بنك أسئلة الأحياء – الصف الحادي عشر – الفصل الأول

الشجر الأحمر الساحلي Sequoia Sempervirens. كل حلقة نموّ سجلّ حيّ لتاريخ الشجرة: ينتج عن نموّ الربيع حلقة من الخشب فاتحة اللون، ومع استمرار النموّ في الصيف يظهر شريط ضيّق من الخشب داكن اللون. تمتدّ حياة بعض هذه الأشجار إلى أكثر من 3500 عام، وقد بدأت إحداها نموّها في حوالى العام 730 بعد الميلاد، وقبل أن تسقط في العام 1933 كان ارتفاعها 95 مترًا ووزنها نصف مليون كيلوجرام تقريبًا.

حبوب اللقاح، وهي حبيبات صغيرة تحتوي على الأمشاج الذكرية للتكاثر. جميع النباتات البذرية، بما فيها الشجر الأحمر العملاق، تُنتج حبوب اللقاح لتتكاثر جنسيًّا. (الأدوات: نبات كامل مزهر، عدسة يدوية، ورقة سوداء.)

١) يُفسّر سبب حاجة الأشجار الكبيرة إلى أنظمة نقل متخصّصة لنقل الغاز والماء والطعام · ٢) يُميّز بين النباتات المختلفة انطلاقًا من خصائصها · ٣) يربط بين تركيب الأنسجة المختلفة وموقعها وبين وظيفتها · ٤) يصف عمل أنظمة النقل المختلفة في النباتات · ٥) يشرح مراحل عملية البناء الضوئي · ٦) يربط موقع الأنسجة الإنشائية في النباتات ووظيفتها بنوع النموّ. معالم الوحدة: علم الأحياء في حياتنا اليومية · العلم والتكنولوجيا والمجتمع · علم الأحياء والبيئة.

لأنها لا تقوم بالبناء الضوئي؛ فهي تحصل على الطاقة اللازمة لها كي تنمو وتتكاثر وتحافظ على حياتها بالتغذية على النباتات التي صنعت غذاءها بنفسها، وبعضها يتغذّى على كائنات أخرى تغذّت على النباتات، وبعضها لا يعيش إلا بتحليل أجسام الكائنات الميتة. فجميع الكائنات بما فيها النباتات يجب أن تُحرّر الطاقة من السكّريات والمركّبات التي تمّ بناؤها عن طريق البناء الضوئي.

١) تركيب النباتات · ٢) التغذية في النباتات · ٣) النقل في النباتات · ٤) نموّ النباتات.

١) يُحدّد التراكيب الأساسية في أوراق النباتات وسوقها وجذورها · ٢) يُقارن بين الوظائف الأساسية للأوراق والسوق والجذور والأزهار · ٣) يُقارن بين تراكيب النباتات الزهرية ذات الفلقة الواحدة وذات الفلقتين.

تُغطّي النباتات معظم قارّات العالم. زهرة نبتة الأوركيد لها لون ملكة النحل وشكلها ورائحتها فتجذب ذكور النحل التي تُلقّح الزهرة (شكل 1). بعضها يصل إلى ارتفاعات شاهقة كأشجار الخشب الأحمر، وبعضها كالسرخس الطافي صغير جدًّا لا يتجاوز ارتفاعه بعض السنتيمترات. بعضها ذو أزهار ملوّنة وبعضها لا يُزهر. نبات القطيفة (شكل 2) لا يعيش سوى لموسم واحد، والصنوبر ذو المخاريط الشوكية يعيش لآلاف السنين.

جميع النباتات تقريبًا أجزاء خضراء، والكثير منها خشبي ومعظمها له أزهار، وعلى عكس الحيوانات تعيش جميع النباتات تقريبًا مزروعة في مكان واحد في التربة. وتُعزى الاختلافات إلى التنوّع في بعض التراكيب الأساسية: الأوراق والسوق والجذور والأزهار والبذور (شكل 3)، وهذه التراكيب تُمكّن النباتات من أن تعيش وتتكاثر في البيئات المختلفة.

(أ) الصنوبر: أوراق ضيّقة بشرتها شمعية وثغورها غائرة تحت السطح، فيخفض خسارة الماء · (ب) نبتة الجرّة: أوراقها متحوّرة لجذب الحشرات وهضمها فهي مصدر للنيتروجين · (ج) الصبّار: أوراقه أشواك غير قادرة على البناء الضوئي وتحميه من آكلات الأعشاب · (د) الصبّار (أوراق سميكة): تتكيّف للعيش في الظروف الحارّة والجافّة فتحفظ الماء داخلها.

يختار الناس من المشاتل نباتات يضعونها في المنازل أو الحدائق؛ والسؤال: ما الصفات الوراثية المهمّة في تحديد أنواع النباتات التي تريد شراءها؟ (سؤال تأمّلي في الكتاب).

لأن السكّر والزيوت والبروتينات التي تُصنع فيها هي مصدر الغذاء لجميع الكائنات الحيّة. تركيبها هو الأمثل لامتصاص الضوء والبناء الضوئي: يُغلّفها غلاف خارجي من خلايا البشرة، وخلايا داخلية من أنسجة أساسية وأنسجة وعائية. يُغلّف سطحها العلوي البشرة العليا Upper Epidermis والسفلي البشرة السفلى Lower Epidermis، وفي معظم النباتات تُغلّف السطح العلوي طبقة من الشمع تُسمّى كيوتيكل Cuticle تؤدّي مع البشرة دورًا في منع تسرّب الماء إلى خارج الورقة.

تتصل مباشرة بالأنسجة الوعائية للساق فتجعل الأوراق جزءًا لا يتجزّأ من نظام النقل. يجتمع الخشب واللحاء في حزم وعائية تبدأ في الساق وتدخل الورقة عبر عنقها، ويحيط بها عدد من الخلايا البرنشيمية والسكلرنشيمية.

من خليّتين حارستين Guard Cells تتوسّطهما فتحة ثغرية Stomatal Opening. الخلية الحارسة خلية متخصّصة في البشرة تحتوي على البلاستيدات الخضراء، وتضبط فتح الثغور وإغلاقها استجابة لتغيّر ضغط الماء داخلها تأثّرًا بالعوامل البيئية.

لأن الجدار الداخلي القريب من الفتحة أكثر سمكًا من الجدار الخارجي. عند دخول الماء يزداد ضغط الامتلاء فتنتفخ الخليتان ويُدفع جدارهما الرقيق الخارجي بعيدًا عن الفتحة فتتّخذان شكلًا مقوّسًا، فيشدّ الجداران السميكان الواحد عن الآخر فيتّسع الثغر. وعند ندرة الماء يخرج من الخليّتين فينخفض ضغط الامتلاء وتنكمشان وتتقاربان فتضيق الفتحة أو تُغلق قليلًا (لا تُغلق الثغور كليًّا).

الضوء، وحرارة الطقس، وقوّة الرياح، ونسبة الرطوبة. تُبقي النباتات الثغور مفتوحة بشكل كافٍ لتأمين البناء الضوئي لكن ليس كثيرًا حتى لا تخسر الكثير من الماء وتصاب بالجفاف؛ فتُقفل الثغور عند ارتفاع درجة الحرارة كثيرًا أو شدّة الضوء أو ازدياد سرعة الرياح أو في الطقس الجافّ عند ازدياد تبخّر الماء. تنفتح بوجود الضوء وتُقفل بغيابه أي في الليل، وفي يوم مضيء حارّ وجافّ تكون مغلقة جزئيًّا.

١) حمل الأوراق والأزهار · ٢) نقل الماء والمواد الغذائية إلى جميع أجزاء النبتة: نسيج الخشب ينقل الماء والأملاح المعدنية من الجذر إلى الأوراق والأزهار، ونسيج اللحاء ينقل السكّريات من الأوراق إلى جميع الأجزاء. وظيفة إضافية: أماكن لتخزين الغذاء الزائد كساق البطاطا تحت الأرضية التي تُخزّن النشا.

في ساق النعناع تظهر البراعم على الجانبين المتقابلين، وفي دوّار الشمس تنمو بنمط تبادلي. يُتيح النمط التبادلي لأوراق النبات أكبر قدر من التعرّض للضوء (شكل 11).

كورمة الدلبوث · بصلة أمارلس · رايزوم الزنجبيل · درنة البطاطا. الدرنات والرايزومات والبصلات والكورمات قد تبقى كامنة خلال الأوقات الباردة أو الجافّة إلى حين عودة الظروف الملائمة للنموّ.

من ثلاثة أنواع من الأنسجة: البشرة، والأنسجة الأساسية، والأنسجة الوعائية؛ وتُغلّفها بشرة ذات خلايا جدر سميكة يُغلّفها غلاف شمعي للحماية. سوق النباتات الزهرية (مغطّاة البذور) تحتوي أوعية خشبية وقصيبات، أما المخروطية فتحتوي على قصيبات فقط. (لماذا تسود النباتات الزهرية في الكثير من المناطق؟ — سؤال تفكير.)

في الجذر يكوّن أسطوانة مركزية يكون فيها اللحاء مستقلًا عن الخشب ويتوزّعان بنمط تبادلي. في الساق يترتّب الخشب واللحاء في حزم وعائية Vascular Bundles حيث يكون اللحاء لجهة الخارج والخشب لجهة مركز الساق، ويوجد بين النسيجين طبقة من الأنسجة الإنشائية تُسمّى الكمبيوم الإنشائي.

من البشرة (النسيج الجلدي)، والأنسجة الأساسية، والأنسجة الوعائية. تحيط به طبقة خارجية من البشرة وأسطوانة مركزية من الأنسجة الوعائية Vascular Cylinder، وبينهما مساحة واسعة من خلايا أساسية. ينمو في الطول وينتج النسيج الإنشائي القمّي Apical Meristem خلايا جديدة بالقرب من قمّة الجذر، تُغطّيها قلنسوة الجذر Root Cap التي تحمي الجذر.

حماية الأنسجة الداخلية وامتصاص الماء. تحدث معظم عملية الامتصاص عند أطراف الجذر في منطقة التمايز Zone of Differentiation حيث تتمايز خلايا البشرة إلى شعيرات جذرية ماصّة Absorbing Root Hairs: تراكيب أنبوبية دقيقة تنمو من الأغشية الخلوية لبعض خلايا البشرة، وتزيد مساحة السطح الماصّ للماء بدرجة كبيرة.

البشرة ← القشرة Cortex (طبقة إسفنجية من النسيج الأساسي) ← البشرة الداخلية (الأندوديرمس Endodermis) التي تحيط بالأسطوانة المركزية الوعائية، ويتوزّع فيها اللحاء والخشب بشكل تبادلي.

هو أيّ نبات ينمو على الإطلاق حيث لا يُرغب في وجوده.

لأن معظم النباتات تعيش حياتها بالكامل في مكان واحد من دون أن تتنقّل، ما يُسبّب صعوبة في تكاثرها جنسيًّا؛ فتُمكّنها هذه التكيّفات (مثل إنتاج حبوب اللقاح) من التكاثر جنسيًّا رغم بقائها في مكان واحد.

تتسبّب طرق نشر البذور في انتشار النباتات الجديدة إلى مناطق أكثر اتّساعًا من جيل إلى الجيل الذي يليه، فتتزايد فرص حفظ الأنواع النباتية وبقائها على قيد الحياة وعدم انقراضها.

في العام 1992 قام معلّم علوم بالتنسيق مع معلّم التربية الزراعية بمشروع لزراعة الجزر والفول السوداني وبيع المنتجات في المدرسة، فحقّقوا دخلًا مربحًا قسّموه على أفراد المجموعة الخمسة، ثم وسّعوا الإنتاج بتصنيع منتجاتهم في أرض مُستغَلّة من حديقة المدرسة. حمل المنتج الأوّل اسم «من الحقل إليك» وهو مخفوق الفول السوداني، وتولّت إحدى هيئات التجارة المحلية تسويقه. وبحلول العام 1995 تبرّع الطلاب بمبالغ لصندوق المنح التعليمية. وتضمّن تقرير للأمم المتّحدة أنّ واحدًا من كل ثلاثة أشخاص مقيمين في المدن يزرع بعض أنواع المواد الغذائية.

الورقة: نصل (فيه الثغور والعروق) وعنق، وتركيبها الداخلي: كيوتيكل، بشرة عليا وسفلى، نسيج وسطي عمادي وإسفنجي، حزم وعائية (خشب ولحاء)، ثغور بخلايا حارسة. الساق: بشرة، أنسجة أساسية، أنسجة وعائية في حزم (لحاء للخارج وخشب للداخل وبينهما كمبيوم)، وعقد وعقلات وبراعم. الجذر: بشرة بشعيرات جذرية، قشرة، بشرة داخلية، أسطوانة وعائية، نسيج إنشائي قمّي تحميه قلنسوة.

الأوراق: البناء الضوئي وتبادل الغازات والنتح · السوق: حمل الأوراق والأزهار ونقل الماء والغذاء وأحيانًا التخزين · الجذور: امتصاص الماء والأملاح وتثبيت النبات وأحيانًا التخزين · الأزهار: التكاثر الجنسي (إنتاج الأمشاج والتلقيح والإخصاب).

عروق الورقة: متوازية / شبكية · حزم الساق: مبعثرة / حلقة حول النخاع · الجذر: نسيج وعائي حلقي حول نخاع / قلب مصمت بأذرع خشبية · نوع الجذر: ليفي غالبًا / وتدي.

لن يستطيع رفع أوراقه للحصول على الضوء فتظلّله النباتات الأخرى، ولن ينقل الماء والغذاء بين الجذور والأوراق، ولن يحمل أزهاره عاليًا للتلقيح ونشر البذور. (استنتاج من وظائف الساق)

في النسيج الوسطي Mesophyll: العمادي (خلايا متراصّة غنيّة بالبلاستيدات الخضراء تمتصّ الضوء) والإسفنجي (خلايا متباعدة بينها فراغات هوائية تتصل بالثغور لتبادل الغازات)، وكذلك في الخلايا الحارسة لاحتوائها على البلاستيدات.

١) يُحدّد الموادّ والتراكيب المستخدمة في البناء الضوئي · ٢) يُقارن بين خطوات البناء الضوئي التي تستلزم وجود الضوء والتي لا تستلزمه · ٣) يصف تركيب الورقة النباتية ويُحدّد أين تحدث عملية البناء الضوئي · ٤) يُفسّر دور كل من ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون والكلوروفيل في البناء الضوئي.

لأن هذه الكائنات تُصبح غير قادرة على توفير متطلّباتها من الطاقة لكي تبقى على قيد الحياة، على عكس الكائنات ذاتية التغذية التي تستطيع توفيرها. فمنذ حوالى 3 مليارات سنة تطوّرت لدى بعض الكائنات القدرة على استخدام مصدر الطاقة اللامتناهي وهو الشمس.

لأنه يتمّ بواسطته إنتاج الغذاء وتحرير الأكسجين اللازم لتنفّس جميع الكائنات الحيّة؛ وغاز الأكسجين في الهواء ما هو إلّا نتاج البناء الضوئي الذي تراكم على مرّ العصور. يحدث في النباتات الخضراء والطحالب وحيدة الخلية وبعض الطلائعيات كالبكتيريا الزرقاء Cyanobacteria، ويحدث في النباتات داخل البلاستيدات الخضراء، وهي عضيّات خلوية توجد بكمّيات كبيرة في خلايا الأوراق.

باستخدام الطاقة الكيميائية الناتجة عن أكسدة مركّبات غير عضوية مثل كبريتيد الهيدروجين (H₂S) وتحليلها، لاختزال CO₂ وتثبيته في مركّبات كربوهيدراتية، فتُنتج الكبريت (S) بدلًا من الأكسجين. البناء الضوئي: CO₂ + H₂O ← (طاقة ضوء الشمس) سكّريات + O₂ · البناء الكيميائي: CO₂ + O₂ + H₂S ← سكّريات + S + H₂O. اكتُشفت عام 1977 في قاع المحيطات قرب فوّهات البراكين التي تخرج منها كمّيات كبيرة من H₂S، وتعيش عليها ديدان كبيرة الحجم غريبة الشكل وأنواع أخرى من الحيوانات.

الأطوال الموجية للضوء (400–700 نانومتر) التي يمتصّها كلوروفيل أ وكلوروفيل ب وصبغة مساعدة (بيتاكاروتين): قمم امتصاص في الأزرق/البنفسجي (~430–480) وفي الأحمر (~640–670)، والبيتاكاروتين يمتصّ بين 450 و500 تقريبًا. اللون الذي لا يُمتصّ هو الأخضر (~500–600).

سكّر الجلوكوز سداسي الكربون C₆H₁₂O₆، والأكسجين كمنتج ثانوي. الطاقة المختزنة في الروابط التساهمية للجلوكوز والكربوهيدرات الأخرى تُستخدم لاحقًا لإنتاج جزيئات ATP (الأدينوزين ثلاثي الفوسفات) الذي يُعتبر عُملة الطاقة للخلية الحيّة.

النظام الضوئي (1) Photosystem I والنظام الضوئي (2) Photosystem II، وهما وحدات جامعة للضوء في غشاء الثيلاكويد. تبدأ عندما يُمتصّ الضوء بالكلوروفيل والأصباغ في النظام الضوئي (2) الذي يستخدم بعضًا من طاقته، بواسطة بعض الإنزيمات، لشطر جزيئات الماء إلى أيونات هيدروجين (H⁺) وغاز أكسجين (O₂) وإلكترونات عالية الطاقة (e⁻). ينتشر معظم الأكسجين خارج الأوراق ليُصبح جزءًا من الهواء الذي نتنفّسه.

(أ) النظام الضوئي (2): يمتصّ الضوء وتنتقل الطاقة إلى الإلكترونات التي تمرّ بسلسلة نقل الإلكترونات، وتقوم إنزيماته بشطر الماء · (ب) سلسلة نقل الإلكترون Electrons Transport Chain: مجموعة مركّبات وسطية في غشاء الثيلاكويد تنقل الإلكترونات عالية الطاقة من النظام (2) إلى النظام (1)، وتستخدم طاقتها لنقل أيونات H⁺ نقلًا نشطًا من الستروما إلى داخل تجويف الثيلاكويد · (ج) النظام الضوئي (1): تنقل الأصباغ طاقة الضوء إلى الإلكترونات المحرّرة من النظام (2)، ثم تلتقطها الإلكترونات عالية الطاقة بواسطة NADP⁺ ليتكوّن NADPH الذي يُستخدم في صنع الجلوكوز · (د) تحرّك أيونات الهيدروجين: يمتلئ السطح الداخلي للغشاء بأيونات H⁺ موجبة، فيُصبح السطح الخارجي مشحونًا بشحنة سالبة والداخلي بشحنة موجبة · (هـ) تكوين ATP: عند مرور H⁺ عبر بروتين الغشاء المعروف بإنزيم تصنيع ATP تربط مجموعات فوسفات مع ADP مستخدمة الطاقة المنطلقة من تدفّق H⁺ فتتكوّن جزيئات ATP.

(أ) دخول CO₂ إلى الدورة: تتّحد 6 جزيئات CO₂ مع 6 جزيئات من مركّب خماسي ذرّات الكربون لإنتاج 12 جزيئًا ثلاثي ذرّات الكربون · (ب) دخول الطاقة (تثبيت الكربون): تُستخدم الطاقة في 12 ATP و12 NADPH لتحويل الجزيئات ثلاثية الكربون إلى جزيئات عالية الطاقة (ينتج 12 ADP و12 NADP⁺) · (ج) إنتاج السكّر سداسي ذرّات الكربون: يخرج جزيئان من الجزيئات ثلاثية الكربون من الدورة لإنتاج جزيء جلوكوز واحد · (د) تجدّد الجزيئات خماسية ذرّات الكربون: تتحوّل الجزيئات العشرة المتبقية إلى 6 جزيئات خماسية الكربون (باستخدام 6 ATP) ويُعاد استخدامها في الدورة التالية. أي يتكوّن جزيء واحد من الجلوكوز مقابل 6 جزيئات CO₂.

ينطلق الأكسجين في التفاعلات المعتمدة على الضوء (من شطر الماء)، وتُنتج السكّريات في دورة كالفن (اللاضوئية).

تحوّل الكائنات ذاتية وغير ذاتية التغذية طاقة الجلوكوز إلى طاقة تختزن في ATP لأداء جميع الوظائف الحيوية. تكون الكائنات ذاتية التغذية أوّل من يستهلك السكّر؛ وللنباتات الكبيرة أجهزة لنقل السوائل تنقل السكّريات على شكل سكّروز وجزيئات عالية الطاقة من الأوراق إلى الخلايا الأخرى.

