لا تتطفل النباتات على الكائنات الحية الأخرى للحصول على غذائها، بل إنها تنتجه بنفسها من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي، والمعروفة أيضًا باسم التمثيل الضوئي، حيث تمتص جذور النباتات الماء وثاني أكسيد الكربون من الهواء. فمن خلال الطاقة الضوئية التي يمتصها من ضوء الشمس، تتحول جزيئات غاز ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء إلى سكريات الجلوكوز التي تكون مصدر الغذاء للنباتات. لمزيد من التفاصيل حول هذا الموضوع العلمي المثير للاهتمام، سنثري ثقافتك بالحديث عن كيفية إنتاج النباتات للغذاء.
المحتويات
كيف ينتج النبات الغذاء؟
وفي الحقيقة يمكننا القول أننا أكملنا إجابتنا على سؤال “كيف ينتج النبات الغذاء؟” في مقدمة هذا المقال، ولكننا في هذه الفقرة سنقدم شرحاً أكثر تفصيلاً للمراحل التي يمر بها إنتاج الغذاء .
1- مرحلة امتصاص الطاقة الضوئية
- ومن المهم الإشارة إلى أن جميع مراحل عملية التمثيل الضوئي تتم في أجزاء محددة من الخلية النباتية وهي “البلاستيدات الخضراء”، وتحتوي أغشية هذه العضيات على صبغة الكلوروفيل.
- ومن خلال هذا الصباغ، “الكلوروفيل الأخضر”، يتصل بعد ذلك بالأغشية الموجودة داخل البلاستيدات الخضراء، وهي بروتينات أغشية الثايلاكويد.
- ثم يمتص هذا الصباغ ضوء الشمس لإزالة الإلكترونات من جزيء الماء، مما يؤدي إلى تكوين الأكسجين.
2- مرحلة نقل الإلكترون
- يتم نقل الإلكترونات من خلال سلسلة خاصة داخل غشاء الثايلاكويد.
- ثم يتم تقليل NADP+ إلى NADPH.
- وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن انتقال الإلكترونات يرتبط بحركة البروتونات من المنطقة المحيطة بأغشية الثايلاكويد إلى الجزء الداخلي لغشاء الثايلاكويد وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة اللحمية.
- تتم هذه المرحلة من إنتاج الغذاء بواسطة النباتات من خلال المعادلات الكيميائية التي يمكنك البحث عنها وقراءتها بالتفصيل.
3- مرحلة توليد جزيئات الطاقة
- تمر جزيئات طاقة ATP الناتجة عن حركة البروتونات عبر المركب F0F1 إلى المنطقة اللحمية من خلال مناطق تركيزها داخل غشاء الثايلاكويد.
- يربط اتصال F0F1 بعد ذلك حركة البروتون بعملية تكوين جزيئات الطاقة من جزيئات ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP).
4- مرحلة تثبيت الكربون
- توفر جزيئات ATP-4 والمركب NADPH الإلكترونات والطاقة اللازمة لعملية “تكوين الجليكوبوليمر”.
- وبعد ذلك تتم عملية تكوين بوليمرات السكر المكونة من ثاني أكسيد الكربون والماء.
- ومن ثم يتم تثبيت الكربون وفق معادلة كيميائية مهمة تشرح مرحلة تثبيت الكربون التي يقوم فيها النبات بإنتاج الغذاء.
مكان تخزن فيه النباتات الغذاء
والآن بعد أن أجبنا على سؤال “كيف ينتج النبات الغذاء؟” بالتفصيل، تجدر الإشارة إلى أنك تتساءل أين يخزن النبات الغذاء. وفيما يلي نوضح الأماكن التي تخزن فيها النباتات غذائها:
1-سيقان النبات وثماره
- كإجابة أكثر تفصيلاً عن كيفية إنتاج النباتات للغذاء، يتم تخزين السكريات التي تنتجها النباتات في الفواكه مثل التفاح والبرتقال وزهور القرع، وكذلك في السيقان مثل البصل والزنجبيل.
- وبعد أن يتم تكوينه من خلال عملية التمثيل الضوئي، يتم نقله إلى سيقان النبات عن طريق المياه المحملة بالمعادن لتغذية الأجزاء المتبقية من النبات ومن ثم تخزينه.
- ثم ننتقل إلى الفركتوز، وهو السكر الطبيعي للفواكه الذي يتم تخزينه في الفاكهة.
- ونفترض أن النوع السابق من السكر هو أحد السكريات المسؤولة عن طاقة النبات وحتى الحيوان، ومجموعها يسمى “الدكستروز”، وهو مشابه للسكريات الموجودة في دم الإنسان.
2- زراعة البذور والجذور
- تنتج عملية التمثيل الضوئي سكر الجلوكوز، الذي يتحول الفائض منه إلى نشا، والذي يتم تخزينه في الجذور مثل الجزر والفجل وفي البذور مثل الذرة والأرز ويمثل احتياطي الطاقة الأول للنباتات.
- ثم يتكون هذا النشا من الأميلوز، الذي يتم إنتاجه بشكل رئيسي في الأميلوبكتين، داخل البلاستيدات.
- ويوجد النشا أيضًا في البذور ويدعم نمو النباتات، خاصة في المراحل الجنينية المبكرة.
