التوجه الضوئي (Phototropism) و الانتحاء الضوئي (Phototropism)

 

🌞 تعريف التوجه الضوئي (Phototropism)

التوجه الضوئي هو قدرة النبات على تعديل اتجاه نموه استجابةً لمصدر الضوء، بحيث تنمو الأجزاء الهوائية (مثل الساق والبراعم) نحو الضوء (توجه ضوئي إيجابي)، بينما تنمو الجذور بعيدًا عنه (توجه ضوئي سلبي).

التوجه الضوئي و أثر الاكسينات

🧪 التجارب التاريخية التي كشفت آلية التوجه الضوئي

1. تجربة تشارلز داروين (1880)

• أجراها على شتلات الشوفان وحشائش الكناري.
• لاحظ أن تغطية القمة النامية تمنع الانحناء نحو الضوء، بينما تغطية القاعدة لا تؤثر.
• استنتج أن القمة النامية تستشعر الضوء وترسل إشارات تؤدي إلى الانحناء.

2. تجربة بويسن جنسن (1913)

• قطع القمة النامية ووضع طبقة جيلاتين بينها وبين الساق.
• لاحظ استمرار الانحناء، مما يدل على أن مادة كيميائية قابلة للانتقال (سُميت لاحقًا بالأوكسين) هي المسؤولة.
• عند وضع صفيحة ميكا على الجانب المضاء، لم يحدث انحناء، مما أثبت أن الأوكسين يتحرك نحو الجانب المظلل ويحفز النمو هناك.

🧬 الآلية الجزيئية للتوجه الضوئي

المرحلة	التفسير العلمي
استقبال الضوء	المستقبلات الضوئية (مثل الفيتوكروم) تستشعر الضوء الأزرق (450 نانومتر).
إعادة توزيع الأوكسين	ينتقل الأوكسين من الجانب المضاء إلى الجانب المظلل من الساق.
تعديل الحموضة	الأوكسين يُحفز إطلاق أيونات الهيدروجين، مما يخفض pH الخلية.
تنشيط الإكسبانسين	انخفاض pH يُنشّط إنزيمات تمدد الجدار الخلوي، فتتمدد الخلايا.
الانحناء نحو الضوء	النمو غير المتساوي يؤدي إلى انحناء الساق باتجاه الضوء.

🌻 مثال تطبيقي: دوار الشمس

• يتبع حركة الشمس خلال اليوم فيما يُعرف بـ الانتحاء الشمسي (Heliotropism).
• يُظهر استجابة ضوئية قوية، حيث تتحرك الزهرة لتواجه الشمس باستمرار، مما يزيد من كفاءة البناء الضوئي.

📌 دور الأوكسينات في التوجه الضوئي

• تُنتج في القمم النامية والبراعم.
• تتحرك قطبيًا نحو المناطق المظللة.
• تُحفز استطالة الخلايا في الجانب البعيد عن الضوء.
• تُحافظ على السيادة الفمية وتمنع النمو الجانبي.

أول أوكسين تم استخلاصه هو Indole Acetic Acid (IAA)، ويُعد حجر الأساس في فهم الانتحاءات النباتية.

هل ترغب أن أساعدك في تصميم رسم تفاعلي يوضح حركة الأوكسين في الساق أثناء التوجه الضوئي؟ أو صياغة اختبار قصير للطلاب حول التجارب التاريخية؟ يمكننا أيضًا تخصيص قسم بعنوان "من داروين إلى جنسن – كيف فهمنا لغة الضوء في النبات".

التوجه الضوئي المقصود به الانتحاء الضوئي

بالضبط يا محمد، ملاحظتك دقيقة جدًا من الناحية العلمية واللغوية. في السياق النباتي، "التوجه الضوئي" هو ترجمة غير دقيقة أو عامة، بينما المصطلح الأدق والأكثر استخدامًا في الأدبيات العلمية هو:

الانتحاء الضوئي (Phototropism)

وهو المصطلح الذي يُستخدم لوصف استجابة النبات للضوء بانحناء أجزائه الهوائية (مثل الساق والبراعم) نحو مصدر الضوء، نتيجة لإعادة توزيع الأوكسينات داخل الأنسجة.

