هرمونات النباتات واستجاباتها

6-2 هرمونات النباتات واستجاباتها

Plant Hormones and Responses

الفكرة الرئيسة

يمكن أن تؤثر الهرمونات في استجابات النبات لبيئته.

الربط مع الحياة

إن استجابات الجسم المختلفة تسيطر عليها الهرمونات. فعندما تأكل ترسل الهرمونات إشارات لخلايا الجهاز الهضمي؛ لكي تطلق إنزيماتها الهاضمة. ورغم أن النبات ليس له جهاز هضمي يفرز إنزيمات إلا أن الهرمونات تسيطر على نواح متعددة من نموه.

الأهداف

• تحدد الأنواع الرئيسة لهرمونات النبات.
• تشرح كيف تؤثر الهرمونات في نمو النباتات.
• تصف وتحلل الأنواع المختلفة من استجابات النبات.

مراجعة المفردات

النقل النشط Active transport: حركة المواد عبر الغشاء البلازمي من التركيز الأقل إلى التركيز الأعلى، ويحتاج إلى طاقة.

المفردات الجديدة

الأوكسين
الجبرلين
الإثيلين
السايتوكاينين
استجابة الحركة
الانتحاء

---

الهرمونات النباتية

Plant Hormones

الهرمونات مركبات عضوية تُصنع في جزء معين من المخلوق الحي، وتنتقل إلى جزء آخر حيث تؤثر فيه. ويحتاج المخلوق الحي إلى كمية ضئيلة من الهرمون لإحداث تغير فيه.

هل يفاجئك معرفة أن النباتات تنتج هرمونات؟ يمكن أن تؤثر هرمونات النبات في انقسام الخلايا ونموها وتميزها. وتشير نتائج الأبحاث إلى أن هرمونات النبات تؤدي عملها بالارتباط كيميائيًا مع مواقع محددة على الغشاء البلازمي تسمى المستقبلات البروتينية. ويمكن أن تؤثر هذه المستقبلات في إظهار أثر الجينات أو نشاط الإنزيمات أو نفاذية الغشاء البلازمي، كما درست سابقًا في هرمونات جسم الإنسان.

الأوكسين

Auxin

الأوكسين Auxin أول هرمون نباتي تم اكتشافه. وهناك أنواع عديدة منه، غير أن إندول حمض الخليك، الأوكسين، من أكثرها دراسة، حيث يُنتج في القمة النامية والبراعم والأوراق الصغيرة والأنسجة الأخرى السريعة النمو. وهو ينتقل عبر النبات من خلية برنشيمية إلى أخرى بوساطة نوع من النقل النشط.

وقد قيست سرعة انتقال الأوكسين auxin فوجد أنها 1 cm، وتنتقل بعض الأوكسينات في اللحاء. وينتقل الأوكسين في اتجاه واحد فقط، بعيدًا عن مكان إنتاجه.

الربط مع الكيمياء

ينبه الأوكسين استطالة الخلايا. وتشير البحوث إلى أن هذه العملية غير مباشرة في الخلايا الصغيرة، ويشجع كذلك على تدفق أيونات الهيدروجين بوساطة مضخة الهيدروجين من السيتوبلازم إلى جدار الخلية.

وهذا يكون وسطًا أكثر حموضة، مما يضعف الوصلات بين ألياف السليلوز في الجدار. كما أنه يحفز إنزيمات معينة تساعد على تحليل الجدار الخلوي. ونتيجة لفقدان أيونات الهيدروجين في السيتوبلازم فإن الماء يدخل إلى الخلايا، الشكل 6-8، وينجم عن ضعف جدران الخلايا وزيادة ضغطها الداخلي استطالة الخلية.

يختلف تأثير الأوكسين في النبات بصورة كبيرة بناءً على تركيزه وموقع عمله.

الصورة المرتبطة

p01_تأثير_الأوكسين_على_جدران_الخلايا.png

الشكل 6-8

يحفز الأوكسين تدفق أيونات الهيدروجين عبر جدار الخلية فيضعفه، ليدخل الماء وبالتالي تستطيل الخلية.

