عملية امتصاص الماء والأملاح

📚 محتويات المقال

عملية امتصاص الماء والأملاح

تعريف: الخلية المتخصصة

الخلية المتخصصة عبارة عن خلية تمايزت بتركيب معيَّن يُمكِّنها من أداء وظيفتها المحدَّدة.

وتتكوَّن الجذور من الشعيرات الجذرية، وهي خلايا عالية التخصص تعمل على امتصاص الماء والمعادن.

الشعيرة الجذرية؟

جـ: هي امتداد لخلية واحدة من خلايا البشرة الخارجية يصل طولها حوالي 4 مم

 

الشعيرة الجذرية

تركيب الشعيرة الجذرية

جدار مبطن من الداخل بطبقة رقيقة من السيتوبلازم
نواة وفجوة عصارية كبيرة
ملحوظة:عمر الشعيرة الجذرية لا يتجاوز بضعة أيام أو أسابيع لأن خلايا البشرة الخارجية تتمزق بين الحين والآخر بسبب احتكاكها بحبيبات التربة وتعوض باستمرار من منطقة الاستطالة

ملاءمة تركيب الشعيرة الجذرية لوظيفتها: -

(1) جدرها رقيقة (لتسمح بنفاذ الماء والأملاح خلالها.)
(2) عددها كبير– وامتدادها خارج الجذر. يزيد من مساحة سطح امتصاص الماء والأملاح من التربة
(3) تركيز المحلول داخل فجواتها العصارية أعلى من تركيز محلول التربة (مما يساعد على انتقال الماء من التربة إلى داخل الشعيرة الجذرية)
(4) تفرز الشعيرة الجذرية مادة لزجة (لتساعدها على الانزلاق والتغلغل بين حبيبات التربة كما تساعدها على الالتصاق بهذه الحبيبات لتثبيت النبات)

تحتوي خلايا الشعيرات الجذرية على فجوة عصارية كبيرة، وهي «كيس» مملوء بسائل يساعد في الحفاظ على الشكل والتركيب. تحتوي الفجوة العصارية أيضًا على تركيز عالٍ من المواد المذابة، ما يحفِّز حركة الماء من الجدران الخلوية إلى الفجوة العصارية من خلال الخاصية الاسموزية. ونظرًا لوجود تركيز عالٍ من المواد المذابة، يُقال إن جهد الماء في الفجوة العصارية منخفض.

مخطط يوضح تركيب الشعيرة الجذرية

زيادة مساحة سطحها 

وجود طبقه من السيتوبلازم تبطنها
وتمتص الشعيرة الجذرية الماء من خلال عملية تُعرَف بالتشرُّب. ويحدث التشرُّب عندما تقوم الجسيمات الصلبة للشعيرات الجذرية بامتصاص الماء، ما يؤدِّي إلى انتفاخها وزيادة حجمها.
وتكون خلايا الشعيرات الجذرية مُغطاة بطبقة رقيقة لها قدرة عالية على جذب جزيئات الماء، وهذا يحفِّز الماء على النفاذ إلى الجدران الخلوية للشعيرات الجذرية من خلال التشرُّب. وتتمكَّن جزيئات الماء من عبور الفراغات الموجودة في الغشاء شبه المنفذ من خلال ما يُعرَف بالخاصية الاسموزية.
يتحرَّك الماء من التربة إلى الفجوة العصارية لإحدى خلايا الشعيرات الجذرية عن طريق الخاصية الاسموزية. والخاصية الاسموزية هي حركة الماء من منطقةٍ تركيزُ المواد المذابة فيها منخفض (حيث يكون تركيز الماء مرتفعًا) إلى منطقةٍ تركيزُ المواد المذابة فيها مرتفع (حيث يكون تركيز الماء منخفضًا).
وهي عملية سلبية، ما يعني أنها لا تتطلَّب طاقة. وكلما ازداد تركيز المواد المذابة، ازداد أيضًا «الضغط الأسموزي» الذي يسبِّب حركة الماء.

The role of root hairs in water uptake: recent advances and future perspectives

 العلاقة بين السمات الجذرية المختلفة وكفاءة استخدام النبات للمياه

حيث تُظهر أن الأداء الأمثل يحدث ضمن نطاقات محددة من هذه السمات. 

فى الواقع أن الماء ضرورى للنبات لأتمام جميع عملياته الحيوية مثل البناء الضوئى لتكوين الكربوهيدرات و النتح لتلطيف درجه حرارة النبات و الاخراج للتخلص من الماء الزائد و المواد الغير ضرورية.

