فيديو: التراكيب المتخصصة في النباتات الأحياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على بنية ووظيفة بعض التراكيب المتخصصة في النباتات. تتكيف هذه التراكيب للتفاعل مع البيئة المحيطة ومع أجزاء النبات الأخرى بهدف جمع الموارد وتوزيعها، وكذلك التخلص من الفضلات، باستخدام عمليات كيميائية وفيزيائية. سنحل أيضًا بعض الأسئلة التدريبية.

تواجه النباتات بعض التحديات المختلفة عن تلك التي تواجهها الحيوانات. فتحتاج النباتات إلى موارد مماثلة لتلك التي تحتاج إليها الحيوانات، مثل الطاقة الكيميائية التي تحصل عليها الحيوانات من الغذاء، والماء، والغازات من الهواء، ولكن النباتات لا تستطيع الحركة. لذا يتعين عليها استخلاص هذه الموارد من البيئة مع البقاء في نفس المكان طوال حياتها تقريبًا. دعونا نبدأ بإلقاء نظرة على بذرة توت أسود سقطت على الأرض بعد رحلة قصيرة مع أحد الطيور، لنعرف كيف يمكنها البقاء على قيد الحياة. إذا هبطت البذرة في مكان به تربة وماء كافيان، فسيبدأ جذر وساق في التبرعم.

إذا ألقينا نظرة فاحصة على البذرة، فسنرى أن الخلايا الموجودة في طرف الجذور وطرف الساق تنقسم انقسامًا نشطًا، ومن ثم فهذه المناطق هي التي ينمو فيها النبات. تسمى هذه المناطق الخلايا المرستيمية، وهي تحتوي على الخلايا الجذعية للنبات. تنقسم الخلايا الجذعية لإنتاج خلايا ستتمايز لاحقًا إلى أنواع أكثر تخصصًا من الخلايا. يمكن أن توجد الخلايا المرستيمية في مناطق أخرى من النباتات أيضًا. ومع استمرار نمو النبات، يتطور المزيد من التراكيب، مثل الأوراق وبعض النتوءات الدقيقة التي تشبه الشعر على امتداد الجذر. إذا ألقينا نظرة عبر المجهر، فسنرى أن هذه النتوءات تمتد من نوع معين من الخلايا المتخصصة. هذه الخلايا تسمى خلايا الشعيرات الجذرية، وهي مهمة جدًّا للحصول على الماء والمعادن من التربة.

بتكبير الصورة، يمكننا رؤية أن خلايا الشعيرات الجذرية هي خلايا متخصصة في البشرة النباتية. ولها أيضًا العديد من أوجه التكيف التي تزيد من قدرتها على نقل الماء والمعادن إلى النبات. وجه التكيف الأكثر وضوحًا في خلية الشعيرات الجذرية هو التركيب الطويل الشبيه بالشعر الذي يزيد من مساحة السطح الذي يمكن أن تنتقل الماء والمعادن إلى النبات من خلاله. ويتمثل أحد أوجه التكيف المهمة الأخرى في خلية الشعيرات الجذرية في وجود فجوة عصارية كبيرة ذات تركيز عال من المواد المذابة، مثل الملح المذاب والمعادن والسكريات، وتركيز منخفض نسبيًّا من الماء. الخاصية الأسموزية هي انتشار الماء عبر غشاء شبه منفذ. وبما أن تركيز الماء في التربة أعلى من تركيزه في الفراغ، فسينتقل الماء إلى الشعيرة الجذرية عن طريق الخاصية الأسموزية.

بالإضافة إلى ذلك، معظم سطح النبات مغطى بمادة شمعية تعرف بطبقة الكيوتين. تمنع هذه الطبقة فقدان الماء، ولكن هذا الأمر لا ينطبق على خلايا الشعيرات الجذرية لأنها تحتاج إلى امتصاص الماء. تحتاج النباتات أيضًا إلى امتصاص المعادن الذائبة من التربة. ولكن نظرًا لوجود تركيز عال من المواد المذابة في الشعيرات الجذرية مقارنة بالتربة، يجب امتصاص هذه المواد عن طريق النقل النشط. يتمثل النقل النشط في نقل المواد عبر غشاء من تركيز منخفض إلى تركيز مرتفع، ويتطلب طاقة. إذن فالوظائف الرئيسية لخلايا الشعيرات الجذرية هي امتصاص الماء بالخاصية الأسموزية وامتصاص المعادن بالنقل النشط. ويدعم تركيبها هذه الوظائف.

