Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
يجب أن تقوم جميع الكائنات الحية بمجموعة من الوظائف الأساسية من أجل الحفاظ على نفسها. تتضمن إحدى هذه العمليات نقل المواد في جميع أنحاء الكائن الحي. لذلك ، تحتاج الكائنات الحية إلى تبادل المواد مع البيئة ، والتي يمكن رؤيتها على نطاق صغير من الخلايا التي تنقل البروتين والمواد الأخرى فيما بينها أو على نطاق أوسع مثل دورة المياه ، حيث يتحرك الماء باستمرار فوق سطح الأرض وفوقها وتحتها. في كلا المثالين ، تعد حركة المواد من منطقة إلى أخرى عملية ديناميكية تنظمها كل من المتغيرات البيئية والبيولوجية.
تنقل النباتات الوعائية ، من أصغر السراخس إلى الأخشاب الحمراء العملاقة في كاليفورنيا ، المياه والمواد القابلة للذوبان في الماء في جميع أنحاء النبات بواسطة نظام من حزم الأنسجة الوعائية التي تمتد من الجذور إلى أطراف النبات. على وجه التحديد ، يتم امتصاص الماء والمواد المغذية بواسطة شعر الجذر ونقلها عن طريق التناضح إلى نسيج النبات ، وهو أحد نظامي الأوعية الدموية الكبيرين الموجودين في النباتات. ثم يتم نقل الماء إلى أطول نقطة في النبات وإلى الخارج إلى الأوراق حيث يتم عملية التمثيل الضوئي. ومن المثير للاهتمام ، أن 1٪ فقط من المياه التي تمتصها النباتات تستخدم لعملية التمثيل الضوئي. لا يتم استخدام 99٪ الأخرى من المياه بشكل مباشر من قبل النبات ويتم فقدها من النبات بسبب التبخر أو القناة ، والمعروف أيضا باسم النتح. التبخر هو حركة الماء إلى الهواء ، حيث يشير التمسك على وجه التحديد إلى إفراز قطرات الماء من مسام النباتات. كلتا العمليتين مجتمعتين تشكلان النتح في النباتات.
تلعب أوراق النباتات دورا مهما في إطلاق المنتجات الثانوية لعملية التمثيل الضوئي من خلال ثغورها ، وهي فتحات تسمح بتبادل المواد بين النبات والغلاف الجوي. تحد الثغور خلايا حراسة تنظم عند فتح الثغور وإغلاقها. هذا هو الموقع النشط الذي تفقد فيه غالبية المياه بسبب التبخر ، وكذلك الموقع الذي يتم فيه تبادل الغازات مع الغلاف الجوي. على الرغم من أنه قد يبدو في البداية استراتيجية سيئة للنبات أن يفقد الماء بسبب التبخر ، إلا أنه لا مفر منه من أجل الحفاظ على نقل المواد والمياه في المصنع مع زيادة مدخلات الغاز إلى أقصى حد. يخلق النتح تركيزا أقل من الماء ، وبالتالي انخفاض إمكانات تناضحية في الورقة. هذه الاختلافات في تركيز الماء مسؤولة عن دفع حركة الماء إلى أوراق النبات وأيضا في إطلاق الماء في الغلاف الجوي.
تدفع إمكانات الماء امتصاص الماء من شعر الجذور وأيضا في نقل المياه إلى أطراف الأوراق. إمكانات الماء هي مقياس الطاقة الحرة للمياه ، حيث تنتقل جزيئات الماء من المناطق ذات الإمكانات المائية العالية إلى المناطق ذات الإمكانات المائية المنخفضة. عندما يكون التبخر مرتفعا في الأوراق ، فإن هذا يخلق مناطق ذات إمكانات مائية أقل ، أو مناطق بها مياه أقل ، لذلك يتم دفع الماء من الجذور والساق إلى الأوراق. تتيح خصائص التماسك والالتصاق لجزيئات الماء حركة الماء هذه. التماسك هو جذب جزيئات الماء إلى بعضها البعض والالتصاق هو جذب جزيئات الماء إلى مواد أخرى ، مثل جدران نسيج الخشب. عندما تخرج جزيئات الماء من خلال الثغور ، فإنها تسحب جزيئات الماء تحتها ، مما يتسبب في تحرك الماء نحو إمكانات مائية أقل.
