فيزيولوجية النبات plant physiology أوفهم وظائف النبات وأعضائه، هومن أهمّ العلوم الخاصة بالإنتاج النباتي وعوامل تكثيفه، إذ يختص بدراسة وتوضيح وظائف أجزاء النبات المتنوعة وأعضائها ومظاهر الحياة فيها وكيفية حدوثها ودور جميع منها منفردة ومجتمعة، وربطها بالشروط البيئية المحيطة بالنبات، وذلك بغية توجيه هذه الوظائف من قبل الإنسان بمختلف الوسائل المتاحة، ولإيجاد الطرائق الفاعلة للتوسع العمودي بالرقعة الزراعية، وأفضل الأوساط المغذية للنباتات التي تهمّ تغذيتها الاقتصاد الزراعي القومي بهدف الحصول على أعلى مردود ممكن نوعاً وكماً. مما يساعد على زيادة الإنتاج الزراعي ويساير معضلة ازدياد السكان. ومن مهام هذا الفهم تفهم آليات الاستقلاب داخل النبات ويتضح هذا الدور المهم بأن أكثر من ربع مليون طن من الفحم يقتنصها النبات يومياً من الجوليحولها بإبداع إلى ركيزات طاقوية بعمليات التمثيل اليخضوري الضوئي والتنفس والنتح مستفيداً من الطاقة الضوئية، وإلى طاقة كيمياوية، ويعد ذلك من دون شك، المصدر الوحيد للإنسان لسد احتياجه من السكريات والدفء والطاقة للقيام بأعماله الحيوية واليومية المتنوعة.

أقسامها ومؤسسوها

تشتمل فيزيولوجية النبات على دراسة أربعة أقسام رئيسة هي:

القسم الأول: ويختص بمعالجة التغذية المعدنية للنباتات بشقيها الجذري والمائي وبالاتجاهات الفهمية الحديثة.

القسم الثاني: هدفه دراسة الاستقلاب الكيمياوي الداخلي للنبات، واصطناع المواد العضوية المركبة وتوزعها وانتنطقها بالاستعانة ببعض المفاهيم الخاصة بالكيمياء الحيوية.

القسم الثالث: ويهدف إلى دراسة النموالخضري plant growth والتكاثر النباتي (الإزهار والإثمار وتكوّن البذور) plant propagation، والظواهر التي تجمع تحت عنوان التطور في النمووخاصة الإنتاش والإزهار مستعيناً ببعض المعلومات التشريحية والمورفولوجية والخصائص الحيوية وحمل مقاومة النباتات وخاصة الأشجار للجفاف.

القسم الرابع: ويرتبط باستخدام الإشعاعات النووية في الزراعة، إذ إنها أدت دوراً مهماً في الأبحاث البيولوجية والتمثيل اليخضوري والتغذية المعدنية، كما تتيح إمكانية تتبع العمليات الجارية في التربة، وسرعة استعمال الأسمدة بالنباتات، واستقلابات مواد التغذية التي تحدث في أنسجة النباتات، ومشاركة هذه المواد في الحلقة العامة لعمليات تبادل الأغذية بعضوية النبات، وإسراع التفاعلات الحيوية والأنزيمية والتأكسد، إلى جانب عمليات حفظ المحاصيل الغذائية والتحسين الوراثي والحصول على طفرات جديدة لصالح الإنتاج الزراعي وتحسين نوعه وزيادة غلّته.

وما يتصل بمؤسسي فهم الفيزيولوجية يمكن إيجاز مراحله كما يأتي:

في نهاية القرن الثامن عشر تقدم فهما الفيزياء والكيمياء تقدماً مذهلاً على يدي العالم لافوازيه (1743ـ1794) Lavoisier، إذ أمكن تحديد طبيعة الهواء والعناصر الرئيسة في الكيمياء والمبادلات الغازية للنباتات. ونشر العالم دوسوسور (1741ـ1809) De Saussure مجموعة من الأبحاث الكيمياوية عن المزروعات، وبيّن حتى الهواء والماء مهمان لتغذية النبات ولكنهما غير كافيين لتأمين النموالكامل له وتكاثره، واستطاع هجريب محاليل للعناصر الملحية استنبت عليها النباتات، وتحليلها مع وسط الاستنبات في إطار التغذية المعدنية والنفاذية.

ومنذ عهد دوسوسور وحتى عهد ليبيگ (1840) Liebig،ظهر فهم الخلية وتقدمت الفهم في الكيمياء بخطى واسعة، كما أوضح العالم دوتروشيه (1776ـ1837) Dutrochet ظاهرة الحلول (الأوزموزية) osmosis وقياسها ودورها المهم في حركات النسغ صعوداً أوهبوطاً في النباتات وتبعاً لنمط النمو، وأثار الانتباه إلى ظاهرة الانتشار diffusion.