---

الصفحة 159

فمثلًا نجد أن التركيز الذي يشجع نمو الساق يمكن أن يبطئ نمو الجذر في بعض النباتات. وتنبه التراكيز المنخفضة من الأوكسين عادة استطالة الخلية، في حين تسبب التراكيز الأعلى أثرًا معاكسًا. ووجود هرمونات أخرى يمكن أن يعدل أثر الأوكسين.

بسبب وجود الأوكسين ظاهرة تسمى سيادة القمة النامية، ويكون فيها نمو النبات غالبًا نحو الأعلى، ولا يوجد إلا القليل منه في الفروع الجانبية. فالأوكسين الذي تنتجه القمة النامية يثبط نمو الأعضاء الجانبية.

إن إزالة القمة النامية للنبات يقلل من كمية الأوكسين الموجودة، وهذا يشجع نمو الفروع الجانبية، ويبين الشكل 6-9 الفرق الذي تحدثه هذه الإزالة.

الصورة المرتبطة

p02_تأثير_الأوكسين_في_السيادة_القمة_النامية.png

الشكل 6-9

العلوية: يثبط الأوكسين نمو الأعضاء الجانبية.
السفلية: تقلل إزالة القمة النامية للنبات من كمية الأوكسين، لذا تنمو الأعضاء الجانبية.

تؤثر الأوكسينات في تكوين الثمار، وتؤخر سقوطها. وتشير البحوث إلى أن إنتاج الأوكسين يتباطأ بزيادة نضج الخلية. فعند نهاية فصل النمو تؤدي قلة كميات الأوكسين في الأشجار والشجيرات إلى سقوط الثمار الناضجة إلى الأرض، وسقوط الأوراق قبل الشتاء.

ماذا قرأت؟

قارن كيف يمكن أن تؤثر التراكيز المختلفة للأوكسين في النبات؟

---

الجبرلينات

Gibberellins

الجبرلينات Gibberellins تسبب هذه المجموعة من هرمونات النبات، والتي تسمى الجبرلينات gibberellins، استطالة الخلايا، وتحفز انقسامها، كما تؤثر في نمو البذور. وتنتقل الجبرلينات في الأنسجة الوعائية.

وتفتقر النباتات القصيرة إلى الجينات المنتجة للجبرلينات، أو إلى الجينات المنتجة لمستقبلاتها. وعندما تعالج هذه النباتات بالجبرلينات فإن تلك التي تفتقر إلى الجينات المنتجة للجبرلينات، ولكن لديها الجينات المنتجة لمستقبلاتها، تزداد طولًا. إن معاملة النبات بالجبرلينات يمكن أن يسبب زيادة في طوله، الشكل 6-10.

الصورة المرتبطة

p02_تأثير_الجبرلينات_في_استطالة_النبات.png

الشكل 6-10

هذه النباتات ليس لديها جينات لإنتاج الجبرلينات، لكن النبات الذي على اليمين نما عندما تم معالجته بالجبرلينات.

---

الإثيلين

Ethylene

الإثيلين Ethylene هو الهرمون الغازي الوحيد المعروف، وهو مركب بسيط مكون من ذرتي كربون وأربع ذرات هيدروجين. ويوجد الإثيلين في الثمار الناضجة والأوراق والأزهار المتساقطة.

---

الصفحة 160

ولأن الإثيلين غاز فإنه يمكن أن ينتشر بين الخلايا، كما أنه ينتقل عبر أوعية اللحاء. وعلى الرغم من أن الإثيلين يمكن أن يؤثر في أجزاء أخرى من النبات إلا أن تأثيره الأساسي هو في الثمار في مرحلة النضج.

يجعل الإثيلين جدران خلايا الثمار غير الناضجة ضعيفة، ويؤدي إلى تحليل الكربوهيدرات المعقدة فيها إلى سكريات بسيطة. ونتيجة لتعرض الثمار للإثيلين فإنها تصبح طرية أكثر، كما تصبح أكثر حلاوة من الثمار غير الناضجة.

ولأن الثمار الناضجة معرضة للإصابة بالكدمات بسهولة في أثناء الشحن، فإن المزارعين غالبًا يشحنون ثمارهم غير ناضجة، وما أن تصل إلى وجهتها فإنهم يعالجونها بالإثيلين، مما يسرع في نضجها.