- بالإضافة إلى وجود النشا في أنسجة وجذور النبات لحمايتها، خاصة في فصل الشتاء، حيث تعتبر احتياطياً للنبات لعدم قدرتها على القيام بعملية التمثيل الضوئي.
أهمية عملية الإنتاج الغذائي النباتي
إن عملية التمثيل الضوئي مهمة ليس فقط للكائنات الحية، ولكن أيضًا لكوكب الأرض. فيما يلي النقاط الرئيسية حول أهمية إنتاج الغذاء النباتي:
- إن عملية التمثيل الضوئي (كيف تنتج النباتات الغذاء) تزود النباتات بالتغذية اللازمة لنموها ومن ثم تنتج ثمارًا تفيد الإنسان.
- يساهم في قدرة النباتات على الحفاظ على توازن الأكسجين في الجو.
- بالإضافة إلى موازنة محتوى ثاني أكسيد الكربون.
- فلولا عملية البناء الضوئي، لما تم امتصاص ثاني أكسيد الكربون، ولما تم إنتاج الأكسجين، ولماتت جميع الكائنات الحية على الأرض.
- يعزز العلاقات التكافلية بين جميع الكائنات الحية.
- وتكمن أهمية الطريقة التي تنتج بها النباتات الغذاء من خلال عملية التمثيل الضوئي، التي تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة والتي من خلالها يمكن للنباتات والأشجار البقاء على قيد الحياة.
عملية التمثيل الضوئي
وبما أن عملية البناء الضوئي هي الجواب الوحيد على السؤال: “كيف ينتج النبات الغذاء؟”، فمن الضروري معرفة كل ما يتعلق بهذه العملية البيولوجية الهامة. ما هي أنواع عملية التمثيل الضوئي وهل توجد شروط لها وما هي نتائج هذه العملية؟
أنواع عملية البناء الضوئي
اعتمادًا على استخدام الأكسجين، يمكن تقسيم عملية التمثيل الضوئي (كيف تنتج النباتات الغذاء) إلى نوعين أساسيين:
1- التمثيل الضوئي للأكسجين
- وفي هذا النوع يتكون ما يسمى بمركبات الكربوهيدرات عن طريق تحويل جزيئات الماء إلى غاز ثاني أكسيد الكربون باستخدام طاقة ضوء الشمس.
- يتم اختزال غاز ثاني أكسيد الكربون باكتساب الإلكترونات، ويتأكسد جزيء الماء بفقد الإلكترونات.
- ثم يعد هذا النوع من التمثيل الضوئي هو النوع الأكثر انتشارا بين النباتات.
- ويلعب دوراً مهماً جداً في موازنة الدورة التنفسية في الحياة عن طريق امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وإنتاج الأكسجين في الغلاف الجوي.
- الأمثلة الرئيسية للكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي الأكسجيني هي: البكتيريا الزرقاء والطحالب.
2- البناء الضوئي غير الأكسجيني
- نوع آخر من عملية التمثيل الضوئي تنتج من خلاله النباتات الغذاء، ويعرف هذا النوع باسم آخر: “التمثيل الضوئي غير المؤكسد”، لأنه يحصل على الإلكترونات من مصادر أخرى غير الماء.
- ويتميز هذا النوع من التمثيل الضوئي بأنه لا ينتج الأكسجين ولكنه يعتمد على مصادر توفر الإلكترونات.
- ومن أمثلة الكائنات الحية من هذا النوع بكتيريا الكبريت الخضراء، التي تنتج الكبريت الصلب باستخدام غاز كبريتيد الهيدروجين في عملية التمثيل الضوئي غير المؤكسد.
شروط عملية البناء الضوئي
في الواقع، لا ينبغي لنا أن نكتفي بالإجابة على سؤال “كيف ينتج النبات الغذاء” بعملية التمثيل الضوئي، ولكن علينا أيضًا أن نفهم تحت أي ظروف تتم هذه العملية. وهم على النحو التالي:
- أشعة الشمس.
- ماء.
- غاز ثاني أكسيد الكربون.
- الصباغ الأخضر الكلوروفيل.
منتجات عملية التمثيل الضوئي
نتائج هذه العملية هي:
- غاز الأكسجين.
- ماء.
- الجلوكوز.
الكلوروفيل والتمثيل الضوئي
وفي القسم الخاص بشروط عملية التمثيل الضوئي وجدنا أيضاً وجود أصباغ الكلوروفيل، حيث يحدث التفاعل الكيميائي بين الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون في وجود الكلوروفيل. وهذا يوضح أهمية صبغة الكلوروفيل في إنتاج الغذاء للنباتات.
- يمتص صبغة الكلوروفيل الطاقة الضوئية من ضوء الشمس من أجل استخدامها في التفاعل الكيميائي.
- ثم يتم إنتاج الأكسجين والجلوكوز.
- يمتص الكلوروفيل ألوان الضوء الزرقاء والحمراء.
- ولا تمتلك صبغة الكلوروفيل القدرة على امتصاص اللون الأخضر، بل تعكسه، مما يمنح النباتات لونها الأخضر الجميل.
وإلى هنا نصل إلى نهاية هذا المقال الشيق والذي كان غنيا بالمعلومات العلمية الشيقة.