ملخص
نعلمجميعًاأنمعظمالغذاءالذينتناولهيأتيمنالحبوبالتيتغرسفيالحقولأوالبساتين،ولكنهلتساءلتمنقبلعنالمكانالذيتأتيمنهذهالحبوبنفسها؟هل نظرت من قبل نظرة إعجابٍ إلى داخل زهرة جميلة؟صدق أو لا تصدق؛إن هذين السؤالين مرتبطان ببعضهما البعض!استمرفيالقراءةلتتعرفعلىالطرقالمختلفةلتكاثرالنباتوالطريقةالتييدرسبهاالعلماءعمليةالتكاثرفيه。كماستتعرفمنخلالهذاالمقالأيضًاعلىمزاياالطرقالمختلفةلتكاثرالنباتوالسببوراءأهميةطريقةالتكاثربالنسبةلنانحنالبشر。
أهمية التعرف على عملية التكاثر في النبات!
نعلمجميعًاأنالنباتاتالزهريةتنموفيالعادةمنالحبوب،ولكنهلتساءلتمنقبلعنالمكانالذيتأتيمنههذهالحبوب؟حسنًا، تتكون الحبوب عندما تصلحبوباللقاح(من العضو الذكري في الزهرة) إلىالبويضة(العضو الأنثوي فيها)。
وتبدوهذهالطرقبسيطةللغاية،ولكنيوجدفيالحقيقةطرقأخرىيمكنللنباتاتأنتتكاثربها!ومنثم،سيسلطهذاالمقالالضوءعلىعددٍمنهذهالطرقالتيتتكاثربهاالنباتات،بالإضافةإلىتسليطالضوءعلىعددمنمميزاتهذهالطرقوعيوبها。
والحقيقةأنهناكالكثيرمنالأسبابوراءالضرورةالتيتحتمعلىالعلماءدراسةعمليةالتكاثرفيالنبات。علىسبيلالمثال،فالنباتاتمهمةجدًالتوفيرالغذاءالذيتتناولهأنتوعائلتكوأصدقاؤكومعلموك،وحتىحيواناتكالأليفة،إذيمكنناأكلالنباتات،مثلالفواكهوالخضراواتمباشرةً。كماأننانحتاجالنباتفيالأنواعالأخرىمنغذائنا،مثلالعشبالذيتأكلهالأبقاركيتنتجلنااللبنوالجبنوالزبادي。ومنثم،يستطيعالعلماءمنخلالالتعرفعلىالنباتاتالتينحتاجهالغذائنامنمعرفةالطريقةالتييمكننابهاالحصولعلىالمزيدمنهذهالنباتات،والطريقةالتينزرعهابهاعلىنحوٍأكثركفاءة،فضلًاعنكيفيةاستخدامالقليلمنالمصادرمثلالأراضيوالمياهفيعمليةزراعةهذهالأنواعمنالغذاء。وبالإضافةإلىالغذاء،هليمكنكالتفكيرفيالمزيدمنالطرقالتينستخدمبهاالنباتات؟
النباتاتذاتيةالتلقيحوالنباتاتالمعتمدةعلىالتلقيحالخلطي:ماأوجهالاختلافبينهذينالنوعينمنالنباتات؟
تصنعالنباتات ذاتية التلقيححبوباللقاحالتيتمكنهامنتخصيببويضاتهاالخاصةبنفسها(انظرالشكل1)．وإذاكانتالزهرةتحتويعلىكلمنعضويالتأنيثوالتذكير،فإنهاتعرفباسم”الخنثى”。وفيبعضالأحيان،توجدزهورتحملأعضاءالتأنيثوأعضاءالتذكيرعلىنحومنفصلولكنفينفسالنبات。وتعرف هذه النباتات باسمأحاديةالمسكن(أو ذات المسكن الواحد)。وتعتبرالنباتاتأحاديةالمسكنأمثلةعلىالنباتاتذاتيةالتلقيحلأنهاليستبحاجةإلىنباتاتمنفصلةفيسبيلإتمامعمليةالتكاثر。حسنًا،كمعددالنباتاتذاتيةالتلقيحالتييمكنكالتعرفعليهافيالصورالمعروضةفيالشكل2؟
