor ise de yukarıdaki kriterlere tam olarak uymadığı için makro elementler sınıfına girmezler.Çünkü bu grup elementlerin diğer bir özelliği de eksiklikleri kadar fazlalıkları da zararlıdır.Üstelik fazla miktarda bulunmaları toksik etki yapar.En önemlileri; Cu,Mn,Zn,B ve Mo’dur.Ayrıca I,Li,Arsenik,Sl,Ba,Br,Se,Cr,Cl,Co,Ni,Si,St,Sn,Ti ve Va elementleri de diğer grup elementleridir.Günümüzde yapılan hassas deneyler bu elementlerin varlığı ve miktarının bitki türüne göre değiştiğinin,her yeşil bitki için özellikle son grubun gerekli olmadığını göstermiştir.Ancak;B,Mn,Cu,Zn ve Mo gibi 5 elementin genellikle bütün yeşil bitkiler için gerekli olan iz element oldukları kabul edilmiştir.

Sonuç olarak;ister mikro isterse de makro elementler olsun bitkilerdeki rollerin esas oluşun tespiti için su kültürleri denilen deneyin yapılması gerekmektedir.

Su kültürleri deneyinde bitkiler doğrudan farklı minerallerin eriyiklerinde yetiştirilir.Böylece deney bitkilerinde hangi mineralin daha önemli,hangisinin daha az önemli ya da önemsiz olduğu belirlenmiş olur. Su kültürleri deneyi sonucunda on tane makro elementin bitkilere kesin olarak verilmesi kararlaştırılmıştır.Su kültürlerinde bir veya birkaç elementin eksik olması bitkinin yetişmesine imkan vermez.Su kültürlerinde eksik olan elementlerin etkilerini göstermek için yulaf bitkisindeki deney şu sonuçları vermiştir:

Çözelti Kuru Ağırlığın Artışı
Tam Çözelti 138 defa
Mg Eksik 5 defa
K Eksik 9 defa
Ca Eksik 1 defa
Fe Eksik 7 defa
P Eksik 6 defa
S Eksik 5 defa

Tütünde yapılan çalışmalarda;

 N noksanlığında üst yaprakların açık sarı,orta yaprakların sarı ve alt yaprakların ise kuru olduğu gözlenmiştir.
 P eksikliğinde de yapraklar koyu yeşil bir renk almaktadır.
 K eksikliğinde ise;yaprak uç ve kenarlarında klorozis(sararma),yer yer kuruma ve tamamen kuruyup dökülme görülür.
 Ca eksikliğinde yapraklarda normal yeşil renk olmasına rağmen yapraklar biçimsiz ve kırıntılı bir yapı gösterir.
 Mg eksikliğinde;bitkinin alt yaprakları tamamen sararır.sadece yaprak damarı yeşil kalır.
 Fe yeterli olmadığı topraklarda yetişen bitkilerin genç yaprakları tamamen sarı-beyaz bir renk alır. Fakat damarlar yeşildir.

Su kültürleri,gübreleme tekniğinin ilk ve temel ilkelerini vermesi bakımından çok önemlidir.Çünkü bu teknikte gübrelerin tarımsal değeri,hangi bileşimdeki gübrelerin verilmesi gerektiğini ortaya koyuyor.Her bitki yaşadığı ortamdan bazı mineral maddeler alarak azaltır.Bu maddelerin hangi oranda azaldığının bilinmesi ve habitata o oranda verilmesi gerektiğini ortaya koyar.Aksi taktirde ürün miktarı gittikçe azalır. Zira bir bitkinin iyi bir büyüme-gelişme göstermesi ve bol ürün vermesi gerekli elementlerin tamlık (yeterlilik) derecesine bağlıdır.

