معلومة

لماذا النباتات لها أوراق خضراء وليست حمراء؟

لماذا النباتات لها أوراق خضراء وليست حمراء؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أعلم أن النباتات خضراء بسبب الكلوروفيل.

بالتأكيد سيكون من المفيد أكثر للنباتات أن تكون حمراء أكثر من خضراء لأنها تعكس الضوء الأخضر بكونها خضراء ولا تمتصها على الرغم من أن الضوء الأخضر يحتوي على طاقة أكثر من الضوء الأحمر.

لا يوجد بديل للكلوروفيل؟ أو انه شيء اخر؟


بالتأكيد سيكون من المفيد أكثر للنباتات أن تكون سوداء بدلاً من الأحمر أو الأخضر ، من وجهة نظر امتصاص الطاقة. والخلايا الشمسية مظلمة بالفعل.

ولكن ، كما أشار روري ، فإن فوتونات الطاقة الأعلى ستنتج حرارة فقط. وذلك لأن التفاعلات الكيميائية التي يتم تشغيلها بواسطة عملية التمثيل الضوئي لا تتطلب سوى كمية معينة من الطاقة ، ولا يمكن استخدام أي كمية زائدة من الفوتونات عالية الطاقة لتفاعل آخر.1 لكنها ستنتج حرارة. لا أعرف مقدار المشاكل التي تسببها بالفعل ، ولكن هناك نقطة أخرى:

كما أوضحنا ، فإن ما يحدد كفاءة تحويل الطاقة الشمسية ليس الطاقة لكل فوتون ، ولكن كمية الفوتونات المتاحة. لذلك يجب أن تلقي نظرة على طيف ضوء الشمس:

الإشعاع هو كثافة طاقة ، ومع ذلك فنحن مهتمون بكثافة الفوتون ، لذلك عليك قسمة هذا المنحنى على الطاقة لكل فوتون ، مما يعني ضربه في λ / (hc) (أي الأطوال الموجية الأعلى تحتاج إلى المزيد من الفوتونات لتحقيق نفس الشيء إشعاع). إذا قارنت هذا المنحنى المدمج فوق فوتونات الطاقة العالية (على سبيل المثال ، λ <580 نانومتر) بالتكامل مع الفوتونات منخفضة الطاقة ، ستلاحظ أنه على الرغم من الخسائر الجوية (المنحنى الأحمر هو ما تبقى من ضوء الشمس عند مستوى سطح البحر) يوجد عدد أكبر بكثير من الفوتونات "الحمراء" من الفوتونات "الخضراء" ، لذا فإن جعل الأوراق حمراء سيهدر الكثير من الطاقة المحولة2.

بالطبع ، لا يوجد حتى الآن تفسير لماذا الأوراق ليست سوداء ببساطة - فامتصاص كل الضوء هو بالتأكيد أكثر فعالية ، أليس كذلك؟ لا أعرف ما يكفي عن الكيمياء العضوية ، لكن أعتقد أنه لا توجد مواد عضوية بمثل هذا الطيف الامتصاصي الواسع وأن إضافة نوع آخر من الصباغ قد لا يؤتي ثماره.3

1) من الناحية النظرية يكون ممكن ، لكنها عملية غير خطية للغاية وبالتالي من غير المحتمل أن تكون ذات فائدة حقيقية (في وسط النبات على الأقل)
2) بما أن الماء يمتص الضوء الأحمر أقوى من الضوء الأخضر والأزرق ، فمن الأفضل أن تكون نباتات أعماق البحار حمراء ، كما ذكرت Marta Cz-C.
3 والبدائل الأخرى ، مثل أشباه الموصلات المستخدمة في الخلايا الشمسية ، من غير المرجح أن توجد في النباتات ...

قراءة إضافية ، اقترحها ديف جارفيس:


أعتقد أنه بسبب المقايضة بين امتصاص مجموعة واسعة من الفوتونات وعدم امتصاص الكثير من الحرارة. بالتأكيد هذا هو السبب في أن الأوراق ليست سوداء - فإن الإنزيمات في عملية التمثيل الضوئي كما هي سوف تتغير بسبب الحرارة الزائدة التي سيتم اكتسابها.

قد يقطع هذا بعض الطريق نحو شرح سبب انعكاس اللون الأخضر بدلاً من اللون الأحمر كما اقترحت - عكس لون طاقة أعلى يقلل من كمية الطاقة الحرارية التي تكتسبها الأوراق.


هناك مقال ممتع هنا يناقش ألوان النباتات الافتراضية على الكواكب حول النجوم الأخرى.

تصنف النجوم حسب النوع الطيفي الذي تمليه درجات حرارة سطحها. الشمس حارة نسبيًا ، ويبلغ توزيع الطاقة الطيفية ذروتها في المنطقة الخضراء من الطيف. ومع ذلك ، فإن غالبية النجوم في المجرة هي من النوع K و M والتي تنبعث بشكل أساسي من الأحمر والأشعة تحت الحمراء.

هذا وثيق الصلة بهذه المناقشة لأن أي عملية بناء ضوئي في هذه العوالم يجب أن تتكيف مع أطوال موجات الضوء هذه من أجل المضي قدمًا. على الكواكب حول النجوم الباردة ، قد تكون الحياة النباتية (أو ما يعادلها) سوداء!

حسنًا ، هذه ليست فطيرة تمامًا في قمامة علماء الأحياء الفضائية في السماء. إنه في الواقع وثيق الصلة بالبحث عن البصمات الحيوية والحياة على الكواكب الأخرى. من أجل نمذجة طيف الانعكاس للكواكب التي نلاحظها (أي الضوء المنعكس من النجم الأساسي) نحتاج إلى محاولة ومراعاة أي نباتات محتملة.

على سبيل المثال ، إذا أخذنا طيف انعكاس للأرض ، فإننا نرى ذروة مميزة في "الحافة الحمراء" الحمراء والتي ترجع إلى الحياة النباتية السطحية.

لدى وكالة ناسا أيضًا صفحة قصيرة حول هذا هنا.


هناك عاملان يلعبان هنا. الأول هو التوازن بين كمية الطاقة التي يمكن أن يجمعها النبات ومقدار استخدامه. إنها ليست مشكلة الحرارة الزائدة ، ولكن هناك الكثير من الإلكترونات. إذا كان الأمر يتعلق بالحرارة ، فإن عددًا من الأزهار المختارة لتصبغها الأسود ستنضج بتلاتها. ؛)

إذا كان النبات لا يحتوي على كمية كافية من الماء ، أو باردًا جدًا ، أو ساخنًا جدًا ، أو يجمع الكثير من الضوء ، أو لديه حالة أخرى تمنع سلسلة نقل الإلكترون من العمل بشكل صحيح ، فإن الإلكترونات تتراكم في عملية تسمى منع ضوئي.

ثم يتم نقل هذه الإلكترونات إلى جزيئات لا ينبغي نقلها إليها ، مما يؤدي إلى تكوين جذور حرة ، مما يؤدي إلى إحداث فوضى داخل خلايا النبات. لحسن الحظ ، تنتج النباتات مركبات أخرى تمنع بعض الضرر عن طريق امتصاص الإلكترونات وتمريرها مثل البطاطس الساخنة. هذه المواد المضادة للأكسدة مفيدة لنا أيضًا عندما نأكلها.

يفسر هذا سبب قيام النباتات بتجميع كمية الطاقة الضوئية التي تقوم بها ، لكنه لا يفسر سبب كونها خضراء وليست رمادية أو حمراء داكنة. بالتأكيد هناك أصباغ أخرى قادرة على توليد إلكترونات لسلسلة نقل الإلكترون.

الجواب على ذلك هو نفس سبب استخدام ATP باعتباره جزيء نقل الطاقة الرئيسي في الكائنات الحية بدلاً من GTP أو أي شيء آخر.

كان الكلوروفيل أ وب مجرد الأشياء الأولى التي استوفت المتطلبات. من المؤكد أن بعض الصبغات الأخرى يمكن أن تجمع الطاقة ، لكن تلك المنطقة من مساحة المعلمة لم تكن بحاجة أبدًا إلى الاستكشاف.