- شكل1 -تشريحزهورتستخدمأنماطًامختلفةفيعمليةالتكاثر。
- (一)النباتات الخنثى ذاتية التلقيح。تستطيعحبوباللقاحتخصيبالبويضاتالموجودةداخلنفسالزهرة。(B)النباتاتثنائيةالمسكنوالتييحدثفيهاالتلقيحالخلطي؛وهينباتاتتوجدأزهارهاالمذكرةعلىنبتةفيحينتوجدأزهارهاالمؤنثةعلىنبتةأخرى。ومنثم،تحتاجحبوباللقاحإلىالانتقالمنالنباتالذكرإلىالبويضةداخلالزهرةفيالنباتالأنثىلتخصيبها。
- 2 -كشكلمعددالأمثلةالتيتعرفهامنهذهالنباتاتذاتالزهورالخنثىوتلكالتيتحملزهورًاذكريةوأخرىأنثويةمنفصلة؟تشملقائمةالنباتاتالخنثىذاتيةالتلقيحكلًامنالطماطموالباذنجانوالفاصولياءالخضراء،بينماتشملقائمةالنباتاتالخنثىالتيتحدثفيهاعمليةالتكاثربالتلقيحالخلطيكلًامنالجوزوالتفاحوالبطاطس。
- أماالنباتاتذاتيةالتلقيحذاتالزهورالمنفصلة(أحاديةالمسكن)،فإنهاتشملكلامنالقرعوالموزوالذرة،فيحينتشملقائمةالنباتاتذاتالزهورالمنفصلة(ثنائيةالمسكن)والتييحدثفيهاالتكاثربالتلقيحالخلطيكلًامنالبهشيةوالهليونوالكيوي。
أمانباتات التلقيح الخلطي،فإنهاتحتاجإلىوجودنباتينمنفصلينكيتتمعمليةالتكاثر。وفيبعضالأحيان،يمكنأنتحتويزهرةماعلىكلمنحبوباللقاحوالبويضات،ولكنهالايمكنأنتلقحبعضهاالبعض؛وهو ما يعرف باسم“عدم التوافق الذاتي”。ولكيتحدثعمليةالتكاثرعنطريقالتلقيحالخلطيبنجاح،فإنهيتعينأنيكونكلًامنحبوباللقاحوالبويضاتمننباتاتمختلفة。وفيحالاتأخرى،يكونالجنسان(الذكروالأنثى)منفصلينعنبعضهماالبعض،حيثتقومبعضالنباتاتبتكوينالزهورالذكريةبينماتقومنباتاتأخرىبتكوينالزهورالأنثوية。
وهومايشبهالعمليةالتييحدثبهاالتكاثرفيمعظمالكائناتالحية。ويطلق العلماء على هذه النباتات اسمالنباتات ثنائية المسكن(أو ذات المسكنين) (الشكل1 b)．ومنثم،تحتاجحبوباللقاحإلىالانتقالمنالنباتالذكرإلىالبويضةفيالنباتالأنثىلإنتاجالحبوب。وتجدرالإشارةإلىأننسبة5%فقطمنأنواعالنباتاتالمعروفةهيثنائيةالمسكن،ولكنهذالايعنيأنهاليستمنتشرةأوشائعة!［1］．كمعددالنباتاتالتييحدثفيهاالتلقيحالخلطيوالتييمكنكالتعرفعليهافيالصورالمعروضةفيالشكل2؟
كيف يدرس العلماء النباتات ثنائية المسكن؟
لايزالالكثيرمنالغموضيعتريسببالتلقيحالخلطيفيالعديدمنأنواعالنباتاتثنائيةالمسكن،فضلًاعنكيفيةتكوينمسكنينفينباتواحد。ومنثم،قررالعلماءدراسةالحمضالنوويللعديدمنالأنواعالمختلفةمنالنباتاتثنائيةالمسكنفيمحاولةمنهملفهمالسببوراءكونهاذكورًاأوإناثًا،إذهناكالكثيرمنالأمورالتييمكنللحمضالنوويالكشفعنها،والتيربمالاتكونواضحةللمرءبمجردالنظرإلىالنبات。حيثيشبهتسلسلالحمضالنوويإلىنحوكبيرالحروفالموجودةفيلوحةالمفاتيح:الحروفبمفردهالاتعنيشيئا،ولكنهاتكونكلماتمفهومةعندماتوضعمعبعضهاالبعض。وتعرفهذه”الكلمات”فيالحمضالنوويباسم”الجينات”،وهيتزودالنباتاتبالمعلومات،مثلالماهيةالتيسيكونعليهاشكلأوراقها،وماإذاكانتستصبحذاتأشواكأملا،وماإذاكانتستصبحذكورًاأمإناثًا。