Liebig’in Minimum Yasası

Bir bitkinin büyüme,gelişme ve ürün verimi habitatın mevcut elementlerinin en az olanına bağlıdır. Buradaki az deyimi,bitkinin isteğine göre anlaşılan bir deyimdir.Yani genel olarak canlıların yaşayabilmesi için hücresel metabolizma gereği alınması zorunlu besin maddelerinin en azından minimum miktarda karşılaması gerekir.Buna göre habitattaki makro elementlerin hangisi en az ise,o az olan madde sınırlayıcıdır. Diğer maddeler yeterli olsa bile en az olan kadar diğer besin maddelerinden de faydalanırlar.Örneğin bitki için zorunlu makro elementlerden Ca,Fe,Mg ve N’den Ca bitkinin isteğine karşılık vermezse diğerlerinden de az yararlanır.Bitkilerin gelişmeleri buna göre düzenlenir.
Yapılan araştırmalara göre;özellikle ekolojik toleransları yüksek olan bitkiler iz elementlerden eksik olanın yerine ona yakın özellik gösteren diğer elementi kullanarak eksik olan elementin sakıncalarını gidermektedir.Fakat bu durumun makro elementlerde yapılması mümkün değildir.Minimum yasasında iz elementlerin durumları daha farklıdır.Çünkü;ilk grup iz elementleri olan B,Mn,Mo,Cu ve Zn bitkilerin hatta aynı tür bitkinin farklı habitatlarda yetişenlerini farklı şekilde etkilemektedir.Örneğin aynı bitkinin (Dactylis glomerata) gölgede yetişeni güneşte yetişenlerine nazaran daha az Zn’ye ihtiyaç duyar.Aynı cinsin türlerinde de durum böyledir.O halde Zn elementi aynı bitkinin gölgede yetişen fertlerine güneşte yetişen fertlere nazaran daha az sınırlayıcı etki yapar.

İzah:Bitkinin nişinde bulunan Ca,N,P ve K elementlerinin miktarına göre,bitkinin boyu;1. durumda 8 birim, 2.durumda 7 birim,3. durumda 5 birim ve 4.durumda 10 birimdir(birim oranı elementin önemini göstermektedir).Bitkinin boyu ile elementin önemi paralellik gösterir.


BİTKİLERDE AZOT KAPSAMAYAN ORGANİK BİLEŞİKLER

1)Karbonhidratlar 2)Lipitler

Bunlar da karbonhidratlar,bitkide kuru maddenin yaklaşık %50-80’ini oluşturur.Kimi karbonhidratlar yaygın bulunmalarına rağmen,kimileri daha özeldir(Zarda olanlar).Yani türe özel,zar ve sitoplazmaya özel veya serbest ve depo maddesi şeklinde faaliyet göstermekte olan özel karbonhidratlar vardır.Karbonhidratların en ilginç yönü moleküllerin hızlı ve sürekli olarak birinin diğerine dönüşmesidir.Fizyolojik olarak aktif hücrelerde görülen bu dönüşüm ve parçalanma sonucu açığa çıkan enerji bitki hücrelerinde çeşitli sentez olaylarında kullanılır.Bitkilerde karbonhidrat dönüşümünü çok sayıda faktör etkiler:
a) Sıcaklık:Düşük sıcaklık bitki hücrelerinde nişastanın şekere dönüşmesi için uygun bir ortamdır. Örneğin tüm yıl yeşil kalan bitkilerin yapraklarında soğuk aylarda çözünebilir karbonhidratlar birikirken,sıcak aylarda ise nişasta biriktirmektedir.Çok düşük sıcaklıklarda (donma noktasının biraz üstünde -2oC) saklanan patates yumrularında nişasta miktarı azalırken şeker miktarı (asal olarak sakaroz) artmaktadır.İşte kışın pazarlanan patateste görülen tatlı lezzetin nedeni bu açıklamadır.Yapılan araştırmaya göre patates yumrularında nişastanın şekere dönüşümü esasen fosforilizasyon sonucu ortaya çıkar.Düşük sıcaklıklarda saklanan patates yumrularında glikoz-1-fosfat yüksek iken normal şartlarda saklananlarda yok denecek kadar azdır.Bunlarda ise glikoz-6-fosfat fruktoz-6-fosfat bulunmaktadır.Nişastanın sentezi ve hidrolizi üzerine sıcaklığın etkisi bitki türüne göre önemli değişiklik gösterir.Olgunlaşan muz meyvelerinde nişastanın hidrolizi 21-26 oC’de hızlanırken 10 oC’de pratik olarak durmaktadır.
b) Su:Solma noktasında su kapsayan bitki yapraklarında hemen hemen nişastanın tamamı şekere dönüşür. Genellikle bitkilerde suyun yeterli düzeyde bulunması ise nişasta sentezini olumlu yönde etkiler.O nedenle büyüme ve gelişme için bütün bitkilerde su muhteviyatı daima solma nokatsının üzerinde olmalıdır.
c) Hidrojen iyonu konsantrasyonu (pH):Ortamın pH’sı enzimlerin faaliyetleri üzerine etkili olmak suretiyle karbonhidratların dönüşümlerini dolaylı olarak etkiler.Kuşkusuz ortamın pH’sı sadece enzimatik tepkimeler üzerinde değil,aynı zamanda da tepkimenin yönü üzerinde de etkili olmaktadır.Geri dönüşü olan karbonhidrat dönüşüm reaksiyonları daha çok stoma hücrelerinde görülmektedir.
d) Şeker konsantrasyonu:Bitki hücrelerinde şeker konsantrasyonunun yüksek olması kural olarak nişasta sentezinin fazla olmasını,az olmasını da nişasta sentezinin yavaş olması sağlar.Fotosentezin yüksek düzeyde olduğu ve dolayısıyla bitkide fazla miktarda şekerin oluştuğu şartlarda artmaktadır.karşıt durumda azalmaktadır.Karanlık ortamda bırakılan bitkilerde nişasta miktarı süratle azalır.Çünkü fotosentez yapamadığı için su alıp nişastayı glikoza çevirip harcar.

