Geçtiğimiz hafta bitkisel hormonları ve bitkilerdeki tepki mekanizmalarının (tropizma ve nasti) temel özelliklerini tanıdık. Bu haftaki dersimizde ise bir bilim insanı gibi laboratuvara girerek bitkilerde yönelme (tropizma) hareketlerini gözlemleyebileceğimiz kontrollü deneylerin nasıl tasarlandığını inceleyeceğiz. Yulaf koleoptilleriyle yapılan klasik deneylerden klinostat düzeneğine, tel elekte hidrotropizma deneyinden değişken analizine kadar tüm deneysel süreçleri adım adım çözümleyeceğiz.
1. Fototropizma Mekanizmasını Aydınlatan Koleoptil Deneyleri
Yulaf, buğday ve arpa gibi tek çenekli (monokotil) bitkilerin çimlenmesi sırasında toprak üstüne çıkan ilk sürgün ucunu koruyan kılıfa koleoptil denir. Hızlı büyümesi ve ışığa duyarlılığı nedeniyle tropizma deneylerinde model organizma olarak kullanılır. Tarihsel süreçte gerçekleştirilen dört temel deney dizisi fototropizmanın mekanizmasını çözmüştür:
1) Charles Darwin ve Francis Darwin Deneyi (1880): Ucu kesilen veya ucu ışık geçirmeyen opak bir başlıkla kapatılan koleoptiller tek yönlü ışığa yönelmemiştir. Buna karşılık ucu şeffaf başlıkla kapatılan veya yalnız alt (boyun) kısmı opak kılıfla kapatılan koleoptiller ışığa yönelmiştir. Sonuç: Işık uyaranı yalnızca koleoptil ucu tarafından algılanır; ancak kıvrılma (büyüme) uçtan biraz daha aşağıdaki bölgede gerçekleşir.
2) Boysen-Jensen Deneyi (1913): Koleoptil ucu kesilip araya jelatin veya agar bloğu konularak tekrar yerleştirildiğinde ışığa yönelme gerçekleşmiş; araya geçirimsiz mika (veya platin) levha konulduğunda ise yönelme olmamıştır. Ayrıca mika levha ışık alan tarafa saplandığında yönelme olmuş, karanlık (gölge) tarafa saplandığında ise yönelme durmuştur! Sonuç: Uçta üretilen kimyasal mesajcı (oksin) suda çözünür, difüzyonla agardan geçer ve gölge taraftan aşağıya doğru taşınır.
3) Arpad Paál (1919) ve Frits Went (1926) Deneyleri: Koleoptil ucu kesilip agar bloğu üzerinde bekletilerek oksinin agara geçmesi sağlanmıştır. Tamamen karanlık ortamda ucu kesilmiş bir koleoptilin sol tarafına bu oksinli agar bloğu konulduğunda, sol taraf hızlı uzamış ve koleoptil sağa doğru yönelmiştir. Saf (boş) agar konulduğunda ise büyüme ve yönelme olmamıştır.
2. Geotropizma (Gravitropizma) Deneyleri ve Klinostat Düzeneği
Bitki kök ve sürgünlerinin yer çekimi (kütle çekimi) uyaranına karşı gösterdiği yönelme tepkisini test etmek için sabit yatay saksı (deney grubu) ile klinostat (kontrol/karşılaştırma düzeneği) birlikte kullanılır.
Sabit Yatay Saksı Deneyi: Karanlık bir ortamda (ışık etkisini dışlamak için) yatay konumda sabit tutulan bir saksıdaki fidenin kök ve gövdesinde yer çekimi etkisiyle oksin hormonu alt yüzeyde daha fazla birikir. Kök uçlarındaki statolit adı verilen nişasta dolu plastitlerin (amiloplastların) hücre tabanına çökmesi yer çekiminin algılanmasını sağlar. Gövde hücreleri yüksek oksin derişiminde daha hızlı uzadığı için alt kısım üst kısımdan çok uzar ve gövde yukarı kıvrılır (Negatif Geotropizma). Kök hücreleri ise oksine çok daha duyarlıdır; alt yüzeydeki yüksek oksin kökte uzamayı baskılar (inhibe eder), üst yüzey daha hızlı uzar ve kök aşağı kıvrılır (Pozitif Geotropizma).
Klinostat Deneyi: Klinostat, ucuna bağlanan saksıyı yatay eksende dakikada birkaç devirlik sabit hızla döndüren motorlu bir düzenektir. Saksı sürekli döndüğü için yer çekimi kuvveti bitkinin belirli bir yüzeyine sürekli etki edemez; oksin hormonu kök ve gövdenin her tarafına eşit (homojen) dağılır. Sonuç olarak klinostattaki bitkinin kökü de gövdesi de kıvrılmadan yatay doğrultuda düz uzamaya devam eder.
3. Bilimsel Deney Tasarımı: Bağımsız, Bağımlı ve Kontrol Değişkenleri
Bitkilerde yönelme hareketlerini gözlemlemek üzere bir deney tasarlarken bilimsel yöntemin basamakları (problem tespiti, hipotez kurma, tahmin yapma ve kontrollü deney) eksiksiz uygulanmalıdır. Bir tropizma deneyinde üç tür değişken tanımlanır:
1) Bağımsız Değişken (Araştırmacının Değiştirdiği Etken): Deney grubunda etkisi incelenen uyaranın yönüdür. Örneğin fototropizma deneyinde ışığın geliş yönü (yandan tek yönlü ışık vs. üstten dik ışık); geotropizma deneyinde yer çekiminin etki durumu (sabit yatay saksı vs. dönen klinostat).
2) Bağımlı Değişken (Gözlemlenen / Ölçülen Sonuç): Bağımsız değişkene bağlı olarak bitkide ortaya çıkan tepkidir; yani sürgün veya kökün yönelme yönü ve kıvrılma açısıdır (derece).
3) Kontrol Değişkenleri (Sabit Tutulan Değişkenler): Deneyin güvenirliğini sağlamak için hem deney hem kontrol grubunda bire bir aynı tutulan şartlardır: Bitki türü, fidelerin başlangıç boyu ve yaşı, ortam sıcaklığı, toprak yapısı, verilen su miktarı ve ışık şiddeti.
4. Hidrotropizma ve Kemotropizma Deney Düzenekleri
Eğimli Tel Elek İle Hidrotropizma Deneyi: Bir bitki kökünün aynı anda hem yer çekimi hem de su (nem) uyaranına maruz kaldığında hangisine öncelik verdiğini test etmek için tel elek düzeneği kurulur. Alt tabanı ince tel örgüden yapılmış bir tepsi içine ıslak talaş doldurulur, içine fasulye veya bezelye tohumları ekilir ve tepsi 45° eğimli olarak kuru bir ortamda asılır.
Tohumlar çimlendiğinde ilk başta kök uçları yer çekimi etkisiyle (pozitif geotropizma) tel örgünün deliklerinden aşağıya, dışarıdaki kuru havaya doğru çıkar. Ancak kuru havada su bulamayan kök uçları, yer çekimine ters yönde kıvrılarak tekrar tel deliklerinden içeriye, ıslak talaşa doğru (pozitif hidrotropizma) girer! Bu deney, bitki köklerinde hidrotropizma tepkisinin geotropizma tepkisinden daha güçlü (baskın) olduğunu kanıtlar.
Gözenekli Kil Kap İle Kemotropizma / Hidrotropizma Deneyi: Kuru toprak dolu geniş bir cam kabın ortasına su sızdıran gözenekli bir kil testi yerleştirildiğinde bitki köklerinin testiye doğru yöneldiği (pozitif hidrotropizma); toprağın bir bölgesine mineral gübre, diğer bölgesine tuz/kireç konulduğunda ise köklerin gübreye yönelip (pozitif kemotropizma) tuzdan kaçtığı (negatif kemotropizma) gözlemlenir.
5. Işığın Dalga Boyunun Fototropizmaya Etkisi Deneyi
Koleoptil uçlarındaki fotoreseptörlerin (fototropinlerin) hangi renk (dalga boyu) ışığa duyarlı olduğunu belirlemek için özdeş yulaf koleoptillerine eşit şiddette mavi (450 nm), yeşil (550 nm) ve kırmızı (660 nm) monokromatik ışıklar yandan uygulanır.