وقدقارنالعلماءبينجيناتالعديدمنالنباتاتثنائيةالمسكنللتعرفعلىالجيناتالمهمةفيتحديدماإذاكانالنباتسيكونذكرًاأمأنثى。وقداكتشفواأنهناكالعديدمنالطرقالتييمكنللنباتأنيحددبهاجنسه。علىسبيلالمثال،قديكونهناكجيناتفيالحمضالنوويبمقدورهاأنتجعلالنباتذكرَا،كماأنهناكجيناتأخرىبمقدورهاأنتمنعهامنأنتصبحأنثى[1］．
إندراسةالحمضالنوويفيالنباتليستالطريقةالوحيدةالتييمكنللعلماءبهاالتعرفعلىالفروقاتبينالذكورمنالنباتاتوالإناثمنها。فعلىسبيلالمثال،يستطيعالعلماءدارسةالاختلافاتبينالأشكالفيالزهورالذكوروتلكالأنثى。يمكنك فعل هذا أيضًا!
مزايا طرق التكاثر وعيوبها
علىالنقيضمنالبشر،لايمكنللنباتاتالتحركفيالبيئةالمحيطةبها،وهومايعنيأنهاتحتاجإلىاستخداماستراتيجياتأخرىلنقلحبوباللقاحإلىالبويضاتمنأجلتكوينالحبوب。وبالنسبةللنباتاتالتييحدثفيهاالتلقيحالخلطي،فإنهليسلزامًاعلىالذكورمنالنباتاتأنتفرغطاقتهافيتكوينالحبوب،ومنثميمكنهاتوجيهالمزيدمنالطاقةنحوتكوينحبوبلقاحعاليةالجودةونشرها。وعلىنحومشابه،وحيثإنالنباتاتالأنثىلايلزمهاأنتصنعحبوباللقاح،فإنهايمكنهاتوجيهمزيدمنطاقتهانحوتكوينبويضاتعاليةالجودة،وهومايعنيأنهبمقدورهذهالنباتاتأنتنقلالمزيدمنالقدراتإلىنسلهامنأجلتحسينفرصبقائه。وعلاوةعلىذلك،ونظرًالأنالنباتاتثنائيةالمسكنتحتاجإلىنباتينمختلفينللتكاثر،فإنالنسلسيتمتعبالمزيدمنالتنوعفيالجيناتالتييحصلعليهامنالفردينالأبويين。وهوالأمرالذييعتبربالغالأهميةحالتغيرتالبيئة،حيثإنهذاالنسلالذييتمتعبهذاالتنوعالكبيرمنالجيناتسيكونلديهقدرةأكبرعلىالتكيفمعالبيئةالجديدةبفضلالجيناتالتييمتلكها。وعلىالصعيدالآخر،فإنالنباتاتذاتيةالتلقيحوالتيتحصلعلىجيناتهامنفردأبويواحدفقط،ستعانيمنضعفالتنوعفيجيناتها،ومنثمقدتكونعرضةللكثيرمنالمشكلاتالمتعلقةبتكيفهامعالتغيراتالبيئية。ومنثم،يعتبرهذاالأمر(وفرةالتنوعالجيني)ميزةللنباتاتالتييحدثفيهاالتلقيحالخلطي!وقدعلمتسابقًاأننسبة5%فقطمنأنواعالنباتتتكاثربهذهالطريقة،وهيالنسبةالتيتعنيأنهذهالنباتاتليستكثيرة。هليمكنكأنتفكرفيأيأسبابتحولدونجعلعمليةالتلقيحالخلطيالاستراتيجيةالمثلىلتكاثرالنبات؟