أعلم أنه تم طرح هذا السؤال والإجابة عليه منذ عدة سنوات (مع العديد رائعة إجابات) ، لكنني لم أستطع إلا أن ألاحظ أن لا أحد قد اقترب من هذا من تطوري المنظور (مثل إجابة هذا السؤال) ...

اجابة قصيرة

تظهر الأصباغ على أنها أي لون لا يتم امتصاصه (أي تظهر على أنها أطوال موجية (أطوال) للضوء تعكسها).

كان الضوء الأزرق هو الطول الموجي الأكثر توفرًا للضوء للنباتات المبكرة التي تنمو تحت الماء ، مما أدى على الأرجح إلى التطور / التطور الأولي للصور الضوئية التي يتوسطها الكلوروفيل والتي لا تزال تُرى في النباتات الحديثة. الضوء الأزرق هو الضوء الأكثر توفرًا وذو الطاقة العالية والذي يستمر في الوصول إلى النباتات ، وبالتالي ليس لدى النباتات سبب لعدم الاستمرار في الاستفادة من هذا الضوء عالي الطاقة الوفير لعملية التمثيل الضوئي.

تمتص الأصباغ المختلفة أطوال موجية مختلفة من الضوء ، لذلك ستدمج النباتات بشكل مثالي أصباغ يمكنها امتصاص الضوء الأكثر توفرًا. هذا هو الحال على حد سواء الكلوروفيل أ و ب تمتص الضوء الأزرق في المقام الأول. من المحتمل أن يكون امتصاص الضوء الأحمر قد تطور بمجرد انتقال النباتات على الأرض بسبب وفرتها المتزايدة (مقارنةً بالضوء الأحمر) وكفاءتها العالية في التمثيل الضوئي.


اجابة طويلة

النباتات المبكرة تطور نظام صور حديث

اتضح ، تمامًا مثل التباين في نفاذية الأطوال الموجية المختلفة للضوء عبر الغلاف الجوي ، أن بعض الأطوال الموجية للضوء أكثر قدرة على اختراق أعماق المياه العميقة. ينتقل الضوء الأزرق عادةً إلى أعماق أعمق من جميع الأطوال الموجية المرئية الأخرى للضوء. لذلك ، كانت النباتات الأولى قد تطورت للتركيز على امتصاص هذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي.

ومع ذلك ، ستلاحظ أن الضوء الأخضر يتغلغل بعمق نسبيًا أيضًا. الفهم الحالي هو أن أقدم كائنات التمثيل الضوئي كانت عتائق مائية ، و (بناءً على الأمثلة الحديثة لهذه الكائنات القديمة) استخدمت هذه الأركيا البوبسين الجرثومي لامتصاص معظم الضوء الأخضر.

نمت النباتات المبكرة تحت هذه البكتيريا الأرجوانية المنتجة للبوبسين واضطرت إلى استخدام أي ضوء يمكن أن تحصل عليه. ونتيجة لذلك ، تم تطوير نظام الكلوروفيل في النباتات لاستخدام الضوء المتاح لها. بمعنى آخر ، بناءً على قدرة الاختراق الأعمق للضوء الأزرق / الأخضر وفقدان الضوء الأخضر للبكتيريا السطحية أعلاه ، طورت النباتات نظام ضوئي لامتصاص الطيف الأزرق بشكل أساسي لأن هذا هو الضوء الأكثر توفرًا لها.

  • تمتص الأصباغ المختلفة أطوال موجية مختلفة من الضوء ، لذلك ستدمج النباتات بشكل مثالي أصباغ يمكنها امتصاص الضوء الأكثر توفرًا. هذا هو الحال على حد سواء الكلوروفيل أ و ب تمتص الضوء الأزرق في المقام الأول.

  • إليك مثالين من الرسوم البيانية (من هنا وهنا) يوضحان طيف الامتصاص لأصباغ نباتية نموذجية:

فلماذا النباتات خضراء؟

كما يمكنك أن تتخيل من الفقرات السابقة ، نظرًا لأن النباتات التي تعيش تحت الماء لم تتلق سوى القليل من الضوء الأخضر في وقت مبكر ، فقد تطورت مع نظام صور يتوسطه الكلوروفيل لا يتمتع بالخصائص الفيزيائية لامتصاص الضوء الأخضر. نتيجة لذلك ، تعكس النباتات الضوء عند هذه الأطوال الموجية وتظهر باللون الأخضر.

ولكن لماذا النباتات ليست حمراء؟ ...

سبب طرح هذا السؤال:

قد يبدو هذا معقولاً بنفس القدر بالنظر إلى المعلومات الواردة أعلاه. نظرًا لأن الضوء الأحمر يخترق الماء بشكل سيئ للغاية ولا يتوفر إلى حد كبير في الأعماق السفلية ، يبدو أن النباتات القديمة لم تطور وسيلة لامتصاصه وبالتالي تعكس أيضًا الضوء الأحمر.

  • في الواقع ، [نسبيًا] ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالطحالب الحمراء فعلت تطور صبغة عاكسة للأحمر. طورت هذه الطحالب نظامًا ضوئيًا يتضمن أيضًا صبغة Phycoerythrin للمساعدة في امتصاص الضوء الأزرق المتاح. لم يتطور هذا الصباغ لامتصاص المستويات المنخفضة من الضوء الأحمر المتاح ، وبالتالي فإن هذا الصباغ يعكسه ويجعل هذه الكائنات تبدو حمراء.

    • ومن المثير للاهتمام ، وفقًا لما ورد هنا ، أن البكتيريا الزرقاء التي تحتوي أيضًا على هذا الصباغ يمكن أن تغير بسهولة تأثيرها على اللون المرصود للكائن الحي:

      يمكن تغيير نسبة الفيكوسيانين والفيكويريثرين بيئيًا. عادة ما تتطور البكتيريا الزرقاء التي تثار في الضوء الأخضر المزيد من phycoerythrin وتصبح حمراء. نفس البكتيريا الزرقاء التي تنمو في الضوء الأحمر تصبح خضراء مزرقة. تم تسمية هذا التغيير اللوني المتبادل باسم "التكيف اللوني".

  • علاوة على ذلك ، (على الرغم من أنه لا يزال قيد المناقشة) وفقًا لعمل موريرا وآخرون (2000) (وأيده العديد من الباحثين الآخرين) من المحتمل أن يكون للنباتات والطحالب الحمراء نسالة مشتركة في التمثيل الضوئي:

    نشأت ثلاث مجموعات من الكائنات الحية من التعايش الداخلي الضوئي الأساسي بين البكتيريا الزرقاء ومضيف حقيقيات النوى: النباتات الخضراء (الطحالب الخضراء + النباتات البرية) ، والطحالب الحمراء والنباتات الزرقاء (على سبيل المثال ، السيانوفورا).

إذن ماذا يعطي؟

إجابة:

الجواب البسيط لماذا النباتات ليست حمراء لأن الكلوروفيل يمتص الضوء الأحمر.

هذا يقودنا إلى التساؤل: هل الكلوروفيل في النباتات دائما تمتص الضوء الأحمر (منع النباتات من الظهور باللون الأحمر) أو هل ظهرت هذه الخاصية لاحقًا?

  • إذا كان الأول صحيحًا ، فلن تظهر النباتات باللون الأحمر لمجرد الخصائص الفيزيائية التي تطورت بها أصباغ الكلوروفيل.

  • على حد علمي ، ليس لدينا إجابة واضحة على هذا السؤال.

    • (يرجى التعليق على الآخرين إذا كنت تعرف أي موارد تناقش هذا).
  • ومع ذلك ، بغض النظر عن متي تطور امتصاص الضوء الأحمر ، ومع ذلك تطورت النباتات لامتصاص الضوء الأحمر بكفاءة عالية.

    • يشير عدد من المصادر (على سبيل المثال ، ماي وآخرون ، 2000 ، برينز وآخرون 2000 ، وهنا) بالإضافة إلى العديد من الإجابات الأخرى على هذا السؤال ، إلى أن التمثيل الضوئي الأكثر كفاءة يحدث تحت الضوء الأحمر. بعبارة أخرى ، ينتج عن الضوء الأحمر "كفاءة التمثيل الضوئي" الأعلى.

