شارح الدرس: الإخراج في النبات الأحياء • الصف الثاني الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف العمليات التي يُخرِج من خلالها النبات الموادَّ، ونلخِّص كيف يُمكن إعادة استخدام بعض الفضلات عن طريق النبات.

تقوم جميع الكائنات الحية بالعديد من العمليات الأيضية من أجل نموها وبقائها على قيد الحياة. فالنبات يصنع الطعام من خلال عملية البناء الضوئي، ثم يكسره لإطلاق الطاقة من خلال عملية التنفس الخلوي. وتُستخدم المعادن المُمتصَّة من التربة لتخليق البروتينات والصبغات والمركبات الضرورية الأخرى.

وكل عملية من هذه العمليات الأيضية هي في الواقع تفاعل كيميائي؛ ما يعني تحوُّل المُتفاعِلات إلى نواتج يحتاج إليها النبات من أجل نموه وبقائه على قيد الحياة. كما تُنتِج هذه التفاعلات الكيميائية نواتج ثانوية، وهي نواتج لا يحتاج إليها النبات. ويُطلَق على تلك النواتج الثانوية، التي يُحتمَل أن تكون سامة للنبات، الفضلات الأيضية ويجب التخلُّص منها عن طريق الإخراج. والإخراج هو العملية التي يتخلص بها جسم الكائن الحي من فضلات الأيض.

بخلاف الحيوانات، لا يمتلك النبات جهازًا مُخصصًا للإخراج. بدلًا من ذلك، يستخدم النبات العديد من الآليات المختلفة التي من خلالها يعيد تدوير الفضلات التي يُحتمَل أن تكون ضارَّة أو يتخلص منها. دعونا نتعرف على الأنواع المختلفة للفضلات التي ينتجها النبات وكيفية التخلص من هذه النواتج.

كما نعلم، فالنباتات ذاتية التغذية؛ ما يعني أنها تصنع طعامها بنفسها، في صورة جلوكوز، عن طريق عملية البناء الضوئي. وتتضمن عملية التنفس الخلوي تكسير المُركَّبات التي تحتوي على الكربون، مثل الجلوكوز، إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وإطلاق الطاقة.

يُطلِق كلا التفاعلين فضلات غازية. يتحرر الأكسجين خلال عملية البناء الضوئي، بينما ينتج عن التنفس ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. في النبات، البناء الضوئي والتنفس اللاهوائي عمليتان متزامنتان. والنواتج الرئيسية الناتجة عن أحد التفاعلين يعاد استخدامها بصفتها متفاعلات في التفاعل الآخر. لفهم ذلك بوضوح، دعونا نلقِ نظرة على المعادلتين الكلاميتين للعمليتين.

قد تلاحظ أن هذين التفاعلين متعاكسين تمامًا. فنواتج تفاعل البناء الضوئي هي الجزيئات نفسها التي تعمل بصفتها متفاعلات في تفاعل التنفس، والعكس صحيح. وهذا موضَّح في الشكل (1).

مثال ١: كيف يُعيد النبات استخدام الفضلات الناتجة عن عملية التنفس

يتنفس النبات مثل مُعظَم الكائنات الحية. يُعَدُّ الماء أحد الفضلات الناتجة عن عملية التنفس. كيف يُعِيد النبات استخدام هذا الماء؟

1. باعتباره مصدرًا للطاقة للعمليات الأيضية.
2. باعتباره مصدرًا للنيتروجين لتكوين المُركِّبات النيتروجينية.
3. باعتباره مُتفاعِلًا في عملية البناء الضوئي.
4. باعتباره غازًا عازلًا لتنظيم درجة الحرارة.

الحل

كما نعلم، فالنباتات ذاتية التغذية؛ ما يعني أنها تصنع طعامها بنفسها، في صورة جلوكوز، عن طريق عملية البناء الضوئي. وتتضمن عملية التنفس الخلوي تكسير الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وإطلاق الطاقة. في النبات، البناء الضوئي والتنفس عمليتان متزامنتان. والنواتج الرئيسية الناتجة عن أحد التفاعلين يعاد استخدامها بصفتها متفاعلات في التفاعل الآخر. لفهم ذلك بوضوح، دعونا نلقِ نظرة على المعادلتين الكلاميتين للعمليتين.

التنفس:

البناء الضوئي:

قد تلاحظ أن هذين التفاعلين متعاكسين تمامًا. فنواتج تفاعل البناء الضوئي هي الجزيئات نفسها التي تعمل بصفتها متفاعلات في تفاعل التنفس، والعكس صحيح. وهذا موضح في الشكل التالي.

ومن ثَمَّ، يمكن إعادة استخدام الماء الناتج أثناء التنفس بصفته متفاعلًا في عملية البناء الضوئي.

