نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف أهمية هرمون الأوكسين النباتي في نمو النبات. وسوف نستعرض تأثير الأوكسين تحديدًا في نمط النمو المعتمد على الضوء في النبات. علاوة على ذلك، سوف نتناول بإيجاز بعض الوظائف الأخرى للأوكسين في النبات، مثل نمو النبات والزهور ونضج الثمار.
هل سبق لك أن لاحظت أنه إذا وضعت نباتًا في وعاء بجوار النافذة، فإن النبات ينحني بصورة طبيعية نحو النافذة لامتصاص المزيد من ضوء الشمس؟ هل تساءلت يومًا كيف يفعل النبات ذلك؟ أو كيف تنسق النباتات أجهزتها المختلفة لتنمو وتتطور وتستجيب للمثيرات؟ تتحكم هرمونات النبات في جميع هذه الوظائف. والهرمونات هي نواقل كيميائية تنتقل عبر جسم الكائن الحي، وذلك من خلال الدم عادة أو من خلال أي وسط ناقل آخر. وعلى عكس الهرمونات الحيوانية، والتي تنتج في غدد معينة، فإن هرمونات النبات يمكن أن تنتجها الخلايا الموجودة في معظم أجزاء النبات، وبخاصة في الأجزاء النامية.
لكي تصل هرمونات النبات إلى الخلايا المستهدفة، يمكنها الانتشار موضعيًّا إلى هذه الخلايا عن طريق الجاذبية أو عن طريق الانتقال عبر أنسجة النقل في النبات. وكما سنتعلم، فإن بعض الهرمونات لها آليات نقل تتأثر بالضوء. في هذا الفيديو، سنلقي نظرة على مجموعة واحدة من هرمونات النبات الرئيسية تلك؛ وهي الأوكسينات.
الأوكسينات مشتقة من كلمة يونانية تعني النمو أو الزيادة. وهي مجموعة من الهرمونات التي تتحكم في استطالة الخلايا، هذا إلى جانب أدوارها الأخرى. وتؤدي الأوكسينات تحديدًا دورًا مهمًّا في تحفيز النمو في اتجاه ما، وهو نمو النبات في اتجاه مثير ما أو بعيدًا عنه. ويسمى هذا النوع من النمو «الانتحاء». تذكر أن المثير هو تغير قابل للاكتشاف في البيئة الداخلية أو الخارجية للكائن الحي، والذي يؤثر في ذلك الكائن الحي. أحد أمثلة المثيرات التي يمكن أن يستجيب لها معظم النباتات هو الضوء.
يحتاج معظم النباتات إلى الضوء ليتمكن من القيام بعملية البناء الضوئي لإنتاج غذائها. ولذلك، يحاول النبات عادة أن ينمو في اتجاه مصدر الضوء بهدف زيادة تعرضه للضوء. النمو في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه هو استجابة النبات للمثير الضوئي. ويلخص هذه العملية مصطلح «الانتحاء الضوئي».
دعونا نلق نظرة على آلية متعارف عليها لكيفية حدوث الانتحاء الضوئي في خلايا النبات. تنتج الأوكسينات عادة بواسطة الخلايا الموجودة في أطراف الجذور وقمم السيقان. نحن نعلم، على سبيل المثال، أن الأوكسينات تنتج في الغلاف الورقي. وهو غلاف يحيط بقمة الساق في الأجزاء النامية من النبات. يمكن أن يؤدي وجود الأوكسين إما إلى تحفيز استطالة الخلايا أو تثبيطها، حسب موضع تأثيره في النبات وتركيزه. إذا كان مصدر الضوء فوق ساق النبات مباشرة، فإن الأوكسين ينتج في قمة النبات ثم ينتشر لأسفل على جانبي ساق النبات بالتساوي. وسوف يؤدي ذلك إلى استطالة متماثلة في الخلايا الموجودة على جانبي الساق، ما يجعل الساق تنمو مباشرة لأعلى في اتجاه مصدر الضوء.