تختلف الأنواع النباتية اختلافا كبيرا في خصائصها الفيزيائية وكذلك في مورفولوجيتها ووظائفها في النظام البيئي. تتشكل هذه الاختلافات بين الأنواع النباتية وكذلك أوجه التشابه بين الأنواع النباتية ذات الصلة البعيدة بمرور الوقت من خلال التطور وبشكل أكثر تحديدا من خلال الانتقاء الذي تفرضه العاشبة والملقحات والعوامل المناخية والبيئية الأخرى. لذلك ، تتأثر الاختلافات في معدلات النتح بكل من البيئة والأنواع النباتية نفسها. العوامل البيئية الرئيسية التي تدفع معدل النتح هي درجة الحرارة. تزيد درجات الحرارة المرتفعة من معدل النتح لأن الماء يفقد عن طريق التبخر بسرعة أكبر. النباتات التي تعيش في البيئات الحارة عرضة لفقدان مياه أكثر من النباتات الموجودة في المناخات الباردة. تساعد عوامل مثل توافر المياه والرياح وأشعة الشمس وغيرها أيضا في التأثير على معدل النتح في النباتات.
النباتات التي تعيش في البيئات الحارة والقاحلة لها تكيفات محددة تساعدها على التحكم في فقدان المياه ، مثل القدرة على تخزين المياه أو الحفاظ عليها. طورت مجموعة من النباتات في هذه البيئات ، والمعروفة أيضا باسم استقلاب حمض الكراسولاسي أو نباتات CAM ، استراتيجيات ، مثل فتح ثغورها فقط لتبادل الغازات في الليل من أجل تقليل فقد الماء 1 . تتضمن بعض الميزات النباتية الأخرى الخاصة بالبيئات القاحلة تقليل مساحة سطح الأوراق ، أو تقليل الثغور ، أو وجود شعر على أوراقها للحفاظ على المياه. ومع ذلك ، هناك مقايضة مع الحد من فقد المياه والحصول على معدل النتح الأمثل اللازم لعملية التمثيل الضوئي. يرتبط معدل عملية التمثيل الضوئي بمعدل نمو النبات واكتساب الطاقة ، والذي يرتبط بمعدل استهلاك المياه وفقدانها ، لذلك من المهم للغاية أن تكون النباتات قادرة على موازنة هذه المقايضة. من ناحية أخرى ، في البيئات التي لا تكون فيها المياه موردا مقيدا ، مثل الغابات الاستوائية المطيرة ، تواجه النباتات ضغوطا انتقائية مختلفة تؤدي إلى اختلافات في معدلات النتح. في هذه البيئات ، قد يفضل الانتقاء الطبيعي بدلا من ذلك الأنواع النباتية التي يمكنها نقل المياه بسرعة أكبر من أجل التفوق على جيرانها المتنافسين أو النمو طويل بما يكفي لتجنب أكلها من قبل العاشبة.
يمكن تقييم معدلات النتح بشكل غير مباشر باستخدام مقياس الضغط ، وهو جهاز يقيس معدل امتصاص الماء للنبات المورقي. افتراض قياس مقياس الضغط هو أن النتح سيؤدي إلى امتصاص الماء ، والذي يمكن تحديد كميته. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعلماء تحديد معدلات النتح النسبية للنباتات من خلال مراقبة هياكل الأوراق ، مثل أحجام وأعداد الثغور لكل وحدة مساحة.
يمكن أن يعلمنا فحص معدلات النتح النباتي ليس فقط كيفية تكيف النباتات مع البيئات المختلفة ، ولكن يمكن أن يوفر أيضا معلومات حول أفضل طريقة لزراعة المحاصيل في ظروف بيئية مختلفة لزيادة إنتاج الغذاء وتعديل استخدامنا للنباتات للتكيف مع تغير المناخ العالمي والنمو السكاني. على سبيل المثال ، تتغير معدلات النتح بسبب الاحتباس الحراري وأسباب أخرى ويمكن أن تؤثر على دورة المياه العالمية ، والتي بدورها يمكن أن تؤثر على النظم البيئية وكذلك البشر 2}. وبالتالي ، فإن فهم هذه التغييرات سيكون ضروريا لتطوير استراتيجيات لمعالجة آثارها السلبية. علاوة على ذلك ، يمكن أن تساعد دراسة معدلات النتح للمحاصيل المختلفة في تحديد المحاصيل ذات الكفاءة العالية في استخدام المياه لزيادة إنتاج الغذاء لكل وحدة مياه وتقليل الحاجة إلى الري3.
