مفهوم البناء الضوئي
يعرف البناء الضوئي بأنه العملية التي تقوم بها النباتات وبعض من الكائنات الحية من خلال استخدام أشعة الشمس لإنتاج العناصر الغذائية من أكسيد الكربون والماء، وهذه العملية تتضمن مادة صبغة الكلوروفيل الخضراء وعملية إنتاج الأكسجين.
ويمكن القول أيضاً بأنها عملية معقدة تعتمد بشكل أساسي على كل من ثاني أكسيد الكربون والماء وبعض الأملاح المعدنية ليتم تحويلها إلى مواد كربوهيدراتية من قِبل النباتات الخضراء مثل الطحالب وبعض أنواع البكتيريا باستخدام طاقة الأشعة الشمسية ومادة الكلوروفيل الخضراء.
الصيغة الكيميائية لعملية البناء الضوئي
يمكن تمثيل عملية البناء الضوئي بالمعادلة الكيميائية الموزونة التالية: 6CO2 6H2O ------> C6H12O6 6O2 مضافاً إليها أشعة الشمس، حيث CO2 يرمز لثاني أكسيد الكربون وH2O يرمز للماء وC6H12O6 يرمز لمادة الجلوكوز وO2 يرمز لغاز الأوكسجين مع ضرورة توفر الطاقة الضوئية.
أهمية عملية البناء الضوئي
تكمن أهمية عملية البناء الضوئي باعتبارها المصدر الأول لإنتاج الأكسجين في الغلاف الجوي، إذ تُعدّ أساسية للكائنات الحية، بالإضافة إلى ذلك فلهذه العملية دور في دورة الكربون القائمة ما بين الأرض، والمحيطات، والنباتات، والحيوانات.
تستنشق الكائنات الحية الأكسجين وتولد ثاني أكسيد الكربون، ممّا يساعد على توطيد العلاقة التكافلية ما بين النباتات، والبشر، والحيوانات، فالبناء الضوئي يؤثر بطريقة مباشرة وغير مباشرة في معظم أشكال الحياة على الأرض؛ فهو يمثّل عملية توليد الطاقة الأولية للغطاء النباتي على كوكب الأرض.
أنواع عملية البناء الضوئيّ
هناك نوعان لعملية البناء الضوئي، وهما كالآتي:
يعد البناء الضوئي الأكسجيني هو الأكثر انتشارًا وشيوعًا، ويظهر في النباتات، والطحالب، والبكتيريا الزرقاء، حيث تنقل أشعة الشمس (الطاقة الضوئية) الإلكترونات من الماء إلى ثاني أكسيد الكربون ممّا يُنتج الكربوهيدرات، وخلال هذه العملية يقل ثاني أكسيد الكربون، ويصبح الماء مؤكسدًا ويفقد الإلكترونات فينتج الأكسجين مع الكربوهيدرات.
- البناء الضوئي غير الأكسجيني
خلال مرحلة التمثيل الضوئي غير الأكسجيني يتم الاعتماد على مانح للإلكترونات غير الماء، وغالبًا ما تحدث هذه العملية في البكتيريا التي تتواجد بصورة رئيسية في الموائل المائية، ويُذكر أنّ هذه العملية لا ينتج عنها الأكسجين، حيث إنّ ما يتم إنتاجه في هذه العملية يعتمد على مانح الإلكترون بشكل رئيسي.
العوامل المؤثرة في عملية البناء الضوئي
تتأثر عملية البناء الضوئي بعدد من العوامل منها ما هو بيئي خارجي يتعلق بالحرارة، والتربة، والماء، والغذاء، ومنها ما هو وراثي داخلي يرتبط بالأوراق، ومن هذه العوامل ما يأتي:
شدة الضوء
تُعدّ الشمس هي المصدر الضوئي الأساسي والرئيسي للنبتة أثناء عملية البناء الضوئي، حيث تمتص النبتة 80% من الضوء الساقط عليها من خلال الأوراق وتعكس 10%، وتنقل 10% إلى باقي أجزاء الأوراق.
تعتمد النبات في عامل شدة الضوء على حجم أوراقها، وارتفاعها، ونوعها، إذ إنّ هناك نباتات محبة للشمس وأخرى محبة للظل، وبناءً عليه يتم تحديد شدة الضوء اللازمة لكل نبتة.
ثاني أكسيد الكربون
يلعب تركيز ثاني أكسيد الكربون دوراً كبيراً في معدل البناء الضوئي، حيث إنّ النسبة الطبيعية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تتراوح ما بين 0.03-0.04% فأي زيادة أو نقصان في هذه النسبة يؤثر في عملية البناء الضوئي.
درجة الحرارة
يلاحظ أنّ معدل البناء الضوئي يظهر بدرجة عالية كلما كانت درجات الحرارة مرتفعة، بشرط توفّر ثاني أكسيد الكربون والضوء بشكل مناسب للنبات، إذ تتحكّم درجة الحرارة المرتفعة نسبيًا بالإنزيمات فتزيد من سرعتها.
نواتج عملية البناء الضوئي
ينتج عن عملية البناء الضوئي عدد من الأمور أهمها ما يأتي:
- طرح النباتات الأكسجين نتيجة عملية التمثيل الضوئي عبر أوراقها.
- تحوّل مركبات الجلوكوز بالنبتة إلى سكروز أو كربوهيدرات على شكل نشا أو سيليلوز، وينتقل الجلوكوز من الأوراق إلى الجذور أو إلى أجزاء أخرى من اللحاء.
مراحل عملية البناء الضوئي
تمرّ عملية البناء الضوئي بثلاث مراحل رئيسية تتمثل في امتصاص الطاقة الضوئية، ثمّ تحويلها، وتخزينها كخطوة أخيرة، وفيما يأتي توضيح لذلك:
امتصاص الطاقة
تبدأ مرحلة البناء الضوئي عندما تبدأ عملية امتصاص الطاقة المشعة (الضوء) من قِبل النبتة وذلك عندما تضرب أشعة الشمس أوراق النباتات، إذ يمتص الكلوروفيل الموجود في الأوراق الفوتونات الضوئية، كما تمتص النبتة عبر فتحات الأنسجة المتواجدة في أوراقها ثاني أكسيد الكربون، وتمتص الماء عبر الجذور.
تحويل الطاقة
بعد امتصاص النباتات الطاقة الضوئية تُحوّل إلى شكل قابل للاستهلاك والاستخدام، إذ تبدأ عملية التحول عندما تنفصل الإلكترونات عن جزيئات الماء بحيث يصبح الأكسجين كمنتج ثانوي، ثمّ تنتقل إلكترونات الهيدروجين في جزيء الماء إلى مركز التفاعل في جزيء الكلورفيل، وخلال هذه العملية تتولّد الطاقة المهمة للخلايا وتبقيها على قيد الحياة.
تخزين الطاقة
لا تحتاج هذه المرحلة للضوء أو الطاقة الضوئية (الشمس)، حيث يمكن أن تحدث في الليل، إذ تنتج النبتة في هذه المرحلة السكر والأحماض الدهنية ، وتستخدم ما تحتاجه لتبقى على قيد الحياة في حين يتم تخزين الطاقة التي لا تحتاجها على شكل سكريات أو كربوهيدرات.
