بسم الله الرحمن الرحيم

إعداد أ / حسن محرم
خبير المناهج ومقدم المادة ببرنامج مدرسة على الهواء



الفصل الأول: التغذية والهضم في الكائنات الحية

التغذية: الدراسة العملية للغذاء والطرق المختلفة التي تتغذى بواسطتها الكائنات الحية .

أهمية الغذاء:
1- مصدر الطاقة اللازمة لجميع العمليات الحيوية
2- المادة الخام اللازم للنمو وتعويض خلايا الجسم

أنواع التغذية :
ا- تغذية ذاتية:
- تستطيع الكائنات الحية أن تصنع غذائها بنفسها - بعملية البناء الضوئي - مثال النباتات الخضراء
- تحول المواد الأولية المنخفضة في الطاقة ( الماء – CO2 – الأملاح المعدنية ) إلى مواد عالية الطاقة
( سكر – نشا – دهون – بروتينات ) باستخدام الطاقة الضوئية .

ب- تغذية غير ذاتية :
- تحصل الكائنات الحية على غذائها من أجسام الكائنات الأخرى كالنباتات الخضراء أو الحيوانات التي تغذت
على النباتات وتقسم إلى:-
1- أساسية : مثل أكلات اللحوم ( الأسد ) – أكلات الأعشاب ( الأبقار ) – متنوعة الغذاء ( الإنسان )
2- طفيلية : مثل البلهارسيا
3- رمية : مثل بعض أنواع من البكتيريا وبعض الفطريات التي تحصل على غذائها من الكائنات غير الحية .

التغذية الذاتية : التغذية في النباتات الخضراء .

تقوم النباتات الخضراء ببناء مركبات غذائية عالية الطاقة (الكربوهيدرات – البروتين – الدهون) من مواد منخفضة الطاقة (الماء - ثاني أكسيد الكربون - الأملاح المعدنية) باستخدام الطاقة الضوئية ويتم ذلك من خلال عمليتين هما:
ا- عملية امتصاص الماء و الأملاح
ب- عملية البناء الضوئي .

أولا: عملية امتصاص الماء والأملاح
- تقوم النباتات الخضراء الراقية بامتصاص الماء والأملاح من التربة عن طريق الشعيرات الجذرية في
المجموع الجذري للنبات ثم تنتقل عبر الخلايا في اتجاه الأوعية الناقلة ( أوعية الخشب )

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=Yli0FcsQmuI#t=0s



تركيب الشعيرة الجذرية :
- هي امتداد خلية من خلايا الطبقة الوبرية ( البشرة ) ويصل طولها حوالي 4 مم
- مبطنة من الداخل بطبقة رقيقة من السيتوبلازم وتحتوي على نواة وفجوة عصارية
- عمرها أيام أو أسابيع بسبب تمزقها ويتم تعويضها من منطقة الاستطالة في الجذر



ملائمة الشعيرات الجذرية لوظيفتها :-
1- جدرها رقيقة لتسمح بنفاذ الماء والأملاح خلالها
2- كثيرة العدد لزيادة مساحة سطح الامتصاص
3- تركيز المحلول في فجوتها العصارية أعلى من تركيز محلول التربة مما يساعد على انتقال الماء من التربة إليها
4- تفرز مادة لزجة تساعدها على الانزلاق بين حبيبات التربة والالتصاق بحبيبات التربة فتعمل على تثبيت النبات في التربة



آلية امتصاص الماء





تعتمد هذه الآلية على عدة ظواهر فيزيائية هي:-

1- خاصية الانتشار:
تحرك الجزيئات أو الأيونات من منطقة ذات تركيز عال إلى منطقة ذات تركيز منخفض بسبب الحركة
الذاتية لجزيئات المادة المنتشرة ( مثل انتشار نقطة حبر في كوب به ماء )






