عرض ملخص الودحة السابعة
📝 ملخص الوحدة
🌿 الوحدة السابعة: التغذية في النبات 🌿
Plant Nutrition | الأحياء - الصف التاسع - الفصل الدراسي الثاني
أنواع التغذية
تحتاج جميع الكائنات الحية إلى تناول مواد غذائية متنوعة، أو تُستخدم بعض هذه المواد الغذائية لبناء أجزاء جديدة، أو لتعويض الأجزاء القديمة من أجسامها، أو لتحرير الطاقة اللازمة.
1. المواد العضوية (Organic Substances)
لا يستطع أيّ من الحيوانات والفطريات، وكذلك الإنسان، أن يصنع غذاءه بنفسه، فهو يتغذّى على المواد العضوية (الكربوهيدرات والبروتينات والدهون) التي تصنعها النباتات. تتغذّى بعض الحيوانات على حيوانات أخرى، ولكن جميع المواد العضوية التي تنتقل من حيوان إلى آخر تعود أساساً إلى النباتات.
2. المواد غير العضوية (Inorganic Substances)
تقوم النباتات بصنع غذائها بنفسها وتتغذّى فقط على المواد غير العضوية البسيطة لبناء مواد مُعقّدة، فتحتاج الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء والأملاح المعدنية التي تحصل عليها من الهواء والتربة.
- المواد العضوية (Organic Substances): هي مواد كيميائية مصدرها موادّ حية، كالكربوهيدرات والبروتينات والدهون
- المواد غير العضوية (Inorganic Substances): هي موادّ كيميائية بسيطة من مصادر غير حية، كالماء والأملاح المعدنية وثاني أكسيد الكربون
التمثيل الضوئي (Photosynthesis)
متطلبات عملية التمثيل الضوئي
- ثاني أكسيد الكربون (CO₂): يدخل من الهواء عبر الثغور
- الماء (H₂O): يمتصه النبات من التربة عبر الجذور
- ضوء الشمس: مصدر الطاقة اللازمة للعملية
- الكلوروفيل (Chlorophyll): الصبغة الخضراء الموجودة في البلاستيدات الخضراء
معادلة التمثيل الضوئي
6CO₂ + 6H₂O + ضوء الشمس
↓ (كلوروفيل)
C₆H₁₂O₆ + 6O₂
ثاني أكسيد الكربون + الماء + ضوء الشمس → جلوكوز + أكسجين
مراحل عملية التمثيل الضوئي
- يمتصّ الكلوروفيل ضوء الشمس في البلاستيدات الخضراء
- يُستخدم ضوء الشمس لتفكيك جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين
- يتحد الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين الجلوكوز
- ينطلق الأكسجين كناتج ثانوي إلى الهواء
- يُخزّن الجلوكوز كمصدر للطاقة أو يُستخدم في بناء مواد عضوية أخرى
- إنتاج الغذاء (الجلوكوز) للنبات
- إنتاج الأكسجين اللازم للتنفس
- امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الجو
- مصدر الطاقة الأساسي لجميع الكائنات الحية
الكلوروفيل
لا يكتفي سقوط أشعة الشمس على الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون لكي يتفاعلا معاً لإنتاج الجلوكوز، بل يجب امتصاص طاقة ضوء الشمس، ثم استخدامها في التفاعل. ويتحقق ذلك بمساعدة صبغة خضراء تسمّى الكلوروفيل (Chlorophyll).
الكلوروفيل صبغة خضراء اللون تمتصّ اللون الأحمر والأزرق من الطيف الضوئي، وتوجد داخل البلاستيدات الخضراء في الخلايا النباتية.
فعندما يسقط ضوء الشمس على جزيء الكلوروفيل، يمتص ض وء الشمس على جزيء الكلوروفيل، يمتص بعضاً منه وخاصة من طرفي الطيف الأحمر والأزرق.
