شرح عملية البناء الضوئي وكذلك معادلة عملية البناء الضوئي، كما سنوضح العوامل المؤثرة على البناء الضوئي، وكذلك سنتحدث عن أهمية البناء الضوئي، وكل هذا من خلال مقالنا هذا تابعوا معنا.
شرح عملية البناء الضوئي
تُعدّ عملية البناء الضوئي (بالإنجليزية: Photosynthesis) العملية الأساسية في حياة النباتات والطحالب؛ وتمتاز هذه العملية بأنّ لها عدّة مراحل رئيسية تحدث بشكل منتظم ليتمّ إنتاج الغذاء للنبات، حيث تستخدم النباتات ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين والطاقة باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء، ومن أهمّ العوامل التي يجب توفرها حتى تتمّ هذه العملية هي البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل، والتي توجد في خلايا النباتات والطحالب وفي بعض أنواع البكتيريا التي تسمى بالبكتيريا الخضراء المزرقة، وتقوم عملية البناء الضوئي من خلال المراحل التاليه:
1- امتصاص أشعة الشمس:
تُعتبر عملية امتصاص أشعة الشمس الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي؛ حيث تساعد مركبات الكلوروفيل (بالإنجليزية: Chlorophylls) على امتصاص الضوء من الشمس، وتتواجد هذه المركبات في أغشية الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء بالنبات، لتتحوّل فيما بعد هذه الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية من خلال إزالة الإلكترونات من الماء الموجود في النباتات الخضراء، وإطلاق الأكسجين، ليتمّ نقل الإلكترونات من خلال عمليات أخرى لاحقة.
2- تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية:
تحدث عملية التحويل إلى طاقة كيميائية في المرحلة الضوئية أو التفاعل الضوئي (بالإنجليزية: Light Reaction)، ويُمكن تفسير ما يحدث في هذه المرحلة بأنّ امتصاص الكلوروفيل للضوء داخل البلاستيدات الخضراء في النبات، سيؤدي إلى استثارة بعض الالكترونات في الصبغة لمستويات طاقة أعلى لتترك الكلورفيل، بحيث يتمّ العمل على تكوين إنزيم (NADPH) وجزيئات الطاقة، وإخراج الأكسجين كمنتج ثانوي.
3- إنتاج سكر الجلوكوز:
يتمّ إنتاج سكر الجلوكوز في المرحلة المظلمة أو التفاعل المظلم (بالإنجليزية: Dark Reaction)؛ والتي يُطلق عليها أيضًا بدورة كالفن (بالإنجليزية: Calvin cycle)؛ وفي هذه المرحلة لا يحتاج النبات إلى الضوء بل يستلم إنزيم (NADPH) وجزيئات الطاقة الذي تمّ إنتاجهم في المرحلة الضوئية، وبوجود ثاني أكسيد الكربون المأخوذ من الغلاف الجوي سيتمّ إنتاج الجلوكوز.
معادلة عملية البناء الضوئي
يمكن تمثيل معادلة البناء الضوئي بالشكل التالي:
6CO2 + 12H2O ——> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
يتم استهلاك ستة جزيئاتٍ من غاز ثنائي أكسيد الكربون (CO2) واثني عشر جزيئًا من الماء (H2O) ، بينما يتم إنتاج جزيء واحد من سكر الجلوكوز (C6H12O6) وستة جزيئات من الأكسجين (O2) وستة جزيئات من الماء (H2O).
تبيّن المعادلة أعلاه أن الماء مادةٌ متفاعلةٌ وناتجةٌ عن التفاعل في آنٍ واحدٍ، و نظرًا لاستهلاك اثني عشر جزيئًا من الماء، وإنتاج ستة جزيئات من الماء، يمكن تبسيط معادلة البناء الضوئي كما يلي:
6CO2 + 6H2O ——> C6H12O6 + 6O2
العوامل المؤثرة على البناء الضوئي
1- شدة الضوء:
إذا كانت نسبة الضوء الساطع على النبات قليلة، فلن تحصل التفاعلات الكيميائية المُعتمِدة على الضوء كما يجب، هذا يعني أن التحلل الضوئي لن يحدث بسرعة، وبالتالي سيتم إنتاج القليل من ناقل الإلكترون NADPH وناقل الطاقةATP وسيؤدي هذا النقص إلى تفاعلات مستقلة عن الضوء.
