أهداف التعلم

• أن يعرّف الطالب عملية البناء الضوئي ويحدد أهميتها للكائنات الحية.
• أن يوضّح الطالب موقع حدوث البناء الضوئي في الخلية النباتية.
• أن يكتب الطالب المعادلة الكيميائية العامة لعملية البناء الضوئي.
• أن يميّز الطالب بين التفاعلات الضوئية والتفاعلات اللاضوئية (تفاعلات إثراء).
• أن يستنتج الطالب العوامل المؤثرة في معدل عملية البناء الضوئي.

شرح الدرس

مفهوم عملية البناء الضوئي وأهميتها

البناء الضوئي هو العملية التي تصنّع بها النباتات الخضراء والطحالب وبعض البكتيريا غذاءها بنفسها (سكر الجلوكوز) من مواد بسيطة (ماء وثاني أكسيد الكربون)، مستخدمة الطاقة الضوئية من الشمس، ومُطلقة الأكسجين كناتج ثانوي. وتُعد هذه العملية من أهم العمليات الحيوية على الإطلاق؛ لأنها:

• المصدر الأساسي للغذاء (الطاقة الكيميائية المخزنة) لجميع الكائنات الحية تقريبًا بشكل مباشر أو غير مباشر.
• المصدر الرئيسي لغاز الأكسجين في الغلاف الجوي اللازم لتنفس الكائنات الحية.
• تُسهم في تنظيم نسبة ثاني أكسيد الكربون في الجو، مما يخفف من ظاهرة الاحتباس الحراري.

موقع حدوث البناء الضوئي: البلاستيدات الخضراء

تحدث عملية البناء الضوئي داخل عضيات خلوية متخصصة تُسمى البلاستيدات الخضراء (الكلوروبلاست)، الموجودة بكثرة في خلايا أوراق النبات خصوصًا. وتحتوي هذه البلاستيدات على صبغة خضراء تُسمى الكلوروفيل (اليخضور)، وهي المسؤولة عن امتصاص الطاقة الضوئية اللازمة للعملية، ولهذا تظهر الأوراق باللون الأخضر (لأن الكلوروفيل يمتص معظم ألوان الطيف المرئي ويعكس اللون الأخضر بشكل أساسي).

المعادلة الكيميائية العامة للبناء الضوئي

يمكن تلخيص عملية البناء الضوئي بالمعادلة الكيميائية التالية:

أي: ثاني أكسيد الكربون + الماء (بوجود ضوء الشمس والكلوروفيل) ← الجلوكوز + الأكسجين. وتوضح هذه المعادلة أن النبات يمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء عبر الثغور الموجودة في الأوراق، ويمتص الماء من التربة عبر الجذور، ويستخدم الطاقة الضوئية لتحويلهما إلى جلوكوز (سكر بسيط يُستخدم كغذاء ومصدر طاقة أو يُخزَّن كنشا)، مع إطلاق الأكسجين كناتج ثانوي إلى الهواء الجوي.

مرحلتا عملية البناء الضوئي

تتم عملية البناء الضوئي فعليًا على مرحلتين متتاليتين ومترابطتين داخل البلاستيدة الخضراء:

• التفاعلات الضوئية: تحدث في الأغشية الداخلية للبلاستيدة بوجود الضوء مباشرة، حيث يُمتص الضوء بواسطة الكلوروفيل ويُستخدم في تحليل جزيئات الماء وإنتاج الأكسجين وطاقة كيميائية مؤقتة.
• التفاعلات اللاضوئية (دورة كالفن): تحدث في السائل الداخلي للبلاستيدة، ولا تحتاج للضوء مباشرة، وفيها تُستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة من المرحلة السابقة لتثبيت ثاني أكسيد الكربون وتحويله تدريجيًا إلى جلوكوز.

العوامل المؤثرة في معدل عملية البناء الضوئي

يتأثر معدل حدوث البناء الضوئي بعدة عوامل بيئية، أهمها:

• شدة الإضاءة: يزداد معدل البناء الضوئي بزيادة شدة الضوء حتى حد معين، ثم يثبت المعدل رغم زيادة الإضاءة أكثر (بسبب محدودية عوامل أخرى).
• تركيز ثاني أكسيد الكربون: زيادة تركيزه في الهواء المحيط بالنبات تزيد من معدل البناء الضوئي حتى حد معين.
• درجة الحرارة: لكل نبات درجة حرارة مثلى يكون عندها معدل البناء الضوئي أعلى ما يمكن؛ فالبرودة الشديدة تبطئ التفاعلات، والحرارة المرتفعة جدًا قد تتلف الإنزيمات المسؤولة عن العملية.

أسئلة للتدريب

• اكتب المعادلة الكيميائية العامة لعملية البناء الضوئي، ووضّح كل رمز فيها.
• ما دور الكلوروفيل في عملية البناء الضوئي؟ وأين يوجد؟
• وضّح الفرق بين التفاعلات الضوئية والتفاعلات اللاضوئية في البناء الضوئي.
• كيف تؤثر شدة الإضاءة ودرجة الحرارة في معدل عملية البناء الضوئي؟