Guide pédagogique Sigma - biof 1AC et 2AC et 3AC svt

الوحدة الثانية : إنتاج المادة العضوية و تدفق الطاقة

الفصل 1 : التبادلات بين النباتات و محيطها

 القسم : أولى باك علوم الحياة والأرض و العلوم الرياضية

الفهرس

I- امتصاص الماء و الأملاح المعدنية من طرف النباتات اليخضورية

1- آلية تبادل الماء بين الخلية النباتية و محيطها

أ- تذكير : بنية الخلية النباتية

ب- الكشف عن دور زغب الامتصاص

ج- ظاهرة التنافذ (الأسموز)

د- الكشف عن تبادل الماء بين الخلية و محيطها

2- آلية تبادل المواد المذابة بين الخلية و محيطها

أ- بنية و دور الجدار الهيكلي

ب- بنية الغشاء السيتوبلازمي

ج- الكشف عن ظاهرة الانتشار

د- دور الغشاء السيتوبلازمي في التبادلات الخلوية

ه- النفاذية الموجهة و ظاهرة زوال البلزمة

3- آلية امتصاص الماء و الأملاح المعدنية من طرف النبتة

II- التبادلات الغازية بين النبتة و محيطها

1- الكشف عن التبادلات الغازية بين النبتة و محيطها

2- دورالثغور في التبادلات الغازية عند النباتات اليخضورية

3- آلية انفتاح و انغلاق الثغور

I- امتصاص الماء و الأملاح المعدنية من طرف الخلية و محيطها

1- آلية تبادل الماء بين الخلية النباتية و محيطها
أ- تذكير : بنية الخلية النباتية

تتميزالخلية النباتية عن نضيرتها الحيوانية بتوفرها على :

• جدار هيكلي صلب يشكل دعامة للنبتة
• فجوة كبيرة لتخزين الماء و الأملاح المعدنية: تلعب دورا مهما في امتصاص الماء.
• عضي سيتوبلازمي يسمى البلاستيدة الخضراء: مصنع المادة العضوية بالنسبة للخلية النباتية.

ب- الكشف عن دور زغب الامتصاص

1-نلاحظ أن النبتة التي لا يغمر الماء منطقتها المشعرة تذبل أما النبتة التي يغمر الماء منطقتها المشعرة فتبقى في حالة طبيعية.
نستنتج أن المنطقة المشعرة (المكسوة بزغب الإمتصاص poils absorbants) هي المسؤولة عن امتصاص الماء والأملاح المعدنية (النسغ الخام : Sève brute ) من التربة.
2- زغب الإمتصاص هو عبارة عن امتداد لخلايا السافة الزغبية (Assise pillifère)، و هي خلايا مكيفة مع وظيفة الإمتصاص، نظرا لتوفرها على امتداد سيتوبلازمي يرفع من مساحة اتصالها بالتربة.
ملحوظة : يصل متوسط عدد زغب الامتصاص عمد نبات الفول إلى 14 مليار الشيء الذي يؤمن للنبات مساحة اتصال بالتربة تقدر ب400 m2.

ج- ظاهرة الأسموز : قانون التنافذ

1ـ في بداية التجربة لدينا وسطين مختلفي التركيز (نقول أن الوسط B مفرط التوتر و A ناقص التوتر). بعد مرور مدة معينة نلاحظ انتقال الماء من الوسط الناقص التوتر إلى الوسط المفرط التوتر.
تفسير : إن تدفق الماء من الوسط A نحو الوسط B يدل على وجود قوى ماصة للماء تطبقها المواد المذابة حيث يطبق الوسط B قوة أكبر من الوسط A. نقول أن الضغط التنافذي لـ B أكبر من الضغط التنافذي لـ A.

