التركيب الضوئي في السنة الأولى ثانوي: امتصاص النسغ الخام ونقله ومصدر كربون المادة العضوية وتحويل الطاقة الضوئية - جذع مشترك

كيف تحصل النباتات الخضراء على غذائها؟ وكيف تعيش الحيوانات التي لا تصنع غذاءها؟ في السنة الثانية متوسط عرفت أن الكائنات الحية في الوسط الواحد ترتبط بعلاقات غذائية: الجرادة تتغذى على النبات، والطائر يتغذى على الجرادة، والأفعى تتغذى على الطائر. وكلها تحصل على المادة العضوية من كائنات أخرى. لكن النبات الأخضر هو الكائن الوحيد الذي يصنع المادة العضوية بنفسه. وفي السنة الأولى ثانوي ينفتح لك هذا الباب في المجال الثاني من برنامج علوم الطبيعة: تحويل المادة وتدفق الطاقة. تعرض هذه الصفحة بنيات امتصاص ونقل النسغ الخام، ثم بنية الورقة، ثم مصدر الكربون، ثم عملية التركيب الضوئي، ثم تحويل الطاقة، ثم عوامل التركيب، وتنتهي بأخطاء متكررة وأسئلة محلولة.

تغذية النبات: المواد الخام

النبات الأخضر ذاتي التغذية: يحتاج إلى مواد معدنية بسيطة هي:

• الماء والأملاح المعدنية (الأزوت والفوسفور والبوتاسيوم وغيرها) من التربة عن طريق الجذور. ويسمى هذا المحلول النسغ الخام.
• ثاني أكسيد الكربون ⁦CO₂⁩ من الهواء عن طريق الثغور في الأوراق.
• الطاقة الضوئية من الشمس.

امتصاص النسغ الخام ونقله

الامتصاص

تتم عند الشعيرات الماصة قرب قمة الجذر. وهي امتدادات طويلة لخلايا البشرة تزيد مساحة التماس مع التربة فتمتص الماء والأملاح.

النقل

• ينتقل النسغ الخام من الجذور إلى الأوراق عبر أوعية الخشب (الأوعية الناقلة)، وهي أنابيب رفيعة ميتة متصلة من الجذر إلى الورقة.
• ويكون اتجاه النقل صاعدًا، بقوة الامتصاص التي تحدثها الأوراق بالنتح (تبخر الماء من الثغور).

بنية الورقة

الورقة هي مقر التركيب الضوئي. مقطع في الورقة يبين من الأعلى إلى الأسفل:

1. البشرة العليا: طبقة شفافة تحمي الورقة وتسمح بمرور الضوء.
2. النسيج الوتدي (العمادي): خلايا طويلة متراصة غنية بـالصانعات الخضراء، وهو المقر الأساسي للتركيب.
3. النسيج الإسفنجي: خلايا غير منتظمة بينها فراغات هوائية لتسهيل مرور الغازات.
4. العروق: تحوي الخشب (ينقل النسغ الخام) واللحاء (ينقل النسغ المصنوع).
5. البشرة السفلى: تحوي الثغور، وهي فتحات تتحكم فيها خليتان حارستان، تسمح بدخول ⁦CO₂⁩ وخروج الأكسجين وبخار الماء.

وداخل الخلية توجد الصانعات الخضراء التي تحوي صبغة اليخضور (الكلوروفيل) الذي يمتص الضوء.

مصدر الكربون في المادة العضوية

لمعرفة مصدر الكربون نعتمد على تجارب:

• نضع نباتًا في وسط خال من ⁦CO₂⁩ فيتوقف تركيب المادة العضوية.
• نضع نباتًا في وسط يحوي ⁦CO₂⁩ موسوم بنظير الكربون ⁦¹⁴C⁩ فنجد الكربون الموسوم في السكريات المصنوعة.

الاستنتاج: مصدر كربون المادة العضوية هو ثاني أكسيد الكربون الجوي.

