فسيولوجيا النبات هو فرع من الدراسة في علم النبات ، يتعامل مع العمليات الفسيولوجية أو وظائف النباتات على وجه التحديد ، هي دراسة وصفية لهيكل وتنوع النباتات على المستوى الخلوي ، والجزيئي مما يؤدي إلى الجوانب البيئية والفيزيولوجية ، والكيميائية الحيوية المتعلقة باستكشاف النباتات.
مع تطور النباتات على الأرض، كانت بحاجة إلى طرق للبقاء على قيد الحياة، وذلك من خلال فصل ثاني أكسيد الكربون والماء. ويوفر علم فسيولوجيا النبات حسابا للأجزاء المختلفة للنبات وأدائها، مما يساعدنا على تحليل العمليات النباتية مثل التغذية المعدنية والتمثيل الضوئي والنقل والتنفس. وأخيرا، يمكننا من خلال هذا العلم تطوير النباتات وتحسين نموها، وهذه الخصائص هي التي تميز الكائنات الحية.
فسيولوجيا أجزاء النبات
يقوم علماء الفسيولوجيا البيئية بدراسة استجابة النباتات للعوامل الفيزيائية، مثل الإشعاع مثل الضوء والأشعة فوق البنفسجية، ودرجة الحرارة، والنار، والرياح. كما يدرسون العلاقات المائية المهمة التي يمكن قياسها بالضغط، سواء ضغط الجفاف أو ضغط الغمر، وتبادل الغازات مع الغلاف الجوي، ودورة المغذيات مثل النيتروجين والكربون.
يقوم علماء الفسيولوجيا البيئية بدراسة استجابة النبات للعوامل الحيوية، وذلك لا يتضمن فقط التفاعلات السلبية مثل التنافس والأعشاب الضارة والأمراض والطفيليات، ولكنه يشمل أيضًا التفاعلات الإيجابية مثل التعاون والتلقيح.
أوراق الأشجار
تعتبر الأوراق عضوًا مهمًا في النباتات؛ حيث يمكن أن تنمو في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام، وتعد مركزًا أساسيًا لعملية التمثيل الضوئي.
سيقان النبات
يوفر الجذع الدعم والهيكل للنبات، ويؤدي العديد من الوظائف الهامة مثل نمو النبات والتنافس والعيش في بيئات مختلفة، ويختلف هيكل الجذع في الأنواع المختلفة.
جذر النبات
تعتبر الجذور جزءًا مهمًا من النبات حيث تقع تحت سطح التربة وتقوم بامتصاص الماء والعناصر الغذائية من التربة.
لحاء النبات
يشكل اللحاء أنسجة الأوعية الدموية للنبات، ويطلق عليه أيضًا العصارة، ودوره نقل الماء والسكريات والمواد الأخرى الهامة بين الجذور والساق والأوراق.
وظائف النبات
النقل في النباتات
تحتوي النباتات على نظام وعائي مميز (العصارة واللحاء) يساعد على نقل العناصر الغذائية والماء من الجذور إلى جميع أجزاء النبات عن طريق الانتقال، ويختلف نقل المياه والعناصر الغذائية في النباتات ذات الجذور الأحادية الاتجاه أو المتعددة الاتجاهات.
يمكن أن تكون وسائط النقل إما سلبية ، والتي تحدث من خلال الانتشار ، أو الميسر على وجه الدقة ، أو يمكن أن تكون من خلال الوضع النشط ، الذي تقوم به بروتينات غشائية محددة تسمى المضخات ، وتلعب المياه دورًا محوريًا في القيام بالأنشطة الفسيولوجية ، وبالتالي فإن فهم أهمية العلاقات بين النباتات ، والمياه أمر أساسي.
يساعد مفهوم إمكانيات المياه على فهم حركة الماء من خلال مصطلحات مثل جهد الذوبان وإمكانيات الضغط، ونسبةً للمستوى الخلوي، يحدث التناضح في النباتات مما يسمح بحركة الجزيئات داخل وخارج الخلايا، ويعتبر النتح جانبًا آخر حاسمًا في دورة حياة النباتات.
التغذية المعدنية
تعتبر تغذية النبات جانبًا مهمًا في نمو النباتات، حيث توضح الأساليب المستخدمة لتحديد العناصر الأساسية لتنمية النباتات ودور هذه العناصر ومعايير تحديد أهميتها وأعراض نقصها وآليات امتصاصها. كما تشير إلى أهمية تثبيت النيتروجين.
وتقوم المغذيات الكبيرة ، والمغذيات الدقيقة الموجودة في النباتات ، بعمليات أساسية مثل نفاذية غشاء الخلية ، والتركيز التناضحي لعصارة الخلية والحفاظ عليها بصيانتها ، ونشاط الإنزيم وما إلى ذلك ، كما يمكن أن يؤدي العرض غير الكافي للعناصر الأساسية ، إلى تركيز حاسم في النباتات.
تتم عملية امتصاص العناصر الغذائية من خلال آلية تشمل الخلايا والأنسجة والأعضاء المختلفة، وبصرف النظر عن العناصر الأساسية الأخرى، يتم تثبيت النيتروجين أيضًا في النباتات.
البناء الضوئي في النباتات العليا
تقوم النباتات بتجميع الطعام من خلال عملية التمثيل الضوئي، ولذلك تسمى autotrophs، وهذه العملية مهمة لأنها المصدر الرئيسي للغذاء لجميع الكائنات الحية على الأرض، وتطلق الأكسجين في الغلاف الجوي الذي نتنفسه للتنفس.
