مقدمة
تتطلب دورة حياة النبات، بما في ذلك النمو والتطور، حدوث تحولات كيميائية وفيزيائية معقدة. تعتبر العمليات الكيميائية، مثل التمثيل الضوئي والتنفس، ضرورية لأنها تعدل التركيب الكيميائي للمواد الأساسية. هذه العمليات تحول الطاقة الضوئية والماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وسكر الجلوكوز، الذي تستخدمه النباتات كمصدر للطاقة.[1]
أما التغيرات الفيزيائية فتتجسد في عملية النتح، حيث يتم إخراج الماء الذي تمتصه الجذور من التربة، ثم يتم نقله عبر الساق والفروع إلى الأوراق، حيث يخرج على شكل بخار ماء إلى الجو. يعتبر هذا تغيراً فيزيائياً لأنه لا يغير التركيب الكيميائي للماء، بل فقط شكله الفيزيائي من سائل إلى غاز.[1]
أصناف التفاعلات الحيوية في النبات
يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية داخل النبات إلى نوعين رئيسيين، بناءً على حاجتها إلى الضوء:
التفاعلات التي تعتمد على الضوء
تحدث هذه التفاعلات داخل غشاء الثايلاكويد، وتتطلب وجود تدفق مستمر من ضوء الشمس. بمعنى آخر، لا يمكن أن تحدث هذه التفاعلات في غياب الضوء، ومن هنا جاءت تسميتها. من بين الأمثلة المعروفة عليها تفاعل التمثيل الضوئي من نوع C3.[2]
التمثيل الضوئي هو عملية يتم من خلالها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية بواسطة النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى التي تصنف على أنها “ذاتية التغذية”.[3]
تتم هذه العملية في النباتات عن طريق تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) والمعادن، باستخدام الطاقة الضوئية الممتصة من أشعة الشمس، إلى أكسجين ومركبات عضوية غنية بالطاقة تسمى الجلوكوز، والتي يتم تخزينها في روابط كيميائية داخل النبات. الصبغة المسؤولة عن امتصاص الطاقة الشمسية تسمى صبغة الكلوروفيل. وتتم هذه العملية بنوعين أحدهما C3 والآخر C4.[3]
يستخدم التمثيل الضوئي من نوع C3 من قبل معظم النباتات. تنتج هذه العملية، خلال دورة كالفين، مركب كربوني ثلاثي الذرات يسمى “حمض الفوسفوجليسيريك”، والذي يتحول إلى سكر الجلوكوز.[3]
التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء
تحدث التفاعلات المستقلة عن الضوء، والتي تعرف أيضاً باسم دورة كالفين، في الفراغ بين أغشية الثايلاكويد وأغشية البلاستيدات الخضراء، وتسمى “السدى”. لا يتطلب حدوث هذه التفاعلات وجود الضوء، ومن هنا جاءت تسميتها.[2]
خلال هذه التفاعلات، يتم استخدام الطاقة من جزيئات ATP و NADPH لتجميع جزيئات الكربوهيدرات مثل الجلوكوز من مركب ثاني أكسيد الكربون. تجدر الإشارة إلى أن صبغة الكلوروفيل مسؤولة عن تجميع الطاقة الشمسية في جزيئات ATP و NADPH. من بين الأمثلة المعروفة عليها تفاعل التمثيل الضوئي من نوع C4.[2]
أثناء هذا التفاعل، ينتج مركب وسيط مكون من 4 ذرات كربون ينقسم إلى ثاني أكسيد الكربون ومركب ثلاثي ذرات الكربون خلال دورة كالفين. يتميز التمثيل الضوئي من نوع C4 بأنه يسمح للنبات بالنمو في البيئات التي لا يتوفر فيها الكثير من الضوء أو الماء.[2]
أهمية العمليات الكيميائية في النبات
قد تبدو العمليات الكيميائية داخل النبات مجرد وسيلة ذاتية للحصول على الغذاء والطاقة، ولكنها أكثر من ذلك بكثير. فهي تحافظ على الحياة بجميع أشكالها على سطح الأرض، ولها تأثير كبير على الغلاف الجوي والمحيطات، وذلك لأنها تخلصنا من ثاني أكسيد الكربون عن طريق امتصاصه من الجو وإطلاق الأكسجين.[4]
النباتات هي الوحدات الأساسية في قاعدة السلسلة الغذائية والمصدر الأول للغذاء. عند فقدانها، ستنقرض جميع الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان، باستثناء البكتيريا اللاهوائية التي يمكنها العيش بدون أكسجين والتي لا تعتمد على النباتات في غذائها، بالإضافة إلى عدد قليل من الكائنات الأخرى.[4]
الطاقة الناتجة عن هذه التفاعلات على مدى ملايين السنين هي المسؤولة عن الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم الحجري)، الذي يغذي قطاع الصناعة وغيرها. هناك العديد من التأثيرات الأخرى لهذه التفاعلات التي لا يمكننا تلخيصها في هذه المقالة.[4]
