تعريف البناء الضوئي و مراحل عملية البناء الضوئي و العوامل المؤثرة

تعريف البناء الضوئي و مراحل عملية البناء الضوئي و العوامل المؤثرة

عندما خلق الله عز وجل الأرض وجعل البشرية خليفة، زود البشرية بالقدرة على البقاء والاستمرار.

وبمرور الوقت، مع تطور المعدات ، اكتشف البشر أشياء كثيرة، مثل التقدم التكنولوجي و بفضل هذا التطور، تمكن من دراسة حياة الكائنات الحية المختلفة، وفهم أنماط نموها والعمليات التي تحدث داخلها.

 و تم أيضا اكتشاف قدرة النباتات على إطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لإنتاج الغذاء الذي يعتمد على نموه وتطوره، وتسمى هذه العملية بعملية البناء الضوئي، فما هي عملية البناء الضوئي؟ وما هي الشروط الواجب توافرها سواء كانت الظروف داخل النبات أو البيئة المحيطة  لكي يحدث ذلك؟ و ما هي فوائد القيام بذلك؟

تعريف عملية البناء الضوئي 

عملية البناء الضوئي هي إحدى العمليات البيولوجية الضرورية التي تحدث في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء والخضراء؛ بسبب التفاعلات الكيميائية المختلفة، حيث يتم إنتاج العناصر الغذائية لنمو النبات. 

شروط حدوث عمليّة البناء الضوئي ونواتجه

تحدث شروط عملية البناء الضوئي وفقًا للمعادلة التالية :

CO2+H2O+SunLight+Chlorophell→H2o+O2+C6H12O6

ثاني أكسيد الكربون + ماء + وجود ضوء الشمس + وجود الكلوروفيل ← أكسجين + ماء + جلوكوز (بديل السكر).

شروط حصول عمليّة البناء الضوئي

غاز ثاني أكسيد الكربون. 

ماء.

 وجود ضوء الشمس. 

الكلوروفيل، صبغة خضراء توجد في نباتات البلاستيدات الخضراء. 

 تعمل صبغة الكلوروفيل وهى مادة عضوية على إمتصاص الطاقة الضوئية من ضوء الشمس، ثم تحولها إلى طاقة كيميائية، ثم يركب غاز ثاني أكسيد الكربون داخل البلاستيدات الخضراء، وفي هذه المرحلة لا حاجة لأشعة الشمس، وتنتج مواد تحتوي على السكر والأكسجين، ثم صعود وخروج جزيئات الماء.

 نواتج عملية البناء الضوئي:

 انبعاث الأكسجين.

 ماء.

 الجلوكوز (بديل السكر(.

أهمية عملية البناء الضوئي

توفير الغذاء لنمو النباتات، وإنتاج الفاكهة التي يستخدمها الناس في حياتهم.

الحفاظ على توازن الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. 

ومع زيادة الكثافة السكانية العالمية والأنشطة البشرية، حدث قدر كبير من استهلاك الأكسجين، ويتم تصريف ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

 لولا أن تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه في الغلاف الجوي أثناء عملية البناء الضوئي يتسبب الأكسجين في موت البشر والحيوانات.

تنبيه هام

 احرص على عدم النوم في غرفة مليئة بالنباتات؛ لأن العملية في الليل هي عكس ذلك؛ حيث تطلق فيه النباتات ثاني أكسيد الكربون وتمتص الأكسجين.

كيف تحدث عملية البناء الضوئي؟

أولا يجب أن نتعرف على الكائنات الحية:
لقد خلق الله عز وجل ملايين المخلوقات على هذه الأرض، لكن هذه المخلوقات ليست متشابهة مع بعضها البعض، ولكنها تختلف عن بعضها البعض.

 من منظور الأنواع الأخرى، هذا هو سر التنوع البيولوجي الهائل الموجود على الأرض، وطريقة التغذية تختلف من نوع لأخر، فبعضها يتغذى على الحيوانات المفترسة أو الغزاة، و بعضها يتغذى على كائنات أخرى.

 مما يعني أن معظم الكائنات الحية تعتمد على أنواع أخرى من الكائنات في الغذاء، لكن بعضها يمكن أن يصنع طعامه من خلال عملية تسمى البناء الضوئي.

