فيديو الدرس: التكاثر في النباتات الزهرية الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد تراكيب الزهرة ونربطها بوظيفة الزهور في التكاثر. سنصف أيضًا كيفية تكون الجاميتات (الأمشاج) في النباتات الزهرية، التي تعرف أيضًا باسم النباتات مغطاة البذور. وأخيرًا، سوف نتناول كيف يمكن أن يؤدي التلقيح والإخصاب وتكون الثمار والبذور إلى إنتاج وانتشار كائنات حية جديدة.

النباتات الزهرية تسمى أيضًا النباتات مغطاة البذور. وهي تمثل 80 بالمائة من النباتات الخضراء على الأرض. تتميز النباتات مغطاة البذور بأن زهورها تنتج بذورًا داخل الثمرة. هذه البذور هي وحدات التكاثر وتكون قادرة على أن تتطور وتصبح كائنًا حيًّا جديدًا. وكما سنتعلم في هذا الفيديو، تعتبر الثمار تكيفًا رائعًا للنباتات الزهرية لنشر معلوماتها الوراثية الموجودة في البذور على الأرض عن طريق الهواء أو الماء أو الحيوانات إلى أماكن أخرى. ولكي نفهم المزيد عن كيفية تكاثرها، لنلق نظرة أولًا على التركيب الأساسي لزهرة نموذجية للنباتات مغطاة البذور، ويمكننا أن نرى إحدى هذه الزهور في صورة مقطع عرضي في هذا الشكل. يمكن أن تكون النباتات مغطاة البذور ذكرًا أو أنثى أو في الأغلب كليهما معًا. وهذا لأن هذه النباتات يمكن أن تحتوي على الأعضاء التناسلية الذكرية والأنثوية معًا داخل زهورها.

أعضاء التكاثر مسئولة بشكل أساسي عن إنتاج الجاميتات التي تعرف أيضًا بالخلايا التناسلية أو الجنسية. تنتج الأعضاء التناسلية الذكرية الجاميت الذكري، وهو حبوب اللقاح. تسمى هذه الأعضاء التناسلية الذكرية بالأسدية. وتتكون كل سداة من جزأين، هما المتك الذي ينتج حبوب اللقاح والخيط الذي يدعم المتك. تحتوي هذه الزهرة على ست أسدية، لكن هذا العدد سيختلف باختلاف أنواع النباتات مغطاة البذور. تسمى جميع الأعضاء التناسلية الذكرية في الزهرة باسم الطلع «‪androecium‬‏». ويمكن تذكر ذلك بأن البادئة «‪andro‬‏» تعني الرجل. الأعضاء التناسلية الأنثوية للزهرة مسئولة عن استقبال الجاميتات الذكرية وعن إنتاج الجاميتات الأنثوية، أي خلية البيضة. الميسم هو عضو غالبًا ما يكون لزجًا، تلتصق به حبوب اللقاح التي تمثل الجاميتات الذكرية، في عملية تسمى التلقيح.

القلم يربط الميسم بالمبيض. يحتوي المبيض عادة على عدة بويضات تحتوي على خلية البيضة. ثمة سمة مميزة للنباتات مغطاة البذور وهي أنها نباتات زهرية توجد بويضاتها داخل مبيض. بعد الإخصاب، تتحول البويضة إلى بذرة، في حين قد يتحول المبيض إلى ثمرة تحيط بها طبقًا لنوع النبات الزهري. تسمى كل الأعضاء التناسلية الأنثوية في الزهرة بالكربلة أو في بعض الأحيان المتاع «‪gynoecium‬‏». ويمكن تذكر ذلك بأن البادئة «‪gyno‬‏» تعني المرأة أو الأنثى.

ترتب الزهور في محيطات زهرية. المحيطات الزهرية عبارة عن ترتيبات دائرية للمجموعات المختلفة من أعضاء الزهرة التي تحيط بالساق. وتتكون الزهور مغطاة البذور من أربعة أنواع من المحيطات الزهرية، وقد تناولنا بالفعل نوعين منها. المتاع هو محيط زهري يقع عادة في مركز الزهرة تمامًا، ويحيط به محيط زهري آخر هو الطلع. عند التحرك لما يلي الطلع من الخارج نجد محيطًا زهريًّا مكونًا من البتلات، يعرف باسم التويج. البتلات هي أوراق متحورة عادة ما تكون ذات ألوان زاهية وقد تكون ذات رائحة في بعض الأحيان. يساعد ذلك في جذب الملقحات التي تعمل على نشر حبوب اللقاح إلى الميسم الأنثوي، ويفضل أن يكون ذلك في نبات آخر.

