النقل في النباتات - الجلسة الثانية

تحتاج النباتات إلى الماء والعناصر الغذائية لتنمو وتزدهر. وتتواجد هذه الموارد الحيوية في التربة المحيطة بجذورها. ولكن كيف تصل هذه العناصر الغذائية والمياه إلى الأجزاء الأخرى من النباتات؟. تتم حركة الماء والمواد المذابة عبر أنسجة النبات من خلال مسارين رئيسيين. وهما مسار الأبوبلاست ومسار السمبلاست. دعونا نفهم هذه المسارات.

مسار الأبوبلاست هو نظام معقد من الفراغات بين الخلايا، والمصفوفة خارج الخلية، والجدران الخلوية التي تسمح بحركة الماء والمواد المغذية وجزيئات الإشارة في جميع أنحاء النبات. يعد امتصاص الماء من خلال الجذور أحد الوظائف الأساسية لمسار الخلايا الظهارية. يدخل الماء إلى شعيرات الجذر ويتحرك عبر جدران خلايا الجذر. وينتقل بعد ذلك من خلية إلى أخرى عبر المسافات بين الخلايا. لا يتضمن مسار الأبوبلاست عبور أي أغشية خلوية. وهذا يجعل الطريق أسرع للنقل.

يتضمن مسار السيمبلاست نقل المواد عبر الخلايا الحية للنبات. ويعتمد على خيوط سيتوبلازمية مترابطة تسمى بالسيمبلاست. السيمبلاست عبارة عن شبكة مستمرة من السيتوبلازم متصلة عبر البلازموديسماتا. البلازمودسماتا هي قنوات صغيرة تعمل على ربط الخلايا النباتية ببعضها البعض. إنها تعمل مثل الأنفاق الصغيرة التي تسمح للمواد بالانتقال بين الخلايا. تتواجد هذه القنوات في جدران الخلايا النباتية.

النتح هو عملية طبيعية تقوم فيها النباتات بإطلاق بخار الماء في الهواء من خلال فتحات صغيرة على أوراق النبات تسمى الثغور. تعمل هذه الثغور مثل المسام الصغيرة التي تسمح للغازات، بما في ذلك بخار الماء، بالمرور داخل وخارج النبات. عندما تمتص جذور النبات الماء من التربة، فإنه ينتقل عبر الساق إلى أوراق النبات. بمجرد وصولها إلى أوراق النبات، تتبخر جزيئات الماء من سطح الخلايا وتهرب عبر الثغور. يساعد إطلاق بخار الماء النباتات على البقاء باردة، والحفاظ على شكلها، ونقل العناصر الغذائية إلى جميع أنسجتها.

أثناء النتح، يؤدي فقدان الماء من أوراق النبات إلى خلق تدرج ضغط سلبي. يُعرف هذا التدرج في الضغط السلبي أيضًا باسم التوتر. يقوم هذا التوتر بسحب الماء إلى الأعلى من الجذور إلى أوراق النبات من خلال أوعية الخشب. يساعد العمود المستمر من الماء داخل الخشب على الحفاظ على هذا التدفق. وتسمى هذه الحركة الصاعدة للماء بسحب النتح. ويساعد على نقل المعادن والعناصر الغذائية الأساسية من الجذور إلى باقي خلايا النبات. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتبخر الماء من أوراق النبات، فإنه يساعد على تنظيم درجة حرارة النبات عن طريق جعله أكثر برودة. إنه يشبه كيف يعمل التعرق على تبريد أجسامنا.

تشرح نظرية توتر التماسك نقل الماء عبر أوعية الخشب. ويعتمد على خصائص الماء وقوى التماسك بين جزيئات الماء. وفقا للنظرية، جزيئات الماء متماسكة. متماسكة تعني أنها تميل إلى الالتصاق ببعضها البعض. هذا التماسك يرجع إلى الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء. تخلق هذه القوة المتماسكة عمودًا مستمرًا من الماء داخل أوعية الخشب. تلتصق جزيئات الماء أيضًا بجدران الخشب من خلال الرابطة الهيدروجينية. وتسمى هذه العملية بالالتصاق.