Deney sonucunda en güçlü pozitif fototropizma tepkisinin mavi ışıkta gerçekleştiği; kırmızı ve yeşil ışıkta ise yönelmenin çok zayıf kaldığı veya hiç gerçekleşmediği gözlemlenir. Çünkü koleoptil ucunda oksinin gölge tarafa yatay taşınmasını tetikleyen fototropin reseptörleri mavi ışığı soğuran flavoprotein yapılı pigmentlerdir.
6. Tropizma ve Nasti Deneylerinin Karşılaştırmalı Analizi
Laboratuvarda bir bitki hareketinin tropizma mı yoksa nasti mi olduğunu ayırt etmek için iki temel deneysel kriter kullanılır: 1) Uyaranın Yönü Değiştirildiğinde Tepkinin Yönü Değişiyor mu?: Işık sağdan verildiğinde sağa, soldan verildiğinde sola yönelme oluyorsa bu olay tropizmadır. Oysa küstüm otuna (Mimosa pudica) sağdan da dokunulsa soldan da dokunulsa yapraklar hep aynı şekilde aşağı kapanır; bu olay sismonastidir.
2) Tepki Süresi ve Geri Dönüşümlülük: Tropizma deneylerinde yönelme oksin hormonunun asimetrik dağılımı ve hücre bölünmesi/uzaması ile gerçekleştiği için saatler veya günler sürer ve kalıcı bir büyüme hareketidir. Nasti deneylerinde ise hareket pulvinus (motor) hücrelerindeki ani turgor basıncı değişimiyle saniyeler/dakikalar içinde gerçekleşir ve uyaran kalktığında kısa sürede eski haline döner.
Örnekler
Örnek 1Tek yönlü ışıkla aydınlatılan üç özdeş yulaf koleoptiline şu işlemler uygulanıyor: I. Koleoptilin ucu kesilip araya agar bloğu konularak tekrar yerine yerleştiriliyor. II. Koleoptilin uç kısmının ışık alan yarısına yatay olarak mika levha saplanıyor. III. Koleoptilin uç kısmının karanlıkta kalan (gölge) yarısına yatay olarak mika levha saplanıyor. Bu üç koleoptilden hangilerinde ışığa doğru yönelme (pozitif fototropizma) gerçekleşir? Gerekçesiyle açıklayınız.
Cevabı göster
• I. Koleoptilde yönelme GERÇEKLEŞİR: Çünkü uçta üretilen oksin hormonu suda çözünür ve geçirgen olan agar bloğundan difüzyonla alt kısımlara geçerek gölge tarafı uzatır. • II. Koleoptilde yönelme GERÇEKLEŞİR: Çünkü tek yönlü ışıkta oksin hormonu gölge tarafa kaçar ve gölge taraftan aşağıya taşınır; ışık alan yarıdaki mika levha gölge taraftaki oksin akışını engellemez. • III. Koleoptilde yönelme GERÇEKLEŞMEZ: Çünkü gölge yarıya saplanan geçirimsiz mika levha, gölge tarafta biriken oksin hormonunun büyüme bölgesine inmesini engeller. Sonuç: I ve II numaralı koleoptillerde yönelme gerçekleşir.
Örnek 2Karanlık bir odada özdeş iki fasulye fidesinden A fidesi yatay konumda sabit tutulurken, B fidesi yatay konumda klinostat cihazına bağlanarak sabit hızla döndürülüyor. Birkaç gün sonra A ve B fidelerinin kök ve gövdelerinde nasıl bir büyüme gözlemlenir? Oksin dağılımıyla açıklayınız.
Cevabı göster
• A Fidesi (Sabit Yatay Saksı): Yer çekimi etkisiyle oksin hormonu hem gövdede hem kökte alt yüzeyde birikir. Gövdede yüksek oksin büyümeyi hızlandırdığı için gövde yukarı kıvrılır (negatif geotropizma); kökte yüksek oksin büyümeyi baskıladığı için üst yüzey daha hızlı uzar ve kök aşağı kıvrılır (pozitif geotropizma). • B Fidesi (Dönen Klinostat): Saksı sürekli döndüğü için yer çekiminin tek yönlü etkisi ortadan kalkar ve oksin hormonu kök ile gövdenin her tarafına eşit (simetrik) dağılır. Bu nedenle B fidesinin kökü ve gövdesi kıvrılmadan yatay doğrultuda düz uzamaya devam eder.
