مقرر: علم وظائف أعضاء النبات حيا 3343 المستوى الخامس قسم الأحياء د.أمينة عبدالرحمن المشحن

1. مقرر: علم وظائف أعضاء النبات حيا 3343 المستوى الخامس قسم الأحياء د.أمينة عبدالرحمن المشحن أستاذ فسيولوجيا النبات المساعد جامعة سلمان بن عبدالعزيز http://faculty.sau.edu.sa/a.almushhin

2. الماء والمحاليل وخصائصها المحاضرة 1 أولاَ : الماء The Water يشكل الماء القسم الأكبر من مكونات الكائنات الحية اذ تختلف نسبته باختلاف نوع النسيج والخلايا المشكلة له كما ترتبط تلك النسبة بالعوامل البيئية والفسيولوجية و تقدر تلك النسبة بحوالي 70% من وزن الأجزاء الخشبية للنبات وبحوالي 90 % من وزن النباتات العشبية الغضة وحوالي 5% في البذور الجافة . وهذه النسبة المنخفضة في البذور وفي الأجزاء الجافة من النباتات يجب أن ترتفع بامتصاص الماء ضمانا لاستمرار العمليات الحيوية . للماء أدوار كثيرة في العلميات الفسيولوجية في النبات من خلال خصائصه الفيزيائية والكيميائية ومنها:

3. 1- الخصائص الحرارية للماء : تضمن بقائه في مجال المدى الحراري للتفاعلات الحيوية التي لا تتم إلا في الوسط السائل . 2- تساعد خاصية السيولة في تنظيم درجة حرارة النبات . 3- للماء خاصية الإذابة مما يجعله وسطاً مناسباً لامتصاص وتوزيع العناصر الغذائية والمواد الذائبة المختلفة اللازمة لنمو النبات . 4- للماء خاصية الشفافية التي تسمح بنفاذ الضوء إلى البلاستيدات الخضراء للسماح بعملية التمثيل الضوئي . 5- الماء مسؤول عن إعطاء الخلية الشكل الممتلئ من خلال ضغط الامتلاء والتي تساعد في النمو .

4. التركيب الكيميائي للماء يتركب جزيء الماء من ذرة اكسجين مرتبطة بذرتي هيدروجين والأكسجين ذو شحنة كهربية سالبة تمكنه من جذب الإلكترونات بعيداً عن ذرة الهيدروجين وتكسب طريقة توزيع الإلكترونات هذه جزيء الماء صفة القطبية . ويتميز التجاذب الكهربي بين جزيئات الماء المتجاورة مع بعضها البعض أو بين جزيئات الماء والجزيئات الأخرى أيضاَ لصفة القطبية إذ يسمى مثل هذا التجاذب بالرابطة الهيدروجينية وتقدر بحوالي 20 كيلوجول/مول . تعمل الروابط الهيدروجينية في احداث تجاذب بين جزيئات الماء والمواد الأخرى حيث تجعل الماء يكوّن اغلفة تحيط بجزيئات المواد النشطة بيولوجياً كالبروتينات وتمنع تكتل الجزيئات وعدم ترسيبها .

5. الخصائص الكيميائية والفيزيائية للماء 1- الخصائص الحرارية : من أهم خصائص الماء وجوده في الحالة السائلة في المجال الحراري المناسب للحياة وتتوقف درجتي الذوبان والغليان على الحجم الجزيئي للماء ومن المتوقع تواجد الماء في صورته الغازية عند درجات الحرارة التي تسود الأرض . يستخدم مصطلح الحرارة النوعية للتعبير عن السعة الحرارية لمادة ما أي كمية الحرارة التي يمكن اكتسابها من قبل هذه المادة عند ارتفاع درجة الحرارة إلى درجة معلومة ( درجة مئوية واحدة ) وتساوي هذه القيمة 4.2 جول / جرام درجة مئوية بالنسبة للماء . يمتاز الماء ايضاً عندما يكون بحالته السائلة بخاصية التوصيل الحراري وهذه الخاصية ( ارتفاع الحرارة النوعية ) هي المسؤولة عن قلة التقلبات في درجة حرارة المناطق المجاورة للبحار والمحيطات حيث الرطوبة النسبية العالية مقارنة بالمناطق الصحراوية الجافة التي تشهد ارتفاع ملحوظا في درجة حرارة النهار مقارنة بالليل .

6. وهذا مايجعل الأنسجة النباتية ذات المحتوى العالي من الماء متميزة بثبات درجة حرارتها كما أنه يقوم بامتصاص وتوزيع الحرارة الناتجة عن العمليات الحيوية داخل الخلية مما يؤدي إلى منع ارتفاع الحرارة في منطقة الخلية المعنية . تسمى الطاقة اللازمة لتحويل مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالانصهار ( الذوبان ) وتبلغ تلك الطاقة حوالي 335 جول/جرام بالنسبة للماء أي أن تحويل واحد جرام من الثلج إلى واحد جرام من الماء السائل عند درجة الصفر المئوية يتطلب طاقة مقدراها 335 جول تعتبر درجة حرارة ذوبان الماء أعلى القيم المعروفة بعد الأمونيا ويعزى ذلك إلى ارتفاع الطاقة اللازمة لتفكيك القوى الداخلية الناتجة عن الروابط الهيدروجينية في جزيء الماء . أما بالنسبة إلى درجة حرارة تبخر الماء أي كمية الطاقة اللازمة لتحويل واحد مول من الماء السائل إلى واحد مول من البخار وتقدّر بحوالي 44 كيلو جول /مول عند درجة حرارة 25 درجة مئوية .