تُعدّ الكربوهيدرات معقّدة التركيب الموجودة في الحبوب مصدر طاقة مهمًّا للإنسان، والأرز والخبز والمعكرونة أمثلة على الأغذية الغنيّة بالكربوهيدرات معقّدة التركيب.

يقوم النبات بهما في الوقت نفسه: يصنع الجلوكوز بالبناء الضوئي ويستخدمه في التنفّس الخلوي للحصول على الطاقة. التنفّس الخلوي تكسير جزيئات مثل الجلوكوز إلى جزيئات أبسط مثل CO₂ والماء مع انطلاق الطاقة، ونواتجه في النباتات هي نفسها عند الحيوانات. تعتمد الكمّية الصافية من السكّر المتكوّن على معدّل التنفّس الخلوي وكمّية الضوء المتاحة.

إذا كان أكثر تكون قد اكتسبت طاقة فتُخزّن الزائد أو تستخدمه للنموّ؛ وإذا استهلكت أكثر مما تنتج تكون قد فقدت طاقة. وإذا استقبلت ضوءًا أقلّ من نقطة التعويض لفترة طويلة تستهلك مخزونها ولا تستطيع البقاء/النموّ (استنتاج من التعريف؛ السؤال مطروح في الكتاب).

قصب السكّر والحشائش المدارية تحتاج كمّيات كبيرة من ضوء الشمس لتنمو بصورة أفضل. أما اللبلاب والعنب فتحتاج كمّية معتدلة ويمكنها أن تنمو في الظلّ، وتُلقَّب بعض نباتات الحدائق بنباتات الظلّ. نباتات الظلّ تنمو تحت الأشجار الكبيرة في الغابات ببطء نسبيًّا، وعندما تسقط الأشجار المسنّة أو تُقطع يصل الضوء الوافر فتنمو بسرعة أكبر.

زرع شجرة صفصاف وزنها 2 كيلوجرام في برميل يحتوي على 90 كيلوجرامًا من التربة، وروّاها بماء المطر خمس سنوات. وجد أن وزن الشجرة زاد 75 كيلوجرامًا بينما نقص وزن التربة 55 جرامًا فقط. استنتج أن نموّ الشجرة يرجع غالبًا إلى الماء الذي أُضيف إلى التربة، وكان على درجة كبيرة من الصواب، لكنه أهمل الأخذ في اعتباره أن مادّة في الهواء هي CO₂ قد أثّرت أيضًا على وزن النبتة، ولم يُوضّح أن التربة قد أسهمت بدرجة كبيرة بالمادّة الجديدة (يعني: إسهامها ضئيل). تُوضّح التجربة أن الطريق إلى المعرفة العلمية قد يكشف تفسيرًا لبعض الخطوات وليس جميعها.

حوالى 90% من الماء الذي تمتصّه النباتات يُفقَد بالتبخّر ولا يُستخدم في البناء الضوئي، فمعظم الماء لا يُضاف إلى كتلة النبتة. ويؤثّر بطريقتين: الأولى أن التفاعلات الضوئية تستلزم وجود الماء كمادّة خام، والثانية أنه لا بدّ من توفّر الماء بدرجة كافية لحفظ الخليّتين الحارستين مملوءتين كي تبقى الثغور مفتوحة؛ فعند إغلاقها لا يدخل CO₂ وسرعان ما تخلو النبتة منه.

وضع أوراقًا نباتية في محلول بيكربونات (ماء يحتوي على CO₂) وعرّضها لضوء الشمس فأنتجت ما أسماه «الهواء النقي» (الأكسجين). وعندما وضعها في ماء خالٍ من CO₂ وعرّضها للشمس لم تُنتج الأكسجين. فاستنتج أن الأوراق تستخدم CO₂ في البناء الضوئي الذي يتطلّب أيضًا الماء وضوء الشمس لكي تُنتج O₂. وCO₂ هو العامل الثالث المؤثّر ويُستخدم لصنع السكّريات البسيطة في دورة كالفن.

في العام 1870 كان تركيز CO₂ حوالى 270 جزءًا في المليون، والآن حوالى 360 جزءًا في المليون، نتيجة حرق الأخشاب والوقود الأحفوري. يحبس CO₂ الحرارة كالصوبات الزجاجية (الاحتباس الحراري)، ومن دونه يبلغ متوسّط حرارة سطح الأرض −18°C، لكن ازدياده يُشدّد الاحتباس ويؤدّي إلى التدفئة العالمية. في تجربة الغابات يبلغ تركيز CO₂ في المنطقة 550 جزءًا في المليون، وهو المستوى الذي سيتمّ الوصول إليه في منتصف هذا القرن. اكتُشف أن بعض المحاصيل نمت أكثر عند تعريضها لمستويات أعلى من CO₂، ويعتقد بعض الباحثين أن المستويات العالية ستتسبّب في إنتاج القمح والأرز بشكل أكبر؛ لكن لم يُحدَّد بعد ما إذا كانت الأنظمة البيئية ستستفيد على المدى البعيد.

التفاعلات الضوئية في غشاء الثيلاكويد: امتصاص الضوء، شطر الماء وانطلاق O₂، نقل الإلكترونات، تكوين ATP وNADPH ← دورة كالفن في الستروما: تثبيت CO₂ باستخدام ATP وNADPH وإنتاج الجلوكوز وتجدّد المركّب الخماسي.

الضوء: مصدر الطاقة الممتصّة بالكلوروفيل للتفاعلات الضوئية · الماء: مادّة خام تُشطر لتعطي الإلكترونات وH⁺ وO₂، ويحفظ الخلايا الحارسة ممتلئة لتبقى الثغور مفتوحة · CO₂: مصدر الكربون المُثبَّت في دورة كالفن لصنع السكّر.

مثال: نضع نبات إيلوديا مائي في ماء فيه بيكربونات ونعرّضه لمصدر ضوء على مسافات مختلفة، ونعدّ فقاعات O₂ المنطلقة في الدقيقة (أو نقيس حجمها في أنبوب مقلوب). المتغيّر المستقل شدّة الضوء أو كمّية CO₂، والتابع كمّية O₂ الناتجة. (مقترح؛ الكتاب لا يعطي الجواب)

الانتشار: ينتقل CO₂ من الهواء (تركيز أعلى) عبر الثغور المفتوحة إلى داخل الورقة (تركيز أقلّ بسبب استهلاكه). الأسموزية: ينتقل الماء عبر الأغشية من المنطقة الأقلّ تركيزًا للموادّ الذائبة إلى الأعلى تركيزًا، كما في دخوله الشعيرات الجذرية والخلايا الحارسة. (إجابة من المفاهيم؛ الكتاب لا يعطيها)

١) يشرح دور كلّ من الجذور والأوراق في نقل الماء في النباتات · ٢) يُفسّر آليّات نقل الماء والسكّريات في النباتات.

ثاني أكسيد الكربون هو العامل الثالث المؤثّر في البناء الضوئي ويُستخدم لصنع السكّريات البسيطة أثناء دورة كالفن. أجرى العالم الفرنسي جان سنبييه عام 1782 تجربة (شكل 28): أوراق في ماء يحتوي CO₂ (محلول بيكربونات) وعُرّضت لضوء الشمس فأنتجت الأكسجين؛ وأوراق في ماء خالٍ من CO₂ لم تنتج الأكسجين. النتيجة: الأوراق تستخدم CO₂ في البناء الضوئي، وتحتاج أيضًا إلى الماء والضوء لتنتج O₂.

الخطوات: تفاعلات الضوء في الثايلاكويدات (تحرير O₂ وإنتاج ATP وNADPH) ثم دورة كالفن في الستروما (تثبيت CO₂ وصنع السكّر). الضوء: مصدر الطاقة؛ الماء: مصدر الإلكترونات ويتحلّل فيُحرّر O₂؛ CO₂: يُستخدم لصنع السكّر. أما CO₂ والماء فينتقلان بالانتشار والأسموزية؛ فالانتشار من التركيز الأعلى إلى الأقل، والأسموزية انتقال الماء عبر الغشاء. (استنتاج من المفاهيم)

لأن خلايا النبات تفقد ضغط امتلائها بتبخّر الماء، وعند توفّر الماء تمتلئ الفجوات العصارية المركزية فتضغط على الجدار الخلوي وتبقى الخلية منتفخة. وعندما تكون الفجوات غير ممتلئة تتكمّش الخلايا ويذبل النبات.

تقوم الجذور بتثبيت النبات في التربة وبامتصاص الماء والمعادن الذائبة فيه. تتطلّب عملية الامتصاص طاقة، ولا يدخل الماء مباشرة من التربة إلى الجذور بل تتمّ بالأسموزية.

تتطلّب انتقال الماء من محيط ذي تركيز مائي عالٍ (وسط منخفض التركيز Hypotonic، أي ذي جهد مائي عالٍ High Water Potential) إلى محيط ذي تركيز مائي منخفض (وسط مرتفع التركيز Hypertonic، أي جهد مائي منخفض). التربة خليط من الرمل والطين والأملاح المعدنية (شوارد الأملاح) والهواء وأنسجة الكائنات الحية المتحلّلة، وتحتاج النباتات إلى الأملاح المعدنية لتنمو بشكل سليم (شكل 30).

يتوقّف نموّها وتزول ألوان أوراقها (النيترات تحتوي على النيتروجين).

في معظم الأحيان تركيز شوارد المعادن في التربة (جهد مائي منخفض) أكبر من تركيزها داخل خلايا الجذور (جهد مائي عالٍ)، فيميل الماء إلى الانتقال من الجذور إلى التربة بحسب قانون الأسموزية، وهذا يُشكّل خطرًا على حياة النبات؛ لذلك تكيّفت الجذور بعمليات توفّر الشروط اللازمة لانتقال الماء. أما حرق الجذور فيحدث عند إضافة كميّات كبيرة من المعادن (سماد) إلى التربة، فيؤدّي إلى موت النبات. أمثلة: نبات المنجروف الأحمر يبقى حيًّا في المياه المالحة (شكل 31) بجذور تمنع دخول الملح الزائد.

تأمين غاز الأكسجين إلى خلايا الجذر بكمية كافية بالإضافة إلى السكّريات من أجل عملية التنفّس الخلوي التي تؤمّن الطاقة. وتعتمد كمية الماء الممتصّة على كمية الماء في التربة: التربة الغنية بالماء يكون معدّل الامتصاص فيها عاليًا، وأثناء الجفاف أو تدنّي هطول الأمطار تقلّ نسبة الماء في التربة فينخفض معدّل الامتصاص.

فطريات خاصّة تعيش في علاقة تكافلية مع جذور بعض النباتات؛ تفرز إنزيمات هاضمة تساعد على تكسير الموادّ العضوية في التربة وتُحرّر العناصر المعدنية فتصبح النباتات قادرة على امتصاصها، وفي المقابل تؤمّن للنبات الغذاء كالسكّريات للفطريات.

قد يكون الريّ الزائد مؤذيًا للنباتات تمامًا مثل عدم ريّها بماء كافٍ؛ فعندما تتشبّع التربة بالماء قد لا يصل الأكسجين إلى الجذور، وإذا لم يكن متاحًا لخلايا الجذور المقدار الكافي للتنفّس الخلوي فلن تستطيع أن تنتج الطاقة اللازمة لأداء الأنشطة الخلوية.

تُغلّف جدر خلايا البشرة الداخلية الأربعة الجانبية شريط غير منفذ للماء يُسمّى شريط كاسبر (شمعي)، يمنع مرور الماء عبر الممر خارج الخلوي، فيُجبر الماء على اتّباع الممرّين الآخرين، أي الدخول من خلال الأغشية بالاتجاه الواحد نحو الأسطوانة الوعائية (شكل 33). وتوجد طبقة البشرة الداخلية المؤلّفة من خلايا ذات شكل قرميدي تُغلّف الأسطوانة الوعائية (شكل 32).

هو نقطة الانطلاق لتحرّك الماء داخل الجهاز الوعائي. تضخّ شوارد المعادن بالنقل النشط إلى البشرة ثم إلى الخلايا الداخلية في القشرة ثم إلى البشرة الداخلية فالأسطوانة الوعائية؛ فيُؤمّن الشروط اللازمة للأسموزية نحو الأسطوانة الوعائية، فينتقل الماء إلى الأسطوانة الوعائية ثم الخشب. يُنتج انتقال الماء ضغطًا كبيرًا يدفع الماء داخل الخشب باتجاه الساق. لكنه لا يكفي لتحريك الماء صعودًا عشرات الأمتار كما في أشجار الغابات الحمراء (طولها 90 مترًا). يوضّح الشكل (34) التجربة: جذر جزرة يمتصّ الماء ويدفعه صعودًا في أنبوب زجاجي.

لأنها تُحرّر المركّبات العضوية والعناصر المعدنية من أجسام الكائنات الميتة، فتصبح هذه الموادّ متاحة للامتصاص بواسطة النباتات.

أنبوب زجاجي طويل مفتوح الطرفين مليء بالماء، يُثبّت على طرفه العلوي إسفنجة مبلّلة، ويُغمس الطرف السفلي في كأس ماء: يوجد اتصال مستمر بين الإسفنجة والأنبوب والكأس بدون انقطاع. فقدان الماء عن طريق تبخّر ماء الإسفنجة يسحب مكانه ماء من الأنبوب الذي يسحب بدوره ماء من الكأس؛ ومعدّل صعود الماء في الأنبوب يتناسب طرديًا مع معدّل تبخّر الماء من الإسفنجة. وتُشبّه الإسفنجة بالسطح المبخّر (النتح في أوراق الأشجار) والأنبوب الزجاجي بالخشب الناقل للماء.

لا؛ فالماء في الخشب لا يصعد إلى الأعلى إلّا إذا خضع لقوى شدّ وجذب من أعلى وقوى دفع من أسفل، بعكس الجاذبية الأرضية وقوى الاحتكاك بجدر الأوعية الخشبية. أي أن صعود الماء يعتمد على قوى الجذب والشدّ من الأعلى (الشدّ النتحي).

هو تحرّك الماء خارج الأوراق من خلال الثغور خلال عملية التبخّر والنتح، وهذا يشدّ الماء صعودًا خلال الخشب من الجذور وحتى من التربة. ويؤدّي ازدياد معدّل النتح في الطقس الجافّ إلى تدنّي الضغط الأسموزي في خلايا النباتات فتتكمّش النباتات وتذبل، وعندما تذبل تُقفَل الثغور (للحدّ من فقدان الماء).

يحدث النتح على مستوى الثغور، وتُحفَّز عملية إقفال الثغور وفتحها بوجود انحدار في الجهد المائي بين الخلايا الحارسة والخلايا المحيطة، وينتج عن آلية نقل أملاح البوتاسيوم (K⁺) عبر قنوات خاصّة في غشاء الخلايا الحارسة بالنقل النشط بوجود الضوء، ويتطلّب ATP. يتراكم البوتاسيوم في فجوات الخلايا الحارسة (شكل 37) فينخفض جهد الماء فيها، فينتقل الماء بالأسموزية من الخلايا المحيطة إلى الخلايا الحارسة، فتنتفخ الخلايا الحارسة وتُفتح الثغور. وخلال الليل وغياب الضوء يحدث العكس فتُقفل الثغور.

لأن النتح يجذب الماء إلى أعلى مع الحفاظ على ضبط العملية في إطار حفظ توازن الماء داخل النبتة؛ ويتمّ ذلك بضبط عملية فتح الثغور وإغلاقها. وفتح الثغور وإغلاقها يتأثّر بجهد الماء في الغلاف الجوي والتربة؛ أي يعتمد على الظروف البيئية المحيطة بالشجرة. عندما تكون الظروف صعبة (حارّة وجافّة وسرعة رياح قوية) يزداد النتح وتزداد خسارة النبتة للماء، فتُقفل ثغورها لكي لا تذبل وتموت. وعند وجود كمية كبيرة من الماء في التربة وأمطار وفيرة وهواء رطب، تفتح الثغور ويرتفع معدّل النتح بشكل لا يؤثّر على فقدان النبتة كميّات كبيرة من الماء.

الأوراق: تنقل خلايا المنبع في الأوراق السكّريات إلى اللحاء لينقلها إلى باقي أجزاء النبات، بينما يتبخّر الماء من خلال الثغور في الورقة. الساق: ينقل الماء والموادّ الغذائية والسكّريات خلال النسيج الوعائي في الساق إلى جميع أجزاء النبتة. الجذور: يمتصّ الخشب في جذور النبتة الماء، وتستهلك الجذور السكّريات التي وصلت إليها بواسطة اللحاء وتخزّنها.

① تنتقل السكّريات من خلايا المنبع إلى خلايا الأنابيب الغربالية بالنقل النشط، فيصبح تركيز السكّر في اللحاء عاليًا. ② بسبب التركيز العالي للسكّر في اللحاء ينتشر الماء بالأسموزية إلى داخل الأنابيب الغربالية رافعًا ضغط الماء. ③ يُسبّب الضغط تدفّق العصارة (المحلول السكّري) خلال اللحاء. ④ تنتقل السكّريات من اللحاء إلى خلايا المصرف (بالنقل النشط)، وينتقل الماء من اللحاء إلى الخشب بالأسموزية خافضًا ضغط الماء في اللحاء. تتحرّك السكّريات إلى أسفل بحسب انحدار التركيز.

لأن الخلايا الحيّة فقط يمكنها أن توفّر الطاقة اللازمة لعملية النقل النشط (ضخّ السكّريات إلى داخل الأنابيب الغربالية وإلى خارجها).

1. لماذا تكون الخاصية الشعرية غير كافية لانتقال الماء صعودًا داخل النبتة؟ ← لأن الماء يحتاج إلى قوى شدّ وجذب من أعلى (الشدّ النتحي) لا إلى التماسك والتلاصق فقط، فضلًا عن الضغط الجذري من أسفل.
2. صف الآليّات التي تستخدمها النباتات للحصول على الماء والمغذّيات ولنقل السكّريات. ← الماء والمعادن: النقل النشط للمعادن في الجذور فالأسموزية، الممرّات الثلاثة وشريط كاسبر، ثم الضغط الجذري والشدّ النتحي والتماسك في الخشب. السكّريات: فرضية التدفّق بالضغط في اللحاء (منبع ← مصرف).
3. سؤال للتفكير الناقد: لماذا يكون نقل الماء أسرع في الظهيرة وأبطأ في الليل؟ ما العوامل البيئية؟ ← لأن الثغور تُفتح بوجود الضوء فيزداد النتح (حرارة، جفاف، رياح) فيزداد الشدّ النتحي، وفي الليل تُقفل الثغور فيقلّ النتح. (استنتاج)
4. أضف إلى معلوماتك: كيف يُؤثّر منحدر (تدرّج) التركيز على الأسموزية؟ ← ينتقل الماء من التركيز المائي الأعلى (جهد أعلى) إلى الأخفض؛ وكلما زاد الفرق زادت سرعة الأسموزية. (استنتاج)
تمرين: تتحرّك السكّريات بسرعة 2 متر/الساعة؛ زمن النقل في جذع طوله 30 م = 30 ÷ 2 = 15 ساعة (حساب).

١) يُحدّد موقع منشأ الخلايا في النباتات · ٢) يُقارن بين الأنسجة الإنشائية والأنسجة الأخرى في النباتات · ٣) يُقارن بين نمطين من نموّ النباتات · ٤) يشرح كيف يحدث النموّ الأوّلي والنموّ الثانوي في النباتات.

يزرعون أشجارًا مصغّرة في أصص ويوجّهون نموّها إلى أشكال جميلة بربط أطرافها بسلك وتقليمها. هذه الأشجار ليست من النوع الصغير، لكن عمّال البستان يتحكّمون بالحجم بزراعتها في أصص صغيرة قليلة العمق وبتهذيب الجذور والفروع المورقة الجديدة أو تقليمها بانتظام.

تحتوي النباتات العشبية والخشبية أنسجة إنشائية عند أطراف السوق والفروع وقممها، وعند أطراف الجذور وقممها، وفي البراعم عند مواقع اتصال الأوراق بالساق. كما توجد أنسجة إنشائية في النباتات الخشبية بين نسيج الخشب ونسيج اللحاء في الجهاز الوعائي وبالقرب من أسطح الساق.

