શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે ઊંચા ઝાડોની ટોચ પર પાણી કેવી રીતે પહોંચે છે, અથવા એક કોષથી બીજા કોષમાં પદાર્થો કેવી રીતે અને શા માટે ફરે છે, શું બધા પદાર્થો સમાન રીતે, સમાન દિશામાં ફરે છે અને શું પદાર્થોને ફેરવવા માટે ચયાપચયિક ઊર્જા જરૂરી છે. વનસ્પતિઓને પ્રાણીઓ કરતાં ઘણી લાંબી દૂરી પર અણુઓને ફેરવવાની જરૂર છે; તેમની પાસે સ્થળ પર પરિભ્રમણ તંત્ર પણ નથી. મૂળ દ્વારા લેવાયેલા પાણીને વનસ્પતિના તમામ ભાગો સુધી, વધતા દાંડીના ટોચના ભાગ સુધી પહોંચવું પડે છે. પર્ણો દ્વારા સંશ્લેષિત ફોટોસિન્થેટ્સ અથવા ખોરાકને માટીની અંદર ઊંડા દટાયેલા મૂળના ટોચ સહિત તમામ ભાગોમાં ખસેડવામાં આવે છે. ટૂંકા અંતર પર ચળવળ, કહો કે કોષની અંદર, પટલો વચ્ચે અને પેશીની અંદર કોષથી કોષ સુધી પણ થવી જોઈએ. વનસ્પતિઓમાં થતી કેટલીક પરિવહન પ્રક્રિયાઓને સમજવા માટે, કોષની રચના અને વનસ્પતિ શરીરની શરીરરચના વિજ્ઞાન વિશેનું મૂળભૂત જ્ઞાન યાદ કરવું પડશે. રાસાયણિક સંભવિત અને આયનો વિશે કેટલાક જ્ઞાન મેળવવા ઉપરાંત, અમારે ડિફ્યુઝન વિશેની અમારી સમજણની પુનરાવર્તન કરવાની પણ જરૂર છે.

જ્યારે આપણે પદાર્થોની હિલચાલ વિશે વાત કરીએ છીએ, ત્યારે આપણે પહેલા વ્યાખ્યાયિત કરવાની જરૂર છે કે આપણે કેવા પ્રકારની હિલચાલ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, અને તે પણ કે આપણે કયા પદાર્થો જોઈ રહ્યા છીએ. ફૂલો આવતી વનસ્પતિમાં પરિવહન કરવા માટે જરૂરી પદાર્થો પાણી, ખનિજ પોષક તત્વો, કાર્બનિક પોષક તત્વો અને વનસ્પતિ વૃદ્ધિ નિયંત્રકો છે. નાના અંતર પર પદાર્થો ડિફ્યુઝન દ્વારા અને સક્રિય પરિવહન દ્વારા પૂરક સાયટોપ્લાઝમિક સ્ટ્રીમિંગ દ્વારા ફરે છે. લાંબા અંતર પર પરિવહન વાહક તંત્ર (ઝાઇલેમ અને ફ્લોમ) દ્વારા આગળ વધે છે અને તેને ટ્રાન્સલોકેશન કહેવામાં આવે છે.

એક મહત્વપૂર્ણ પાસા જે ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે તે પરિવહનની દિશા છે. મૂળવાળી વનસ્પતિઓમાં, ઝાઇલેમમાં પરિવહન (પાણી અને ખનિજોનું) આવશ્યક રીતે એકદિશીય છે, મૂળથી દાંડી સુધી. જો કે, કાર્બનિક અને ખનિજ પોષક તત્વો બહુદિશાત્મક પરિવહનથી પસાર થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષી પર્ણોમાં સંશ્લેષિત કાર્બનિક સંયોજનો સંગ્રહ અંગો સહિત વનસ્પતિના અન્ય તમામ ભાગોમાં નિકાસ કરવામાં આવે છે. સંગ્રહ અંગોમાંથી તેઓ પછીથી ફરીથી નિકાસ કરવામાં આવે છે. ખનિજ પોષક તત્વો મૂળ દ્વારા લેવામાં આવે છે અને દાંડી, પર્ણો અને વધતા પ્રદેશોમાં ઉપરની તરફ પરિવહન કરવામાં આવે છે. જ્યારે કોઈ પણ વનસ્પતિ ભાગ વૃદ્ધત્વમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે આવા પ્રદેશોમાંથી પોષક તત્વો પાછા ખેંચી શકાય છે અને વધતા ભાગોમાં ખસેડી શકાય છે. હોર્મોન્સ અથવા વનસ્પતિ વૃદ્ધિ નિયંત્રકો અને અન્ય રાસાયણિક સંકેતો પણ પરિવહન કરવામાં આવે છે, જોકે ખૂબ જ ઓછી માત્રામાં, કેટલીકવાર કડક ધ્રુવીય અથવા એકદિશીય રીતે જ્યાંથી તેઓ સંશ્લેષિત થાય છે ત્યાંથી અન્ય ભાગોમાં. તેથી, ફૂલો આવતી વનસ્પતિમાં સંયોજનોની જટિલ ટ્રાફિક (પરંતુ કદાચ ખૂબ જ વ્યવસ્થિત) વિવિધ દિશાઓમાં ફરે છે, દરેક અંગ કેટલાક પદાર્થો મેળવે છે અને કેટલાક અન્ય આપે છે.