الكأس هي المحيط الزهري الخارجي، وتتكون من السبلات. السبلات عبارة عن أوراق خضراء متحورة تحمي الزهرة الناشئة وهي لا تزال برعمًا. يمكن لهذا البرعم أن يحمي الزهرة النامية من مجموعة من الضغوط البيئية وعند إزهار الزهرة. تخرج البتلات والتراكيب التناسلية الأخرى من كأس السبلات.

لنلق نظرة على كيفية تكوين الأعضاء التناسلية الذكرية والأنثوية في الزهرة للجاميتات الخاصة بها. تتكون الجاميتات من خلال نوع من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي. الانقسام الميوزي هو عملية تقسم عدد الكروموسومات في الخلية ثنائية الصيغة الصبغية العادية إلى النصف لإنتاج جاميتات أحادية الصيغة الصبغية. عادة ما تمثل الخلايا أحادية الصيغة الصبغية بالرمز ن.

من الضروري أن تحتوي الجاميتات على نصف المادة الوراثية لخلايا الجسم الأخرى، لأنه عندما يندمج جاميت ذكري أحادي الصيغة الصبغية مع جاميت أنثوي أحادي الصيغة الصبغية في عملية الإخصاب، ينتج عن ذلك زيجوت ثنائي الصيغة الصبغية يحتوي على مجموعة كاملة من الكروموسومات تمثل على صورة 2ن. تحدث هذه العملية بشكل مختلف قليلًا في الأعضاء التناسلية الذكرية والأنثوية للنباتات مغطاة البذور. لنبدأ إذن بالنظر عن كثب إلى إنتاج الجاميتات الأنثوية. تذكر أن الجاميت الأنثوي في النباتات مغطاة البذور هو خلية البيضة التي تنتج في البويضة داخل مبيض النبات. لنلق نظرة فاحصة على البويضة لنرى كيف تحدث هذه العملية.

يبدأ إنتاج خلية البيضة بنمو الخلايا الجرثومية الأمية داخل البويضة. تعد الخلايا الجرثومية الأمية خلايا ثنائية الصيغة الصبغية لأنها تحتوي على مجموعة كاملة من الكروموسومات. ويربط تركيب يسمى العنق، أو أحيانًا الحبل السري، البويضة بجدار المبيض. تحيط بالبويضة طبقة خارجية من الأغلفة، وهي في هذه الحالة غلافان، لكن هذا العدد يختلف من نوع لآخر. توجد فجوة صغيرة في الأغلفة تسمى النقير، وهي قد تسمح في النهاية للنواة الذكرية بالوصول إلى خلية البيضة وإخصابها بمجرد تكوينها. لكن دعونا نعد إلى عملية التكوين هذه. تنقسم الخلية الجرثومية الأمية عن طريق الانقسام الميوزي. ويكون هذا أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية يطلق عليها الجراثيم الكبيرة. تتحلل ثلاثة من هذه الجراثيم الكبيرة، في حين تنمو الرابعة، التي يطلق عليها أحيانًا الجرثومة الكبيرة الوظيفية، وتتحول إلى كيس الجنين.

يسمى كيس الجنين، الذي يطلق عليه أحيانًا «المشيج النباتي الكبير»، بهذا الاسم لأن دوره هو استضافة جنين النبات بعد حدوث الإخصاب. تنقسم بعد ذلك الجرثومة الكبيرة أحادية الصيغة الصبغية داخل كيس الجنين ميتوزيًا ثلاث مرات. وهذا يعني أنه سيتم في النهاية إنتاج ثماني أنوية. تنتقل نواتان من هذه الأنوية أحادية الصيغة الصبغية إلى مركز كيس الجنين. ويطلق عليهما النواتان القطبيتان. تنتقل الأنوية الست الأخرى إلى القطبين أو الطرفين المقابلين للبويضة. تحاط الأنوية عند قطبي البويضة بالسيتوبلازم وغشاء رقيق، مكونة بذلك ست خلايا مختلفة. تسمى الخلايا الثلاث الأبعد عن النقير بالخلايا السمتية، في حين يختلف نمو وتطور الخلايا الثلاث الموجودة في القطب المقابل للبويضة والأقرب إلى النقير. ستنمو الخلية الموجودة في المركز والأقرب إلى النقير وتصبح خلية البيضة، التي ستكون جاهزة للإخصاب عند نموها نموًّا كافيًا. وتتحول الخليتان الموجودتان على جانبي خلية البيضة إلى خليتين يطلق عليهما الخليتان المساعدتان.