2ـ ظاهرة الأسموز: تدفق الماء من الوسط الأقل تركيزا (ناقص التوتر) نحو الوسط الأكثر تركيزا (مفرط التوتر) نتيجة اختلاف الضغط التنافذي للوسطين.
3- يمكن إعطاء تركيز مادة مذابة في حجم من الماء بالطرق التالية :

- التركيز المولي:

C=n/V= m/M.V= 0,7/180.0,025=0,15mole/l

- التركيز المولي: Cm=m/V=0,7/0,025 = 28g/l                                                                                               

4-     π=nRTC= 1. 0,082.(20 + 273).0,15=3,6039 atm                  

د- الكشف عن تبادل الماء بين الخلية و محيطها

• حساب الضغط التنافذي لعصارة الفجوة بالإعتماد على الملاحظة بالمجهر الضوئي

1- أنظر الرسم.

خلية ممتلئة                                                                                  خلية مبلزمة

2- تبين الملاحظة المجهرية خلايا نباتية ذات أشكال هندسية تحتوي على فجوات ملونة بالأحمر(صبغة طبيعية).
¬ في محلول السكروز ذي التركيز mole/l 0,1 : تحتوي الخلايا على فجوات ذات حجم كبير، تضغط على الغشاء السيتوبلازمي الذي يلتصق بالجدار السيليلوزي، فنقول أن الخلية ممتلئة : إنها حالة الإمتلاء Turgescence.

تفسير : يمكن تفسير إزدياد حجم الفجوة (إمتلاء الخلية) بدخول الماء إلى الخلية. و بما أن الماء ينتقل من الوسط الأقل تركيزا إلى الوسط الأكثر تركيزا حسب قانون التنافذ فهذا يعني أن تركيز محلول السكروز mole/l 0,1 أصغر من تركيز عصارة الفجوة.

¬ في محلول السكروز ذي التركيز mole/l 0,9 : تحتوي الخلايا على فجوات ذات حجم صغير، و تظهر عدة انقلاعات للغشاء السيتوبلازمي عن الجدار السيلولوزي، فنقول أن الخلية مبلزمة : إنها حالة البلزمة Plasmolyse.

تفسير : يمكن تفسير نقصان حجم الفجوة (بلزمة الخلية) بخروج الماء من الفجوة إلى الوسط الخارجي. و بما أن الماء ينتقل حسب ظاهرة الأسموز فهذا يعني أن تركيز محلول السكروز mole/l 0,9 أكبر من تركيز عصارة الفجوة.

3- حالة الخلايا في كل التراكيز:

تركيز السكروز	0	0,1	0,5	0,6	0,7	0,9
حالة الخلايا	ممتلئة	ممتلئة	ممتلئة	مبلزمة	مبلزمة	مبلزمة

4- أصغرمجال للضغط التنافذي لعصارة الفجوة يوافق مجال تركيز السكروز ]M 0,5 - M [0,6.

¬الضغط التنافذي لمحلول السكروز ذي التركيز M 0,5 هو : atm =12,01
¬الضغط التنافذي لمحلول السكروز ذي التركيز M 0,6 هو : =14,41 atm

إذن > 12.01 atm   _vπ    >  14,41

5- الضغط التنافذي لعصارة الفجوة : = (12,01+14,41)/2 = 13,21 atm

2- آلية تبادل المواد المذابة بين الخلية و محيطها.

لاقتياتها، تقوم الخلايا بتبادلات مع الوسط الخارجي. و لكي تتم هذه التبادلات وجب على المواد المذابة اجتياز حاجزين : الجدار الهيكلي و الغشاء السيتوبلازمي.

أ- بنية و دور الجدار الهيكلي

يحيط الجدار الهيكلي بالخلايا النباتية و يمتاز بصلابته، و هو بذلك يكسبها دعامة مهمة. بسبب بنيته المثقبة، يعتبر الجدار الهيكلي نفوذا للماء و المواد المذابة.

