فيديو الدرس: الإخراج في النبات الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف العمليات التي يخرج من خلالها النبات المواد، ونلخص كيف يمكن إعادة استخدام بعض الفضلات عن طريق النبات.

٢١:٥٦

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف يمكن للنبات إنتاج الفضلات الأيضية مثل ثاني أكسيد الكربون والماء والفضلات النيتروجينية. وسوف نستعرض بعد ذلك كيفية تكيف بعض النباتات لإخراج بعض هذه الفضلات من خلال آليات وتراكيب مختلفة.

تقوم جميع الكائنات الحية، ومنها النبات، بالعديد من العمليات الأيضية من أجل نموها وبقائها على قيد الحياة. يوضح هذا الشكل صورة مكبرة للغاية لخلية نباتية نموذجية. في البلاستيدات الخضراء الموجودة في العديد من الخلايا النباتية، يصنع الطعام في صورة جلوكوز من خلال عملية البناء الضوئي. ويحتوي العديد من الخلايا النباتية أيضًا على الميتوكوندريا. والميتوكوندريا هي موقع حدوث التنفس الخلوي؛ حيث يتكسر الجلوكوز الذي صنع في عملية البناء الضوئي لإطلاق الطاقة. ويحتاج النبات أيضًا إلى امتصاص الأيونات المعدنية من التربة عن طريق الجذور لتخليق البروتينات والصبغات والمركبات الضرورية الأخرى. وتشارك هذه المركبات في تفاعلات مختلفة، وهذه التفاعلات جميعها تكون عملية الأيض للنبات.

يصف الأيض جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية للحفاظ على الحياة، لذا يجب على النبات إجراء هذه التفاعلات الأيضية للبقاء على قيد الحياة. تولد جميع هذه التفاعلات الكيميائية نواتج لا يحتاج إليها النبات دائمًا، بل وربما تكون سامة. تسمى هذه النواتج الثانوية بالفضلات الأيضية، ويجب التخلص منها عادة عن طريق الإخراج إذا لم يتمكن الكائن الحي من إعادة استخدامها في عملية أيضية أخرى. الإخراج هو العملية التي يتخلص من خلالها جسم الكائن الحي من الفضلات الأيضية. وعلى العكس من الحيوانات، لا يمتلك النبات جهازًا مخصصًا للإخراج. بدلًا من ذلك، يستخدم النبات العديد من الآليات المختلفة التي من خلالها يعيد استخدام الفضلات التي يحتمل أن تكون خطرة أو يتخلص منها.

دعونا نتعرف على الأنواع المختلفة للفضلات الأيضية التي ينتجها النبات، ونتعرف أيضًا على كيفية التخلص من هذه الفضلات. النباتات هي كائنات ذاتية التغذية؛ ما يعني أنها تصنع طعامها بنفسها. وهي، في هذه الحالة، تصنع الجلوكوز من خلال عملية البناء الضوئي. لقد عرفنا أيضًا أن التنفس الخلوي يطلق الطاقة من المركبات التي تحتوي على الكربون مثل الجلوكوز. هيا نتناول ذلك بمزيد من التفصيل. يتضمن الشكل الأساسي للتنفس الخلوي تكسير الجلوكوز عن طريق تفاعله مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. وتطلق هذه العملية أيضًا طاقة يمكن أن تستخدمها الخلية. متفاعلات التنفس الخلوي موضحة باللون البرتقالي، في حين أن النواتج موضحة باللون الوردي.

من ناحية أخرى، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء خلال عملية البناء الضوئي في وجود الطاقة الضوئية لإنتاج الجلوكوز والأكسجين. وفي هذه الحالة، المتفاعلات هي الموضحة باللون الوردي والنواتج موضحة باللون البرتقالي. يرجع السبب في هذا إلى أن هذين التفاعلين متعاكسان تمامًا. ويحرر كلا التفاعلين فضلات غازية. وبينما يتحرر الأكسجين خلال عملية البناء الضوئي، يحرر التنفس الخلوي ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. في النبات، البناء الضوئي والتنفس الخلوي هما عمليتان متزامنتان.