ولكن، إذا سقط الضوء على جانب واحد، فإن الأوكسينات الناتجة في قمة الساق تتراكم على الجانب المظلل من الساق. ويؤدي ذلك إلى زيادة استطالة هذه الخلايا غير المعرضة لضوء الشمس المباشر نسبيًّا مقارنة بالجانب المعرض لضوء الشمس المباشر، ما يسبب انحناء الساق في اتجاه الضوء.
لعلك تتساءل كيف اكتشف إنتاج الأوكسينات في قمة الساق والدور الذي تؤديه في النباتات النامية. أجرى علماء مختلفون تجارب متنوعة لإظهار ذلك. أجرى أحدهم، وهو بويسن جنسن، أبحاثًا على إنتاج الأوكسينات في قمة ساق نبات في عام 1913. دعونا نلق نظرة على تجاربه ونفهم استنتاجاته.
في تجربته، قطع بويسن جنسن قمة ساق نباتين، ووضع طبقة رقيقة من الآجر أو الجيلاتين فوق إحدى الساقين اللتين قطعت قمتاها. وبعد ذلك، أعاد وضع قمة الساق فوق طبقة الآجر أو الجيلاتين، بحيث تفصل هذه الطبقة بين قمة النبات والجزء المتبقي منه. ثم راقب نمو النباتين مع سقوط الضوء عليهما من الجانب، ولاحظ عدم نمو النبات الذي قطعت قمته. أما بالنسبة إلى النبات الذي يحتوي على طبقة الآجر أو الجيلاتين فعلى الرغم من أن قمته قد قطعت في الأصل، فإن جنسن لاحظ استمرار نموه وانحنائه في اتجاه مصدر الضوء.
ولم تقف تجاربه عند ذلك. في نبات آخر، فصل بويسن جنسن بين قمة النبات والجزء المتبقي منه بالطريقة نفسها، لكنه استخدم هذه المرة زبدة الكاكاو بدلًا من الآجر أو الجيلاتين. تسمح زبدة الكاكاو بانتشار المواد القابلة للذوبان في الليبيدات فقط. وعند تعرض هذه النباتات لضوء الشمس، لاحظ بويسن جنسن أن النبات الذي يحتوي على طبقة من زبدة الكاكاو لم يظهر أي استجابة. كما لاحظ أيضًا عدم حدوث نمو عندما استخدم صفيحة من الميكا بدلًا من طبقة من زبدة الكاكاو. إذن ما هو وجه الاختلاف؟ لماذا لاحظنا هذه النتائج المختلفة؟
يسمح كل من الآجر والجيلاتين بنفاذ الماء، وهذا يعني أنهما يسمحان للمواد القابلة للذوبان في الماء بالانتشار خلالهما. في حين يعد كل من زبدة الكاكاو وصفيحة الميكا حاجزين غير منفذين للماء. وكما نعلم، تسمح زبدة الكاكاو بانتشار المواد القابلة للذوبان في الليبيدات فقط. أوضحت هذه التجربة أن المادة المسئولة عن استجابة النبات للنمو في اتجاه مثير ضوئي عبارة عن جزيء قابل للذوبان في الماء تنتجه قمة الساق ويجب أن ينتشر لأسفل النبات، وهو الأوكسين.
دعونا نلاحظ عن قرب كيف يعمل الأوكسين من خلال تناول مثال محدد على الأوكسين. إندول-3-حمض الأسيتيك أو (إندول حمض الأسيتيك) هو نوع من الأوكسينات التي تنتج بصورة أساسية في الأوراق النامية وفي البرعم العلوي للنبات، ويسمى عادة «البرعم القمي». إندول حمض الأسيتيك هو المسئول عن تنظيم كل من الانقسام الخلوي واستطالة الخلايا اللازمين لنمو النبات. هل سبق لك أن لاحظت أن معظم النباتات تميل إلى النمو لأعلى بصورة أكبر من النمو الجانبي؟ يساعد ذلك النباتات على زيادة طولها لتصبح أكثر تعرضًا للضوء. على سبيل المثال، إذا لم تفعل الأشجار في الغابات الكثيفة ذلك، فستظللها أشجار أخرى، ومن ثم ستتلقى قدرًا أقل من الضوء، وتقوم بعملية البناء الضوئي بقدر أقل، ومن ثم تنتج كمية أقل من الغذاء، وسيصعب عليها البقاء على قيد الحياة.