 

 

Günümüzden 4000 yıl önce Mısırlılar sedir ağacının kuru distilasyonu ile sedir katranı elde etmişlerdir. Benzer üretim tekniği antik çağlarda Çinliler, Hintliler, Persler, Yunanlı ve Romalılar tarafından da kullanılmıştır. Orta çağda ilk olarak İbni Sina tarafından uygulanan su buharı distilasyonu tekniği ile uçucu yağ üretimi daha da geliştirilmiş ve ürün çeşitliliğinde de büyük artmalar gözlenmiştir. Özellikle 19. yüzyıldan başlayarak içerdikleri kimyasal bileşiklerin aydınlanması ve önemli ekonomik değerleri nedeniyle uçucu yağ üretiminde çok hızlı bir artış gerçekleşmiştir. Günümüzde 3000'den fazla uçucu yağın bileşimi bilinmekte ve 150'den fazla uçucu yağ ticari amaçla üretilmektedir.

Bir deney tüpüne Triticum sp. meyveleri ve azot miktarını çoğaltmak için birkaç tane bezelye tanesi konur. Ayrıca tepkimeyi hızlandırmak için bıçak ucu kadar Ca(OH) 2 ilave edilir. Bu deney tüpü içinde mavi renkli kobalt klorürlü (CoCl2) ve beyaz renkli kurşun asetatlı (PbC4O4H6) filtre kağıdı bulunan I. yıkama şişesine bağlanır. Birbirine bağlı olan II. yıkama şişesine Nessler belirteci (K2HgI4) ve III. yıkama şişesine de baryum hidroksit konur.

Nessler Reaktifi:

Birinci Çözelti: 100 g civa iyodür (HgI2) ve 70 g potasyum iyodür (Kl) az miktarda amonyaksız saf suda çözülür. İkinci çözelti: 100 g sodyum hidroksit (NaOH) 500 ml amonyaksız saf suda çözülür. Birinci ve ikinci çözeltiler karıştırılıp 1000 ml’ye seyreltilir. Filtre edilir. Koyu şişede saklanır.

Tüp bir ispirto ocağı ya da başka bir ısı kaynağı ile ısıtılır. Çıkan duman bu tüpe seri halde bağlı olan yıkama şişelerinden geçerken şişeler ya da belirteçlerde şu değişikler gözlenebilir.

Sonuç:

I. Yıkama şişesinde:

a) Molekül rengi mavi olan CoCl2'lü kâğıdı dumanda bulunan su buharı etkisiyle iyon rengi olan ....................................... renge dönüştürür. Böylece H ve O varlığı kanıtlanmış olur.

b) Beyaz renkli kurşun asetatlı kağıdın S'den dolayı PbS oluşmasıyla ................................ renk gözlenir.

II. yıkama şişesinde:

Bu kaptaki Nessler belirtecinin rengi gaz karışımı geldiğinde ........................ olur. Bu da bize N'un varlığını gösterir.

III. yıkama şişesinde:

Bu kapta bulunan Ba(OH) 2'de gazın gelmesi ile reaksiyona girer ve ..............................renkli BaCO3 oluşur. Bu sonuç ta C varlığını kanıtlamış olur.