يقدم لكم موقع إقرأ في هذا المقال بحث علمي عن البناء الضوئي ، و تعريف البناء الضوئي ، و أهمية البناء الضوئي ، و أنواع عملية البناء الضوئي ، و مراحل عملية البناء الضوئي ، و العوامل المؤثرة في عملية البناء الضوئي ، و معادلة البناء الضوئي ، ي حيث إن جميع الكائنات التي تحتوي على مادة الكلوروفيل من نباتات وبكتيريا خضراء مزرقة، وطحالب تندرج بالهرم الغذائي من الأسفل، وذلك لما تقوم به من بناء غذائها بنفسها عن طريق ما يوجد بها من صبغة خضراء بمساعدة أشعة الشمس وذلك هو ما يقصد به البناء الضوئي، في حين تعتمد الكائنات الحية الأخر على بعضها في تكوين سلسلة النظام الغذائي الخاصة بها، وسوف نتحدث في فقرات بحثنا عن تعريف البناء الضوئي وأهميته ومراحله.
بحث علمي عن 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.
تعريف البناء الضوئي
يعرف البناء الضوئي بأنه العملية التي تقوم بها النباتات وبعض من الكائنات الحية من خلال استخدام أشعة الشمس لإنتاج العناصر الغذائية من أكسيد الكربون والماء، وهذه العملية تتضمن مادة صبغة الكلوروفيل الخضراء وعملية إنتاج الأكسجين.
ويمكن القول أيضاً بأنها عملية معقدة تعتمد بشكل أساسي على كل من ثاني أكسيد الكربون والماء وبعض الأملاح المعدنية ليتم تحويلها إلى مواد كربوهيدراتية من قِبل النباتات الخضراء مثل الطحالب وبعض أنواع البكتيريا باستخدام طاقة الأشعة الشمسية ومادة الكلوروفيل الخضراء.
أهمية 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 بمثابة عملية الطاقة الأولية لمعظم الأشجار والنباتات
- حماية الكوكب من 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.
أنواع عملية البناء الضوئي
هناك نوعان لعملية البناء الضوئي، وهما كالآتي:
- البناء الضوئي الأكسجيني
يعد البناء الضوئي الأكسجيني هو الأكثر انتشارًا وشيوعًا، ويظهر في النباتات، والطحالب، والبكتيريا الزرقاء، حيث تنقل أشعة الشمس (الطاقة الضوئية) الإلكترونات من الماء إلى ثاني أكسيد الكربون ممّا يُنتج الكربوهيدرات، وخلال هذه العملية يقل ثاني أكسيد الكربون، ويصبح الماء مؤكسدًا ويفقد الإلكترونات فينتج الأكسجين مع الكربوهيدرات.
- البناء الضوئي غير الأكسجيني
خلال مرحلة التمثيل الضوئي غير الأكسجيني يتم الاعتماد على مانح للإلكترونات غير الماء، وغالبًا ما تحدث هذه العملية في البكتيريا التي تتواجد بصورة رئيسية في الموائل المائية، ويُذكر أنّ هذه العملية لا ينتج عنها الأكسجين، حيث إنّ ما يتم إنتاجه في هذه العملية يعتمد على مانح الإلكترون بشكل رئيسي.
مراحل عملية البناء الضوئي
تمرّ عملية البناء الضوئي بثلاث مراحل رئيسية تتمثل في امتصاص الطاقة الضوئية، ثمّ تحويلها، وتخزينها كخطوة أخيرة، وفيما يأتي توضيح لذلك:
امتصاص الطاقة
تبدأ مرحلة البناء الضوئي عندما تبدأ عملية امتصاص الطاقة المشعة (الضوء) من قِبل النبتة وذلك عندما تضرب أشعة الشمس أوراق النباتات، إذ يمتص الكلوروفيل الموجود في الأوراق الفوتونات الضوئية، كما تمتص النبتة عبر فتحات الأنسجة المتواجدة في أوراقها ثاني أكسيد الكربون، وتمتص الماء عبر الجذور.
تحويل الطاقة
بعد امتصاص النباتات الطاقة الضوئية تُحوّل إلى شكل قابل للاستهلاك والاستخدام، إذ تبدأ عملية التحول عندما تنفصل الإلكترونات عن جزيئات الماء بحيث يصبح الأكسجين كمنتج ثانوي، ثمّ تنتقل إلكترونات الهيدروجين في جزيء الماء إلى مركز التفاعل في جزيء الكلورفيل، وخلال هذه العملية تتولّد الطاقة المهمة للخلايا وتبقيها على قيد الحياة.
تخزين الطاقة
لا تحتاج هذه المرحلة للضوء أو الطاقة الضوئية (الشمس)، حيث يمكن أن تحدث في الليل، إذتنتج النبتة في هذه المرحلة السكر والأحماض الدهنية، وتستخدم ما تحتاجه لتبقى على قيد الحياة في حين يتم تخزين الطاقة التي لا تحتاجها على شكل سكريات أو كربوهيدرات.
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:
- شدة الضوء
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.
- تركيز ثاني أكسيد الكربون
يجب أن يكون في الهواء نسبة كافية من غاز ثاني أكسيد الكربون لتتم عملية البناء الضوئي على النحو المطلوب.
- درجة الحرارة
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.
قد يهمك:
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