تسمى عملية النمو الطولي هذه بدلًا من النمو العرضي «السيادة القمية». ينمو البرعم القمي في الجزء العلوي من الساق رأسيًّا لأعلى، في حين يثبط نمو البراعم الجانبية الموجودة على جانبي الساق بصورة غير مباشرة. ويحافظ إندول حمض الأسيتيك على السيادة القمية. لقد تناولنا بالفعل أن الأوكسينات التي تنتجها قمة الساق سوف تنتشر لأسفل في الساق، ما يسبب استطالة الخلايا، ومن ثم نمو النبات.
استمر الباحثون في دراسة الأوكسين المميز إندول حمض الأسيتيك لمعرفة إذا ما كان إندول حمض الأسيتيك يؤدي أي دور آخر غير إرسال إشارات لخلايا الساق حتى تستطيل. وبإلقاء نظرة من كثب على الجزء العلوي من هذا النبات، يمكننا أن نرى ما توصلوا إليه بصورة أوضح. لقد وجدوا أنه عندما ينتشر إندول حمض الأسيتيك لأسفل في الساق، فإنه يتراكم في العقد الموجودة بين البراعم الجانبية. من المعتقد أن تراكم إندول حمض الأسيتيك يثبط النمو الجانبي من خلال تحويل السكريات أو الكربوهيدرات الضرورية للنمو بعيدًا عن البراعم الجانبية وفي اتجاه البرعم القمي. وينتج عن هذا التحويل للغذاء السيادة القمية. ففي حين تحصل البراعم الجانبية على سكريات غير كافية للنمو، يتم دعم نمو البرعم القمي عبر إمداد إضافي من الغذاء.
يمكننا إجراء تجربة بسيطة لإثبات أن البرعم القمي هو المسئول عن السيادة القمية. عند إزالة قمة الساق والسماح للنبات بالنمو، نلاحظ أن النمو الجانبي لم يعد مثبطًا، وتبدأ البراعم الجانبية في النمو. يمكنك تجربة ذلك بسهولة في المنزل إذا كان لديك نبات لا تمانع في توقف نموه لأعلى، واكتسابه بعض النمو العرضي بدلًا من ذلك.
دعونا نكتشف بالضبط ما يحدث في النبات عند إزالة قمة الساق. كما أوضحنا سابقًا، ينتج الأوكسين في قمة الساق وينتشر لأسفل في الساق، حيث يحول سكريات النبات بعيدًا عن البراعم الجانبية وفي اتجاه البرعم القمي. بإزالة قمة الساق، تختفي الخلايا التي تنتج إندول حمض الأسيتيك. ويعني عدم وجود إندول حمض الأسيتيك أن السكريات لم تعد تحول إلى البرعم القمي، ومن ثم تحصل البراعم الجانبية على السكريات التي تحتاج إليها للنمو. ويؤدي ذلك إلى نمو النبات نموًّا عرضيًّا وليس طوليًّا.
حسنًا، لقد تحدثنا كثيرًا عن كيف يعمل الأوكسين في ساق النبات، لكننا تحدثنا بإيجاز شديد عن أن الأوكسين ينتج في طرف الجذر. هل يعمل الأوكسين في طرف الجذر بالطريقة نفسها التي يعمل بها في قمة الساق؟ ثمة حقيقة مثيرة للاهتمام عن الأوكسينات، وهي أن التركيزات المختلفة للهرمونات نفسها يمكن أن يكون لها تأثيرات مختلفة في أجزاء مختلفة من النبات. على سبيل المثال، في حين أن وجود تركيزات عالية من الأوكسينات في سيقان النباتات يمكن أن يحفز استطالة الخلايا، فإن العكس هو الصحيح في جذور بعض النباتات. في الواقع، يمكن أن يؤدي وجود الأوكسينات بتركيز عال إلى تثبيط نمو خلايا الجذور. دعونا نلق نظرة عن قرب على ذلك.