وبالطبع، مع استمرار انتقال الماء والمعادن إلى خلية الشعيرات الجذرية، يجب أن ينتقل أيضًا إلى الخارج نحو أجزاء النبات الأخرى. وهذه وظيفة تركيب نباتي متخصص آخر يسمى نسيج الخشب. نسيج الخشب جهاز من الأنابيب الضيقة التي تتفرع في جميع أنحاء النبات. ويتكون من خلايا ميتة تشكل أنابيب ضيقة. ويقوي هذه الأنابيب مركب يسمى اللجنين. يمكن للماء في نسيج الخشب أن يتحرك في اتجاه واحد فقط، وهو إلى أعلى من التربة نحو الأوراق. ومن الشائع أن تتجمع أنابيب نسيج الخشب معًا. إذا ألقينا نظرة فاحصة على أحد أنابيب نسيج للخشب، فسنجد أنه يتكون من خلايا ميتة ملتصقة بعضها ببعض دون وجود جدران طرفية بينها. ولذلك فهي تشكل أنبوبًا مجوفًا.

تلتصق جزيئات الماء والأملاح المعدنية الذائبة بجوانب أنبوب نسيج الخشب، وكذلك بعضها ببعض، أثناء تحركها لأعلى باتجاه الأوراق. ولا يمكنها التحرك لأسفل في أنبوب نسيج الخشب. فيكون التدفق من الجذور إلى الأوراق فقط، وسنتناول بعد قليل ما يحدث لجزيئات الماء في الأوراق. ويقوي جدران الخلايا التي يتكون منها أنبوب نسيج الخشب مركب يسمى اللجنين.

والآن دعونا نلق نظرة على ما يحدث عند وصول الماء إلى الأوراق. الطبقة الخارجية من الخلايا المحيطة بالنبات تسمى البشرة، ويطلق على خلايا هذه الطبقة خلايا البشرة. هذه الخلايا مغطاة من الخارج بطبقة شمعية تسمى طبقة الكيوتين. وهي تغطي معظم أجزاء النبات، وتحفظه من الجفاف. تكون خلايا البشرة عادة شفافة، وتوفر الحماية. وخلايا البشرة المتخصصة المسماة الخلايا الحارسة، التي سنستعرضها فيما يلي، مسئولة عن تبادل الغازات. وكما رأينا في الجذور، يحدث امتصاص الماء والمعادن أيضًا من خلال البشرة.

يحتوي النسيج المتوسط العمادي على خلايا بها عدد كبير من البلاستيدات الخضراء. ونظرًا لأن البلاستيدات الخضراء هي المكان الذي يحدث فيه البناء الضوئي، فإن النسيج المتوسط العمادي هو الموقع الرئيسي لحدوث عملية البناء الضوئي. ولذلك تكون خلايا البشرة شفافة إلى حد كبير. فيتمكن الضوء من الانتقال عبر البشرة إلى البلاستيدات الخضراء في خلايا النسيج المتوسط العمادي. وفي هذا المكان، يحفز الضوء عملية البناء الضوئي التي تنتج السكر الذي يمكن للنباتات استخدامه بوصفه طاقة كيميائية. تتراص خلايا النسيج المتوسط العمادي بإحكام شديد معًا، ما يعد وجهًا آخر من أوجه التكيف لزيادة البناء الضوئي وإنتاج السكر، وهذا يعيدنا إلى نسيج الخشب. المتفاعل الآخر اللازم لعملية البناء الضوئي هو الماء، وقد جلب نسيج الخشب الماء من التربة لكي يستخدمه النبات في عملية البناء الضوئي.