نحن نعلم أن النباتات تتعرض لفقدان الماء من خلال النتح. يؤدي النتح إلى خلق ضغط أو توتر سلبي في الخشب. يعمل هذا التوتر، الممزوج بالقوى المتماسكة، على سحب الماء إلى الأعلى من الجذور إلى أوراق النبات. تشرح نظرية توتر التماسك أنه عندما تتبخر جزيئات الماء من سطح خلايا الورقة، فإنها تخلق قوة سحب على عمود الماء في الخشب. يتم نقل هذه القوة التماسكية من خلايا الأوراق إلى الأسفل في اتجاه خلايا الجذر. مع فقدان جزيئات الماء من أوراق النبات، يتم سحب المزيد من جزيئات الماء من الجذور لتحل محلها.

في النباتات، تشير علاقة المصدر بالمصرف إلى حركة السكريات من مناطق الإنتاج إلى مناطق الاستخدام أو التخزين. يُعرف السكر باسم السكر المستوعب. وتسمى منطقة إنتاج المواد المشتقة بالمصدر. وتسمى منطقة الاستخدام أو تخزين المواد الممتصة بالحوض. تلعب علاقة المصدر بالحوض دورًا حيويًا في توزيع العناصر الغذائية والطاقة في جميع أنحاء النبات.

الأنسجة المصدرية هي المناطق التي يتم فيها إنتاج السكريات من خلال عملية التمثيل الضوئي. تحتوي هذه الأنسجة المصدرية على تركيز عالٍ من السكريات. من خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات بتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات. تتكون هذه السكريات في المقام الأول من الجلوكوز. ويتم بعد ذلك نقل هذه السكريات من أنسجة المصدر إلى أجزاء أخرى من النبات.

من ناحية أخرى، فإن أنسجة الحوض هي المناطق التي يتم فيها استهلاك السكريات أو تخزينها بشكل نشط، مثل الزهور أو الفواكه أو الجذور النامية. تحتاج هذه الأنسجة إلى قدر كبير من الطاقة والعناصر الغذائية لدعم نموها وتطورها وعملياتها التكاثرية.

تتم عملية انتقال السكريات من المصدر إلى المصب من خلال عملية تسمى النقل. تتم عملية نقل السكريات في المقام الأول من خلال اللحاء. اللحاء هو نسيج وعائي متخصص في النباتات. يتكون اللحاء من أنابيب غربالية وخلايا مصاحبة وخلايا داعمة أخرى.

يتم تسهيل حركة السكريات في اللحاء عن طريق آلية تدفق الضغط. يتم إنتاج السكريات في أنسجة المصدر، مثل أوراق النبات الناضجة، حيث تحدث عملية التمثيل الضوئي. داخل أنسجة المصدر، يتم نقل السكريات بشكل نشط إلى الخلايا المرافقة. تتواجد الخلايا المرافقة بجوار عناصر أنبوب الغربال. يؤدي هذا النقل النشط للسكريات إلى خلق تركيز عالٍ من السكريات في الخلايا المرافقة.

يؤدي التركيز العالي للسكريات في الخلايا المرافقة إلى إنشاء تدرج اسموزي. نحن نعلم أن التناضح هو العملية التي تنتقل بها جزيئات الماء من منطقة ذات تركيز منخفض من المواد المذابة إلى منطقة ذات تركيز مرتفع من المواد المذابة. في هذه الحالة، ينتقل الماء من الخلايا المجاورة أو الخشب إلى الخلايا المرافقة. ويؤدي تدفق الماء إلى الخلايا المرافقة إلى زيادة ضغطها التورجي. يتم نقل هذا الضغط المتزايد إلى عناصر أنبوب الغربال. يرجع ذلك إلى أن سيتوبلازم الخلايا المرافقة متصل بأنابيب الغربال عن طريق البلازموديسماتا.

يخلق ضغط التورجو المرتفع في أنابيب الغربال عند أنسجة المصدر تدرجًا في الضغط على طول أنبوب اللحاء، من المصدر إلى المصرف. يؤدي هذا التدرج في الضغط إلى دفع تدفق كتلة السكريات والماء في اللحاء. الآن نحن نعلم أن أنسجة المصدر لها ضغط مرتفع وأنسجة المصب لها ضغط منخفض. تنتقل السكريات من مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط المنخفض.

في أنسجة الحوض يتم تفريغ السكريات من اللحاء. يتم تفريغ السكريات أولاً في الخلايا المصاحبة من خلال التناضح والانتشار. بعد ذلك ينتقل إلى الخلايا المغرقه. ويتم بعد ذلك استخدام السكريات للنمو، أو التخزين، أو إنتاج الطاقة.