الإنسان ينمو في الطول عن طريق عظام معيّنة (الفخذ والعمود الفقري)، بينما تنمو النباتات عن طريق زيادة طول قمم الجذور والسوق أو أطرافها بالأنسجة الإنشائية (المرستيمات).

الساق الأولى (ابتدائية أو أولية) هي التي تبزغ من أي بذرة، وتُكوّن السوق والأوراق. وللسوق الابتدائية نوعان من الأنسجة الإنشائية: الأنسجة القمّية والأنسجة البرعمية الإبطية (شكل 42). فالأنسجة التي توجد في قمم السوق تُكوّن الساق والأوراق، أمّا البراعم الإبطية الموجودة عند قاعدة كل ورقة فيمكن أن تُكوّن فرعًا أو زهرة؛ ولأنّ البراعم الإبطية يمكن أن تُكوّن فروعًا جانبية من الساق فإنها تُسمّى أيضًا البراعم الجانبية Lateral Buds.

في معظم النباتات تبقى البراعم الإبطية غير نشطة بفعل هرمونات الأكسين التي تُفرز في الأنسجة الإنشائية عند قمّة الساق. وإذا أُتلفت هذه القمّة أو أُزيلت سيتوقّف إنتاج هذا الهرمون وستبدأ البراعم الإبطية بالنموّ. لذلك يقوم عمّال البساتين بتقليم (قصّ) قمم الفروع ليجعلوا النباتات تنمو بصورة كثيفة، وتُستخدم هذه التقنيّة لعمل الأسوار؛ فقطع قمم السوق يُزيل التثبيط الهرموني ليبدأ نموّ البراعم الإبطية في الأفرع الجانبية.

منطقة الانقسام الخلوي عند القمّة (النسيج الإنشائي القمّي)، ثم منطقة الاستطالة، ثم منطقة التمايز (عليها الشعيرات الجذرية الماصّة). ويغطّي القمّة النامية القلنسوة Rootcap (خلايا بارنشيمية تحيط بها لحماية القمّة النامية، وهي تتآكل ثم تنشأ باستمرار خلال استطالة الجذر عميقًا في التربة).

لا؛ فمعظم النباتات العشبية يحدث فيها نموّ أوّلي فقط. وعادةً ما يُلاحَظ النموّ الثانوي فقط في الكرمات والشجيرات والأشجار. وعلى سبيل المثال يحدث النموّ الثانوي في النباتات عارية البذور. وتنتج عن النموّ الثانوي طبقات من نسيج خلوي ميت يُسمّى الخشب Wood.

يُمكّن بعض النباتات الخشبية من البقاء على قيد الحياة في بيئات معيّنة. وكلّما ازداد عرض ساق النبتة أصبحت أكثر قوّة، وتسمح الساق القوية للنبتة بأن تنمو أكثر طولًا وتُصبح لديها فرصة متزايدة للحصول على الضوء، وبسبب تنافس النباتات على الضوء فإنّ احتمال حصول النباتات المرتفعة على ضوء الشمس الحيوي أكبر، لذلك هي تتكاثر بنجاح. فالنموّ الثانوي عبارة عن التكيّف الذي يُسهم في سيادة النباتات الخشبية في أنظمة بيئية عديدة.

أحد نوعي الكمبيوم، يقع بين الخشب واللحاء. ينتج الانقسام الخلوي في الكمبيوم الوعائي خشبًا جديدًا إلى الجهة الداخلية ولحاءً جديدًا إلى الجهة الخارجية، ويحدث نموّ الخشب الجديد واللحاء الجديد في صورة دورية. في كل عام يُنتج الكمبيوم الوعائي خشبيًّا ولحاءً جديدين أثناء موسم نموّ النباتات. في بداية العام الثاني لنموّ النبات يُسمّى الخشب الجديد الذي يُنتجه الكمبيوم الوعائي الخشب الثانوي Secondary Xylem، ويُسمّى اللحاء الجديد المتكوّن بواسطة الكمبيوم الوعائي اللحاء الثانوي Secondary Phloem. كلما نمت السوق والجذور في العرض عامًا بعد عام، ينقل الخشب الثانوي الماء، في حين ينقل اللحاء الثانوي السكّريات داخل النباتات.

النوع الآخر من الكمبيوم، وهو النسيج الإنشائي الموجود بين اللحاء والبشرة. يستبدل الانقسام الخلوي في الكمبيوم الفلّيني طبقة القشرة وطبقة البشرة أو النسيج الجلدي في النباتات بـالفلّين الذي يحمي الشجرة. يتّحد اللحاء الثانوي والكمبيوم الفلّيني والفلّين ليُكوّن القلف الذي يحيط بجذع الشجرة. يستخدم الفلّين الطبيعي في صناعة بعض أنواع لوحات الإعلانات. وفي أشجار البلّوط الفلّينية في البرتغال تُنتج حوالى 60% من الإنتاج العالمي للفلّين الطبيعي. يمكن استخلاص الفلّين من أشجار البلّوط كل 7 إلى 10 سنوات، عندما تبلغ الأشجار 25 عامًا من العمر، ويمكن للأشجار التي يصل عمرها إلى 200 عام أن تظلّ تُنتج الفلّين الصالح للاستعمال. ولا بدّ أن يُراعي جامعو الفلّين عدم إتلاف طبقة الكمبيوم الوعائي عند استخلاص الفلّين، فإذا أُزيلت هذه الطبقة تموت الشجرة.

للعديد من الأشجار طبقات عديدة من الفلّين الذي يُعتبر نسيجًا ميتًا ولا يمكنه التمدّد؛ ونتيجة لذلك يشقّ النموّ الأفقي المستمرّ لجذوع الأشجار أو يفلق الطبقات الخارجية، مما يُسبّب انشقاق طبقات الفلّين وبالتالي انشقاق القلف. وللأشجار مثل البلّوط قلف متشقّق بسبب نموّ الكمبيوم الفلّيني.

سلسلة الحلقات متداخلة المركز في الخشب. في معظم الأقاليم المناخية المعتدلة يكون نموّ الشجرة موسميًّا. عندما يبدأ النموّ في فصل الربيع يبدأ الكمبيوم الوعائي بالنموّ بسرعة منتجًا خلايا واسعة فاتحة اللون ذات جدر رقيقة؛ فتتكوّن طبقة فاتحة اللون واسعة من الخشب المبكر خشب الربيع Spring Wood (Early Wood)، وهو قادر على نقل كمّيات كبيرة من الماء. مع استمرار موسم النموّ في الصيف وعندما يكون الطقس أكثر جفافًا وحرارة، يُنتج الكمبيوم خلايا أصغر لكنّها تتميّز بوجود جدر خلايا أسمك، فتُشكّل طبقة داكنة اللون تستطيع نقل كمّيات أقل من الماء، وتُسمّى الخشب المتأخر خشب الصيف Summer Wood (Late Wood)، ويحدث نموّها بمعدّل أقلّ لأنها تحدث في موسم الجفاف.

تتألّف كل حلقة نموّ من نطاق الخشب الداكن ونطاق الخشب الفاتح، وتُناظر كلّ حلقة سنة من النموّ؛ فإذا قمتَ بعدّ الحلقات في مقطع عرضي من ساق الشجرة الخشبي أمكنك تقدير عمرها. يُعطي اتّساع الحلقة معلومات عن الظروف البيئية (رطب أم جاف) التي كانت سائدة في سنة معيّنة من النموّ: فتُشير الحلقات الواسعة إلى أنّ الطقس كان ممطرًا والحرارة مناسبة، بينما تُشير الحلقات الضيّقة إلى حالة من الجفاف. وتتكوّن حلقات النموّ أيضًا في الجذور. (شكل 44: مقارنة خشب الربيع وخشب الصيف؛ خشب الربيع أكثر اتّساعًا)

القلف يتضمّن جميع الأنسجة خارج الكمبيوم الوعائي. يزداد حجم الساق عرضًا؛ والكمبيوم الوعائي ينقسم باتجاهين: الخشب الثانوي نحو الداخل واللحاء الثانوي نحو الخارج. بتراكم الأنسجة الخشبية، يتحرّك الكمبيوم الوعائي باتجاه الخارج مؤدّيًا إلى ازدياد عرض الساق ومحدثًا ضغطًا على الأنسجة الوعائية الأولية نحو الداخل والخارج؛ وتتأثّر الأنسجة الموجودة نحو الخارج مثل اللحاء الأوّلي الذي يتشقّق ويتفتّت، بالإضافة إلى الأنسجة الأخرى كالقشرة والنسيج الجلدي. ويمكن أن يؤدّي ذلك إلى فقدان الشجرة لكميّات من الماء والغذاء، ولكن لا يحدث هذا بسبب الكمبيوم الفلّيني: إذ يُغلّف القشرة ويُنتج طبقة سميكة من الفلّين، تتألّف من خلايا ذات جدر سميكة تحتوي على الدهون والزيوت والشمع. هذه الموادّ غير النافذة للماء تساعد على منع فقدان الماء من الساق. في معظم الأحيان تكون خلايا الفلّين الخارجية ميتة، ومع ازدياد حجم الساق في العرض يتمزّق الفلّين القديم وينزع على شكل شرائط أو رقع.

يُسبّب نموّ النباتات مشكلات أحيانًا، مثلًا عندما تنمو شجرة على خطوط القوى الكهربائية أو على أملاك الجيران. عادةً يعتني بالأشجار في شوارع المدينة عمّال البلدية أو مجلس الحيّ؛ وتُعتبر الأشجار المزروعة في الملكيّة الخاصة مسؤولية مالكيها الذين يستأجرون مؤسّسة خدمية أو هيئة خاصة لمساعدتهم في رعايتها.

1. أين تنشأ الخلايا والأنسجة الجديدة في النباتات؟ ← في الأنسجة الإنشائية (المرستيمية): القمّية والإبطية والجانبية (الكمبيوم).
2. صف نمطين شائعين من نموّ النباتات وما نوع النباتات التي يظهر فيها كل نمط. ← النموّ الأوّلي (استطالة في الطول، في جميع النباتات) والنموّ الثانوي (في العرض، في النباتات الخشبية: الكرمات والشجيرات والأشجار).
3. قارن بين الأنسجة الإنشائية والأنسجة الأخرى. ← الإنشائية قادرة على الانقسام الميتوزي وإنتاج خلايا جديدة؛ والأنسجة الأخرى (الوعائية والجلدية والأساسية) خلاياها متمايزة متخصّصة.
4. سؤال للتفكير الناقد: هل تتوقّع أنّ معظم النباتات أحادية الفلقة تُنتج الفلّين؟ ← لا؛ لأن معظمها لا يحدث فيها نموّ ثانوي (عشبية)، فلا يوجد كمبيوم فلّيني. (استنتاج)
5. أضف إلى معلوماتك: كيف يمكن الحفاظ على الرسالة الوراثية المدوّنة في معظم خلاياها؟ ← بالانقسام الميتوزي الذي ينتج خلايا مطابقة وراثيًا للخلية الأم. (استنتاج)

قد لا تحتاج أبدًا إلى تحريك أرجوحتك الشبكية إلى أسفل كلّما نمت الأشجار المعلّقة فيها؛ فالأشجار تنمو في الطول عند أطراف فروعها أو قممها، لذلك فالأرجوحة المثبّتة بشجرتين تبقى عند الارتفاع نفسه تقريبًا طيلة فترة حياة الشجرتين.

الدرس الأوّل: التكاثر الجنسي في النباتات (1) · الدرس الثاني: التكاثر الجنسي في النباتات (2) · الدرس الثالث: التكاثر اللاجنسي في النباتات. المقدّمة: تزهر نباتات أجراس الثلج في هواء جبال الألب، وتنبت أعشاب الصيف عبر ثلج الصيف المبكر. وبعض النباتات تُفرز الكحول الذي يعمل كمادة مانعة للتجمّد، ولأزهار نباتات أخرى بتلات لها قدرة عالية على عكس الضوء فتتخذ شكل الكؤوس لاقتناص أشعة الشمس فترتفع درجة حرارتها 10°C عن الهواء المحيط. النباتات القطبية تتكاثر بالريزومات (الجارية)، وخلال البرد تحتفظ بعض النباتات بالحرارة والطاقة لكي تمنع سوائلها الداخلية من التجمّد؛ أما في البرد القارس فتدخل النباتات في فترة الكمون.

١) يشرح ظاهرة تعاقب الأجيال في النباتات · ٢) يصف عملية تكاثر النباتات اللابذرية والنباتات البذرية.

تُقذف بقوة نتيجة تقلّص القرون التي تحويها، وقد تصل البذور إلى مسافة تتجاوز 14 مترًا، وهي من منتجات التكاثر الجنسي في النباتات البذرية.

تمرّ معظم النباتات بطور من التكاثر الجنسي في مرحلة من مراحل دورة حياتها، فإمكانية إنتاج نباتات متنوّعة وراثيًّا لا بدّ أن تكون ذات فائدة كبيرة للأنواع المختلفة. فالتنوّع الوراثي يعزّز مقدرتها على مقاومة الأمراض والافتراس والتأقلم مع التغيّرات في البيئة، ويسمح للنباتات بالاستمرار في الحياة والانتشار على شكل نباتات جديدة وهجينة ذات صفات وراثية مختلفة. الوردة الهجينة أُنتجت بانتقال حبّة لقاح من نوع من الورد إلى نوع آخر، ويستخدم مربّو النباتات هذا النوع من التكاثر الجنسي لإنتاج أزهار ذات روائح وألوان وأشكال جديدة.

لا؛ الأزهار أكثر التراكيب التكاثرية شيوعًا، إلّا أنّ هناك نباتات لا تُنتج أزهارًا، فالحزازيات والسرخسيات والنباتات المخروطية مثلًا تتكاثر من دون أن تُكوّن أزهارًا، ولهذه النباتات تراكيب متخصّصة لإيواء البويضات والأمشاج الذكرية.

النباتات المشيجية (n) تُنتج أمشاجًا أحادية المجموعة (n) بالانقسام الميتوزي ← الإخصاب (تُخصّب الأمشاج الذكرية (n) الأمشاج الأنثوية (n) لتنتج زيجوتات ثنائية المجموعة (2n)) ← النباتات الجرثومية (2n) تُنتج جراثيم تنقسم ميوزيًّا لإنتاج جراثيم (أبواغ) أحادية المجموعة (n) ← انقسام ميتوزي ← النباتات المشيجية (n). تستمرّ دورة حياة النباتات بانقسام الجراثيم أو الأبواغ ميتوزيًّا لإنتاج النباتات المشيجية. وقد تُصبح النباتات المشيجية نباتات مستقلّة كما يحدث في الحزازيات والسرخسيات، أو مجموعة من الخلايا تعتمد كليًّا على خلايا النباتات الجرثومية كما يحدث في النباتات المخروطية والزهرية.

في أمرين: الأول: أنّ الخلايا الجسمية للحيوانات هي ثنائية المجموعة الكروموسومية (2n)، أمّا خلال دورة حياة الأنواع المختلفة من النباتات فقد يكون الطور الجرثومي أو الطور المشيجي هو السائد. في معظم الأنواع النباتية يكون الطور الجرثومي هو السائد، أمّا في الحزازيات فالطور المشيجي هو السائد. الثاني: أنّ الانقسام الميوزي لدى الحيوانات يؤدّي إلى تكوين الأمشاج مباشرة، أمّا في النباتات فيؤدّي إلى تكوين الجراثيم. ويمكن للجراثيم أن تُصبح نباتات مستقلّة منتجة للأمشاج كما يحدث في السراخس والحزازيات.

في نباتات أخرى مثل المخروطية والزهرية تنمو الجراثيم إلى تراكيب منتجة للأمشاج ولا تستقلّ بل تبقى معتمدة على الطور الجرثومي. وكما في الحيوانات يحدث الإخصاب باتّحاد السابحات الذكرية والبويضة فينتج زيجوت جديد ثنائي المجموعة الكروموسومية (2n). لكن في بعض النباتات مثل الحزازيات والسرخسيات يحدث الإخصاب في الماء، أمّا في النباتات المخروطية والزهرية فيتمّ الإخصاب من دون الحاجة إلى توفّر الماء.

في فترة الخصوبة تنفصل الأمشاج الذكرية عن الأنثريدة وتسبح باتّجاه الأرشيجونة لتُخصّب البويضة عند قاعدتها فتنتج بيضة مخصّبة (زيجوت) ثنائية المجموعة (2n). بعد ذلك يقوم الزيجوت بعدّة انقسامات ميتوزية ينتج عنها جنين ثنائي المجموعة (2n) داخل الأرشيجونة. ينمو الجنين على النبتة المشيجية ويعتمد عليها في الغذاء ليصبح نبتة جرثومية (2n). تتشابه دورة حياة الخنشار (من السرخسيات) مع دورة حياة الحزازيات مع الاختلاف بأنّ الأنثريدة والأرشيجونة تتكوّنان عند السطح السفلي للنباتات المشيجية؛ وعند توفّر الماء تسبح الأمشاج الذكرية التي تُطلقها الأنثريدة باتجاه الأرشيجونة فتتّحد إحداها مع بويضة داخلها ما يؤدّي إلى إنتاج بويضة مخصّبة ثنائية المجموعة. وتُعتبر البويضة المخصّبة الخلية الأولى لنباتات جرثومية (بوغية).
خلال الطور الجرثومي (البوغي) تتكوّن المحافظ البوغية على شكل بثرات في الجهة السفلى لأوراق نباتات الخنشار؛ تقوم الخلايا في المحافظ الجرثومية بالانقسام الميوزي فتُنتج أبواغًا جديدة أحادية المجموعة الكروموسومية (n). وعندما تنفجر المحافظ الجرثومية ينتقل الهواء الجراثيم الناضجة وينشرها في مساحات واسعة من الأرض حيث تنمو لتُكوّن نباتات مشيجية جديدة أحادية المجموعة الكروموسومية.

① الإخصاب: الأمشاج الذكرية تتّحد مع البويضة داخل الأرشيجونة فتنتج زيجوتًا ثنائي المجموعة (2n)، ينقسم الزيجوت ميتوزيًّا وينمو إلى نبة جرثومية. ② محفظة جرثومية (بوغية) على النبتة الجرثومية تُنتج بالانقسام الميوزي جراثيم (أبواغ) أحادية (n). ③ تنبت الجراثيم في البيئات المناسبة وتنمو إلى نبة مشيجية. ④ تُنتج النبة المشيجية الأنثريدة (أمشاجًا ذكرية) والأرشيجونة (بويضات).

تحمل شجرة الصنوبر نوعين من المخاريط، الذكرية والأنثوية، منفصلة بعضها عن بعض (شكل 52). خلال فصل الربيع تقوم خلايا معيّنة ثنائية المجموعة من المخاريط الذكرية بإنتاج جراثيم ذكرية دقيقة Microspores أحادية المجموعة بالانقسام الميوزي. في الوقت نفسه تقوم المخاريط الأنثوية بإنتاج جراثيم أنثوية ضخمة Macrospores. وعلى عكس الحزازيات والسرخسيات لا تُكوّن الجراثيم نباتات مشيجية بل تنتج مباشرة حبوب اللقاح Pollen أو بويضات Eggs (شكل 53).

يتمّ التلقيح في الصنوبر حين تُطلق المخاريط الذكرية أعدادًا كبيرة من حبوب اللقاح التي تنتقل في الهواء. ولا يتمكّن إلّا عدد قليل منها من الوقوع على المخاريط الأنثوية، ليصل بعدها إلى البيض فيُخصّبه. فتنتج عن ذلك بيضة مخصّبة ثنائية المجموعة. تبدأ اللاقحة (البيضة المخصّبة) سلسلة انقسامات ميتوزية حتى يتكوّن جنين صغير عبارة عن سويقة تحت فلقية في أحد طرفيها جذير وفي الآخر ريشة محاطة بعدد كبير من الأغلفة (شكل 55). ويظلّ الجزء المتبقّي من النباتات المشيجية الأنثوية محيطًا بالجنين ليُكوّن الأندوسبرم. وفي الوقت نفسه يتصلّب الغلاف البيضي مكوّنًا غلاف البذرة الذي يلتصق به جناح رقيق يُساعد على انتشارها بواسطة الرياح.

