النتح

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة
لمحة عامة عن عملية النتح:
  1. يتم نقل الماء بشكل سلبي إلى الجذور ثم إلى نسيج الخشب .
  2. تتسبب قوى التماسك والالتصاق في تشكيل جزيئات الماء لعمود في الخشب.
  3. ينتقل الماء من نسيج الخشب إلى خلايا النسيج المتوسط، ويتبخر من أسطحها، ثم يغادر النبات عن طريق الانتشار عبر الثغور.
نتح الماء في الخشب
ثغر في ورقة طماطم موضح بواسطة مجهر إلكتروني ماسح ملون
إن السحب الظاهرة في هذه الصورة لغابات الأمازون المطيرة هي نتيجة لعملية النتح والتبخر .

النتح هو عملية انتقال الماء عبر النبات وتبخره من الأجزاء الهوائية، كالأوراق والسيقان والأزهار . وهي عملية سلبية لا تتطلب أي طاقة من النبات. [ 1 ] كما يُساهم النتح في تبريد النباتات، وتغيير الضغط الأسموزي للخلايا، وتسهيل تدفق العناصر الغذائية المعدنية . عندما يكون امتصاص الماء من الجذور أقل من الماء المفقود إلى الغلاف الجوي بالتبخر، تُغلق النباتات مسامات صغيرة تُسمى الثغور لتقليل فقدان الماء، مما يُبطئ امتصاص العناصر الغذائية ويُقلل امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، وبالتالي يُحد من العمليات الأيضية، وعملية التمثيل الضوئي ، والنمو. [ 2 ]

امتصاص الماء والمغذيات

الماء ضروري للنباتات، لكن كمية ضئيلة فقط من الماء الذي تمتصه الجذور تُستخدم للنمو والتمثيل الغذائي. أما النسبة المتبقية، والتي تتراوح بين 97 و99.5%، فتُفقد عن طريق النتح والإدماع . [ 3 ] يُمتص الماء المحمل بأي عناصر معدنية مذابة في الجذور عن طريق الخاصية الأسموزية ، حيث ينتقل عبر نسيج الخشب ( الخشب) من خلال التصاق جزيئات الماء بأوراق النبات، ثم يخرج من مسام صغيرة تُسمى الثغور ( مفردها ثغر). [ 4 ] تُحاط الثغور بخلايا حارسة وخلايا ملحقة بها (تُعرف مجتمعةً باسم مُركب الثغور) تعمل على فتح وإغلاق الثغور. [ 5 ] تُفسر نظرية التماسك والشد كيفية سحب الأوراق للماء عبر نسيج الخشب. تلتصق جزيئات الماء ببعضها البعض أو تُظهر تماسكًا. عندما يتبخر جزيء ماء من سطح الورقة، فإنه يسحب معه جزيء الماء المجاور، مما يُنشئ تدفقًا مستمرًا للماء عبر النبات. [ 6 ]

يؤثر عاملان رئيسيان على معدل تدفق الماء من التربة إلى الجذور: الموصلية الهيدروليكية للتربة، ومقدار تدرج الضغط عبرها. ويؤثر هذان العاملان على معدل التدفق الكلي للماء المنتقل من الجذور إلى الثغور في الأوراق عبر نسيج الخشب. [ 7 ] ويُعزى تدفق الماء السائل من الجذور إلى الأوراق جزئيًا إلى الخاصية الشعرية ، ولكنه يُعزى أساسًا إلى فروق جهد الماء . فإذا كان جهد الماء في الهواء المحيط أقل من جهد الماء في الفراغ الهوائي للورقة عند الثغور، فإن بخار الماء سينتقل مع تدرج الضغط من الفراغ الهوائي للورقة إلى الغلاف الجوي. ويؤدي هذا الانتقال إلى خفض جهد الماء في الفراغ الهوائي للورقة، مما يتسبب في تبخر الماء السائل من جدران خلايا النسيج المتوسط. ويزيد هذا التبخر من التوتر على السطوح المائية في جدران الخلايا، ويقلل من نصف قطرها، وبالتالي يُحدث توترًا في ماء الخلايا. بسبب خصائص التماسك للماء، ينتقل التوتر عبر خلايا الأوراق إلى نسيج الخشب في الأوراق والساق، حيث يتولد ضغط سلبي مؤقت نتيجة سحب الماء من الجذور إلى أعلى نسيج الخشب. [ 8 ] في النباتات والأشجار الطويلة، لا يمكن التغلب على قوة الجاذبية التي تسحب الماء إلى الداخل إلا بانخفاض الضغط الهيدروستاتيكي في الأجزاء العلوية من النباتات نتيجة انتشار الماء من الثغور إلى الغلاف الجوي . [ 3 ]

