الباب الأول - الدرس 1: آليات الدعامة في النبات (الدعامة الفسيولوجية المؤقتة والدعامة التركيبية الدائمة والترسيبات الجدارية)
تُمثّل دراسة الدعامة في النبات المدخل الأساسي لفهم التكيفات التركيبية والفسيولوجية للكائنات الحية وفق المعايير الوزارية المعتمدة للثانوية العامة. يعتمد النبات على آليتين دعاميتين متكاملتين للحفاظ على شكله واستقامته وحماية أنسجته الداخلية: الدعامة الفسيولوجية، وهي دعامة مؤقتة تتناول الخلية ككل وتعتمد اعتماداً مباشراً على حركة الماء بالخاصية الأسموزية إلى داخل الفجوة العصارية، مما يؤدي إلى انتفاخها وتوليد ضغط امتلاء يضغط على البروتوبلازم ويدفعه نحو الجدار الخلوي فيتوتر ويكتسب النبات دعامته واستقامته. وفي المقابل، تبرز الدعامة التركيبية كدعامة دائمة تتناول جدر الخلايا أو أجزاءً منها عبر ترسيب مواد كيميائية صلبة كالسليلوز المرن واللجنين الصلب غير المنفذ للماء في الخلايا الكولنشيمية والإسكلرنشيمية، والكيوتين الشمعي على خلايا البشرة لمنع فقد الماء، والسيوبرين في الخلايا الفلينية. وتتفاعل هاتان الدعامتان لضمان بقاء النبات في مواجهة مختلف الظروف البيئية.
1. الدعامة الفسيولوجية: الآلية والخصائص
دعامة مؤقتة ترتبط بوجود الماء، وتتناول الخلية ككل:
-
آلية الحدوث (الخاصية الأسموزية):
عند توفر الماء في التربة، يدخل الماء بالخاصية الأسموزية إلى الفجوة العصارية للخلية النباتية لارتفاع تركيز الذائبات بداخلها. -
ضغط الامتلاء وتوتر الجدار:
يزداد حجم العصير الخلوي فيضغط على البروتوبلازم ويدفعه للخارج نحو الجدار الخلوي، فيتمدد الجدار ويتوتر وتكتسب الخلية دعامتها الفسيولوجية. -
طبيعتها المؤقتة:
تزول الدعامة الفسيولوجية وتذبل السوق والأوراق الرخوة عند جفاف التربة أو زيادة معدل النتح عن معدل الامتصاص، وتستعاد فور ري النبات.
2. الدعامة التركيبية: الترسيبات الجدارية
دعامة دائمة تعتمد على ترسيب مواد كيميائية قوية على جدر الخلايا أو أجزاء منها:
| المادة المرسبة | أماكن الترسيب ونوع الخلايا | طبيعتها الفيزيائية والوظيفية |
|---|---|---|
| السليلوز | جدر الخلايا الكولنشيمية | منفذ للماء، يكسب النبات القوة والمرونة |
| اللجنين | الخلايا الإسكلرنشيمية (الألياف والخلايا الحجرية) | غير منفذ للماء، يكسب النبات الصلابة والقوة الفائقة |
| الكيوتين | الجدر الخارجية لخلايا بشرة الأوراق والسيقان | شمعي غير منفذ للماء، يمنع فقد الماء بالنتح |
| السيوبرين | جدر الخلايا الفلينية المحيطة بسيقان النباتات الخشبية | غير منفذ للماء، يشكل طبقة عازلة واقية |
3. التكامل الوظيفي: دور الدعامة التركيبية في حفظ الدعامة الفسيولوجية
تمثل طبقة الكيوتين المرسبة على جدر خلايا البشرة (دعامة تركيبية) خط الدفاع الأساسي الذي يمنع خروج الماء بالبخر والنتح الجليدي من خلايا النسيج المتوسط (البارنشيمي)، مما يحافظ على ضغط الامتلاء الداخلي ويحمي الدعامة الفسيولوجية من الزوال السريع في الأيام الحارة، مبرهناً على التكامل الحيوي بين الدعامتين.
تمرين 1: حساب تغير كتلة درنة بطاطس في محاليل سكرية
المسألة: وُضعت ثلاث قطع بطاطس متساوية الكتلة (كل منها 10 g) في ثلاثة محاليل سكرية: الأول ماء مقطر، والثاني محلول سكري 5%، والثالث محلول سكري 20%. إذا علمت أن تركيز العصير الخلوي للبطاطس هو 5%، فما هي الكتلة المتوقعة للقطع الثلاث بعد ساعتين؟
• القطعة 1 (ماء مقطر): ينتقل الماء بالخاصية الأسموزية إلى داخل الخلايا، فيزداد حجمها وتزداد كتلتها لتصبح أكبر من 10 g.
• القطعة 2 (محلول 5%): تركيز المحلول مساوٍ لتركيز الخلية، فلا يحدث انتقال صافٍ للماء وتظل الكتلة ثابتة عند 10 g.
