المواد الأولية لعملية البناء الضوئي

تُعدّ عملية البناء الضوئي من أهم العمليات الحيوية التي تقوم بها النباتات لتحويل المواد الأولية غير العضوية البسيطة مثل الماء (H₂O) وغاز ثاني أكسيد الكاربون (CO₂) إلى مواد عضوية مركبة كالكاربوهيدرات، وذلك بوجود الطاقة الشمسية والمواد المساعدة كالأصباغ الخضراء (الكلوروفيل). فيما يلي نستعرض أهم المواد الداخلة في عملية البناء الضوئي:

أولًا: الماء (H₂O)

تعريف:

الماء يُعد مادة أولية أساسية لا غنى عنها في عملية البناء الضوئي، وهو يدخل في التفاعلات الكيميائية التي تقوم بها الخلايا النباتية الخضراء لإنتاج المواد العضوية.

سؤال: كيف يدخل الماء إلى النباتات المائية والهوائية؟

الجواب:

• في النباتات المائية: يدخل الماء مباشرة عبر الانتشار خلال الجدران الخلوية للخلايا التي تحتوي على البلاستيدات الخضراء.
• في النباتات الهوائية: يُمتص الماء من التربة بواسطة الأنسجة الناقلة (الخشب) وينتقل إلى الأوراق حيث توجد مراكز البناء الضوئي.

سؤال: هل تُستهلك كميات كبيرة من الماء في البناء الضوئي؟

الجواب: تُستهلك كميات قليلة جدًا من الماء في عملية البناء الضوئي، لا تتجاوز 1% من كمية الماء الممتص من قبل النبات. أما الجزء الأكبر من الماء، فيُفقد من خلال عملية النتح عبر الثغور الموجودة على سطح الأوراق.

سؤال: كيف تنتقل المياه إلى النباتات البرية (الترابية)؟

الجواب:

1. ينتقل الماء من التربة إلى الجذور بواسطة الخُصيلات الجذرية.
2. يتحرك عبر الخشب إلى الساق والأوراق.
3. عند وصوله إلى الأوراق، يتوزع على خلايا النسيج المتوسط وخاصة الخلايا التي تحتوي على البلاستيدات الخضراء.

ثانيًا: ثاني أكسيد الكاربون (CO₂)

تعريف:

هو الغاز الذي تأخذه النباتات من الهواء الجوي، ويُعدّ مادة أولية مهمة في تفاعلات البناء الضوئي.

من أين تحصل النباتات على ثاني أكسيد الكاربون؟

تحصل النباتات على ثاني أكسيد الكاربون من المحيط الخارجي (الهواء) حيث يدخل إلى الأوراق عبر الثغور المنتشرة على سطحها.

كيف ينتقل غاز CO₂ إلى البلاستيدات الخضراء؟

1. يدخل الغاز إلى الورقة عن طريق الثغور.
2. ينتشر إلى داخل نسيج الورقة (النسيج المتوسط) حيث يذوب في الماء المنتشر بين الخلايا.
3. ينتقل إلى البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على الأنزيمات والأنظمة المسؤولة عن تثبيت الكاربون.

دور البكتيريا في عملية البناء الضوئي

سؤال: هل يوجد كائنات أخرى تقوم بعملية البناء الضوئي غير النباتات؟

الجواب: نعم، تقوم بعض أنواع البكتيريا بعملية البناء الضوئي، ولكنها لا تستخدم الماء كمصدر للهيدروجين، بل تستخدم مركبات أخرى مثل:

• كبريتيد الهيدروجين (H₂S)
• مركبات كبريتية أخرى

ما اسم البكتيريا التي تستخدم كبريتيد الهيدروجين في البناء الضوئي؟

تُسمّى هذه البكتيريا بـ البكتيريا الكبريتية الخضراء، وتقوم بتفاعل البناء الضوئي وفق المعادلة:

$$2H_2S + CO_2 \xrightarrow{ضوء، كلوروفيل} 2S + CH_2O + H_2O$$

حيث يُستبدل الماء بـ H₂S كمصدر للهيدروجين.

المعادلة العامة لعملية البناء الضوئي

وضع العالم نِيل المعادلة العامة للبناء الضوئي بشكل يتناسب مع مختلف الكائنات القادرة على القيام بهذه العملية، حيث عبّر عن مصدر الهيدروجين بصيغة عامة:

$$2H_2A + CO_2 \xrightarrow{ضوء، كلوروفيل} 2A + CH_2O + H_2O$$

حيث:

• H₂A يمثل أي مركب يمكن أن يمنح الهيدروجين (مثل H₂O أو H₂S).
• CH₂O يمثل السكر البسيط الناتج من التفاعل.

تلخيص المواد الأولية الأساسية للبناء الضوئي:

أسئلة تدريبية للطلبة

1. علل: لا يُستهلك كل الماء الممتص من النبات في عملية البناء الضوئي؟
   • لأن النبات يفقد أغلب الماء من خلال عملية النتح ولا يستخدم سوى 1% فقط منه في التفاعلات الضوئية.
2. اذكر المعادلة الكيميائية التي تقوم بها البكتيريا الخضراء الكبريتية.
   • $2H_2S + CO_2 \rightarrow 2S + CH_2O + H_2O$
3. كيف يختلف مصدر الهيدروجين في النباتات عن بعض أنواع البكتيريا؟
   • النباتات تستخدم الماء كمصدر للهيدروجين، بينما بعض البكتيريا تستخدم H₂S أو مركبات أخرى.
4. اذكر تعريف كل من:
   • الماء: مادة أولية تدخل في تفاعلات البناء الضوئي كمصدر للهيدروجين.
   • ثاني أكسيد الكاربون: غاز يدخل من الهواء إلى خلايا النبات ويشارك في تكوين السكريات.
   • المعادلة العامة للبناء الضوئي: تعبير عام للتفاعل يستخدم H₂A كمصدر للهيدروجين.

خاتمة:

يُعد فهم المواد الأولية الداخلة في البناء الضوئي من الأمور الأساسية لفهم هذه العملية الحيوية المهمة. فهي تُمثل القاعدة التي تعتمد عليها النباتات لإنتاج الغذاء والطاقة، وبالتالي فإنها الأساس في استمرار الحياة على سطح الأرض.