يحدث ذلك في البلاستيدات الخضراء عن طريق التفاعلات الخفيفة والداكنة باستخدام أربعة أصباغ، وهي: الكلوروفيل أ، الكلوروفيل ب، زانثوفيل، والكاروتينات. ويتم استخراج الطاقة من المواد القابلة للأكسدة وتخزينها في شكل طاقة رابطة هو الفوسفورة.
تحدث الفسفرة الصورية الدورية وغير الدورية في النباتات خلال عملية التمثيل الضوئي، حيث يتم دورة كالفن عن طريق سلسلة من أربعة تفاعلات كيميائية.
التنفس في النباتات
يتم الحصول على الغذاء اللازم للحياة من عملية البناء الضوئي، ويتم إطلاق الطاقة من خلال عملية التنفس الخلوي، ويستخدم هذه الطاقة في تكوين ATP عن طريق تحلل السكر، ويتم أكسدة المواد العضوية بشكل كامل من خلال عملية التنفس الهوائي بوجود الأكسجين في الكائنات العليا.
لإطلاق واستخدام الطاقة المخزنة في الجزيئات، يتم اتباع الخطوات التالية: النقل الإلكتروني والتأكسد الفوسفوري. ومن الجوانب الهامة الأخرى لعملية التنفس هو حاصل التنفس، حيث يعطي نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنتج إلى حجم الأكسجين المستهلك حاصل التنفس.
نمو وتطور النبات
تبدأ عملية تطوير النبات من الإنبات ، في ظل ظروف بيئية مواتية ، وبشكل عام ، فإن نمو النبات غير محدد لأنه يحتفظ بقدرته على النمو طوال حياته ، بسبب وجود مواد Meristems ، ومع ذلك يمكن قياس نمو النباتات ، من خلال معايير مثل الوزن الجاف ، وزيادة الوزن الطازج ، الطول ، المساحة ، الحجم ، رقم الخلية ، إلخ.
وتصنف فترة نمو النبات إلى ثلاث مراحل ، استيطانية ، واستطالة ، ونضج ، ويمكن تحديد معدل النمو كميًا بطريقتين هما : معدل النمو المطلق ، ومعدل النمو النسبي ، ويتم التحكم في نمو النباتات ، بواسطة منظمات نمو النبات ، وتنتج النباتات أيضًا مركبات مثل فيتوكرومز حساسة للضوء ، وتحفز نمو النبات استجابة للإشارات البيئية.
فسيولوجيا النبات هي موضوع مهم يتعلق بالفواكه والخضروات وأجزاء أخرى صالحة للأكل من النباتات، ويعتمد إنتاج المحاصيل الغذائية، بما في ذلك الحصاد وتخزين المنتجات النباتية بعد الحصاد، على دراسات فسيولوجيا النبات.
المدارية الاستوائية والحركات العصبية للنبات
قد تستجيب النباتات لكلٍّ من المحفِّزات الاتجاهية وغير الاتجاهية، وتُسمَّى الاستجابة لمنبه اتجاهي، مثل الجاذبية أو ضوء الشمس، المداريّة، وتُعتَبَر الاستجابة لحافز غير اتجاهي، مثل درجة الحرارة أو الرطوبة، حركةً غير طبيعيةٍ.
المدارية الاستوائية Tropism
الاستوائية في النباتات هي نتيجة للنمو التفاضلي للخلايا ، حيث تمدد الخلايا على جانب واحد من النبات أكثر من الخلايا الموجودة على الجانب الآخر ، مما يتسبب في انحناء الجزء نحو الجانب بنمو أقل ، ومن بين المناطق الاستوائية الشائعة في التضيق الضوئي في النبات ، وهو انحناء النبات نحو مصدر الضوء.
يسمح Phototropism للنبات بتعظيم التعرض للضوء في النباتات التي تتطلب ضوءًا إضافيًا لعملية التمثيل الضوئي ، أو تقليله في النباتات المعرضة للضوء والحرارة الشديدة. تسمح Geotropism لجذور النبات بتحديد اتجاه الجاذبية والنمو لأسفل. تنتج المناطق الاستوائية بشكل عام من التفاعل بين البيئة وإنتاج هرمون نباتي واحد أو أكثر.
الحركات العصبية Nastic movement
تنتج الحركات العصبية من نمو الخلايا التفاضلي ، على سبيل المثال epinasty و hiponasty ، أو من التغيرات في ضغط التورم داخل الأنسجة النباتية على سبيل المثال nyctinasty، والتي قد تحدث بسرعة ، ومن الأمثلة المألوفة على ذلك الغدة الدرقية (استجابة للمس) في فخ ذبابة فينوس ، وهو نبات لاحم.
تتألف المصائد من شفرات الأوراق المعدلة التي تحمل شعر الزناد الحساس، وعندما يلامس الشعر حشرة أو حيوان آخر، تغلق الورقة. تمكن هذه الآلية النبات من احتجاز الحشرات الصغيرة وهضمها للحصول على مغذيات إضافية. وعلى الرغم من أن المصيدة تغلق بسرعة بسبب التغيرات في ضغوط الخلية الداخلية، يجب على الورقة أن تنمو ببطء لتعيد تعيين نفسها لفرصة ثانية لاصطياد الحشرات.