ومن المعروف ان المدخل الاساسي للماء هو الشعيرات الجذرية  حيث أنها ترتبط ارتباطا وثيقا بالتربة و تتغلغل بين ثنايا حبيبات التربة و مع زيادة حجمها و عمرها و طولها توسع نصف قطر الجذر الفعال و تزيد قدرتها على الامتصاص مع زياده مساحة السطح الممتص.

ورغم الجدل القائم بين الباحثين عن كفاءة الشعيرات الجذرية وحتى أهميتها تتأثر بالعديد من العوامل مثل نوع التربة وتاثرها بعوامل المناخ مثل الجفاف و عمليات النتح التى يقوم بها النبات و بالتالي درجه حرارة الجو المحيط بالنبات و نوع النبات خاصة النباتات البرية.

فنجد انه مع أرتباط الشعيرات الجذرية الجذور بالتربة، وتُوسّع نصف قطر الجذر الفعال، وتُزيد بشكل كبير من مساحة السطح الممتص. على الرغم من أن فعالية الشعيرات الجذرية في امتصاص العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور، معروفة جيدًا، إلا أن دورها في امتصاص الماء لا يزال محل جدل. نستعرض هنا التطورات الحديثة في هذا المجال، ونناقش العوامل المؤثرة على دور الشعيرات الجذرية في امتصاص الماء، ونقترح توجهات مستقبلية. نُجادل بأن طول الشعيرات الجذرية وانكماشها، استجابةً لجفاف التربة، يُفسّران الأدلة المتناقضة ظاهريًا المتوفرة حاليًا. كشف تحليلنا أن الشعيرات الجذرية الأقصر والأكثر هشاشة (مثل الأرز والذرة) تُساهم بشكل ضئيل، إن وُجد، في امتصاص الماء بواسطة الجذور. في المقابل، كان للشعيرات الجذرية الأطول نسبيًا (مثل الشعير) تأثير واضح على امتصاص الماء بواسطة الجذور، والنتح، وبالتالي استجابة النبات لجفاف التربة. نستنتج أن دور الشعيرات الجذرية في امتصاص الماء يختلف باختلاف نوع النبات (وربما نوع التربة). نقترح أن الفهم الشامل لفعالية الشعيرات الجذرية في امتصاص الماء سيتطلب دراسات مفصلة لطول الشعيرات الجذرية، ودورانها، وانكماشها في أنواع مختلفة من النباتات وفي أنسجة التربة المتباينة.  

و في احد الدراسات تم ذكر أنه لا يعني امتلاك أكبر مجموع جذري بالضرورة أفضل كفاءة في استخدام المياه، بل إن هناك نطاقاً أمثل لسمات الجذر المختلفة يعمل فيه النبات بأعلى كفاءة في بيئة معينة. 

أذ أنها تتأثر بالعديد من العوامل الرياضيه المعقدة جدا و على سبيل المثال المعادلات الرياضية المرفقة مثل هذه المعادلة (y=-0.0005x^2+0.0238x-0.8449)) هي نماذج انحدار توضح هذا النمط المنحني وتساعد الباحثين على التنبؤ بالكفاءة بناءً على تلك السمات. 

تفسير علمي دقيق للرسوم البيانية:

  العلاقة بين السمات الجذرية المختلفة وكفاءة استخدام النبات للمياه

الكفاءة مقابل طول الجذر ومساحة الجذر (A و B):

تُظهر الرسوم البيانية (أ) و (ب) وجود علاقة مُنحنية (من الدرجة الثانية) بين كل من طول الجذر ومساحة الجذر وكفاءة استخدام المياه.

يزداد امتصاص الماء مع زيادة مساحة السطح الجذري التي توفرها الشعيرات الجذرية.

ومع ذلك، يصل الامتصاص والكفاءة إلى ذروة مثلى، وبعدها تبدأ الكفاءة في الانخفاض. قد يعود هذا الانخفاض إلى عوامل مثل زيادة استهلاك النبات للطاقة اللازمة للحفاظ على نسيج جذري كبير جداً، أو الوصول إلى حالة تشبع معينة لا تزيد بعدها الكفاءة بالضرورة.

الكفاءة مقابل طول الجذر المحدد ومساحة الجذر المحددة (C و D):

الطول المحدد والمساحة المحددة هما مؤشران على كثافة الأنسجة الجذرية (نسبة الطول أو المساحة إلى الكتلة الجافة).

