فسيولوجيا النبات هو فرع من الدراسة في علم النبات ، يتعامل مع العمليات الفسيولوجية أو وظائف النباتات على وجه التحديد ، هي دراسة وصفية لهيكل وتنوع النباتات على المستوى الخلوي ، والجزيئي مما يؤدي إلى الجوانب البيئية والفيزيولوجية ، والكيميائية الحيوية المتعلقة باستكشاف النباتات.
ومع تطور النباتات على الأرض ، كانت بحاجة إلى طرق للبقاء على قيد الحياة ، مع فصل ثاني أكسيد الكربون والماء ، كما يعطي علم فسيولوجيا النبات حسابًا للأجزاء المختلفة للنبات وأدائه ، يساعدنا على تحليل العمليات النباتية مثل التغذية المعدنية ، التمثيل الضوئي ، النقل ، التنفس ، وأخيرا تطوير النبات ونموه وهي الخصائص التي تظهرها الكائنات الحية. [1]
فسيولوجيا أجزاء النبات
يفحص علماء الفسيولوجيا البيئية استجابة النبات للعوامل الفيزيائية ، مثل الإشعاع بما في ذلك الضوء ، والأشعة فوق البنفسجية ، ودرجة الحرارة ، والنار ، والرياح ، ومن الأهمية بمكان العلاقات المائية التي يمكن قياسها بالضغط ، سواء ضغط الجفاف أو ضغط الغمر ، وتبادل الغازات مع الغلاف الجوي ، وكذلك تدوير المغذيات مثل النيتروجين ، والكربون.
كما يقوم علماء الفسيولوجيا البيئية بفحص استجابة النبات للعوامل البيولوجية ، وهذا لا يشمل فقط التفاعلات السلبية ، مثل المنافسة والأعشاب والمرض والطفيليات ، ولكن أيضًا التفاعلات الإيجابية ، مثل التبادل والتلقيح.
أوراق الأشجار
الأوراق هي عضو مهم في النبات ، يمكن أن تنمو في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام ، هم المركز الأساسي لعملية التمثيل الضوئي.
سيقان النبات
يوفر الجذع الدعم والبنية للنبات ، كما يؤدون العديد من الوظائف الهامة مثل نمو النبات ، ويتنافسون ويعيشون في بيئات مختلفة ، وما إلى ذلك يختلف هيكل الجذع في الأنواع المختلفة.
جذر النبات
الجذور هي جزء تحت الأرض من النبات ، يمتص الماء ، والمغذيات من التربة ، هذا هو السبب في أنها جزء مهم من النبات.
لحاء النبات
اللحاء هو ما يشكل أنسجة الأوعية الدموية للنبات ، وهذه أيضًا باسم العصارة ، ودوره نقل الماء والسكريات والمواد الهامة الأخرى ، بين الجذور ، والساق ، والأوراق.
وظائف النبات
النقل في النباتات
تمتلك النباتات نظامًا وعائيًا مميزًا (العصارة و اللحاء) ، يساعد في نقل العناصر الغذائية ، والمياه من الجذور إلى جميع أجزاء النبات من خلال الانتقال ، ونقل المياه والمغذيات في النباتات ذات الجذور ، هو أحادي الاتجاه أو متعدد الاتجاهات.
يمكن أن تكون وسائط النقل إما سلبية ، والتي تحدث من خلال الانتشار ، أو الميسر على وجه الدقة ، أو يمكن أن تكون من خلال الوضع النشط ، الذي تقوم به بروتينات غشائية محددة تسمى المضخات ، وتلعب المياه دورًا محوريًا في القيام بالأنشطة الفسيولوجية ، وبالتالي فإن فهم أهمية العلاقات بين النباتات ، والمياه أمر أساسي.
ويساعد مفهوم إمكانات المياه في فهم حركة الماء ، من خلال مصطلحات مثل جهد الذوبان ، وإمكانات الضغط ، وعلى المستوى الخلوي ، يحدث التناضح في النباتات مما يسمح بحركة الجزيئات داخل وخارج الخلايا ، والنتح هو جانب آخر حاسم في دورة حياة النباتات.[2]
التغذية المعدنية
تعتبر تغذية النبات جانبًا مهمًا في نمو النباتات ، يعطي نظرة ثاقبة على الأساليب المستخدمة لتحديد العناصر الأساسية ، لتنمية النباتات ، ودور هذه العناصر ، ومعايير لتحديد أهميتها ، وأعراض نقص ، وآلية امتصاص هذه العناصر ، كما ينقل أهمية تثبيت النيتروجين.
وتقوم المغذيات الكبيرة ، والمغذيات الدقيقة الموجودة في النباتات ، بعمليات أساسية مثل نفاذية غشاء الخلية ، والتركيز التناضحي لعصارة الخلية والحفاظ عليها بصيانتها ، ونشاط الإنزيم وما إلى ذلك ، كما يمكن أن يؤدي العرض غير الكافي للعناصر الأساسية ، إلى تركيز حاسم في النباتات.
ويتم امتصاص العناصر من خلال آلية ، تتضمن الخلايا ، والأنسجة ، والأعضاء المعزولة ، وبصرف النظر عن العناصر الأساسية الأخرى ، يتم تثبيت النيتروجين أيضًا في النباتات.[3]
البناء الضوئي في النباتات العليا
تقوم النباتات بتجميع طعامها ، من خلال عملية التمثيل الضوئي ومن ثم تسمى autotrophs ، والتمثيل الضوئي مهم لأنه المصدر الأساسي للغذاء ، لجميع الكائنات الحية على الأرض ، ويطلق الأكسجين في الغلاف الجوي الذي نستنشقه للتنفس.