تركيب الورقة
تحدث عملية التمثيل الضوئي داخل البلاستيدات الخضراء، حيث تتوفر المواد الأولية اللازمة المتمثلة بـ:
- ثاني أكسيد الكربون من الهواء
- الماء الذي يمتصه النبات من التربة
- ضوء الشمس
الأوراق
تمتاز النباتات ذات الأوراق المفلطحة بأوراق عريضة ورقيقة، تتكون الورقة من الأجزاء التالية:
| الجزء | الوصف | الوظيفة |
|---|---|---|
| النصل | الجزء العريض المفلطح من الورقة | امتصاص ضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي |
| العنق | الجزء الذي يصل النصل بالساق | دعم الورقة وربطها بالساق |
| العروق | حزم وعائية تمتد في نصل الورقة | نقل الماء والمواد الغذائية |
التركيب الداخلي للورقة
تتكون الورقة من عدة طبقات:
1. البشرة العليا (Upper Epidermis)
- طبقة واحدة من خلايا شفافة عديمة اللون
- مغطاة بطبقة شمعية تسمى الكيوتيكل (Cuticle)
- تحمي الورقة من فقدان الماء
2. النسيج الوسطي (Mesophyll)
أ. النسيج العمادي (Palisade Mesophyll)
- يقع أسفل البشرة العليا مباشرة
- خلايا أسطوانية الشكل مرتبة بإحكام
- تحتوي على عدد كبير من البلاستيدات الخضراء
- موقع رئيسي لعملية التمثيل الضوئي
ب. النسيج الإسفنجي (Spongy Mesophyll)
- يقع أسفل النسيج العمادي
- خلايا غير منتظمة الشكل مع فراغات هوائية
- يحتوي على بلاستيدات خضراء أقل
- يساعد في تبادل الغازات
3. الثغور (Stomata)
- فتحات صغيرة في البشرة السفلى
- يحيط بكل ثغر خليتان حارستان (Guard Cells)
- تنظم فتح وإغلاق الثغر
- تسمح بدخول ثاني أكسيد الكربون وخروج الأكسجين وبخار الماء
4. الحزم الوعائية (Vascular Bundles)
- الخشب (Xylem): ينقل الماء والأملاح من الجذور إلى الأوراق
- اللحاء (Phloem): ينقل المواد الغذائية المصنعة من الأوراق إلى باقي أجزاء النبات
- سطح عريض ومسطح لزيادة مساحة امتصاص الضوء
- رقيقة لتقليل المسافة التي تقطعها الغازات
- تحتوي على ثغور لتبادل الغازات
- خلايا عمادية غنية بالكلوروفيل
- فراغات هوائية لتسهيل انتشار الغازات
- حزم وعائية لنقل الماء والمواد الغذائية
العوامل المؤثرة على معدل التمثيل الضوئي
1. شدة الضوء
كلما زادت شدة الضوء، زاد معدل التمثيل الضوئي حتى نقطة معينة (نقطة التشبع الضوئي)، بعدها لا يزيد المعدل حتى لو زادت شدة الضوء.
- في الضوء الخافت: معدل التمثيل الضوئي منخفض
- عند زيادة شدة الضوء: يزداد المعدل تدريجياً
- عند نقطة التشبع: يصل المعدل إلى أقصاه
- بعد نقطة التشبع: لا يزيد المعدل مهما زادت الشدة
2. تركيز ثاني أكسيد الكربون
الهواء الجوي يحتوي على حوالي 0.04% من ثاني أكسيد الكربون. زيادة التركيز تؤدي إلى زيادة معدل التمثيل الضوئي حتى نقطة معينة.
- التركيز الطبيعي (0.04%): معدل تمثيل ضوئي عادي
- زيادة التركيز: يزيد معدل التمثيل الضوئي
- التركيز العالي جداً: قد يضر بالنبات
3. درجة الحرارة
التمثيل الضوئي عملية تتحكم فيها الإنزيمات، لذلك تتأثر بدرجة الحرارة.