Örnek 3Tamamen karanlık bir ortamda uçları kesilmiş üç özdeş koleoptilden K koleoptilinin sol yarısına oksinli agar, L koleoptilinin sağ yarısına oksinli agar, M koleoptilinin ise sol yarısına oksinsiz (saf) agar bloğu yerleştiriliyor. Bir süre sonra K, L ve M koleoptillerinin yönelme durumlarını belirleyiniz.
Cevabı göster
• K Koleoptili: Sol yarısına konulan oksinli agar bloğundan aşağı inen oksin sol tarafın daha hızlı uzamasına neden olur; bu yüzden K koleoptili SAĞA doğru kıvrılır. • L Koleoptili: Sağ yarısına konulan oksinli agar bloğu sağ tarafı daha hızlı uzatır; bu yüzden L koleoptili SOLA doğru kıvrılır. • M Koleoptili: Saf agar bloğunda oksin hormonu bulunmadığı için koleoptilde büyüme ve yönelme gerçekleşmez (düz kalır).
Örnek 4'Tek yönlü ışık fasulye fidelerinde sürgünün büyüme yönünü etkiler mi?' araştırma sorusunu test etmek için kurulan kontrollü bir deneyde; bağımsız değişkeni, bağımlı değişkeni ve üç kontrol değişkenini yazınız.
Cevabı göster
• Bağımsız Değişken (Değiştirilen Etken): Işığın veriliş yönü (Deney grubunda yandan tek yönlü ışık, kontrol grubunda üstten her yöne eşit ışık). • Bağımlı Değişken (Gözlemlenen Sonuç): Fasulye sürgününün ışığa doğru yönelme durumu ve kıvrılma açısı. • Kontrol Değişkenleri (Sabit Tutulanlar): Fasulye fidelerinin türü/yaşı, ortam sıcaklığı, saksıdaki toprak ve su miktarı, ışığın şiddeti ve uygulanma süresi.
Örnek 5Eğimli bir tel elek içine ıslak talaş konularak çimlendirilen bezelye tohumlarının köklerinin önce tel deliklerinden aşağı doğru çıktığı, ardından tekrar yukarı kıvrılarak ıslak talaşa girdiği gözlemlenmiştir. Bu deneyden çıkarılabilecek bilimsel sonuç nedir?
Cevabı göster
Kök uçlarının başlangıçta tel deliklerinden aşağı çıkması yer çekimine karşı gösterilen pozitif geotropizma tepkisidir. Ancak dışarıdaki kuru havayla karşılaştığında yer çekimine zıt yönde yukarı kıvrılarak tekrar ıslak talaşa girmesi (pozitif hidrotropizma), bitki köklerinde suya yönelme (hidrotropizma) dürtüsünün yer çekimine yönelme (geotropizma) dürtüsünden daha baskın olduğunu kanıtlar.
Etkinlikler
Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.
1Yulaf koleoptilleriyle yapılan aşağıdaki deney düzeneklerinden hangisinde tek yönlü ışığa doğru yönelme (pozitif fototropizma) gözlenmez?
Uç ile büyüme bölgesi arasına boydan boya geçirimsiz mika levha konulduğunda, uçta üretilen oksin hormonu alt kısımlara geçemez; dolayısıyla büyüme ve ışığa yönelme gerçekleşmez.
2Yatay konumdaki bir saksı klinostat düzeneğine bağlanarak kendi ekseni etrafında sabit hızla döndürüldüğünde bitkinin kök ve gövdesinde geotropizma kıvrılmasının görülmemesinin temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
Klinostat saksıyı sürekli döndürdüğü için yer çekimi belirli bir alt yüzeye sürekli etki edemez; oksin hormonu kök ve gövdede simetrik (eşit) dağılır ve bitki kıvrılmadan düz uzar.
