كتاب : فسيولوجيا النبات : المرجع الشامل ( الجزء الاول و الثاني )
تاليف : د محمد جميل عبد الحافظ
عدد صفحات الكتاب : 652 + 384
فسيولوجيا النبات فرع من علم النبات يُركز على دراسة وظائف النبات وكيفية نموه وتطوره وتكاثره. ويشمل جميع جوانب الحياة النباتية، من المستوى الجزيئي والخلوي إلى تفاعلات النباتات مع بيئتها. يُعد فهم فسيولوجيا النبات أمرًا أساسيًا لتحسين إنتاج المحاصيل وتطوير منتجات نباتية جديدة. يشير التنميط الظاهري للنبات إلى تقييم وتحليل مختلف السمات والخصائص الملحوظة للنباتات. يمكن أن تشمل هذه السمات السمات الفيزيائية للنبات، مثل الطول، ومساحة الورقة، واللون، والشكل، بالإضافة إلى الخصائص الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، مثل كفاءة التمثيل الضوئي، ومحتوى العناصر الغذائية، ومقاومة الأمراض.
ما هي الفوائد الرئيسية لفسيولوجيا النبات؟
يُعد البناء الضوئي أحد المجالات الرئيسية في فسيولوجيا النبات. البناء الضوئي عملية بيولوجية أساسية تُمكّن النباتات والطحالب وبعض البكتيريا من تحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز (سكر بسيط) وأكسجين. تلعب هذه العملية دورًا حاسمًا في استمرار الحياة على الأرض، حيث تُمثل الآلية الأساسية لالتقاط الطاقة وتخزينها، بالإضافة إلى إنتاج الأكسجين الذي نتنفسه. تتم عملية البناء الضوئي داخل عضيات متخصصة تُسمى البلاستيدات الخضراء، وتقع بشكل أساسي في خلايا أوراق النبات. تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة تُسمى الكلوروفيل، والتي تُعطي النباتات لونها الأخضر المميز. يمكن تقسيم هذه العملية إلى مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات غير المعتمدة على الضوء (المعروفة أيضًا بدورة كالفن).
ما هي التفاعلات المعتمدة على الضوء؟
خلال هذه التفاعلات، تمتص جزيئات الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء طاقة الضوء، عادةً في المنطقتين الزرقاء والحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. تُثير هذه الطاقة الإلكترونات داخل الكلوروفيل، مُطلقةً سلسلةً من تفاعلات نقل الإلكترونات المتسلسلة. مع تحرك الإلكترونات عبر السلسلة، تُطلق الطاقة وتُستخدم لتوليد ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وهو جزيء يُخزّن وينقل الطاقة داخل الخلايا. في الوقت نفسه، تُسخّر الطاقة المُنطلقة خلال سلسلة نقل الإلكترونات لتقسيم جزيئات الماء، مُطلقةً الأكسجين كناتج ثانوي. تُعرف هذه العملية بالتحلل الضوئي. ثم تُستخدم الإلكترونات من الماء لاستبدال تلك المفقودة من جزيئات الكلوروفيل، مما يضمن استمرار نشاطها.
ما هي التفاعلات غير المعتمدة على الضوء؟
تحدث التفاعلات غير المعتمدة على الضوء، أو دورة كالفن، في سدى البلاستيدات الخضراء. في هذه المرحلة، تُستخدم الطاقة المُلتقطة خلال التفاعلات المعتمدة على الضوء لتحويل جزيئات ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز. تبدأ العملية بتثبيت ثاني أكسيد الكربون، حيث يُحفّز إنزيم روبيسكو (ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسجيناز) دمج ثاني أكسيد الكربون في مركب يُسمى ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات (RuBP). يكون الجزيء الناتج غير مستقر ويتحلل إلى جزيئين من فوسفوغليسرات (PGA). ومن خلال سلسلة من التفاعلات المُحفّزة بالإنزيمات، يتحول PGA إلى غليسرالدهيد-3-فوسفات (G3P)، وهو مركب ثلاثي الكربون. تُستخدم بعض جزيئات G3P لتجديد RuBP، مما يسمح باستمرار دورة كالفن، بينما تُستخدم جزيئات أخرى لتخليق الجلوكوز والكربوهيدرات الأخرى. تتطلب عملية تخليق الجلوكوز طاقة على شكل ATP وإلكترونات يوفرها الإنزيم المساعد NADPH (فوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد).
يُعدّ الجلوكوز الناتج أثناء عملية التمثيل الضوئي المصدر الرئيسي للطاقة للنباتات والكائنات الحية الأخرى التي تستهلكها. يمكن تخزينها في أشكال مختلفة، مثل النشا في الخلايا النباتية، مما يوفر خزانًا من الطاقة يمكن استخدامه خلال أوقات ضوء الشمس المحدود، مثل الليل أو خلال أشهر الشتاء. بالإضافة إلى إنتاج الجلوكوز، تلعب عملية البناء الضوئي دورًا حيويًا في دورة الكربون العالمية. فمن خلال امتصاصها لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، تساعد النباتات على تنظيم تركيزه، مما يخفف من آثار تغير المناخ. كما تساهم عملية البناء الضوئي في إنتاج الأكسجين، حيث يحافظ إطلاق الأكسجين خلال التفاعلات المعتمدة على الضوء على مستويات الأكسجين الجوي اللازمة للتنفس الهوائي في الكائنات الحية.
باختصار، عملية البناء الضوئي عملية كيميائية حيوية معقدة تُمكّن النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا من تحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. تُوفر هذه العملية للكائنات الحية الطاقة اللازمة للنمو والبقاء، كما تُنظم مستويات ثاني أكسيد الكربون وتُنتج الأكسجين في الغلاف الجوي. وتتجاوز أهمية عملية البناء الضوئي مجرد الكائنات الحية، إذ تلعب دورًا محوريًا في الحفاظ على توازن الحياة على الأرض. ومن المجالات المهمة الأخرى في فسيولوجيا النبات عملية التنفس.
-------------------
---------------------