وقام العالم يوستوس فون ليبيگ (1803ـ1873) بمعالجة مبادئ تغذية النباتات وأصل جميع من الكربون والهدروجين والآزوت والكبريت والأكسجين وبعض العناصر العضوية الأخرى وموضوعات تتعلق بالدورات الزراعية والأسمدة، وبيّن حتى الهواء هوالمصدر الرئيسي لعنصر الفحم وليس الدبال ويكون فيه على شكل CO2، وأن الهيدروجين لايمكن حتى ينشأ إلا عن الماء عند تحللّه، وأن النبات يستمد N2 (الآزوت) من نشادر الهواء، ويستمد الكبريت من بعض الأغذية الحيوانية. كما أثار موضوعي إصلاح التربة وترميمها بتعويضها عما فقدته من المواد المعدنية التي استمدتها المزروعات، وفكرة التساند synergisme في تأثيرات الأسمدة المعدنية، وأن البول وروث الحيوانات عموماً يعيدان إلى التربة قسماً كبيراً مما فقدته، وحمض الآزوت والنترات قد وجدت في الطبيعة لتمد النبات بالآزوت.

أما العالم بوسنگول (1802ـ1882) Boussingault فقد أعار اهتمامه إلى مجالات التغذية النباتية وخاصة لأصل الآزوت ومدى تأثيره في نموالنباتات وتطورها، إلى جانب دور الفوسفات والبوتاسيوم والكالسيوم والأسس العضوية وغيرها.

وفي عهد باستور Pasteur، المؤسس لفهم الأحياء الدقيقة microbiology، وتلامذته والباحثين في معهد باستور في باريس تمكنوا من دفع هذا الفهم خطوة جريئة إلى الأمام وخاصة في مجالات التغذية المعدنية ودورة الآزوت الطبيعية وبيان دور الجراثيم في النباتات والاختمارات الكحولية ودور العناصر المعدنية الزهيدة فيها.

وفي عام 1886، تمكن العالمان ڤيلفارت Wilfarth وهل‌ريگل Hellriegel في ألمانيا من توضيح حتى جذور البقوليات تحمل عقداً فيها أنواع خاصة من البكتريا تؤدي دوراً مهماً في تثبيت الآزوت الجزيئي من الهواء.

وفي عام 1901، تمكّن العالم بايرنيك Beijernick من عزل بكتريا من جنس الآزوتوباكتر azotobacter القادرة على تثبيت الآزوت الجوي وتوضيح ظاهرتي النترزة (تحول الأمونياك إلى نتريت) والنترجة (تأكسد النتريت إلى نترات) باستخدام الطاقة الكيمياوية.

ويعدُّ ساكس (1832ـ1897) Sachs مؤسس فهم الفيزيولوجية النباتية وفق مفهومها الحديث ومؤلف أول كتاب في فيزيولوجية النبات الذي يعدّ نقطة انطلاق للفهم والتجريب والتمييز بين مختلف المواد النباتية من بنائية matières plastiques أوكحاملة للقوى المسماة بالمواد الوظيفية matières fonctionnelles، وعلاقة ذلك بالخلايا المتنوعة والمجموعة الجذرية.

الكيمياء الحيوية للنبات

العناصر الفعالة

The following tables list element nutrients essential to plants. Uses within plants are generalized.

Pigments

الإشارات والمنظمون

Plants produce hormones and other growth regulators which act to signal a physiological response in their tissues. They also produce compounds such as phytochrome that are sensitive to light and which serve to trigger growth or development in response to environmental signals.

الهرمونات النباتية

Photomorphogenesis

While most people know that light is important for photosynthesis in plants, few realize that plant sensitivity to light plays a role in the control of plant structural development (morphogenesis). The use of light to control structural development is called photomorphogenesis, and is dependent upon the presence of specialized photoreceptors, which are chemical pigments capable of absorbing specific wavelengths of light.

Plants use four kinds of photoreceptors:phytochrome, cryptochrome, a UV-B photoreceptor, and . The first two of these, phytochrome and cryptochrome, are photoreceptor proteins, complex molecular structures formed by joining a protein with a light-sensitive pigment. Cryptochrome is also known as the UV-A photoreceptor, because it absorbs ultraviolet light in the long wave "A" region. The UV-B receptor is one or more compounds not yet identified with certainty, though some evidence suggests carotene or riboflavin as candidates. Protochlorophyllide a, as its name suggests, is a chemical precursor of chlorophyll.

Photoperiodism

الفسيولوجيا البيئية

Tropisms and nastic movements

Plants may respond both to directional and nondirectional stimuli. A response to a directional stimulus, such as gravity or sunlight, is called a tropism. A response to a nondirectional stimulus, such as temperature or humidity, is a nastic movement.

