التبادل الغازي وعملية التنفس في النباتات الخضراء

مقدمة حول التبادل الغازي في النبات

تعتبر النباتات، شأنها شأن جميع الكائنات الحية، كائنات حية تنمو وتتكاثر وتستمد طاقتها من خلال عملية التنفس. هذه العملية عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية المعقدة التي تهدف إلى إنتاج الطاقة الضرورية لبقاء الكائن الحي. خلال هذه العملية الحيوية، يتم نقل الهواء من البيئة الخارجية إلى داخل النبات عبر هياكل وأنسجة متخصصة. على عكس الحيوانات التي تعتمد على أعضاء تنفسية محددة كالرئتين، تعتمد النباتات على آليات مختلفة لإتمام عملية التبادل الغازي.

تتميز النباتات بعدم وجود جهاز تنفسي متخصص، ولكنها تعوض ذلك بوجود هياكل مثل الثغور الموجودة على الأوراق والأنسجة المسامية أو العدسية الموجودة على السيقان. هذه الهياكل تلعب دورًا حاسمًا في عملية تبادل الغازات الضرورية لحياة النبات.

آليات التنفس في النباتات الخضراء

تعتمد النباتات الخضراء على عدة طرق لإجراء عملية التنفس، وفيما يلي شرح تفصيلي لهذه الطرق:

التنفس عن طريق الثغور الورقية

تتنفس النباتات عبر جميع أجزائها، بما في ذلك الأوراق والسيقان والجذور. ومع ذلك، تتم عملية التنفس في النبات بوتيرة أبطأ مقارنة بالإنسان والحيوان. تلعب الثغور الموجودة في الأوراق دورًا حيويًا في هذه العملية. تتكون الثغور من خليتين حارستين متقابلتين، تتمددان لإدخال الأكسجين. هذه الخلايا الحارسة تتلاصق مرة أخرى لإغلاق الفتحة بعد انتهاء عملية التبادل الغازي.

الخلايا النباتية محاطة بجدار خلوي يوفر الدعم والحماية. عندما يتعرض النبات لمؤثرات مثل الضوء، يزداد الضغط داخل الخلايا الحارسة، مما يؤدي إلى فتح الثغور ودخول الغازات. بعد ذلك، تغلق الثغور مرة أخرى. تفتح الثغور أثناء التنفس لدخول الأكسجين وإخراج ثاني أكسيد الكربون في نفس اللحظة، ثم تنغلق. هذه الآلية المعقدة لا تزال قيد الدراسة من قبل العلماء.

التنفس من خلال السيقان

في النباتات الصغيرة، ينتشر الهواء عبر الثغور المسامية في أجزاء الخلية المختلفة لإتمام عملية التنفس. وبالمثل، ينتشر ثاني أكسيد الكربون الذي يتم إطلاقه عبر الثغور ليخرج من النبات. أما في النباتات الكبيرة ذات السيقان الخشبية، فتعتمد عملية التنفس على تبادل الغازات عبر الأنسجة العدسية الموجودة في السيقان.

التنفس عبر الجذور

تمتص الجذور الأكسجين من الفراغات الموجودة في التربة. يستخدم هذا الأكسجين لتوليد الطاقة اللازمة لنقل الأملاح والمواد العضوية إلى باقي أجزاء النبات. بما أن النبات يطلق ثاني أكسيد الكربون ليلاً فقط، فإنه لا ينصح بالنوم تحت شجرة أو بالقرب من النباتات؛ لتجنب التعرض لخطر الاختناق بسبب الكميات الكبيرة من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تنفس النبات.

العوامل المؤثرة على وتيرة التنفس

تتأثر عملية التنفس في النبات بعدة عوامل، منها:

• درجة حرارة البيئة: كلما كانت درجة الحرارة المحيطة بالنبات منخفضة، كانت عملية التنفس أكثر كفاءة وأقل ضررًا، خاصة خلال الليل عندما لا تتم عملية التمثيل الضوئي. الليل الدافئ يزيد من وتيرة التنفس، مما يؤدي إلى إجهاد النبات وتأثير سلبي على نموه وإنتاجه.
• نفاذية التربة والمسامية: يؤثر تنفس الجذور بشكل كبير على نمو النبات. التربة ذات المسامات العالية تحتوي على كميات أكبر من الأكسجين، مما يسهل عملية التنفس للجذور.
• كمية مياه الري: يستطيع النبات تنفس الأكسجين المذاب في الماء، ولكن بجهد أكبر وكميات أقل مقارنة بالأكسجين الموجود في الهواء. يجب مراعاة درجة حرارة الوسط الذي تنمو فيه الجذور، حيث أن الحرارة المرتفعة تقلل من كمية الأكسجين المذاب. يجب تكرار الري بنسب مناسبة لتجديد الماء بعد استهلاك الأكسجين المذاب.

التنفس وعلاقته بالتمثيل الضوئي

خلال عملية التنفس، يمتص النبات الأكسجين من الهواء في جميع أوقات اليوم ليتفاعل مع السكر الناتج عن عملية التمثيل الضوئي التي تحدث خلال النهار. ينتج عن هذا التفاعل الطاقة اللازمة لحياة النبات. المعادلة التالية توضح هذه العملية:

(طاقة)C6H12O6+ 6O2→ 6CO2+ 6H2O + 32 ATP

عملية التمثيل الضوئي هي عملية صنع الغذاء في النباتات وتحدث خلال النهار في الأوراق والسيقان الخضراء. خلال هذه العملية، يمتص النبات ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويطلق الأكسجين. فيما يلي أهم الفروقات بين عمليتي التنفس والتمثيل الضوئي في النباتات:

المراجع

1. Byjus (23/1/2022),”Respiration in plants”,Byjus, Retrieved 23/1/2022. Edited.
2. John Innes Centre (17/1/2018),”?How do plants breathe”,John Innes Centre, Retrieved 23/1/2022. Edited.
3. Jose Chen Lopez (28/4/2021),”Basics of Plant Respiration”,Promix, Retrieved 23/1/2022. Edited.