في الوقت الذي تكون فيه نواتج البناء الضوئي متفاعلات التنفس الخلوي، فإن نواتج التنفس الخلوي تكون متفاعلات البناء الضوئي. وهذا يوضح كيفية إعادة استخدام بعض نواتج التفاعلات الأيضية في النبات. ومع ذلك، في بعض الحالات، يلزم إخراج هذه الفضلات الغازية. يتخلص النبات من الكميات الزائدة من هذه الفضلات الغازية من خلال إطلاقها إلى الغلاف الجوي في عملية تعرف باسم تبادل الغازات. وهي أيضًا الطريقة التي تمتص بها النباتات الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون. لكن الماء، مثله مثل الأيونات المعدنية، يلزم دخوله النبات من خلال جذوره. وتحتوي أسطح سيقان النبات وأوراقه على فتحات متخصصة يمكن للجزيئات الغازية، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، أن تنتشر من خلالها في الغلاف الجوي.

دعونا نلق نظرة على كل من هذه التراكيب لفهم كيفية حدوث إخراج الغازات في النبات. تحتوي الأوراق على فتحات تسمى الثغور أو ثغرًا في حالة المفرد. وهي مسام صغيرة للغاية توجد غالبًا بين خلايا البشرة على السطح السفلي من الأوراق. الثغور هي الموقع الذي يحدث فيه تبادل الغازات بين الأوراق والغلاف الجوي الخارجي. من خلال هذه المسام، يمكن أن تنتشر الفضلات الأيضية الغازية من الورقة إلى الغلاف الجوي، وهذه الفضلات مثل الأكسجين الذي ينتج في عملية البناء الضوئي ولا يستخدم في التنفس الخلوي. ويمكن أن تنتشر الغازات الأخرى أيضًا بين الورقة والبيئة الخارجية عبر الثغر، وسنعود إلى ذلك بعد قليل بمزيد من التفصيل.

يمكن أيضًا أن تؤدي سيقان بعض النباتات دورًا رئيسيًّا في عملية تبادل الغازات. على سبيل المثال، يحتوي الساق الذي يتكون منه الجذع الخشبي لهذه الشجرة على العديد من المسام الموجودة على سطحه، والتي تعرف باسم «العديسات». ويمكن من خلال هذه العديسات، تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء مع الغلاف الجوي. العديسات هي فتحات بيضاوية أو دائرية أو في الحالة لدينا طولية، وتكون بارزة على السيقان الخشبية ضمن الجذوع وحتى في بعض الجذور. بشكل أساسي، يطلق النبات الماء الزائد إلى الغلاف الجوي في صورة بخار ماء غازي من خلال عملية تسمى النتح. والنتح هو فقدان الماء عن طريق التبخر من خلال الأجزاء الهوائية أو العلوية للنبات إلى الغلاف الجوي. ولن يكون فقدان الماء في صورة بخار الماء خلال عملية النتح من العديسات فقط، لكن أيضًا من الثغور، والتي نعرف أنها مسام موجودة على السطح السفلي للعديد من الأوراق.

إذا ألقينا نظرة على مقطع عرضي لبعض الخلايا الرئيسية في إحدى أوراق الأشجار، يمكننا رؤية كيفية حدوث النتح بوضوح. ولا يزال بإمكاننا رؤية الثغر على السطح السفلي من الورقة. ولا يزال بإمكاننا أيضًا رؤية خلايا البشرة السفلية المحيطة به والموجودة على السطح السفلي من الورقة، وأيضًا خلايا البشرة العلوية الموجودة على السطح العلوي من الورقة. أحيانًا، تنتج خلايا البشرة طبقة الكيوتين الشمعية لتغلفها. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من النتح؛ وهي النتح الثغري والنتح العديسي والنتح الآدمي. دعونا أولًا نتناول النتح الثغري بمزيد من التفصيل.

نحن نعلم بالفعل أن هذا يتضمن تبخر جزيئات الماء من الثغور. لكن دعونا نلق نظرة على ذلك من خلال مقطع جانبي للورقة لكي نرى كيفية حدوث ذلك بوضوح. أثناء النهار، عندما تزداد شدة الضوء، يقوم العديد من الخلايا النباتية بعملية البناء الضوئي. وكما نعلم، ينتج الأكسجين في عملية البناء الضوئي. وتنتشر جزيئات الأكسجين التي لا يمكن استخدامها في عملية التنفس عبر الفراغات الهوائية الموجودة بين الخلايا والورقة ثم إلى خارج الثغور. وينتشر ثاني أكسيد الكربون، اللازم لعملية البناء الضوئي، من الغلاف الجوي عبر الثغور الموجودة بين الفراغات الهوائية، وصولًا إلى الخلايا التي تحتاج إليه من أجل عملية البناء الضوئي.