3Bitkilerde yönelme deneyleriyle ilgili aşağıdaki ifadelerin doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.
- Darwin'in koleoptil deneyleri, ışığın koleoptilin uç kısmı tarafından algılandığını kanıtlamıştır.
Doğrudur; ucu kesilen veya opak başlıkla kapatılan koleoptiller ışığa yönelmemiştir.
- Tamamen karanlık bir ortamda ucu kesilmiş koleoptilin sağ tarafına oksinli agar bloğu konulursa koleoptil sağa doğru yönelir.
Yanlıştır; sağ tarafa konulan oksinli agar sağ tarafı daha hızlı uzatacağı için koleoptil SOLA doğru kıvrılır.
- Tek yönlü ışık verilen bir koleoptilde mika levha gölge (karanlık) tarafa saplanırsa ışığa yönelme gerçekleşmez.
Doğrudur; oksin gölge taraftan aşağı indiği için gölge tarafa konulan mika levha oksin geçişini durdurur.
- Darwin'in koleoptil deneyleri, ışığın koleoptilin uç kısmı tarafından algılandığını kanıtlamıştır.
4Geotropizma ve hidrotropizma deneyleriyle ilgili aşağıdaki ifadelerin doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.
- Yatay yatırılan sabit bir fidede alt yüzeyde biriken yüksek oksin derişimi gövdede uzamayı hızlandırırken kökte uzamayı baskılar.
Doğrudur; kök hücreleri oksine çok duyarlı olduğu için yüksek oksin kökte büyümeyi yavaşlatır ve üst yüzeyin daha çok uzamasıyla kök aşağı yönelir.
- Fototropizma deneyinde ışığın veriliş yönü 'bağımlı değişken', bitkinin kıvrılma açısı ise 'bağımsız değişken'dir.
Yanlıştır; araştırmacının değiştirdiği ışığın yönü 'bağımsız değişken', bunun sonucunda gözlemlenen kıvrılma açısı ise 'bağımlı değişken'dir.
- Eğimli tel elek ve nemli talaş deneyinde köklerin yer çekimine zıt yönde nemli talaşa girmesi hidrotropizmanın geotropizmadan baskın olduğunu gösterir.
Doğrudur; kök suya ulaşmak için yer çekiminin aksi yönünde dahi kıvrılabilir.
- Yatay yatırılan sabit bir fidede alt yüzeyde biriken yüksek oksin derişimi gövdede uzamayı hızlandırırken kökte uzamayı baskılar.
5Bitkilerde yönelme deneylerinde kullanılan aşağıdaki materyal ve düzenekleri deneydeki işlevleriyle eşleştiriniz.
Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.
6Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.
- Tahıl fidelerinde toprak üstüne çıkan ilk yaprağı koruyan ve fototropizma deneylerinde kullanılan uç kılıfa denir.
- Kontrollü bir deneyde araştırmacının etkisini incelemek için kendi isteğiyle değiştirdiği değişkene değişken denir.
- Koleoptil uçlarında mavi ışığı algılayarak oksinin gölge tarafa taşınmasını tetikleyen fotoreseptörlere denir.
Önce bütün boşlukları doldurun.
7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.
- Bitki kök uçlarında yer çekiminin algılanmasını sağlayan nişasta dolu plastitlere (amiloplast) denir.
- Yatay yatırılan sabit bir saksıda bitki gövdesinin yer çekimine zıt yönde yukarı kıvrılmasına geotropizma denir.
- Bir hücreli Öglena'nın kamçısıyla ışığa doğru yer değiştirerek yüzmesi tropizma değil, pozitif hareketidir.
Önce bütün boşlukları doldurun.
8Yatay olarak yatırılan sabit bir fasulye fidesinde oksin hormonunun hem gövdede hem de kökte alt yüzeyde birikmesine rağmen, neden gövdenin yukarı (negatif geotropizma) kökün ise aşağı (pozitif geotropizma) yöneldiğini doku duyarlılığı temelinde açıklayınız.
1. ipucu: 1. Adım: Yer çekimi etkisiyle oksin hormonunun hem kök hem gövdede alt tarafta yoğunlaştığını belirtiniz.
