شارح الدرس: الدعامة في النباتات الأحياء • الصف الثالث الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف أمثلة الدعامة الفسيولوجية والتركيبية في النباتات.

هل سبق أن لاحَظتَ يومًا أنه إذا تدحرجت حبة بازلاء تحت الثلاجة ثم وجدتها بعد عدَّة أشهر، ستكون قد أصبحت مُجعَّدَة وجافة؟ وإذا حاولتَ وضْع نفس حبة البازلاء هذه في إناء من الماء، فسوف تنتفخ وتعود إلى حجمها الطبيعي تقريبًا مرَّة أخرى، ومع هذا، فتناوُلها لن يكون فكرة جيدة في هذه الحالة. ويَرجِع انكماش حبة البازلاء وانتفاخها إلى فقدان الماء أو اكتسابه. وهذا مثال على طريقة الدعامة النموذجية في خلايا النبات.

للبشر، وكذلك للعديد من الحيوانات، هيكل عظمي لدعمهم، لكن النباتات ليست لها هذه الخاصية. لذلك تحتاج النباتات إلى آليات دعم أخرى للحفاظ على خلاياها وشكلها وحمايتها بصفةٍ عامَّةٍ.

هناك طريقتان تَستخدِمهما النباتات للحفاظ على شكلها وتركيبها وهما: الدعامة الفسيولوجية والدعامة التركيبية. الدعامة الفسيولوجية مؤقَّتة وتَعتمد على محتوى الماء في الخلية للحفاظ على شكلها. أمَّا الدعامة التركيبية فهي أكثر استدامة، وتَعتمد على تَرَسُّب المواد الصُّلبة في أجزاء معيَّنة من النبات.

يُظهِر انكماش حبة البازلاء وانتفاخها مثالًا لآلية الدعامة الفسيولوجية، وسنتناول أولًا طريقة الدعامة هذه.

يُمكنك رؤية الجدار الخلوي، والفجوة العصارية، والغشاء الخلوي لخلية نبات نموذجية في الشكل (1). الجدران الخلوية للنباتات عبارة عن طبقات تركيبية صُلبة تُحيط بالغشاء الخلوي للنباتات. وعادةً ما تكون الفجوة العصارية في خلية النبات عبارة عن تركيب كبير مملوء بسائل يُطلَق عليه «العصارة الخلوية»، التي تتكوَّن من الماء والمواد المُذابة، مثل السُّكَّريات أو الإنزيمات. ويُمكن تخزين الكثير من الماء في الفجوة العصارية، وكلما زاد حجم الماء المُخزَّن في الفجوة العصارية، تَنتفخ الخلية. دعونا نلقِ نظرةً على كيفية حدوث ذلك وسبب أهمِّيته.

تتجعَّد خلايا النبات، مثل تلك الموجودة في البازلاء، وتنكمش عندما يقلُّ الماء المتوافر في المنطقة المُحيطة بها. وهذا يؤدِّي إلى ذبول النبات. ومع زيادة توافر الماء الموجود خارج الخلايا، سينتقل الماء إلى داخل النبات عبر الغشاء الخلوي من خلال الخاصية الأسموزية. والخاصية الأسموزية هي حركة جزيئات الماء من منطقة ذات تركيز منخفض للمواد المُذابة إلى منطقة ذات تركيز مرتفع للمواد المُذابة.

عندما يكون تركيز الماء منخفضًا داخل الخلايا في هذه الحالة، يكون تركيز المواد المُذابة مرتفعًا؛ لذلك يَنتقل الماء من المنطقة المُحيطة بالخلية النباتية إلى داخل فجوتها العصارية. ونظرًا لأن الفجوة العصارية تحتوي الآن على كمية أكبر من الماء، فإن حجمها يزداد؛ ومن ثَمَّ تُسبِّب ضغطًا أكبر على سيتوبلازم الخلية، وهو ما يَدفع الغشاء الخلوي نحو الجدار الخلوي. وهذا يَجعل الجدار يبدو مُنتفخًا، ويصبح انتفاخ الخلية، في هذه المرحلة كبيرًا. ويُمكنك ملاحَظة تأثير توافر الماء بكثرة خارج الخلايا على الخلية المُنتفخة في الشكل (2).

