رحلة في عالم البناء الضوئي

ماهية البناء الضوئي

يُعرف البناء الضوئي بأنه عملية كيميائية معقدة تتميز بها النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى. تهدف هذه العملية إلى تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية، وفقًا للمعادلة التالية: CO2+ 2H2O→(CH2O)+ O2+ H2O [١]. يُصنف البناء الضوئي ضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث يتأكسد الماء بوجود الضوء لإنتاج الأكسجين وأيونات الهيدروجين والإلكترونات، بينما تختزل هذه الأيونات والإلكترونات ثاني أكسيد الكربون لتحويله إلى مواد عضوية [٢].

العوامل المؤثرة على عملية البناء الضوئي

تتأثر عملية البناء الضوئي بعدة عوامل، تنقسم إلى عوامل داخلية وخارجية:

العوامل الداخلية

تشمل العوامل الداخلية تركيب الورقة (سمكها، وجود الأوبار، حجم المسام، توزيعها، تركيب النسيج المتوسط، وموضع الجسيمات في خلايا النبات) [٣]. كما تتأثر العملية بتركيز نواتج التمثيل الضوئي، فزيادة تركيزها يقلل من معدل العملية، خاصةً إذا كان انتقالها بطيئًا. وتعتمد أيضًا على حالة المادة الحية، الإنزيمات، البروتوبلازم، وخصوصًا جفاف البروتوبلازم واضطراب عمل الإنزيمات [٣].

العوامل الخارجية

من أهم العوامل الخارجية المؤثرة:

شدة الضوء:

تتناسب سرعة البناء الضوئي طرديًا مع شدة الضوء؛ فكلما زادت شدة الضوء، زادت سرعة العملية. في غياب الضوء، تصبح العملية بطيئة جدًا [٤].

ثاني أكسيد الكربون:

غاز ثاني أكسيد الكربون عامل مؤثر بشكل مباشر على البناء الضوئي، فزيادة تركيزه تزيد من معدل حدوثه [٤].

درجة الحرارة:

تؤثر درجة الحرارة على معدل البناء الضوئي. في الأجواء الباردة، يصبح المعدل منخفضًا وبطيئًا، بينما يزداد في الأجواء الحارة ويكون أكثر كفاءة [٤].

مراحل البناء الضوئي

تتم عملية البناء الضوئي على مرحلتين:

التفاعلات الضوئية:

تعتمد هذه التفاعلات على ضوء الشمس. تبدأ بسقوط الضوء على خلايا نباتية متجاورة، مكونةً نظامًا ضوئيًا داخل البلاستيدات الخضراء. عند اصطدام فوتون ضوء بإلكترون في جزيء الكلوروفيل، يقفز الإلكترون من مداره، وعند عودته يطلق الطاقة التي تُستخدم في التفاعل الكيميائي [٥].

تفاعلات حلقة كالفن:

تسمى أيضًا تفاعلات الظلام، أو دورة كالفن، وتحدث في الليل. في النباتات ذات الفلقتين (دورة الكربون الثلاثي)، وفي النباتات ذات الفلقة الواحدة (دورة هاتس-سلاك) [٦]. تختزن الطاقة الكيميائية في مركبات عضوية غنية بالطاقة، حيث تنتقل الطاقة الإلكترونية عبر جزيئات منخفضة الطاقة، منتجةً ATP و NADPH. يُستخدم جزء من الطاقة الضوئية في شطر جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين، حيث يدخل الهيدروجين في العمليات الحيوية وينطلق الأكسجين [٦]. لذا، يُنتج الأكسجين من الماء المشطور في عملية البناء الضوئي [٦].

نتائج عملية البناء الضوئي

من أهم نتائج البناء الضوئي [٢]:

• الكربوهيدرات: مثل الجلوكوز (C6H12O6) والسكروز.
• الأحماض الأمينية.
• البروتينات.
• الدهون.
• الأصباغ الخاصة بالأجزاء الخضراء.

أهمية البناء الضوئي للحياة

يُعد البناء الضوئي عملية حيوية مهمة، أهميتها تتلخص في [٧]:

• توفير نسبة عالية من الأكسجين للغلاف الجوي.
• دور رئيسي في دورة الكربون في النظام البيئي.
• توفير النباتات التي تربطها علاقات تكافلية مع البشر.
• تأثير مباشر أو غير مباشر على الحياة على الأرض، عبر تزويد الكائنات الحية بالأكسجين والغذاء من النباتات.
• تزويد الأشجار والنباتات بالطاقة اللازمة للنمو.