أصل الكلمة

كلمة "النتح" مشتقة من كلمتي "trans"، وهي حرف جر لاتيني يعني "عبر"، و"spiration"، وهي مشتقة من الفعل اللاتيني "spīrāre"، الذي يعني "يتنفس". وتضيف لاحقة الحركة معنى "فعل"، مما يجعل المعنى "فعل التنفس عبر".

الخاصية الشعرية

الخاصية الشعرية هي عملية تدفق السوائل في المساحات الضيقة دون مساعدة قوى خارجية كالجاذبية، أو حتى في وجودها . ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة في انجذاب السوائل بين شعيرات فرشاة الرسم، أو في أنبوب رفيع، أو في مواد مسامية كالورق والجص، أو في بعض المواد غير المسامية كالرمل وألياف الكربون السائلة ، أو في الخلية البيولوجية . وتحدث هذه الخاصية نتيجةً لقوى التجاذب بين جزيئات السائل والأسطح الصلبة المحيطة به. فإذا كان قطر الأنبوب صغيرًا بما يكفي، فإن مزيج التوتر السطحي (الناتج عن التماسك داخل السائل) وقوى الالتصاق بين السائل وجدار الوعاء يعمل على دفع السائل.

أنظمة

تنظم النباتات معدل النتح عن طريق التحكم في حجم فتحات الثغور. ويتأثر معدل النتح أيضًا بمتطلبات التبخر في الغلاف الجوي المحيط بالورقة، مثل موصلية الطبقة الحدية، والرطوبة ، ودرجة الحرارة ، والرياح، وضوء الشمس الساقط. وإلى جانب العوامل الموجودة فوق سطح الأرض، تؤثر درجة حرارة التربة ورطوبتها على فتح الثغور، [ 9 ] وبالتالي على معدل النتح. كما تعتمد كمية الماء التي يفقدها النبات على حجمه وكمية الماء التي تمتصها الجذور. وتشمل العوامل التي تؤثر على امتصاص الجذور للماء: محتوى رطوبة التربة، وزيادة خصوبة التربة أو ارتفاع نسبة الأملاح فيها، وضعف نمو الجذور، والنباتات المصابة بالبكتيريا والفطريات الممرضة مثل البيثيوم أو الريزوكتونيا .

ميزةالتأثير على النتح
عدد الأوراقزيادة عدد الأوراق (أو الأشواك، أو غيرها من الأعضاء المسؤولة عن عملية التمثيل الضوئي) تعني زيادة مساحة السطح وعدد الثغور اللازمة لتبادل الغازات. وهذا بدوره سيؤدي إلى زيادة فقدان الماء.
عدد الثغورزيادة عدد الثغور ستوفر المزيد من المسام لعملية النتح.
حجم الورقةالورقة ذات مساحة السطح الأكبر ستشهد عملية نتح أسرع من الورقة ذات مساحة السطح الأصغر.
وجود طبقة الكيوتيكل النباتيةتُعدّ الطبقة الشمعية الخارجية للأوراق غير منفذة نسبيًا للماء وبخار الماء، مما يقلل من التبخر من سطح النبات باستثناء ما يحدث عبر الثغور. كما تُقلل الطبقة العاكسة من حرارة الشمس وارتفاع درجة حرارة الورقة، مما يُساعد على تقليل معدل التبخر. وتُساهم الشعيرات الدقيقة الموجودة على سطح الأوراق في منع فقدان الماء عن طريق خلق بيئة عالية الرطوبة على سطحها. هذه بعض الأمثلة على تكيفات النباتات للحفاظ على الماء، والتي قد نجدها في العديد من النباتات الصحراوية .
مصدر إضاءةيُتحكم في معدل النتح عن طريق فتحة الثغور، وتُفتح هذه المسامات الصغيرة خصيصًا لعملية التمثيل الضوئي. مع وجود بعض الاستثناءات (مثل التمثيل الضوئي الليلي أو التمثيل الضوئي CAM )، إلا أن توفير الضوء بشكل عام يُشجع على فتح الثغور.
درجة حرارةتؤثر درجة الحرارة على المعدل بطريقتين:

