A nagy áttörés
Víz- és tápanyagszállítás a növényekben
A növények folyamatosan veszik fel a vizet és a trágyát a talajból, hogy leveleikhez szállítsák őket. A fény segítségével a szervetlen sók bioaktív molekulákká alakulnak, melyek a növény minden részébe eljutnak. Ez maga a növény belső szállítási rendszere. A víz tehát a leveleken keresztül történő párolgás miatt felszívódik a gyökereken át, s lévén ez egy passzív folyamat, a növény nem veszít energiát vele.
A trágya három lépésben kerül a növénybe. Először a növény táptalajának vizében feloldódott sók felszívódnak a gyökérszőrökön keresztül (szürke terület a képen). Ahhoz, hogy elérjék a szárat, a sóknak először a gyökérsejtekbe kell behatolniuk (kék sejtek). A trágya sói a gyökérsejtek komplex hálózatán keresztül a központi vízszállító csőbe kerülnek (zöld terület). Most vizsgáljuk meg tüzetesebben is e három lépést.
A gyökérszőrök a gyökérzet legfontosabb felületei, hiszen a víz és vele együtt a sók csak rajtuk keresztül szívódnak fel. Az áteresztő területet, amelyen keresztül a víz akadálytalanul bejuthat, diffúziós (elosztó) zónának nevezzük. A diffúziós zóna tulajdonképpen egy átmeneti terület a gyökérszőrök külső bőre és a tényleges sejtek között.
A diffúzió terjesztést is jelent. Ha két nedves anyag, esetünkben a növény táptalaja és a gyökérben már bent lévő tápanyag kapcsolatba kerül egymással, mindkettő terjedni fog a folyadékban, míg egyformán el nem oszlanak. A gyökérben lévő szubsztrátum minden anyaga terjed, és keveredik a szabad diffúziós zónában, ami végső soron az egész gyökérzetet bevonja, kialakítva ezzel a hálózatot.
Ha a növény táptalajának összetétele megváltozik, például új trágyát adunk hozzá, a gyökér környezete és a diffúziós zóna közti egyensúly az imént leírt folyamat során valósul meg (szürke terület). A gyökérzet sejtjeit kívülről öblíti a tápoldat, amely folyamatosan azonos koncentrációt próbál elérni a gyökerekben, mint ami a talajban van.
A gyökér tápanyagtartalma naponta változik. A táptalaj összetétele nemcsak az öntözéssel és a trágyázással módosul, hanem a növény kibocsátásával és tápanyagfelszívásával is, noha a szárban lévő nedvek, a tápoldattól függetlenül, majdhogynem állandó arányban vannak jelen. Ezen sók eloszlása mellett a pH-érték, a viszkozitás, valamint a növény vezetőképessége is stabil.
A növény nedvében található sók eloszlása nagyban különbözik a talajban történő eloszlástól. Néhány anyag, mint például a konyhasóoldatból kiváló nátrium és klór, alig lelhető itt fel, míg más anyagok, leginkább az ásványi maradványok, viszont jóval nagyobb arányban találhatók meg, mint a szubsztrátumban. Ez pedig nem jelent mást, mint hogy a növényeknek aktívan közre kell működniük ezek kiválasztásában.
A zöldalgában, azaz a legegyszerűbb sejtben jól látható, hogy hol történik a tápoldat sóinak kiválasztása. A kis tó vize az egyetlen táplálékforrás az alga számára, innen nyeri ki az összes ásványi anyagot. Maguknak az algasejteknek viszont teljesen különböző az összetételük, mint a tó vizének.
A trágya sói a sejtmembránon áthaladva választódnak ki a sejtben. A legtöbb gyökér az algához hasonló alapelven működik. A gyökerekhez legközelebb eső víz a diffúziós zónában kiöblít minden gyökérsejtet, ugyanúgy, ahogy a tó vize is folyamatosan öblíti az algát. Csakúgy, mint a parányi zöld testecske esetében, itt is a víz sejtmembránon való áthaladásakor választódnak ki az ásványi sók.
Mivel a talaj összetétele folyamatosan változik, ám a szárban lévő nedvek ásványianyag-koncentrációja állandó, a növények kénytelenek aktívan kiválogatni a trágya tartalmát. Ez a fajta aktív szállítás, azaz a kiválasztás azonban már energiafogyasztással jár, amit mérni is tudunk.
Egy növényt csapvízzel teli edénybe helyezünk, majd légmentes helyre tesszük. A szén-dioxid-fogyasztást ellenőrizve mérhetővé válik a növény légzőképessége, azaz alapvető metabolikus szintje. Alacsony tápoldattartalmú csapvízben a növény csak minimálisan lélegzik. Ha azonban trágyát adunk a vízhez, a légzőképessége emelkedésnek indul, ha pedig újra csapvízbe tesszük, a légzése ismét csökkenni kezd. Ha olyan sókat adunk a vízhez, amelyekre a növénynek nincs szüksége (például konyhasót), a légzőképesség újra emelkedésnek indul.
A növényeknek tehát többet kell lélegezniük, amikor a só koncentrációja emelkedik, hogy átalakíthassák a tápanyagoldatot. Ilyenkor alig vagy egyáltalán nem nőnek, mert minden energiájukat a sókészlet kiválasztására fordítják, hogy fenntarthassák belső nedveik állandó összetételét.
Mindez pedig nem jelent mást, mint hogy minél magasabb a sótartalom, annál több stressz éri a növényt, azaz annál több extraenergiát használ fel.
Mielőtt a tápanyag molekulái beléphetnek a sejtbe, összegyűlnek a sejt külső bőrén. Az érintkezési pontok a sejt külső részén úgy működnek, mint egy ioncserélő. Ha nincsenek használatban, akkor hidrogénmolekulák zárják le őket. Ha egy ásványianyag-molekula, például egy kálium közel kerül egy érintkezési ponthoz, a hidrogénmolekula leválasztódik, és a kálium odacsatlakozhat. Ezzel tulajdonképpen helyet cserélnek.
A sejt külseje tehát nem más, mint a trágya sói¬nak váróterme.
A mostanáig is csak részeiben taglalt elv szerint tehát a tápoldat molekulái komplex kapukon keresztül, különállóan kerülnek a sejtekbe, avagy kint maradnak, attól függően, hogy szükség van-e rájuk, vagy sem.