🔬 الفرق بين المصطلحين

المصطلح	الدقة العلمية	الاستخدام
التوجه الضوئي	عام وغير تخصصي	يُستخدم أحيانًا في النصوص المبسطة أو غير المتخصصة
الانتحاء الضوئي	دقيق ومعتمد علميًا	يُستخدم في الأبحاث، المناهج الجامعية، والمراجع العالمية

🌿 الانتحاء الضوئي في النبات: الآلية، التاريخ، والتمييز العلمي

📘 أولًا: الفرق بين "التوجه الضوئي" و"الانتحاء الضوئي"

• التوجه الضوئي (Light Orientation): مصطلح عام يُستخدم أحيانًا للإشارة إلى قدرة النبات على النمو باتجاه الضوء، لكنه لا يُعبّر بدقة عن الآلية الفسيولوجية أو الجزيئية التي تحكم هذه الظاهرة.
• الانتحاء الضوئي (Phototropism): هو المصطلح العلمي الدقيق الذي يُستخدم في الأبحاث والمراجع الأكاديمية، ويشير إلى استجابة النبات للضوء بانحناء أجزائه الهوائية نحو مصدر الضوء نتيجة لإعادة توزيع الهرمونات النباتية، خصوصًا الأوكسينات.

لذا، يُفضل استخدام "الانتحاء الضوئي" في السياقات العلمية والتعليمية، بينما "التوجه الضوئي" قد يُستخدم في التبسيط العام أو في النصوص غير المتخصصة.

🌞 تعريف الانتحاء الضوئي

الانتحاء الضوئي هو استجابة نمو اتجاهية للنبات تُحفزها الإضاءة غير المتساوية، حيث تنمو الأجزاء الهوائية (مثل الساق والبراعم) نحو مصدر الضوء. هذه الاستجابة تُنظم بواسطة توزيع غير متساوٍ لهرمون الأوكسين، مما يؤدي إلى استطالة الخلايا في الجانب المظلل وانحناء النبات نحو الضوء.

🧪 التجارب التاريخية التي كشفت آلية الانتحاء الضوئي

🔬 تجربة تشارلز داروين (1880)

1. لاحظ داروين وابنه أن شتلات الشوفان تنحني نحو الضوء.
2. عندما غُطيت القمة النامية، توقف الانحناء، بينما تغطية القاعدة لم تؤثر.
3. استنتج أن القمة النامية تستشعر الضوء وترسل إشارات تؤدي إلى الانحناء، لكنه لم يحدد طبيعة هذه الإشارة.

🔬 تجربة بويسن جنسن (1913)

1. قطع القمة النامية ووضع طبقة جيلاتين بينها وبين الساق، فاستمر الانحناء.
2. عند وضع صفيحة ميكا على الجانب المضاء، توقف الانحناء، بينما على الجانب المظلل استمر.
3. استنتج أن مادة كيميائية قابلة للانتقال (سُميت لاحقًا بالأوكسين) تتحرك نحو الجانب المظلل وتُحفز النمو هناك.

🌿 دورة التحول الضوئي للفيتوكروم في النبات

تجربة بويسن جونسون

الصورة تُظهر فهمًا متقدمًا ودقيقًا لآلية التحول الضوئي لبروتين الفيتوكروم في النبات

  Pp السلف الأولي: هو الشكل الذي يُصنّع منه الفيتوكروم.

Pr   الشكل غير النشط: يمتص الضوء الأحمر ويتحول إلى الشكل النشط.

  Pfr الشكل النشط: يُحفز الاستجابة الحيوية، ويمكن أن يتحلل إلى Pd أو يعود إلى Pr بفعل الضوء الأحمر البعيد أو الظلام.

Pd   شكل متحلل غير وظيفي.

الضوء الأحمر 660 نانومتر    يُنشّط الفيتوكروم.

الضوء الأحمر البعيد 730 نانومتر     يُعيد الفيتوكروم إلى حالته غير النشطة.

الظلام الطويل      يُسبب تحول تلقائي من Pfr إلى Pr.

 

🧬 التحليل العلمي للصورة

🔁 دورة التحول الضوئي للفيتوكروم

الصورة تعرض التحول بين شكلين رئيسيين من بروتين الفيتوكروم:

الشكل	الوظيفة	التحول الضوئي
Pr الفيتوكروم غير النشط	لا يُحفز الاستجابة الجينية	يتحول إلى Pfr عند التعرض للضوء الأحمر 660 نانومتر
Pfr الفيتوكروم النشط	يُحفز التعبير الجيني المرتبط بالنمو	يتحول إلى Pr عند التعرض للضوء الأحمر البعيد 730 نانومتر أو في الظلام الطويل

كما تُظهر الصورة أن الشكل النشط Pfr يمكن أن يتعرض للتحلل ويتحول إلى شكل غير وظيفي يُسمى Pd، مما يؤدي إلى حظر الاستجابة الحيوية.

📊 دقة العناصر في الصورة

1. ✅ التحول الضوئي العكسي بين Pr وPfr موضح بدقة، وهو جوهر نظام الفيتوكروم.
2. ✅ تأثير الضوء الأحمر والأحمر البعيد موضح بشكل صحيح.
3. ✅ دور الظلام الطويل في إعادة التحول إلى Pr أو التحلل إلى Pd موثق علميًا.
4. ✅ الربط بين Pfr والتعبير الجيني دقيق، حيث يرتبط Pfr بمواقع تنظيمية داخل النواة ويُحفز نسخ جينات النمو.
5. ✅ إشارة إلى تجربة بويسن جونسون Boysen-Jensen

🧠 التفسير العلمي الكامل

1. الفيتوكروم هو مستقبل ضوئي حساس لطول الموجة، يُنظم استجابات النبات للضوء مثل الإنبات، الإزهار، والانتحاء.
2. الشكل النشط Pfr يرتبط بالمواقع الجينية ويُحفز التعبير الجيني، بينما الشكل غير النشط Pr لا يُحفز أي استجابة.
3. في الظلام الطويل، يتحلل Pfr تدريجيًا إلى شكل غير وظيفي Pd، مما يؤدي إلى توقف الاستجابة الحيوية.
4. هذا النظام يُعد من أهم أنظمة الإدراك الضوئي في النبات، ويُستخدم في الزراعة للتحكم في توقيت الإزهار والإنبات.

🧬 الآلية الجزيئية للانتحاء الضوئي

1. استقبال الضوء المستقبلات الضوئية (مثل الفيتوكرومات والكريبتوكرومات) تستشعر الضوء الأزرق (≈450 نانومتر).
2. إعادة توزيع الأوكسين الأوكسين ينتقل من الجانب المضاء إلى الجانب المظلل من الساق.
3. تعديل الحموضة الخلوية الأوكسين يُحفز إطلاق أيونات الهيدروجين (H⁺)، مما يخفض pH الخلية.
4. تنشيط إنزيم الإكسبانسين انخفاض pH يُنشّط إنزيمات تمدد الجدار الخلوي، فتتمدد الخلايا في الجانب المظلل.
5. الانحناء نحو الضوء النمو غير المتساوي يؤدي إلى انحناء الساق باتجاه مصدر الضوء.

🌿 دور الأوكسينات في الانتحاء الضوئي

1. تُنتج في القمم النامية والبراعم (مناطق الاستقبال).
2. تتحرك قطبيًا نحو المناطق المظللة (مناطق الاستجابة).
3. تُحفز استطالة الخلايا، وتحافظ على السيادة الفمية.
4. أول أوكسين تم استخلاصه هو Indole Acetic Acid (IAA).

🌻 مثال تطبيقي: دوار الشمس

1. يُظهر استجابة ضوئية قوية تُعرف بـ الانتحاء الشمسي (Heliotropism).
2. تتحرك الزهرة لتواجه الشمس باستمرار، مما يزيد من كفاءة البناء الضوئي.

 📝 حقوق النشر والمصدر

المصدر: biomohgan.org     محمد عبدالغنى عبد الحميد، جميع الحقوق محفوظة

📚 في المصادر الأكاديمية العالمية

• في جامعة Stanford وHarvard، يُستخدم مصطلح Phototropism حصريًا عند الحديث عن استجابة النبات للضوء.
• في التجارب الكلاسيكية مثل تجربة Darwin وBoysen-Jensen، المصطلح المستخدم هو Phototropic response أو Phototropism.