2- خاصية النفاذية :
تختلف جدر الخلايا وأغشيتها في قدرتها على النفاذية كالأتي :
• الجدر السليولوزية : منفذة للماء وأيونات الأملاح المعدنية
• الجدر المغطاة بالسيوبرين والكيوتين واللجنين : غير منفذة
• الأغشية البلازمية : هى أغشية شبه منفذة, رقيقة بها ثقوب دقيقة جدا تمر من خلالها بعض المواد
بصورة حرة ومواد تمر ببطء وتمنع نفاذ مواد أخرى يعرف ذلك بالنفاذية الاختيارية
- فمثلا تسمح بنفاذ الماء وبعض الأملاح وتمنع نفاذ السكر والأحماض الأمينية ذات الجزيئات كبيرة الحجم





3- الخاصية الاسموزية :
- انتشار الماء خلال الأغشية شبه المنفذة من منطقة ذات تركيز عال للماء (تركيز منخفض للأملاح)
إلى منطقة ذات تركيز منخفض للماء ( تركيز عال للأملاح ) بالضغط الاسموزى
* الضغط الاسموزي: هو ضغط ينشأ عن تركيز المواد المذابة في الماء ويؤدي إلى انتشار الماء خلال
الأغشية شبه المنفذة ويزداد الضغط الإسموزي بزيادة تركيز المواد المذابة في المحلول
- يزداد الضغط الاسموزي في النباتات الصحراوية لضمان امتصاص أكبر كمية من الماء من التربة
الصحراوية التي يندر فيها الماء





- خاصية التشرب :
- قدرة بعض المواد ( مثل المواد الغروية ) على امتصاص الماء فتزداد في الحجم وتنتفخ
- من المواد الغروية المحبة للماء: السليلوز – المواد البكتينية – بروتينات البروتوبلازم




تفسير امتصاص الجذر للماء :
تمر عملية امتصاص الجذر للماء حسب الخطوات التالية :
1- تحيط بالشعيرات الجذرية طبقة من حبيبات التربة المتشبعة بالماء
2- تتشرب الجدر السليلوزية بالماء ( خاصية التشرب )
3- تركيز العصير الخلوي في الفجوة العصارية أعلى من تركيز محلول التربة, لذا ينتقل الماء من التربة
إلى الشعيرات الجذرية ( خاصية الاسموزية )
4- ينتشر الماء من البشرة إلى خلايا القشرة ثم إلى أوعية الخشب بالخاصية الاسموزية
- تتميز الشعيرات الجذرية في النباتات الصحراوية والمزروعة في الأراضي الملحية بضغوط اسموزية
عالية تسمح بامتصاص أكبر قدر من الماء



الضغط الاسموزي في النباتات الصحراوية : 50 – 200 ض.جو
الضغط الاسموزي في النباتات العادية : 5 – 20 ض.جو

الطرق التي يمر فيها الماء عبر خلايا القشرة :
1- طريق الفجوات العصارية : يعتمد انتقال الماء على اختلاف تركيز الأملاح في الخلايا (منحدر اسموزي)
2- طريق السيتوبلازم : ينتقل الماء من خلال خيوط البلازموديزما (عبارة عن خيوط سيتوبلازمية تصل
بين الخلايا وبعضها)
3- طريق جدران الخلايا والمسافات البينية بين الخلايا : يتم انتقال الماء بالتشرب



دور الاندودرمس في تنظيم مرور الماء والذائبات إلى أوعية الخشب
- تتغلظ جدران خلايا الأندودرمس قطريا بالسيوبرين ويطلق عليه شريط كاسبر فلا يمر الماء خلال تلك الجدر بخاصية التشرب
- يمر الماء خلال الأغشية البلازمية لهذه الخلايا بواسطة الخاصية الاسموزية والنقل النشط وتحت سيطرة البروتوبلازم
- يطلق على هذه الخلايا اسم خلايا المرور
خلايا المرور : خلايا في طبقة الاندودرمس مغلظة بشريط كاسبر تسمح بانتقال الماء والذائبات من خلالها بالخاصية الاسموزية والنقل النشط

المرفق 003.jpg لم يتم العثور على

شريط كاسبر : شريط من مادة السيوبرين يغلظ جدر خلايا الإندودرمس قطريا لتدعيمها والتحكم في مرور الماء والذائبات .