ب- بنية الغشاء السيتوبلازمي

1- أنظر الوثيقة أعلاه.
2- إن ملاحظة الغشاء السيتوبلازمي بالمجهر الإلكتروني باستعمال مثبت tetroxyde d’osmium، توضح أن الغشاء السيتوبلازمي مكون من طبقتين داكنتين تفصلهما طبقة نيرة.

v نموذج Singer et Nicolson : يتكون الغشاء السيتوبلازمي من طبقتين من الفوسفوذهنيات، تتخللهما بروتينات مدمجة. وترتبط الفوسفوذهنيات و البروتينات بالسكريات من الجهة الخارجية للغشاء مشكلة على التوالي كليكوذهنيات و كليكوبروتينات. تسمى هذه البنية بالفسيفساء المائعة Mosaïque fluide لأن العناصر المكونة للغشاء ليست ثابتة بل تتحرك باستمرار.

ج- الكشف عن ظاهرة الانتشار

جواب : في الزمن 1t ينتقل الماء من الوسط الأقل توترا نحو الوسط الأكثر توترا حسب ظاهرة الأسموز مما يؤدي إلى صعود مستوى الماء في الوسط B.
في الزمن 2t نلاحظ رجوع الماء من الوسط B إلى A، هذه الحالة تفسر بكون الوسط A أصبح شيئا فشيئا أكثر توترا من حالته الأولى و ذلك بانتقال السكروز من B إلى A، و تسمى هذه الظاهرة بالانتشار الحر.

الانتشار هو انتقال المادة المذابة من الوسط الأكثر تركيزا إلى الوسط الأقل تركيزا لتحقيق التوازن الكيميائي، و ذلك حسب الدرجة التنازلية للتركيز.

د- دور الغشاء السيتوبلازمي في التبادلات الخلوية

• التجربة 1
- المنحنى 1 : نلاحظ أنه كلما ارتفع تركيز المادة M1* في الوسط الخارجي ترتفع سرعة تدفقها إلى داخل الخلية.
- المنحنى 2 : حتى تركيز معين نلاحظ أنه كلما ارتفع تركيز المادة M2* في الوسط الخارجي ترتفع سرعة تدفقها إلى داخل الخلية. بعد هذا التركيز تبقى سرعة التدفق مستقرة في قيمة قصوى رغم ارتفاع التركيز الخارجي.

تفسير
- تنتقل المادة M1* من الوسط الأكثر تركيز نحو الوسط الأقل تركيز، إنها ظاهرة الانتشار الحر.
- تدفق المادة M2* في الجزء الأول من المنحنى أكبر من تدفق المادة M1* ، يمكن تفسير هذا الفارق بتدخل بروتينات غشائية تسهل عملية نقل M2*. و يفسر استقرار سرعة التدفق رغم استمرار ارتفاع التركيز بتدخل جميع البروتينات الناقلة لــ M2* (تشبع البروتينات الناقلة).

يسمى هذا النوع من النقل حسب الدرجة التنازلية للتركيز بالانتشار المسهل.

• التجربة 2 :
نلاحظ أن هناك اختلاف في التراكيز، فالوسط الداخلي للخلية غني بـ K+ (g.L-1 20,1 ) و فقير من Na+

(g.L-12,1 ) عكس الوسط الخارجي.أما بالنسبة لأيون Cl- نلاحظ أنه هناك فرق جد طفيف بين التركيز الداخلي للخلية و التركيز الخارجي.

تفسير:
إن الاختلاف الملاحظ في التراكيز لا يمكن تفسيره بظاهرة الانتشار الحر، لأن التوازن الكيميائي غير محقق. و بما أنه عند كبح إنتاج الطاقة من طرف الخلية تتوازن التراكيز، نستنتج أن الخلية تعمل على نقل أيونات Na+ و K+ عكس الدرجة التنازلية للتركيز و ذلك باستعمال الطاقة.

تسمى هذه العملية بالنقل النشيط (transport actif) و تتدخل فيه بروتينات غشائية تسمى مضخات بروتينية تعمل بالطاقة ATP.

تسمح بنية الغشاء السيتوبلازمي بنقل المواد بطريقتين مختلفتين :

- النقل السلبي : الذي يتم حسب الدرجة التنازلية للتركيز، و يكون حرا عندما تعبر الجزيئات طبقتي الفوسفودهنيات مباشرة أو عن طريق القنوات البروتينية الناقلة، و مسهلا عندما تتدخل البروتينات المدمجة لنقل الجزيئات المذابة.