      • تقترح صفحة المعاهد الوطنية للصحة هذه السبب وراء ذلك:

      الكلوروفيل أ يمتص أيضًا الضوء عند أطوال موجية منفصلة أقصر من 680 نانومتر (انظر الشكل 16-37 ب). يرفع هذا الامتصاص الجزيء إلى واحدة من عدة حالات متحمسة أعلى ، والتي تتحلل في غضون 10−12 ثواني (1 بيكو ثانية ، ps) إلى الحالة المثارة الأولى P * ، مع فقدان الطاقة الزائدة كحرارة. يحدث فصل الشحنة الكهروضوئية فقط من الحالة المثارة الأولى لمركز التفاعل الكلوروفيل أ ، ف *. هذا يعني أن العائد الكمي - مقدار التمثيل الضوئي لكل فوتون ممتص - هو نفسه لجميع الأطوال الموجية للضوء المرئي الأقصر من 680 نانومتر.

لماذا بقيت النباتات خضراء؟

فلماذا لم تتطور النباتات لاستخدام الضوء الأخضر بعد التحرك / التطور على الأرض؟ كما تمت مناقشته هنا ، فإن النباتات غير فعالة بشكل رهيب ولا يمكنها استخدام كل الضوء المتاح لها. نتيجة لذلك ، من المحتمل ألا تكون هناك ميزة تنافسية لتطوير نظام ضوئي مختلف تمامًا (أي يتضمن أصباغ ماصة للبيئة).

لذلك تستمر نباتات الأرض في امتصاص الضوء الأزرق والأحمر وتعكس اللون الأخضر. نظرًا لأن الضوء الأخضر يصل بكثرة إلى الأرض ، يظل الضوء الأخضر هو الصباغ الأكثر انعكاسًا على النباتات ، وتستمر النباتات في الظهور باللون الأخضر.

  • (ومع ذلك ، لاحظ أن الكائنات الحية الأخرى مثل الطيور والحشرات من المحتمل أن ترى النباتات بشكل مختلف تمامًا لأن عيونهم يمكن أن تميز الألوان بشكل مختلف وهم يرون المزيد من الضوء فوق البنفسجي المنعكس بشدة والذي لا يمكن لنا).

قدم عالم الأحياء جون بيرمان رأيًا مفاده أن التطور ليس عملية هندسية ، وبالتالي فهو غالبًا ما يخضع لقيود مختلفة لا يخضع لها مهندس أو مصمم آخر. حتى لو كانت الأوراق السوداء أفضل ، فإن قيود التطور يمكن أن تمنع الأنواع من التسلق إلى أعلى قمة مطلقة في مشهد اللياقة البدنية. كتب بيرمان أن الحصول على أصباغ تعمل بشكل أفضل من الكلوروفيل قد يكون صعبًا للغاية. في الواقع ، يُعتقد أن جميع النباتات العليا (الخلايا الجنينية) قد تطورت من سلف مشترك هو نوع من الطحالب الخضراء - مع فكرة أن الكلوروفيل قد تطور مرة واحدة فقط. (المرجعي)

تمتلئ النباتات وكائنات التمثيل الضوئي الأخرى إلى حد كبير بمجمعات البروتين الصباغ التي تنتجها لامتصاص أشعة الشمس. لذلك ، يجب أن يكون الجزء من عملية البناء الضوئي متناسبًا. يجب أن تتلقى الصبغة الموجودة في الطبقة الدنيا ضوءًا كافيًا لتعويض تكاليف طاقتها ، وهو الأمر الذي لا يمكن أن يحدث إذا امتصت الطبقة العليا السوداء كل الضوء. لذلك لا يمكن أن يكون النظام الأسود هو الأمثل إلا إذا لم يكلف شيئًا (مرجع).

الضوء الأحمر والأصفر طول موجي أطول ، ضوء طاقة أقل ، بينما الضوء الأزرق هو طاقة أعلى. يبدو من الغريب أن النباتات ستحصد الضوء الأحمر ذي الطاقة المنخفضة بدلاً من الضوء الأخضر ذي الطاقة الأعلى ، إلا إذا اعتبرت أن النباتات ، مثلها مثل جميع أشكال الحياة ، قد تطورت أولاً في المحيط. تمتص مياه البحر بسرعة الضوء الأزرق والأخضر عالي الطاقة ، بحيث لا يمكن إلا للضوء الأحمر ذي الطول الموجي الأطول من الطاقة المنخفضة أن يخترق المحيط. منذ أن كانت النباتات المبكرة ومعظم الحياة النباتية اليوم ، تعيش في المحيط ، كان تحسين أصباغها لامتصاص اللون الأحمر والأصفر الذي كان موجودًا في مياه المحيط أكثر فاعلية. بينما تم الاحتفاظ بالقدرة على التقاط أعلى طاقة للضوء الأزرق ، يبدو أن عدم القدرة على جمع الضوء الأخضر نتيجة للحاجة إلى القدرة على امتصاص الطاقة المنخفضة للضوء الأحمر (مرجع).

بعض التكهنات حول الموضوع: (مرجع)


هناك عدة أجزاء في إجابتي.

أولاً ، اختار التطور النظام (الأنظمة) الحالي على مدى أجيال لا حصر لها من خلال الانتقاء الطبيعي. يعتمد الانتقاء الطبيعي على الاختلافات (الرئيسية أو الثانوية) في كفاءة الحلول المختلفة (اللياقة) في ضوء (ho ho!) البيئة الحالية. هنا حيث يكون طيف الطاقة الشمسية مهمًا وكذلك المتغيرات البيئية المحلية مثل امتصاص الضوء بواسطة الماء وما إلى ذلك كما أشار مستجيب آخر. بعد كل ذلك ، ما لديك هو ما لديك ويتضح أنه (في حالة النباتات الخضراء النموذجية) ، الكلوروفيل A و B وتفاعلات "الضوء" و "الظلام".

ثانيًا ، كيف يؤدي ذلك إلى ظهور نباتات خضراء تظهر باللون الأخضر؟ امتصاص الضوء هو شيء يحدث على المستوى الذري والجزيئي وعادة ما ينطوي على حالة طاقة إلكترونات معينة. الإلكترونات في جزيئات معينة قادرة على الانتقال من مستوى طاقة إلى آخر دون ترك الذرة أو الجزيء. عندما تصطدم طاقة بمستوى معين بالجزيء ، يتم امتصاص هذه الطاقة ويتحرك إلكترون واحد أو أكثر إلى مستوى طاقة أعلى في الجزيء (حفظ الطاقة). عادة ما تعود تلك الإلكترونات ذات الطاقة الأعلى إلى "الحالة الأرضية" عن طريق إصدار أو نقل تلك الطاقة. إحدى الطرق التي يمكن أن تنبعث بها الطاقة هي الضوء في عملية تسمى الفلورة. يؤدي القانون الثاني للديناميكا الحرارية (الذي يجعل من المستحيل وجود آلات دائمة الحركة) إلى انبعاث ضوء ذي طاقة أقل وطول موجي أطول. (n.b. الطول الموجي (lambda) يتناسب عكسيا مع الطاقة ؛ الضوء الأحمر ذو الطول الموجي الطويل لديه طاقة أقل لكل فوتون من تلك ذات الطول الموجي القصير البنفسجي (ROYGBIV كما يظهر في قوس قزح العادي الخاص بك)).

على أي حال ، فإن الكلوروفيل A و B عبارة عن جزيئات عضوية معقدة (C ، H ، O ، N مع رش Mg ++) مع هيكل حلقي. سوف تجد أن الكثير من الجزيئات العضوية التي تمتص الضوء (وتتألق أيضًا) لها هيكل حلقي "يتردد صدى" فيه الإلكترونات عن طريق التحرك حول الحلقة بسهولة. إن رنين الإلكترونات هو الذي يحدد طيف الامتصاص لجزيء معين (من بين أشياء أخرى). راجع مقال ويكيبيديا عن الكلوروفيل لطيف الامتصاص لاثنين من الكلوروفيل. ستلاحظ أنها تمتص بشكل أفضل عند الأطوال الموجية القصيرة (الأزرق والنيلي والبنفسجي) وكذلك في الأطوال الموجية الطويلة (الأحمر والبرتقالي والأصفر) ولكن ليس باللون الأخضر. نظرًا لأنها لا تمتص الأطوال الموجية الخضراء ، فهذا ما تبقى وهذا ما تراه عينك على أنه لون الورقة.