امتصاص الأملاح المعدنية
العناصر الغذائية الضرورية للنباتات الخضراء
أ- العناصر الأساسية: الكربون – الهيدروجين – الأكسجين
ب - المغذيات: تنقسم إلى نوعين:
1 - المغذيات الكبرى : عناصر يحتاجها النبات بكميات كبيرة مثل: النيتروجين – الفوسفور –
البوتاسيوم – الكالسيوم – المغنسيوم – الكبريت – الحديد
2 - المغذيات الصغرى: عناصر يحتاجها النبات بكميات ضئيلة جدا لذا تسمى بالعناصر الأثرية وتستخدم
كمنشطات للإنزيمات وهي المنجنيز – الخارصين – البورون – الألومنيوم – الكلور - النحاس –
الموليبدنيم - اليود
يؤدي نقص هذه المغذيات إلى:
1- اختلال النمو الخضري أو توقفه
2- عدم تكون الأزهار أو الثمار
3- عدم حدوث بعض التفاعلات التي تعمل فيها هذه العناصر كمنشطات للإنزيمات

آلية امتصاص الأملاح المعدنية
يتم امتصاص الأملاح المعدنية حسب الظواهر التالية:
1- الانتشار:
• انتقال أيونات العناصر من الوسط الأعلى تركيز إلى الوسط الأقل تركيز, حيث تنتشر الأيونات السالبة
مثل – SO4-- - NO3- Cl- أو الأيونات الموجبة مثل Ca++ - K+ مستقلة عن بعضها وعن الماء
• قد يحدث تبادل للأيونات مثل خروج أيونات Na+ من الخلية ودخول أيونات K+ بدلا منها
2- النفاذية الاختيارية:
يسمح الغشاء البلازمي بمرور بعض العناصر دون غيرها حسب حاجة النبات ولا يتوقف ذلك على
حجم أو تركيز أو شحنة هذه الأيونات
3- النقل النشط:
انتقال الأيونات من التربة ( الأقل تركيزا ) إلى خلايا النبات (الأعلى تركيزا ) ويتطلب ذلك طاقة لنقل هذه الأيونات لأنه نقل ضد تدرج التركيز
النقل النشط : حركة أي مادة خلال غشاء الخلية عندما يلزمها طاقة كيميائية .



تجارب إثبات نقل أيونات الأملاح بالنقل النشط
1- التجربة الأولى :
- اجريت هذه التجربة على طحلب النيتللا الذي يعيش في مياه البرك
- الشكل البياني المقابل يوضح تركيز الأيونات المختلفة في كل من خلايا الطحلب وماء البركة
- نلاحظ أن تركيز الأيونات المختلفة في خلايا الطحلب أعلى من تركيزها في مياه البركة التي يعيش فيها الطحلب



- انتقال هذه الأيونات من البركة ( الأقل تركيزا ) إلى خلايا الطحلب ( الأعلى تركيزا ) يتم بالنقل النشط لأنه يلزم لنقلها طاقة .
- تركيز الأيونات في خلايا الطحلب متباين (يزداد تركيز أيونات ويقل تركيز أيونات أخرى)
وهذا دليل على أن امتصاص أيونات الأملاح يتم بالنفاذية الاختيارية

2- التجربة الثانية :
- أعطيت لبادرات الشعير أملاح الكبريتات ( بها كبريت مشع S35 ) وقسمت البادرات إلى مجموعتين
- وضعت مجموعة من البادرات في ظروف هوائية (توافر الأكسجين) ووضعت المجموعة الأخرى في ظروف لاهوائية (غياب الأكسجين) ثم قدرت كمية الكبريت الممتصة في كل مجموعة بعداد جيجر .