هذه العملية مؤقَّتة. وإذا أُصيب النبات بالجفاف بسبب عدم حصوله على كمية كافية من الماء، فستَفقد الخلايا الماء. ويؤدِّي فقدان الماء من الفجوة العصارية إلى ابتعاد الغشاء الخلوي عن الجدار الخلوي؛ حيث يتعرَّض لضغط أقلَّ. وهذا الأمر يقلِّل من انتفاخ الخلية، وهو ما يَجعل الخلية تنكمش وتتجعَّد في النهاية، كما هو مُوضَّح في الشكل (2). وعندما ينكمش العديد من خلايا النبات بهذه الطريقة، فإن هذا يتسبَّب في ذُبول النبات بالكامل، وخاصَّةً أوراقه، كما هو موضَّح في الصورة الآتية.

مثال ١: وصْف التأثيرات التي تَظهَر على النبات عند عدم الحفاظ على انتفاخ خلاياه

ما الذي يَظهَر بوضوح على النبات عند عدم الحفاظ على انتفاخ خلاياه؟

1. تنمو الساق بمُعدَّل أسرع.
2. تزيد مساحة سطح الأوراق.
3. تذبل الأوراق والنبات.
4. يُصبِح لون الأوراق أصفر.
5. تَتساقط الأزهار.

الحل

عندما يكون تركيز الماء في المنطقة المُحيطة بخلايا النبات أعلى من تركيز الماء بداخلها، يَنتقل الماء إلى الخلايا عن طريق الخاصية الأسموزية. والخاصية الأسموزية هي حركة جزيئات الماء من منطقة بها تركيز منخفض للمواد المُذابة إلى منطقة بها تركيز مرتفع للمادة المُذابة.

نظرًا لأن تركيز الماء منخفض داخل الخلايا، يكون تركيز المواد المُذابة مرتفعًا؛ لذلك ينتقل الماء إلى داخل الفجوة العصارية لخلية النبات. ويزداد حجم الفجوة العصارية؛ ومن ثَمَّ تُسبِّب ضغطًا أكبر على سيتوبلازم الخلية، وهو ما يَدفع الغشاء الخلوي نحو الجدار الخلوي. وهذا يجعل الجدار الخلوي يبدو منتفخًا، وفي هذه الحالة، يكون انتفاخ الخلية كبيرًا. ويُمكنك ملاحَظة ذلك على يمين الشكل الآتي.

هذه العملية مؤقَّتة. وإذا لم يحصل النبات على كمية كافية من الماء، فستَفقد الخلايا الماء. ويؤدِّي فقدان الماء من الفجوة العصارية إلى ابتعاد الغشاء الخلوي عن الجدار الخلوي حيث يتعرَّض لضغط أقلَّ. وهذا الأمر يقلِّل من الانتفاخ، وهو ما يجعل الخلية تتجعَّد في النهاية، كما نرى على يسار الشكل السابق. وعندما يَحدث هذا للعديد من خلايا النبات، فإن هذا يتسبَّب في ذبول النبات بالكامل، وخاصَّةً أوراقه.

ومن ثَمَّ، إذا لم يَحتفظ النبات بانتفاخ خلاياه، فستذبُل الأوراق والنبات.

لنلقِ نظرةً على الصُّوَر المختلفة للدعامة التركيبية في خلايا النبات.

تتضمَّن الدعامة التركيبية تَرَسُّب مُركَّبات صُلبة مُعيَّنة بشكل دائم في الجدار الخلوي لخلية النبات. وتترسَّب مُركَّبات متنوِّعة في جدران الخلايا المختلفة حسب وظيفتها. يعمل معظم هذه المُركَّبات على توفير حاجز مقاوِم للماء أو غير مُنفِذ. كما يُمكن أن تُساعِد المُركَّبات أيضًا في الحفاظ على شكل خلايا النبات؛ ومن ثَمَّ تُحافظ على النبات نفسه، وتُساعِد على استقامة النبات وقوَّته.

