يمكن للنباتات، على عكس الحيوانات، أن تنتج غذائها بنفسها من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي. كما أنها تخضع لعملية التنفس والنتح، وهي أمور ضرورية لبقائها ونموها. سوف يستكشف هذا الدرس هذه العمليات الأساسية، ويقدم نظرة ثاقبة حول كيفية عملها وأهميتها في حياة النبات.
التمثيل الضوئي هو عملية تستخدم فيها النباتات الخضراء الطاقة المستمدة من ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. لا تعمل هذه العملية الرائعة كأساس لتغذية النبات فحسب، بل تنتج أيضًا الأكسجين، وهو أمر ضروري لبقاء معظم الكائنات الحية على الأرض.
المعادلة العامة لعملية التمثيل الضوئي هي كما يلي:
\(6CO_2 + 6H_2O + light \, energy \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
توضح هذه المعادلة أن ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء، عند تعرضها للطاقة الضوئية، تنتج جزيءًا واحدًا من الجلوكوز وستة جزيئات من الأكسجين.
تتم عملية التمثيل الضوئي على مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء (دورة كالفن) .
التنفس في النباتات يشبه إلى حد كبير التنفس في الحيوانات. إنها عملية تكسير الجلوكوز لإطلاق الطاقة التي تستخدم في الأنشطة الخلوية المختلفة. يمكن أن تحدث هذه العملية في وجود (التنفس الهوائي) وغياب (التنفس اللاهوائي) للأكسجين.
المعادلة العامة للتنفس الهوائي هي:
\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + energy\)
توضح هذه المعادلة أن اتحاد جزيء واحد من الجلوكوز مع ستة جزيئات من الأكسجين ينتج ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون، وستة جزيئات من الماء، ويطلق الطاقة.
يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا في الخلايا ويتكون من ثلاث مراحل: تحلل السكر، ودورة كريبس، والفسفرة التأكسدية.
يحدث التنفس اللاهوائي، أو التخمر، في غياب الأكسجين وينتج طاقة أقل مقارنة بالتنفس الهوائي.
النتح هو العملية التي ينتقل من خلالها الماء عبر النبات ويتبخر من الأجزاء الهوائية، مثل الأوراق والسيقان والزهور. لا تساعد هذه العملية في تبريد النبات فحسب، بل تساعد أيضًا في حركة المعادن والمياه من الجذور إلى الأجزاء العليا من النبات.
تمتص الجذور الماء من التربة وتتحرك للأعلى عبر النبات عبر شبكة من الأنسجة الوعائية المعروفة باسم نسيج الخشب. عندما يصل الماء إلى الأوراق، فإنه يتسرب إلى الغلاف الجوي على شكل بخار من خلال فتحات صغيرة تسمى الثغور.
يتأثر معدل النتح بعدة عوامل بيئية، منها:
يلعب النتح دورًا حاسمًا في إدارة المياه بشكل عام في النبات ونقل العناصر الغذائية. ويرتبط بشكل وثيق بعملية التمثيل الضوئي والتنفس، حيث تساعد حركة الماء عبر النبات في الحفاظ على الظروف اللازمة لتحدث هذه العمليات بكفاءة.
تعد عملية التمثيل الضوئي والتنفس والنتح من العمليات الأساسية التي توضح مدى تعقيد وكفاءة أنظمة النبات. من خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية، مما يخلق الغذاء ليس فقط لنفسها ولكن للكائنات الحية الأخرى أيضًا. يسمح التنفس للنباتات بتكسير هذه الطاقة الكيميائية لتغذية أنشطتها الخلوية. وأخيرا، يعمل النتح كآلية تبريد ويلعب دورا حاسما في نقل المواد الغذائية والمياه.
إن فهم هذه العمليات يوفر نظرة ثاقبة للأداء البيولوجي للنباتات ويسلط الضوء على أهميتها في الحفاظ على الحياة على الأرض. ومن خلال استكشاف آليات هذه العمليات، نكتسب تقديرًا أعمق للتوازن المعقد في الطبيعة والدور الحيوي الذي تلعبه النباتات فيه.