تسمى طبقة الخلايا الموجودة أسفل النسيج المتوسط العمادي بالنسيج المتوسط الإسفنجي. ويتألف هذا النسيج من خلايا متراصة بشكل غير محكم تحتوي على عدد أقل من البلاستيدات الخضراء التي تمتص أي ضوء ينتقل عبر النسيج المتوسط العمادي. تمتص خلايا النسيج المتوسط الإسفنجي الماء من نسيج الخشب، وتبخر الماء الزائد في الفراغ بين الخلايا. تحت النسيج المتوسط الإسفنجي، توجد طبقة أخرى من البشرة وطبقة الكيوتين الشمعية. تحتوي هذه الطبقة السفلى من البشرة على تراكيب متخصصة تسمى الثغور، ومفردها الثغر. عندما تحتوي النباتات على الكثير من الماء، قد تكون ثغورها مفتوحة، مثل هذه الموجودة هنا. يسمح ذلك للماء، الذي انتقل لأعلى من التربة عبر نسيج الخشب، بالتبخر من خلال الفتحة إلى الغلاف الجوي.

حركة الماء لأعلى عبر النبات، من التربة إلى الأوراق ثم إلى الهواء، يطلق عليها النتح. ولكن إذا كان النبات في حاجة شديدة إلى الماء، فيمكن أن يغلق ثغوره ويوقف خطوة النتح الأخيرة بحيث يحتفظ بالماء داخل الورقة. بهذا نكون قد تتبعنا مسار الماء من الشعيرات الجذرية إلى نسيج الخشب في النبات حيث يمر بهذا النسيج الموجود في الجذور والساق ثم عبر الأوراق حيث يخرج عبر الثغور ويعود إلى الغلاف الجوي. وهذه العملية تسمى النتح.

سنفرغ بعض المساحة لنرى كيف تنقل النباتات السكر الذي تنتجه في أوراقها أثناء عملية البناء الضوئي إلى أجزائها الأخرى باستخدام نسيج يسمى اللحاء. مكونات أو متفاعلات عملية البناء الضوئي هي الماء وثاني أكسيد الكربون، وقد رأينا بالفعل كيف تحصل الأوراق على الماء. ولكن كيف تحصل على ثاني أكسيد الكربون؟

هل تذكر كيف تنفتح الثغور عندما يحتوي النبات على كمية كافية من الماء؟ يتكون الثغر من خليتين حارستين تتمددان وتنفتحان عند وجود كمية كافية من الماء أو تنكمشان عند وجود نقص في الماء ليغلق الثغر. وهذا لا يسمح بنتح الماء من الأوراق فحسب، وإنما يتيح كذلك للورقة تبادل الغازات مع البيئة المحيطة، ويشمل ذلك ثاني أكسيد الكربون. وما دامت الثغور مفتوحة، فسينتشر ثاني أكسيد الكربون أو يتحرك مع اتجاه تدرج تركيزه من الغلاف الجوي إلى النسيج المتوسط الإسفنجي للورقة، بينما ينتشر الماء عائدًا إلى الغلاف الجوي.

والبلاستيدات الخضراء، الموجودة في الغالب في خلايا النسيج المتوسط العمادي، تستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جانب الطاقة الضوئية من الشمس لإنتاج السكر عن طريق عملية البناء الضوئي. ينتقل هذا السكر، إلى جانب مواد أخرى مثل الأحماض الأمينية، عن طريق اللحاء إلى المناطق التي تحتاج إليه في النبات، مثل الجذور أو الزهور أو الثمار. لا تنتج التفاعلات الكيميائية لعملية البناء الضوئي السكر فحسب، وإنما تنتج الأكسجين أيضًا. وينتشر الأكسجين في فراغات النسيج المتوسط الإسفنجي، ثم يخرج عبر الثغور ما دام هناك ما يكفي من الماء لإبقائها مفتوحة.

يرتبط غالبًا نسيج الخشب واللحاء معًا في حزم يطلق عليها الحزم الوعائية. لكن تركيب اللحاء يختلف عن تركيب نسيج الخشب. لنلق نظرة على ذلك. يحتوي اللحاء، شأنه شأن نسيج الخشب، على أنابيب طويلة، ولكنها في اللحاء تسمى الأنابيب الغربالية. وبدلًا من تسهيل النتح كما يفعل نسيج الخشب، يمكن اللحاء النبات من نقل المواد، التي تشمل السكريات الناتجة عن عملية البناء الضوئي، من مكان صنعها إلى مكان الحاجة إليها. يتكون الأنبوب الغربالي من خلايا حية مجوفة تسمى الخلايا الغربالية، والتي توجد بها مجموعة قليلة من العضيات تسمح بنقل المواد. وبين كل خلية من الخلايا الغربالية توجد صفيحة مثقبة يمكن للمواد أن تتدفق عبرها. وهذه الصفائح تسمى الصفائح الغربالية.