- النقل النشيط : الذي يتم عكس الدرجة التنازلية للتركيز، باستعمال مضخات بروتينية مستهلكة للطاقة.

ه- النفاذية الموجهة و ظاهرة زوال البلزمة

-1تلون الفجوة باللون الأحمر دليل على دخول الأحمر المتعادل للخلية من الوسط الأكثر تركيزا إلى الأقل تركيزا. الظاهرة التي تم الكشف عنها هي الإنتشار.

-2 نفاذية الغشاء السيتوبلازمي للأحمر المتعادل هي نفاذية موجهة (الأحمر المتعادل يصبح مشحونا داخل الفجوة ذات pH حمضي مما يحول دون خروجه).

-3 بعد مرور 5 دقائق من انطلاق التجربة 3 نلاحظ أن الخلايا تصبح مبلزمة، مما يدل على أن الوسط الخارجي (المحلول البولي) أكثر تركيزا من عصارة الفجوة مما أدى إلى خروج الماء حسب قانون التنافذ أو الأسموز.

بعد 10 دقيقة نلاحظ أن الخلايا عادت إلى حالتها العادية (ممتلئة): ظاهرة زوال البلزمة التي يمكن تفسيرها بدخول البولة إلى داخل الخلية، مما أدى إلى رفع الضغط التنافذي لعصارة الفجوة حيث أصبح يفوق الضغط التنافذي للوسط الخارجي و بالتالي دخول الماء و عودة الخلية لحالة الإمتلاء.

3- آلية امتصاص الماء و الأملاح المعدنية من طرف النبتة

تعد الجذور أول بنية تظهر عند النبتة أثناء مرحلة الإنبات، نظرا للدور المهم الذي تلعبه هذه الأعضاء في امتصاص الماء و الأملاح المعدنية.

1- يتزايد الضغط التنافذي لفجوة زغب الإمتصاص كلما تزايد الضغط التنافذي لمحلول التربة.

2- نلاحظ أن الضغط التنافذي يرتفع من زغب الإمتصاص إلى خلايا القشرة، الشيء الذي
استنتاج : ترفع النبتة الضغط التنافذي لعصارة الفجوة بواسطة النقل النشيط للأيونات إلى داخل الفجوة مما يسمح بمرور الماء من محلول التربة الناقص التوتر نحو الوسط الداخلي المفرط التوتر حسب ظاهرة الأسموز.
يسمح بمرور الماء من زغب الإمتصاص إلى البرانشيم (خلايا القشرة) حسب قانون التنافذ..
- تعمل الخلايا على النقل النشيط للأيونات للحفاظ على اختلاف التراكيز بينها.

II- التبادلات الغازية بين النبتة و محيطها

1- الكشف عن التبادلات الغازية بين النبتة و محيطها

1− تمثل الأنابيب A و B و C، أنابيب شاهدة.
2− في الأنبوب D يتغير لون الكاشف إلى الأحمر بسبب افتقار الوسط إلى CO2 و هذا يدل على أن النبتة امتصت CO2 من الوسط..
في الأنبوب E تغير لون الكاشف إلى الأصفر دليل على اغتناء الوسط بـ CO2، إذن النبتة تطرح CO2 الناتج عن التنفس الخلوي خلال الفترة المظلمة.
3- الغاز الذي تم الكشف عنه هو : ثنائي الأكسجين. تحتاج النبتة إلى ثنائي أكسيد الكربون و الضوء، إضافة إلى الماء و الأملاح المعدنية لتحريره.
4- في الظلام تقوم النباتات اليخضورية بظاهرة التنفس: استهلاك O2 و طرح CO2.
- بوجود الضوء تقوم النباتات بعملية التركيب الضوئي على مستوى الأوراق: استهلاك CO2 وطرح O2.
ملحوظة : (بوجود الضوء تقوم النباتات بالظاهرتين معا إلا أن ظاهرة التركيب الضوئي تسود).