- درجة حرارة منخفضة (أقل من 10°م): معدل بطيء جداً
- درجة حرارة مثلى (25-35°م): أعلى معدل للتمثيل الضوئي
- درجة حرارة مرتفعة (أكثر من 40°م): تتلف الإنزيمات ويتوقف التمثيل الضوئي
العلاقة بين العوامل الثلاثة:
يعتمد معدل التمثيل الضوئي على العامل المحدد (Limiting Factor)، وهو العامل الذي يكون عند أقل مستوى له. حتى لو توفرت العوامل الأخرى بمستويات عالية، فإن المعدل يتحدد بالعامل الأقل.
مثال: إذا كان الضوء ساطعاً ودرجة الحرارة مثالية، لكن تركيز CO₂ منخفض، فإن معدل التمثيل الضوئي سيكون محدوداً بسبب نقص CO₂.
4. توافر الماء
الماء ضروري لعملية التمثيل الضوئي، لكن نقصه الشديد يؤدي إلى:
- ذبول النبات وإغلاق الثغور
- انخفاض امتصاص ثاني أكسيد الكربون
- توقف عملية التمثيل الضوئي
5. كمية الكلوروفيل
- الأوراق الخضراء الداكنة تحتوي على كلوروفيل أكثر
- معدل تمثيل ضوئي أعلى في الأوراق الغنية بالكلوروفيل
- نقص المغنيسيوم يؤدي إلى نقص الكلوروفيل (الاصفرار)
نشاط عملي: تأثير شدة الضوء على معدل التمثيل الضوئي
الأدوات المطلوبة:
- نبات مائي (مثل الإيلوديا)
- أنبوب اختبار
- قمع زجاجي
- ماء
- مصباح
- مسطرة
الخطوات:
- ضع النبات المائي في وعاء من الماء
- ضع القمع المقلوب فوق النبات
- املأ أنبوب الاختبار بالماء وضعه مقلوباً على القمع
- ضع المصباح على مسافات مختلفة (10، 20، 30، 40، 50 سم)
- سجّل عدد الفقاعات في 30 ثانية لكل مسافة
النتائج المتوقعة:
| المسافة (سم) | شدة الضوء | عدد الفقاعات | معدل التمثيل الضوئي |
|---|---|---|---|
| 10 | عالية جداً | 105 | مرتفع جداً |
| 20 | عالية | 106 | مرتفع |
| 30 | متوسطة | 81 | متوسط |
| 40 | منخفضة | 40 | منخفض |
| 50 | منخفضة جداً | 28 | منخفض جداً |
التغذية المعدنية
بالإضافة إلى الماء وثاني أكسيد الكربون، يحتاج النبات إلى عناصر معدنية (أملاح معدنية) لنموه الصحي.
العناصر الكبرى (Macro-nutrients)
يحتاجها النبات بكميات كبيرة:
| العنصر | الرمز | الأهمية | أعراض النقص |
|---|---|---|---|
| النيتروجين | N | تكوين البروتينات والأحماض النووية، نمو الأوراق | اصفرار الأوراق القديمة، نمو ضعيف |
| الفوسفور | P | تكوين الحمض النووي، نقل الطاقة | أوراق أرجوانية، جذور ضعيفة |
| البوتاسيوم | K | تنظيم فتح وإغلاق الثغور، نقل المواد | حواف الأوراق بنية، ضعف عام |
| الكالسيوم | Ca | تكوين الجدر الخلوية، نمو الجذور | تشوه الأوراق الحديثة |
| المغنيسيوم | Mg | جزء من الكلوروفيل | اصفرار بين عروق الأوراق |
العناصر الصغرى (Micro-nutrients)
يحتاجها النبات بكميات قليلة جداً، لكنها ضرورية:
- الحديد (Fe): ضروري لتكوين الكلوروفيل
- الزنك (Zn): يساعد في نمو البراعم
- المنغنيز (Mn): ضروري للتمثيل الضوئي
- النحاس (Cu): يساعد في التنفس
- البورون (B): ضروري لنمو الجذور
- النقص في أي عنصر يؤدي إلى أعراض مرضية محددة
- الإفراط في التسميد يمكن أن يضر بالنبات والبيئة