في الجذور، تتراكم الأوكسينات عند الجانب السفلي من طرف الجذر. عند وجود الأوكسينات بهذا التركيز العالي، فإنها تثبط نمو الخلايا الموجودة في الجانب السفلي من الجذر، في حين يسمح للخلايا الموجودة في الجانب العلوي من الجذر بالاستطالة بصورة طبيعية. هذا النمو غير المتماثل يمكن جذور النبات من النمو بعيدًا عن ضوء الشمس ومن التعمق في التربة، ومن ثم فهو أحد تأثيرات الانتحاء الضوئي. في حين تظهر سيقان النباتات انتحاء ضوئيًّا موجبًا بنموها في اتجاه المثير الضوئي، تظهر جذور النباتات انتحاء ضوئيًّا سالبًا بنموها بعيدًا عن المثير الضوئي.
لاحظ أن الضوء ليس المثير الوحيد الذي يمكن أن يتسبب في نمو الجذر لأسفل. فهناك مثيران آخران يؤثران في اتجاه نمو الجذر، وهما الجاذبية ومحتوى الماء. في الواقع، بما أن الوظيفة الأساسية للجذور هي الحفر في التربة لامتصاص الماء والمعادن، فإنها تنمو دائمًا بعيدًا عن مصدر الضوء وتتعمق تحت سطح الأرض، حيث يمكن أن يوجد الماء والمعادن.
لقد ناقشنا الآن باستفاضة دور الأوكسينات في التحكم في نمو النباتات، وعملها بمنزلة إشارة لأنواع الانتحاء المختلفة في النباتات، ودورها في الحفاظ على السيادة القمية. وإلى جانب هذه الأدوار، تؤدي الأوكسينات مجموعة كبيرة ومتنوعة من الوظائف الأخرى. فهذه الهرمونات ضرورية أيضًا لنمو النبات وتطوره ككل ونمو الأزهار وتكون الثمار. كما أنها تعمل مع الهرمونات الأخرى لتحفيز نضج الثمار، ولمساعدة الأوراق على التساقط في الخريف.
يبدأ عمل الأوكسين في جنين النبات وفي المراحل الأولى من عمر النبات عندما يكون بادرة. يساعد الأوكسين على تنسيق النمو الصحيح للأعضاء الناشئة، مثل الجذور والفلقات والأوراق. وينقل إشارات بعيدة المدى بين الأعضاء، ما يسهم في البنية الكلية للنبات. في نمو الأزهار، يؤدي الأوكسين دورًا في بدء الإزهار وتطور الأعضاء التناسلية للنبات. وعند وجوده بتركيزات منخفضة، يمكنه تأخير ذبول الأزهار. يعد الأوكسين ضروريًّا لنمو الثمار وتطورها، كما أنه يؤخر موت خلايا الثمار.
لتوضيح دور الأوكسين في نمو الفاكهة، دعونا نلق نظرة على ثمرة الفراولة. تحمل ثمار الفراولة البذور على قشرتها الخارجية. عند إزالة البذور من ثمار الفراولة، يتوقف نمو الثمار، في حين يستمر نضج حجم ثمار الفراولة وزيادته وهي لا تزال تحتوي على بذور. ويرجع ذلك إلى أن البذور تنتج الأوكسين، الذي يعد جزءًا من نقل الإشارات اللازمة لنمو الثمرة. بإزالة البذور، يزال مصدر الأوكسين أيضًا، وتتوقف الثمرة عن النمو.
دعونا نطبق ما تعلمناه عن هرمون الأوكسين النباتي على سؤالين تدريبيين.