---

السايتوكاينينات

Cytokinins

السايتوكاينينات Cytokinins هرمونات تحفز النمو، ويتم إنتاجها في الخلايا السريعة الانقسام. وهي تنتقل إلى الأجزاء الأخرى من النبات عبر أوعية الخشب.

تشجع السايتوكاينينات cytokinins انقسام الخلايا بتحفيزها على بناء البروتينات الضرورية للانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم. وحيث إن السايتوكاينينات تزيد معدل النمو فإنها تضاف غالبًا إلى الوسط الغذائي المستعمل في زراعة الأنسجة النباتية، وهي تقنية تتم في المختبر لتنمية نباتات من قطع أنسجة نباتية.

يؤثر وجود الهرمونات الأخرى، وخاصة الأوكسين، في عمل السايتوكاينينات. فمثلًا ينبه هرمون الأوكسين، إندول حمض الخليك، وحده في استطالة الخلايا، ولكن عند إضافته إلى السايتوكاينين فإنه يشجع الانقسام السريع للخلايا، ويؤدي إلى نمو سريع.

ماذا قرأت؟

صف طريقتين تؤثر بهما الهرمونات في النباتات.

---

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

عالم وظائف أعضاء النبات، فسيولوجيا النبات

Plant physiologist

يدرس عالم وظائف أعضاء النبات مواضيع عديدة، منها كيمياء النبات، وكيف تعمل الهرمونات. يعمل العديد منهم في التعليم والبحث في الجامعات.

الصورة المرتبطة

p03_مهنة_عالم_وظائف_أعضاء_النبات.png

---

تجربة 6-2

استقصاء استجابة النبات

سؤال التجربة

كيف تستجيب النباتات للمنبهات الخارجية؟

تحتوي النباتات على مجموعة من الآليات التي تستجيب من خلالها للظروف البيئية المحيطة، ومنها الضوء. وفي هذه التجربة ستتعرف استجابة النباتات للضوء.

الصورة المرتبطة

p03_تجربة_استقصاء_استجابة_النبات.png

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• ازرع بذور البازلاء في ثلاثة أصص، في كل منها 4 بذور، قبل أربعة أيام من بدء التجربة، وسجل ملاحظاتك حولها.
• أحضر صندوقين من الكرتون قاعدتهما مفتوحة، ثم اعمل شقًا أفقيًا في منتصف أعلى أحد الأوجه الجانبية لأحدهما بطول 12 cm وعرضه 3 cm.
• ضع الأصص الثلاثة في مكان مضيء، ثم غطِّ اثنين منها بالصناديق الكرتونية، بحيث يكون الشق في أحد الصندوقين مواجهًا للضوء، واترك الثالث تحت الضوء مباشرة.
• لاحظ النباتات بعد 24 ساعة من التجربة وسجل ملاحظاتك.

التحليل

• حدد نوع الهرمون الضروري لتحفيز النباتات على تغيير اتجاه نموها.
• التفكير الناقد: إذا كررت التجربة مرة أخرى، بحيث عملت شقّان في وجهين متقابلين من الصندوق الكرتوني أحدهما باتجاه الضوء، ماذا تتوقع أن يحدث؟

---

الصفحة 161

استجابات النبات

Plant Responses

هل تساءلت يومًا عن سبب نمو أوراق نباتات المنزل الداخلية متجهة نحو الشبابيك أو عن سبب تسلّق أغصان شجرة العنب أحد الأعمدة؟ إن هذه الظواهر وأحداثًا كثيرة غيرها، منها نمو الجذور نحو الأسفل، ونمو الساق نحو الأعلى، وإسقاط النباتات لأوراقها، واصطياد أوراق بعض النباتات للحشرات، كلها استجابات من النباتات لبيئاتها.

استجابة الحركة

Nastic responses

إن استجابة النبات التي تسبب الحركة بغض النظر عن اتجاه المنبه تسمى استجابة الحركة nastic response. وهذه ليست استجابة نمو، بل هي استجابة مؤقتة، ويمكن تكرارها مرات عديدة.

يشكل انطباق أوراق النبتة آكلة الحشرات، فينوس، مثالًا آخر على استجابات الحركة. وتبين البحوث الحديثة أن هذا ينتج عن حركة الماء في نصف من الورقة الصائدة. وتسبب الحركة تمددًا غير متساوٍ إلى أن يتغير الشكل المقوس للورقة فجأة ويطبق المصيدة.