يمرّ وقت طويل بين التلقيح وتكوّن البذرة في المخروطيات، يتجاوز السنة أحيانًا. وتتساقط خلال هذا الوقت المخاريط الذكرية في حين تبقى المخاريط الأنثوية معلّقة على الأشجار. عند إنبات البذرة يخرج منها جذير يخترق التربة، وتستطيل السويقة وتبدأ بالظهور فوق سطح التربة، ثم تتحوّل البادرة تدريجيًّا إلى شجرة غير محدودة النموّ. وتتميّز دورة حياة المخروطيات، على عكس الحزازيات والسرخسيات، بأنّ الإخصاب لا يحتاج إلى الماء، لذلك لا تحتاج المخروطيات لبيئة رطبة أو مائية لتتكاثر. كذلك يتواجد الجنين داخل البذرة التي تحميها الحراشف السميكة للمخاريط.

1. صف ظاهرة تعاقب الأجيال في النباتات. ← انظر الجدول أعلاه: تتناوب أجيال ثنائية (2n) جرثومية وأحادية (n) مشيجية.
2. ما الطور السائد في كل من الحزازيات والسرخسيات والمخروطيات؟ ← الحزازيات: الطور المشيجي (n)؛ السرخسيات والمخروطيات: الطور الجرثومي (2n). (الإجابة من نصّ الدرس: الطور الجرثومي هو السائد في معظم الأنواع، والمشيجي في الحزازيات)
3. ما التراكيب التكاثرية في المخروطيات؟ ← المخاريط الذكرية (تنتج حبوب اللقاح) والأنثوية (تنتج البويضات).
4. سؤال للتفكير الناقد: خلال أيّ مرحلة من دورة حياة النباتات تحدث الارتباطات الجينية؟ وأيّ من النبتتين هو أوّل من يرث مثل تلك التغيّرات: النبتة المشيجية أو النبتة الجرثومية؟ ← عند الإخصاب (تكوين الزيجوت)، ويرثها الطور الجرثومي (2n) أولًا. (استنتاج)
5. أضف إلى معلوماتك: قارن عملية الانقسام الميوزي بالنسبة إلى إنتاج الأمشاج النباتية والحيوانية. ← في الحيوانات ينتج الميوز الأمشاج مباشرة، وفي النباتات ينتج الجراثيم (أبواغًا) التي تنمو ميتوزيًّا إلى طور مشيجي ينتج الأمشاج بالميتوز. (من نصّ الدرس)

١) يُحدّد التراكيب الذكرية والأنثوية والعقيمة للزهرة · ٢) يشرح عملية الإخصاب في النباتات الزهرية · ٣) يُفسّر عملية إنبات البذور.

عندما تصادف الزهرة الذكرية الطافية على سطح الماء منخفضًا مائيًّا تصنعه الزهرة الأنثوية التي تُثبّت نفسها بساق مغمورة داخل الماء، فتنزلق الزهرة الذكرية في هذا المنخفض لتصطدم بالزهرة الأنثوية. في هذه العملية تُغبّر الزهرة الأنثوية بحبوب اللقاح التي تقوم بتلقيح البيوض. وعلى الرغم من أنّ الأزهار تُلقّح بطرق متنوّعة، إلّا أنها تحتوي كلها على التراكيب نفسها التي تسمح بحدوث عملية التكاثر.

الزهرة الكاملة Complete Flower: تحتوي على التراكيب الأنثوية والذكرية معًا، مثل أزهار المنتور والمشمش والفول. الزهرة الناقصة Incomplete Flower: تحتوي على إحدى التراكيب الأنثوية أو الذكرية فقط، مثل زهرة التين والتوت والنخيل. أمّا التراكيب العقيمة فوظيفتها حماية الأزهار والأجنّة النامية، وجذب الحشرات من أجل إتمام عملية التلقيح.

الكأس (السبلات Sepals): المحيط الخارجي للزهرة الذي يحضن التراكيب الأخرى ويحميها من العوامل الخارجية، وعادة ما تكون أوراق الكأس خضراء اللون، لكنّ عددها يختلف من زهرة إلى أخرى. التويج (البتلات Petals): يتكوّن من أوراق قد يختلف لونها من زهرة إلى أخرى، ولها روائح مختلفة تُساهم في جذب الحشرات التي تُؤدّي دورًا مهمًّا في عملية التلقيح. ومثل السبلات، قد يختلف عدد الأوراق الملوّنة أو البتلات من زهرة إلى أخرى، لكنّه ثابت في أزهار النوع الواحد.

في الوقت نفسه تبدأ بعض خلايا البويضة Ovule ثنائية المجموعة الكروموسومية بالانقسام الميوزي لتُنتج كلّ منها أربع خلايا أحادية المجموعة، تزول منها ثلاث لتبقى واحدة فقط تُسمّى الجرثومة (البوغ) الأنثوية الضخمة Megaspore. ثم تتعرّض نواة هذا البوغ إلى ثلاث انقسامات ميتوزية متتالية، لتنتج 8 أنوية أحادية المجموعة الكروموسومية مرتّبة في مجموعات: تتمركز ثلاث أنوية في أسفل البويضة (الخلية البيضية Egg Cell ونويتان مساعدتان تتفتّتان بعد الإخصاب) وثلاث أنوية في أعلاها وتُسمّى الأنوية متقابلة الأقطاب، ونواتان في منتصفها تُسمّيان النواتين القطبيتين (شكل 59). تُشكّل الأنوية الثماني مع السيتوبلازم المحيط بها الطور المشيجي الأنثوي. ثلاث فقط من هذه الأنوية تُؤدّي دورًا مهمًّا في عملية التكاثر الجنسي: النواتان القطبيتان والخلية البيضية التي تأخذ مكانها بالقرب من فتحة النقير Micropyle. أمّا الأنوية الخمس المتبقّية فتختفي مع حدوث الإخصاب.

تلتصق حبوب اللقاح على ميسم الزهرة اللزج والدبق، فتنبت مكوّنة أنبوبة تُسمّى أنبوبة اللقاح. خلال نموّها تمتدّ هذه الأنبوبة عبر القلم إلى المبيض حاملة معها النواتين: الأنبوبية والتوالدية. تُساعد النواة الأنبوبية في نموّ أنبوبة اللقاح، ثم تزول مع نهاية نموّه. أمّا النواة التوالدية أحادية المجموعة (n)، فتنقسم انقسامًا ميتوزيًّا في الأنبوبة لتُعطي نواتين أحاديتي المجموعة (n)، وتُصبحان لاحقًا النواتين الذكريتين بعد أن يستطيل شكلاهما.

يحدث الإخصاب عندما تنتقل إحدى النواتين الذكريتين من أنبوبة اللقاح عبر فتحة النقير إلى البويضة لتتّحد مع الخلية البيضية فتتكوّن الزيجوت (البيضة المخصّبة) ثنائية المجموعة 2n. في الأثناء، تُخصّب النواة الذكرية الثانية النواتين القطبيتين، ونتيجة ذلك الإخصاب الثاني يتكوّن نسيج تكوّن خلاياه ثلاثية المجموعة (3n)، ويُعرف بنسيج سويداء البذرة أو الأندوسبرم Endosperm. يُخزّن هذا النسيج الموادّ الغذائية في البذرة، بينما يتحوّل جدار البويضة إلى غلاف البذرة. ولا تحدث عملية الإخصاب المزدوجة هذه إلّا في النباتات مغطّاة البذور (شكل 61).

يبدأ الطور الجرثومي (البوغي) للنباتات مع اكتمال عملية الإخصاب وتكوّن الزيجوت الذي يتعرّض لسلسلة من الانقسامات الميتوزية، فيتكوّن الجنين Embryo، وتُصبح البويضة بذرة. في الوقت نفسه تتحوّل الأجزاء الأخرى من المبيض والأنسجة المحيطة به إلى ثمرة Fruit تُغلّف البذرة أو البذور المتكوّنة.

يُساهم انتشار البذور لمسافات بعيدة عن النبتة الأمّ في انتشار النباتات على مساحات واسعة وفي بيئات مختلفة. فبعض البذور خفيفة الوزن تُحمل بواسطة الرياح، وبعضها الآخر له خطّافات تُثبّتها بسهولة بأجسام الحيوانات التي تنقلها إلى أماكن بعيدة. كما يمكن للحيوانات أن تنقل البذور بطريقة أخرى، فعندما تأكل الثمار تنتشر البذور غير القابلة للهضم بواسطة فضلاتها. وعندما تكون الظروف البيئية مناسبة لنموّ البذور، تظهر منها أولى الأوراق وتنمو في عملية تُسمّى الإنبات Germination (شكل 62: مراحل إنبات بذرة ثنائية الفلقة).

① البذرة: يصبح الجنين داخل البذرة نشطًا بعد أن يُنشّط الماء الإنزيمات التي تحوّل النشا إلى سكّر. ② يتجاوز الجذير الابتدائي البذرة؛ يشقّ الجذر الابتدائي طريقه خارجًا من غلاف البذرة. ③ نموّ الجذر: يستجيب الجذر للجاذبية الأرضية فينمو إلى أسفل بواسطة انقسام خلايا النسيج الإنشائي القمّي. ④ الساق الابتدائية تنمو إلى أعلى باتجاه الشمس. ⑤ البادرة: يتكوّن كل من البراعم الإبطية والنسيج الإنشائي القمّي (المرستيم) وتصبح خلايا متخصّصة كلما نمت النبتة. خلال العملية يستمدّ الجنين الطاقة من الغذاء المخزّن في البذرة، فينمو ممزّقًا غلاف البذرة ويُكوّن جذيرًا Radicle وسويقة جنينية أو تحت فلقية Hypocotyl ينموان مع نموّ البادرة النباتية. يمتدّ الجذير في التربة وينمو إلى أسفل، وتنمو السويقة إلى أعلى حاملة معها الفلقتين والريشة Plumule؛ وتكون تلك السويقة أوّل الأمر منحنية إلى أسفل ثمّ تستقيم وتنفرج الفلقتان، فتعرّض الريشة للضوء والهواء. تضمحلّ الفلقتان شيئًا فشيئًا، ثمّ لا تلبثان أن تسقطا بعد أن يُستنفذ كلّ ما فيهما من غذاء مخزّن. بعد ذلك تخضرّ الريشة وتكبر، وتتميّز فيها الساق والأوراق الخضراء، فتتحوّل تدريجيًّا إلى مجموع خضري، كما يتفرّع الجذير ويستمرّ في النموّ حتى يتحوّل إلى مجموع جذري. ويُسمّى هذا الإنبات بالإنبات الهوائي لأنّ الفلقتين تظهران في الهواء فوق سطح التربة.

• مدى توفّر الماء: خلال المرحلة الأولى من الإنبات، يُنشّط الماء العديد من الإنزيمات بما فيها تلك التي تُحوّل النشا إلى السكّر الذي يُعتبر المصدر الأساسي للطاقة لنموّ الجنين.
• درجة الحرارة: تحتاج البذور إلى درجات حرارة معتدلة أو دافئة لكي تنبت. ولهذا السبب توجد وفرة كبيرة من النموّ النباتي أثناء فصل الربيع الذي يتميّز بالدفء، ما يدفع العديد من البذور الكامنة لأن تنبت.

• مدى توفّر الأكسجين: لا يحدث الإنبات في غياب هذا العنصر. ففي البذور النابتة تحدث عملية التنفّس بمعدّل سريع وبخاصّة في المراحل الأولى من الإنبات. ويتوقّف معدّل استهلاك الأكسجين على نوع الغذاء المخزّن والذي ستتمّ أكسدته.
• الضوء: يُؤثّر على إنبات بعض البذور ولا يُؤثّر على إنبات البعض الآخر. فبذور التبغ والخسّ والجزر مثلًا تحتاج إلى الضوء لكي تنبت، وعادةً ما تكون هذه الأنواع من البذور صغيرة الحجم، تحتوي على القليل من الموادّ الغذائية المخزّنة التي تكفي لإنبات البذرة لفترة زمنية قصيرة فقط، لذا تنثر هذه البذور على وجه التراب. لا يحتاج إنبات أنواع أخرى من البذور للضوء لأنّه يُعيق إنباتها؛ فبذور الحمّص والفاصوليا يجب إخفاؤها في التربة لكي لا تتعرّض للإضاءة، وتكون هذه البذور عادة ذات أحجام كبيرة نسبيًّا وتحتوي على كمّية كبيرة من الموادّ المخزّنة تكفي لإنبات البذور حتّى لو زُرعت في عمق التربة.

1. حدّد التراكيب الذكرية والأنثوية والعقيمة في الزهرة. ← الذكرية: المتك والخيط (الطلع)؛ الأنثوية: الميسم والقلم والمبيض (المتاع)؛ العقيمة: السبلات والبتلات.
2. اشرح باختصار عملية الإخصاب في النباتات، موضّحًا دور كل من التراكيب الذكرية والأنثوية. ← تنتقل حبوب اللقاح إلى الميسم فتنبت أنبوبة اللقاح عبر القلم إلى المبيض، وتدخل النواتان الذكريتان عبر النقير: إحداهما تُخصّب البيضة (زيجوت 2n) والأخرى تتّحد مع النواتين القطبيتين (أندوسبرم 3n).
3. فسّر عملية الإنبات. ← انظر مراحل الإنبات أعلاه (ماء ← إنزيمات ← جذير ثم ريشة).
4. سؤال للتفكير الناقد: هل تتوقّع أن تكون حبوب لقاح الأزهار هوائية التلقيح لزجة؟ لماذا نعم ولماذا لا؟ ← لا؛ لأن حبوب لقاح الأزهار هوائية التلقيح تكون خفيفة وجافة لتحملها الرياح، أمّا اللزجة فتلتصق بأجسام الحشرات. (استنتاج)
5. أضف إلى معلوماتك: كيف تتوائم تكيّفات النباتات بتكيّفات الكائنات التي تساعد في إتمام عملية تلقيح الأزهار؟ ← بالتطوّر المشترك: ألوان وروائح الأزهار تتناسب مع حواسّ الحشرات التي تنتقل بين الأزهار. (استنتاج)

١) يصف طرق التكاثر الخضري الطبيعي · ٢) يشرح طرق التكاثر الخضري الاصطناعي · ٣) يُعدّد فوائد التكاثر الخضري الاصطناعي · ٤) يتعرّف الزراعة في الماء · ٥) يصف التكاثر الخضري (البكري) عند النباتات الزهرية · ٦) يُحدّد مفهوم زراعة الأنسجة عند النباتات.

عندما تُقطَع القمم النامية (أنسجة مرستيمية أو إنشائية) من نبات وتوضَع في محلول مغذٍّ وشروط بيئية مناسبة، تنقسم الخلايا في النسيج الإنشائي وتُسبّب نموّ النسيج. يلي ذلك أخذ قطع صغيرة من النسيج النامي وإعادة زراعتها في محاليل مغذّية من جديد، لتنمو كلّ قطعة منها وتُصبح نبتة كاملة. بهذه الطريقة، يكون العلماء قد استنسخوا نباتات عديدة من النبتة الأمّ بطريقة من طرق التكاثر اللاجنسي.

وعلى الرغم من أنّ الكثير من النباتات يتكاثر لاجنسيًّا في أوقات معيّنة خلال دورة حياتها، فإنّ نباتات أخرى تستخدم هذه الطريقة في معظم دورة حياتها. وتُشكّل قدرة النباتات على التكاثر بالطريقتين الجنسية واللاجنسية فائدة كبيرة لها؛ ففي البيئة المستقرّة والغنية بالموارد، يكون التكاثر اللاجنسي أسرع من التكاثر الجنسي، ويُنتج نباتات متكيّفة للعيش في هذه البيئة. وحين تتغيّر الظروف البيئية، تستطيع هذه النباتات أن تتكاثر جنسيًّا فتنتج عنها نباتات تحمل صفات وراثية جديدة قد تزيد من فرصها للبقاء حيّة في تلك البيئة المتغيّرة.

تقتضي هذه الطريقة بأخذ قطعة من الساق أو الورقة أو برعم الورقة أو قطعة من الجذور، ثمّ غرسها في تربة تُناسب نموّها. الورود والعنب والليلاب وتوت العلّيق والتفّاح وقصب السكّر نباتات يتمّ اكثارها بهذه الطريقة.

هي طريقة نقل قطعة من نبتة تحتوي على برعم واحد تُسمّى الطعم، ووضعها على ساق نبتة أخرى تُسمّى الأصل. في الربيع أو الخريف، يقوم المزارعون بتطعيم الكثير من أشجار الفاكهة والحمضيات مثل التفّاح والليمون الهندي (الجريب فروت). ولنجاح عملية التطعيم، لا بدّ من اختيار الطعم من شجرة خالية من الأمراض، وأن يكون الطعم والأصل من فصيلة نباتية واحدة. ويجب تغطية مكان الطعم بغطاء ليبقى رطبًا ولمنع دخول الجراثيم إلى الشجرة الأصل. ومن طرق التطعيم تلك الموضّحة في الشكلين (67-أ) و(67-ب)، وهي التطعيم بالبرعم والتطعيم بالقلم.

تسمح هذه الطريقة بإنماء نبتة كاملة من خلايا مفردة أو قطع صغيرة من الأوراق أو الساق أو الجذور. وقد ابتكر هذه الطريقة عالم فسيولوجيا النبات الأميركي ستيوارد، عام 1958، حين تمكّن من إنماء نبتة جزر كاملة من قطع صغيرة من جذورها. زراعة الأنسجة النباتية هي مجموعة من التقنيات المُستخدمة للحفاظ على نموّ خلايا النباتات وأنسجتها في وسط معقّم ومغذٍّ. وتعتمد على حقيقة أنّ العديد من الخلايا النباتية لديها القدرة على تكوين نبتة كاملة Totipotency. تُؤدّي هذه الزراعة دورًا أساسيًّا في إنتاج محاصيل على نطاق واسع أو تجاري.

تستخدم هذه الزراعة أصغر جزء من الساق الذي يحتوي على خلايا غير متمايزة. ويُمكن لهذه الكتل الخلوية المعروفة بالكالوس Callus أن تتطوّر إلى نبتة كاملة. تُستعمل هذه التقنية في تطوير الحمضيات والبطاطا الخالية من الفيروسات المسبّبة للأمراض. مراحل شكل 68: (أ) عيّنة النبتة ← (ب) أشكال غير متمايزة من الكالوس (النسيج الليّن) ← (جـ) تنفصل الأنسجة الليّنة وتتمّ زراعة خلايا منفردة ← (د) تولّد الزراعة الإضافية نبتة جديدة.

البروتوبلاست خلايا نباتية أُزيل جدارها الخلوي السيللوزي. يمكن أن تتطوّر هذه الخلايا إلى نباتات كاملة. وتقنيّة انصهار البروتوبلاست هي نوع من التعديل الوراثي حيث تُضاف بعض الموادّ الهرمونية كالسيتوكينين إلى الوسط الغذائي لإنتاج نباتات هجينة.

الفوائد: • غياب الحاجة إلى التربة، وبذلك يُمكن الزراعة في أيّ مكان بغضّ النظر عن طبيعة التربة الموجودة فيه · • انخفاض تكاليف الريّ إذ يُمكن إعادة استخدام الماء · • تخفيف التلوّث البيئي الناتج عن الأسمدة الكيميائية الزائدة عن حاجة النباتات · • سهولة الحصاد والحصول على أعلى إنتاجية ممكنة من النباتات · • التخلّص من الأمراض والآفات الموجودة في التربة مثل الفطريات والديدان والحشرات والأعشاب (أضف إليها إمكانية التقليل من استخدام المبيدات).
السيّئات: • يُؤدّي أيّ فشل في نظام التقنية إلى الموت السريع للنباتات · • خطر هجوم الكائنات الممرضة على النباتات بسبب الرطوبة العالية · • تحتاج النباتات المائية إلى الكثير من الأسمدة المختلفة وأنظمة احتواء متنوّعة.