أمراض النبات

التاريخ

التاريخ المبكر

فيزيولوجية النبات في التطوير الزراعي-الصناعي وتطبيقاتها المتنوعة

أسهمت الفيزيولوجية النباتية بدورها الرئيسي في حلّ المشكلات التي تقابل العاملين في الزراعة، وكانت ومازالت عوناً لهم في تعليل ما يدور من انحرافات في نموالنبات عموماً. وصارت الفهم الذي يمكِّن من تحديد ما يتطلبه جميع نوع من النباتات من العناصر المغذية الكبرى والزهيدة، وكان ذلك نتيجة للدراسات المتعمقة لمسائل التغذية والعلاقات المائية للنباتات، وكانت الأساس الموجِّه في ابتكار الطرائق المتنوعة لخزن الثمار والخضراوات، ونقلها وترويجها. كما يقوم المختصون في فيزيولوجية النبات بأبحاث تهدف إلى إنتاج المواد المغذية من دسم وبروتينات صالحة للتغذية من الكثير من النباتات وضروبها المنتشرة على سطح الكرة الأرضية. ويتطلع الباحثون إلى الفيزيولوجية النباتية الحديثة أساساً في دراسة مسببات نقصان خصب التربة بهدف إيجاد طرائق الاستصلاح وأوساط مغذية رخيصة الثمن، تساعد على الاستنبات والإنتاج وإزاحة اللثام عن طرائق جديدة للتحكم في النمووتطوره وفي الإثمار ومكافحة سقوط الثمار، وفي تكوين الثمار اللابذرية، ووضع الأساس الفهمي في استخدام منظمات النموالمتنوعة، وخاصة مبيدات الأعشاب الضارة التي تستخلص من الترب عناصرها الديناميكية المغذية مسببة السقم والعوز والفاقة للمحاصيل الزراعية وتؤدي إلى ضعفها. كما أسهمت قي تقدم استخدام الأنزيمات في توجيه الاستقلاب نحوالشروط الأمثل. أما الاختمارات عموماً من زراعية وصناعية وبشتى أشكالها ومجالاتها فقد أضحت فرعاً أساسياً من فروع فيزيولوجية النبات. وكانت عوناً للإنسانية باكتشافها المضادات الحيوية (الصَادَّات) antibiotics بعمل اختماري لوسط مناسب يستنبت عليه فطر البنسليوم وأمثاله. وأدَّت البحوث في هذا المجال إلى إيجاد الأوساط الاختمارية المفضلة لسلالات معينة من الفطور لتصطنع البنسلين والستريبتوميسين، وغيرها بمردود عال واقتصادي.

الآفاق المستقبلية

في ضوء ما تقدم يتبين حتى فهم الوظائف النباتية (فيزيولوجية النبات)، والخاص بالتغذية النباتية لم يتبلور إلا منذ نحوقرن وربع من الزمن، وقصارى القول: إذا النبات الأخضر يتغذى من الهواء ومن التربة، وينموويتطور في نموه مستفيداً من المواد المعدنية المتوافرة في الوسط ومتكيفاً مع المبادلات الغازية التنفسية والأخرى الخاصة بالتمثيل الضوئي اليخضوري.

وحديثاً، تستعمل الهرمونات النباتية أومنظمات النموالطبيعية والصنعية لتمثل إحدى أبرز التطبيقات الزراعية، لفوائدها الكبرى إذا أحسن استعمالها، خاصة بعد ظهور الأسمدة الصنعية المتنوعة واستخدامها المبرمج، إضافة إلى طرائق التحسين الوراثي والتربية النباتية بهدف تحسين الإنتاجية كماً ونوعاً لمعظم المحاصيل الحقلية والبستانية والرعوية. وإنَّ تقدم علوم الكيمياء، وخاصة الكيمياء الحيوية والتحليلية، والإحصاء والنظائر النووية المشعة، قد أسهم كثيراً في فهم الكثير من وظائف الأعضاء النباتية والتغذيات المعدنية والجذرية والمائية في النباتات. وسيؤدي المزيد من التجريب إلى مزيد من الفهم وما يعدّ اليوم مجهولاً في فيزيولوجية النبات سيصبح، اعتماداً على قدرات المختصين الزراعيين، معروفاً وبديهياً عاجلاً أم آجلاً، وإن المراحل الكبيرة التي توصل إليها الفهماء في العالم جعلت من فهم فيزيولوجية النبات حجر الأساس للعلوم التطبيقية في زراعة المحاصيل الحقلية والبساتين والغابات وفي الصناعات الزراعية وغيرها.

انظر أيضاً

• ميكانيكا حيوية
• كيمياء نباتية
• تشريح النبات
• Plant morphology

الهامش

المصادر

• هشام قطنا. "فيزيولوجية النبات". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

• American Society of Plant Biologists
• free Tansley Reviews
• online study aid

دوريات فهمية

• General and Applied Plant Physiology
• Journal of Plant Physiology
• Plant Physiology