7. ويتم الحصول على هذه الطاقة من البيئة المحيطة فإن حرارة التبخر مرتبطة بانخفاض درجة حرارة الوسط وهذا مايحدث في النباتات عند تبخر الماء من اسطح خلايا الاوراق مما يعمل على تنظيم درجة حرارتها خلال النهار .

9. 2- الماء كمذيب : يعتبر الماء من اكفأ المذيبات حيث نجد أن معظم المواد تذوب فيه بسهولة أكثر من ذوبنها في أي مادة أخرى يرجع ذلك إلى الخاصية القطبية التي يتميز بها والتي تساهم في تشكل اغلفة الماء حول الأيون . مثال كلورويد الصوديوم NaCl حيث تشكل أغلفة الماء حول الأيونات السالبة Cl-والموجبة Na+

10. 3- التجاذب والتلاصق Cohesion and adhesion : يؤدي تجاذب ( Cohesion) جزيئات الماء مع بعضها البعض من خلال الروابط الهيدروجينية إلى اكساب الماء صفات قوة التوتر السطحي العالية والتي يمكن ملاحظتها لوضوح عند نقطة الاتصال بين سطح الماء والهواء حيث تنشأ هذه القوة نتيجة قوة التجاذب بين جزيئات الماء نفسها والتي تكون أكبر بكثير منها بين الماء والهواء مما تؤدي إلى جذب جزيئات الماء الموجودة علو السطح لاتجاه بقية كتلة الجزيئات الموجودة علو السطح وقوة التوتر السطحي العالي للماء تمكنه تحمل أوزان بعض الأثقال التي توضع عليه كما يمكنه تحمل اوزان الحشرات التي تسير على السطح كما يعد التوتر السطحي مسؤول عن الشكل المستدير الذي تأخذه نقطة الماء على اسطح اوراق النبات وغيرها تعتبر صفة التجاذب مسؤولة عن القوة المطاطية العالية للماء مما تجعل الماء كعمود متصل يتحمل قوة شد عالية تصل إلى 30 ميجا باسكال أما بالنسبة للتلاصق ( Adhesion) فإن تجاذب جزيئات الماء بعضها مع البعض تعمل ايضا على جذبها الى اسطح جزيئات المادة الصلبة وهي المسؤولة عن رفع الماء بواسطة الخاصية الشعرية داخل الاوعية الضيقة وكذلك التصاق قطرات الماء على السطوح القائمة دون ان تسقط بفعل الجاذبية الارضية

13. انتقال الماء Translocation of water ينتقل الماء والمواد الذائبة فيه بآليتين هما التدفق الكتلي Mas flow والإنتشارdiffusion ونوع خاص من الإنتشار يدعى الأسموزيةOsmosis تنقسم ميكانيكية الإنتقال بصورة عامة إلى: 1- نقل نشط ( فعال) active transport يحتاج إلى طاقة وهو النقل الموجب 2- نقل سالب Passive transport لايحتاج إلى طاقة وتعتبر عملية انتقال الماء عملية سالبة

14. التدفق الكتلي Mass flow هو انتقال المواد عند تعرضها لقوة خارجية كالجاذبية أوالضغط مما تودي إلى حركة الجزيئات ككتلة واحدة في اتجاه تلك القوة. مثال: * كتدفق الماء عبر مجرى معين بواسطة ضغط هيدروستاتيكي ناتج عن الجاذبية * انتقال الماء داخل أوعية الخشب أو انتقال الماء داخل الجذور

15. الانتشار Diffusion عبارة عن انتقال المادة من منطقة التركيز العالي إلى منطقة منخفضة التركيز ويعتبر الانتشار بالنسبة للنبات هاما لتزويده بثاني أكسيد الكربون وخروج بخار الماء من الأوراق أمثلة على ظاهرة الانتشار : 1- التدفق الكتلي 2- انتشار رائحة العطر من مكان ما داخل الغرفة إلى الجزء الآخر عبر الهواء 3- ذوبان قطع السكر أو الملح داخل كوب الماء دون التقليب فإننا نتذوق الطعم في اية نقطة داخل الماء معدل الانتشار يتناسب طردا مع مساحة مقطع الممر والفرق في التركيز وعكسيا مع طول الممر الأسموزيةOsmosis وهي عبارة عن انتشار جزيئات الماء عبر غشاء شبه منفذ يفصل بين منطقتين ويسمح بمرور جزيئات الماء دون المواد المذابة فيه . ويمكن توضيح ظاهرة الأسموزية باستخدام جهاز الأسمومتر المستخدم لقياس الأسموزية وهو يتألف من أنبوب تغطى أحد نهايته بغطاء شبه منفذ وتغمر في ماء مقطر داخل اناء بينما يوضع داخل الأنبوب محلول سكري. ويلاحظ هنا ارتفاع الماء من الإناء داخل الأنبوب لأن سرعة دخول الماء في الأنبوب أكبر من خروجه منها حيث الجهد الكيميائي للماء في المحلول أقل منه في الماء المقطر ويستمر ارتفاع الماء في الأنبوب حتى يتساوى الضغط الهيدروستاتيكي المتولد داخل الأنبوبة مع القوة الدافعة للماء في الأنبوب . وبالتالي فإن الضغط الأسموزي عبارة عن الضغط الهيدروستاتيكي الذي يعمل على جانب الغشاء شبه المنفذ الذي يحتوي على التركيز العالي من المذاب وذلك لوقف دخول الماء لهذا الجانب بحيث تساوي محصلة حركة الماء صفر .

16. جهاز الأسموزية