يرىالعلماءوجودفكرتينحولالسببوراءعدمتفضيلأنيكونالتلقيحالخلطيشائعًافيالنبات،وتقدمالتلقيحالذاتيفيالأفضليةعليه。أولًا:حيثإنكلًامنالنباتالذكروالنباتالأنثىفيهذاالنوعمنالتلقيحيحتاجانبيئةومواردمشابهةللبقاء،فإنهماسيكونانبحاجةإلىالتنافسمعبعضهماالبعضإذاكاناعلىمقربةمنبعضهماالبعض。وفيهذاالسياق،تتجنبنسبة31%منالنباتاتثنائيةالمسكنمشكلةالتنافسمنخلالالاعتمادعلىالرياحلحملحبوباللقاحإلىالنباتاتالأنثى،وهومايعدأعلىبكثيرمننسبة6%منالنباتاتذاتيةالتلقيحالتيتستخدمنقلحبوباللقاحبواسطةالرياح(انظرالشكل3) [1］．وحيثإنالنباتاتلمتعدبحاجةإلىالتنافسعلىالمواردجراءاستخدامهاللرياحلإحداثعمليةالتلقيح،فإنالذكورإذنتكونبحاجةإلىصنعالمزيدمنحبوباللقاحكيتزيدمنفرصوصولهذهالحبوبإلىالبويضاتفيالنباتاتالأنثىالتيتقفعلىمسافاتبعيدة。ويمكنكأنتتخيلهذاالأمركرميكرةالسلةفيالشبكة(الشكل3 b)．أماالأمرفيالنباتاتذاتيةالتلقيح،فإنهيشبهرميكراتالسلةمنالجانبالأيمنتحتالشبكة。أماالأمرفيالنباتاتثنائيةالمسكن،فإنهيشبهرميكراتالسلةفيالشبكةمنمنتصفالملعب:أيإنكتحتاجإلىالمزيدمنكراتالسلةلزيادةفرصوضعهافيالشبكة。
- شكل3 -تستخدمالعديدمنالنباتاتثنائيةالمسكنالرياحلمساعدتهافيعمليةالتلقيح。
- (一)تستخدمنسبة6%فقطمنالنباتاتذاتيةالتلقيحالرياحفيعمليةالتلقيح،فيحينتستخدمنسبة31%منالنباتاتثنائيةالمسكنالرياحفيالأمرذاته。(B)يستهلكالتلقيحبواسطةالرياحالكثيروالكثيرمنحبوباللقاح!وعلىغرارمايحدثفيرميكراتالسلة،فكلماابتعدتعنالشبكة(البويضةالأنثوية)،كلمااحتجتإلىمزيدمن”المحاولات”؛أي حبوب اللقاح، لزيادة فرص وضعها في الشبكة。
أماالسببالثاني،فهوأنكلًامنالنباتاتالذكوروالنباتاتالإناثلايمكنهاتكوينالنسلبدونالآخر。ومنثم،فإذاماتتجميعالنباتالذكورأوالإناث،فإنفصيلةهذاالنوعمنالنباتستنقرض。أماالنباتاتذاتيةالتلقيح،فإنهلايلزمهاالقلقحولهذهالمشكلة،حيثإنهالاتعتمدعلىالنباتاتالأخرىلتكوينالمزيدمنالحبوب。
كيف تساعد هذه المعلومات المزارعين؟
يتمتعالمزارعونبمكانةوأهميةخاصةفيمجتمعنا،فهميزرعونالغذاءالذينحتاجهللبقاءأحياءً。ويمكنللعلماءمشاركةالمعلوماتالتييتوصلونإليهاحولالنباتمعالمزارعينلتمكينهممنزراعةالمزيدمنالغذاء،أوالقيامبذلكعلىنحوٍأكثركفاءة。دعنانتخيلأنكمزارعوتريدزراعةجذورالكيوي،والتيتعرفأنهاثنائيةالمسكن。وكمزارع،فأنتبحاجةإلىزراعةالأشجارالذكورمنالكيوي،والتيعلىالرغممنكونهالاتكونثمرةالكيويفإنهاضروريةلتكوينحبوباللقاحالتيتحتاجهاإناثهذاالنبات。ومنثم،يمكنكسؤالالعلماءعنأقلعددمنذكورالكيوييمكنهتلقيحالإناثحتىلاتهدرالكثيرمنالموارد؛مثلالأرضوالمياهفيزراعةالذكورمنجذورالكيويدونداعٍ。