2- دورالثغور في التبادلات الغازية عند النباتات اليخضورية
1- يدل التنقط على أن الأوراق اليخضورية تطرح بخار الماء عبر الوجه السفلي و العلوي. إنها عملية النتح Transpiration.
2- التنقط في الوجه السفلي أكثر منه في الوجه العلوي. نستنتج أن الورقة تنتح بنسبة أكبر في الوجه السفلي.
3- ربما أن الورقة تحتوي على "مسام" تمكن النبتة من طرح بخار الماء كما تمكن المسام الحيوانات من طرح العرق.
4-

1- نسيج يخضوري  2- أوعية ناقلة للنسغ  3- خلية ثغرية  4- فتيحة  5- قشرة لا يخضورية، 6- بلاستيدات خضراء  7- غرفة تحثغرية.

5- تظهر الملاحظة المجهرية لبشرة أوراق النباتات ثقوبا منتشرة بين خلايا البشرة تسمى الثغور stomates، حيث تبدو مكونة من :
▪ خليتان ثغريتان Cellules Stomatiques تفصل بينهما فتيحةostiole . تتوفر الخليتان عكس باقي خلايا البشرة على بلاستيدات خضراء.
▪ غرفة تحثغرية chambre sous stomatique و هي عبارة عن فضاء يوجد تحت الخليتين الثغريتين، يتصل بالوسط الخارجي عبر الفتيحة، و يعتبر بمثابة خزان للغازات.
تكسو بشرة الأوراق اليخضورية طبقة رقيقة من المواد الذهنية تسمى قشيرة Cuticule. تتميز القشيرة بنفاذية جد ضعيفة للماء و الغازات و بالتالي فتبادل الغازات (co2 و o2 و بخار الماء) يتم أساسا عبر الثغور.

سؤال : ما هي آلية انفتاح و انغلاق الثغور؟ و ما هي العوامل التي تؤثر في ديناميتها ؟

3- آلية انفتاح و انغلاق الثغور

1- 1: غشاء سيتوبلازمي. 2: فجوة. 3: فتيحة

- تنفتح الثغور عندما تكون الخليتان الثغريتان ممتلئتان أي عندما يكون ضغطهما التنافذي أكبر من الضغط التنافذي لخلايا البشرة المجاورة.
- تنغلق الثغور عندما تكون الخليتان الثغريتان مبلزمتان أي عندما يكون ضغطهما التنافذي أقل من الضغط التنافذي لخلايا البشرة المجاورة.

2- نلاحظ أن نسبة انفتاح الثغور ترتفع كلما ارتفعت درجة الحرارة حتى قيمة معينة (حوالي C° 28) حيث تصل إلى 80% ثم تبدأ في الانخفاض بعدها.
نفسر هذا بكون النبتة تغلق ثغورها في درجات الحرارة المرتفعة حتى لا تفقد كميات كبيرة من الماء نتيجة عملية النتح.

3- بمقارنة المنحنيين B و C يمكن الخروج بالملاحظتين التاليتين :

1. ▪ في نفس الظروف من الإضاءة و درجة الحرارة، تنفتح الثغور أكثر إذا ارتفعت رطوبة الجو و ذلك لكون النبتة لا تخشى فقدان كمية كبيرة من الماء.
2. ▪ إذا كان الجو حارا و جافا، فإن نسبة انفتاح الثغور تنخفض في منتصف النهار Dépression du midi ثم تعود للارتفاع بعد الزوال و ذلك للحد من تأثير ظاهرة النتح.

4- تظهر مقارنة المنحنيين A و D أن انفتاح الثغور يتم لفترات وجيزة في بعض الظروف:

• ▪ في الساعات الأولى من الصباح خلال أيام الصيف الشديدة الجفاف أي عندما تسود حرارة و رطوبة مناسبتين للنبتة.
• ▪ في منتصف النهار خلال أيام الخريف الباردة و الممطرة أي عندما تكون شدة الإضاءة و درجة الحرارة ملائمتين.

الأساتذة : أشرف العسري– عبد الرحمان البوخريصي – محمدي هشام – طارق مبشر