نلاحظ أن :
- الكمية الممتصة من هذه الأملاح في حالة التنفس الهوائي أكبر من الكمية الممتصة في حالة التنفس اللاهوائي وهذا دليل على حدوث النقل النشط الذي يتطلب طاقة يوفرها التنفس الهوائي
- تنتج طاقة النقل النشط من تنفس أنسجة الجذر ويحتاج النبات إلى السكر والأكسجين لإتمام التنفس الهوائي .



ثانيا: عملية البناء الضوئي
أهمية عملية البناء الضوئي:-
تعتبر عملية البناء الضوئي من أهم العمليات الكيميائية بالنسبة للإنسان فهي :
1- تنتج الغذاء ( كربوهيدرات - بروتين - دهون - فيتامينات )
2- تنتج الأكسجين اللازم للتنفس وعمليات الاحتراق
3- مصدر الألياف المستخدمة في صناعة الأنسجة والأخشاب والورق والمنتجات الصناعية مثل (الدهون
- الكحول - الخل )
4 - مصدر الوقود العضوي ( فحم - بترول - غاز طبيعي ) فالنباتات خزنت الطاقة الشمسية خلال عملية البناء الضوئي في العصور الجيولوجية القديمة في مركبات هذا الوقود

الحياة ظاهرة ضوء كيميائية: حيث يتم امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية في النباتات الخضراء أثناء عملية البناء الضوئي فينتج الغذاء و يتحرر الأكسجين فلولاها لما استمرت الحياة على سطح الأرض .



المواد اللازمة لعملية البناء الضوئي :-
1- الماء : مصدر الهيدروجين اللازم لاختزال غاز ثاني أكسيد الكربون
2- ثاني أكسيد الكربون : مصدر الكربون ( العنصر الأساسي في الكربوهيدرات )
3- بعض العناصر والأملاح المعدنية مثل :
* الفسفور: يدخل في تركيب المركبات الناقلة للطاقة ( ATP ) أثناء عملية البناء الضوئي
* الماغنسيوم : يدخل في تركيب جزئ الكلوروفيل
* الحديد: يدخل في بناء الإنزيمات المساعدة
* النترات والفوسفات والكبريتات: تحول الكربوهيدرات إلى بروتين

نواتج البناء الضوئي :
1- سكر أحادى التسكر ( ناتج رئيسي ) :
* مصدر للطاقة ( عملية هدم )
* يتحول إلى نشا ( عملية تخزين )
* يتحول إلى بروتينات ( عملية بناء )

2- غاز الأكسجين ( ناتج ثانوي ) : يتحرر ليعمل على ثبات نسبته في الهواء الجوي
أين تحدث عملية البناء الضوئي ؟
في الأجزاء الخضراء من النبات مثل :-
1- الأوراق الخضراء : تعتبر المراكز الرئيسية لعملية البناء الضوئي لاحتوائها على أعلى نسبة من
البلاستيدات الخضراء
2 - السيقان العشبية : لاحتوائها على أنسجة كلورنشيمية بها البلاستيدات الخضراء

تركيب البلاستيدة الخضراء :-
تظهر البلاستيدات الخضراء في النباتات الراقية
على شكل عدسات محدبة وتتكون من :
1- غشاء رقيق مزدوج : يصل سمكه حوالي 10 نانومتر




2- أرضية البلاستيدة (النخاع ) أو الستروما:
تتركب من مادة بروتينية عديمة اللون
3- حبيبات الجرانا ( قرصية الشكل ) تنتشر في النخاع وكل حبيبة قطرها حوالي 0.5 ميكرون وتتكون من حوالي 15 قرص أو أكثر متراصة فوق بعضها وتمتد حواف الأقراص لتلتقي معا فتعمل بذلك على زيادة مساحة سطح الأقراص تحتوي أقراص الجرانا على الكلوروفيل الذي يحتوى على ذرة ماغنسيوم مسئولة عن امتصاص الضوء
4- حبيبات نشا تكون صغيرة الحجم ثم تتحلل إلى سكر ويتم نقله إلى خلايا أخرى في النبات



علل : تحتوي البلاستيدات الخضراء على حبيبات نشا صغيرة الحجم .