الأوكسينات مجموعة من الهرمونات توجد في النباتات. أي مما يأتي هو التعريف الأنسب للهرمونات؟ (أ) الهرمونات نواقل كيميائية تنتقل في جميع أجزاء الكائن الحي لتستهدف خلايا أو أعضاء محددة. أم (ب) الهرمونات إشارات كهربية تنتقل في جميع أجزاء الكائن الحي عبر الجهاز العصبي لتستهدف خلايا أو أعضاء محددة. أم (ج) الهرمونات كربوهيدرات قابلة للذوبان تنقل التغيرات في المثيرات بين البيئة الخارجية والبيئة الداخلية للكائن الحي. أم (د) الهرمونات عوامل حفازة حيوية تسرع معدلات التفاعلات الكيميائية دون أن تستهلك.
للإجابة عن هذا السؤال، دعونا ننظر إلى تعريف الهرمون وما يقوم به. وللقيام بذلك، سنحذف خيارات الإجابة في الوقت الحالي. الهرمونات هي نواقل كيميائية. وكما يخبرنا السؤال، يمكن أن توجد في النباتات. النباتات، مثل هذا النبات، ليس لديها أجهزة عصبية، لذا فهي تحتاج بدلًا من ذلك إلى نوع من النواقل الكيميائية لإرسال الإشارات في جميع أنحاء الجسم. يمكن أن تسبب هذه الهرمونات تغيرات في جسم الكائن الحي، ويمكنها إحداث تواصل بين الأعضاء والأنسجة والسماح لها بالاستجابة لبيئتها الخارجية.
دعونا نلق نظرة على بعض هذه الاستجابات في النباتات. الهرمونات مسئولة عن تحفيز الإزهار، وفتح المسام الموجودة على الأوراق والتي تسمى «الثغور» وإغلاقها والسماح بتبادل الغازات. ويمكن أن تحفز الهرمونات أيضًا نمو الجذور وكذلك نمو أجزاء أخرى من النبات. في الواقع، يمكن أن يكون لبعض الهرمونات تأثيرات متعددة في مناطق مختلفة من النبات. لهذا السبب، يجب أن تكون الهرمونات قادرة على الانتقال عبر جسم الكائن الحي للتأثير في الخلايا المستهدفة حيث تكون هناك حاجة إليها.
دعونا نعد جميع خيارات الإجابات حتى نتمكن من استبعاد الخيارات التي نعرف أنها غير صحيحة ونتوصل إلى الإجابة الصحيحة. كما نعلم الآن، فإن النباتات ليس لديها جهاز عصبي، لكن لديها هرمونات. ومن ثم، يمكننا استبعاد الخيار (ب)؛ إذ بما أن النباتات لا تمتلك جهازًا عصبيًّا، فلا يمكن للهرمونات أن تكون إشارات كهربية تنتقل عبر الجهاز العصبي في النبات. يستخدم مصطلح «عامل حفاز حيوي» لوصف تركيب يسمى «الإنزيم» وليس الهرمون. إذن، فالخيار (د) غير صحيح أيضًا.
وفي حين يصف الخيار (ج) حقيقة أن الهرمونات يمكنها نقل التغيرات بين البيئة الخارجية والداخلية للكائن الحي، لكن الهرمونات عادة ليست من الكربوهيدرات. في الواقع، غالبًا ما تكون مشتقة من البروتينات أو الليبيدات. إذن، فالخيار (ج) غير صحيح أيضًا. وبذلك يتبقى لدينا الخيار (أ)، الذي يصف الهرمونات بدقة بأنها نواقل كيميائية تنتقل في جميع أجزاء الكائن الحي لتستهدف خلايا أو أعضاء محددة.
دعونا نتناول معًا سؤالًا آخر.
أي العبارات الآتية لا تنطبق على الأوكسينات؟ (أ) يتمثل الدور الرئيسي للأوكسينات في النبات في تحفيز النمو عن طريق تحفيز استطالة الخلايا. أم (ب) إندول حمض الأسيتيك أحد الأمثلة على الأوكسينات. أم (ج) لا ينتج النبات الأوكسينات في أثناء شهور الصيف. أم (د) تلعب الأوكسينات دورًا مهمًّا في تنظيم استجابات الانتحاء الضوئي.