ويحدث في البلاستيدات الخضراء من خلال التفاعلات الخفيفة ، والداكنة باستخدام أربعة أصباغ هم : الكلوروفيل أ ، الكلوروفيل ب ، زانثوفيل ، الكاروتينات ، وإن استخراج الطاقة من المواد القابلة للأكسدة ، وتخزينها في شكل طاقة رابطة هو الفسفرة.
وفي النباتات ، تحدث الفسفرة الصورية الدورية وغير الدورية ، أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تتم دورة كالفين من خلال مجموعة من أربعة تفاعلات كيميائية.
التنفس في النباتات
يأتي الطعام المطلوب لعمليات الحياة ، من عملية البناء الضوئي ، ويؤدي التنفس الخلوي إلى إطلاق الطاقة ، التي يتم استخدامها لتكوين ATP الذي يتضمن تحلل السكر ، ويؤدي التنفس الهوائي إلى أكسدة كاملة للمواد العضوية ، في وجود الأكسجين الشائع في الكائنات الأعلى.
ولإطلاق واستخدام الطاقة المخزنة في الجزيئات ، فإنها تخضع للخطوات التالية : نظام النقل الإلكتروني ، و الفسفرة التأكسدية ، وجانب آخر مهم من التنفس هو حاصل التنفس ، حيث أن نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنطلق ، إلى حجم الأكسجين المستهلك ، يعطي حاصل التنفس.
نمو وتطور النبات
تبدأ عملية تطوير النبات من الإنبات ، في ظل ظروف بيئية مواتية ، وبشكل عام ، فإن نمو النبات غير محدد لأنه يحتفظ بقدرته على النمو طوال حياته ، بسبب وجود مواد Meristems ، ومع ذلك يمكن قياس نمو النباتات ، من خلال معايير مثل الوزن الجاف ، وزيادة الوزن الطازج ، الطول ، المساحة ، الحجم ، رقم الخلية ، إلخ.
وتصنف فترة نمو النبات إلى ثلاث مراحل ، استيطانية ، واستطالة ، ونضج ، ويمكن تحديد معدل النمو كميًا بطريقتين هما : معدل النمو المطلق ، ومعدل النمو النسبي ، ويتم التحكم في نمو النباتات ، بواسطة منظمات نمو النبات ، وتنتج النباتات أيضًا مركبات مثل فيتوكرومز حساسة للضوء ، وتحفز نمو النبات استجابة للإشارات البيئية.
لذا فإن فسيولوجيا النبات هو أيضًا موضوع مهم يتعلق بالفواكه ، والخضروات ، والأجزاء الأخرى الصالحة للأكل من النباتات ، ويتوقف إنتاج المحاصيل الغذائية ، بما في ذلك الحصاد ، وتخزين المنتجات النباتية بعد الحصاد أيضًا على دراسات فسيولوجيا النبات.[4]
المدارية الاستوائية والحركات العصبية للنبات
قد تستجيب النباتات لكل من المحفزات الاتجاهية وغير الاتجاهية ، وتسمى الاستجابة لمنبه اتجاهي ، مثل الجاذبية أو ضوء الشمس ، المدارية ، تعتبر الاستجابة لحافز غير اتجاهي ، مثل درجة الحرارة ، أو الرطوبة ، حركة غير طبيعية.
المدارية الاستوائية Tropism
الاستوائية في النباتات هي نتيجة للنمو التفاضلي للخلايا ، حيث تمدد الخلايا على جانب واحد من النبات أكثر من الخلايا الموجودة على الجانب الآخر ، مما يتسبب في انحناء الجزء نحو الجانب بنمو أقل ، ومن بين المناطق الاستوائية الشائعة في التضيق الضوئي في النبات ، وهو انحناء النبات نحو مصدر الضوء.
يسمح Phototropism للنبات بتعظيم التعرض للضوء في النباتات التي تتطلب ضوءًا إضافيًا لعملية التمثيل الضوئي ، أو تقليله في النباتات المعرضة للضوء والحرارة الشديدة. تسمح Geotropism لجذور النبات بتحديد اتجاه الجاذبية والنمو لأسفل. تنتج المناطق الاستوائية بشكل عام من التفاعل بين البيئة وإنتاج هرمون نباتي واحد أو أكثر.
الحركات العصبية Nastic movement
تنتج الحركات العصبية من نمو الخلايا التفاضلي ، على سبيل المثال epinasty و hiponasty ، أو من التغيرات في ضغط التورم داخل الأنسجة النباتية على سبيل المثال nyctinasty، والتي قد تحدث بسرعة ، ومن الأمثلة المألوفة على ذلك الغدة الدرقية (استجابة للمس) في فخ ذبابة فينوس ، وهو نبات لاحم.[5]
كما تتكون المصائد من شفرات الأوراق المعدلة التي تحمل شعر الزناد الحساس ، وعند لمس الشعر بواسطة حشرة أو حيوان آخر ، تغلق الورقة ، تسمح هذه الآلية للنبات بحبس وهضم الحشرات الصغيرة للحصول على مغذيات إضافية ، وعلى الرغم من أن المصيدة تغلق بسرعة بسبب التغيرات في ضغوط الخلية الداخلية ، يجب أن تنمو الورقة ببطء لإعادة تعيينها لفرصة ثانية لاصطياد الحشرات.