تتكوَّن الجدران الخلوية للنبات بشكل أساسي من مادة كربوهيدراتية يُطلَق عليها «السليولوز». والسليولوز عبارة عن بوليمر غير قابل للذوبان يتكوَّن من آلاف جزيئات الجلوكوز المُرتبطة معًا في سلسلة.

يُمكنك ملاحَظة كيف يُشكِّل السليولوز تلك الجدران الخلوية في الشكل (4)؛ حيث كُبِّرت صورة إحدى الأوراق تدريجيًّا لتَكشف عن تركيب خلاياها، وجدرانها الخلوية، والسليولوز نفسه. إن السليولوز قوي للغاية، وتُكوِّن الشبكة التي يُشكِّلها في الجدار الخلوي حاجزًا ماديًّا لدعم الخلية.

يُمكنك ملاحَظة موقع البشرة في الشكل (5). كما يُساعِد السليولوز أيضًا في الحفاظ على انتفاخ الخلايا من خلال الاستجابة الفسيولوجية التي رأيناها الآن. وتنفجر الخلايا التي ليس لها جدار خلوي، مثل الخلايا الحيوانية، عند امتصاصها كمية كبيرة من الماء. وإذا حدثت الحالة نفسها في الخلايا النباتية، فستصبح أقوى نسبيًّا؛ لأن الجدار الخلوي الصُّلب يَمنع الانفجار. خاصَّةً في الحالات التي يُوجَد فيها السليولوز في الأنسجة الخارجية للنبات، كما هو الحال في البشرة، حيث تشكِّل جدران السليولوز الخلوية حاجزًا لمنْع الكائنات الحية الدقيقة المُسبِّبِة للأمراض من الدخول إلى الأنسجة الداخلية.

تحتوي خلايا البشرة في الورقة، التي يُمكنك ملاحَظتها في الشكل (5)، على مادة يُطلَق عليها «الكيوتين»، التي تكون مُترسِّبة في جدرانها. والكيوتين غير مُنفِذ للماء؛ لذلك فهو يَمنع الفقد الزائد للماء؛ ومن ثَمَّ يُحافِظ على شكل النبات. كما أنه يَزيد من فعالية هذا الحاجز المادي عن طريق زيادة سُمك الجدران الخلوية.

يحتوي بعض النباتات على طبقة فلين تُحيط بأعضائها، مثل الساق. وعادةً ما يتشكَّل الفلين بعد تعرُّض النبات لعدوى أو بعد تساقُط الأوراق، وبمجرد تكوُّنه، يصبح سِمةً دائمة. والفلين غير مُنفِذ ، ويتكوَّن من تَرَسُّب السيوبرين في الجدران الخلوية. وبما أنه مقاوِم للماء وغير مُنفِذ، فإن الفلين يُوفِّر طبقة أخرى من الحماية والدعم ضدَّ فقدان الماء ودخول الكائنات الحية الدقيقة المسبِّبة للأمراض.

اللجنين عبارة عن مُركَّب يترسَّب في جدران خلوية معيَّنة من النبات، كما هو الحال في نسيج الخشب. ونسيج الخشب جزءٌ من جهاز النقْل الوعائي للنبات، وهو المسئول عن نقْل الماء والمعادن من الجذور إلى باقي أجزاء النبات. ويُمكنك ملاحَظة التركيب الأساسي لوعاء نسيج الخشب في الشكل (6).

عندما يترسَّب اللجنين في الجدران الخلوية، فإنه يَجعلها مقاوِمة للماء. وهذا مُفيد للغاية في نسيج الخشب؛ لأنه يُقلِّل من فُرَص تسرُّب الماء من أوعية نسيج الخشب، وهو ما يَزيد من كفاءة نقْل الماء. كما أنه يُوفِّر دعامة تركيبية إضافية لنسيج الخشب؛ حيث يَجعل أوعيته أكثر صلابة، وهو ما يُساعِدها على البقاء في وضْع مستقيم لتكوين عمود متَّصِل من الماء.