1) زيادة معدل التبخر نتيجة ارتفاع درجة الحرارة ستسرع من فقدان الماء. 2) انخفاض الرطوبة النسبية خارج الورقة سيزيد من تدرج الجهد المائي .

الرطوبة النسبيةتؤدي البيئة الأكثر جفافاً إلى تدرج أكثر حدة في جهد الماء، وبالتالي زيادة معدل النتح.
رياحفي الهواء الساكن، يتراكم الماء المفقود نتيجة النتح على شكل بخار بالقرب من سطح الورقة. هذا يقلل من معدل فقدان الماء، حيث يصبح تدرج الجهد المائي من داخل الورقة إلى خارجها أقل قليلاً. تعمل الرياح على إبعاد معظم هذا البخار بالقرب من سطح الورقة، مما يزيد من حدة تدرج الجهد المائي ويسرع من انتشار جزيئات الماء في الهواء المحيط. مع ذلك، حتى في وجود الرياح، قد يتراكم بعض بخار الماء في طبقة رقيقة من الهواء البطيء الحركة بجوار سطح الورقة. كلما اشتدت الرياح، كلما أصبحت هذه الطبقة أرق، وازداد تدرج الجهد المائي حدة.
إمدادات المياهقد يؤدي الإجهاد المائي الناجم عن تقييد إمدادات المياه من التربة إلى إغلاق الثغور وتقليل معدلات النتح.
تُقلل بعض النباتات الصحراوية من مساحة سطح أوراقها أثناء نقص المياه (يسار). أما إذا كانت درجات الحرارة منخفضة بدرجة كافية ومستويات المياه مناسبة، فإن الأوراق تتمدد مرة أخرى (يمين).

خلال موسم النمو، تفقد الورقة من الماء أضعاف وزنها. ينتج فدان من الذرة ما بين 3000 و4000 جالون أمريكي (11000 إلى 15000 لتر) من الماء يوميًا، بينما قد تفقد شجرة بلوط كبيرة ما يصل إلى 40000 جالون أمريكي (150000 لتر) سنويًا. نسبة النتح هي نسبة كتلة الماء المتبخر إلى كتلة المادة الجافة المنتجة؛ وتتراوح نسبة النتح في المحاصيل عادةً بين 200 و1000 ( أي أن النباتات تتبخر من 200 إلى 1000  كيلوغرام من الماء لكل كيلوغرام من المادة الجافة المنتجة). [ 10 ]

يمكن قياس معدلات النتح في النباتات باستخدام عدد من التقنيات، بما في ذلك أجهزة قياس النتح ، وأجهزة قياس النتح ، وأجهزة قياس المسامية، وأنظمة قياس التمثيل الضوئي ، وأجهزة استشعار تدفق العصارة الحرارية. تشير قياسات النظائر إلى أن النتح هو المكون الأكبر من التبخر النتحي . [ 11 ] تُظهر أدلة حديثة من دراسة عالمية [ 12 ] للنظائر المستقرة للماء أن الماء المتبخر يختلف نظائريًا عن المياه الجوفية ومياه الجداول. وهذا يشير إلى أن مياه التربة ليست مختلطة جيدًا كما هو شائع. [ 13 ]