عملية التركيب الضوئي

التركيب الضوئي عملية تقوم بها الخلايا الخضراء، يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة مخزنة في مادة عضوية، انطلاقًا من مواد معدنية.

المعادلة المبسطة:

⁦6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂⁩

بوجود الضوء واليخضور.

أي أن:

• المتفاعلات: ثاني أكسيد الكربون والماء.
• النواتج: الغلوكوز (سكر) والأكسجين.

ويتحول الغلوكوز في الخلايا إلى نشاء (مدخر) أو يستعمل في بناء مواد أخرى.

الدليل على إنتاج النشاء

نغطي جزءًا من ورقة بشريط أسود (يمنع الضوء) ونترك النبات في الضوء، ثم نغلي الورقة في الماء ثم في الكحول لتفقد اليخضور، ونضع عليها ماء اليود: يظهر اللون الأزرق القاتم في المنطقة المضيئة فقط (فيها نشاء)، وتبقى المنطقة المظللة بنية (بدون نشاء). وهذا يثبت أن الضوء ضروري لتركيب النشاء.

الدليل على إنتاج الأكسجين

نضع نباتًا مائيًا في الضوء في وعاء ماء، فتتصاعد فقاعات غاز نجمعها في أنبوب، ونقرب منه عود ثقاب متوهجًا فيشتعل: الغاز هو الأكسجين.

تحويل الطاقة

الطاقة الضوئية القادمة من الشمس تتحول إلى طاقة كيميائية كامنة في الغلوكوز. ثم تنتقل هذه الطاقة عبر السلاسل الغذائية إلى كل الكائنات الحية، فالنبات الأخضر هو مصدر الطاقة لكل الأوساط الحية تقريبًا.

عوامل تؤثر في التركيب الضوئي

1. شدة الضوء: يزداد التركيب بزيادة الضوء حتى حد معين.
2. تركيز ⁦CO₂⁩: يزداد حتى حد معين.
3. درجة الحرارة: له مجال مناسب، ويتوقف بالبرودة الشديدة أو الحرارة العالية.
4. توفر الماء.

أخطاء شائعة

• القول إن النبات يتغذى من التربة وحدها.
• الخلط بين النسغ الخام (ماء وأملاح من الجذور عبر الخشب) والنسغ المصنوع (سكريات مصنوعة في الورقة عبر اللحاء).
• القول إن الأكسجين المتحرر مصدره ⁦CO₂⁩.
• نسيان دور الضوء واليخضور.
• القول إن النبات لا يتنفس. هو يتنفس ليلًا ونهارًا لكن التركيب الضوئي أقوى نهارًا.
• كتابة المعادلة بدون الشرط (الضوء).

أسئلة للتدرب

1. ما مصدر كربون المادة العضوية في النبات؟
2. ما الدور الذي تقوم به الثغور؟
3. كيف نثبت أن الضوء ضروري لتركيب النشاء؟
4. اذكر المتفاعلات والنواتج في التركيب الضوئي.
5. ما الفرق بين النسغ الخام والمصنوع؟

الأجوبة النموذجية:

1. ثاني أكسيد الكربون الجوي.
2. تسمح بدخول ⁦CO₂⁩ وخروج الأكسجين وبخار الماء.
3. بتغطية جزء من ورقة بشريط أسود ثم الكشف بماء اليود: لا يظهر الأزرق في الجزء المغطى.
4. المتفاعلات: ⁦CO₂⁩ والماء. النواتج: الغلوكوز والأكسجين.
5. الخام ماء وأملاح يصعد في الخشب، والمصنوع سكريات تنتقل من الأوراق عبر اللحاء.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ معمري عطاء الله في فيديو «ملخص التركيب الضوئي، 1 ثانوي علمي» هذا الملخص في نحو ست عشرة دقيقة، وهو ملخص للمجال الثاني، مجال تحويل المادة وتدفق الطاقة، ويتناول البنيات النسيجية المسؤولة عن امتصاص ونقل النسغ الخام ومصدر كربون المادة العضوية وكيفية تحويل الطاقة الضوئية إلى كيميائية كامنة.