تم العثور على النباتات في كل نظام بيئي تقريبا في العالم من الصحاري إلى الغابات المعتدلة وصولا إلى قاع البحر. نتيجة للانتقاء الطبيعي ، طورت النباتات مجموعة متنوعة مذهلة من التكيفات للتعامل مع التحديات البيئية المختلفة. أحد التحديات الرئيسية التي تواجهها النباتات هو الحفاظ على الترطيب المناسب. الماء هو مورد مهم يعتمدون عليه في عملية التمثيل الضوئي والدعم الهيكلي ونقل العناصر الغذائية والجزيئات المهمة الأخرى. تتمثل إحدى الطرق التي يمكن للنباتات من خلالها التحكم في توازن الماء في تنظيم عملية تعرف باسم النتح ، وهي في الأساس تبخر الماء من الأجزاء الهوائية للنبات. يحدث فقدان الماء هذا بشكل أساسي من المسام الموجودة على الأوراق التي تسمى الثغور. لكن كيف يصل الماء إلى هنا؟
للإجابة على هذا السؤال ، دعنا ننظر عن كثب تحت الأرض. هنا يدخل الماء إلى جذور النباتات عن طريق التناضح ثم ينتقل على طول الطريق إلى الأوراق من خلال نسيج وعائي يسمى نسيج الخشب. تعرف قناة المياه هذه باسم تيار النتح. نظرا لأن جزيئات الماء تلتصق ببعضها البعض وبجدران نسيج الخشب ، عندما تتبخر من الثغور ، يتم سحب الماء من الأسفل في تيار النتح لأعلى ليحل محلها ... الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على الفغرة. يحد كل مسام فموية خليتان واقيتان يمكنهما التمدد لفتح المسام والانكماش لإغلاقها. تفتح النباتات ثغورها لامتصاص ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي وإطلاق غاز الأكسجين. يعد فقدان الماء من خلال النتح أحد الآثار الجانبية التي لا مفر منها لهذه العملية.
تمثل هذه المقايضة تحديا خاصا للنباتات التي تعيش في البيئات القاحلة ، ولذا فقد طوروا استراتيجيات لتقليل فقد المياه قدر الإمكان. تتمثل إحدى الطرق التي يمكنهم من خلالها القيام بذلك في زراعة الأوراق ذات المساحات السطحية الصغيرة ، مما يوفر مساحة صغيرة يمكن أن يحدث فيها النتح. هذا هو السبب في أن أوراق النباتات الصحراوية مثل الكريوزوت صغيرة نسبيا. لكن الذهاب إلى أبعد من ذلك ، فإن النباتات من البيئات القاحلة تحتوي أيضا على عدد أقل من الثغور لكل وحدة مساحة على أوراقها ، مما يسمح لها بتقليل فقد الماء من خلال النتح.
في المقابل ، يمكن للنباتات التي تعيش في بيئات بها مياه وفيرة مثل الغابات المطيرة أن تفقد الكثير من المياه من خلال النتح. غالبا ما تطور مثل هذه النباتات مثل هذا القلقاس أوراقا ذات مساحات سطحية كبيرة تزيد من قدرتها على اعتراض الضوء لتغذية عملية التمثيل الضوئي. تحتوي هذه النباتات أيضا على كثافة عالية من الثغور مقارنة بالنباتات من الموائل القاحلة مما يسمح لها بالحفاظ على معدلات عالية من عملية التمثيل الضوئي ودعم الأوراق والسيقان الكبيرة.
في هذا المختبر ، ستقيس معدلات النتح وتفحص تواتر ثغور الأوراق في أنواع نباتية متنوعة للكشف عن كيفية حل النباتات من الموائل المختلفة لمشكلة تنظيم النتح.
