الشروط الواجبة توفرها لإتمام عملية البناء الضوئي ، والعوامل البيئية المحددة لها : (2 من 5):
- علمنا سابقاً أن عملية البناء الضوئي من أهم العمليات الحيوية التي تتم على سطح الكرة الأرضية ، ولهذه العملية العديد من الشروط اللازم توفرها في البيئة الخارجية والداخلية للنبات حتى يقوم بعملية الضوئي ، كما توجد العديد من العوامل المحددة لمعدل حدوث العملية .
وإذا غاب أحد الشروط توقفت العملية تماماً ، والعامل المحدِّد للعملية (Factor Limiting) هو أبطأ العوامل وأقلها .
- وتقول نظرية العوامل المحددة : أتى معدل العملية المتحكم فيها أكثر من عامل يتحدد بأقل هذه العوامل ، أو بمعنى آخر عندما تتوقف سرعة عملية ما على عدد من العوامل فإن سرعة هذه العملية ، تتحدد بأبطأ هذه العوامل سرعة .
- ومن الشروط الواجب توفرها لقيام النبات بعملية البناء الضوئي ، حيوية البروتوبلازم في الخلية ، ووجود اليخضور وتوفر ثاني أكسيد الكربون ، والماء ، والضوء ، ودرجة الحرارة المناسبة .
- أما العوامل المحددة للعملية فهي : شدة الإضاءة ، وتركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة .
- ومن العوامل المؤثرة فيها تركيب الورقة,وتراكم المنتجات,والأنزيمات.
أولا الشروط اللازمة لعملية البناء الضوئي:
1-حيوية البروتوبلازم:
- لا بد من توفر الحيوية في بروتوبلازم الخلية الحية حتى تقوم البلاستيدات الخضراء فيها بعملية البناء الضوئي ،كما أن حيوية بروتوبلازم البلاستيدة المعزولة ضروري لقيامها بعملية البناء الضوئي مستقلة عن الخلية التي عزلت منها
- ولقد وجد أن البلاستيدات الخضراء الحية لها المقدرة على إتمام عملية البناء الضوئي خاصة في كل وجود جزيئات من الحمض النووي DNA فيها عند توفر البيئة الخارجية المناسبة لها .
- كما وجد أن محلول اليخضور بعيداً عن البلاستيده الخضراء ليس له أي قدرة على القيام بعملية البناء الضوئي حتى ولو توفرت لهذا المحلول جميع العوامل والشروط الأخرى ، كالضوء ، والحرارة ، وثاني أكسيد الكربون والماء.
2- اليخضور ( الكلوروفيل):
اليخضور هو العامل الأساسي في إتمام عملية البناء الضوئي في النبات ، والأجزاء من الورقة الخالية من اليخضور ليس لها أي مقدرة على القيام بعملية البناء الضوئي ، فاليخضور هو الذي يقتنص الطاقة الضوئية ويحولها إلى طاقة مخزنة في جزيئات ATP ، NADP (وهذا ما سنفصّله لاحقاً بإذن الله ) .
وقد أثبتت الدراسات أن اليخضور ليس من العوامل المحددة لعملية البناء الضوئي.
3- ثاني أكسيد الكربون :
ثاني أكسيد الكربون في البيئة المحيطة بالبنات ، أهم العوامل في إتمام عملية البناء الضوئي (خاصة في تفاعلات الظلام التي ستشرحها لاحقاً بإذن الله ) ، وبدونه لا تحدث العملية.
وتتحكم في كمية ثاني أكسيد الكربون في الجو ونسبته التي تصل إلى 0.3% العديد من العوامل مثل تركيز الكربونات في الماء والجد والجو وقيام النباتات بعملية البناء الضوئي .
فالحياة؟؟ الأرضية أحد مخازن ثاني أكسيد الكربون المهمة في النظم البيئية الأرضية، والمصدر الثاني لثاني أكسيد الكربون في البيئة الأرضية هو احتراق الوقود القصوى والذي يحرر آلاف الأطنان منه في الجو كل عام.
- وفي العصر الكربوني كانت نسبة ثاني أكسيد الكربون في الجو من 200- 300 مرة قدر تركيزها الحالي ، وقد قامت النباتات بتثبيت ملايين الأطنان منه في الفحم والبترول .
- ومن أهم النظريات الخاصة بنسبة ثاني أكسيد الكربون في الجو تلك النظرية التي تقول أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو والمحيطات الأرضية في حاله اتزان ديناميكي فإذا زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو ذاب في مياه المحيطات ، ويعتقد أن هذا الاتزان من العامل الأساسي لثبات نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي في البيئة الأرضية.