أخيرًا ، ماذا يحدث للطاقة من الطيف الشمسي التي امتصتها إلكترونات الكلوروفيل مؤقتًا؟ نظرًا لأنه ليس جزءًا من السؤال الأصلي ، سأختصر هذا (أعتذر لعلماء وظائف الأعضاء هناك). في "التفاعل المعتمد على الضوء" ، يتم نقل الإلكترونات النشطة من خلال عدد من الجزيئات الوسيطة "لتقسيم" الماء في النهاية إلى أكسجين وهيدروجين وتوليد جزيئات غنية بالطاقة من ATP و NADPH. ثم يتم استخدام ATP و NADPH لتشغيل "التفاعل المستقل للضوء" الذي يأخذ ثاني أكسيد الكربون ويجمعه مع الجزيئات الأخرى لإنتاج الجلوكوز. لاحظ أن هذه هي الطريقة التي تحصل بها على الجلوكوز (على الأقل في نهاية المطاف بشكل ما ، نباتي أم لا) لتناول الطعام والأكسجين للتنفس.

ألقِ نظرة على ما يحدث عندما تقوم بفصل الكلوروفيل بشكل مصطنع عن نظام النقل الذي يؤدي إلى تخليق الجلوكوز. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence لاحظ لون الفلورة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية!

بدائل؟ انظر إلى بكتيريا التمثيل الضوئي.


قام Tobias Keinzler بعمل جيد في شرح سبب عدم عمل النباتات السوداء ، وهذا تفسير لسبب وجود النباتات لون أخضر وليس بعض الألوان الأخرى.

يعتمد لون أوراق الشجر على لون البكتيريا (أو العتائق) التي يتم دمجها لتصبح بلاستيدات خضراء. أو بشكل أكثر تحديدًا لون أصباغها الممتصة للضوء. هناك مجموعة كبيرة في الطبيعة للون في الكائنات الحية الضوئية ، والنباتات خضراء لأن الكلوروفيل أخضر ، ويمكن أن يكون بنفس السهولة أحمر أو أرجواني. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html

هناك دليل لائق على أن أسلاف البلاستيدات الخضراء تمتص هوامش الطيف المرئي لأن الهالوباكتيريوم تمتص المكونات الرئيسية ، لأن مستخدمي الكلوروفيل لم يتنافسوا معهم بشكل مباشر بدلاً من امتصاص الضوء المتبقي. وفقط في وقت لاحق عندما اندمجت في خلايا أكبر أصبحت مهيمنة وأدت في النهاية إلى ظهور النباتات. النباتات ليست خضراء لأن اللون الأخضر أفضل ، والنباتات خضراء لأن هذا هو أول صبغة ضوئية فعالة تتطور ولا تتنافس مع المركب الضوئي المهيمن.


التمثيل الضوئي في Leaves That Aren & # 8217t Green

ج: إن التركيب الضوئي (الذي يعني حرفياً & # 8220 ضوء مجمعة & # 8221) هو تلك العملية الكيميائية الأنيقة التي بدأت الحياة كما نعرفها منذ حوالي 4 مليارات سنة. للإجابة على سؤالك ، سنحتاج إلى درس كيمياء قصير. ستة جزيئات من الماء (H2O) بالإضافة إلى ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في وجود الطاقة الضوئية تنتج جزيء واحد من سكر الجلوكوز (C6H12O6) وتنبعث منها ستة جزيئات من الأكسجين (O2) كمنتج ثانوي. جزيء السكر هذا يقود العالم الحي. تأكل الحيوانات النباتات ، ثم تتنفس الأكسجين ، الذي يستخدم في استقلاب السكر ، وإطلاق الطاقة الشمسية المخزنة في الجلوكوز وإطلاق ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. هذه هي الحياة ، باختصار.

تحتوي جميع نباتات البناء الضوئي على جزيء صبغ يسمى الكلوروفيل. يمتص هذا الجزيء معظم الطاقة من الجزء البنفسجي والأزرق والبرتقالي المحمر من طيف الضوء. لا يمتص اللون الأخضر ، لذلك تنعكس & # 8217s على أعيننا ونرى الورقة خضراء. هناك أيضًا أصباغ ملحقة ، تسمى الكاروتينات ، تلتقط الطاقة التي لا يمتصها الكلوروفيل. هناك ما لا يقل عن 600 كاروتينات معروفة ، مقسمة إلى زانثوفيل صفراء وكاروتين أحمر وبرتقالي. تمتص الضوء الأزرق وتظهر لأعيننا صفراء أو حمراء أو برتقالية. الأنثوسيانين هو صبغة مهمة أخرى لا تشارك بشكل مباشر في عملية التمثيل الضوئي ، ولكنها تعطي السيقان الحمراء أو الأوراق أو الزهور أو حتى الثمار لونها.

يتم اختيار العديد من النباتات كنباتات الزينة لأن من أوراقها الحمراء - شجيرة الدخان الأرجواني والخوخ الياباني وبعض القيقب الياباني ، على سبيل المثال لا الحصر. من الواضح أنهم تمكنوا من البقاء على قيد الحياة جيدًا بدون أوراق خضراء. في مستويات الإضاءة المنخفضة ، الأوراق الخضراء هي الأكثر فعالية في التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، في يوم مشمس ، لا يوجد فرق جوهري بين الأوراق الحمراء والخضراء & # 8217 القدرة على حبس طاقة الشمس & # 8217s. لقد لاحظت وجود اللون الأحمر في الأوراق الجديدة للعديد من نباتات منطقة الخليج وكذلك في العديد من الأنواع الاستوائية. يبدو أن الأنثوسيانين الأحمر يمنع تلف الأوراق من الطاقة الضوئية المكثفة عن طريق امتصاص الضوء فوق البنفسجي. هناك أيضًا دليل على أن المركبات غير المستساغة يتم إنتاجها غالبًا جنبًا إلى جنب مع الأنثوسيانين ، والتي قد تكون طريقة النبات & # 8217s للإعلان عن سميتها للحيوانات العاشبة المحتملة. لذلك تحصل النباتات ذات الأوراق الحمراء على القليل من الحماية من الأشعة فوق البنفسجية وترسل تحذيرًا للآفات التي تتغذى على الأوراق ، لكنها تفقد القليل من كفاءة التمثيل الضوئي في الضوء الخافت.

كان علماء النبات يتساءلون عن الأوراق الحمراء مقابل الأوراق الخضراء على مدار الـ 200 عام الماضية ولا يزال هناك الكثير من الأبحاث التي يتعين القيام بها في هذا المجال. إذن أنت بصحبة جيدة يا بول.


كيف يدعم النبات ذو الأوراق الحمراء نفسه بدون الكلوروفيل الأخضر؟

أ. قالت سوزان كيه بيل ، مديرة العلوم في حديقة بروكلين النباتية ، إن بعض النباتات الطفيلية تفتقر إلى الكلوروفيل تمامًا وتسرق منتجات التمثيل الضوئي من مضيفاتها الخضراء. تحتوي النباتات الأخرى ، مثل الشجرة ذات الأوراق الحمراء ، على الكثير من الكلوروفيل ، لكن الجزيء محجوب بصبغة أخرى.

قال الدكتور بيل إن الكلوروفيل يمتص الضوء الأحمر والأزرق ، "يعكس ، وبالتالي يظهر باللون الأخضر". يستخدم الكلوروفيل هذه الطاقة الكهرومغناطيسية ، إلى جانب ثاني أكسيد الكربون والماء ، لإنتاج الجلوكوز والأكسجين.