تمتلك نباتات الصحراء تراكيب مُتكيّفة خاصة، مثل طبقة الكيوتيكل السميكة ، ومساحة الأوراق الصغيرة، والثغور الغائرة، والشعيرات ، لتقليل النتح والحفاظ على الماء. تُجري العديد من أنواع الصبار عملية التمثيل الضوئي في سيقانها العصارية ، بدلاً من أوراقها، لذا فإن مساحة سطح الساق تكون منخفضة للغاية. تمتلك العديد من نباتات الصحراء نوعًا خاصًا من التمثيل الضوئي، يُسمى التمثيل الضوئي الحمضي الكراسولاسي أو التمثيل الضوئي CAM، حيث تكون الثغور مغلقة خلال النهار ومفتوحة ليلاً عندما يكون النتح أقل. [ 14 ]

التكهف

للحفاظ على تدرج الضغط اللازم لبقاء النبات سليمًا، يجب عليه امتصاص الماء باستمرار عبر جذوره. كما يجب أن يكون قادرًا على تعويض الماء المفقود نتيجة النتح. إذا عجز النبات عن امتصاص كمية كافية من الماء للحفاظ على توازنه مع النتح، تحدث ظاهرة تُعرف بالتجويف . [ 15 ] يحدث التجويف عندما يعجز النبات عن تزويد نسيج الخشب (الخشب) بكمية كافية من الماء، فيبدأ نسيج الخشب بالامتلاء ببخار الماء بدلًا من الماء. تتجمع جزيئات بخار الماء هذه وتُشكّل انسدادات داخل نسيج الخشب، مما يمنع النبات من نقل الماء عبر جهازه الوعائي. [ 16 ] لا يوجد نمط واضح لمكان حدوث التجويف في نسيج الخشب. إذا لم يُعالج التجويف بفعالية، فقد يتسبب في ذبول النبات وموته. لذلك، يجب أن يمتلك النبات آلية لإزالة انسداد التجويف، أو أن يُنشئ اتصالًا جديدًا من الأنسجة الوعائية في جميع أنحاء النبات. [ 17 ] تقوم النبتة بذلك عن طريق إغلاق ثغورها ليلاً، مما يوقف تدفق النتح. يسمح هذا للجذور بتوليد ضغط يزيد عن 0.05 ملي باسكال، وهو ضغط كافٍ لإزالة الانسداد وإعادة ملء نسيج الخشب بالماء، وبالتالي إعادة توصيل الجهاز الوعائي. إذا لم تتمكن النبتة من توليد ضغط كافٍ لإزالة الانسداد، فعليها منع انتشاره باستخدام ثمار الكمثرى ذات النواة، ثم تكوين نسيج خشب جديد قادر على إعادة توصيل الجهاز الوعائي للنبتة. [ 18 ]

بدأ العلماء باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لمراقبة الحالة الداخلية للخشب أثناء عملية النتح، بطريقة غير جراحية. تتيح هذه الطريقة التصويرية للعلماء رؤية حركة الماء في جميع أنحاء النبات. كما أنها قادرة على تحديد حالة الماء داخل الخشب، مما يُمكّن من رصد ظاهرة التكهف. لاحظ العلماء أنه خلال 20 ساعة من التعرض لأشعة الشمس، بدأت أكثر من 10 أوعية خشبية بالامتلاء بجزيئات غازية، مما أدى إلى حدوث التكهف. كما مكّنت تقنية الرنين المغناطيسي من رصد عملية إصلاح هذه التراكيب الخشبية في النبات. بعد ثلاث ساعات في الظلام، لوحظ إعادة تزويد الأنسجة الوعائية بالماء السائل. كان ذلك ممكناً لأن ثغور النبات تكون مغلقة في الظلام، ويتوقف النتح. عند توقف النتح، تتحطم فقاعات التكهف بفعل الضغط الناتج عن الجذور. تشير هذه الملاحظات إلى أن التصوير بالرنين المغناطيسي قادر على مراقبة الحالة الوظيفية للخشب، ويتيح للعلماء رؤية أحداث التكهف لأول مرة. [ 17 ]

التأثيرات على البيئة

تبريد

تعمل عملية النتح على تبريد النباتات، حيث يحمل الماء المتبخر الطاقة الحرارية بسبب حرارته الكامنة الكبيرة للتبخر التي تبلغ 2260 كيلوجول لكل لتر.