لكن في الوقت نفسه، يحدث النتح الثغري. ويتراكم الماء السائل الذي ينتج خلال عملية التنفس الخلوي داخل الخلايا في الفراغات بين الخلوية. عندئذ، يمكن أن تتبخر جزيئات الماء في صورة بخار ماء، ويخرج بخار الماء من الورقة عبر الثغور إلى الغلاف الجوي. بشكل عام، يفقد النبات خلال النتح الثغري نحو 90 في المائة من الماء المفقود من النبات خلال عملية النتح.

لكن ربما تتذكر أن الماء هو متفاعل رئيسي في عملية البناء الضوئي. ومن ثم، لكي يصنع النبات طعامه ويبقى على قيد الحياة، لا يمكنه تحمل فقدان كميات كبيرة من الماء. لذا، في الليل، عندما تكون شدة الضوء منخفضة للغاية بحيث لا يمكن حدوث عملية البناء الضوئي، تنغلق الثغور؛ لأنه لا يوجد سبب لامتصاص الورقة لثاني أكسيد الكربون إذا كان من غير الممكن حدوث عملية البناء الضوئي. وهذا يمنع الفقدان الزائد للماء من خلال النتح الثغري عندما تكون شدة الضوء منخفضة.

النتح العديسي هو فقدان الماء من خلال العديسات في صورة بخار ماء. وتفقد كمية ضئيلة فقط من الماء من خلال العديسات، وتقدر بنحو 0.1 في المائة من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح. أما النتح الآدمي فهو تبخر الماء من خلال الكيوتين. والكيوتين هو طبقة شمعية تجعل سطح النبات أقل عرضة، إلى حد ما، لفقدان الماء. لكن يظل ذلك ممكنًا، ويمكن أن يحدث النتح الآدمي حتى عندما تكون الثغور مغلقة. وبشكل عام، يفقد النبات خلال النتح الآدمي أقل من 10 في المائة من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح.

يعتمد معدل النتح الآدمي على سمك طبقة الكيوتين الشمعية. ويمكن للنباتات التي تنمو في ظروف قاسية من الحرارة والجفاف أن تنتج طبقات إضافية سميكة من الكيوتين للحد من الفقدان الزائد للماء خلال عملية النتح. ويمكن أن يحدث النتح العديسي والآدمي خلال النهار أو الليل، في حين لا يحدث النتح الثغري إلا خلال النهار.

دعونا نلخص المعلومات التي تعلمناها عن النتح الثغري والعديسي والآدمي في جدول. حسنًا، يحدث النتح الثغري من خلال مسام توجد على سطح الورقة تسمى الثغور، ويفقد النبات خلاله نحو 90 في المائة من الماء المفقود خلال عملية النتح. لكنه لا يمكن أن يحدث إلا أثناء النهار؛ حيث تفتح الثغور فقط عند وجود الضوء اللازم لحدوث عملية البناء الضوئي. ويحدث النتح العديسي من خلال العديسات، وهي فتحات بارزة ذات أشكال وأحجام مختلفة توجد على سيقان النباتات الخشبية وأحيانًا على جذورها. ويفقد النبات خلاله نحو 0.1 في المائة فقط من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح. لكن العديسات لا تنغلق، لذا يمكن أن يحدث النتح العديسي خلال النهار والليل.

يحدث النتح الآدمي من الكيوتين، وهي طبقات شمعية تغلف بشرة الأوراق. ويفقد النبات خلال النتح الآدمي أقل من 10 في المائة من إجمالي الماء المفقود خلال عملية النتح، ويمكن أن يحدث خلال النهار والليل.

بجانب النتح، يمكن التخلص أيضًا من الماء من أجسام بعض النباتات في صورة سائلة عن طريق عملية يطلق عليها «الإدماع». بداية، يمتص الماء في النبات من التربة إلى الشعيرات الجذرية. وتمتص أيضًا الأيونات المعدنية، الموضحة هنا باللون الأخضر، من التربة بطريقة مماثلة. وبعد ذلك، ينقل الماء مع الأيونات المعدنية الذائبة لأعلى عبر النبات إلى أعضائه الهوائية، مثل الأوراق، من خلال تراكيب طويلة تشبه الأنبوب تسمى أوعية نسيج الخشب. وفي أوعية نسيج الخشب، يعرف الماء والمعادن الذائبة باسم عصارة نسيج الخشب. وينشأ عن امتصاص جزيئات الماء من التربة إلى خلايا الجذور ضغط يصعد عبر أوعية نسيج الخشب. وهذا يعرف باسم «الضغط الجذري».