- يجب استخدام الأسمدة بحكمة وبكميات مناسبة
دور العناصر المعدنية
النيتروجين (N)
الوظائف الرئيسية:
- مكون أساسي للبروتينات
- مكون للأحماض النووية (DNA و RNA)
- مكون للكلوروفيل
- ضروري لنمو الأوراق والسيقان
أعراض النقص: اصفرار الأوراق القديمة أولاً (تبدأ من القاعدة)، نمو بطيء، نبات ضعيف
المغنيسيوم (Mg)
الوظائف الرئيسية:
- جزء أساسي من جزيء الكلوروفيل
- ضروري لعملية التمثيل الضوئي
- يساعد في نقل الفوسفات
أعراض النقص: اصفرار بين العروق في الأوراق القديمة (العروق تبقى خضراء)
الفوسفور (P)
الوظائف الرئيسية:
- مكون للأحماض النووية
- مكون لجزيء ATP (نقل الطاقة)
- يساعد في نمو الجذور والأزهار
أعراض النقص: أوراق أرجوانية اللون، نمو بطيء، جذور ضعيفة
أسئلة متوقعة مع الإجابات
السؤال 1: ما هي معادلة التمثيل الضوئي؟
6CO₂ + 6H₂O + ضوء الشمس → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
ثاني أكسيد الكربون + الماء + ضوء الشمس (بوجود الكلوروفيل) → جلوكوز + أكسجين
السؤال 2: ما هي وظيفة الكلوروفيل في عملية التمثيل الضوئي؟
الكلوروفيل صبغة خضراء توجد في البلاستيدات الخضراء، وظيفتها:
- امتصاص ضوء الشمس (خاصة الضوء الأحمر والأزرق)
- تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية
- استخدام هذه الطاقة في تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز
السؤال 3: اذكر ثلاثة تكيفات للورقة تساعدها على القيام بعملية التمثيل الضوئي.
- السطح العريض المسطح: يزيد من مساحة امتصاص ضوء الشمس
- الرقة: تقلل المسافة التي يجب أن تنتشر فيها الغازات، مما يسرّع التبادل الغازي
- وجود الثغور: تسمح بدخول ثاني أكسيد الكربون وخروج الأكسجين وبخار الماء
- النسيج العمادي: يحتوي على عدد كبير من البلاستيدات الخضراء
- الفراغات الهوائية: تسهل انتشار الغازات داخل الورقة
- الحزم الوعائية: تنقل الماء والأملاح والمواد الغذائية
السؤال 4: اشرح كيف تؤثر شدة الضوء على معدل التمثيل الضوئي.
تؤثر شدة الضوء على معدل التمثيل الضوئي كالتالي:
- عند شدة ضوء منخفضة: يكون معدل التمثيل الضوئي منخفضاً
- عند زيادة شدة الضوء: يزداد معدل التمثيل الضوئي تدريجياً
- عند نقطة التشبع الضوئي: يصل معدل التمثيل الضوئي إلى أقصاه
- بعد نقطة التشبع: لا يزيد المعدل حتى لو زادت شدة الضوء، لأن عوامل أخرى (مثل CO₂ أو الإنزيمات) تصبح محددة
السبب: الضوء يوفر الطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي، لكن بعد نقطة معينة تصبح عوامل أخرى هي المحددة للمعدل.
السؤال 5: ما هي أعراض نقص النيتروجين في النباتات؟
أعراض نقص النيتروجين:
- اصفرار الأوراق: خاصة الأوراق القديمة (السفلية) أولاً
- نمو بطيء وضعيف: لأن النيتروجين ضروري لتكوين البروتينات
- نبات صغير الحجم: بسبب ضعف النمو
- قلة الإنتاج: انخفاض في كمية الثمار أو البذور
السبب: النيتروجين مكون أساسي للبروتينات والكلوروفيل والأحماض النووية.