التبريد النتحي هو التبريد الذي توفره النباتات أثناء عملية النتح. الحرارة الزائدة الناتجة عن الإشعاع الشمسي تُلحق الضرر بخلايا النبات، ويحدث التلف الحراري أثناء الجفاف أو عند زيادة النتح بشكل كبير مما يؤدي إلى ذبول النبات . [ 19 ] تساهم النباتات الخضراء في تلطيف المناخ لكونها أبرد من الأرض الجرداء المجاورة أو المناطق المبنية. عندما تنتح أوراق النباتات، فإنها تستخدم الطاقة لتبخير الماء، ويتراكم هذا الماء بكميات هائلة على مستوى العالم يوميًا.

تستطيع الشجرة الواحدة أن تفقد مئات اللترات من الماء يوميًا عن طريق النتح. مقابل كل 100 لتر من الماء المفقود، تبرد الشجرة بمقدار 70 كيلوواط ساعة. [ 20 ] [ 21 ] يمكن عزو تأثيرات الجزر الحرارية الحضرية إلى استبدال الغطاء النباتي بالأسطح المبنية. تُظهر المناطق التي أزيلت منها الغابات درجات حرارة أعلى من الغابات المجاورة السليمة. تدعم الغابات والنظم البيئية الطبيعية الأخرى استقرار المناخ.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ريدي، إس إم (2007). علم النبات الجامعي - الجزء الثالث  : (تصنيف النبات، علم أجنة النبات، فسيولوجيا النبات) . نيو إيج إنترناشونال. ISBN 978-81-224-1547-6.
  2. ↑ رانكل، إريك (سبتمبر 2023). "أهمية النتح". أخبار منتجات البيوت الزجاجية GPN . 33 (9): 12-13 .
  3. 1 2 سينها، راجيف كومار (2004). فسيولوجيا النبات الحديثة . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-1714-9.
  4. ↑ بهاتاشاريا، أ. (25-02-2022). العمليات الفيزيولوجية في النباتات تحت تأثير الإجهاد الناتج عن انخفاض درجة الحرارة . سبرينغر نيتشر. ISBN 978-981-16-9037-2.
  5. ↑ كومينز، بنجامين (2007). العلوم البيولوجية ( الطبعة الثالثة). فريمان، سكوت. ص 215.  
  6. ↑ غراهام، ليندا إي. (2006). بيولوجيا النبات . أبر سادل ريفر، نيو جيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: بيرسون إديوكيشن، ص 200-202 . ISBN  0-13-146906-1.
  7. ↑ تايز، لينكولن (2015). فسيولوجيا النبات ونموه . سندرلاند، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية: سيناور أسوشيتس، ص 101. ISBN  978-1-60535-255-8.
  8. ↑ فريمان، سكوت؛ كويلين، كيم؛ أليسون، ليزابيث (2014). العلوم البيولوجية: الخلية، وعلم الوراثة، والتطور . بوسطن، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية: بيرسون. الصفحات 765-766 . ISBN  978-0-321-74367-1.
  9. ↑ ميلاندر، بير-إريك؛ بيشوب، كيفن؛ لوند مارك، توماس (28-06-2004). "تأثير درجة حرارة التربة على النتح: دراسة تجريبية على مستوى قطعة أرض في غابة صنوبر اسكتلندي صغيرة". علم بيئة الغابات وإدارتها . 195 (1): 15-28 . Bibcode : 2004ForEM.195...15M . doi : 10.1016/j.foreco.2004.02.051 . ISSN 0378-1127 . 
  10. ↑ مارتن، ج.؛ ليونارد، و.؛ ستامب، د. (1976)، مبادئ إنتاج المحاصيل الحقلية ( الطبعة الثالثة)، نيويورك: شركة ماكميلان للنشر، ISBN  978-0-02-376720-3