أصباغ البلاستيدة الخضراء :-
الكلوروفيل: - يوجد الكلوروفيل في أقراص الجرانا بالبلاستيدات الخضراء وتصل نسبته حوالي 70% لذا يغلب على الأصباغ اللون الأخضر



- يمتص الكلوروفيل الطاقة الضوئية اللازمة لعملية البناء الضوئي
- جزئ الكلوروفيل معقد التركيب والصيغة الجزيئية لجزئ الكلوروفيل- أ : C55 H72 O5 N4 Mg
- يعتقد أن قدرة الكلوروفيل على امتصاص الطاقة الضوئية يرجع لوجود ذرة الماغنسيوم في تركيبة .

كيف تلاءم الأوراق لوظيفتها ؟
1- نظام توزيع الأوراق على الساق تساعده على امتصاص أكبر قدر من الضوء
2- نصل الأوراق مفلطح لزيادة مساحة السطح المعرض للضوء
3- يحتوى العرق الوسطي على أوعية خشب ( لنقل الماء والأملاح ) واللحاء ( لنقل الغذاء )
4- يتم حماية الأوراق بطبقة من الكيوتين (عدا الثغور )
5- تعتبر الثغور المكان الرئيسي لتبادل الغازات ( تفتح في الضوء وتغلق في الظلام ) وتتحكم في تبخر الماء من النبات وتتأثر بدرجة الرطوبة .

تركيب ورقة النبات



تتركب ورقة النبات من ثلاثة أنسجة أساسية هي:
1- البشرتان ( العليا والسفلى )
تتكون كل بشرة من صف واحد من الخلايا البارنشيمية برميلية الشكل متلاصقة خالية من الكلوروفيل
ومغطاة بطبقة من الكيوتين (عدا الثغور )

2- النسيج المتوسط ( الميزوفيلي ) : يقع بين البشرتين العليا والسفلى وتخترق العروق ويتكون من :-
أ – الطبقة العمادية :-
- تتكون من صف من الخلايا البارنشيمية مستطيلة الشكل وتقع أسفل البشرة العليا وتكون عمودية على سطح الورق
وغنية بالبلاستيدات الخضراء
- تترتب البلاستيدات الخضراء في الأجزاء العلوية من الخلايا العمادية وذلك لتستقبل أكبر قدر من الأشعة الضوئية .



- وظيفة النسيج العمادى : القيام بعملية البناء الضوئي
ب – الطبقة الإسفنجية :-
- توجد أسفل الطبقة العمادية وتتكون من خلايا بارنشيمية غير منتظمة الشكل- مفككة – تفصلها مسافات
بينية واسعة تسمى غرف هوائية
- تحتوى على نسبة أقل من البلاستيدات الخضراء ( لذا يبدو السطح العلوي للورقة أكثر اخضرارا من ( السطح السفلى)
- وظيفة النسيج الاسفنجى :-
1- التخزين المؤقت للمواد الغذائية
2- تبادل الغازات
3- مساعدة النسيج العمادى في القيام بعملية البناء الضوئي

3- النسيج الوعائي :-
- يتكون من حزم وعائية عديدة تمتد في العرق الوسطي وتفرعاته
- تحتوى الحزمة الوعائية على:-
أ‌- أوعية الخشب: مرتبة في صفوف وتقع جهة البشرة العلوي وتفصلها خلايا بارنشيم الخشب وتنقل أوعية
الخشب الماء والاملاح الى جميع أجزاء النبات
ب‌- اللحاء: يقع جهة البشرة السفلى للورقة ويقوم بتوصيل المواد الغذائية العضوية إلى جميع أجزاء النبات .