يتم فحص شدة الضوء المطلوبة بسهولة في نبات مائي مثل أعشاب البرك، حيث يمكن حساب فقاعات الأكسجين المنبعثة أو قياس حجمها ومن خلال تغيير المسافة بين الضوء والنبات، يتم تغيير شدة الضوء وهذا التغيير في شدة الضوء يؤثر على التغير في معدل البناء الضوئي ويمكن استخدام الإضاءة الصناعية في الظلام لرفع معدل البناء الضوئي.
2- مستويات ثاني أكسيد الكربون:
يُستخدم ثاني أكسيد الكربون في التفاعلات المستقلة عن الضوء، حيث يندمج مع ناقل الإلكترون NADPH وناقل الطاقةATP، والعديد من المواد الكيميائية الأخرى لتكوين الجلوكوز لذلك، إذا لم تتوافر كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون، فسيتراكم ناقل الإلكترون NADPH وناقل الطاقةATP ولن يتم تكوين جلوكوز كافٍ.
3- درجة حرارة:
هناك العديد من الإنزيمات التي تعمل في تفاعلات التمثيل الضوئي، وجميعها تؤدي دورها بشكل أفضل عند درجات الحرارة المُثلى في بيئتها، حيث تتمتع النباتات الاستوائية بدرجة حرارة مثالية أعلى من تلك التي تتكيف مع المناخ المعتدل، فإذا انخفضت درجات الحرارة للغاية، يصبح هناك القليل من الطاقة الحركية، وبالتالي ينخفض معدل التفاعل، أما إذا كانت درجات الحرارة مرتفعة للغاية، فإن الإنزيمات تفقد قدرتها الطبيعية ويتوقف تحفيز تفاعل التمثيل الضوئي. لذا من المهم أن تحافظ البيوت البلاستيكية الزراعية على درجة حرارة مثالية لتحقق نمو صحي وطبيعي للنباتات.
أهمية البناء الضوئي
1- أهمية البناء الضوئي في توازن الغازات:
تكمن أهمية البناء الضوئي بكونه المصدر الأساسي في توفير الأكسجين في الغلاف الجوي، والذي تحتاجه معظم الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.[
إذ يستخدم النبات في عملية البناء الضوئي ثاني أكسيد الكربون الذي تنفثه الحيوانات والبشر جنبًا إلى جنب مع الماء والطاقة الشمسية لإنتاج الطعام الذي يحتاجه، وبالمقابل يطلق الأكسجين في الغلاف الجوي لتستخدمه باقي الكائنات الحية في عملية التنفس الخلوي.
ولذلك فإنّه إلى جانب أنّ البناء الضوئي يشكل علاقة تكافلية بين الكائنات الحية جميعها، فإنه يوازن بين نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
2- أهمية البناء الضوئي للنباتات:
يعدّ النبات كائن ذاتي التغذية؛ أي أنه يعتمد على نفسه في توفير غذائه، ويحصل ذلك من خلال عملية البناء الضوئي الذي يستخدم فيها النبات الماء، والطاقة الشمسية، وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الطاقة.
3- أهمية البناء الضوئي للبشر والحيوانات:
إلى جانب أهمية البناء الضوئي في توفير الغذاء للنباتات، فإنه مهم أيضًا في توفير الغذاء لباقي الكائنات الحية؛ فالنباتات الخضراء هي المنتج الرئيسي للغذاء في النظام البيئي، وتعتمد عليها جميع الكائنات الحية الأخرى بصورة مباشرة أو غير مباشرة في غذائها، فإن توقف البناء الضوئي سيقل الطعام والمواد العضوية الأخرى على الأرض.