يُمكن أيضًا أن يتضمَّن بعض الأجزاء الأخرى من الجدران الخلوية للأنسجة النباتية المختلفة اللجنين والسليولوز.

هناك ثلاثة أنواع من الأنسجة البسيطة في النبات، وهي: النسيج البرنشيمي، والنسيج الكولنشيمي، والنسيج الإسكلرنشيمي. وتحتوي خلايا النسيج البرنشيمي على جدران خلوية رقيقة من السليولوز، وعادةً ما تحتوي على العديد من البلاستيدات الخضراء من أجل البناء الضوئي.

تُقوَّى الجدران الخلوية للنسيج الإسكلرنشيمي عن طريق اللجنين والمزيد من السليولوز الإضافي. وتُوجَد خلايا النسيج الإسكلرنشيمي بشكلٍ عامٍّ في الأجزاء غير النامية من النبات لإضافة دعامة تركيبية لها. على سبيل المثال، يُمكِن العثور على خلايا النسيج الإسكلرنشيمي التي تدعم الحزم الوعائية في الساق، وتكون أنسجة النبات مسئولةً عن النقْل. وسيقان الهليون غنية بالنسيج الإسكلرنشيمي، وهو ما يَمنحها صوت «طقطقة» مميَّزًا عند كسرها.

تُقوَّى جدران خلايا النسيج الكولنشيمي بالمزيد من السليولوز الإضافي ومواد أخرى لتوفير المزيد من الدعم، وعادةً ما يَحدُث ذلك في السيقان الصغيرة لكونها أكثر مرونة من النسيج الإسكلرنشيمي. وتُعَدُّ الأشرطة المَرِنة والمطَّاطة التي تُوجَد في سيقان الكرفس مثالًا على ذلك. وعلى الرغم من أن غالبية الساق عبارة عن نسيج إسكلرنشيمي، وهو ما يَجعلها صُلبة ومقرمشة، فإن النسيج الكولنشيمي يُشكِّل التركيب الأساسي للأوردة المَرِنة التي تمتدُّ على طول الساق.

تعتمد النباتات على طُرق الدعم هذه من أجل بقائها على قيد الحياة. الحفاظ على الماء مُفيد للنباتات؛ حيث تتمثَّل إحدى وظائفه، في كونه مُتفاعِلًا في عملية البناء الضوئي؛ ومن ثَمَّ فهو مادة حيوية بالنسبة إلى النباتات كي تتمكَّن من تخليق غذائها. وسيُستخدَم هذا الطعام لإطلاق الطاقة من خلال التنفس الخلوي.

إن بقاء النبات مستقيمًا يُعَدُّ الوضْع المثالي له؛ إذ يُمكِّنه من الحصول على المزيد من ضوء الشمس. وهذا بدَوْره يُمكِّن النباتات من إجراء المزيد من عمليات البناء الضوئي، وهي العملية البيولوجية التي تَصنع النباتات غذاءها من خلالها. تتنافس النباتات للحصول على الضوء حتى تكون قادرةً على إنتاج غذائها. وكون أحد النباتات طويلًا وقويًّا يُمكن أن يَمنحه ميزة تنافُسية على مُنافِسيه من النباتات عند الحصول على الضوء، وهو ما يُساعِده على التغلُّب على الكائنات الحية الأخرى من أجل البقاء على قيد الحياة.

بالإضافة إلى ذلك، تَسمح السيقان القوية للنباتات بتحمُّل الضغوط البيئية مثل الرياح القوية، كما تدعم الفروع، أو الفواكه، أو الزهور الثقيلة الموجودة في الأجزاء العُلوية من النبات. وإبقاء الفاكهة والزهور بعيدًا عن الأرض مُفيد؛ لأنه يَحميها من بعض الحشرات الآكِلات العُشب، كما يَحميها من التعفُّن، والتسوُّس، والتلف.

إن الجدران الخلوية السميكة التي لا يُمكن اختراقها تُفيد في الحدِّ من دخول الكائنات الحية الدقيقة المُسبِّبة للأمراض وحركتها في الأنسجة الداخلية للنبات.

لنُلخِّص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.