وعلى الرغم من أنه يمكن إعادة استخدام هذه النواتج في النبات، فقد يلزم في بعض الحالات التخلُّص منها عن طريق الإخراج. يتخلص النبات من الكميات الزائدة من هذه الفضلات الغازية من خلال إطلاقها إلى الغلاف الجوي، عن طريق عملية تُعرَف باسم تبادل الغازات. تحتوي أسطح سيقان النبات وأوراقه على فتحات متخصصة يمكن للجزيئات الغازية، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، من خلالها أن تنتشر في الغلاف الجوي.

لنُلقِ نظرة على كل من هذه التراكيب ونفهم دورها في عملية الإخراج. تحتوي الأوراق على فتحات يُطلَق عليها الثغور، وهي مسام صغيرة للغاية توجد في البشرة. يُمكِن إخراج الفضلات الأيضية الغازية إلى الغلاف الجوي، من خلال هذه المسام. تُفتَح الثغور وتُغلَق حسب الحاجة إلى تبادل الغازات، كما هو موضَّح في الشكل (2).

كما يلعب ساق النبات دورًا مهمًّا في عملية تبادل الغازات. حيث تحتوي أسطح سيقان بعض النبات على مسام، تُسمى العديسات، يمكن من خلالها إطلاق الأكسجين وثاني أكاسيد الكربون وبخار الماء إلى الغلاف الجوي. ويُمكن رؤية العديسات على هيئة فتحات دائرية أو بيضاوية أو طولية بارزة على السيقان والجذوع الخشبية، كما هو موضَّح في الصورة التالية.

يُطلِق النبات في المقام الأول الماء الزائد إلى الغلاف الجوي عن طريق النتح، في صورة بخار ماء. وتتبخر جزيئات الماء من أسطح النبات إلى الهواء. توجد ثلاثة أنواع مختلفة من النتح وهي: النتح الثغري، والنتح العديسي، والنتح الأدمي.

النتح الثغري هو تبخر جزيئات الماء من الثغور. وكما علمنا، فإن الثغور يمكنها أن تُفتح وتُغلق حسب الحاجة إلى تبادل الغازات. أثناء ساعات النهار، عندما تزداد شدة الضوء، يقوم النبات بعملية البناء الضوئي. ومن ثَمَّ، تُفتح الثغور لتسمح بانتشار ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلي داخل الأوراق. وفي الوقت نفسه، بما أن الثغور مفتوحة، يحدث النتح. في معظم النباتات، تحتوي الأوراق على نوع من الأنسجة يتكون من خلايا النسيج المتوسط. ويمكن أن يكون هذا النوع من الأنسجة إسفنجيًّا، وهذا سبب احتوائه على فراغات بين خلوية كبيرة. وعادةً ما يتراكم بخار الماء في هذه الفراغات بين الخلوية قبل التخلُّص منه من خلال الثغور في عملية النتح. وإجمالًا، فالنتح الثغري مسئول عن حوالي من الماء الذي يفقده النبات خلال عملية النتح.

النتح العديسي هو تبخر جزيئات الماء من العديسات الموجودة على سيقان النباتات الخشبية. وتُفقَد بهذه الطريقة كمية ضئيلة فقط من الماء، تُقدّر بحوالي من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح.

أما النتح الأدمي فيعبر عن تبخر جزيئات الماء من خلال الكيوتين. والكيوتين طبقة شمعية تُغلِّف بشرة الأجزاء الهوائية للنبات. يمكن أن يحدث النتح الأدمي عندما تكون الثغور مُغلقة. وإجمالًا، يفقد النبات من النتح الأدمي أقل من من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح. ويعتمد النتح الأدمي على سمك طبقة الكيوتين الشمعية. فيمكن للنبات الذي ينمو في ظروف قاسية من الحرارة والجفاف أن يُنتج طبقات سميكة من الكيوتين للحد من فقدان الماء الزائد خلال النتح.

يحدث النتح العديسي والأدمي طوال النهار والليل. لكن عندما تُغلق الثغور ليلًا بوجه عام؛ حيث لا يمكن حدوث البناء الضوئي، يحدث النتح في المقام الأول من خلال العديسات والكيوتين.

لنراجع سريعًا ما تعلمناه عن النتح. يقارن الجدول (1) بين الصور الثلاثة المختلفة للنتح.

مثال ٢: فقدان الماء من خلال مسامَّ في الساق

يُمكِن فقدان الماء أيضًا من النباتات الخشبية من خلال مسامَّ صغيرة في الساق. ماذا يُطلَق على هذه المسام؟

1. الغدد.
2. الثغور المائية.
3. العديسات.
4. الثغور.

الحل

يُطلِق النبات في المقام الأول الماء الزائد إلى الغلاف الجوي عن طريق النتح. وتتبخر جزيئات الماء من أسطح النبات إلى الهواء. توجد ثلاثة أنواع مختلفة من النتح وهي: النتح الثغري، والنتح العديسي، والنتح الأدمي.