1. فسّر كيف يُفيد التكاثر اللاجنسي النباتات؟ ← يُنتج بسرعة نباتات مطابقة وراثيًّا مناسبة للبيئة المستقرّة الغنية بالموارد.
2. اذكر ثلاثة تراكيب تستخدمها النباتات في التكاثر الخضري. ← الريزومات، الدرنات، الكورمات/الأبصال (أو الرئد).
3. اشرح عملية التعقيل في نبتة الجيرانيوم. ← تؤخذ قطعة من الساق أو الورقة وتُغرس في تربة مناسبة فتتكوّن الجذور وتنمو نبتة جديدة. (من وصف التعقيل)
4. أيّهما يحتاج إلى وقت أقلّ لإظهار نباتات جديدة: الترقيد أم التعقيل؟ ← الترقيد؛ لأن الساق تبقى متّصلة بالنبتة الأمّ إلى أن تتكوّن الجذور.
5. ما الخاصيّة النباتية التي مكّنت العلماء من استبدال التربة بالماء كوسط زراعي؟ ← أنّ النباتات تمتصّ المعادن الأساسية على صورة أيونات لاعضوية ذائبة في الماء.
6. سؤال للتفكير الناقد: ما وجه الشبه بين التكاثر الخضري الاصطناعي والطبيعي؟ وما وجه الاختلاف؟ ← التشابه: لاجنسي ينتج أفرادًا مطابقة وراثيًّا؛ الاختلاف: الاصطناعي بتدخّل الإنسان (تعقيل، تطعيم، زراعة أنسجة) والطبيعي يحدث تلقائيًّا (رئد، ريزومات، درنات). (استنتاج)
7. أضف إلى معلوماتك: ما الأحداث التي قد تُسبّب ظهور صفة وراثية جديدة في إحدى النباتات المُنتَجة بالاستنساخ؟ ← الطفرات الوراثية. (استنتاج)

• التراكيب الأساسية للورقة النباتية هي النصل والعروق والعنق، وهي تُمكّن الورقة من العمل كعضو في عملية البناء الضوئي. • يمكن تصنيف الأوراق النباتية إلى بسيطة أو مركّبة، ويمكن تصنيف الأوراق المركّبة إلى ريشية أو راحية. • تحمل السوق النباتية والأزهار، وتنقل الماء والموادّ الغذائية إلى جميع أجزاء النباتات. • إمّا أن يكون للنباتات جذر وتدي كبير واحد أو جذور ليفية صغيرة عديدة منتشرة، وهي تمتصّ الماء والعناصر المعدنية وتثبّت النباتات. • تتكاثر النباتات الزهرية بواسطة البذور. • تتحوّل طاقة ضوء الشمس أثناء البناء الضوئي إلى طاقة كيميائية مُختزنة في الغذاء. • تتكوّن المرحلة الأولى من عملية البناء الضوئي من تفاعلات ضوئية تُستخدَم فيها الطاقة الضوئية لشطر الماء إلى غاز الأكسجين، أيونات هيدروجين وإلكترونات عالية الطاقة، ويساعد تدفّق الإلكترونات في توليد مركّب الـ ATP. • في المرحلة الثانية، أي دورة كالفن (التفاعلات اللاضوئية)، يتحوّل ثاني أكسيد الكربون إلى جزيئي ثلاثي ذرّات الكربون يُستخدم في إنتاج الجلوكوز. • تتبادل النباتات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون مع الهواء الجوّي وتفقد الماء من خلال ثقوب تُسمّى الثغور، وتتحكّم الخلايا الحارسة في حجم الثغور. • لكي تخزّن النباتات الطاقة أو تنمو، لا بدّ أن تُنتج كمّية جلوكوز أكبر من تلك التي تحتاج إليها في عملية التنفّس الخلوي. • تفقد النباتات معظم الماء الذي تمتصّه خلال عملية التبخّر.

• يحفظ الماء في الفجوات الخلوية ضغط الامتلاء للخلايا النباتية. • تمتصّ الجذور الماء من التربة بواسطة الأسموزية. • تدخل بعض العناصر المعدنية الجذور بواسطة الانتشار، وبعضها الآخر بواسطة النقل النشط. ويحتاج جميع الجذور لتُوفّر الطاقة لعملية النقل النشط. • في النباتات الوعائية، ينقل نسيج الخشب الماء والأملاح المعدنية الذائبة، وينقل اللحاء العصارة المحتوية على السكّريات الذائبة المنتجة خلال عملية البناء الضوئي. • إنّ خلايا نسيج الخشب هي خلايا ميتة وجوفاء. عندما يتبخّر الماء خلال الأوراق أثناء عملية النتح، يتمّ تعويض هذا الماء من خلال سحب ماء إلى أعلى خلال الأنابيب الجوفاء بواسطة قوى التماسك. • تستخدم خلايا اللحاء الحيّة الطاقة في النقل النشط للسكّريات من خلايا المنبع إلى الأنابيب الغربالية، ومن الأنابيب الغربالية إلى خلايا المصرف. • يحدث النموّ الأوّلي (أو الابتدائي) في الأنسجة الإنشائية (أو المرستيمية) القمّية، أي عند قمم السوق والفروع والجذور، وكذلك عند مواضع اتّصال الأوراق بالسوق. • يحدث في جميع النباتات نموّ أوّلي. ويُمكن للنباتات الخشبية أيضًا أن تنمو أكثر في العرض من خلال النموّ الثانوي. • الخشب عبارة عن طبقات من نسيج الخشب الثانوي. ويتكوّن القلف من طبقات الفلّين والكمبيوم الفلّيني واللحاء. • يُوفّر عرض طبقات نسيج الخشب الربيعي والصيفي بيانات عن تغيّرات المناخ.

• يستلزم التكاثر الجنسي في النباتات حدوث تعاقب أجيال أحادية المجموعة وأجيال ثنائية المجموعة الكروموسومية. • الطور المشيجي هو الطور السائد في الحزازيات، والطور الجرثومي (البوغي) هو السائد في السرخسيات والنباتات المخروطية والزهرية. • يُنتج العديد من النباتات البذور أثناء التكاثر الجنسي.

اختيار من متعدّد: ١) العروق (تنقل السوائل بين الأوراق والسوق عبر الأعناق) · ٢) البذرة · ٣) العروق (الأوعية الأنبوبية الناقلة في الورقة) · ٤) الأزهار · ٥) التكاثر الخضري · ٦) حبوب اللقاح · ٧) المبيض (يتطوّر إلى الثمرة).
صح/خطأ: ١) القمح من النباتات أحادية الفلقة ✓ · ٢) الأرشيجونة تركيب أنثوي (الذكري هو الأنثريدة) ✗ · ٣) تعاقب الأجيال يحدث في جميع النباتات وليس اللابذرية فقط ✗ · ٤) التقسيم إلى أحادية وثنائية الفلقة خاصّ بمغطّاة البذور لا عارية البذور ✗ · ٥) الطور السائد في النباتات البذرية هو الجرثومي (النبتة المشيجية ليست السائدة) ✗ · ٦) تنشأ التراكيب التكاثرية لعارية البذور في مخاريط ذكرية وأنثوية ✓. (إجابات نموذجية مستنتجة من نصوص الدروس)
تذكير بأسئلة التفكير: أمثلة: الأسئلة 5–12 تدور حول مقارنة طورَي الحياة، والنسيج الوسطي (فراغات هوائية)، مرحلتَي البناء الضوئي (الضوئية تُنتج الأكسجين، دورة كالفن تُنتج الجلوكوز)، تحكّم الخلايا الحارسة في الثغور، الكلوروفيل، الذبول، أهمية الطور المشيجي في السرخسيات، وأهمية انبثاق الجذير أولًا في الإنبات (يُثبّت البذرة ويمتصّ الماء). (استنتاج)
تمرين حسابي (م3 ص89): شجرة طولها 105 م، والماء يتحرّك بأقصى معدّل 2 م/ساعة ← زمن الصعود = 105 ÷ 2 = 52.5 ساعة (حساب).

الدرس الأول: الأنماط الوراثية · الثاني: مبادئ علم الوراثة · الثالث: دراسة توارث الصفات في الإنسان · الرابع: ارتباط الجينات (الارتباط والعبور) · الخامس: الوراثة والجنس.

يتعرّف مفهوم علم الوراثة والصفات الوراثية · يُميّز بين الصفات السائدة والصفات المتنحّية · يفهم قوانين مندل الوراثية · يفهم موضوع السيادة · يُحدّد شروط تحقّق النسب المندلية · يتعرّف مفهوم التلقيح الاختباري وتطبيقاته · يتعرّف مفهوم انعدام السيادة · يتعرّف توارث الصفات باستخدام سجلّ النسب الوراثي · يُفرّق بين الاختلالات الوراثية السائدة والمتنحّية وطرق تحديدها · يتعرّف مفهومَي الارتباط والعبور وما ينتج عنهما من ارتباطات جينية جديدة · يُفسّر دور الوراثة في تحديد الجنس · يُميّز بين الكروموسومات الجنسية والذاتية · يتعرّف الصفات الوراثية المرتبطة والمتأثّرة بالجنس.

منذ قرون عدّة يجهل الناس لماذا يتشابه أفراد العائلات؛ وجاءت الأدلّة الأولى من خلال دراسة دقيقة لتوارث الصفات في النباتات، واكتُشفت معلومات كثيرة غيرها بعد اكتشاف المجهر. قبل القرن العشرين اعتقد الناس أنّ الخصائص البيولوجية تنتقل بواسطة الدم («نسب الدم»)، لكننا نعلم الآن أنّ هذه الخصائص تنتقل كرسائل كيميائية في الكروموسومات، وهذه الرسائل مرمّزة على جزيئات الـ DNA داخل النواة.

الأدوات: قلم رصاص، ورقة بيضاء، ورقة رسم بياني. ١) كن واثقًا من قدرتك على تحديد كلّ صفة: القدرة على لفّ اللسان على شكل U، شحمة الأذن ملتحمة أم سائبة، وجود شعر على السلامى الوسطى لأصابع اليد أو غيابه، وجود غمّازات على الخدّ أو غيابها. ٢) ضع جدولًا لتستخدمه في حصر أفراد عائلتك أو معظم أصدقائك. ٣) أحصِ الأشخاص الذين تبدو عليهم صفة أو أكثر. ٤) ارسم شكلًا بيانيًّا لنتائجك: أيّ الصفات أكثر وضوحًا وأيّها الأكثر انتشارًا؟

لكلّ نوع من الكائنات الحيّة صفات تُميّزه عن الكائنات الأخرى؛ والكائنات تتكاثر جيلًا بعد جيل لتنتقل صفاتها إلى نسلها لكي ينمو إلى النوع نفسه (فلا يُنجب البشر إلّا بشرًا، ولا تلد الفئران إلّا فئرانًا، ولا تنتجُ بذور البلح إلّا نخلًا). وعلى الرغم من تشابه أفراد النوع الواحد في صفات نوعيّة تُميّزهم عن أفراد الأنواع الأخرى، إلّا أنّ كلّ فرد من أفراد النوع نفسه له صفاته وملامحه الخاصّة. (مثال: الخجل عند الأطفال صفة يحدّد مقدارها علم الوراثة إلى حدّ ما، ويقلّ الخجل عمومًا كلّما اقترب الإنسان من سنّ الرشد.)

منذ القدم يعرف الإنسان أنّ صفات الآباء تنتقل إلى الأبناء من جيل إلى جيل، لكنّه لم يكن يعرف شيئًا عن القوانين والآليّات التي تحكم انتقال الصفات. وقد افترض العلماء القدامى لعدّة قرون أنّ صفات الآباء تمتزج في الأبناء، لكنّ هذا الفرض لم يُقدّم تفسيرًا عن ظهور صفات لدى بعض الأبناء لم تكن ظاهرة في الآباء، ولم يستطع العلماء تفسير ذلك إلّا بعد اكتشاف تركيب الخلية. وبعد الدراسات والتجارب العديدة تبيّن أنّ الصفات الوراثيّة تنتقل من الآباء إلى الأبناء بواسطة الكروموسومات (الأبناء يستقبلون نصف عدد الكروموسومات من أحد الوالدين والنصف الآخر من الوالد الآخر، من خلال عملية التكاثر الجنسي).

يُعتبر العالم النمساوي جريجور مندل (1822–1884م) مؤسّس علم الوراثة الحديث. درس العلوم والرياضيات في جامعة فيينا، ثمّ أصبح راهبًا في دير بقرية برن التي ولد فيها. بدأ في العام 1860م سلسلة من التجارب على نباتات البازلّاء، تمكّن من خلالها التوصّل إلى مجموعة من المبادئ والقوانين الرئيسيّة لعلم الوراثة الحديث. (فقرة إثرائية «خطوط الدم»: حسب أسطورة شعبية تنتقل الصفات عن طريق الدم؛ ومصطلح «خط الدم» الذي يستخدمه مربّو الحيوانات يعكس هذه الأسطورة.)

اختار مندل نباتات البازلّاء التي كان يزرعها في حديقة الدير الذي كان راهبًا فيه لإجراء تجاربه على مجموعة من الصفات المتوارثة. وتميّزت تجارب مندل عن تجارب العلماء الذين سبقوه أو عاصروه بدراسة كلّ صفة على حدة في بداية تجاربه، وباستخدام أعداد كبيرة من النباتات (20,000 نبتة)، وباستخدام الاحتمالات والإحصاء الرياضي في تفسير النتائج.

١) تركيب أزهار البازلّاء: فهي أزهار خنثاء، تحيط بتلات التويج بأعضائها التناسلية تمامًا في شكل زورق، ما يسمح بحدوث عملية التلقيح ذاتيًّا حيث تُحاط الأزهار بكيس لضمان عدم وصول حبوب لقاح أخرى إليها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إحداث التلقيح الخلطي فيها بسهولة من خلال نزع المتك منها قبل نضجها، ثم إحاطتها بكيس من الورق على أن تُنقل إليها حبوب اللقاح بطريقة صناعية في الوقت المناسب (شكل 73).
٢) يحمل نبات البازلّاء أزواجًا من الصفات المتضادة (المتقابلة أو المتعارضة) سهلة التمييز والرؤية، ما سهّل على مندل ملاحظة نتائج تجاربه.
٣) قِصر دورة حياة نبات البازلّاء (3 أشهر) يسمح بتكرار التجارب من ثلاث إلى أربع مرّات على الأقل على مدار العام الواحد.

درس مندل في تجاربه وراثة سبع صفات متضادّة، لكلّ صفة منها مظهران يسهل تمييزهما بعضهما عن بعض. فعلى سبيل المثال، إمّا أن يكون الساق طويلًا (أكثر من 150 cm) أو قصيرًا، ولا يوجد طول متوسّط؛ أمّا بالنسبة إلى لون البذور فإمّا أن تكون صفراء أو خضراء، ولا يوجد لون وسط بين هذين اللونين. بدأ مندل تجاربه بالتأكّد من نقاء هذه الصفات عن طريق زراعة النباتات وتركها تتلاقح ذاتيًّا لتنتج الصفة نفسها التي كان يدرسها من جيل إلى آخر من دون أي تغيير؛ فالنباتات الطويلة لا تنتج إلّا نباتات طويلة جيلًا بعد جيل، والنباتات ذات الأزهار البنفسجية لا تنتج إلّا نباتات ذات أزهار بنفسجية جيلًا بعد جيل. وبذلك حصل مندل على نباتات تتميّز بنقاء صفاتها الوراثية، وأطلق على صفات هذه النباتات مصطلح صفات نقية.

استخدم مجموعتين مختلفتين من النباتات النقية (تحمل كلّ مجموعة منها أحد شكلي الصفة التي كان يدرس توارثها)، وأطلق عليها اسم جيل الآباء (P). أجرى مندل التلقيح الخلطي بين المجموعتين، ثمّ زرع البذور الناتجة، فأنتجت بذورها نباتات أطلق عليها اسم الجيل الأوّل (F₁). ثم ترك هذه النباتات تتلاقح ذاتيًّا ثمّ زرع البذور التي حصل عليها، فأنتجت نباتات أسماها الجيل الثاني (F₂). (نباتات الآباء: إحدى المجموعتين طويلة الساق نقية، والأخرى قصيرة الساق نقية.)

توقّع مندل أن يحصل على نباتات طويلة الساق وأخرى قصيرة الساق في الجيل الأوّل، لكنّه فوجئ بأنّ نباتات الجيل الأوّل كانت كلّها طويلة الساق. ودهش مندل عندما ظهرت بعض نباتات الجيل الثاني طويل الساق بنسبة 75% وبعضها الآخر قصير الساق بنسبة 25%. فالصفة الوراثية لقصر الساق قد اختفت في نباتات الجيل الأوّل ثمّ عاودت الظهور في نباتات الجيل الثاني. ولاحظ مندل أنّ النسبة العددية بين نباتات الجيل الثاني كانت تقريبًا 3 : 1 (طويل : قصير).

كرّر مندل تجاربه على الصفات الستّ المتبقّية، وفي كلّ مرّة كان يحصل على النمط الوراثي نفسه: تظهر إحدى الصفتين فقط في الجيل الأوّل ثم تظهر الصفتان معًا في الجيل الثاني بنسبة عددية ثابتة 1:3 تقريبًا. النسب الحقيقية (سائد : متنحٍّ) في الجدول (1): طول الساق 1 : 2.84 · شكل القرن 1 : 2.95 · لون القرن 1 : 2.82 · شكل البذور 1 : 2.96 · لون البذور 1 : 3.01 · موضع الزهرة 1 : 3.14 · لون الزهرة 1 : 3.15 (أي قريبة من 3 : 1). أطلق مندل على الصفة التي يحملها أحد الأبوين، وتظهر في أفراد الجيل الأول اسم الصفة السائدة Dominant Trait، أمّا الصفة التي يحملها أحد الأبوين ولا تظهر في الجيل الأوّل فقد أطلق عليها اسم الصفة المتنحّية Recessive Trait؛ أي أنّ الساق الطويلة سائدة على القصيرة. ووجد مندل أنّ 75% من نباتات الجيل الثاني تحمل الصفة السائدة، أمّا الـ 25% المتبقّية فتحمل الصفة المتنحّية.

حاول مندل تفسير ملاحظاته حول التجارب المقنّنة التي أجراها باستخدام التحليل الإحصائي، فافترض أنّه يتمّ التحكّم بالصفة الوراثية بواسطة ما أسماه «العوامل» التي توجد في أزواج في خلايا الكائن. تُعرف حاليًّا العوامل التي افترضها مندل باسم الجينات Genes، وهي أجزاء من الكروموسومات مسؤولة عن إظهار الصفات الوراثية. لاحظ أنّه في الفترة الزمنية التي كان مندل يجري فيها تجاربه لم تتوفّر أيّة معرفة بالكروموسومات أو الجينات. افترض مندل أيضًا أنّه لا بدّ من وجود شكلين على الأقلّ لكلّ عامل من هذه العوامل (أو الجينات) بسبب وجود مظهرين لكلّ صفة وراثية، ويسمّى كلّ واحد منهما بـالأليل. الأليل السائد Dominant Allele: الذي يظهر تأثيره عندما يجتمع الأليلان؛ الأليل المتنحّي Recessive Allele: الذي لا يظهر تأثيره عندما يجتمع مع الأليل السائد. وإذا كان الأليلان متماثلين (سواء أكانا سائدين أم متنحّيين) تكون الصفة الوراثية صفة نقية Pure Trait. أمّا إذا اجتمع الأليل السائد مع المتنحّي، فتكون الصفة صفة هجينية Hybrid Trait.

عادةً ما يُمثَّل الأليل السائد بالحرف الأوّل الكبير من الكلمة الأجنبية الدالّة على الصفة الوراثية كرمز للتعبير عن «العامل» أو «الجين» السائد المسؤول عن إظهار الصفة السائدة وتوريثها. ويُستخدَم الحرف الصغير للحرف نفسه للتعبير عن العامل أو الجين المسؤول عن الصفة المتنحّية المقابلة. فعلى سبيل المثال، يُمثّل الجين المسؤول عن صفة طول الساق بالحرف "T"، أمّا الجين المسؤول عن صفة قصر الساق فيُمثّل بالحرف "t" (الحرف "T" أو "t" هو الحرف الأوّل من كلمة Tall)، وبالتالي يُعبَّر عن كلّ صفة بحرفين.

نشر مندل ملخّصًا لتجاربه وملاحظاته واستنتاجاته في العام 1866، لكنّها لم تلقَ أيّ صدًى. ولم يُفهَم مغزى أعمال مندل إلّا بعد 50 عامًا على وفاته، بعد أن اكتُشفت الكروموسومات وعملية الانقسام الميوزي.

