6:04 ص المكتبة الزراعية الشاملة

 

كتاب : تجارب علمية مبسطة في نمو النبات

التمثيل الضوئي والتنفس والنتح هي الوظائف الثلاث الرئيسية التي تدفع نمو النبات وتطوره . الثلاثة كلها ضرورية لبقاء النبات. إن مدى قدرة النبات على تنظيم هذه الوظائف يؤثر بشكل كبير على قدرته على المنافسة والتكاثر.

البناء الضوئي

أحد الاختلافات الرئيسية بين النباتات والحيوانات هو قدرة النباتات على تصنيع طعامها. تسمى هذه العملية بعملية التمثيل الضوئي، والتي تعني حرفيًا "الدمج مع الضوء". لإنتاج الغذاء، يحتاج النبات إلى الطاقة من الشمس، وثاني أكسيد الكربون من الهواء، والماء من التربة. أثناء عملية التمثيل الضوئي، يقوم بتقسيم ثاني أكسيد الكربون إلى كربون وأكسجين، ويضيف الماء ويشكل الكربوهيدرات (النشويات والسكريات). الأكسجين هو منتج ثانوي. يمكن كتابة صيغة عملية التمثيل الضوئي على النحو التالي:

ثاني أكسيد الكربون + الماء + ضوء الشمس = السكر + الأكسجين أو 6 CO2 + 6 H20 + الطاقة => C6H1206 + 6 02

بعد إنتاج الكربوهيدرات، يستخدمها النبات كطاقة، أو يخزنها، أو يحولها إلى مركبات طاقة معقدة مثل الزيوت والبروتينات. كل هذه المنتجات الغذائية تسمى التمثيل الضوئي. ويستخدمها النبات عندما يكون الضوء محدوداً، أو ينقلها إلى جذوره أو ثماره النامية.

يحدث التمثيل الضوئي فقط في طبقات الميزوفيل من أوراق النبات، وفي بعض الحالات، في خلايا الميزوفيل في الساق. تقع خلايا الميزوفيل بين البشرة العلوية والسفلية للورقة وتحتوي على العديد من البلاستيدات الخضراء، حيث تتم عملية التمثيل الضوئي. البلاستيدات الخضراء صغيرة بشكل لا يصدق. المليمتر المربع الواحد، أي بحجم فترة في الصفحة تقريبًا، سيحتوي على 400 ألف قطعة من البلاستيدات الخضراء.

الكلوروفيل، الصباغ الذي يجعل الأوراق خضراء، موجود في البلاستيدات الخضراء. وهي مسؤولة عن حبس الطاقة الضوئية القادمة من الشمس. في كثير من الأحيان يتم ترتيب البلاستيدات الخضراء بشكل عمودي على أشعة الشمس الواردة حتى تتمكن من امتصاص أقصى قدر من ضوء الشمس. في حالة عدم وجود أي من مكونات عملية التمثيل الضوئي – الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون – تتوقف عملية التمثيل الضوئي. إذا غاب أي عامل لفترة طويلة من الزمن، سوف يموت النبات. ويرد أدناه وصف لكل عامل من هذه العوامل.

ضوء

يعتمد التمثيل الضوئي على توافر الضوء. بشكل عام، مع زيادة شدة ضوء الشمس، تزداد عملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك، لكل نوع من النباتات، هناك حد أقصى لمستوى شدة الضوء الذي لا تزيد عملية التمثيل الضوئي فوقه. تستجيب العديد من محاصيل الحدائق، مثل الطماطم، بشكل أفضل لأقصى قدر من ضوء الشمس. يتناقص إنتاج الطماطم بشكل كبير مع انخفاض شدة الضوء. فقط عدد قليل من أصناف الطماطم تنتج أي ثمار في ظل الحد الأدنى من ظروف ضوء الشمس.

ماء

الماء هو أحد المواد الخام لعملية التمثيل الضوئي. يتم امتصاصه إلى داخل النبات بواسطة الجذور ويتحرك للأعلى عبر نسيج الخشب.

ثاني أكسيد الكربون

تتطلب عملية التمثيل الضوئي أيضًا ثاني أكسيد الكربون (CO2)، الذي يدخل النبات من خلال ثغوره (الشكل 25). في معظم النباتات، يتقلب التمثيل الضوئي على مدار اليوم حيث تفتح الثغور وتغلق. عادة، تفتح في الصباح، وتغلق في منتصف النهار، ويعاد فتحها في وقت متأخر بعد الظهر، وتغلق نهائيًا في المساء.