وعلاوةعلىذلك،وبصفتكمزارعًالنباتالكيوي،فإنكتعلمأنكبحاجةإلىزراعةجذورالنباتلعدةسنواتقبلأنتبدأفيإنتاجثمارها。وعندماتكونجذورالكيويفيعمرالشباب،يكونمنالصعبالتمييزبينكونهاذكرًاأمأنثى。ومنثم،يمكنكأنتطلبمنالعلماءالنظرفيالحمضالنوويلهذهالجذورلمساعدتكفيتمييزالذكورعنالإناث。وعليه،يمكنكاستخدامهذهالمعلوماتللتأكدمنأنذكورهذاالنباتمنتشرةفيمزرعتك،وأنهلايوجدالكثيرمنهابدونضرورة。
الخلاصة
الآنوبعدأنعرفتالمزيدعنكيفيةتكاثرالنبات،فربماتنظرإلىالنباتبطريقةمختلفة。ففيالمرةالتاليةالتيترىفيهازهرة،ربماتودأنتلقيعليهانظرةعنكثب。هليمكنكأنتحددإذاماكانتهذهالزهرةبهاأجزاءذكريةأمأنثويةأمكليهما؟فيالمرةالقادمةالتيتنظربهاإلىأحدالنباتاتالتيذكرناهافيهذاالمقال،ربماتطلععائلتكوأصدقائكعليهوتقول:“مرحبًا،هلتعلمأنالكيويالموجودفيطبقيمنالنباتاتثنائيةالمسكن؟!”
مسردللمصطلحات
حبوب اللقاح(花粉)：↑هيحبوبمجهريةالحجمتنموعلىالعضوالذكريفيالزهورفينهايةالميسم(انظرالشكل1)،وبمقدورهذهالحبوبتخصيبالعضوالأنثويفيالزهرة。
البويضة(胚珠)：↑الجزء الأنثوي من الزهرة الذي يمكن تخصيبه。
النبات ذاتية التلقيح (Selfer)：↑النباتالذييخصببويضاتهالخاصةبحبوباللقاحالتيينتجهابنفسه،ومنثميمكنهتكوينالحبوببنفسه。وتشملقائمةالنباتاتالتيتخصبذاتيًاكلًامننباتاتأحاديةالمسكنوأخرىثنائيةالمسكن。
النباتات مزدوجة الجنس/الخنثى(雌雄同体)：↑هيالنباتاتالتييوجدبهاكلمنأعضاءالتكاثرالذكوريةوالأنثويةوالتيتوجد(غالبًا)فينفسالزهرة。
النباتات أحادية المسكن(雌雄同体)：↑هيالنباتاتالتييوجدبهاكلمنأعضاءالتكاثرالذكوريةوالأنثويةولكنفيزهورمختلفة。
نباتات التلقيح الخلطي (Outcrosser)：↑هيالنباتاتالتيتخصببويضاتهابواسطةحبوباللقاحمننباتمختلفمننفسالفصيلة。وأحيانًاماتحتويهذهالنباتاتالتيتحدثفيهاهذهالعمليةعلىكلمنأعضاءالتكاثرالذكوريةوالأنثويةعلىنفسالنبات،إلاأنهذاالنباتيحتاجكذلكإلىأنيخصبمنقبلنباتآخرمنفصل。
النباتات ثنائية المسكن(雌雄异株)：↑هيالنباتاتالتيتكونزهورهاإماذكورًافقطأوإناثافقط。
إقرار تضارب المصالح
يعلنالمؤلفونأنالبحثقدأُجريفيغيابأيعلاقاتتجاريةأوماليةيمكنتفسيرهاعلىأنهاتضاربمحتملفيالمصالح。
مقال المصدر الأصلي
↑2018年，赤城，A，陶，R，科迈，l。发明性别的一百种方法:植物雌雄异株的理论和观察路径。为基础。修订版植物生物学69:553-75。doi: 10.1146 / annurev - arplant - 042817 - 040615
المراجع
[1]↑2018年，赤城，A，陶，R，科迈，l。发明性别的一百种方法:植物雌雄异株的理论和观察路径。为基础。植物生物学．69:553 - 75。doi: 10.1146 / annurev - arplant - 042817 - 040615