تحتوي معظم النباتات أيضًا على أصباغ أخرى: الكاروتينات ، والتي تظهر عادةً من الأصفر إلى البرتقالي ، والأنثوسيانين ، والتي تتراوح من الأحمر إلى الأرجواني. عادة ما يهيمن صبغة واحدة. قال الدكتور بيل إنه من المحتمل أن يكون النبات ذو الأوراق الحمراء يحتوي على كميات أعلى من المعتاد من الأنثوسيانين. لكن الكلوروفيل لا يزال موجودًا ويعمل.

وقالت: "اعتدنا على الاعتقاد بأن كل تغيرات لون أوراق الشجر نتجت عن الكشف عن الكاروتينات والأنثوسيانين الموجودة بالفعل عند تكسير الكلوروفيل استعدادًا للسكون". نحن نعلم الآن أن الأوراق تنتج بالفعل أنثوسيانين إضافي في سن الشيخوخة ، على حد قولها.

قال الدكتور بيل إن المزايا التطورية ليست مفهومة بالكامل. تقول إحدى النظريات أن الأنثوسيانين الإضافي يوفر الظل الذي تحته يمكن للبلاستيدات الخضراء (الهياكل داخل الخلايا) تحطيم الكلوروفيل ، مما يساعد النبات على إعادة امتصاص كتل بنائه ، وخاصة النيتروجين القيم. نظرية أخرى هي أن الأنثوسيانين ، وهي مضادات أكسدة قوية ، تحمي النباتات استعدادًا لفصل الشتاء.


الربيع الأخضر: لماذا الأوراق الجديدة لها لون أفتح؟

(داخل العلوم) - وصل الربيع رسميًا الآن إلى نصف الكرة الشمالي. بالفعل ، العديد من الأشجار المتساقطة تتخلص من سباتها الشتوي وتستعد لنشر منشورات جديدة حساسة.

وقالت كاري أندرسن ، حارس حديقة في كاتوكتين ماونتن بارك في شمال ولاية ماريلاند: "في الأسابيع المقبلة ، سنبدأ بالتأكيد في الحصول على خضرة زاهية ، وصولًا إلى اللون الأخضر الحكيم". تحتوي غابات المنتزه على أشجار البلوط والقيقب والجوز وحور الزنبق وأشجار أخرى.

بشكل عام ، يكون اللون الأخضر لأوراق الربيع أعذب وأخف من الألوان الخضراء العميقة لمظلة الصيف الناضجة.

يقول العلماء إن الأسباب لها علاقة بالطريقة التي تتطور بها أوراق الشجر. لا تزال البلاستيدات الخضراء للورقات الصغيرة - جزء النبات الذي يحتوي على الصباغ الأخضر الكلوروفيل - في طور النمو ، لذلك تميل الأوراق إلى أن تكون أفتح. الأوراق الجديدة أرق أيضًا ، مع وجود طبقات شمعية أو قاسية أقل يمكن أن تجعل اللون الأخضر أغمق.

عندما تبدأ الأوراق في النضج فإنها تبدأ في تكوين أصباغ إضافية. يمكن لبعض هذه الجزيئات أن تعطي الأوراق الألوان الصفراء والحمراء التي تراها في الخريف.

قال جريجوري مور ، عالم النبات في جامعة ملبورن في أستراليا ، إن الأوراق الأصغر حجمًا تحتوي عمومًا على عدد أقل من الأصباغ الملحقة ، لذا فإن اللون الأخضر الموجود في الكلوروفيل غير مقنع. وقال إن هذا سبب آخر يجعل الربيع الأخضر يبدو أكثر إشراقًا.

ومع ذلك ، فإن بعض الأوراق الجديدة ، مثل أوراق القيقب الأحمر ، عادة ما تكون حمراء اللون في الربيع. وأوضح مور أن هذا بسبب ضخ الكثير من السكر في الأوراق الصغيرة الصغيرة لتغذية نموها ، ويتحول السكر أحيانًا إلى الصباغ الأحمر الأنثوسيانين ويخزن في الورقة ، مما يعطيها مظهرًا ضارب إلى الحمرة. عندما تنضج الأوراق ، يتم استقلاب الأنثوسيانين الإضافي وتتحول الأوراق إلى اللون الأخضر.

يمكن أن يكون للون الأحمر فائدة إضافية للنبات الصغير: الحماية من أضرار أشعة الشمس ، كما تقول سوزان أوستين ، عالمة البيئة من جامعة كاليفورنيا في ديفيس.

درس أوستين الطريقة التي تظهر بها أوراق الشجر للكاميرات المثبتة على الطائرات أو الطائرات بدون طيار أو حتى الأقمار الصناعية في الفضاء. بالإضافة إلى الضوء المرئي ، تستطيع هذه الكاميرات في كثير من الأحيان "رؤية" الضوء في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف ، بما يتجاوز ما يمكن أن تكتشفه العين البشرية. تعكس أوراق النبات بشدة ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة ، لذا فإن هذه المعلومات الإضافية تساعد العلماء على تقدير نوع وكثافة الغطاء النباتي في الصور التي يتم التقاطها أحيانًا من على بعد مئات الأميال.

قال أوستين إن كاميرا عن بُعد تراقب مجالًا زراعيًا ، حيث تكون جميع النباتات عادةً من نوع واحد ، قد تكون قادرة على اكتشاف التغيرات الصباغية الدقيقة التي تحدث من الربيع إلى الصيف.

على نطاق أوسع ، التقطت أقمار ناسا الصناعية الربيع "الأخضر" عبر مساحات عملاقة من الأرض ، على سبيل المثال في هذه الصور لعام 2006 لمنطقة خليج تشيسابيك (الموضحة على اليمين) ، كيف أن منطقة بها غبار فقط يتحول اللون الأخضر الفاتح في أبريل إلى منظر طبيعي خصب مطلي بضربات خضراء عميقة في يوليو.

قال جيف ماسيك ، العالم في ناسا ، إن تغير اللون الموضح في الصور يرجع في المقام الأول إلى الزيادة في عدد وحجم أوراق الشجر مع تقدم الربيع ، بالإضافة إلى تطور المحاصيل في الحقول الزراعية بين بقع الغابات. مركز جودارد لرحلات الفضاء في جرينبيلت بولاية ماريلاند متخصص في تصوير الغطاء النباتي عبر الأقمار الصناعية.

قال ماسيك إن الأقمار الصناعية المستقبلية قد تحمل كاميرات قادرة على التقاط صورة أكثر دقة لكيمياء الأوراق. بينما تجمع الكاميرا ذات الألوان العادية مثل تلك الموجودة على هاتفك 3 قنوات فقط من الضوء (الأحمر والأخضر والأزرق) ، يمكن لما يسمى بكاميرات التصوير الطيفي التقاط مئات القنوات المختلفة عبر الطيف الكهرومغناطيسي. تم نشر الكاميرات الفائقة الطيفية على الطائرات وإرسالها إلى محطة الفضاء الدولية ، وتعمل ناسا على خطط لقمر صناعي بقدرات تصوير فائق الطيف يمكن إطلاقه في العقد المقبل.

قال فيل تاونسند ، عالم الأحياء في جامعة ويسكونسن ماديسون الذي يستخدم التصوير عن بعد لدراسة أداء النظم البيئية ، إن الكاميرات يمكنها جمع ثروة من البيانات حول صحة النباتات وتنوعها. يمكن لقمر صناعي مع التصوير الطيفي الفائق قياس أصباغ وبنية أوراق النبات ، ومراقبة مركبات النيتروجين في النباتات ، أو الكشف عن وجود جزيئات ، مثل المركبات التي تستخدمها بعض النباتات للدفاع ضد الحشرات ، والتي تكون غير مرئية للعين البشرية. يمكن أن تساعد كل هذه المعلومات في الإجابة عن أسئلة حول بيولوجيا النبات على نطاق واسع - مثل مدى صحة الغابات أو الحقول بأكملها ، أو مدى جودة تبادل النباتات للعناصر الغذائية والمياه والغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين مع البيئة المحيطة والغلاف الجوي .