  11. ↑ جاسيكو، سكوت؛ شارب، زاكاري د.؛ جيبسون، جون ج.؛ بيركس، س. جين؛ يي، يي؛ فوسيت، بيتر ج. (3 أبريل 2013). "تدفقات المياه الأرضية التي يهيمن عليها النتح". مجلة نيتشر . 496 (7445): 347-350 . Bibcode : 2013Natur.496..347J . doi : 10.1038 / nature11983 . PMID 23552893. S2CID 4371468 .  
  12. ↑ إيفاريستو، جايفيم؛ جاسيكو، سكوت؛ ماكدونيل، جيفري ج. (2015-09-03). "الفصل العالمي لنتح النبات عن المياه الجوفية وجريان الأنهار". مجلة نيتشر . 525 (7567): 91-94 . Bibcode : 2015Natur.525...91E . doi : 10.1038/nature14983 . ISSN 0028-0836 . PMID 26333467. S2CID 4467297 .   
  13. ↑ بوين، غابرييل (2015-09-03) . "علم المياه: اقتصاديات المياه المتنوعة في التربة". مجلة نيتشر . 525 (7567): 43-44 . Bibcode : 2015Natur.525...43B . doi : 10.1038/525043a . ISSN 0028-0836 . PMID 26333464. S2CID 205086035 .   
  14. ↑ إنجرام، ديفيد س.؛ فينس-برو، دافني؛ غريغوري، بيتر ج. (15 أبريل 2008). العلم والحديقة: الأساس العلمي لممارسات البستنة . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-470-99533-4.
  15. ↑ تشانغ، يونغ جيانغ (ديسمبر 2016). "انهيار الخشب الورقي العكسي: آلية محتملة لكبح التكهف" . علم وظائف النبات . 172 (4): 2261-2274 . doi : 10.1104/pp.16.01191 . PMC 5129713. PMID 27733514 .  
  16. ↑ هوشبرغ، أوري (يونيو 2017). "إغلاق الثغور، وانصمام الأوراق القاعدية، وتساقط الأوراق يحمي السلامة الهيدروليكية لسيقان العنب" . علم وظائف النبات . 174 (2): 764-775 . doi : 10.1104/pp.16.01816 . PMC 5462014. PMID 28351909 .  
  17. هولبروك ، ميشيل (مايو 2001). " الملاحظة الحية للتجويف وإصلاح الانسداد باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي" . علم وظائف النبات . 126 (1): 27-31 . doi : 10.1104/pp.126.1.27 . PMC 1540104. PMID 11351066 .  
  18. ↑ تياز، لينكولن (2015). فسيولوجيا النبات ونموه . ماساتشوستس: سيناور أسوشيتس، ص 63. ISBN  978-1605352558.
  19. ↑ فوربس، جيمس سي؛ واتسون، درينان (20 أغسطس 1992). النباتات في الزراعة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-42791-3.
  20. ^ إليسون ، ديفيد. موريس، سيندي E.؛ لوكاتيلي، برونو؛ شيل، دوغلاس. كوهين، جين؛ مورديارسو، دانيال؛ جوتيريز، فيكتوريا؛ نوردفيك، ماين فان؛ العقيدة، إيرينا F.؛ بوكورني، يناير؛ جافو، ديفيد؛ سبراكلين، دومينيك V؛ توبيلا، عايدة برجيس؛ إلستدت، أولريك. تيولنج ، أدريان ج. (2017/03/01). "الأشجار والغابات والمياه: رؤى رائعة لعالم حار" . التغير البيئي العالمي . 43 : 51– 61. دوى : 10.1016/j.gloenvcha.2017.01.002 . ISSN 0959-3780 . 
  21. ↑ بوكورني، جان (2019-01-01)، "التبخر النتحي☆" ، في فاث، برايان (محرر)، موسوعة علم البيئة (الطبعة الثانية) ، أكسفورد: إلسيفير، ص 292-303 ، ISBN  978-0-444-64130-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2022