1. اشرح الفرق بين الصفة الوراثية السائدة والصفة الوراثية المتنحّية. ← السائدة تظهر في الجيل الأول عند اجتماع الأليلين (حتى مع وجود أليل متنحٍّ)، والمتنحّية لا تظهر إلّا عند وجود أليلين متنحّيين.
2. ما النتيجة التي تتوقّعها من تجارب مندل لتلقيح نبات بازلّاء نقي أزهاره إبطية الموضع (axial) مع نبات بازلّاء نقي أزهاره طرفية الموضع (terminal)؟ ← جميع نباتات الجيل الأول إبطية الموضع (الصفة السائدة). (استنتاج من الجدول)
3. سؤال للتفكير الناقد: فوجئ مندل باختفاء صفة أحد الأبوين في الجيل الأول من تجاربه. ما تفسيرك لذلك؟ ← لأن الصفة المختفية متنحّية، وأليلها المتنحّي يُغطّيه الأليل السائد في الهجين.
4. أضف إلى معلوماتك: قارن بين التلقيح الخلطي والتكاثر اللاجنسي. ← التلقيح الخلطي يجمع أمشاجًا من فردين (تنوّع وراثي)؛ اللاجنسي يعطي أفرادًا مطابقة للأمّ.
5. التلقيح بين نبتتي بازلّاء، الأولى بذورها صفراء اللون والثانية بذورها خضراء اللون، أعطى في الجيل الأول نباتات بذورها صفراء اللون: (أ) ماذا تستنتج؟ ← الأصفر سائد على الأخضر. (ب) أعطِ رموزًا للأليلات ← Y للأصفر السائد، y للأخضر المتنحّي. (جـ) التركيب الجيني للآباء والأبناء في الجيل الأول ← الآباء YY × yy، والجيل الأول Yy. (حلّ نموذجي)

١) يُلخّص قوانين مندل الوراثية ويفسّر بعض تطبيقاتها · ٢) يُحدّد شروط تحقّق النسب المندلية · ٣) يُوضّح مفهوم السيادة في الكائنات الحيّة · ٤) يتعرّف مفهوم انعدام السيادة وبعض تطبيقاته · ٥) يتعرّف مفهوم التلقيح الاختباري وبعض تطبيقاته.

قبل عصر مندل لم يكن يُعرف شيء عن الكروموسومات. لكن بعد اكتشاف تقنيات صبغ الأنسجة شوهدت الكروموسومات في أنوية الخلايا للمرّة الأولى في أواخر القرن التاسع عشر (شكل 76)، وسمحت للعلماء بملاحظة التغيّرات التي تشهدها الكروموسومات أثناء الانقسامين الميتوزي والميوزي. بعد إعادة اكتشاف ما نشره مندل، بدأ العلماء بملاحظة التشابه بين سلوك الكروموسومات وسلوك العوامل الوراثية التي افترضها مندل (الجينات). وقد سمح ذلك للعالم ساتون في العام 1903 بوضع «النظرية الكروموسومية في الوراثة Chromosome Theory of Heredity» والتي تُقرّ بأن «مادّة الوراثة محمولة بواسطة الجينات الموجودة على الكروموسومات». بناءً على ذلك، إنّ سلوك الصفات عند انتقالها من جيل إلى الجيل الذي يليه يرجع إلى سلوك الكروموسومات وما تحمله من جينات.

استخدم العلماء مجموعة من المصطلحات والرموز لتبسيط شرح النظرية الكروموسومية في الوراثة. الأليلات Alleles: أشكال مختلفة للجينات، ولكلّ جين صفة وراثية. مثال: يتحكّم في لون قرن البازلّاء جين واحد له أليلان: أحدهما للقرون الخضراء (الصفة السائدة) ويُرمَز له بالحرف (G)، والآخر للقرون الصفراء (الصفة المتنحّية) ويُرمَز له بالحرف (g). طبقًا لاستنتاجات مندل توجد عوامل (جينات) للصفة في أزواج؛ لذلك فإنّ جينَي الصفة الوراثية قد يكونان متماثلين (للسائدة أو للمتنحّية) فيُسمّى الفرد نقيًّا أو متشابه اللاقحة Homozygous، أو يحتمل أن يكون الجينان مختلفين (أحدهما للسائدة والآخر للمتنحّية) فيُسمّى الفرد هجينًا أو خليطًا أو متباين اللاقحة Heterozygous. التركيب الجيني للبازلّاء النقي للقرون الخضراء هو GG، والهجين Gg.

التركيب الجيني Genotype: التركيب الوراثي أي جينَي الصفة الوراثية (مثل GG أو Gg أو gg). التركيب الظاهري Phenotype: الصفة الظاهرة على الفرد (فقد يكون نبات البازلّاء بنفسجي أو أبيض الأزهار، طويل أو قصير الساق). مثال: في تجارب مندل لجيل الآباء، النباتات طويلة الساق لها تركيب جيني نقي (TT)، والنباتات قصيرة الساق لها تركيب جيني نقي (tt)، وأنتجت نباتات الجيل الأول لها تركيب ظاهري طويل الساق (صفة سائدة) وتركيب جيني هجين (Tt).

يستخدم علماء الوراثة بعض الوسائل والأدوات للتوقّع بتوارث التراكيب (الأنماط) الظاهرية والجينية في تجاربهم قبل القيام بها. ومن هذه الأدوات أداة صمّمها العالم بانت وتُعرف بـمربّعات بانت Punnett Squares، وهي عبارة عن مربّعات لتنظيم المعلومات الوراثية لتوضيح النتائج المتوقّعة في تجارب الوراثة وليس النتائج نفسها. التهجين الأحادي Monohybrid Cross: دراسة توارث صفة واحدة من دون النظر إلى باقي الصفات.

١) أرسم جدولًا من خطوط متقاطعة: ضع أليلات المشيج التي تخصّ أحد الأبوين في قمّة الجدول، وتلك الخاصّة بالآخر على الجانب الأيمن. ٢) املأ الخانات: زاوِج بين أليلات أمشاج الأبوين؛ الحروف الناتجة تمثّل التراكيب الجينية للأبناء. ٣) حدّد التراكيب الظاهرية للأبناء والنسب بينها (استخدم قانون السيادة التامّة).
النتيجة: التراكيب الجينية YY : Yy : yy = 1 : 2 : 1 (25% : 50% : 25%)، والتراكيب الظاهرية 3 : 1 (3 بذور صفراء : 1 خضراء).

درس مندل أيضًا توارث صفتين وراثيتين في الوقت نفسه، فأجرى تلقيحًا خلطيًّا بين نباتي بازلّاء يحمل أحدهما صفتين سائدتين نقيّتين هما بذور ملساء وصفراء اللون (YYRR)، في حين يحمل الآخر صفتين متنحّيتين هما بذور مجعّدة وخضراء اللون (yyrr)، فجاءت جميع نباتات الجيل الأوّل تحمل بذورًا ملساء وصفراء اللون (YyRr)، أي أنّها تحمل الصفتين السائدتين فقط. ثمّ ترك مندل نباتات الجيل الأوّل تتلاقح ذاتيًّا، فظهرت نباتات الجيل الثاني تحمل جميع الارتباطات الممكنة لشكل البذور ولونها. نسب الجيل الثاني: 9 ملساء صفراء : 3 ملساء خضراء : 3 مجعّدة صفراء : 1 مجعّدة خضراء (= 9/16 : 3/16 : 3/16 : 1/16).
لاحظ مندل أنّ النسبة نفسها بالنسبة لكلّ صفة من هاتين الصفتين هي التي حصل عليها في تجاربه على زوج واحد من الصفات (3 : 1)؛ هذا يعني أنّ توارث لون البذور لا يرتبط بتوارث شكلها، أي أنّه يتمّ توارث كلّ صفتين متضادّتين بشكل مستقلّ عن الصفتين الأخريين. نصّ القانون الثاني: «تنفصل أزواج الجينات بعضها عن بعض، وتتوزّع في الأمشاج عشوائيًّا ومستقلّةً كلّ منها عن الأخرى». وطبقًا لهذا القانون، سوف تتوزّع الأليلات مستقلّة، ما يُؤدّي إلى إمكانية تواجد أربعة احتمالات للأليلات في أمشاج الجيل الأول: RY, Ry, rY, ry (شكل 81).

يُلاحَظ أنّ انفصال أزواج الكروموسومات يحدث عشوائيًّا وتنتج الاحتمالات الممكنة للكروموسومات في الأمشاج؛ فلو لم تتفصل أزواج الكروموسومات عشوائيًّا سيكون للأبناء ارتباط الصفات نفسه مثل أحد الأبوين، أي من دون قانون التوزيع المستقلّ لا يمكن أن يكون لون عينَي أبيك ولا ابتسامة أمّك لديك معًا.

الفرد الذي يحمل صفة سائدة يُمكن أن يكون تركيبه الجيني نقيًّا (متشابه اللاقحة) أو هجينًا (خليطًا أو متباين اللاقحة)؛ أمّا الفرد الذي يحمل الصفة المتنحّية المقابلة فدائمًا ما يكون تركيبه الجيني نقيًّا أو متشابه اللاقحة. ولتحديد التركيب الجيني للفرد الذي يحمل الصفة السائدة يُجرى التلقيح الاختباري Test Cross: تلقيح خلطي بين الفرد الذي يحمل الصفة السائدة (تركيبه الجيني غير محدّد) مع فرد يحمل الصفة المتنحّية المقابلة (دائمًا متنحٍّ نقي، مثل yy).
• إذا كان التركيب الجيني للفرد المختبَر سائدًا نقيًّا (YY × yy) ← جميع الأفراد الناتجة تركيبها الظاهري سائد (جميعها Yy، بذور صفراء).
• إذا كان المختبَر هجينًا (Yy × yy) ← نصف الأفراد صفراء (Yy) والنصف الآخر خضراء (yy)، أي نسبة 1 : 1 (شكل 83).

التركيب الجيني للنبات السائد هو Yy (هجين)، لأن ظهور الصفة المتنحّية (الخضراء) في النسل بنسبة 1:1 يدلّ على أنه يحمل الأليل المتنحّي y.

• إذا كانت النبتة نقية للصفتين (YYRR): ستكون جميع البذور الناتجة ملساء وصفراء اللون (YyRr).
• إذا كانت النبتة هجينة للصفتين (YyRr): ستكون نسبة البذور الناتجة 1:1:1:1 (25% بذرة صفراء ملساء، 25% صفراء مجعّدة، 25% خضراء ملساء، 25% خضراء مجعّدة). التركيب الجيني لنبتة البازلّاء ذات الصفتين السائدتين: انظر الاحتمالين.

يكون التركيب الظاهري للهجين وسطيًّا بين التركيبين الظاهريين للأبوين النقيين. مثال: توارث لون الأزهار في نبات حنك السبع (Snapdragon): يُعتبر اللون القرنفلي لأزهار نبات الجيل الأوّل صفة وسطية بين اللونين الأحمر والأبيض لأزهار الآباء. يظهر تأثير الأليل (R) على الصفة الظاهرية للزهرة، وفي الوقت نفسه يظهر تأثير الأليل (W)، ولا يسود أيّ منهما سيادة تامّة على الآخر؛ فلا توجد أليلات مسؤولة عن إظهار اللون القرنفلي للأزهار. الآباء: RR (أحمر) × WW (أبيض) ← الجيل الأول RW (قرنفلي) ← الجيل الثاني بالتلقيح الذاتي: RR : RW : WW = 1 : 2 : 1، أي أحمر : قرنفلي : أبيض = 1 : 2 : 1 (نسبة ظاهرية 1:2:1). علّل: رُمز لأليل لون الأزهار الأبيض بالرمز W وليس r — لأنه لا توجد سيادة لأحد الأليلين على الآخر.

يظهر تأثير الأليلين الموجودين في الفرد الهجين كاملين منفصلين في حالة السيادة المشتركة. مثال: وراثة لون الشعر في أبقار الشورتهورن، حيث إنّ أليلي لون الشعر الأحمر (R) والأبيض (W) ذات سيادة مشتركة؛ فإذا تزاوج ذكر شورتهورن أحمر اللون (RR) مع أنثى شورتهورن بيضاء اللون (WW) ينتج أفرادًا هجينة تمتلك شعرًا أبيض وأحمر (RW) في آنٍ واحد (شكل 87). بالتالي لا يوجد سيادة لأحد الأليلين على الآخر. الفرق: في غير التامّة يظهر الهجين بصفة وسطية جديدة (قرنفلي)، وفي المشتركة تظهر الصفتان معًا منفصلتين (أبيض وأحمر).

توجد أمثلة أخرى توضّح انعدام السيادة مثل توارث لون الجلد في بعض سلالات الأبقار حيث توجد أبقار حمراء وأخرى بيضاء. تزاوج فردين من هذين اللونين يُنتج أبقارًا هجينة ذات لون بنّي مبقّع (أو مبيّض أو أغبر)، يُعتبَر مزيجًا من لوني الأبوين الأحمر والأبيض. مثال آخر (سيادة غير تامّة، شكل 86): توارث لون الريش في دجاج الأندلس: تزاوج فردين نقيين أحدهما أسود الريش (BB) والآخر أبيض (WW) ينتج دجاجًا هجينًا (BW) له ريش رمادي اللون؛ وفي الجيل الثاني BB : BW : WW = 1 : 2 : 1 (أسود : رمادي : أبيض).

1. صف قوانين مندل واذكر أمثلة. ← انظر القوانين الثلاثة أعلاه (الانعزال: Tt ← T وt؛ التوزيع المستقلّ: RrYy ← RY, Ry, rY, ry؛ السيادة: Pp بنفسجي).
2. قارن بين التهجين الأحادي والتهجين الثنائي. ← الأحادي: صفة واحدة (نسبة ظاهرية 3:1، وجينية 1:2:1، مربّع 4 خانات)؛ الثنائي: صفتان (نسبة 9:3:3:1، 16 خانة، 9 تراكيب جينية).
3. باستخدام قوانين مندل اشرح سبب ظهور نباتات بازلّاء تحمل الصفات الوراثية السائدة أكثر من تلك التي تحمل المتنحّية في الجيل الثاني. ← لأن الأليل السائد يُظهر تأثيره في TT وTt (3 من كل 4) بينما لا تظهر المتنحّية إلا في tt (1 من 4).
4. نتائج التهجينات: (أ) dd × Dd ← Dd : dd = 1 : 1 · (ب) qq × QQ ← جميعها Qq · (جـ) Mm × MM ← MM : Mm = 1 : 1 (جميعها بالمظهر السائد) · (د) Bb × Bb ← BB : Bb : bb = 1 : 2 : 1 (ظاهريًّا 3 : 1). (حلّ نموذجي بمربّع بانت)
5. ما مرحلة الانقسام الميوزي التي تتفق مع قانون الانعزال؟ ← الانقسام الميوزي الأول (انفصال أزواج الكروموسومات المتماثلة وبالتالي أزواج الجينات). (استنتاج من شكل 78)
6. أضف إلى معلوماتك: هل يجري التلقيح الاختباري على أفراد الجيل الثاني في حالة السيادة الوسطية؟ ← لا حاجة له؛ لأن التركيب الظاهري في السيادة الوسطية يكشف التركيب الجيني مباشرةً (RR أحمر، RW قرنفلي، WW أبيض). (استنتاج)
7. الببغاء: تزاوج ببغاء جسمه أخضر ورأسه أصفر نقي مع ببغاء جسمه أزرق ورأسه أبيض نقي، فجاء الجيل الأول أخضر الجسم أصفر الرأس. (أ) الصفات السائدة: لون الجسم الأخضر ولون الرأس الأصفر؛ لأنها ظهرت وحدها في F₁. (ب) الرموز: G أخضر / g أزرق، Y أصفر / y أبيض. (جـ) الآباء GGYY × ggyy، الجيل الأول GgYy. (د) في الجيل الثاني: 27 أخضر-أصفر : 9 أخضر-أبيض : 9 أزرق-أصفر : 3 أزرق-أبيض (المجموع 48) = 56.25% : 18.75% : 18.75% : 6.25% (أي 9:3:3:1). (هـ) التحليل الجيني بمربّع بانت 4×4 للتأكّد من النتائج. (و) 9 أنواع من التراكيب الجينية. (حلّ نموذجي مستنتج)

8. الفجل (طويل، دائري، بيضاوي): التلقيح الأول طويل × بيضاوي ← 120 طويلة : 118 بيضاوية ≈ 1 : 1؛ الثاني دائري × بيضاوي ← 139 دائرية : 141 بيضاوية ≈ 1 : 1؛ الثالث بيضاوي × بيضاوي ← 60 طويلة : 119 بيضاوية : 58 دائرية ≈ 1 : 2 : 1. التفسير: سيادة غير تامّة؛ الشكل البيضاوي هجين (مثل RW) والطويل والدائري نقيّان؛ فالهجين × نقي = 1 : 1، والهجين × هجين = 1 : 2 : 1. (حلّ نموذجي مستنتج)
9. تلقيح ذرة نقية بذور دائرية صفراء × مجعّدة سوداء ← الجيل الأول جميعه دائري أسود: (أ) الدائري والأسود سائدان. (ب) A/a للشكل، B/b للون. (جـ) الآباء AAbb × aaBB، الجيل الأول AaBb. (د) F₂ بنسبة 9:3:3:1 (ما لم تظهر في التلقيح الثاني فيُعامل بمربّع بانت). التلقيح بين دائرية سوداء × دائرية صفراء بنتائج 241 : 234 : 78 : 81 ≈ 3 : 3 : 1 : 1 ← تركيبا الآباء AaBb × Aabb (نظريًّا). (حلّ نموذجي مستنتج)

١) يُفسّر توارث بعض الصفات باستخدام سجلّ النسب الوراثي · ٢) يُدرك الفرق بين بعض الاختلالات الوراثية السائدة والمتنحّية · ٣) يُحدّد بعض طرق تحديد بعض الاختلالات الوراثية المحتمل توارثها (الاستشارات الوراثية).

يتحكّم في توارث الغمّازات أليل سائد، فإذا وُرِّث هذا الأليل ظهرت الغمّازات (شكل 88). لكن أن يكون الأليل سائدًا لا يعني بالضرورة أن تكون الصفة الظاهرة نتيجة تأثيره هي الصفة الأكثر عمومية وانتشارًا.

ليست دراسة انتقال الصفات الوراثية في الإنسان أمرًا سهلًا، وذلك بسبب طول الفترة الممتدّة بين جيل وآخر (مقابل 90 يومًا فقط بين جيل وآخر في نبات البازلّاء)، بالإضافة إلى قلّة عدد الأفراد الناتجة عند كلّ تزاوج. تمكّن العلماء حديثًا من التوصّل إلى بعض التقنيات التي تُمكّنهم من دراسة جينات الإنسان بطريقة مباشرة. لكنّ معظم ما نعرفه عن الوراثة في الإنسان ما زال مصدره دراسة بعض الأنماط الوراثية عن طريق دراسة سجلّ النسب أو شجرة النسب لبعض العائلات.

لهذه السجلات الوراثية فائدة صحّية في تتبّع توارث الصفات المختلفة، بخاصّة ما يتعلّق بالاختلالات والأمراض الوراثية. ويُحضِّر المستشارون الوراثيون هذه السجلات للأشخاص المقبلين على الزواج للتوقّع باحتمال ظهور مثل هذه الصفات الوراثية في نسلهم، ويفعلون ذلك من خلال جمع المعلومات عن التاريخ الوراثي لأفراد الأشخاص فيما يخصّ صفات وراثية معيّنة. يُوضّح الشكل (89) تتبّع وراثة صفة إصبع الإبهام المنحني خلال ثلاثة أجيال لإحدى العائلات، وهي صفة وراثية متنحّية. (الإبهام المستقيم = الصفة السائدة، والمنحني = الصفة المتنحّية.)

الأليل المتنحّي لا يظهر تأثيره في حالة وجوده مع الأليل السائد؛ ففي الفرد الهجين (متباين اللاقحة) لا يظهر تأثير الأليل المتنحّي بسبب اجتماعه مع الأليل السائد. ويُطلَق على الفرد الذي يحمل أليل/جين الصفة المتنحّية والتي لا يظهر تأثيرها مصطلح حامل الصفة Carrier.

يُعَدّ المهاق (الألبينيزم Albinism) صفة وراثية متنحّية (خلل وراثي) في الإنسان، يتسبّب في ظهورها أليل متنحٍّ يُسبّب نقصًا في صبغ الميلانين وغيابه في الجلد والشعر والعينين والرموش. يُرمَز لهذا الأليل المتنحّي بالحرف (a) والأليل السائد بالحرف (A)، ولا تظهر هذه الصفة إلّا في حالة اجتماع الأليلين المتنحّيين (aa). أمّا الأفراد ذوو التراكيب الجينية (AA) أو (Aa)، فأفراد سليمون ولا تظهر هذه الصفة عليهم، حتّى لو كان الفرد ذو التركيب الجيني (Aa) يُعتبر حاملًا لهذه الصفة. المهاق (عدم الشمس) صفة متنحّية تظهر في جميع السلالات البشرية. (فقرة إثرائية «الشمع في أذنيك»: نوعان من شمع الأذن، أحدهما لزج أو رطب (W) والآخر جاف (w).) القاعدة: أبوان سليمان يُنجبان طفلًا مصابًا بصفة متنحّية ← كلاهما حامل (Aa).

يُوضّح الشكل (92) سجلّ توارث الخلل الوراثي السائد المعروف باسم استجماتيزم العين. ينتج هذا الخلل عن أليل سائد يتسبّب في عدم تساوي تقوّس قرنيّة العين، ما يُؤدّي إلى ظهور الأشياء أكثر وضوحًا عند مستوى معيّن منه عند مستوى آخر. في الصفة السائدة: كل مصاب لا بدّ أن يكون أحد أبويه مصابًا (الصفة لا تتخطّى جيلًا)، بينما في المتنحّية قد تتخطّى الأجيال.

غالبًا ما يُؤدّي الزواج بين الأقارب إلى ولادة أبناء يُعانون الكثير من الاختلالات والأمراض الوراثية. ويُفسّر ذلك بأنّ الزواج بين الأقارب يتيح الفرصة لظهور تأثير الكثير من الجينات الضارّة من النوع المتنحّي الموجودة لديهم. أمّا الزواج بين الأباعد فيُؤدّي إلى ولادة أفراد هجينة يتمّ فيها احتجاب الصفات غير المرغوب فيها بواسطة الصفات السائدة العادية، لذلك يكون ظهور الأمراض والاختلالات الوراثية نادرًا.

دعت الحاجة إلى وجود مراكز للاستشارات الوراثية حيث يُقدّم الاستشاريون الإرشاد لراغبي الزواج، وللأزواج الذين يعلمون بوجود بعض الاختلالات الوراثية لدى أفراد عائلاتهم ويخشون ظهورها في نسلهم. فيتتبّع هؤلاء الاستشاريون التاريخ الوراثي لعائلتي الزوجين من خلال إعداد سجلّ النسب للزوجين لتحديد ما إذا كان أحدهما (أو كلاهما) حاملًا لأليلات المرض أو الخلل الوراثي. يستخدم الاستشاريون أيضًا التقنيات الجزيئية الحديثة لتحديد الجينات غير الطبيعية التي ينتج عنها الخلل الوراثي، مثل إجراء اختبار لقياس كمّية بروتين معيّن في جسم الأم أثناء المراحل المبكرة من الحمل، للكشف عن وجود كروموسوم زائد في الجنين (متلازمة داون) يُؤدّي للتخلّف العقلي والموت المبكر. وهناك اختبار يُجرى لحديثي الولادة لتحديد خلل وراثي يُسمّى مرض الفينيل كيتونيوريا، ينتج عن وجود جين متنحٍّ يُسبّب عدم تكوين إنزيم يُكسّر حمض الفينيل ألانين الموجود في الحليب. ومن دون هذا الإنزيم، يتراكم هذا الحمض الأميني في الجسم ويُدمّر الخلايا العصبية مؤدّيًا للوفاة. ويُمكن علاج هذا المرض إذا اكتُشف مبكّرًا.

1. ما الذي يوضّحه سجلّ النسب الوراثي؟ ← كيفية انتقال الصفة وجيناتها من جيل إلى جيل في عائلة معيّنة.
2. صف تأثير الأليلات المتنحّية والسائدة في الإنسان. ← السائد يظهر تأثيره في النقي والهجين؛ المتنحّي لا يظهر إلّا مع أليلين متنحّيين (aa) ويبقى مخفيًّا (حامل) في الهجين.
3. سؤال للتفكير الناقد: ما الخطوات التي يمكن أن يتّبعها الآباء لتحديد ما إذا كانت جينات معيّنة ستُورَث لأبنائهم؟ ← مراجعة الاستشاريين الوراثيين وإعداد سجلّ النسب والاختبارات الجزيئية. (من نص الدرس)
4. أضف إلى معلوماتك: أبوان يحملان خللًا وراثيًّا متنحّيًا؛ ارسم مخطّطًا بالتزاوجات الممكنة لأمشاجهما. ← Aa × Aa ← مشيج A أو a من كلّ أب ← AA : Aa : Aa : aa؛ احتمال المصاب 25%. (حلّ نموذجي)
5. صفة أيمن/أيسر: الأليل R (أيمن) سائد على ℓ (أيسر). (أ) الزوجان 1 و2 (أبوان لأيسر II-7) تركيبهما الجيني Rℓ كلاهما، لأن ابنهما أيسر (ℓℓ) وهما أيمنان. (ب) 7 تركيبه ℓℓ (أيسر)، و8 يمين، وأولادهما 11 و12 و13 جميعهم يمنى ← Rℓ بالضرورة (حصلوا على ℓ من الأب). (جـ) نعم، يمكن للمرأة 11 (Rℓ) أن تُنجب طفلًا أيسر إذا كان زوجها يحمل أليل ℓ. (حلّ نموذجي مستنتج من السجل)
6. عمى الألوان (متنحٍّ مرتبط بالكروموسوم X): رجل مصاب (A): XⁿY؛ امرأته (B) ترى الألوان وأنجبت ابنًا مصابًا وابنة مصابة ← B حاملة X^NXⁿ؛ الابنة C ترى الألوان تحمل أليل المرض (X^NXⁿ) لأنها ورثت Xⁿ من الأب؛ زوجها D طبيعي X^NY؛ ولم تُنجب ابنة مصابة لأن كل بناتهما يرثن X^N من الأب D. (حلّ نموذجي مستنتج)

١) يُحدّد العلاقة بين الجينات والصفات الوراثية والكروموسومات وحمض DNA النووي · ٢) يتعرّف مفهوم الارتباط كنمط وراثي · ٣) يُفسّر ما ينتج عن العبور من ارتباطات جينية جديدة.

تُعتبر طريقة التربية والتهجين أحد الأساليب العلمية التي يتّبعها العلماء لكشف الظواهر الوراثية وتفسيرها من أجل تحسين الإنتاج. فقام العلماء بتربية وتهجين سلالة نوع من الأسماك القصيرة والنحيلة وصغيرة الفم مع سلالة أخرى من النوع نفسه، إنّما طويلة وممتلئة ومتّسعة الفم. وعلى عكس ما هو متوقّع، جاءت الأسماك إمّا قصيرة ونحيلة وصغيرة الفم، أو طويلة وممتلئة ومتّسعة الفم. فقرّر العلماء أنّ هذه الصفات تورَث مرتبطة بعضها ببعض.

كيف يكون للكائنات المئات من الصفات الوراثية على الرغم من عدم وجود مئات الكروموسومات في خلاياها؟ للإجابة عن هذا السؤال افترض العلماء أنّه لا بدّ من أن يحمل الكروموسوم الواحد العديد من الجينات المختلفة التي تُظهر مختلف الصفات. وتوجد علاقة بين كلّ من الحمض النووي DNA والجينات والكروموسومات. فالـ DNA يتركّب من لولب مزدوج من شريطين، يتكوّن كلّ واحد منهما من وحدات تعرف بـالنيوكليوتيدات. والجين عبارة عن تتابع معيّن لمجموعة من هذه النيوكليوتيدات في أحد شريطي الـ DNA. يلتفّ الـ DNA حول نفسه ويتكدّس في شكل مكتّف للغاية مكوّنًا الكروموسوم (شكل 94).

تعلّمتَ أنّ الكروموسومات توجد في أزواج متشابهة في الخلايا، وبالتالي تتوزّع الجينات الموجودة على الكروموسومات المزدوجة توزيعًا مستقلًّا على الأمشاج. لكن ماذا يحدث للجينات إذا كانت موجودة على كروموسوم واحد؟ ساعدت النظرية الكروموسومية في الوراثة (لساتون) عالمَي الوراثة باتسون وبانت في الخروج من مأزق وقعا فيه أثناء إجراء إحدى التجارب على نباتات البازلّاء السكّرية (شكل 95). يسود في هذه النباتات أليل اللون البنفسجي للأزهار (P) على أليل اللون الأحمر (p)، ويسود أيضًا أليل شكل حبوب اللقاح الطويل (L) على أليل شكلها المستدير (ℓ). قام العالمان بالتلقيح الخلطي لنباتات جيل الآباء النقية PPLL × ppℓℓ، وجاءت نتائج الجيل الأول كما كان متوقّعًا، هجينة لصفتي اللون البنفسجي للأزهار والشكل الطويل لحبوب اللقاح (PpLℓ). ثم ترك العالمان نباتات الجيل الأول تتلاقح ذاتيًّا مع توقّع أن يحدث توزيع لصفتي لون الأزهار وشكل حبوب اللقاح بشكل مستقلّ كلٌّ عن الآخر، بحسب قانون مندل للتوزيع المستقلّ الذي ينصّ على وجود أربعة تراكيب ظاهرية ممكنة كنتيجة للتهجين الثنائي بنسبة 9 : 3 : 3 : 1. لكنّ النتائج التي حصلا عليها كانت مختلفة عن النسبة المتوقّعة: التراكيب الظاهرية لجيل الآباء (الأزهار البنفسجية مع حبوب اللقاح الطويلة، والأزهار الحمراء مع حبوب اللقاح المستديرة) ظهرت أكثر من المتوقّع. أي أنّ معظم نباتات الجيل الثاني كان بعضها يُشبه تمامًا أحد الأبوين وبعضها يُشبه الأب الآخر، وقد ظهرت في القليل منها ارتباطات جديدة للصفات.

لا. اشتبه العالمان في أنّ هناك اتّصال أو ارتباط بين جينات الصفتين، وأنّهما قد بقيا معًا أثناء الانقسام الميوزي. وفي العام 1910 أجرى عالم الوراثة الأمريكي مورجان تجربة مشابهة لتجربة باتسون وبانت استخدم فيها حشرة ذبابة الفاكهة (الدروسوفيلا)، وذلك لسهولة شروط تربيتها وسرعة تكاثرها (تضع 100 ذبابة خلال 15 يومًا)، وسهولة التمييز بين الذكر والأنثى من خلال شكل الجسم (شكل 96)، وليس لتلك الذبابة سوى 4 أزواج من الكروموسومات الكبيرة التي يُمكن رؤيتها بسهولة في المجهر العادي (شكل 97). توصّل مورجان إلى أن صفتي لون الجسم وشكل الأجنحة لا تتوزّع مستقلّة عن بعض، وافترض لتفسير هذه النتائج أنّ جينات هاتين الصفتين تقع على الكروموسوم نفسه. وأصبح افتراضه أحد فروض النظرية الكروموسومية في الوراثة: «إن وراثة الصفات المرتبطة بعضها ببعض وتقع على الكروموسوم نفسه تُسمّى الارتباط Linkage». وتُعرف حاليًّا الجينات الموجودة على الكروموسوم نفسه بالجينات المرتبطة Linked Genes.

كان مندل محظوظًا لأنّ الصفات التي درسها في نبات البازلّاء كانت تتوزّع توزيعًا مستقلًّا، حيث كان كلّ جين صفة محمولًا على كروموسوم مستقلّ. ولو صادفه ارتباط بين تلك الجينات لاختلفت النسب التي حصل عليها ولتعذّر عليه تفسيرها. وأوضحت تجارب باتسون وبانت ومورجان أنّ الصفات يُمكن أن توَرث مع بعضها كمجموعة واحدة نتيجة وجود الجينات المرتبطة. وبالتالي أصبحت النظرية الكروموسومية في الوراثة تفترض ما يلي: «تحمل الكروموسومات العديد من الجينات. وكلّما كانت الجينات الخاصّة بصفتين مختلفتين قريبة بعضها إلى بعض، فإنها تنتقل مع بعضها إلى المشيج نفسه. ونتيجة لذلك، تميل الصفات المرتبطة إلى أن تورث مع بعضها كصفة واحدة»، وهذا ما يُسمّى بالارتباط التامّ Absolute Linkage. في الارتباط التامّ يُنتج الجيل الأول نوعين فقط من الأمشاج (PL وpℓ) بدلًا من أربعة بحسب التوزيع المستقلّ لمندل (PL, Pℓ, pL, pℓ)، وبالتالي تكون لنباتات الجيل الثاني التركيب الظاهري نفسه لجيل الآباء فقط.

لكن لاحظ العالمان أنّ بعضًا من نباتات الجيل الثاني له تراكيب ظاهرية لم تكن موجودة لدى الآباء: أزهار بنفسجية ذات حبوب لقاح مستديرة وأزهار حمراء ذات حبوب لقاح طويلة (شكل 95). وبسبب وجود الارتباط بين الجينات، لا يُمكن تفسير مثل هذه الارتباطات بين الصفات وفقًا لقانون التوزيع المستقلّ. وقد افترض العالم مورجان ضرورة وجود سبب آخر للتراكيب الظاهرية الجديدة وهو ما يُسمّى بـالارتباط الجزئي Partial Linkage ويتبعه عملية العبور. (فقرة إثرائية: الإنسان أصله إنسان؛ إذ كُشفت الخصائص البشرية بالإنتهاء من مشروع الجينوم البشري، وثبت أنّ ما جعلنا بشرًا ومن أصل بشري هو اختلاف قدره 1% بين جينوم البشر وجينوم الشمبانزي.)

استنتج مورجان من تجربته على ذباب الفاكهة أنّ جينات صفتي لون الجسم وشكل الجناح تُورَث مرتبطة ولا تتوزّع مستقلّة، وذلك لحصوله على بعض الحشرات ذات ارتباط في هاتين الصفتين ومختلفة عن التراكيب الظاهرية للآباء. ولم يستطع تفسير هذه الارتباطات بواسطة قانون التوزيع المستقلّ لمندل. وقد افترض مورجان لتفسير ذلك أنّ هذا الارتباط الجديد للصفات كان نتيجة التغيّر في موضع الأليلات، وأنّ هذا التغيّر يحدث أثناء الانقسام الميوزي. وقد سبق أن تعلّمتَ انتظام الكروموسومات المتماثلة في أزواج أثناء الطور التمهيدي الأول من الانقسام الميوزي. يظهر كلّ زوج منها مكوّنًا من أربع كروماتيدات في ما يُعرف «بالرباعي»، ويعقب ذلك عملية تُعرف بـالعبور Crossing Over حيث يحدث ارتباط الأليلات الموجودة على الكروماتيدات الداخلية المتجاورة للرباعي، يعقبه كسر هذه الكروماتيدات وانفصالها بعد تبادل المادّة الوراثية (الأليلات) بينها في مواقع محدّدة تسمّى بمواقع الكيازما (مواقع العبور). (شكل 98: تبادل القطع المتجاورة من الكروماتيدات الداخلية للرباعي بعضها مع بعض.)

في تجربة باتسون وبانت، حدث العبور أثناء الانقسام الميوزي في نباتات الجيل الأوّل، وبالتالي حدث ارتباط جديد لأليلات لون الأزهار وشكل حبوب اللقاح، فنتجت أمشاج Pℓ وpL بالإضافة إلى أمشاج PL وpℓ. لذلك ظهرت نباتات تحمل صفات لم تكن موجودة لدى الآباء، وهي أزهار بنفسجية ذات حبوب لقاح مستديرة وأزهار حمراء ذات حبوب لقاح طويلة.

1. ما العلاقة بين الحمض النووي DNA والجينات والكروموسومات؟ ← الجين تتابع من نيوكليوتيدات في DNA، والـ DNA يتكدّس ليكوّن الكروموسوم؛ فالكروموسوم يحمل جينات عديدة.
2. سؤال للتفكير الناقد: كيف دعمت تجربة باتسون وبانت، على نبات البازلّاء السكّرية، النظرية الكروموسومية في الوراثة؟ ← بيّنت أنّ صفات لا تتوزّع مستقلّة (انحراف عن 9:3:3:1) لأنها مرتبطة على الكروموسوم نفسه، أي أن الجينات تُحمل على كروموسومات. (استنتاج)
3. أعد صياغة قانون التوزيع المستقلّ مضمّنًا إيّاه معلوماتك عن الجينات المرتبطة. ← «تتوزّع الجينات الواقعة على كروموسومات مختلفة توزيعًا مستقلًّا في الأمشاج، أمّا الجينات المرتبطة على كروموسوم واحد فتنتقل معًا إلّا إذا حدث بينها عبور». (استنتاج)
4. الجيل الأول AaBb: (أ) جينات غير مرتبطة ← أربعة أمشاج AB, Ab, aB, ab بنسبة 25% لكلٍّ. (ب) جينات مرتبطة ارتباطًا تامًّا ← مشيجان فقط، مثلًا AB وab (أو Ab وaB حسب الوضع على الكروموسومين) بنسبة 50% لكلٍّ. (حلّ نموذجي)

١) يُفسّر دور الوراثة في تحديد الجنس · ٢) يُميّز بين الكروموسومات الذاتية والكروموسومات الجنسية · ٣) يتعرّف بعض الصفات الوراثية المرتبطة والمحدّدة والمتأثّرة بالجنس ويُقارن بينها.

الذاتية: تظهر في أزواج ذات الشكل نفسه ولكنّها تختلف عن الأزواج الأخرى في الخلية الجسمية. الجنسية: هما اللذان يُحدّدان ما إذا كان الأفراد ذكورًا أو إناثًا، وهما مختلفان ويُرمز إليهما بالحرفين X و Y. ويُعتبَر الكروموسوم Y في الثدييات، ومنها الإنسان، المحدّد الأساسي للجنس؛ فإذا كان الكروموسوم Y موجودًا كان الفرد ذكرًا (XY)، وإذا كان غائبًا كان الفرد أنثى (XX). ولأنّ خلايا الإناث تحتوي على كروموسومين جنسيين (XX)، فجميع البيض الناتج عن الانقسام الميوزي يحتوي على كروموسوم واحد من النوع X (22 + X). أمّا في الذكور (XY)، فنصف الحيوانات المنوية الناتجة عن الانقسام الميوزي يحتوي على الكروموسوم الجنسي Y (22 + Y)، ونصفها الآخر يحتوي على الكروموسوم X (22 + X). أي مشيجي ذكر الإنسان يُحدّد نوع الجنس في الأبناء (شكل 100). نسبة المواليد الإناث 50% والذكور 50%.

يُعتبر العالم مورجان أوّل من درس الجينات المرتبطة بالجنس في العام 1910 حين كان يجري أبحاثه على توارث صفة لون العينين في حشرة ذبابة الفاكهة (الدروسوفيلا). فقد لاحظ وجود ذبابة ذكر ذات عينين بيضاوين بدلًا من العينين الحمراوين العاديتين لدى هذا الذباب. فقام بتهجين ذبابة ذكر أبيض العينين مع أنثى حمراء العينين، فجاء جميع أفراد الجيل الأوّل حمر العينين، ما يعني سيادة صفة لون العينين الحمراوين على صفة لون العينين البيضاوين. ثمّ هجّن مورجان ذكور الجيل الأوّل مع إناثه متوقّعًا بحصوله على نسبة 3 : 1 للعينين الحمراوين إلى العينين البيضاوين في أفراد الجيل الثاني. وكما توقّع مورجان، تحقّقت هذه النسبة، ولكن كانت مفاجأة له أن جاء جميع أفراد الذباب أبيض العينين ذكورًا. وافترض مورجان لتفسير ظهور الذكور بيض العينين في الجيل الثاني أنّ أليل لون العين الأبيض متنحٍّ (r) وأنّ أليل لون العين الأحمر هو سائد (R)، وأنّ جين لون العيون محمول على الكروموسوم الجنسي X، في حين لا يحمل الكروموسوم Y أي جين للون العين، ويُعدّ هذا كافيًا لتصبح الذكور بيض العينين. أمّا في الإناث (XX)، فإنّ أليل اللون الأحمر السائد الموجود على أحد الكروموسومين X يحجب تأثير الأليل المتنحّي المحمول على الكروموسوم الجنسي X الآخر. وبذلك تكون عيون الإناث حمراء، ولا تظهر عيون الإناث بيضاء إلّا إذا كان كلا الكروموسومين X حاملين لجين اللون الأبيض (المتنحّي). واختبر مورجان صحّة فرضه بتهجين ذكور بيض العينين مع إناث هجينة حمراء العينين (من الجيل الأول)، فجاء نصف الإناث بيضاء العينين. وبإثبات صحّة هذا الفرض، أصبح مورجان أوّل من أثبت وجود الجينات على الكروموسومات، وبالتالي تمّ التأكّد من صحّة النظرية الكروموسومية في الوراثة.