11.1 પરિવહનના સાધનો

11.1.1 ડિફ્યુઝન

ડિફ્યુઝન દ્વારા હિલચાલ નિષ્ક્રિય છે, અને કોષના એક ભાગથી બીજા ભાગમાં, અથવા કોષથી કોષમાં, અથવા ટૂંકા અંતર પર, કહો, પર્ણના આંતરકોષીય જગ્યાઓથી બહાર સુધી હોઈ શકે છે. કોઈ ઊર્જા ખર્ચ થતો નથી. ડિફ્યુઝનમાં, અણુઓ રેન્ડમ ફેશનમાં ફરે છે, ચોખ્ખું પરિણામ પદાર્થો ઉચ્ચ સાંદ્રતાના પ્રદેશોથી નીચી સાંદ્રતાના પ્રદેશોમાં જતા હોય છે. ડિફ્યુઝન એક ધીમી પ્રક્રિયા છે અને તે ‘જીવંત સિસ્ટમ’ પર આધારિત નથી. વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં ડિફ્યુઝન સ્પષ્ટ છે, પરંતુ ઘન પદાર્થોમાં ડિફ્યુઝન ઘન પદાર્થો કરતાં વધુ સંભવિત છે. વનસ્પતિઓ માટે ડિફ્યુઝન ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે વનસ્પતિ શરીરની અંદર વાયુયુક્ત હિલચાલ માટેનું એકમાત્ર સાધન છે.

ડિફ્યુઝન દર સાંદ્રતાના ઢાળ, તેમને અલગ કરતા પટલની પારગમ્યતા, તાપમાન અને દબાણથી પ્રભાવિત થાય છે.

11.1.2 સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝન

જેમ પહેલા દર્શાવ્યું છે, ડિફ્યુઝન થવા માટે પહેલેથી જ ઢાળ હોવો જોઈએ. ડિફ્યુઝન દર પદાર્થોના કદ પર આધારિત છે; દેખીતી રીતે નાના પદાર્થો ઝડપથી ફેલાય છે. પટલ પર કોઈ પણ પદાર્થનું ડિફ્યુઝન તેની ચરબીમાં દ્રાવ્યતા પર પણ આધારિત છે, જે પટલનો મુખ્ય ઘટક છે. ચરબીમાં દ્રાવ્ય પદાર્થો પટલ દ્વારા ઝડપથી ફેલાય છે. જે પદાર્થોમાં હાઇડ્રોફિલિક ભાગ હોય છે, તેમને પટલમાંથી પસાર થવું મુશ્કેલ લાગે છે; તેમની હિલચાલ સુવિધાપૂર્ણ કરવી પડશે. પટલ પ્રોટીન એવી સાઇટ્સ પ્રદાન કરે છે જેના પર આવા અણુઓ પટલને પાર કરે છે. તેઓ સાંદ્રતા ઢાળ સેટ કરતા નથી: પ્રોટીન દ્વારા સુવિધા આપવામાં આવે તો પણ અણુઓ ફેલાવા માટે પહેલેથી જ સાંદ્રતા ઢાળ હોવો જોઈએ. આ પ્રક્રિયાને સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝન કહેવામાં આવે છે.

સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝનમાં વિશિષ્ટ પ્રોટીન એટીપી ઊર્જાના ખર્ચ વિના પદાર્થોને પટલમાંથી પસાર થવામાં મદદ કરે છે. સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝન નીચી સાંદ્રતાથી ઉચ્ચ સાંદ્રતા સુધીના અણુઓના ચોખ્ખા પરિવહનનું કારણ બની શકતું નથી - આ માટે ઊર્જાના ઇનપુટની જરૂર પડશે. જ્યારે બધા પ્રોટીન ટ્રાન્સપોર્ટર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો હોય (સંતૃપ્તિ) ત્યારે પરિવહન દર મહત્તમ સુધી પહોંચે છે. સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝન ખૂબ જ ચોક્કસ છે: તે કોષને ઉપાડ માટે પદાર્થો પસંદ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તે પ્રોટીન સાઇડ ચેઇન સાથે પ્રતિક્રિયા કરતા અવરોધકો માટે સંવેદનશીલ છે.

પ્રોટીન પટલમાં અણુઓને પસાર થવા માટે ચેનલો બનાવે છે. કેટલીક ચેનલો હંમેશા ખુલ્લી હોય છે; અન્ય નિયંત્રિત કરી શકાય છે. કેટલાક મોટા હોય છે, જે વિવિધ પ્રકારના અણુઓને પાર કરવાની મંજૂરી આપે છે. પોરિન પ્રોટીન છે જે પ્લાસ્ટિડ, માઇટોકોન્ડ્રિયા અને કેટલાક બેક્ટેરિયાની બાહ્ય પટલમાં મોટા યુનિપોર્ટ એ છિદ્રો બનાવે છે જે નાના પ્રોટીનના કદ સુધીના અણુઓને પસાર થવાની મંજૂરી આપે છે.

આકૃતિ 11.1 એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર અણુને ટ્રાન્સપોર્ટ પ્રોટીન સાથે બંધાયેલું બતાવે છે; એન્ટિપોર્ટ ટ્રાન્સપોર્ટ પ્રોટીન પછી ફરે છે અને અણુને કોષની અંદર મુક્ત કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, પાણીની ચેનલો - આઠ વિવિધ પ્રકારના એક્વાપોરિન્સથી બનેલી.

11.1.2.1 નિષ્ક્રિય સિમ્પોર્ટ્સ અને એન્ટિપોર્ટ્સ

કેટલાક વાહક અથવા પરિવહન પ્રોટીન ડિફ્યુઝનની મંજૂરી આપે છે જો બે પ્રકારના અણુઓ એકસાથે ફરે છે. સિમ્પોર્ટમાં, બંને અણુઓ સમાન દિશામાં પટલને પાર કરે છે; એન્ટિપોર્ટમાં, તેઓ વિરુદ્ધ દિશામાં ફરે છે (આકૃતિ 11.2). જ્યારે એક અણુ અન્ય અણુઓથી સ્વતંત્ર રીતે પટલમાં ફરે છે, ત્યારે આ પ્રક્રિયાને યુનિપોર્ટ કહેવામાં આવે છે.

11.1.3 સક્રિય પરિવહન

સક્રિય પરિવહન સાંદ્રતા ઢાળ સામે પરિવહન અને પંપ અણુઓ માટે ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. સક્રિય પરિવહન વિશિષ્ટ પટલ-પ્રોટીન દ્વારા કરવામાં આવે છે. તેથી પટલમાં વિવિધ પ્રોટીન સક્રિય તેમજ નિષ્ક્રિય પરિવહનમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. પંપ એ પ્રોટીન છે જે કોષ પટલમાં પદાર્થો લઈ જવા માટે ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. આ પંપ નીચી સાંદ્રતાથી ઉચ્ચ સાંદ્રતા (‘ઉપરની તરફ’ પરિવહન) સુધી પદાર્થોનું પરિવહન કરી શકે છે. જ્યારે બધા પ્રોટીન ટ્રાન્સપોર્ટર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો હોય અથવા સંતૃપ્ત થઈ ગયા હોય ત્યારે પરિવહન દર મહત્તમ સુધી પહોંચે છે. એન્ઝાઇમ્સની જેમ વાહક પ્રોટીન તે પટલમાં શું લઈ જાય છે તેમાં ખૂબ જ ચોક્કસ છે. આ પ્રોટીન પ્રોટીન સાઇડ ચેઇન સાથે પ્રતિક્રિયા કરતા અવરોધકો માટે સંવેદનશીલ છે.

