هرمونات النباتات واستجاباتها

2-2 هرمونات النباتات واستجاباتها

Plant Hormones and Responses

الأهداف

تحدد الأنواع الرئيسة لهرمونات النبات.

تلخص كيف تؤثر الهرمونات في نمو النبات.

تصنف 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

الأكسين
الجبرلين
الإيثلين
السايتوكاينين
استجابة الحركة
الانتحاء

الفكرة الرئيسية

يمكن أن تؤثر الهرمونات في استجابات النبات لبيئته.

الربط مع الحياة

تسيطر الهرمونات على استجابات الجسم المختلفة عندما 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.

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 تغيير فيه. هل يفاجئك معرفة أن النباتات تنتج هرمونات؟ يمكن أن تؤثر هرمونات النبات في انقسام الخلايا ونموها وتمايزها. 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.

الأكسين

Auxin

الأكسين Auxin أول هرمون نباتي تم اكتشافه. وهناك أنواع عديدة منه، غير أن إندول حمض الخليك «الأكسين» من أكثرها دراسة، حيث ينتج 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 الأكسين auxin فوجد أنها 1 cm/h، وتنتقل بعض الأكسينات في اللحاء. وينتقل الأكسين في اتجاه واحد فقط، بعيدًا عن مكان إنتاجه.

الربط مع الكيمياء

ينبه الأكسين 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 2-8. وينجم عن ضعف جدران الخلايا وزيادة ضغطها الداخلي استطالة الخلية. يختلف تأثير الأكسين في النبات بصورة كبيرة بناءً على تركيزه وموقع عمله.

الشكل 2-8

يحفز الأكسين تدفق أيونات الهيدروجين عبر جدار الخلية مما يضعفه، فيدخل الماء وبالتالي تستطيل الخلية.

--

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

يسبب وجود الأكسين ظاهرة تسمى سيادة القمة النامية، ويكون فيها نمو النبات غالبًا نحو الأعلى، ولا يوجد إلا القليل منه في الفروع الجانبية. فالأكسين الذي تنتجه القمة النامية يثبط نمو الأغصان الجانبية. إن إزالة القمة النامية للنبات يقلل من كمية الأكسين الموجودة، وهذا يشجع نمو الفروع الجانبية، ويبين الشكل 2-9 الفرق الذي تحدثه هذه الإزالة.

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

ماذا قرأت؟

قارن كيف يمكن أن تؤثر التراكيز المختلفة للأكسين في النبات؟

الجبريلينات

Gibberellins

الجبريلينات Gibberellins تسبب هذه المجموعة من هرمونات النبات والتي تسمى الجبريلينات gibberellins استطالة الخلايا، وتحفز انقسامها، كما تؤثر في نمو البذور. وتنتقل الجبريلينات في الأنسجة الوعائية. وتفتقر النباتات القصيرة إلى الجينات المنتجة للجبريلينات أو إلى الجينات المنتجة لمستقبلاتها. وعندما تعالج هذه النباتات بالجبريلينات فإن تلك التي تفتقر إلى الجينات المنتجة للجبريلينات ولكن لديها الجينات المنتجة لمستقبلاتها تزداد طولًا. إن معاملة النبات بالجبريلينات يمكن أن يسبب زيادة في طولها، الشكل 2-10.

الإيثلين

Ethylene

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

الشكل 2-9

العلوية: يثبط الأكسين نمو الأغصان الجانبية.
السفلية: تقلل إزالة القمة النامية للنبات من كمية الأكسين، ولذا تنمو الأغصان الجانبية.

الشكل 2-10

هذه النباتات ليس لديها جينات لإنتاج الجبريلينات. لكن النبات الذي على اليمين تم معالجته بالجبريلينات.

--

ولأن الإيثلين غاز فإنه يمكن أن ينتشر بين الخلايا، كما أنه ينتقل عبر أوعية اللحاء. وعلى الرغم من أن الإيثلين يمكن أن يؤثر في أجزاء أخرى من النبات إلا أن تأثيره الأساسي هو في الثمار في مرحلة النضج؛ يجعل الإيثلين جدران خلايا الثمار غير الناضجة ضعيفة، ويؤدي إلى تحليل الكربوهيدرات المعقدة فيها إلى سكريات بسيطة. ونتيجة لتعرض الثمار للإيثلين 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 بالإيثلين، مما يسرع في نضجها.

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

عالم وظائف أعضاء النبات «فسيولوجيا النبات»

Plant physiologist

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

السايتوكاينينات

Cytokinins

السايتوكاينينات Cytokinins هرمونات تحفز النمو، يتم 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، وبخاصة الأكسين، في عمل السايتوكاينينات. فمثلًا ينبه هرمون الأكسين «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.

تجربة 2-2

استقصاء استجابة النبات

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.

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 هذه 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 غط 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 شقين في وجهين متقابلين من الصندوق الكرتوني أحدهما باتجاه الضوء؛ ماذا تتوقع أن يحدث؟

--

استجابات النبات

Plant Responses

هل تساءلت يومًا عن سبب نمو أوراق نباتات المنزل الداخلية متجهة نحو الشبابيك أو عن سبب تسلق 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 2-2؟ إنها جميعها أمثلة على استجابات النمو أو الانتحاء. فالانتحاء tropism هو نمو النبات استجابةً لمنبه خارجي. فإذا كان نمو النبات نحو المنبه يسمى انتحاءً موجبًا، وإذا كان النمو بعيدًا عن المنبه يسمى 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 للأكسين. ويوجد القليل من الأكسين في جانب النبات المعرض للضوء، والكثير منه في الجانب البعيد عن مصدر الضوء. ولأن الأكسين 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.

--

الجدول 2-2

انتحاء النباتات

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

التقويم 2-2

الخلاصة

تنتج الهرمونات النباتية بكميات قليلة.

قد تؤثر الهرمونات في انقسام الخلايا، والنمو وتمايز الخلايا.

استجابات الحركة لا تعتمد على اتجاه المنبه.

الانتحاء هو استجابة للمنبهات من اتجاه محدد.

فهم الأفكار الرئيسية

• الفكرة الرئيسية: حدد الهرمونات النباتية وصنفها بناءً على تأثيراتها في النباتات.

• صف ثلاثة أنواع من الانتحاءات في النباتات وصفها.

• قارن بين الانتحاءات واستجابات الحركة.

التفكير الناقد

• صمم نموذجًا يبين كيف ينتقل الأكسين من خلية إلى أخرى.

• احكم على أساس علمي على المقولة الشائعة: «تفاحة متعفنة واحدة تتلف صندوقًا كاملًا».