السؤال 6: قارن بين النسيج العمادي والنسيج الإسفنجي في الورقة.
| وجه المقارنة | النسيج العمادي | النسيج الإسفنجي |
|---|---|---|
| الموقع | أسفل البشرة العليا مباشرة | بين النسيج العمادي والبشرة السفلى |
| شكل الخلايا | أسطوانية مرتبة بإحكام | غير منتظمة مع فراغات كبيرة |
| عدد البلاستيدات | كثيرة جداً | أقل من العمادي |
| الوظيفة الرئيسية | التمثيل الضوئي | تبادل الغازات والتمثيل الضوئي |
السؤال 7: ما هي وظيفة الثغور؟ وكيف تنظم الخلايا الحارسة فتح وإغلاق الثغر؟
وظيفة الثغور:
- دخول ثاني أكسيد الكربون اللازم للتمثيل الضوئي
- خروج الأكسجين الناتج من التمثيل الضوئي
- خروج بخار الماء (النتح)
آلية التنظيم بواسطة الخلايا الحارسة:
- عند فتح الثغر: تمتص الخلايا الحارسة الماء، فتنتفخ وتتقوس، مما يفتح الثغر
- عند إغلاق الثغر: تفقد الخلايا الحارسة الماء، فتصبح مسطحة، مما يغلق الثغر
- عادةً تفتح الثغور نهاراً (للتمثيل الضوئي) وتغلق ليلاً (لتقليل فقد الماء)
السؤال 8: اشرح مفهوم "العامل المحدد" في التمثيل الضوئي.
العامل المحدد (Limiting Factor): هو العامل الذي يكون عند أقل مستوى له من بين العوامل المؤثرة، ويحدد معدل التمثيل الضوئي.
الشرح:
- التمثيل الضوئي يتأثر بعدة عوامل: الضوء، CO₂، درجة الحرارة، الماء
- معدل التمثيل الضوئي يتحدد بالعامل الأقل توفراً
- حتى لو كانت العوامل الأخرى متوفرة بكثرة، فإن المعدل لن يزيد إلا إذا زاد العامل المحدد
مثال:
إذا كان الضوء ساطعاً ودرجة الحرارة مثالية (30°م)، لكن تركيز CO₂ منخفض (0.02%)، فإن CO₂ هو العامل المحدد. زيادة شدة الضوء أو درجة الحرارة لن تزيد من معدل التمثيل الضوئي، بل يجب زيادة CO₂.
السؤال 9: لماذا يحتاج النبات إلى المغنيسيوم؟ وماذا يحدث عند نقصه؟
أهمية المغنيسيوم:
- المغنيسيوم جزء أساسي من جزيء الكلوروفيل
- بدون المغنيسيوم، لا يستطيع النبات تكوين الكلوروفيل
- ضروري لعملية التمثيل الضوئي
- يساعد في نقل الفوسفات داخل النبات
أعراض نقص المغنيسيوم:
- اصفرار بين العروق: تظهر الأوراق القديمة اصفراراً بين العروق، بينما تبقى العروق خضراء
- انخفاض في معدل التمثيل الضوئي
- ضعف النمو
ملاحظة: الاصفرار يبدأ من الأوراق القديمة (السفلية) لأن النبات ينقل المغنيسيوم من الأوراق القديمة إلى الأوراق الحديثة.
السؤال 10: ما الفرق بين المواد العضوية والمواد غير العضوية؟ أعط أمثلة.
| وجه المقارنة | المواد العضوية | المواد غير العضوية |
|---|---|---|
| التعريف | مواد كيميائية مصدرها كائنات حية | مواد كيميائية بسيطة من مصادر غير حية |
| التركيب | معقدة، تحتوي على كربون | بسيطة، قد لا تحتوي على كربون |
| أمثلة | الكربوهيدرات (جلوكوز، نشا) البروتينات الدهون |
ثاني أكسيد الكربون (CO₂) الماء (H₂O) الأملاح المعدنية (نيتروجين، فوسفور، بوتاسيوم) |
| من يصنعها؟ | النباتات تصنعها من المواد غير العضوية | موجودة في الطبيعة (هواء، تربة، ماء) |
| استخدامها | مصدر للطاقة والنمو | مواد خام لصنع المواد العضوية |