قال أندريسن إنه بالعودة إلى نطاق شخصي أكثر ، فإن زوار حديقة كاتوكتين ماونتن بارك يحصلون على مناظر قريبة للنباتات الربيعية. "إنه ذلك الإحساس بالهروب ، مثل خروج الحيوانات من السبات. نحن كبشر نهرب من حمى المقصورة ، ونريد الخروج على المسارات واكتشاف التغييرات حقًا."

وقالت إنه بالإضافة إلى الألوان الرقيقة للأوراق الناشئة ، يتميز الربيع بتنوع ألوانه ، من الأخضر النابض بالطحلب إلى الزهور الحمراء على أشجار ريدبد. تتيح الحديقة للزوار فرصة استعارة نظارات خاصة مصممة لتعزيز التمييز بين اللونين الأحمر والأخضر لبعض الأشخاص المصابين بعمى الألوان. وقالت: "يبدو أن الربيع والخريف هما أكثر الأوقات شيوعًا بالنسبة للناس للتحقق من وجودهما بسبب الاختلاف في الألوان الزاهية خلال تلك الأوقات من العام".


لماذا بعض النباتات ليست خضراء؟

على الرغم من أنه يُعتقد عمومًا أن النباتات خضراء ، إلا أن بعضها ليس كذلك. إذا ظهر النبات بلون آخر ، مثل الأحمر ، فليس بالضرورة لأن النبات لا يحتوي على الكلوروفيل. قد تغطي أصباغ أخرى الصبغة الخضراء ، مما يجعل النبات يظهر بلون مختلف. في هذه الحالة ، لا يزال المصنع ذاتي التغذية (مغذي ذاتي) ، باستخدام التمثيل الضوئي لتوليد الطاقة. ومع ذلك ، يتم إخفاء صبغة الكلوروفيل.

هناك أيضًا نباتات لا تحتوي على الكلوروفيل وبالتالي لا تظهر أيضًا باللون الأخضر. تسمى هذه النباتات بالنباتات غيرية التغذية ، وتعني "التغذية الأخرى". كما يوحي اسمهم ، لا يمكنهم صنع طعامهم وسيحصلون إما على العناصر الغذائية من النباتات الأخرى أو سيتغذون على الفطريات. & # 160

أمثلة على النباتات غير الخضراء:


لماذا النباتات خضراء؟ لتقليل الضوضاء في التمثيل الضوئي.

نباتات الأرض خضراء لأن أصباغها الضوئية تعكس الضوء الأخضر ، على الرغم من أن تلك الأطوال الموجية تحمل أكبر قدر من الطاقة. يفهم العلماء أخيرًا لماذا.

أولينا شمهالو / مجلة كوانتا

رودريجو بيريز أورتيجا

من الأشجار الكبيرة في غابات الأمازون إلى النباتات المنزلية والأعشاب البحرية في المحيط ، اللون الأخضر هو اللون الذي يسود المملكة النباتية. لماذا اللون الأخضر وليس الأزرق أو الأرجواني أو الرمادي؟ الجواب البسيط هو أنه على الرغم من أن النباتات تمتص جميع الفوتونات تقريبًا في المناطق الحمراء والزرقاء من طيف الضوء ، إلا أنها تمتص حوالي 90٪ فقط من الفوتونات الخضراء. إذا تم امتصاصهم أكثر ، سيبدوون أسود في أعيننا. النباتات خضراء لأن كمية الضوء الصغيرة التي تعكسها هي ذلك اللون.

لكن هذا يبدو مضيعة بشكل غير مُرضٍ لأن معظم الطاقة التي تشعها الشمس موجودة في الجزء الأخضر من الطيف. عند الضغط عليه لمزيد من التوضيح ، اقترح علماء الأحياء في بعض الأحيان أن الضوء الأخضر قد يكون قويًا للغاية بحيث لا يمكن للنباتات استخدامه دون ضرر ، ولكن السبب وراء ذلك لم يكن واضحًا. Even after decades of molecular research on the light-harvesting machinery in plants, scientists could not establish a detailed rationale for plants’ color.

Recently, however, in the pages of علم, scientists finally provided a more complete answer. They built a model to explain why the photosynthetic machinery of plants wastes green light. What they did not expect was that their model would also explain the colors of other photosynthetic forms of life too. Their findings point to an evolutionary principle governing light-harvesting organisms that might apply throughout the universe. They also offer a lesson that — at least sometimes — evolution cares less about making biological systems efficient than about keeping them stable.

The mystery of the color of plants is one that Nathaniel Gabor, a physicist at the University of California, Riverside, stumbled into years ago while completing his doctorate. Extrapolating from his work on light absorption by carbon nanotubes, he started thinking of what the ideal solar collector would look like, one that absorbed the peak energy from the solar spectrum. “You should have this narrow device getting the most power to green light,” he said. “And then it immediately occurred to me that plants are doing the opposite: They’re spitting out green light.”

In 2016, Gabor and his colleagues modeled the best conditions for a photoelectric cell that regulates energy flow. But to learn why plants reflect green light, Gabor and a team that included Richard Cogdell, a botanist at the University of Glasgow, looked more closely at what happens during photosynthesis as a problem in network theory.

The first step of photosynthesis happens in a light-harvesting complex, a mesh of proteins in which pigments are embedded, forming an antenna. The pigments — chlorophylls, in green plants — absorb light and transfer the energy to a reaction center, where the production of chemical energy for the cell’s use is initiated. The efficiency of this quantum mechanical first stage of photosynthesis is nearly perfect — almost all the absorbed light is converted into electrons the system can use.

But this antenna complex inside cells is constantly moving. “It’s like Jell-O,” Gabor said. “Those movements affect how the energy flows through the pigments” and bring noise and inefficiency into the system. Quick fluctuations in the intensity of light falling on plants — from changes in the amount of shade, for example — also make the input noisy. For the cell, a steady input of electrical energy coupled to a steady output of chemical energy is best: Too few electrons reaching the reaction center can cause an energy failure, while “too much energy will cause free radicals and all sorts of overcharging effects” that damage tissues, Gabor said.

Gabor and his team developed a model for the light-harvesting systems of plants and applied it to the solar spectrum measured below a canopy of leaves. Their work made it clear why what works for nanotube solar cells doesn’t work for plants: It might be highly efficient to specialize in collecting just the peak energy in green light, but that would be detrimental for plants because, when the sunlight flickered, the noise from the input signal would fluctuate too wildly for the complex to regulate the energy flow.

Instead, for a safe, steady energy output, the pigments of the photosystem had to be very finely tuned in a certain way. The pigments needed to absorb light at similar wavelengths to reduce the internal noise. But they also needed to absorb light at different rates to buffer against the external noise caused by swings in light intensity. The best light for the pigments to absorb, then, was in the steepest parts of the intensity curve for the solar spectrum — the red and blue parts of the spectrum.

The model’s predictions matched the absorption peaks of chlorophyll أ و ب, which green plants use to harvest red and blue light. It appears that the photosynthesis machinery evolved not for maximum efficiency but rather for an optimally smooth and reliable output.

Cogdell wasn’t fully convinced at first that this approach would hold up for other photosynthetic organisms, such as the purple bacteria and green sulfur bacteria that live underwater and are named for the colors their pigments reflect. Applying the model to the sunlight available where those bacteria live, the researchers predicted what the optimal absorption peaks should be. Once again, their predictions matched the activity of the cells’ pigments.

“When I realized how fundamental this was, I found myself looking in the mirror and thinking: How could I be so dumb not to think about this before?” Cogdell said.

(There are plants that don’t appear green, like the copper beech, because they contain pigments like carotenoids. But those pigments are not photosynthetic: They typically protect the plants like sunscreen, buffering against slow changes in their light exposure.)

“It was extraordinarily impressive, I think, to explain a pattern in biology with an incredibly simple physical model,” said Christopher Duffy, a biophysicist at Queen Mary University of London, who wrote an accompanying commentary on the model for علم. “It was nice to see a theoretically led work that understands and promotes the idea that it is robustness of the system that seems to be the evolutionary driving force.”

Researchers hope the model can be used to aid in the design of better solar panels and other solar devices. Although the efficiency of photovoltaic technology has advanced considerably, “I would say it’s not a solved problem in terms of robustness and scalability, which is something that plants have solved,” said Gabriela Schlau-Cohen, a physical chemist at the Massachusetts Institute of Technology.