كما يعد نمو نبات تباع الشمس وحركته تبعًا لمكان وجود الشمس من الأمثلة على استجابات الحركة.

استجابات النمو

Tropic responses

ماذا تلاحظ على النباتات في الجدول 6-2؟ إنها جميعها أمثلة على استجابات النمو أو الانتحاء.

فالانتحاء tropism هو نمو النبات استجابة لمنبه خارجي. فإذا كان نمو النبات نحو المنبه سمي انتحاءً موجبًا، وإذا كان النمو بعيدًا عن المنبه سمي انتحاءً سالبًا.

وهناك أنواع عديدة من الانتحاء تشمل الانتحاء الضوئي، والانتحاء الأرضي، والانتحاء اللمسي.

فالانتحاء الضوئي هو استجابة نمو النبات للضوء، وسببه التوزيع غير المتساوي للأوكسين. ويوجد القليل من الأوكسين في جانب النبات المعرض للضوء، والكثير منه في الجانب البعيد عن مصدر الضوء. ولأن الأوكسين يسبب استطالة الخلايا، فإن الخلايا على الجانب البعيد من مصدر الضوء تستطيل، مما يجعل ذلك الجانب من الساق أطول، فتكون النتيجة أن ينحني الساق في اتجاه مصدر الضوء.

أما الانتحاء الأرضي فهو استجابة نمو النبات نحو مركز الجاذبية الأرضية. وتظهر الجذور عادة انتحاءً أرضيًا موجبًا. إن نمو الجذور إلى أسفل في التربة يساعد على تثبيت النبات، ويجعل الجذور ملامسة للماء والأملاح المعدنية. لكن الساق تظهر انتحاءً أرضيًا سالبًا عندما تنمو إلى أعلى بعيدًا عن مركز الجاذبية الأرضية. وهذا النمو يضع الأوراق بحيث تتعرض لأكبر كمية من الضوء.

وهناك نوع ثالث من الانتحاء في بعض النباتات، ألا وهو الانتحاء اللمسي. وهذا النوع هو استجابة نمو النباتات للمؤثرات الآلية، الميكانيكية، ومنها ملامسة جسم ما أو مخلوق ما أو حتى الريح. إن الانتحاء اللمسي واضح في النباتات المتسلقة التي تلتف حول أي تركيب قريب منها كشجرة أو سياج.

---

الصفحة 162

الجدول 6-2

انتحاءات النباتات

الصورة المرتبطة

p05_جدول_انتحاءات_النباتات.png

| الانتحاء | المنبه / الاستجابة | مثال |
| ----------------------------- | ------------------------------------------------------ | ----------------------------------- |
| الانتحاء الضوئي Phototropism | الضوء: النمو نحو مصدر الضوء | نبات ينمو باتجاه مصدر الضوء |
| الانتحاء الأرضي Gravitropism | الجاذبية: موجب = نمو نحو الأسفل، سالب = نمو نحو الأعلى | نمو الجذور إلى أسفل والساق إلى أعلى |
| الانتحاء اللمسي Thigmotropism | ميكانيكي: نمو نحو نقطة التماس أو الملامسة | نبات متسلق يلتف حول دعامة |

---

التقويم 6-2

الصورة المرتبطة

p05_تقويم_هرمونات_النباتات_واستجابتها.png

الخلاصة

• تنتج الهرمونات النباتية بكميات قليلة.
• قد تؤثر الهرمونات في انقسام الخلية، والنمو وتميز الخلايا.
• استجابات الحركة لا تعتمد على اتجاه المنبه.
• الانتحاء هو استجابة للمنبهات من اتجاه محدد.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة: حدد الهرمونات النباتية وصفها بناءً على تأثيراتها في النباتات.
• سم ثلاثة أنواع من الانتحاءات في النباتات وصفها.
• قارن بين الانتحاءات واستجابات الحركة.

التفكير الناقد

• صمم نموذجًا يبين كيف ينتقل الأوكسين من خلية إلى أخرى.
• احكم على أساس علمي على المقولة الشائعة: “تفاحة متعفنة واحدة تتلف صندوقًا كاملًا”.