11.1.4 વિવિધ પરિવહન પ્રક્રિયાઓની તુલના

કોષ્ટક 11.1 વિવિધ પરિવહન પદ્ધતિઓની તુલના આપે છે. પટલમાં પ્રોટીન સુવિધાપૂર્ણ ડિફ્યુઝન અને સક્રિય પરિવહન માટે જવાબદાર છે અને તેથી ખૂબ જ પસંદગી હોવાની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે; તેઓ સંતૃપ્ત થવા માટે જવાબદાર છે, અવરોધકો પ્રત્યે પ્રતિભાવ આપે છે અને હોર્મોનલ નિયમન હેઠળ છે. પરંતુ ડિફ્યુઝન ભલે સુવિધાપૂર્ણ હોય અથવા ન હોય - ફક્ત ઢાળ સાથે જ થાય છે અને ઊર્જાનો ઉપયોગ કરતા નથી.

11.2 વનસ્પતિ-પાણી સંબંધો

પાણી વનસ્પતિની તમામ શારીરિક પ્રવૃત્તિઓ માટે આવશ્યક છે અને બધા જીવંત જીવોમાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તે માધ્યમ પ્રદાન કરે છે જેમાં મોટાભાગના પદાર્થો ઓગળી જાય છે. કોષોનું પ્રોટોપ્લાઝમ પાણી સિવાય બીજું કંઈ નથી જેમાં વિવિધ અણુઓ ઓગળી જાય છે અને (અનેક કણો) સસ્પેન્ડ થઈ જાય છે. તરબૂચમાં 92 ટકાથી વધુ પાણી હોય છે; મોટાભાગની ઘાસચારા વનસ્પતિઓમાં તેના તાજા વજનનો ફક્ત 10 થી 15 ટકા જ સૂકા પદાર્થ હોય છે. અલબત્ત, વનસ્પતિની અંદર પાણીનું વિતરણ અલગ અલગ હોય છે - લાકડાના ભાગોમાં પ્રમાણમાં ખૂબ જ ઓછું પાણી હોય છે, જ્યારે નરમ ભાગો મોટે ભાગે પાણી ધરાવે છે. એક બીજ શુષ્ક દેખાઈ શકે છે પરંતુ તેમાં હજી પણ પાણી હોય છે - નહીંતર તે જીવંત અને શ્વસન કરતું ન હોત!

સ્થળાંતરી વનસ્પતિઓ દરરોજ ભારે માત્રામાં પાણી લે છે પરંતુ તેનો મોટાભાગ ભાગ પર્ણોમાંથી બાષ્પીભવન દ્વારા હવામાં ખોવાઈ જાય છે, એટલે કે, બાષ્પોત્સર્જન. એક પરિપક્વ મકાઈની વનસ્પતિ દિવસમાં લગભગ ત્રણ લિટર પાણી શોષે છે, જ્યારે સરસવની વનસ્પતિ લગભગ 5 કલાકમાં તેના પોતાના વજન જેટલું પાણી શોષે છે. પાણી માટેની આ ઉચ્ચ માંગને કારણે, તે આશ્ચર્યજનક નથી કે પાણી ઘણીવાર કૃષિ અને કુદરતી વાતાવરણમાં વનસ્પતિ વૃદ્ધિ અને ઉત્પાદકતા માટે મર્યાદિત પરિબળ છે.

11.2.1 પાણી સંભવિત

વનસ્પતિ-પાણી સંબંધોને સમજવા માટે, ચોક્કસ પ્રમાણભૂત શબ્દોની સમજણ જરૂરી છે. પાણી સંભવિત ($\psi_{w}$) પાણીની હિલચાલને સમજવા માટેનો મૂળભૂત ખ્યાલ છે. દ્રાવ્ય સંભવિત ($\psi_{s}$) અને દબાણ સંભવિત ($\psi_{p}$) એ પાણી સંભવિત નક્કી કરતા બે મુખ્ય ઘટકો છે.