تُظهر الرسوم البيانية (ج) و (د) أن كفاءة استخدام المياه تزداد مع زيادة كثافة الجذر (انخفاض القيمة على المحور السيني) حتى تصل إلى قيمة مثلى.

العلاقات هنا تتبع منحنيات مشابهة للمنحنيات السابقة، مما يؤكد أن التوازن هو المفتاح لتحقيق أقصى كفاءة. 

مثال: تذكَّر أوجه تكيُّف خلية شعيرة جذرية

أيٌّ من الآتي لا يُعَدُّ من أوجه تكيُّف خلايا الشعيرات الجذرية لأداء وظيفتها؟

1. لديها جدران رقيقة للسماح للماء والمعادن بالانتقال إلى داخل الخلية.
2. كثيرة العدد لزيادة امتصاص الماء والمعادن.
3. تحتوي على العديد من البلاستيدات الخضراء التي تقوم بعملية البناء الضوئي وتوفِّر الجلوكوز للجذر.
4. جهدها المائي منخفض داخل الفجوة العصارية للشُّعَيرة الجذرية، وهذا يُسهِّل انتقال الماء إليها.

آلية امتصاص الماء

تعتمد هذه الآلية على الظواهر الفيزيائية الآتية:
1- خاصية الانتشار:
هى تحرك الجزيئات أو الأيونات من وسط ذو تركيز عالي إلى وسط ذو تركيز منخفض. ويرجع ذلك إلى الحركة الذاتية المستمرة لجزيئات المادة المنتشرة

مثال: انتشار نقطة حبر فى كأس به ماء.
1- خاصية النفاذية: تختلف جدر الخلايا وأغشيتها فى قدرتها على النفاذية لذا-
تعريف النفاذية الاختيارية: هى قدرة بعض الأغشية البلازمية شبه المنفذة على
إنفاذ بعض أيونات الأملاح التى يحتاج إليها النبات دون أيونات أخرى.
مع ملاحظة: - أن هناك أغشية شبه منفذه اختيارية النفاذية

ما هى أنواع الجدر الخلوية

تقسم الجدر إلى: -
منفذة تنفذ الماء والأملاح المعدنية مثل الجدر السلولوزية
غير منفذة (مغطاة): لا تنفذ الماء ولا الأملاح المعدنية مثل الجدر المغلظة السيوبين والكيوتين واللجنين

ما هى أنواع الاغشية الخلوية

الأغشية تقسم إلى: -
الأغشية شبه المنفذة اختيارية النفاذية مثل الاغشية البلازمية
شبه منفذة: تنفذ الجزيئات الصغيرة فقط ولا تنفذ الجزيئات الكبيرة وبها ثقوب دقيقة جداً
اختيارية النفاذية:لها خاصية النفاذية الاختيارية (لأنها رقيقة بها ثقوب ولها خاصية تحديد مرور المواد خلالها فقد تمر خلالها بعض المواد بصورة حرة طليقة (مثل الماء) وأخرى تمررها ببطء " مثل كثير من الأملاح "، بينما لا تسمح بنفاذ مواد أخرى" مثل السكر والأحماض الأمينية (لأنها أكبر في حجم جزيئاتها).

الخاصية الاسموزية:

الخاصية الاسموزية هي حركة الماء من منطقة ذات تركيز منخفض للمواد المذابة إلى منطقة ذات تركيز مرتفع للمواد المذابة عبر غشاء شبه منفذ.

تعريف: الضغط الأسموزي: الضغط الأسموزي هو الضغط الذي يحرِّك الماء عبر غشاء شبه منفذ.

ما هي العلاقة بين تركيز المواد المذابة في المحلول والضغط الاسموزى:

العلاقة طردية أي كلما كان تركيز المواد المذابة في المحلول كبيراً كلما زاد الضغط الاسموزي.

تمرين
يعطي الجدول التالي قياس طول قطع البطاطس بعد ساعة من وضعها في محاليل مختلفة التركيز للجلوكوز، وفي حرارة ثابتة (والضغط)والضغط.
علما أن الطول الأصلي للقطع هو 50mm50mm فسر تغير طول قطع البطاطس.
نلاحظ أن طول قطع البطاطس يرتبط بتركيز الوسط الذي توجد فيه. في الأوساط الذي يكون فيها التركيز أقل من التركيز داخل الخلايا، يدخل الماء الى هذه الأخيرة فيزداد حجمها وبالتالي يزداد طول القطع. أما في الأوساط الذي يكون فيها التركيز أكبر من التركيز داخل الخلايا، يخرج الماء من هذه الأخيرة فينقص حجمها وينقص طول القطع.