تنضح عصارة نسيج الخشب الزائدة في صورة قطرات من الماء من خلال تراكيب يطلق عليها الثغور المائية، والتي توجد على حواف الأوراق. يطلق على هذه العملية اسم الإدماع، أو نضح القطرات أحيانًا، حيث تنضح عصارة نسيج الخشب الغنية بالمعادن الذائبة من خلال الثغور المائية. ويكون هذا نتيجة للضغط الجذري الذي يؤثر فيه الماء أثناء انتقاله إلى داخل الشعيرات الجذرية. لكن علينا ألا نخلط بين قطرات الماء الناتجة عن الإدماع وقطرات الندى التي توجد عادة على العشب في الصباح الباكر. وذلك لأن قطرات الندى تتكون عن طريق تكثيف الماء الموجود في الغلاف الجوي على سطح النباتات. وبينما يحدث النتح تحديدًا في النهار، فمن المرجح أن يحدث الإدماع أثناء الليل أو في الصباح الباكر عندما تكون الثغور مغلقة، ويكون النبات في حاجة إلى التخلص من الكميات الزائدة من الماء والكميات الكبيرة من الأيونات المعدنية.

ثم نوع آخر من فضلات النبات وهي الفضلات النيتروجينية. تمامًا مثل بعض الحيوانات، تنتج النباتات فضلات نيتروجينية مثل اليوريا والنيترات والأمونيوم. وهي تتكون نتيجة لعملية أيض البروتين حيث تتكسر فيها البروتينات إلى جزيئات أصغر وهي الببتيدات، والتي يمكن تكسيرها لاحقًا إلى أحماض أمينية أصغر. يمكن بعد ذلك تحويل الأحماض الأمينية إلى مواد أخرى أو استخدامها في التفاعلات الأيضية المختلفة. تنتج هذه التفاعلات الأيضية فضلات أيضية يلزم إخراجها. وبدلًا من ذلك، يمكن إعادة استخدام هذه الأحماض الأمينية في تخليق البروتين لإنتاج بروتينات جديدة من أجل نمو الأنسجة وإصلاحها.

يمكن أيضًا استخدام النيتروجين في صورة أمونيوم ونيترات لتخليق الأحماض الأمينية مرة أخرى. وبما أن الأحماض الأمينية هي الوحدات الأساسية المكونة للبروتينات، يمكن نظريًّا إعادة استخدام هذه الفضلات خلال تخليق البروتين لتكوين البروتينات اللازمة للنمو والتطور.

دعونا الآن نلق نظرة على نوع آخر من فضلات النبات. في بعض الأحيان، تكون فضلات النبات في صورة أملاح معدنية أو أحماض. ويمكن أن يكون لهذه المركبات تأثير سام في النبات حال تراكمها. وبدلًا من ذلك، يمكن تحويل هذه المركبات إلى بلورات. عند وجود هذه الصورة البلورية، والممثلة في هذا الشكل على صورة نقاط وردية اللون، يمكن تخزين البلورات في الفجوة العصارية أو السيتوبلازم لبعض الخلايا. وهذا يمكن أن يمنع انتشار المركبات التي من المحتمل أن تكون سامة إلى أجزاء النبات المختلفة، ويمنع كذلك التسبب في آثار ضارة. وقد تتراكم هذه البلورات في تراكيب يمكن التخلص منها تمامًا مثل الأوراق واللحاء والثمار. وفي النهاية، تسقط هذه التراكيب تاركة النبات خاليًا من المواد السامة، ومن ثم يمكنه إعادة إنماء هذه التراكيب الجديدة من البداية.

على سبيل المثال، نبات مثل نبات البطاطس هذا الذي ينمو في تربة تحتوي على فائض من الكالسيوم تتراكم في أوراقه وجذوره ودرناته بلورات غير قابلة للذوبان من أكسالات الكالسيوم. ويطلق عليها أحيانًا الرافيدات. يمكن أن تكون الأحماض العضوية أحيانًا مفيدة للنبات؛ فهي تساعد على زيادة ذوبان المغذيات الموجودة في التربة بحيث يمكن للجذور إعادة امتصاصها.