يتواجد ثاني أكسيد الكربون بكثرة في الهواء، لذا فهو ليس عاملاً مقيدًا لنمو النبات. ومع ذلك، يتم استهلاكه بسرعة أثناء عملية التمثيل الضوئي ويتم تجديده ببطء شديد في الغلاف الجوي. قد لا تسمح البيوت الزجاجية المغلقة بإحكام بدخول كمية كافية من الهواء الخارجي، وبالتالي قد تفتقر إلى ثاني أكسيد الكربون الكافي لنمو النبات. وتستخدم مولدات ثاني أكسيد الكربون في البيوت الزجاجية التجارية لمحاصيل مثل الورد والقرنفل والطماطم. في الدفيئات المنزلية الصغيرة، يعد الثلج الجاف مصدرًا فعالًا لثاني أكسيد الكربون.

درجة حرارة

على الرغم من أنها ليست عنصرا مباشرا في عملية التمثيل الضوئي، إلا أن درجة الحرارة مهمة. يحدث التمثيل الضوئي بأعلى معدل له بين 65 درجة و85 درجة فهرنهايت وينخفض عند درجات حرارة أعلى أو أقل.

التنفس

تعتبر الكربوهيدرات المصنوعة أثناء عملية التمثيل الضوئي ذات قيمة للنبات عندما يتم تحويلها إلى طاقة. وتستخدم هذه الطاقة لنمو الخلايا وبناء أنسجة جديدة. تسمى العملية الكيميائية التي يتم من خلالها تحويل السكريات والنشويات إلى طاقة بالأكسدة، وهي تشبه حرق الخشب أو الفحم لإنتاج الحرارة. تسمى الأكسدة الخاضعة للرقابة في الخلية الحية بالتنفس. ويظهر من خلال هذه المعادلة:

C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + الطاقة

هذه المعادلة هي في الأساس عكس عملية التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو عملية بناء، في حين أن التنفس هو عملية تحطيم.

النتح

عندما تتقلص الخلايا الحارسة للورقة، تنفتح ثغورها ويفقد الماء. هذه العملية تسمى النتح. وفي المقابل، يتم سحب المزيد من الماء من خلال النبات من الجذور. يرتبط معدل النتح ارتباطًا مباشرًا بما إذا كانت الثغور مفتوحة أم مغلقة. تمثل الثغور 1% فقط من سطح الورقة ولكن 90% من الماء يرتشح. يعد النتح عملية ضرورية ويستخدم حوالي 90٪ من الماء الذي يدخل إلى جذور النبات. أما الـ 10% الأخرى فتستخدم في التفاعلات الكيميائية وفي أنسجة النبات. النتح مسؤول عن عدة أشياء:

نقل المعادن من التربة إلى جميع أنحاء النبات.

تبريد النبات عن طريق التبخر.

نقل السكريات والمواد الكيميائية النباتية.

الحفاظ على ضغط التورم.

تعتمد كمية ومعدل فقدان الماء على عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة وحركة الرياح أو الهواء. غالبًا ما يكون النتح أكبر في الطقس الحار والجاف (الرطوبة النسبية المنخفضة) والرياح.

عمل متوازن

لكي ينمو النبات ويتطور بشكل سليم، يجب أن يوازن بين عملية التمثيل الضوئي والتنفس والنتح. إذا تُركت النباتات لوحدها، فإنها تقوم بعمل جيد في إدارة هذا التوازن المعقد. إذا كان النبات يقوم بالتمثيل الضوئي بمعدل مرتفع، ولكن معدل التنفس ليس مرتفعًا بما يكفي لتكسير التمثيل الضوئي الناتج، فإن عملية التمثيل الضوئي إما أن تتباطأ أو تتوقف.

من ناحية أخرى، إذا كان التنفس أسرع بكثير من عملية التمثيل الضوئي، فلن يكون لدى النبات ما يكفي من التمثيل الضوئي لإنتاج الطاقة اللازمة للنمو. وبالتالي فإن النمو إما أن يتباطأ أو يتوقف تماما. عندما تكون الثغور مفتوحة، يحدث النتح، وأحيانًا بمعدل مرتفع جدًا. قد يرشح نبات الذرة 50 جالونًا من الماء في الموسم، لكن الشجرة الكبيرة قد تنقل 100 جالونًا في اليوم! تواجه النباتات مشاكل إذا فقدت الكثير من الماء، لذلك تنغلق الثغور خلال فترات الجفاف الحارة عندما يكون النتح في أعلى مستوياته. ومع ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون، وهو ضروري لعملية التمثيل الضوئي، يدخل أيضًا إلى النبات من خلال الثغور المفتوحة. وبالتالي، إذا ظلت الثغور مغلقة لفترة طويلة لوقف فقدان الماء، فلن يدخل ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي. ونتيجة لذلك، فإن عملية التمثيل الضوئي والتنفس سوف تتباطأ، مما يقلل بدوره من نمو النبات.

تنتج العديد من النباتات العشبية الكثير من الزيوت عالية الطاقة، والتي تساعدها على البقاء في المناطق الجافة التي تطورت فيها. تساعدهم هذه الزيوت على البقاء على قيد الحياة لفترات طويلة من إغلاق الثغور...

-----------------

تنزيل الكتاب

------------------------

مشاركة