2. ipucu: 2. Adım: Gövde hücrelerinin yüksek oksin derişimiyle uyarılarak alt yüzeyin üstten hızlı uzadığını ve gövdeyi yukarı büktüğünü açıklayınız.
3. ipucu: 3. Adım: Kök hücrelerinin oksine çok yüksek duyarlılık gösterdiğini, alt yüzeydeki aşırı oksinin kökte uzamayı baskıladığını ve üst yüzeyin daha hızlı uzamasıyla kökün aşağı yöneldiğini sentezleyiniz.
Cevap: 1) Oksinin Birikimi: Yatay konumda sabit tutulan fidede yer çekimi etkisiyle oksin hormonu hem sürgün (gövde) hem de kökün alt yüzeyinde üst yüzeye göre daha fazla birikir. 2) Gövdenin Tepkisi: Gövde hücrelerinin optimum oksin eşiği yüksektir; alt yüzeyde biriken yoğun oksin burada hücre uzamasını hızlandırır ve alt yüzey üst yüzeyden daha fazla uzayarak gövdeyi yukarı doğru kıvırır (negatif geotropizma). 3) Kökün Tepkisi: Kök hücreleri oksine karşı çok daha hassastır; alt yüzeyde biriken yüksek oksin derişimi kök hücrelerinde büyümeyi baskılayıcı (inhibitör) etki yapar. Buna karşılık daha az oksin içeren üst yüzey normal hızda uzamaya devam eder ve üst taraf alttan daha çok uzadığı için kök ucu aşağı doğru kıvrılır (pozitif geotropizma).
Kısaca
- Koleoptil (tahıl fidelerinin ilk yaprağını koruyan kın) deneylerinde ışığın yalnızca uç (apikal meristem) tarafından algılandığı, yönelme tepkisinin ise uçtan aşağıya taşınan oksin (IAA) hormonunun asimetrik büyümeyi sağlamasıyla gerçekleştiği kanıtlanmıştır.
- Boysen-Jensen deneyinde oksin hormonunun jelatin ve agar bloğundan geçebildiği (suda çözündüğü), ancak mika, cam veya metal plakalardan geçemediği gösterilmiştir.
- Went deneyinde karanlık ortamda bile ucu kesilmiş koleoptilin bir kenarına yerleştirilen oksinli agar bloğunun, konulduğu tarafı daha hızlı uzatarak koleoptili karşı yöne büktüğü kanıtlanmıştır.
- Klinostat cihazı, yatay yerleştirilen bir saksıyı kendi ekseni etrafında sabit hızla döndürerek yer çekiminin veya ışığın tek yönlü etkisini ortadan kaldırır; böylece oksin eşit dağılır ve kök ile gövde kıvrılmadan düz uzar.
- Gövde ve kökün oksin derişimine duyarlılığı farklıdır: Yatay yatırılan sabit bir fide de alt yüzeyde biriken yüksek oksin gövdede uzamayı hızlandırırken (negatif geotropizma), kökte uzamayı baskılar (pozitif geotropizma).
- Eğimli tel elek ve nemli talaş deneyinde kök uçlarının yer çekimine rağmen tekrar nemli talaşa doğru yukarı kıvrılması, köklerde hidrotropizma tepkisinin geotropizma tepkisinden daha baskın olduğunu kanıtlar.
Bu dersin öteki kaynakları
- 11. Sınıf Biyoloji Yıllık Planı (2026-2027) Yıllık plan
- Biyoloji Dersi Öğretim Programı (ortaöğretim) Öğretim programı
- 11. Sınıf Biyoloji Ortak Yazılı Senaryoları (1. dönem, 2026-2027) Yazılı senaryosu
- Biyoloji Dersi 11.Sınıf Ders Kitabı Ders kitabı
- 11. Sınıf Biyoloji Günlük Planları (2026-2027) Ders planı
- 11. Sınıf Biyoloji 1. Hafta Çalışma Kâğıdı: Farklı Canlıların Uyaranlara Karşı Oluşturduğu Tepkiler Çalışma kâğıdı