Gabor has also set his mind on someday applying the model to life beyond Earth. “If I had another planet and I knew what its star was like, could I guess what photosynthetic life might look like?” سأل. In the code of his model — which is publicly available — there is an option to do exactly that with any selected spectrum. For now, the exercise is purely hypothetical. “In the next 20 years, we probably will have enough data on an exoplanet to be able to [answer] that question,” Gabor said.


Why Do Different Plants Have Different Shades Of Green?

However, these aren&rsquot the only light-harvesting pigments present in leaves. To a much lesser degree, pigments that color orange, red, and yellow are also present in leaves, but they play a secondary role to chlorophyll. Carotenoids and xanthophyll are only two others of the numerous pigments within leaves that capture the energy of the sun. Carotenoids give vibrant orange and yellow hues. They are the pigments that give carrots their iconic orange. Xanthophylls are the reason sunflowers have such sunny yellow petals, as well as reds and oranges of various other fruits and vegetables.

The different concentrations of these pigment will dictate the color of green in the plants around us. The different types and amounts of pigment in different species of plant can reflect their evolutionary roots and reveal information about the plant&rsquos habitat, its nutritional status and needs, and its age.


راجع الأسئلة

Multiple Choice Question

1. Tick (✓) the appropriate answer:

(i) Identify the plant which has compound leaves:
(a) Banana
(b) Banyan
(c) Mango
(d) Rose

(ii) Which one of the following is not an insectivorous plant—
(a) Pitcher plant
(b) Venus flytrap
(c) Bladderwort
(d) Cactus

(iii) This leaf shows parallel venation:
(a) Banana
(b) Mango
(c) Banyan
(d) Guava

(iv) The point on the stem from where the leaf arises is:
(a) Petiole
(b) Lamina
(c) Node
(d) Trunk

(v) Which one of the following is essential for photosynthesis:
(a) Carbon dioxide
(ب) النيتروجين
(c) Oxygen
(d) Soil

السؤال 2.

Name the following:إجابة :

  1. The part of the plant which grows under the ground: root
  2. The part of the plant which grows above the soil: أطلق النار

السؤال 3.


ميّز بين ما يلي:

(i) Tap root and Fibrous root
إجابة :
Tap root

  1. This root has one main primary root with many side secondary roots.
  2. It is found in dicot plants.
  3. على سبيل المثال mango, pea

Fibrous root

  1. These roots are clusters of same thickness and size, arising from the base of the stem.
  2. It is found in monocot plants,
  3. على سبيل المثال maize, wheat

(ii) Simple Leaf and compound leaf
إجابة :
ورقة بسيطة

  1. The Lamina is uni divided and is a single piece.
  2. مثال : mango,banana, banyan, etc.

مركب ليف

  1. The leaf blade or lamina is divided into smalled units called leaflets.
  2. Example is rose.

(iii) Parallel venation and reticulate venation
إجابة :
Parallel Venation

  1. In this type of venation,veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network.
  2. Examples are peepal, mango and guava leaves.

انتفاخ شبكي

  1. In this type of venation, veins are parallel to each other.
  2. Examples are banana, grass and wheat leaves.

السؤال 4.


What are the four functions of the roots ?
إجابة :
The root serves the following functions :

  1. It fixes the plant in the soil.
  2. Absorbs water and minerals from the soil for the entire plant.
  3. It acts as a storage part for food materials for certain plants.
  4. It binds the soil together so that it does not get washed away during rain or blown over by the wind.

السؤال 5.


Mention the functions of the following :

(i) Spines
(ii) Tendril
(iii) Scale leaves
إجابة :
(i) Spines—The leaves may be modified to form spines to reduce water loss by transpiration in desert plants.
(ثانيا) Tendril — The stem may occur in the form of their thread – like leafless branch called tendril. It has the ten-dency to coil around any object and help the plant to climb it
(ثالثا) Scale leaves — Scale leaves are present in some plants like onion and ginger. They are thin and dry or thick and fleshy and their function is to protect buds.

السؤال 6.


Define venation. What are the different types of ve-nation found in the leaves ?
إجابة :
Venation: Arrangement of pattern of veins in a lanuina is called venation.
It is mainly of two types :

  1. Reticulate venation : Veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina forming a network.
    مثال: mango, guava.
  2. Parallel venation: Veins run parallel to each other
    مثال: Banana, grass, wheat

السؤال 7.


Describe the modifications of leaf in any one insec-tivorous plant.
إجابة :
Modification of leaves in Venus flytrap (an insectivorous plant)
The leaves of Venus flytrap have long pointed hair. It is divided into two parts having midrib in between like a hinge. When an insect visits the leaf, it closes its two parts and traps the insect. The insect is then digested by secreting digestive juices.

السؤال 8.


Write the two main functions of leaves.
إجابة :
The two main functions of leaves are –

  1. Photosynthesis – Green leaves contain chlorophyll which, in presence of sunlight, manufacture food using carbon-dioxide and water.
  2. Transpiration – Surface of leaves have minute pores which help in loss of water by evaporation. It has cooling effect making roots absorb more water due to suction.

السؤال 9.

What is the modification seen in the Bryophyllum. يشرح.
إجابة :

  1. Bryophyllum is a plant whose leaves produce adventitious buds in their margin.
  2. The adventitious buds grow into new plants when they fall off from the parent plant.

السؤال 10.


Define:
(i) Photosynthesis
(ii) Tranpiration
إجابة :
(i) Photosynthesis — The process by which plant leaf prepares or synthesises food from water and carbon dioxide in the presence of chlorophyll and sunlight is called photosynthesis.
(ثانيا) Tranpiration — This is the process by which there is a loss of water in the form of vapour by evaporation from the surface of leaves. It has cooling effect, it causes suction force to make roots absorb more water with mineral ions.

السؤال 11.


Name the wide flat portion of the leaf
إجابة :
The green, flat and broad part of the leaf is called ‘lamina’ or ‘leaf blade’.

السؤال 12.


What purpose is served by the spines horned on the leaves of cactus.
إجابة :
Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.

السؤال 13.


Explain why leaf survival is so important to the plant?
إجابة :
Because they perform two main function of photosynthesis and transpiration.

السؤال 14.

Give an example of the following and draw generalized diagrams for the same:
(i) Simple leaf and compound leaf.
(ii) Parallel venation and reticular venation.
إجابة :
(i) Simple leaf and compound leaf.

  1. Simple leaf: In a simple leaf, the lamina is undivided and is a single piece, e.g., mango, banana, banyan, etc.
  2. Compound leaf: In a compound leaf, the leaf blade or lamina is divided into smaller units called leaflets e.g., rose.

(ii) Parallel venation and reticular venation.

  1. venation (Parallel ): In this type of venation, veins run and
    parallel to each other, e.g., banana, grass, maize and wheat leaves (monocot plants).
  2. Reticulate venation: In this type of venation, veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network, e.g. peepal, mango and guava leaves (dicot plants).

السؤال 15.

In list some of the advantages of transpiration to green plants.
إجابة :
It helps to maintain the concentration of the sap inside the plant body:
The roots continue to absorb water from the soil. If excess water does not evaporate through transpiration, the sap will become dilute, preventing further absorption of water and minerals from the soil.

Cooling effect: In transpiration, water gets evaporated from the plant. The heat required for evaporation of water is obtained from the plant itself and thus, the plant cools itself when it is hot outside.

السؤال 16.

Why do some plants have to trap insects ?
إجابة :
Insectivorous plants trap insect because they grow in a soil which is deficient in nitrogen and insects help in fulfilling the nitrogen requirement of plants.

السؤال 17.


Explain some of the modifications of leaves found in plants.
إجابة :
Sometimes, the complete leaf or a part of the leaf is modified to perform a special function.
Some of these modifications include:

  1. Leaf tendril: In case of certain weak stemmed plants, leaves or leaflets are modified into wiry, coiled structures called tendrils. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Eg., Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).
  2. Spines: Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.
  3. Scale leaves: In some plants, like onion and ginger, thin and dry or thick and fleshy scale leaves are present.Their function is to protect buds.