 ففي هذا الكون الشاسع، تحدث العديد من العمليات البيولوجية المهمة، ومن بينها عملية البناء الضوئي. 

حيث إنها عملية النباتات والطحالب والبكتيريا المزرقة والخضراء تصنع الغذاء من خلال هذه العملية لتنمو بشكل صحيح، من خلال تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية من الشمس إلى طاقة كيميائية، يتم إنتاج الجلوكوز، وهو الغذاء الأساسي لهذه الكائنات. 

وفي هذه العملية، تمتص أيضًا ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتطلق الأكسجين في الغلاف الجوي.

 من أجل تنفيذ عملية البناء الضوئي، يجب استيفاء شروط معينة وهى التى ذكرناها لحضراتكم في السابق.

البناء الضوئي في النبات 

يحدث البناء الضوئي في الأجزاء الخضراء من النباتات، مثل الأوراق والأغصان اللينة.

 إنه تفاعل كيميائي يحدث بمساعدة ضوء الشمس ووجود الماء. 

تبدأ جذور النباتات في استخدام الخاصية الأسموزية لامتصاص الماء من التربة، وينتشر ثاني أكسيد الكربون إلى الأوراق من خلال الثغور.

 ثم عند شروق الشمس، تسقط الفوتونات على الجزء الأخضر، فتقسم الماء إلى جزيئات الهيدروجين والأكسجين، وتشكل روابط جديدة لإنتاج الجلوكوز، وهو أساس النباتات لصنع الطعام، وهذا هو أبسط أنواع السكر. 

بالطبع، يتم ذلك بمساعدة الكلوروفيل أو اليخضور. 

تنتج النباتات الأكسجين وبخار الماء الذي يتم تصريفه من الثغور، وبالتالي إزالة ثاني أكسيد الكربون من البيئة، وهو غاز سام.

وتنتج الأوكسجين اللازم للكائن الحي لكي يتنفس وكذلك الغذاء المنتج.

مراحل البناء الضوئي

 ينقسم التمثيل الضوئي إلى مرحلتين: 

مرحلة الضوء: تحدث هذه المرحلة خلال النهار، عندما يكون هناك ضوء الشمس، وهدفها تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية مخزنة في المركبات.

فعندما تسقط الفوتونات على أوراق النباتات، تنقسم جزيئات الماء ويتحد الهيدروجين المنتج مع المركبات الموجودة في النبات.

وهذا يطلق عليه فوسفات النيكوتين أدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP +) ،ففي عملية الاختزال والتكوين (NADPH) ، يخرج الأكسجين من ثغور الأوراق لإنتاج جزيء طاقة يسمى الأدينوسين ثلاثي الفوسفات( (ATPفتقوم النبتة بتخزين هذه المنتجات لاستكمالها لاحقًا من عملية البناء الضوئي.

 المرحلة المظلمة (دورة كالفن): تحدث هذه المرحلة ليلاً وتسمى بالمرحلة الغير ضوئية. 

تستخدم النباتات المركبات المنتجة في المرحلة الأولى لإكمال عملية البناء الضوئي، حيث يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى مركبات عضوية في الكلوروفيل النباتي عن طريق امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وكذلك جزيئات الطاقة المنتجة في الخطوة السابقة لحركة التفاعلات.

البناء الضوئي

العوامل المؤثرة على التركيب الضوئي

 تتأثر عملية التمثيل الضوئي بالعديد من العوامل، والتي تنقسم إلى عوامل داخلية وخارجية: 

العوامل الداخلية ، مثل سماكة الأوراق وما إذا كان هناك أوبار عليها.

 السطح وحجم المسام وطريقة التوزيع وتكوين الوسط المستنبت وموقع الجزيئات في الخلية النباتية. 

العوامل الداخلية هي نتاج عملية التمثيل الضوئي، لذلك كلما زاد تركيز هذه المنتجات في الخلايا الخضراء، كانت هذه العملية أبطأ، خاصة إذا كان هذا الانتقال بطيئًا.

 هذا يعتمد أيضًا على حالة الكائن الحي والإنزيمات والبروتوبلازم، وخاصة جفاف البروتوبلازم وتداخل في عمل الإنزيم.

تشمل العوامل الخارجية أيضا شدة الضوء والحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون والماء والعناصر المعدنية.