الأوكسينات مجموعة من الهرمونات أو النواقل الكيميائية في النباتات، والتي تؤدي دورًا مهمًّا في استطالة الخلايا. أحد الأمثلة على الأوكسينات هو إندول حمض الأسيتيك، المعروف أيضًا باسم إندول-3-حمض الأسيتيك. ينتج إندول حمض الأسيتيك عادة في البرعم القمي أو العلوي، وينتج أيضًا في الأوراق النامية الصغيرة جدًّا في النباتات. وفي هذه المناطق، يحفز إندول حمض الأسيتيك استطالة الخلايا، ما يسمح للنبات بالنمو لأعلى.
بما أن السؤال يطلب منا معرفة أي العبارات عن الأوكسينات غير صحيح، فيمكننا استبعاد الخيار (ب)، حيث نعلم أن إندول حمض الأسيتيك يعد مثالًا على الأوكسينات، والخيار (أ)، حيث نعلم أن إندول حمض الأسيتيك يمكنه تحفيز النمو عن طريق تحفيز استطالة الخلايا.
تلعب الأوكسينات دورًا في تحفيز استجابات النمو في اتجاه ما. وهو نمو كائن حي مثل النبات في اتجاه مثير معين في بيئته أو بعيدًا عنه، ويعرف أيضًا باسم «الانتحاء». أحد الأمثلة على الانتحاء هو الانتحاء الضوئي. تشير كلمة «ضوئي» إلى الاعتماد على الضوء، واستجابة الانتحاء الضوئي هي الحركة في اتجاه مصدر الضوء أو بعيدًا عنه.
في ساق النبات، ينتشر الأوكسين المنتج في قمة الساق لأسفل الساق، ويتراكم على الجانب المظلل من الساق. عندما يتراكم الأوكسين في الخلايا الموجودة على الجانب المظلل من الساق، فإنه يحفز الاستطالة في تلك الخلايا. وهذا يتسبب في استطالة الخلايا الموجودة على الجانب المظلل بدرجة أكبر نسبيًّا مقارنة بالخلايا المضاءة بفعل مصدر الضوء، مما يؤدي إلى انحناء الساق في اتجاه مصدر الضوء استجابة للضوء. هذا مثال على استجابة الانتحاء الضوئي التي ينظمها الأوكسين.
تذكر أننا نبحث عن عبارة لا تنطبق على الأوكسينات، لذا يمكننا أيضًا استبعاد الخيار (د). هذا لأن الأوكسينات مهمة في تنظيم استجابات الانتحاء الضوئي، كما لاحظنا للتو في الساق. إن إنتاج الأوكسين ليس موسميًّا، مما يعني أنه ينتج طوال السنة. ومن ثم، يمكننا استنتاج أن العبارة التي لا تنطبق على الأوكسينات هي الخيار (ج)، «لا ينتج النبات الأوكسينات في أثناء شهور الصيف»؛ لأنها في الحقيقة تنتج طوال السنة.
دعونا نلخص النقاط الرئيسية التي تعلمناها في هذا الفيديو. الأوكسينات هي هرمونات نباتية لها دور في استطالة الخلايا والحفاظ على السيادة القمية. الانتحاء الضوئي هو نمو النبات استجابة لمثير ضوئي، وتتحكم فيه الأوكسينات أيضًا. توضح التجارب التي أجراها العالم بويسن جنسن أن الأوكسين جزيء قابل للذوبان في الماء تنتجه قمة الساق، ويحتاج إلى التحرك لأسفل النبات لكي يسمح للنبات بالنمو. إندول حمض الأسيتيك هو مثال على الأوكسينات، وهو المسئول عن الحفاظ على السيادة القمية. تشارك الأوكسينات أيضًا في نمو الزهور والثمار، ونضج الثمار، وسقوط الأوراق.