- والتفاعلات الكيميائية وعملية البناء الضوئي أيضاً من العوامل المهمة في تثبيت نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي .
4- الماء :
الماء الموجود في خلايا النبات شرط أساسي لحدوث عملية البناء الضوئي ، ولكنه ليس من العوامل المحددة لها ، نظراً لضآلة الكمية اللازمة منه لإتمام عملية البناء الضوئي ، ولكنه عامل محدد في فتح وغلق الثغور ، والتي من خلالها يتم تبادل ثاني أكسيد الكربون بين البيئة المحيطة بالنبات وأنسجة الورقة الداخلية .
5- الضوء :
الضوء شرط لتكوين البلاستيدات الخضراء في النبات ، ولا تتكون تلك اليلاستيدات عند تربية بعض البادرات في بيئة خالية من الضوء . والضوء شرط أساسي لقيام النبات بعملية البناء الضوئي وشدة الإضاءة من العوامل المحددة للعملية .
6- الحرارة :
الحرارة من الشروط اللازمة لإتمام عملية البناء الضوئي ، ولا بد من توفر درجة حرارة مناسبة لإتمام العملية وهذه الدرجة تختلف من نبات إلى أخر .
7- الأنزيمات :
حيث تتوقف عملية البناء الضوئي على توفر الأنزيمات الخاصة بها وكفاءتها .
8- تركيب الورقة الداخلية :
حيث تتوقف كفاءة العملية على التركيب الداخلي للورقة والذي يختلف في ذوات الفلقة عن ذوات الفلقتين.
ثانياً : العوامل المحددة (Limiting Factors) لعملية البناء الضوئي :
من العوامل المحددة لعملية البناء الضوئي في البيئة الخارجية للنبات، شدة الإضاءة ، وتركيز ثاني أكسيد الكربون ، ودرجة الحرارة .
1- شدة الإضاءة :
لشدة الإضاءة في البيئة الخارجية للنبات ومدة تعرضه للضوء تأثير على عملية البناء الضوئي ومعدل حدوثها فعندما تكون شدة الإضاءة منخفضة فإن سرعة عملية البناء الضوئي تتناسب طردياً مع شدة الإضاءة ، ولكن في شدة الإضاءة العالية لا تكون الزيادة في سرعة البناء الضوئي متناسبة مع نسبة شدة الإضاءة وزيادتها .
وإذا زادت شدة الإضاءة بدرجة كبيرة ، واستمر تعرض النبات للضوء العادي مدة طويلة ، فإن ذلك يؤدي إلى انخفاض نشاط البناء الضوئي .
2- تركيز ثاني أكسيد الكربون:
تركيز ثاني أكسد الكربون في البيئة المحيطة بالنبات من العوامل المحددة لسرعة عملية البناء الضوئي ، وعلى العموم إن زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون يؤدي إلى زيادة سرعة عملية البناء الضوئي ما لم يحدد أحد العوامل المحددة الأخرى لسرعة العملية .
- وإذا زاد تركيز ثاني أكسد الكربون في البيئة الخارجية بدرجة عالية انخفضت سرعة عملية البناء الضوئي ويعزى ذلك لأثرها السام على النبات وإغلاقه لثغوره حماية لنفسه من هذا التأثير ، وعند تملق الثغور ينخفض تركيز ثاني أكسد الكربون حول الخلايا الخاصة بالبناء الضوئي ومن ثم تتناقص سرعة العملية .
درجة الحرارة :
تتأثر الأنزيمات الخاصة بدورات البناء الضوئي بدرجات الحرارة زيادةً ونقصاناً وبذلك تتأثر العملية .
ثالثاً : من العوامل الأخرى المؤثرة على عملية البناء الضوئي :
- دلت التجارب على أن تراكم نواتج عملية البناء الضوئي في البيئة الداخلية للنبات من العوامل المؤثرة في سرعة عملية البناء الضوئي خاصة في الأوراق التي لا يتكون النشا في أوراقها كمعظم نباتات الفلقة الواحدة ، وإذا تحولت الموارد السكرية الناتجة إلى نشا فإن تراكمها لا يؤثر على العملية .
- أما كيف تحدث تفاعلات البناء الضوئي فهذا موضوع حديثنا المقبل بإذن الله .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
المصدر: كتاب دورات الحياة والاتزان البيئي، أ.د. نظمي خليل أبو العطا موسى دكتور الفلسفة في العلوم – جامعة عين شمس، والمدير العام لمركز ابن النفيس للخدمات الفنية والتقنية – مملكة البحرين (حقوق النشر محفوظة).
منقول للافدة (الدكتور نظمي)