تفسير البلزمة و التوتر فى ضوء الاسموزيه على الخلايا النباتيه و أثرها كدعامة فسيولوجية مؤقتة

 ما المقصود بخاصية التشرب

هى قدرة الدقائق الصلبة " وخاصة الغروية المحبة للماء منها " على امتصاص الماء – فتزداد فى الحجم - وتنتفخ – وتمتص جدر خلايا النبات الماء بهذه الخاصية
ومن المواد الغروية فى النبات المواد السلولوزية – المواد البكتينية – بروتينات البروتوبلازم.

تفسير كيفية امتصاص الجذر للماء:

1- بخاصية التشرب: حيث تحيط بالشعيرات الجذرية طبقة غروية تلتصق بها حبيبات التربة بما عليها من أغشية مائية وذائبات – فتتشرب الجدر السليلوزية بالماء
2- بالخاصية الاسموزية: حيث أن تركيز الماء فى محلول التربة يكون أقل من تركيزه فى الفجوات العصارية (نظراً لوجود السكر ذائباً فى العصير الخلوي).

ب) لذلك ينتشر الماء بالخاصية الاسموزية من التربة إلى الفجوات العصارية لخلايا البشرة
جـ) وبنفس الطريقة ينتقل الماء إلى خلايا القشرة – وهكذا حتى يصل إلى أوعية الخشب فى مركز الجذر

ملحوظة/النباتات الصحراوية ونباتات الأراضي الملحية تتميز شعيراتها الجذرية بضغوط إسموزية عالية قد يصل ضغطا الأسموزى من 50 إلى 200 ضغط جوى بينما فى النباتات العادية يتراوح من 5 إلى 20 ضغط جوى

أهمية الجذر في أتمام عمليه الامتصاص بالاضافة الي العمليات الحيوية الاخري

الاسئله حول الموضوع

في النباتات، ما العملية الرئيسية التي تستخدمها خلايا الشعيرات الجذرية لامتصاص الماء من التربة؟
النقل النشط
الخاصية الاسموزية
البناء الضوئي
الانتقال

تحتاج النباتات إلى امتصاص أيونات المعادن من التربة. ما اسم العملية الرئيسية التي تستخدمها لعمل ذلك؟
النقل النشط
الخاصية الاسموزية
الانتشار
النتح

يُظهِر الشكل الموضَّح التركيب الأساسي لخلية شُعيرة جذرية في النبات.
أيٌّ ممَّا يلي من أوجه تكيُّف خلية الشُّعيرة الجذرية؟
مساحة سطحها كبيرة لامتصاص كميات كبيرة من الماء من التربة.
قادرة على التمايز إلى أيِّ خلية متخصصة.
مغطَّاة بغلاف عازل للماء لمنع تبخُّر الماء.
بها العديد من الفراغات الهوائية بين الخلايا للسماح بانتشار الغازات.

تحتوي خلايا الشُّعيرة الجذرية على البلاستيدات الخضراء. أيٌّ ممَّا يلي يفسِّر السبب؟
بها العديد من الميتوكوندريا؛ لذلك لا توجد مساحة للبلاستيدات الخضراء.
لا يصل إليها الأكسجين؛ لذلك لا يمكنها القيام بعملية التنفس.
لا يصل إليها الضوء؛ لذلك لا يمكنها القيام بعملية البناء الضوئي.
بُنِّية اللون وليست خضراء؛ لذلك لا تحتاج إلى الكلوروفيل الأخضر الصبغة.

يوضِّح الرسم المُبين المخطط الأساسي لأوعية نسيج الخشب في النباتات.
بالإضافة إلى السليولوز، ما البوليمر الموجود في جدران الخلية لتقوية وعاء نسيج الخشب؟
الكِيتِين
الكيراتين
السليولوز
اللجنين

اى من الآتي يَصِف تركيب نسيج الخشب؟
نسيج الخشب أنبوب طويل متصل من الخلايا الحية.
نسيج الخشب أنبوب طويل متصل من الخلايا الميتة.
يتكوَّن نسيج الخشب من العديد من الخلايا الحية والميتة التي تشكِّل أنبوبًا صلبًا.
يتكوَّن نسيج الخشب من العديد من الخلايا الحية مع وجود مسام في الجدار الخلوي.