آلية البناء الضوئي

مصدر الأكسجين المتصاعد في عملية البناء الضوئي :
- أول من وضح مصدر الأكسجين في عملية البناء الضوئي هو العالم فان نيل
- درس فان نيل بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية ( بكتيريا ذاتية التغذية ) تحتوى على كلوروفيل بكتيري ( أبسط تركيبا من كلوروفيل النبات الراقي )
- تعيش هذه البكتيريا في طين البرك والمستنقعات وتحصل على الهيدروجين من كبريتيد الهيدروجين ( تستخدمه في اختزال CO2لتكوين المواد الكربوهيدراتية) وينفصل الكبريت كناتج ثانوي
- افترض فان نيل أن الضوء يعمل على تحليل كبريتيد الهيدروجين إلى هيدروجين وكبريت, ويستخدم الهيدروجين في اختزال CO2 لتكوين الكربوهيدرات كما في المعادلة التالية:-

- معادلة البناء الضوئي في بكتيريا الكبريت :-



- افترض فان نيل إن التفاعلات الضوئية التي تتم في النباتات الخضراء تكون مشابهة لما يحدث في بكتريا الكبريت مع استبدال الماء بدلا من كبريتيد الهيدروجين

- معادلة البناء الضوئي في النبات الراقي :-



- افترض فان نيل أيضا أن الأكسجين المتصاعد يتحرر من الماء H2O وليس من CO2

إثبات صحة نظرية فان نيل :
- مصدر الأكسجين المتصاعد من عملية البناء الضوئي هو H2O وليس CO2 :-
- استخدم العلماء طحلب الكلوريللا وكان الماء المستخدم به نظير الاكسجين 18O بدلا من 16O
والأكسجين في CO2 هو 16O
- لاحظ العلماء أن الأكسجين المتصاعد هو 18O دليل على أن مصدره هو الماء



- وعند تكرار التجربة باستخدام ماء عادى يحتوى 16O بينما الأكسجين في ثاني أكسيد الكربون
18O فتصاعد أكسجين عادى 16O دليل على تحرره من الماء و ليس من ثاني أكسيد الكربون



التفاعلات الضوئية واللاضوئية :
- درس العالم بلاكمان العوامل المحددة لمعدل البناء الضوئي – مثال:- الضوء – الحرارة – ثاني أكسيد الكربون
- أوضح بلاكمان إن عملية البناء الضوئي تنقسم إلى نوعين من التفاعلات :-
أ- تفاعلات ضوئية : الضوء هو العامل المحدد لسرعة هذه التفاعلات
ب - تفاعلات لا ضوئية : درجة الحرارة هي العامل المحدد لسرعة التفاعلات اللاضوئية ولا تتأثر
بالضوء فهي تحدث في الضوء وفي الظلام وتسمى أيضا التفاعلات الأنزيمية لأنها لا تتم إلا في وجود إنزيمات معينة

أولا: التفاعلات الضوئية :-
أ- مكان التفاعل : في الجرانا
ب- العامل المحدد لسرعة التفاعل : الضوء
ج- خطوات التفاعل :
1- يسقط الضوء على الكلوروفيل فتكتسب الكتروناته طاقة وتنتقل من مستوياتها الأقل في الطاقة إلى مستويات أعلى في الطاقة ويسمى بالكلوروفيل النشط
2- عندما تتحرر الطاقة المختزنة تهبط الالكترونات مرة أخرى إلى مستوى الطاقة الأقل ويصبح الكلوروفيل غير نشط ويمكنه أن يمتص مزيدا من الضوء مرة أخرى
3 - جزء من الطاقة المتحرر من الكلوروفيل يشطر جزئ الماء إلى عنصريه الهيدروجين والاكسحين
4 - الجزء الآخر من الطاقة يخزن في مركبات الطاقة باتحاد جزئ ADP مع مجموعة فوسفاتP لتكونATP
5 - يتحدد الهيدروجين الناتج من انشطار جزئ الماء مع مساعد الإنزيم NADP لتكوين مركب NADPH2 (وبذلك لا يهرب الهيدروجين أو يتحد مع الأكسجين مرة أخرى )
6 - ينطلق الأكسجين المتحرر من انشطار الماء كناتج ثانوي
7 - تنتقل مركبات NADPH2 وATP إلى التفاعلات اللاضوئية لاستكمال عملية البناء الضوئي .
.