لنر بعد ذلك كيفية إنتاج الجاميت الذكري، أي حبة اللقاح. تنتج حبوب اللقاح في متوك الزهرة، حيث يحدث الانقسام الميوزي بطريقة مشابهة لنمو خلية البويضة. يحتوي كل متك عادة على أربعة أكياس من حبوب اللقاح. وقبل أن تتكون حبوب اللقاح أثناء نمو الزهرة، تمتلئ هذه الأكياس بالخلايا الجرثومية الأمية الكبيرة، ويمكننا رؤية أحد هذه الخلايا هنا. في المتك، ستنقسم كل خلية جرثومية أمية ثنائية الصيغة الصبغية ميوزيًّا. وهذا يكون أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية تسمى الجراثيم الصغيرة. ثم تنقسم كل جرثومة صغيرة ميتوزيًا. لكن هذا الانقسام غير متساو وينتج خليتين مختلفتين تمامًا من حيث الحجم.

تسمى إحدى هاتين الخليتين الخلية المولدة وتحتوي على النواة المولدة. وتسمى الخلية الأخرى الخلية الأنبوبية وتحتوي على نواة أنبوبية. في النهاية، بعد حدوث التلقيح، ستنقسم النواة المولدة انقسامًا ميتوزيًا. وينتج عن ذلك نواتان ذكريتان قد يمكنهما إخصاب خلية البيضة. من أجل السماح للنواتين الذكريتين بالوصول إلى خلية البيضة، تتحكم النواة الأنبوبية في نمو أنبوب اللقاح. ولن يحدث هذا إلا بعد نجاح عملية التلقيح. وهذا الأمر مفيد في عملية الإخصاب، كما سنرى بعد قليل.

بمجرد تكوين الخلية الأنبوبية والخلية المولدة، يمكن الإشارة إلى الجراثيم الصغيرة باسم حبوب اللقاح، ويزداد سمك جدرانها. هذا يحمي الخلايا التناسلية من الضغوط البيئية مثل الجفاف. وعند نضوج المتك، تتحلل الجدران الموجودة بين أكياس حبوب اللقاح ما يؤدي إلى فتح الأكياس وانتشار حبوب اللقاح. كما نعلم الآن، لكي تنجح عملية الإخصاب في النباتات مغطاة البذور، يجب أن يحدث التلقيح أولًا.

التلقيح هو العملية التي تنتقل من خلالها حبوب اللقاح من المتك إلى الميسم. هناك نوعان رئيسيان للتلقيح: التلقيح الذاتي والتلقيح الخلطي. لنلق نظرة على التلقيح الذاتي أولًا.

التلقيح الذاتي هو عملية انتقال حبوب اللقاح من زهرة النبات إلى ميسم الزهرة نفسها، أو إلى ميسم زهرة أخرى في نفس النبات لإخصاب خلية بيضة هذا النبات في النهاية. قد يكون التلقيح الذاتي مفيدًا لأنه لا يتطلب إيجاد نبات آخر للتكاثر معه. وبما أنه في التلقيح الذاتي عادة ما تنتقل حبوب اللقاح لمسافات قصيرة، فإنه لا يعتمد على الملقحات في نقل حبوب اللقاح إلى الزهور الأخرى في نباتات أخرى. ولكن، لا يوجد تباين في المادة الوراثية للنسل الناشئ من خلال التلقيح الذاتي، حيث إنه سيمثل نسائل متطابقة للنبات الأبوي الذي أنتجه. وهذا يعني أن النباتات الناتجة عن التلقيح الذاتي تفتقر إلى المرونة في التعامل مع التغيرات التي تطرأ على الظروف البيئية، مثل ظهور أمراض جديدة، ما يجعلها عرضة للانقراض. يتجنب التلقيح الخلطي هذه المشكلة. دعونا نلق نظرة على هذا النوع من التلقيح فيما يأتي.

يحدث التلقيح الخلطي عندما تنتقل حبوب اللقاح من متك نبات إلى ميسم زهرة من نبات آخر من نفس النوع. يتمتع التلقيح الخلطي بفرصة أكبر بكثير لزيادة التنوع الوراثي، ومن ثم زيادة القدرة على بقاء نسل من خلال تجنب التلقيح الذاتي. ولكن، يمكن أن تكون هذه العملية أبطأ بكثير، وتعتمد على إيجاد نبات آخر للتزاوج وعلى طرق التلقيح عبر المسافات الطويلة، مثل التلقيح من خلال الحيوانات، التي تسمى الملقحات، أو الرياح أو الماء أو غيرها من آليات التلقيح عبر المسافات الطويلة التي يمكن أن تستخدمها النباتات مغطاة البذور لنقل حبوب لقاحها إلى نبات آخر. بمجرد حدوث أي من نوعي التلقيح بنجاح، يمكن أن تبدأ عملية الإخصاب.