نظرًا لأن الأنابيب الغربالية مجوفة وتحتوي على مجموعة قليلة من العضيات، فإنها تحتاج إلى دعم الخلايا المرافقة. تحتوي الخلايا المرافقة على العديد من الميتوكوندريا لتوفير الطاقة اللازمة لنقل المواد بفعالية من مكان صنعها إلى مكان الحاجة إليها. وهي توفر أيضًا البروتينات التي لا تستطيع الخلايا الغربالية صنعها بنفسها. لقد تناولنا عددًا كبيرًا من التراكيب النباتية المتخصصة. وسنراجعها في نهاية الفيديو. ولكن قبل أن نفعل ذلك، دعونا نحل سؤالًا تدريبيًّا.

تحتوي الخلايا العمادية الموجودة بالقرب من سطح الورقة على العديد من البلاستيدات الخضراء. أي مما يأتي يفسر السبب وراء ذلك؟ (أ) تحتوي الخلايا العمادية على العديد من البلاستيدات الخضراء لالتقاط أشعة الشمس اللازمة للتنفس. (ب) تحتوي الخلايا العمادية على العديد من البلاستيدات الخضراء للسماح بأقصى انتشار للغازات. (ج) تحتوي الخلايا العمادية على العديد من البلاستيدات الخضراء التي تعمل على تمدد الخلية وزيادة مساحة السطح المتاح لامتصاص الماء. (د) تحتوي الخلايا العمادية على العديد من البلاستيدات الخضراء لالتقاط أشعة الشمس اللازمة لعملية البناء الضوئي.

بما أن السؤال يستخدم مصطلح الورقة، فإننا نعلم أننا نتعامل مع نبات. ويذكر السؤال نوعًا من الخلايا الموجودة في الورقة. لذلك يجب أن نعرف تركيب بعض الخلايا النباتية أيضًا. المصطلح الرئيسي الآخر في السؤال هو البلاستيدات الخضراء. البلاستيدات الخضراء عضيات، والعضيات تراكيب وخلايا مسئولة عن وظائف محددة. والآن دعونا نلق نظرة على المصطلحات في خيارات الإجابة لنرى ما نحتاج إلى معرفته أيضًا عن هذه الخلايا النباتية.

يحتوي الخيار (أ) على مصطلح التنفس، والتنفس يحدث في عضية تسمى الميتوكوندريون. يذكر الخيار (ب) انتشار الغازات بين الجزء الداخلي من الورقة والبيئة المحيطة، والذي يحدث من خلال تركيب يسمى الثغر ويتكون من خليتين حارستين. يحتوي الخيار (ج) على مصطلح امتصاص الماء، ولكن هذا يحدث في الواقع في الجذور، وتحديدًا من خلال بعض التراكيب الدقيقة التي تسمى الشعيرات الجذرية التي تزيد من مساحة السطح الذي يحدث فيه امتصاص الماء. يذكر الخيار (د) عملية البناء الضوئي. ويمكن تلخيص عملية البناء الضوئي بالمعادلة الموضحة بالأسفل حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة الموجودة في أشعة الشمس لتكوين السكر والأكسجين.

دعونا نوضح العلاقات بين هذه التراكيب على الشكل الموضح أمامنا. أولًا، يمتص الماء عن طريق الشعيرات الجذرية. وينتقل عبر نسيج يسمى نسيج الخشب حتى يصل في النهاية إلى الورقة. وما دامت هناك كمية كافية من الماء في الخليتين الحارستين بالثغر، فستظلان في حالة تمدد، ما يبقي الثغر مفتوحًا لتبادل الغازات، ويشمل ذلك انتشار ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي مع اتجاه تدرج تركيزه إلى المنطقة المعروفة بالنسيج المتوسط الإسفنجي في الورقة. تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء في عملية البناء الضوئي لإنتاج السكر والأكسجين. ويمكن أن تستخدم الميتوكوندريا السكر في عملية التنفس الخلوي. ويمكن أيضًا أن تستخدم الميتوكوندريا الأكسجين في عملية التنفس الخلوي، أو يمكن أن يخرج الأكسجين إلى الغلاف الجوي مع اتجاه تدرج تركيزه عن طريق الانتشار.