الطريقة الأخيرة لعملية الإخراج في النبات التي سنتناولها في هذا الفيديو هي كيفية تراكم بعض المواد التي يمكن التخلص منها بعد ذلك عن طريق الإفرازات. على سبيل المثال، قد يخزن بعض النباتات فضلات معينة في الراتينجات والصمغ، والتي تتراكم في أوعية نسيج الخشب القديمة. ويمكن بعد ذلك إخراج هذه المواد من النبات كرد فعل للتلف على سبيل المثال. في الواقع، قد تنتج بعض النباتات هذه المواد كرد فعل للإصابة لسد موقع التلف من أجل منع دخول مسببات الأمراض. ويمكن لإفرازات مثل المطاط والزيوت أن تحتوي أيضًا على الفضلات الأيضية التي تتراكم في اللحاء والسيقان والأوراق. حسنًا، دعونا الآن نر مقدار المعلومات التي يمكننا تذكرها عن الإخراج في النبات بتطبيق معرفتنا على سؤال تدريبي.

يمكن فقدان الماء أيضًا من النباتات الخشبية من خلال مسام صغيرة في الساق. ماذا يطلق على هذه المسام؟ (أ) الغدد أم (ب) الثغور المائية أم (ج) العديسات أم (د) الثغور؟

حسنًا، يؤدي ساق النبات دورًا مهمًّا في عملية تبادل الغازات، وكذلك في امتصاص الماء وانتشاره. تحتوي أسطح سيقان بعض النباتات الخشبية، مثل تلك المذكورة في السؤال، على فتحات بارزة تسمى العديسات. والعديسات هي موقع تبادل الغازات بين الساق والغلاف الجوي المحيط بالساق. بتعبير أدق، إنها تمثل موقع النتح العديسي. وهذا يصف كيفية انتقال بخار الماء، الموضح في الشكل في صورة نقاط زرقاء، من الساق عبر العديسات إلى البيئة الخارجية. وعلى الرغم من فقدان كمية صغيرة فقط من الماء من النبات خلال النتح العديسي، فإنه يصف إحدى الطرق التي يمكن أن يفقد بها ساق النبات الخشبي الماء.

يمكن أيضًا فقدان الماء من النباتات خلال النتح الثغري. لكن بما أن الثغور لا توجد إلا على الأوراق، والسؤال لدينا يسأل عن المسام الموجودة في الساق التي يمكن فقدان الماء من خلالها، فإن الثغور لا يمكن أن تكون الإجابة الصحيحة. يمكن أيضًا أن يتم فقدان الماء من النباتات من خلال عملية يطلق عليها الإدماع عبر تراكيب تسمى الثغور المائية. لكن بما أن الثغور المائية مثل الثغور، أي توجد في أوراق النبات وليس في الساق، فلا يمكن أن تكون هذه هي الإجابة الصحيحة.

الغدد هي تراكيب توجد عادة في أجسام الحيوانات، وهي تنتج الهرمونات. وعلى الرغم من أن النباتات تنتج هرمونات، لكنها لا تحتوي على غدد. كما أن الغدد غير مرتبطة بفقدان الماء؛ لذا فهذه ليست الإجابة الصحيحة. وبذلك، نكون قد توصلنا إلى أن المسام الموجودة في ساق النبات الخشبي، والتي يمكن فقدان الماء من خلالها تسمى العديسات.

دعونا الآن نراجع بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو عن الإخراج في النبات. ينتج النبات فضلات أيضية، يجب إخراجها أو إعادة استخدامها. تستخدم النواتج المتولدة في عملية البناء الضوئي كمتفاعلات في عملية التنفس، ويمكن استخدام نواتج التنفس بصفتها متفاعلات في عملية البناء الضوئي إذا لم تطلق في الغلاف الجوي. يمكن التخلص من الماء من خلال التبخر عن طريق النتح الثغري والعديسي والآدمي. يمكن التخلص من الماء في صورة عصارة نسيج الخشب عن طريق الإدماع عبر الثغور المائية. يمكن إعادة استخدام الفضلات النيتروجينية عادة في تخليق البروتين.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.