لكي يحدث الإخصاب، عندما تسقط حبة لقاح مثل هذه على ميسم، يجب أن تصل إلى خلية البيضة، التي كما تعلمنا سابقًا تقع بالقرب من النقير داخل البويضة في المبيض. دعونا نكتشف كيف يمكن لحبوب اللقاح أن تقطع هذه المسافة. حسنًا، بمجرد أن تسقط حبوب اللقاح على الميسم، تبدأ في الإنبات. تذكر أن هناك نواتين في حبة اللقاح في هذه المرحلة: النواة الأنبوبية والنواة المولدة. بعد ذلك، تبدأ النواة الأنبوبية في تكوين تركيب يسمى أنبوب اللقاح، وهو ينمو لأسفل القلم في الجزء الأنثوي من الزهرة. تتحرك النواة الأنبوبية لأسفل أنبوب اللقاح هذا، وتتبعها النواة المولدة عن قرب. تطلق النواة الأنبوبية إنزيمات تسهل مرورها واختراقها للقلم، حتى تصل إلى نقير البويضة. تدخل النواة الأنبوبية بعد ذلك إلى البويضة من خلال النقير قبل إيقاف نمو أنبوب اللقاح.

أثناء انتقالها إلى أسفل أنبوب اللقاح، تنقسم النواة المولدة انقسامًا ميتوزيًا لتكون نواتين ذكريتين. يمكن أن تدخل هاتان النواتان الذكريتان بعد ذلك إلى البويضة من خلال النقير. وبما أن النواة الأنبوبية قد قامت بدورها، فتتحلل بعد ذلك. ستكون النواتان الذكريتان اللتان دخلتا البويضة قادرتين على تخصيب خلية البيضة. تتضمن عملية الإخصاب في النباتات مغطاة البذور عمليتين رئيسيتين للإخصاب. لهذا السبب، يطلق عليها عادة الإخصاب المزدوج. تتضمن إحدى هاتين العمليتين اندماج النواة الذكرية أحادية الصيغة الصبغية مع نواة خلية البيضة أحادية الصيغة الصبغية. ينتج عن ذلك زيجوت ثنائي الصيغة الصبغية.

ويعتقد أن تكون نواتا الخليتين المساعدتين على جانبي خلية البيضة مسئولتين عن مساعدة النواة الذكرية في الوصول إلى خلية البيضة من أجل إخصابها. أما عملية الإخصاب الأخرى فتحدث في كيس الجنين، حيث تندمج نواة الخلية الذكرية الأخرى مع النواتين القطبيتين في كيس الجنين. هذه العملية تكون نواة الإندوسبرم، وهي ثلاثية الصيغة الصبغية، وعادة ما يرمز لها بالرمز 3ن. وتسمى هذه العملية عادة بالاندماج الثلاثي، حيث تندمج ثلاث أنوية بعضها مع بعض. في حين تنقسم نواة الإندوسبرم باستمرار وتكون نسيج الإندوسبرم، ينقسم الزيجوت أيضًا عدة مرات، وفي النهاية يكون جنينًا ممتلئًا بالخلايا ثنائية الصيغة الصبغية. ويتمثل دور الإندوسبرم في إمداد الجنين النامي بالغذاء. ويحيط بالجنين ليكون في النهاية جزءًا من البذرة.

لنلق نظرة على نمو البذور. ثمة نوعان مختلفان من البذور يمكن أن تكونهما النباتات مغطاة البذور حسب نوعها، وهما البذور أحادية الفلقة، التي تعرف أحيانًا بأحاديات الفلقة، أو البذور ثنائية الفلقة، التي تعرف أحيانًا بثنائيات الفلقة. الفلقة هي التركيب الذي يكون في النهاية الأوراق الأولى للجنين. يشير مصطلح «أحاديات الفلقة» إلى احتواء البذور على فلقة واحدة، في حين يشير مصطلح «ثنائيات الفلقة» إلى احتواء البذور على فلقتين.

ومن الأمثلة الشائعة على أحاديات الفلقة الذرة والشعير. عادة ما يكون للبذور أحادية الفلقة إندوسبرم واضح يمد الجنين والبادرة النابتة بالغذاء قبل تمكنهما من القيام بعملية البناء الضوئي. في الواقع، عندما نأكل مثل هذه الحبوب، فإننا نحصل على القيمة الغذائية من إندوسبرم هذه الحبوب. ومن الأمثلة الشائعة على ثنائيات الفلقة نباتات مثل الفاصولياء والبازلاء. تمتص الفلقتان الموجودتان في البذور ثنائية الفلقة أحيانًا العناصر الغذائية من الإندوسبرم، تاركة القليل منها.