ومن ثم فإن الخيار (أ) غير صحيح بالتأكيد لأن التنفس الخلوي يحدث في الميتوكوندريا وليس في البلاستيدات الخضراء. والخيار (ب) غير صحيح لأن انتشار الغازات يحدث في ثغور النباتات الموجودة على الجانب السفلي من أوراقها. والخيار (ج) غير صحيح أيضًا لأن امتصاص الماء يحدث في الشعيرات الجذرية وليس في البلاستيدات الخضراء. أما الخيار (د)، فيذكر أن البلاستيدات الخضراء تلتقط أشعة الشمس اللازمة لعملية البناء الضوئي. وهذا صحيح بالفعل. فهذا ما يحدث في البلاستيدات الخضراء.

من المثير للاهتمام ملاحظة أننا لم نحتج إلى معرفة ماهية الخلايا العمادية لكي نتمكن من الإجابة عن هذا السؤال بشكل صحيح. لذا إذا كنت لا تعرف مصطلحًا في سؤال ما، فلا تدع ذلك يخيفك. وانظر إلى بقية السؤال، وحاول تحديد ما تعرفه. من ناحية أخرى، من الأفضل معرفة ما هي الخلية العمادية. تشكل الخلايا العمادية النسيج المتوسط العمادي الذي يقع مباشرة تحت البشرة وطبقة الكيوتين في الجزء العلوي من الورقة. وهي تحتوي على الكثير من البلاستيدات الخضراء. ويسمى النسيج الموجود أسفل النسيج المتوسط العمادي بالنسيج المتوسط الإسفنجي. ويطلق عليه الإسفنجي لأن به الكثير من الجيوب الهوائية، ما يسمح للغازات بالانتشار عبره.

وهكذا نكون قد أجبنا عن السؤال: «تحتوي الخلايا العمادية الموجودة بالقرب من سطح الورقة على العديد من البلاستيدات الخضراء. أي مما يأتي يفسر السبب وراء ذلك؟»، والإجابة هي الخيار (د). تحتوي الخلايا العمادية على العديد من البلاستيدات الخضراء لالتقاط أشعة الشمس اللازمة لعملية البناء الضوئي.

فيما يأتي بعض النقاط الرئيسية الواردة في هذا الفيديو. كان موضوعنا الأساسي هو التراكيب النباتية التي تتمتع بأوجه تكيف متخصصة تسمح لها بأداء وظائفها. فتمتلك الشعيرات الجذرية مساحة سطح كبيرة لزيادة امتصاص الماء، وبها تركيز عال من المواد المذابة لتعزيز نقل الماء بالخاصية الأسموزية إلى الجذور. ينتقل الماء والمعادن من الجذور إلى أعلى باتجاه الجزء العلوي من النبات من خلال نسيج يسمى نسيج الخشب. يتكون نسيج الخشب من خلايا ميتة مجوفة تشكل أنابيب.

إذا نظرنا إلى مقطع عرضي للورقة عبر المجهر، فستكون الطبقة الأولى هي طبقة الكيوتين الشمعية التي تساعد في الحيلولة دون جفاف النبات. والخلايا الموجودة أسفل طبقة الكيوتين الشمعية تسمى خلايا البشرة. وهي أيضًا واقية وشفافة، ومن ثم تسمح بمرور الضوء. تحتوي الخلايا العمادية المتراصة بإحكام في النسيج المتوسط العمادي على العديد من البلاستيدات الخضراء، والوظيفة الرئيسية لهذا النسيج هي البناء الضوئي. يتكون النسيج المتوسط الإسفنجي من خلايا متراصة بشكل غير محكم للسماح بتبادل الغازات.

والمسام القابلة للانغلاق على الجانب السفلي من الأوراق تسمى الثغور. يتكون كل ثغر من خليتين حارستين تتحكمان في انتشار الماء وثاني أكسيد الكربون والأكسجين داخل وخارج الورقة. ينتقل السكر الناتج عن عملية البناء الضوئي من الأوراق إلى مناطق أخرى من النبات عبر نسيج يسمى اللحاء. وبينما يتكون نسيج الخشب من خلايا ميتة ذات جدران سميكة جدًّا يقويها مركب يسمى اللجنين، يتكون اللحاء من خلايا غربالية حية تدعمها خلايا مرافقة.