مفهوم عملية البناء الضوئي
البناء الضوئي، أو التمثيل الضوئي؛ أو التخليق الكيميائي (بالإنجليزية: Photosynthesis)، كلّها مرادفات للعمليّة الحيويّة التي تحدث عند بعض الكائنات الحية؛ مثل: النباتات على اليابسة، والطحالب، والبكتيريا الخضراء المزرقّة، بهدف إنتاج غذائها بنفسها.
تحدث عملية البناء الضوئي في النباتات من خلال سلسلة طويلة من التفاعلات الكيميائية تنتهي بتكوين السكر والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس، لحصول النبتة على مصدر الطاقة اللازم لبقائها على قيد الحياة.
كيفية حدوث عملية البناء الضوئي
عندما تسقط أشعة الشمس على أوراق النبات، تمتص صبغة الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء ، في أغشية الثايلاكويد تحديدًا، الطّاقة الضّوئية وتحولها إلى طاقة كيميائية من خلال سلسلة طويلة من التفاعلات الكيميائية.
ينتقل الضوء على شكل موجات كهرومغناطيسية مكونًا ما يسمى بالفوتون، ويرتد بدوره من ضوء الشمس إلى الورقة، مثيرًا جزيء الكلوروفيل، فيحدث انشطار لجزيء الماء، فترتبط ذرة الأكسجين التي تنفصل عن الماء على الفور مع أخرى، مكونة جزيء الأكسجين O.
وينتج عن التفاعل السابق جزيء يسمى ATP، و آخر يسمى NADPH، كلاهما يسمح للخلية بتخزين الطاقة، ويحدد الطول الموجي لهذه الموجات مستوى الطاقة، وبعض هذه الأطوال الموجية مرئية لنا كالألوان التي نراها، لهذا السبب نرى النباتات خضراء، فالأخضر هو الطول الموجي الذي تعكسه النباتات، وليس اللون الذي تمتصه.
تنتهي عملية البناء الضوئي بإنتاج الجلوكوز (C6H12O6) والأكسجين (O2) والماء (H2O)، ويمكن أن يصبح الجلوكوز جزءًا من جزيء طويل السلسلة، مثل السليلوز؛ وهي المادة الكيميائية التي تتكون منها جدران الخلايا.
كل هذه الجزيئات عبارة عن كربوهيدرات - مواد كيميائية تحتوي على الكربون، والأكسجين، والهيدروجين- يستخدم النبات الروابط الموجودة في هذه المواد الكيميائية لتخزين الطاقة.
وتعتبر المواد الكيميائية هذه مهمة للاستخدام البشري، فالكربوهيدرات عنصر مهم من العناصر الغذائية التي توجد في الأطعمة النباتية التي نتناولها، خاصة في الحبوب، والبطاطس، والفواكه، والخضروات.
معادلة البناء الضوئي
تتلخص المعادلة الكيميائية التي تعبّر عن التمثيل الضوئي بالكلمات بدخول ثاني أكسيد الكربون (CO2)، والماء (H2o)، والضوء سواء كان الضوء الطبيعي المتثل بأشعة الشمس، أو الضوء الصناعي المستمد من الكهرباء، بوجود الكلوروفيل (Chlorophell)، إلى النبات.
وتتفاعل هذه المكونات مع بعضها بعضًا، لينتج الجلوكوز (C6H12O6 وهو سكر بسيط)، والماء(H2o)، والأكسجين(O2)، وفق المعادلة الكيميائية الآتية:
CO2 H2O Sun Light Chlorophell → H2o O2 C6H12O6
العوامل المؤثرة في عملية البناء الضوئي
هناك ثلاثة عوامل تؤثر في عملية التمثيل الضوئي، وهي: شدة الضوء؛ وتركيز ثاني أكسيد الكربون؛ ودرجة الحرارة، وفيما يأتي شرح مختصر لكل منها:
من دون ضوء كافٍ، لا يمكن للنبات أن يقوم بعملية البناء الضوئي بسرعة كبيرة، حتى لو كان هناك الكثير من الماء وثاني أكسيد الكربون، إذ تتناسب سرعة عملية البناء الضوئي مع شدة الضوء تناسبًا طرديًا، فيزيد معدل التمثيل الضوئي بزيادة شدة الضوء، والعكس صحيح.
يجب أن يكون في الهواء نسبة كافية من غاز ثاني أكسيد الكربون لتتم عملية البناء الضوئي على النحو المطلوب.
يجب أن تكون درجة حرارة البيئة التي توجد فيها النباتات مناسبة ومتوازنة للقيام بعملية البناء الضوئي، فإذا كان الجو باردًا جدًا، هذا يعني عدم وجود حرارة كافية لقيام النبتة بعملية التمثيل الضوئي، وعليه سينخفض معدل التمثيل الضوئي، وبالمقابل لا يمكن للنباتات القيام بعملية البناء الضوئي إذا كان الجو حارًا جدًا.
أهمية عملية البناء الضوئي
تلعب عملية البناء الضوئي دورًا مهمًا للحفاظ على التوازن البيئي، وذلك من خلال ما يأتي:
- زيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي، فبدون عملية التمثيل الضوئي، لن يكون هناك سوى القليل من الأكسجين على هذا الكوكب.
- تدعيم دورة الكربون بين الأرض، والمحيطات، والنباتات، والحيوانات.
- المساهمة في العلاقة التكافلية بين النباتات، والبشر، والحيوانات، ويؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على معظم الحياة على الأرض، فهي ب مثابة عملية الطاقة الأولية لمعظم الأشجار والنباتات
- حماية الكوكب م ن تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري، بفضل تقليل نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
- تزويد النبات بالغذاء اللازم لنموّه، وإنتاج الثمار التي يستخدمها الإنسان في حياته، فلولا عمليّة البناء الضوئي لما استطاع النبات الحصول على غذائه، وبالتالي عدم نموّه ونضجه، وهذا يؤثر على الأمن الغذائي للبشر.