مبدأ عملية التركيب الضوئي

 تبدأ عملية التمثيل الضوئي عندما تسطع أشعة الشمس على مجموعة من الخلايا النباتية المجاورة لتشكيل نظام ضوئي داخل البلاستيدات الخضراء. 

فعندما يسقط فوتون من ضوء الشمس على جزيء الكلوروفيل، يصطدم الفوتون بأحد إلكترونات الكلوروفيل، لذلك يتحمس الإلكترون ويقفز خارج مداره الأصلي. 

في غضون جزء من الثانية تقريبًا، أثناء عودته، أطلق الطاقة التي حصل عليها، والتي قد تكون على شكل ضوء أو حرارة أو فلورة.

كيف تتنفس النباتات

تعمل أوراق النباتات مثل رئتي الإنسان، وتحتوي أوراق النباتات على آلاف الفتحات الصغيرة، وعادة ما توجد في الجزء السفلي من الورقة، وتسمى هذه الفتحات بالثغور (بالإنجليزية(stomata) ، لأن كل ثغرة مغطاة بخلايا خاصة. تنظم هذه الخلايا المحاطة حجم الثغور، ويتبخر الماء من أوراق النباتات من خلال عملية النتح.

 وتعد هذه العملية مهمة جدًا لبقاء النباتات، لأنها يمكن أن تمنع النباتات من الجفاف وفقدان الماء، وتخلق النباتات التوازن في النظام البيئي، حيث تمتص ثاني أكسيد الكربون وتنتج غاز الأكسجين، لذلك يختلف تنفس النباتات عن تنفس الحيوانات والأنسان.

تعتمد عملية تنفس النبات على استخدام جزيئات الأكسجين (O2) الموجودة في الغلاف الجوي، والكربوهيدرات التي تنتجها النباتات لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، وكذلك الماء والطاقة.

 فيتم إعادة استخدام هذه المخرجات لنمو النبات، لأن عملية التنفس للنباتات لا تتطلب ضوء الشمس؛ ويمكن أن تحدث أيضًا في الظلام، لذلك فهي عملية عكسية لعملية البناء الضوئي.

تنفس النباتات بالليل 

من المعروف أن النباتات لا تمتلك النباتات عضلات تُستخدم في عملية التنفس، لذا فهي تستخدم الأكسجين في عملية تكسير الكربوهيدرات وتستخدم الطاقة لأداء وظائف التمثيل الغذائي الأساسية، مثل إصلاح الأنسجة واستبدالها وبناء الجزيئات المعقدة مثل البروتين والزيت، لكن النباتات تتنفس الأكسجين في الليل وتطلق ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، تمامًا  فهي تكون كما يفعل البشر والحيوانات، لذلك تتنفس النباتات في الليل، على عكس ما تتنفسه في النهار.

تأثير الضوء على النباتات

تعتبر النباتات من الكائنات الحية، وبدونها لا يمكن استدامة الحياة على الأرض لأنها تعود بفائدة كبيرة على الإنسان والحيوان لتكميل التوازن البيئى.

وتجدر الإشارة إلى أن نمو النباتات يتطلب سلسلة من الشروط، ومن أهمها وجود الضوء الذي تجلبه الشمس إلى الأرض، لأن الضوء مهم جدًا في عملية التمثيل الضوئي، بالإضافة إلى ذلك،  فأنه يؤثر بصورة كبيرة على النمو وفقًا لمدة تعرض النباتات للضوء يوميًا.

التأقيت الضوئي

إنه تأثير طول النهار على ازدهار النباتات، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بتكوين أصباغ الأنثوسيانين الحمراء في أوراق الأشجار في الخريف.

كما أن لها تأثيرًا مهمًا على الأوراق المتساقطة لبعض الأشجار، كما أن تقصير اليوم يساعد في عملية تخزين الطعام لبعض النباتات المورقة (مثل الداليا(.

فالتأقيت الضوئى له تأثير عل تشكل الأزهار من أجل إنتاج أزهار معينة خارج وقت النمو من العام، يتم استخدام الإضاءة الاصطناعية للتحكم في طول اليوم، وذلك لزيادة طول اليوم عن طريق تعريض النباتات إلى حد معين من مصادر الضوء أو استخدام قطعة قماش باللون الأسود على النباتات في أوقات معينة من اليوم يكون لحجب الضوء عندما يرغب المزارع في تقصير طول النهار على النباتات.