السؤال 18.


What is a tendril ? Explain its use to the plant.

إجابة :
A tendril is a specialized stem, leave or petrole with a thread like shop. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Example : Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).

السؤال 19.

Complete the cross word using the clues given below. Check your performance with the correct solutions given at the end of the chapter.


Nutrient Deficiencies

Too little nitrogen will cause a pepper plant's oldest leaves to turn yellow while the leaves on the rest of the plant may turn light green. Too little iron, manganese, molybdenum or zinc can also cause a lightening or yellowing of pepper leaves. Working a few inches of well-rotted compost, aged manure or another organic soil amendment into the site before planting, and side-dressing the plants with nitrogen several weeks after transplanting, will help to prevent nutrient deficiency problems. You may also need to use a supplemental micronutrient fertilizer. A soil or leaf test is the best way to determine with certainty that a nutrient deficiency is responsible for the pepper plant's light green color.


Meaning of Chlorophyll

Chlorophyll refers to a light-absorbing pigment molecule that reflects a green colour to the chloroplast containing tissues by absorbing light of longer wavelength (red) and light of shorter wavelength (blue) of the electromagnetic spectrum. Chlorophylls are significantly of two kinds, namely chlorophyll-a، و ب. These two pigments differ by having different side-chain composition and the distinct absorption tendency.

  • الكلوروفيل أ consists of a methyl group (CH3) in the side chain and tends to absorb more red light of the visible spectrum.
  • Chlorophyll-b consists of the aldehyde group (CHO) in the side chain and tends to absorb more violet-blue light of the visible spectrum.

تاريخ

Year of discoveryDiscovererاكتشاف
1817Joseph Bienaime Caventou and Pierre Joseph PelletierIsolated and termed “Chlorophyll”
1864StokesThrough spectroscopy, demonstrated that chlorophyll is a mixture of two components (Chl-a and b)
1906-The presence of magnesium in chlorophyll has been detected
1906-1915Richard WillstatterIntroduced general structure of chlorophyll
1940Hans FischerIntroduced the structure of chlorophyll-a
1960Robert Burns WoodwardIntroduced synthesis of chlorophyll-a
1967Lan FlemingStudied the remaining stereochemical elucidation
1990Woodward and Co-authorsPublished an updated synthesis of chlorophyll
2010-Presence of chlorophyll-f has been detected in cyanobacteria

Why is Chlorophyll green?

Chlorophyll is a green pigment, which تمتص red and blue spectrum of the visible light and transmits green ضوء. Due to the reflection of green light, all the chlorophyll-containing tissues or organelles appear green-coloured. Green colour of the leaves and stems is also due to this chlorophyll pigment.

Structure of Chlorophyll

A typical composition of chlorophyll comprises of a porphyrin head and a long phytol tail. Chlorophyll is a chelating ligand, which includes a central metal ion attached to the complex organic compound containing a mixture of carbon, nitrogen and hydrogen elements.

The structure of chlorophyll is characterized by:

  • The presence of magnesium (Mg 2+ ) as a central metal ion.
  • A varying سلسلة جانبية.
  • The presence of an extra fifth ring or isocyclic ring, fixed to the porphyrin head.


Porphyrin Head

It typically includes four pyrrole rings fixed to the coordinated central metal and called “Tetrapyrroles". The first pyrrole ring is substituted with the side chain differing in both the chlorophyll pigments. Both the chlorophyll pigments, i.e. chl-a and b have a different side chain, CH3 and CHO respectively.

The porphyrin ring has a square planar arrangement, where the four nitrogen atoms join the four pyrrole rings to the central magnesium ion. Besides plants, the porphyrin ring also exists in haemoglobin and vitamin-B12 molecules that have a different central atom like iron and cobalt, respectively.

To the base of the porphyrin ring, an extra isocyclic ring is present. Porphyrin ring is a stable ring, around which an electron can migrate freely. It results in a high tendency of porphyrin ring to gain or lose electrons.

Phytol Tail

It associates with the porphyrin head via استر. إنه يشير إلى unsaturated hydrocarbon chain that contains 39 H-atoms and 20 C-atoms with two C-C double bonds.

A phytol chain is composed of four isoprene units with a chemical name (2-methyl-1, 3-butadiene). One isoprene unit has a molecular formula C5H8, as it consists of five carbon atoms and eight hydrogen atoms.

Types of Chlorophyll in Plants

الكلوروفيل أ و Chlorophyll-b are the two pigments that are commonly present in the plants.

Chl-a serves as the primary light-absorbing pigment. Oppositely, chl-b works as an accessory pigment. Both the pigments absorb light of certain wavelength from the incoming white light emitted by the sun.

White light includes seven different colours like violet, indigo, blue, green, yellow, orange and red that we call “VIBGYOR". Violet, blue, red and orange light are generally absorbed from the visible white light.

Chl-a shows great absorbencies towards the light of the red and orange spectrum, while chl-b shows great absorbencies towards the light of the violet and blue نطاق. Chlorophyll-a is a universal pigment present in all oxygenic photosynthetic organisms, while chlorophyll-b is ubiquitous in higher plants and some algae. In plant chlorophylls are embedded in the sac-like thylakoid membrane.

A thylakoid membrane involves many light-absorbing and accessory pigments that collectively form a Photosystem. ان هوائي أو light-harvesting complex plus an active reaction centre consititute a photosystem. Chl-a is a primary pigment that absorbs the light energy (photons) from the sun (carries a bundle of photons) and passes it to the other pigment molecules till it outreaches a reaction centre.

In a photosystem, a reaction centre functions as an مانح الإلكترون that transfers the photons to the متقبل الإلكترون molecule for the further cellular activities. Chlorophyll-b functions as an accessory pigment that expands the light-absorbing capacity of the light-absorbing particles.

Facts about Chlorophyll

There are some interesting facts about the chlorophyll that we must explore.

During plant senescence and fruit ripening

Plants degreen during the senescence stage and at the time of fruit ripening because during that period the chlorophyll pigments transform into colourless tetrapyrroles or NCC’s (Non-fluorescent chlorophyll catabolites).

Absorbing intensity

Chlorophyll has the highest absorbing capacity among the plant pigments, due to which it dominates or masks the leaf by its green colour. Once chlorophylls start to decompose, the colour of the leaves turn red, yellow, orange etc. For a plant to appear green, it must continuously replenish the chlorophyll.

Chemistry of chlorophyll

We can get a crystalline form of chlorophyll once the dried leaves are pulverized and treated with ethanol. We will get an عديم الشكل form of chlorophyll when the dried leaves are pulverized and subjected to the treatment with reagents like ether or acetone. Chlorophyll is a mixture of two components, which includes a ratio of 3:1 of chl-a, and chl-b.

  • الذوبان: Chlorophyll is a hydrophobic or fat-soluble organic compound that readily dissolves in lipids.
  • Acid treatment of chlorophyll causes a replacement of the magnesium with the two H-atoms and results in the formation of derivative “Phaeophytin” (olive-brown colour solid). Further hydrolysis of pheophytin causes splitting of phytol and results in the production of “Phaeophorbide”.
  • Base treatment of chlorophyll results in the formation of a series of phyllins and magnesium porphyrin compounds.
  • تمسخ: Prolonged cooking and steaming denature the conformation of chlorophyll.

Food sources of chlorophyll

Asparagus, bell peppers, broccoli, green cabbage, celery, kale, green olives, spinach, alfalfa etc.

إستخدام تجاري

Chlorophyll extracts of a plant are commercially used as المضافات in processed soaps, toothpaste, cosmetics, food products etc.

Medicinal uses

Chlorophyll has a wide range of medicinal uses. It serves as a natural body cleanser. Its regular uptake can reduce the faecal and urinary odour. Chlorophyll increases the bone, nail and teeth strength. It also provides immune support by increasing the RBCs count and reduces colon and liver cancer by interfering with the procarcinogens. Chlorophyll also detoxifies the blood by eliminating impurities from our body.


شاهد الفيديو: Bayam merah tapi kok daunnya kehijauan? INI PENYEBABNYA! (سبتمبر 2022).