• القطعة 3 (محلول 20%): تركيز المحلول الخارجي أعلى، فيخرج الماء من الفجوات العصارية وتنكمش الخلية وتقل كتلتها لتصبح أقل من 10 g.
تمرين 2: استنتاج المادة المرسبة في الخلايا الحجرية
المسألة: عند تناول ثمرة الكمثرى نلاحظ صلابة قوامها عند المضغ. حدد نوع الخلايا المسؤولة عن ذلك، ونوع الدعامة والمادة الكيميائية المرسبة في جدرها.
• نوع الخلايا: خلايا إسكلرنشيمية (خلايا حجرية Sclereids) وهي خلايا ميتة لا تحتوي على بروتوبلازم.
• نوع الدعامة: دعامة تركيبية دائمة.
• المادة المرسبة: مادة اللجنين الصلبة المترسبة فوق الجدر السليلوزية لإكسابها قوة وصلابة فائقة.
تمرين 3: تأثير سمك طبقة الكيوتين في النباتات الصحراوية
المسألة: قارن بين سمك طبقة الكيوتين على بشرة نبات الصبار ونبات الإيلوديا المائي، موضحاً الأثر على الدعامة الفسيولوجية.
• نبات الصبار (صحراوي): يمتلك طبقة كيوتين سميكة جداً لتقليل معدل فقد الماء بالنتح في البيئة الجافة والحفاظ على الدعامة الفسيولوجية.
• نبات الإيلوديا (مائي مغمور): تنعدم فيه طبقة الكيوتين تماماً لتمكين الخلايا من امتصاص الماء والغازات الذائبة مباشرة من البيئة المائية المحيطة.
تمرين 4: العلاقة البيانية بين ضغط الامتلاء والضغط الأسموزي
المسألة: عند امتصاص الخلية النباتية للماء، صف التغير الحادث لكل من: ضغط الامتلاء، الضغط الأسموزي للعصير الخلوي، وضغط الجدار.
• ضغط الامتلاء: يزداد تدريجياً لزيادة كمية الماء الداخلة للفجوة وضغطها على البروتوبلازم.
• الضغط الأسموزي للعصير الخلوي: يقل لنقصان تركيز الذائبات بسبب التخفيف بالماء الممتص.
• ضغط الجدار الخلوي: يزداد لمقاومة تمدد البروتوبلازم حتى يصل النبات لحالة الاتزان المائي.
تمرين 5: علل لا يمكن أن تنفجر الخلية النباتية بالماء النقي
المسألة: عند وضع خلية دم حمراء وخلية نباتية في ماء مقطر، تنفجر خلية الدم الحمراء بعد فترة بينما لا تنفجر الخلية النباتية. فسر ذلك علمياً.
• خلية الدم الحمراء خلية حيوانية محاطة بغشاء بلازمي رقيق ومرن فقط، فيؤدي دخول الماء المستمر لتمزقه وانفجارها.
• الخلية النباتية محاطة بجدار خلوي سليلوزي قوي ومرن يولد ضغطاً معاكساً (ضغط الجدار) يمنع تمدد الخلية المفرط ويحميها من الانفجار.
تمرين 6: أي الأنسجة النباتية تجمع بين الدعامتين معاً؟
المسألة: اذكر اسم نسيج نباتي حي يتميز بوجود الدعامة التركيبية والدعامة الفسيولوجية معاً في نفس الوقت.
• النسيج الكولنشيمي (وكذلك خلايا بشرة الأوراق المغطاة بالكيوتين).
• الكولنشيمي يحتوي على ترسيبات سليلوزية مغلظة الأركان (دعامة تركيبية دائمة).
• وهو نسيج حي يحتوي على فجوات عصارية وبروتوبلازم يمتص الماء بالخاصية الأسموزية ويكتسب ضغط امتلاء (دعامة فسيولوجية).
تمرين 7: استقامة سوق النباتات العشبية عند الري
المسألة: فسر بيولوجياً: استقامة سوق وأوراق النباتات العشبية الذابلة بعد ري التربة بالماء.
• تمتص الشعيرات الجذرية الماء بالخاصية الأسموزية وينتقل عبر الأوعية إلى الخلايا البارنشيمية.
• تمتليء الفجوات العصارية بالماء فيزداد حجمها وتضغط على البروتوبلازم ويدفع الجدار للخارج.
• تتوتر جدر الخلايا وتكتسب دعامتها الفسيولوجية، فتستقيم السوق والأوراق وتستعيد نضارتها.
تمرين 8: دور الخلايا الفلينية والسيوبرين
المسألة: أين تترسب مادة السيوبرين في النبات؟ وما هي الأهمية الحيوية لوجودها؟
• تترسب مادة السيوبرين في جدر الخلايا الفلينية التي تحيط بالسيقان الخشبية للنباتات المعمرة.
• وظيفتها: تكوين نسيج غير منفذ للماء يحمي الأنسجة الداخلية من الجفاف ويمنع غزو الميكروبات والفطريات للأنسجة الوعائية.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً: