التوجه الضوئي و الانتحاء الضوئي

📚 محتويات المقال

 

تعريف التوجه الضوئي (Phototropism)

هو ميل النبات للحركة او حتى تعديل اتجاه نموه استجابة للضوء و ذلك تحت تأثير الضوء، سواءً بدت وكأنها تتمدد نحوه، كما هو الحال مع أزهار نبات عباد الشمس ونباتات أخرى، أو تتحرك بعيدًا عنه، كما تفعل بعض أشجار العنب.  بحيث تنمو الأجزاء الهوائية (مثل الساق والبراعم) نحو الضوء (توجه ضوئي إيجابي)، بينما تنمو الجذور بعيدًا عنه (توجه ضوئي سلبي).يجمع الانتحاء الضوئي بين الكلمة اليونانية "photo" التي تعني "الضوء" و"tropism" التي تعني "ميل الحيوان أو النبات للتحرك استجابةً لمنبه"، والمشتقة من الكلمة اليونانية "tropos" التي تعني "الانعطاف في اتجاه مؤثر ما و ليس شرطا ان يكون الضوء هو المؤثر لكن هنا هو شرط علما بان النبات قد يتأثر بعوامل أخرى مثل الرطوبه و الجاذبيه و ظهر حديثا انها قد تتأثر بعوامل مثل الصوت و الجفاف و البيئة المحيطة". 

التوجه الضوئي و أثر الاكسينات

أشهر التجارب التاريخية التي كشفت آلية التوجه الضوئي

تجربة تشارلز داروين (1880)

أجراها على شتلات الشوفان وحشائش الكناري.

حيث وضع داروين بادرات الشوفان في صندوق مظلم ثم عرضها لمصدر ضوئي ولاحظ أن النبات عند نموه في الظلام يبقى عموديا ويستطيل بسرعة ولكن عند وجود بصيص من الضوء فإنه ينحني إلى مصدره. 

كرر التجربة بأن وضع البادرات في صندوق مظلم مغلق وعمل ثقب في الصندوق ليسمح بدخول بصيص خفيف من الضوء، قام بتغطية القمم النامية بغطاء من ورق القصدير وعرض جميع الباقي للضوء. ثم قام بقطع بعض القمم النامية وأبقى على بعضها الآخر ثم عرض النبات إلى الضوء. اكتشف داروين ان هناك عاملا مؤثرا في القمم النامية يوجه النبات نحو الضوء فإذا أزيلت القمم النامية فإن المؤثر يزول.  

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.

فى الواقع ايضا إن طرف البرعم هو الذي يستشعر الضوء، وليس الجزء السفلي من البرعم ( القمم النامية)، وهو الجزء الذي ينحني نحو الضوء

تجربة بويسن جنسن (1913)

قطع القمة النامية ووضع طبقة جيلاتين بينها وبين الساق.

أظهر دراسات بيتر بويسن جينسن في عام 1910 أن المنبه الضوئي في غمد الشوفان متحرك ويمكنه الانتشار من خلال شق. 

و قد نُشرت هذه التجارب بمزيد من التفصيل باللغة الفرنسية في عام 1911، وبالألمانية في عام 1913. 

عند وضع صفيحة ميكا على الجانب المضاء، لم يحدث انحناء، مما أثبت أن الأوكسين يتحرك نحو الجانب المظلل ويحفز النمو هناك.

وجد أنه يمكن قطع طرف الغمد وإعادة ربطه، وأن الإضاءة الأحادية الجانب اللاحقة لا تزال قادرة على إنتاج انحناء ضوئي موجب في القمم النامية. 

افترض أن الانتقال يمكن أن يحدث من خلال طبقة رقيقة من الجيلاتين تفصل الطرف المضاء أحادي الجانب عن الجزء السفلي من القمة النامية. 

من خلال إدخال قطعة من الميكا غير المنفذة ، حيث تكون قادرًة على منع النقل في الجانبين المضاء وغير المضاء للطرف على التوالي، مما سمح له بإظهار أن النقل حدث في الجانب المظلم للطرف المضاء، وحفز نموًا متزايدًا في الجانب المظلم الطولي للغمد، مما أدى إلى انحناء الغمد او الساق نحو الضوء. 

في عام 1911، استنتج بويسن جينسن من نتائجه التجريبية أن انتقال المنبه الضوئي لم يكن تأثيرًا فيزيائيًا (على سبيل المثال بسبب تغير في الضغط)، ولكن "يجب أن يكون بسبب انتقال مادة أو أيونات" (يجب أن يكون بسبب نقل مادة أو أيونات) و بالفعل كانت هذه النتائج أساسية لفهم التوجه الضوئي ومهدت الطريق لاكتشاف هرمون نمو النبات، الأوكسين . 

الية التوجه الضوئي

يكون الطول الموجي للضوء تقريبا 450 نانومتر و هو الذى يثير النبات.

يستقبل المستقبل الضوئي في النبات الضوء، ثم يتفاعل معه، وهنا تبدأ الاستجابة.

توجد فوتونات ضوئية تستمد من الاشعة الفوق بنفسجية الزرقاء هى الاصل في التأثير.

هذا يحفز الاكسينات الى الحركة في الاتجاه البعيد عن الضوء و التى تتواجد اما في البراعم النباتيه أو حتى القمم النامية عند التعرض للضوء ولكن بتركيز معين اذا زاد هذا التركيز او قل يتأثر النبات عكسيا كما يحدث مثلا في الجذور. 

يُطلق الأوكسين أيونات الهيدروجين في المنطقة المعتمة او البعيدة عن الضوء من الساق، و هذا يؤدى الى انخفاضً الأس الهيدروجيني. يُنشّط هذا الانخفاض في الرقم الهيدروجيني إنزيم الإكسبانسين، الذي يُسبب انتفاخ في الخلايا ويُجبر الساق على الانحناء نحو الضوء. 

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: عباد 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.
سبب اِختلاف توزيع الأوكسينات جانبى جذر وساق البادرة هو تأثر الأوكسينات ببعض الظروف الخارجية كالضوء والرطوبة والجاذبية الأرضية .
من سلوك الأوكسينات أنها تهاجر من الجزء المضىء للجزء المظلم ( 65% مظلم : 35% مضىء ) وتهاجر دائما جهة الرطوبة والجذبية الأرضية ( 67% جهة الجاذبية : 33% ضد الجاذبية )
زيادة تركيز الأوكسنات فى أنسجة الساق يزيد من معدل اِستطالة خلاياه والعكس ، بينما زيادة تركيز الأوكسينات عن حد معين فى أنسجة الجذر يبطىء من معدل اِستطالة خلاياه والعكس .

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

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.

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.

أسباب الانتحاء في النبات

سبب حدوث الاِنتحاء هو اِختلاف معدل استطالة الخلايا على جانبى جذر وساق البادرة .
سبب اِختلاف معدل اِستطالة الخلايا هو اِختلاف معدل توزيع الأوكسينات على جانبى جذر وساق البادرة .

دائما يكون الاِنتحاء جهة الجزء الذى معدل نموه بطىء.
ساق النبات منتحى ضوئى موجب ، وأرضى سالب .
جذر النبات منتحى ضوئى سالب وأرضى ومائى موجب .

 الفرق بين "التوجه الضوئي" و"الانتحاء الضوئي"

المصطلح	الدقة العلمية	الاستخدام
التوجه الضوئي	عام وغير تخصصي	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	دقيق ومعتمد علميًا	يُستخدم في الأبحاث، المناهج الجامعية، والمراجع العالمية ويشير إلى استجابة النبات للضوء بانحناء أجزائه الهوائية مثل الساق نحو مصدر الضوء نتيجة لإعادة توزيع الهرمونات النباتية، خصوصًا الأوكسينات.

دورة التحول الضوئي للفيتوكروم في النبات

تجربة بويسن جونسون

التحليل العلمي للصورة في تجربة بويسن جنسن

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.

الشكل النشط:Pfr 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.

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

التفسير العلمي الكامل

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

الآلية الجزيئية للانتحاء الضوئي

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

دور الأوكسينات في الانتحاء الضوئي

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

مثال تطبيقي: عباد الشمس

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

المصادر

 مصطفى الشهابي (2003). أحمد شفيق الخطيب (المحرر). معجم الشهابي في مصطلحات العلوم الزراعية (بالعربية والإنجليزية واللاتينية) (ط. 5). بيروت: مكتبة لبنان ناشرون. ص. 825. ISBN:978-9953-10-550-5. OCLC:1158683669. QID:Q115858366.

 محمد مرعشي (2003). معجم مرعشي الطبي الكبير (بالعربية والإنجليزية). بيروت: مكتبة لبنان ناشرون. ص. 84. ISBN:978-9953-33-054-9. OCLC:4771449526. QID:Q98547939.

 المعجم الموحد لمصطلحات علم الأحياء، قائمة إصدارات سلسلة المعاجم الموحدة (8) (بالعربية والإنجليزية والفرنسية)، تونس: مكتب تنسيق التعريب، 1993، ص. 22، OCLC:929544775، QID:Q114972534

 قاموس مصطلحات الفلاحة (بالعربية والفرنسية). الجزائر العاصمة: المجلس الأعلى للغة العربية بالجزائر. 2018. ص. 207. ISBN:978-9931-681-42-7. OCLC:1100055505. QID:Q121071043.

 جون بريسفال (1916). كتاب علم النبات الزراعي: "علمي وعملي". المطبعة الأميرية، القاهرة. ص 242.

 معجم مصطلحات علم الحشرات (بالعربية والإنجليزية)، القاهرة: مجمع اللغة العربية بالقاهرة، 2012، ص. 435، OCLC:1227786909، QID:Q124360300

 Sakai، T؛ Haga، K (2012). "Molecular genetic analysis of phototropism in Arabidopsis". Plant & cell physiology. ج. 53 ع. 9: 1517–34. DOI:10.1093/pcp/pcs111. PMC:3439871. PMID:22864452.

 "Phytochrome". plantphys.info. مؤرشف من الأصل في 2018-07-04. اطلع عليه بتاريخ 2016-04-16.

 Eckardt، N. A. (1 مايو 2003). "A Component of the Cryptochrome Blue Light Signaling Pathway". The Plant Cell Online. ج. 15 ع. 5: 1051–1052. DOI:10.1105/tpc.150510. مؤرشف من الأصل في 2010-07-10.

biomohgan.org محمد عبدالغنى عبد الحميد، جميع الحقوق محفوظة

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.