પાણીના અણુઓ ગતિ ઊર્જા ધરાવે છે. પ્રવાહી અને વાયુ સ્વરૂપમાં તેઓ રેન્ડમ ગતિમાં હોય છે જે ઝડપી અને સતત બંને છે. સિસ્ટમમાં પાણીની સાંદ્રતા જેટલી વધારે હશે, તેની ગતિ ઊર્જા અથવા ‘પાણી સંભવિત’ તેટલી વધારે હશે. તેથી, તે સ્પષ્ટ છે કે શુદ્ધ પાણીમાં સૌથી વધુ પાણી સંભવિત હશે. જો પાણી ધરાવતી બે સિસ્ટમો સંપર્કમાં હોય, તો પાણીના અણુઓની રેન્ડમ હિલચાલનું પરિણામ ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતી સિસ્ટમમાંથી નીચી ઊર્જા ધરાવતી સિસ્ટમમાં પાણીના અણુઓની ચોખ્ખી હિલચાલમાં આવશે. આમ પાણી ઉચ્ચ પાણી સંભવિત ધરાવતી સિસ્ટમમાંથી ઓછા પાણી સંભવિત ધરાવતી સિસ્ટમમાં જશે. મુક્ત ઊર્જાના ઢાળ નીચે પદાર્થોની હિલચાલની આ પ્રક્રિયાને ડિફ્યુઝન કહેવામાં આવે છે. પાણી સંભવિત ગ્રીક પ્રતીક સાઈ અથવા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે અને પાસ્કલ (Pa) જેવા દબાણ એકમોમાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. પરંપરા દ્વારા, પ્રમાણભૂત તાપમાને શુદ્ધ પાણીનું પાણી સંભવિત, જે કોઈપણ દબાણ હેઠળ નથી, શૂન્ય લેવામાં આવે છે.

જો શુદ્ધ પાણીમાં કેટલાક દ્રાવ્ય ઓગળી જાય, તો દ્રાવણમાં ઓછા મુક્ત પાણીના અણુઓ હોય છે અને પાણીની સાંદ્રતા (મુક્ત ઊર્જા) ઘટે છે, તેનું પાણી સંભવિત ઘટે છે. તેથી, બધા દ્રાવણોમાં શુદ્ધ પાણી કરતાં ઓછું પાણી સંભવિત હોય છે; દ્રાવ્યના ઓગળવાને કારણે આ ઘટાડાની તીવ્રતાને દ્રાવ્ય સંભવિત અથવા $\psi_{s}$ કહેવામાં આવે છે. $\psi_{s}$ હંમેશા નકારાત્મક હોય છે. દ્રાવ્ય અણુઓ જેટલા વધુ હશે, $\psi_{s}$ તેટલું નીચું (વધુ નકારાત્મક) છે. વાતાવરણીય દબાણ (પાણી સંભવિત) $\psi_{w}$ = (દ્રાવ્ય સંભવિત) $\psi_{s}$ પરના દ્રાવણ માટે.

જો શુદ્ધ પાણી અથવા દ્રાવણ પર વાતાવરણીય દબાણ કરતાં વધુ દબાણ લાગુ કરવામાં આવે છે, તો તેનું પાણી સંભવિત વધે છે. તે એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ પાણી પંપ કરવા સમાન છે. શું તમે આપણા શરીરમાં કોઈપણ સિસ્ટમ વિશે વિચારી શકો છો જ્યાં દબાણ બનાવવામાં આવે છે? જ્યારે પાણી કોષની દિવાલ સામે દબાણ બનાવવા માટે ડિફ્યુઝનને કારણે વનસ્પતિ કોષમાં પ્રવેશે છે ત્યારે વનસ્પતિ સિસ્ટમમાં દબાણ બની શકે છે, તે કોષને તંગ બનાવે છે (વિભાગ 11.2.2 જુઓ);

આ દબાણ સંભવિત વધારે છે. દબાણ સંભવિત સામાન્ય રીતે હકારાત્મક હોય છે, જોકે વનસ્પતિઓમાં ઝાઇલેમમાં પાણીના કૉલમમાં નકારાત્મક સંભવિત અથવા તણાવ દાંડી ઉપર પાણીના પરિવહનમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. દબાણ સંભવિત $\psi_{p}$ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે.

કોષનું પાણી સંભવિત દ્રાવ્ય અને દબાણ સંભવિત બંને દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. તેમની વચ્ચેનો સંબંધ નીચે મુજબ છે:

$\psi_{w}$ = $\psi_{s}$ + $\psi_{p}$

11.2.2 અસ્મોસિસ