Back to chapter

34.11:

الحصول على الماء والمعادن

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

Languages

Share

يشكّل الماء أكثر من 80%من كتلة معظم النباتات. وهو مكون أساسي لعملية التمثيل الضوئي والأيض ونقل المواد الغذائية والجزيئات الأخرى. والمواد الغذائية غير العضوية هي كذلك مهمة لنمو النبات والتكاثر.على سبيل المثال،فإن النتروجين هو عنصر أساسي للجزيئات الحيوية الرئيسية مثل الأحماض الأمينية. بينما البوتاسيوم مهم لفتح وغلق الفوهات. كيف تمتص النباتات بشكل موثوق به المواد الغذائية وكميات كبيرة من الماء؟تحصل معظم النباتات على الماء والمعادن من التربة التي تقع جذورها فيها.تطلق جذور النباتات أيونات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء. مما يشكّل أنيون ثنائي الكربونات وأيونات هيدروجين الإضافية.ترتبط أيونات الهيدروجين بأجزاء التربة المشحونة بشحنات سالبة والتي تطلق أيونات مشحونة بشحنات موجبة مثل البوتاسيوم إلى محلول التربة. تسمى هذه العملية التبادل الكاتيوني ويوفر المواد الغذاية للنبتة. هيكل الجذر وأنماط التفريع أساسية لأخذ الماء والمواد الغذائية.على سبيل المثال،الطبقة الخارجية للخلايا المتصلة بالتربة تشكّل شعيرات جذرية صغيرة. تمتلك الخلايا المتخصصة مساحة سطح كبيرة تمتص الماء من خلال كل من العمليات النشطة والسلبية أو الخاملة. على سبيل المثال،فإن الماء والمواد الغذائية الذائبة يمكن أن تنتشر بشكل سلبي إلى الممر الخلوي الغشائي الذي يكوّن جميع جدران الخلية والفراغات بين الخلايا.يسمى الفراغ في غشاء الخلية السيمبلاست. يدخل الماء الى السيمبلاست عن طريق الخاصية الأسموزية عبر غشاء الخلية،بينما يتم أخذ المواد الغذائية عن طريق النقل النشط. عند دخول الماء والمعادن إلى السيمبلاست.فإنها تتحرك بحرية باتجاه مركز الجذر من خلال الاتصالات بين الخلوية. يتم منع الماء والمواد الغذائية في الممر الخلوي الغشائي من الدخول إلى النصب عن طريق شرائط كاسبر. شرائط كاسبر هي طبقات من السوبرين غير المنفذ للماء في خلايا البشرة الداخلية والذي يحيط بالنصب.تعيق هذه الهياكل مرور العناصر غير المرغوبة المحتملة أو العناصر السامة. ولدخول مركز الجذر تحتاج جميع المواد المذابة إلأى عبور غشاء بلازمي. وعند دخولها الى السيمبلاست،يدخل الماء والمواد الغذائية الى النصب،والذي بدوره يقوم بتوزيعها إلى جميع أنحاء النبتة للقيام بأدوارها الرئيسية.

34.11:

الحصول على الماء والمعادن

تطورت الأنسجة المتخصصة في جذور النباتات لالتقاط المياه والمعادن وبعض الأيونات من التربة. تعرض الجذور مجموعة متنوعة من أنماط التفرع التي تسهل هذه العملية. تحتوي الخلايا الجذرية الخارجية على هياكل متخصصة تسمى شعيرات الجذر التي تزيد من سطح الجذر ، وبالتالي تزيد من ملامسة التربة. يمكن أن تعبر المياه بشكل سلبي إلى الجذور ، حيث أن تركيز الماء في التربة أعلى من تركيز أنسجة الجذر. على النقيض من ذلك ، يتم نقل المعادن بشكل نشط إلى خلايا الجذر.

التربة لها شحنة سالبة ، لذلك تميل الأيونات الموجبة إلى البقاء ملتصقة بجزيئات التربة. للتحايل على ذلك ، تضخ الجذور ثاني أكسيد الكربون في التربة ، والذي يتحلل تلقائياً ، ويطلق بروتونات موجبة الشحنة (H+) في التربة. تحل هذه البروتونات محل الأيونات الموجبة الشحنة المرتبطة بالتربة والتي تصبح متاحة لضخها في أنسجة الجذر ، وهي عملية تسمى التبادل الكاتيوني. تستغل الأنيونات سالبة الشحنة ميل أيونات H+ لنشر تدرج تركيزها والعودة إلى الخلايا الجذرية باستخدام النقل المشترك: يتم نقل الأيونات مثل Cl- إلى أنسجة الجذر بالاشتراك مع H+ أيونات.

يمكن للجزيئات أن تنتقل إلى لب أنسجة الجذر ، التي تسمى الاسطوانة المركزية ، بطريقتين. النقل غير الحي هو حركة الجزيئات في الفراغات التي تم إنشاؤها بين جدران الخلايا المتصلة للخلايا المتجاورة والأغشية المقابلة لها. في المقابل ، النقل الحي هو حركة الجزيئات عبر سيتوبلازم الخلايا النباتية ، والتي تستخدم الوصلات الخلوية المسماة بالقنوات البلازمية ، والتي تسمح بالمرور السيتوبلازمي الحر للجزيئات بين الخلايا المتجاورة. من أجل دخول الاسطوانة المركزية ، يجب أن تنتقل الجزيئات إلى السيمبلاست ، حيث تمنع الشرائط الكاسبيرية الموجودة في الجلد الداخلي للجذر مرور المواد المذابة في الابوبلاست من دخول الاسطوانة المركزية. لذلك ، من أجل الدخول في السيمبلاست ، يجب أن تمر المواد المذابة عبر غشاء الخلية شبه القابل للنفاذ ، مما يحمي الخلايا من الجزيئات السامة أو غير المرغوب فيها من التربة.

Suggested Reading

Barberon, Marie, and Niko Geldner. "Radial Transport of Nutrients: The Plant Root as a Polarized Epithelium." Plant Physiology 166, no. 2 (October 1, 2014): 528–37. [Source]

Kim YX, Ranathunge K, Lee S, Lee Y, Lee D, Sung J. "Composite Transport Model and Water and Solute Transport across Plant Roots: An Update." Front Plant Sci. 2018 Feb 16;9:193. [Source]