تتحول أغلفة البويضة في كل من أحاديات الفلقة وثنائيات الفلقة أحيانًا إلى غلاف صلب للبذرة يسمى القصرة. تساعد القصرة في حماية الجنين النامي من الجفاف أو التلف الميكانيكي من بين ضغوط بيئية أخرى. والآن، بعد أن عرفنا كيف تتكون البذور، دعونا نكشف كيف يمكن أن تنمو الثمار حولها. تعد الفاكهة مفيدة حقًّا للنباتات حيث إنها تحفز آكلات العشب الجائعة على تناول بذور النبات ثم تركها في برازها في مكان آخر حتى يمكن للبذور أن تنبت. في العديد من النباتات مغطاة البذور، إذا نجحت عملية الإخصاب، يذبل ويتساقط كأس السبلات والبتلات التي تكون التويج. وعادة ما يحدث هذا أيضًا للطلع أو الأسدية، بل حتى للميسم والقلم، ويتبقى المبيض فقط، وبالطبع الجنين النامي بداخله.

قد تتراكم الهرمونات مثل الأوكسينات في المبيض بعد حدوث التلقيح. ويمكن أن يؤدي هذا إلى نضج المبيض وتحوله إلى ثمرة. ويتحول جدار المبيض إلى تركيب يسمى غلاف الثمرة، وهو الذي يحيط بالثمرة. وتتحول البويضة إلى بذرة داخل الثمرة التي تحتوي على الجنين النامي. يحيط بالبذرة غلاف القصرة الصلب. يمثل الجزء الأحمر من الشكل الموجود على اليسار الثمرة اللحمية نفسها، التي تنمو عادة من المبيض وتعمل حافزًا لآكلات العشب. غالبًا ما تسمى الثمار التي تنمو من المبيض بالثمار الحقيقية، ومن أمثلتها المانجو. ومع ذلك، يمكن أن تنمو ثمار بعض الأنواع المختلفة من النباتات مغطاة البذور بطريقة مختلفة. تحتفظ بعض الثمار بأعضاء مختلفة. على سبيل المثال، يحتفظ الرمان، الذي ينمو أيضًا من المبيض، بمجموعة من الأسدية وبكأس السبلات.

تنمو الثمار الكاذبة، التي تعرف أحيانًا باسم الثمار الملحقة، من جزء آخر في النبات غير المبيض. على سبيل المثال، في التفاح، يتحول التخت الذي يقع أسفل المبيض مباشرة إلى ثمرة لحمية بدلًا من المبيض نفسه. يقع المبيض والمحيط الزهري للثمرة الحقيقية في وسط التفاحة التي تحتوي على البذور بداخلها. ومن المثير للاهتمام أنه يمكن إنتاج بعض الثمار دون إخصاب مسبق. يحدث هذا من خلال عملية تسمى الإثمار العذري. يمكن أن يحدث الإثمار العذري بصورة طبيعية، ولكن عادة ما يستحث اصطناعيًّا لإنتاج الكثير من الثمار بدون بذور لأغراض تجارية. على سبيل المثال، إذا قطعت موزة مخصبة إلى نصفين، فستلاحظ أنها ممتلئة بالبذور. لكن في الإثمار العذري الاصطناعي، يمكن للمحلول الاصطناعي لخلاصة حبوب اللقاح، الذي يسمى أحيانًا أندول-‪3‬‏-حمض الخليك، أن يحاكي تأثيرات الأوكسينات التي تحفز عادة نمو الثمرة، على الرغم من عدم حدوث أي إخصاب. لن تحتوي هذه الثمار على أي بذور لأن البذرة هي جنين نام لنبات تم تخصيبه.

دعونا نلخص النقاط الرئيسية التي تعلمناها في هذا الفيديو. النباتات مغطاة البذور عادة ما تنتج البذور. وتتكون زهورها من أربعة محيطات زهرية رئيسية. تتكون حبوب اللقاح داخل المتوك، في حين تتكون خلايا البيض داخل المبيض. يمكن أن تقوم النباتات مغطاة البذور إما بالتلقيح الذاتي أو التلقيح الخلطي. يحدث الإخصاب المزدوج عندما تندمج الأنوية الذكرية مع خلية البيضة والنواتين القطبيتين. وهذا في النهاية يكون بذرة وربما ثمرة تحيط بالبذرة.