تلعب سيقان النبات دورًا مهمًّا في عملية تبادل الغازات، وكذلك في امتصاص الماء وإخراجه. حيث تحتوي أسطحها على مسام، يُطلَق عليها العديسات، يُمكِن من خلالها إطلاق الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء إلى الغلاف الجوي. يمُكِن رؤية العديسات عادةً على هيئة فتحات دائرية أو بيضاوية أو طولية بارزة على السيقان والجذوع الخشبية.

النتح العديسي هو تبخُّر جزيئات الماء من العديسات الموجودة على ساق النبات. وتُفقد كمية ضئيلة فقط من الماء خلال هذا النوع من النتح.

ومن ثَمَّ، يطلق على المسام التي يحتوي عليها سيقان النبات الخشبي اسم العديسات.

بجانب النتح، يُمكِن التخلُّص أيضًا من الماء من أجسام النبات في الصورة السائلة، عن طريق عملية يُطلَق عليها الإدماع.

يطلق على الماء الذي يحمل معادن ذائبة ويتحرك صعودًا من الجذور عبر أوعية نسيج الخشب اسم عصارة نسيج الخشب. ينشأ عن امتصاص جزيئات الماء من التربة إلى الجذور ضغط يصعد عبر أوعية نسيج الخشب، يُطلَق عليه الضغط الجذري. تَنضَح عصارة نسيج الخشب الزائدة في صورة قطرات من الماء من خلال تراكيب يُطلَق عليها الثغور المائية، وهذه توجد على حواف الأوراق، كما هو موضَّح في الشكل التالي.

يُطلَق على هذه العملية اسم الإدماع، وتنتج بفعل الضغط الجذري الصاعد. وتكون قطرات الماء التي تَنضَح عن طريق الإدماع غنيةً بالمعادن الذائبة. ولا ينبغي الخلط بين قطرات الماء هذه وقطرات الندى، فقطرات الندي تتكون عن طريق تكثيف جزيئات الماء من الغلاف الجوي على أسطح النبات.

بينما يحدث النتح في ساعات النهار عمومًا، فمن المُرجَّح أن يحدث الإدماع أثناء الليل أو في الصباح الباكر، عنما تكون الثغور مُغلقَة ويكون النبات في حاجة إلى التخلُّص من كميات كبيرة من الماء.

ثمة نوع آخر من فضلات النبات وهي الفضلات النيتروجينية. تمامًا مثل الحيوانات، ينتج النبات فضلات نيتروجينية مثل اليوريا. وتنتج هذه الفضلات عن أيض البروتين؛ حيث تتكسَّر البروتينات إلى جزيئات أصغر من الببتيدات والأحماض أمينية. يمكن إخراج الفضلات النيتروجينية، لكن يمكن إعادة استخدامها ‌أيضًا لتخليق البروتين. ويُستخدَم النيتروجين، في صورة أمونيوم ونترات، في تخليق الأحماض الأمينية، وهي الوحدات الأساسية المكونة للبروتينات. ومن ثَمَّ، يُحوِّل النبات فضلاته النيتروجينية إلى أنواع قابلة لإعادة الاستخدام لتخليق البروتينات التي يحتاجها من أجل مزيد من النمو والتطور.

في بعض الأحيان، يستطيع النبات إنتاج فضلات في صورة أملاح معدنية أو أحماض، يُمكِن أن يكون لها تأثير سام على النبات حال تراكمها. وتتحول هذه المركبات إلى بلورات تُخزَّن في السيتوبلازم أو الفجوة العصارية لبعض الخلايا النباتية. وهذا يحول دون انتشار المركبات السامة المُحتملة إلى الأجزاء الأخرى من النبات والتسبب في آثار ضارة. تتراكم هذه البلورات غير القابلة للذوبان في الأوراق أو اللحاء أو الثمار، وتسقط في نهاية المطاف، تاركةً النبات خاليًا من المواد السامة. على سبيل المثال، فالنبات الذي ينمو في تربة تحتوي على فائض من الكالسيوم تتراكم في جذوره أو أوراقه أو درناته بلورات غير قابلة للذوبان من أكسالات الكالسيوم، يُطلَق عليها الرافيدات.

وقد يخزِّن بعض النبات فضلات معينة في الراتنجات أو الصمغ، التي تتراكم في أوعية نسيج الخشب القديمة. وقد ينتِج بعض النباتات كذلك هذه المواد استجابة للإصابات. ويمكن أن تحتوي إفرازات مثل المطاط والزيوت على الفضلات الأيضية، وتتراكم في اللحاء أو الأوراق أو السيقان. توضِّح الصورة التالية مثالًا على الراتنج المُفرَز من الجذع في أحد الأشجار.

يستطيع النبات أيضًا إفراز مركبات معينة مثل الأحماض العضوية والأحماض الأمينية والسكريات في التربة من خلال الجذور. تساعد بعض هذه الأحماض العضوية النبات على إذابة مُغذِّيات معينة في التربة؛ بحيث يُمكِن إعادة امتصاصها بواسطة الجذور.

لنلخص كل ما تعلمناه عن الإخراج في النبات.