Back to chapter

34.10:

الحصول على الضوء

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Light Acquisition

Languages

Share

تظهر النباتات تنوعاًملفتاًللنظر في شكل الورق وحجمها واتجاهها. تنمو أوراق نبتة الزينة جونيرا طويلة الأكمام الروبراب أفقياًوتصل وتمتد لتصل حتى 2.5 مترا مضروبة في 4 متر. بينما ينمو بعض الأعشاب شفرات قصيرة عمودية على الأرض.لماذ يوجد مثل هذا التنوع في شكل الورقة؟ضوؤ الشمس هو عامل رئيسي لتكشل السكر خلال عملية التمثيل الضوئي. وبالتالي،تحتاج النباتات الى التقاط ضوء الشمس بفعالية لتزهر. الأوراق هي هياكل نباتية متخصصة.مجتمعة مع البلاستيدات-التي تحتوي خلايا تلتقط أشعة الشمس. في العموم،تلتقط الأوراق الأكبر في النباتات الأطول طاقة ضوء أكبر. ورغم ذلك،تفقد الأوراق الكبير ماء أكبر للتبخر وزيادة طلب الماء بشكل عام.بينما تواجه النباتات الطويلة منافشة أقل للضوء التي تحتاجة الجذور الرئيسية والتكيفات لنقل الماء لمسافات طويلة. تنتشر الأوراق الكبيرة في البيئات الرطبة؛على سبيل المثال تستوطن نباتات الربارب العملاقة في غابات البرازيل الجبلية الماطرة. وعلى عكس ذلك،طورت النباتات التي تعيش في البيئات الجافة استراتيجيات لتقليل فقدانها للماء بأكبر قدر ممكن.لهذا السبب فإن أوراق النباتات الصحراوية مثل نبات الكريوسوت صغيرة نسبياًمما يوفر مساحة سطح أقل. يساعد نمط الفيلاتاكسي،أو ترتيب الأوراق على جذع الأوراق على التقاط الضوء بشكل مثالي. في كاسيات البذور،تترتب الأوراق غالباًبطريقة من ثلاث طرق:المجعدة أو البديلة أو العكسية.يمكن تقدير فعالية التقاط الضوء عن طريق تحديد مؤشر مساحة الورقة. مؤشر مساحة الورقة هي مساحة السطح لجميع الأوراق فيما يتعلق بالمساحة الأرضية تحت النبتة. النباتات التي تكون مؤشرات مساحة الورقة لها بحوالي 7 توضّح التقاطاًضوءاًفعالاًتنتج الأوراق الإضافية والمؤشرات الأعلى إلى التظليل وتقليم الأوراق المنخفضة.يتشكل حجم وشكل الورقة باختيار الضغوط المفروضة من قبل البيئة وعن طريق تاريخ التطوري الفريد لأنواع النبات. مما يؤدي إلى تنوع هياكل الورقة التي تلتقط ضوء الشمس بفعالبة وتقوم بعملية التمثيل الضوئي.

34.10:

الحصول على الضوء

من أجل إنتاج الجلوكوز ، تحتاج النباتات لالتقاط طاقة ضوئية كافية. طورت العديد من النباتات الحديثة أوراقاً مخصصة لاكتساب الضوء. يمكن أن يكون عرض الأوراق مليمترات فقط أو عرض عشرات الأمتار ، حسب البيئة. بسبب التنافس على ضوء الشمس ، أدى التطور إلى تطور أوراق أكبر ونباتات أطول بشكل متزايد ، لتجنب التظليل من قبل جيرانهم من خلال توضيح بنية الجذر وآليات نقل المياه والمغذيات.

نظراً لأن الأوراق الأكبر حجماً تكون أكثر عرضة لفقدان الماء ، فإن الأوراق الأكبر توجد عادةً في النباتات التي تكثر فيها الأمطار. في البيئات الأكثر جفافاً ، توجد البلاستيدات الخضراء من العصارة في ساق النبات ، مما يقلل من التبخر. يمكن أن يؤثر اتجاه الأوراق نحو الشمس أيضاً على اكتساب الضوء. في البيئات المشمسة بشكل استثنائي ، تكون الأوراق الأفقية عرضة للجفاف المفرط. في هذه البيئات ، مثل تلك الموجودة في الأراضي العشبية ، قد يتم توجيه الأوراق عمودياً لالتقاط الضوء عندما تكون الشمس منخفضة في السماء ، وبالتالي تقلل أضرار أشعة الشمس.

يمكن أيضاً تحسين التقاط الضوء من خلال وضع أوراق النبات بالنسبة للساق ؛ يسمى ترتيب الأوراق على الجذع انتظام الأوراق. يصف انتظام الأوراق البديل السيناريو الذي تظهر فيه ورقة واحدة من موضع واحد على الساق. تظهر بعض النباتات أوراق متعاكسة ، حيث تظهر ورقتان في اتجاهين متعاكسين من نفس الموقع. يحدث الترتيب الدائري للأوراق عندما تظهر عدة أوراق من نفس النقطة على الساق. يتحكم هرمون الأوكسين النباتي في النمط الذي تظهر فيه الأوراق من جذع النبات.

مؤشر مساحة الورقة (LAI) هو تمثيل لكفاءة التقاط الضوء. من خلال قياس مساحة السطح الأفقية أحادية الجانب للأوراق على النبات وتقسيمها على مساحة الأرض الأفقية التي يغطيها النبات ، يتم إنشاء نسبة. عادة ، يشير مؤشر مساحة الورقة الأعلى إلى التقاط ضوء أكثر كفاءة. ومع ذلك ، يبدو أن أكثر من سبعة في مؤشر مساحة الورقة يتسبب في تظليل وتقليم الأوراق السفلية ، وليس له تأثير إضافي على اكتساب الضوء. من الناحية العملية ، غالباً ما يتم قياس مؤشر مساحة الورقة عبر التصوير بالأقمار الصناعية ويستخدم لقياس إنتاجية النظام البيئي.

Suggested Reading

Traas, J. Phyllotaxis. Development. 2013 Jan 15;140(2):249-53. [Source]

Blancon, J. et al. A High-Throughput Model-Assisted Method for Phenotyping Maize Green Leaf Area Index Dynamics Using Unmanned Aerial Vehicle Imagery. Front Plant Sci. 2019 Jun 6;10:685. [Source]