مرض عمى الألوان هو صفة مرتبطة بالجنس في الإنسان، حيث لا يُمكن التمييز بين الألوان، بخاصّة اللونين الأحمر والأخضر. ويتسبّب في هذا المرض الأليل المتنحّي المرتبط بالكروموسوم الجنسي X ويُرمز له بالحرف X^c، أمّا أليل الرؤية الطبيعية للألوان فيُرمَز له بالحرف X^C وهو السائد. وبذلك يكون التركيب الجيني للذكر المصاب بعمى الألوان X^cY، والتركيب الجيني للأنثى المصابة بهذا المرض X^cX^c (متشابهة اللاقحة). أمّا المرأة التي تحمل التركيب الجيني X^CX^c (متباينة اللاقحة) فهي طبيعية وإن كانت حاملة لجين مرض عمى الألوان. وتبيّن أنّ مرضى عمى الألوان والهيموفيليا لا يظهران بالدرجة أو الشدّة نفسها عند جميع الأفراد المصابين، ما يدلّ على تداخل عدد من الجينات المختلفة، يقع معظمها على مواقع مختلفة من الكروموسوم الجنسي X.

الهيموفيليا هو خلل وراثي مرتبط بالكروموسوم الجنسي X، حيث لا يتجلّط الدم كالمعتاد ويستمرّ نزف الدم حتّى في الجروح البسيطة. ويتسبّب هذا الجين المتنحّي بعدم تكوّن المادّة الكيميائية المسؤولة عن التجلّط الطبيعي للدم. ولأنّ الذكور (XY) يستقبلون كروموسوم X من أمّهاتهم، فإنّهم يرثون عمى الألوان والهيموفيليا وغيرهما من الصفات المرتبطة بالكروموسوم الجنسي X من أمّهاتهم. أمّا الإناث (XX) اللواتي تظهر عليهنّ الصفات المرتبطة بالكروموسوم الجنسي X، فيرثنها بعد أن تستقبلن كروموسوم X من كلّ والد وأمّ.

الأب: X^cY (مصاب) · الأمّ: X^CX^c (سليمة حاملة). الأمشاج: الأمّ X^C أو X^c (50% لكلّ)، الأب X^c أو Y (50% لكلّ). النتائج (مربّع بانت): 25% أنثى سليمة حاملة X^CX^c · 25% أنثى مصابة X^cX^c · 25% رجل سليم X^CY · 25% رجل مصاب X^cY.

١) حلّل: اذكر المعلوم وغير المعلوم (تراكيب الأبوين الظاهرية، هل الأليل متنحٍّ ومرتبط بـ X؟). ٢) حلّ غير المعلوم: حدّد التركيب الجيني للأب والأمّ. ٣) استخدم مربّع بانت لحساب النسب المئوية. ٤) قيّم: هل النتيجة لها معنى؟

هي الصفات التي لا تظهر إلّا بوجود الهرمونات الجنسية وفي أحد الجنسين أو الآخر فحسب. ومثل معظم الصفات الجسمية، تتحكّم بهذه الصفات جينات تقع على الكروموسومات الذاتية (الجسمية) وليس على الكروموسومات الجنسية. وعلى الرغم من أنّ جينات هذه الصفات موجودة في كلّ من الذكور والإناث، إلّا أنّها لا تظهر إلّا في جنس واحد منهما فقط. ولكي تظهر الصفة المحدّدة بالجنس، لا بدّ من وجود الهرمون الجنسي المناسِب في الجسم. ولأنّ الهرمونات الجنسية لا تُنتَج بكمّيات كبيرة إلّا عندما يبلغ الفرد، فإنّ معظم هذه الصفات لا تظهر في الأطفال. أمثلة: غالبًا ما تكون ألوان الطيور الذكور كثيرة وأكثر زهوًّا من ألوان الإناث (شكل 102)؛ ظهور اللحية ونموّها في الذكور؛ وإنتاج الحليب في الإناث.

هي الصفات التي توجد جيناتها على الكروموسومات الذاتية (الجسمية) وتتأثّر بالهرمونات الجنسية، وهي تظهر في الجنسين ولكن بدرجات متفاوتة. فمثلًا أليلات صفة الصلع (B) في الإنسان متأثّرة بالجنس؛ فأليل الصلع يكون سائدًا في حالة وجود الهرمونات الجنسية الذكرية، ويكون متنحّيًا في حالة وجود الهرمونات الجنسية الأنثوية. لذلك لا يسقط شعر الأنثى تمامًا ولكن تقلّ كثافته إذا كان لديها جينان لصفة الصلع (BB).

الأمّ خفيفة الشعر ← BB. الأب أصلع ← BB أو Bb. إذا كان الأب BB: 100% ذكور صلع (BB) و100% إناث خفيفات الشعر (BB). إذا كان الأب Bb: لدى الإناث 50% خفيفات الشعر (BB) و50% عاديات الشعر (Bb)، ولدى الذكور 100% صلع (BB أو Bb).

1. الكروموسومات الذاتية (22 زوجًا) متماثلة ولا تحدّد الجنس، والجنسية (زوج واحد X وY) تحدّد الجنس.
2. المرتبطة بالجنس: جيناتها على X/Y؛ المحدّدة بالجنس: جيناتها ذاتية وتظهر في جنس واحد؛ المتأثّرة بالجنس: ذاتية وتظهر في الجنسين بدرجات متفاوتة.
3. تهجين ذباب فاكهة إناث عيونها بيضاء مع ذكور عيونها حمراء: X^rX^r × X^RY ← إناث F₁ حمراء العيون (X^RX^r) وذكور F₁ بيضاء العيون (X^rY) بنسبة 1:1.
4. تنقيح قانون السيادة: «الأليل السائد يُظهر تأثيره إذا وُجد إلا في الصفات المتأثّرة بالجنس حيث تتحكّم الهرمونات في سيادة الأليل وتنحيّه». (استنتاج)
5. التراكيب: ذكر طبيعي X^HY · ذكر مصاب X^hY · أنثى طبيعية X^HX^H · أنثى طبيعية حاملة X^HX^h · أنثى مصابة X^hX^h.
6. عمى الألوان: الجين متنحٍّ لأنّه يظهر في أبناء أبوين سليمين (حاملة)، ومحمول على X؛ والأم الحاملة تُنجب ابنًا مصابًا باحتمال 50% من أبنائها الذكور. (استنتاج من السجل)
7. هيموفيليا: أبوان سليمان وولد مصاب ← الأب X^NY والأم X^NXⁿ؛ نتائج مربّع بانت: بنتان سليمتان (إحداهما حاملة 25% + سليمة 25%) وابن سليم 25% وابن مصاب 25%؛ الولد المريض ذكر؛ والإناث لا تصاب لأنّ الأب السليم يمنحهنّ X^N دائمًا (تحتاج الأنثى إلى أليلَين متنحّيين). (حلّ نموذجي)
8. سجل الهيموفيليا: الأليل متنحٍّ لأنّ أبوين سليمين أنجبا مصابًا، ومرتبط بالجنس لأنّه يظهر في الذكور فقط؛ والتراكيب: المصابون ذكور XⁿY، والأمهات السليمات اللواتي لهنّ ابن مصاب حاملات X^NXⁿ. (استنتاج)
9. الصلع: (أ) أي أنّ سيادة الأليل B مرتبطة بجنس الفرد (سائد في الذكور متنحٍّ في الإناث). (ب) فرضية: وجود هرمون التستوستيرون الذكري يجعل الأليل B ظاهرًا كأنه سائد (وهو الذي يُسبّب الصلع عند الذكور بوجود هرمون). (جـ) أبوان ليسا أصلعين (الأب bb، الأم Bb) وابنهما أصلع (Bb)، فالابنة لا تُصاب بالصلع لأنّ الأب bb لا يمنحها أليل B (تحتاج BB) ← احتمال الإصابة 0%. (حلّ نموذجي)

1-1 الأنماط الوراثية: علم الوراثة هو دراسة انتقال الصفات أو توارثها · جريجور مندل أول من استخدم الإحصاء والرياضيات لدراسة توارث الصفات في الكائنات · الأليلات عبارة عن أشكال مختلفة للجين الواحد؛ في الكائن الهجين، الأليل السائد هو الذي يظهر تأثيره.
2-1 مبادئ علم الوراثة: تنصّ النظرية الكروموسومية في الوراثة على أنّ وراثة الصفات تُحكَم بواسطة الجينات المحمولة على الكروموسومات · التركيب الجيني هو جميع الأليلات الخاصّة بالصفة الموروثة، والتركيب الظاهري هو الصفة الظاهرة ذاتها · يصف قانون الانعزال كيف تنفصل أزواج الكروموسومات أثناء الانقسام الميوزي · ينصّ قانون التوزيع المستقلّ على أنّ أزواج الجينات تنفصل وتتوزّع مستقلّة كلّ عن الأخرى · ينصّ قانون السيادة على أنّ الأليل السائد، إذا وُجد، هو الذي سيظهر تأثيره.
3-1 دراسة توارث الصفات في الإنسان: تُنظَّم المعلومات الوراثية بطرق معيّنة تسمح بالتوقّع بوراثة الصفات · بعض الصفات لا تخضع في توارثها لقوانين مندل · يُستخدَم سجلّ النسب لتتبّع تاريخ بعض الصفات الوراثية بين الأقارب · يُحدّد المستشارون الوراثيون الصفات التي يُمكن أن يتوارثها الأبناء.
4-1 ارتباط الجينات (الارتباط والعبور): تقع الجينات المرتبطة على الكروموسوم نفسه ولا تتوزّع مستقلّة عن بعضها · تتكوّن تراكيب جينية جديدة نتيجة حدوث العبور أثناء الانقسام الميوزي.
5-1 الوراثة والجنس: تُحدّد الكروموسومات الجنسية (X وY) جنس الأفراد، وباقي الكروموسومات هي كروموسومات ذاتية (جسمية) · الجينات الواقعة على الكروموسومات الجنسية جينات مرتبطة بالجنس · تقع الصفات المحدّدة بالجنس والمتأثّرة بالجنس على الكروموسومات الذاتية، ولكنّها تتأثّر بالهرمونات الجنسية.

أكمل: ١) الصفة التي تظهر على الكائن = التركيب الظاهري · ٢) يظهر التأثير الكامل لكلٍّ من الأليلين في حالة السيادة المشتركة · ٣) تُسمّى دراسة الصفات الوراثية بـعلم الوراثة · ٤) أدّت التشابهات بين عوامل مندل وسلوك الكروموسومات إلى قيام ساتون باقتراح النظرية الكروموسومية في الوراثة · ٥) يصف ظهور تأثير الصفة السائدة في حالة وجود الأليل الخاصّ بها: قانون السيادة · ٦) تحدث ظاهرة العبور خلال الطور التمهيدي الأول من الانقسام الميوزي · ٧) الكروموسومات الجنسية تُعتبر مسؤولة عن الصفات المرتبطة بالجنس.
صح/خطأ: ١) حامل الصفة الوراثية لا يظهر عليه تأثير الأليل الخاصّ بهذه الصفة ✓ · ٢) في تجارب مندل غالبًا ما تكون أفراد الجيل الأوّل متشابهة اللاقحة للصفة المدروسة ✗ (هجينة) · ٣) الصفة المتنحّية التي تظهر في الجيل الأوّل دائمًا ما تظهر في الجيل الثاني ✗ (المتنحّية لا تظهر في الأول) · ٤) جميع الأليلات أزواج الجينات تكوّن التركيب الجيني للكائن ✓ · ٥) يُمكن استخدام التلقيح الاختباري لتوضيح جميع النتاجات الممكنة للتهجينات الوراثية ✗ · ٦) تُعتبر الكروموسومات الجنسية مسؤولة عن الصفات المتأثّرة بالجنس ✗ (الصفات المتأثّرة جيناتها ذاتية) · ٧) يتمّ التحكّم في الصفات المحدّدة بالجنس بواسطة الجينات الواقعة على الكروموسومات الذاتية ✓. (إجابات نموذجية مستنتجة)
أجب بإيجاز: ١) أحد الأنماط التي لا تتبع قوانين مندل: السيادة غير التامّة/المشتركة/الصفات المرتبطة بالجنس · ٢) النقي متماثل الأليلين (TT أو tt) والهجين مختلفهما (Tt) · ٣) يُستخدَم التلقيح الاختباري (تلقيح مع الفرد المتنحّي النقي)؛ إن كانت جميع النتائج سائدة فهو نقي، وإن ظهرت نسبة 1:1 فهو هجين.
٤) الدليل الذي أدّى إلى النظرية الكروموسومية: تشابه سلوك الكروموسومات في الميوز مع العوامل المندلية، وتجربة مورجان على الدروسوفيلا (X) · ٥) نجح مندل لأنّ البازلّاء سهلة التلقيح الذاتي والخلطي، لها صفات متضادّة واضحة، ودورة حياتها قصيرة · ٦) اختلفت نتائج باتسون وبانت لأنّ الجينات مرتبطة على كروموسوم واحد، وفسّرها مورجان بالارتباط والعبور · ٧) تتكوّن التراكيب الجينية الجديدة للجينات المرتبطة بالعبور وتبادل الكروماتيدات · ٨) تظهر الصفات المتنحّية على X في الذكور لأنّ الذكر XY يملك X واحدًا فقط · ٩) مفاهيم مورجان: الجينات على الكروموسومات، الارتباط بالجنس، الجينات المرتبطة. (إجابات نموذجية مستنتجة)

1. خريطة مفاهيم: الصفات الوراثية «تُحدَّد بواسطة» الجينات (الأليلات) «الواقعة على» الكروموسومات؛ وتنتج عن تأثير الأليلات «التي يُمكن أن تكون» سائدة أو متنحّية.
2. البازلّاء: نقي بذور ملساء رمادية القشرة (سائدتان) × مجعّدة بيضاء القشرة ← الجيل الأول جميعه أملس رمادي القشرة (حسب قانون السيادة).
3. كلّما كانت الجينات المرتبطة بعيدة بعضها عن بعض ازدادت فرصة انفصالها (احتمال العبور).
4. لو درس مندل وراثة لون الأزهار في حنك السبع بدلًا من البازلّاء لما توصّل إلى قانون السيادة ولظهرت النسبة 1:2:1 بدل 3:1.
5. رجل مصاب بالهيموفيليا تزوّج بامرأة حاملة: احتمال أن يكون الابن أو الابنة مصابًا = 50% للابن و50% للابنة (X^hY × X^HX^h).
6–7. تحليل جداول التزاوج (AB، AD، BD): تنخفض نسبة التراكيب الجديدة كلّما اقتربت الجينات من بعضها؛ (BD) أقرب (8 و8 من 1797) ثم (AD) ثم (AB) الأبعد؛ فترتيب الجينات على الكروموسوم A–B ثم D بينهما بحسب نسب العبور. سجل المهاق: الأليل متنحٍّ جسمي. (حلّ نموذجي مستنتج)
8–10. تصميم تجربة لاختبار أليل متنحٍّ على X في ذبابة الفاكهة (تلقيح ذكر مصاب × أنثى سليمة ثم F₁ × F₁)؛ شكل بياني 1355 فراشة: عيون خضراء وأجنحة أرجوانية (سائدة) أكثر بكثير من البيضاء والصفراء (متنحّية)؛ وللخنافس: بنّي منقّط (سائد) هو الأكثر (≈430) ويظهر ارتباط بين اللون وتنقيط الجسم. (قراءة تقريبية للرسوم البيانية)
المشاريع: ١) علم الأحياء والفن: لوحات زيتية للحدائق وصفات توارثها · ٢) علم الأحياء والاجتماع: التهجينات الجديدة في الحدائق العامة وما مظهر الصفات في النباتات البنوية · ٣) علم الأحياء والتاريخ: لم تلقَ أعمال مندل اهتمامًا لمدّة تُقارب الخمسين عامًا لأنّ الكروموسومات والميوز لم تكن قد اكتُشفت بعد، ولأنّ عمله كان سابقًا لعصره.

الإخصاب: اتحاد الخلايا المذكّرة مع البيض بعد التلقيح · الأنسجة الإنشائية: الأنسجة النامية وظيفتها إنتاج خلايا جديدة · البذرة: تركيب تكاثري من جنين النبات وغذائه المدّخر · بروتينات ناقلة نشطة: تضخّ شوارد المعادن بالنقل النشط من التربة إلى الجذور · البلاستيدات الخضراء: عضيّات خلوية تتواجد بكميّات كبيرة في خلايا الأوراق وفيها البناء الضوئي · البناء الضوئي: عملية تستخدم فيها الكائنات ذاتية التغذية طاقة ضوء الشمس لبناء الكربوهيدرات من CO₂ والماء · تعاقب الأجيال: تحوّل النباتات من أجيال ثنائية (2n) إلى أحادية (n) · الترقيد أو الرئد: طمر أجزاء من سوق النباتات الممتدّة فوق الأرض بينما لا تزال متّصلة بالنبتة الأساسية · التطعيم: نقل قطعة بها برعم واحد (الطعم) ووضعها على ساق نبتة أخرى (الأصل) · التعقيل: أخذ قطعة من الساق أو الورقة أو الجذور وغرسها · تفاعلات غير معتمدة على الضوء (دورة كالفن): المرحلة الثانية، في الستروما، تستخدم ATP وNADPH لتصنيع الكربوهيدرات · تفاعلات معتمدة على الضوء: المرحلة الأولى في الثايلاكويدات · التكاثر البكري: ينمو الجنين من بويضة غير مخصّبة · التكاثر الخضري: لاجنسي يحدث طبيعيًّا · التكاثر الصناعي: استخدام الناس للتكاثر اللاجنسي · التلقيح: انتقال حبوب اللقاح إلى الأجزاء المؤنثة · الثغور: فتحات دقيقة بين خلايا البشرة · الثمرة: تركيب من النباتات الزهرية تتكوّن بداخله البذور · الجذر الوتدي: جذر مركزي كبير يحمل جذورًا جانبية وينمو عميقًا · الجذر الليفي: كتلة من التراكيب الخيطية القصيرة تنمو بالسنتيمترات العلوية من التربة · الجرانا: تراكيب قرصية مترامية فوق بعض · حرق الجذور: كميات كبيرة من المعادن في التربة تُخرج الماء من الجذور · زراعة الأنسجة: إنماء نبتة كاملة من خلايا مفردة أو قطع صغيرة · الزهرة: عضو التكاثر الجنسي · الزهرة الكاملة/الناقصة: بتراكيب أنثوية وذكرية معًا / بأحدهما فقط · الستروما: غشاء مزدوج يحيط بمادّة جيلاتينية · السوق: تثبّت الأوراق · الشدّ النتحي: تحرّك الماء خارج الأوراق بالثغور يشدّ الماء صعودًا · ضغط الامتلاء: دعامة الخلية الناتجة عن الضغط الأسموزي · الضغط الجذري: نقطة الانطلاق لتحرّك الماء · الطور المشيجي (n) ينتج الأمشاج · الطور الجرثومي (2n) ينتج الجراثيم · العروق: تراكيب أنبوبية الشكل · العقدة: موضع اتصال الأوراق بالساق · العقلة: قطعة الساق بين عقدتين · علم الزراعة في الماء: زراعة المحاصيل من دون تربة · عنق الورقة: يصل بين النصل وساق النبات · فرضية تدفّق الضغط: تفسّر انتقال السكريات من المنبع إلى المصرف · الكلوروفيل: صبغة خضراء داخل البلاستيدات · الكمبيوم: النسيج الإنشائي الذي يُنتج خلايا جديدة للنموّ الجانبي · الكمبيوم الفلّيني: بين اللحاء والبشرة يستبدل الانقسام الخلوي طبقة القشرة والبشرة بالفلّين · الكمبيوم الوعائي: بين الخشب واللحاء ينتج خشبًا جديدًا داخلًا ولحاءً خارجًا · الكمون: فترة النشاط المنخفض · الكيوتيكل: طبقة شمعية غير منفذة للماء على الورقة · الممرّات: خارج خلوي (القشرة وصولًا إلى البشرة الداخلية)، خلوي جماعي (عبر الروابط البلازمية)، عبر غشائي (عبر الجدر والأغشية) · النباتات الوعائية: تحتوي نسيجًا وعائيًّا · النسيج الأساسي: بين الجلدي والوعائي · النسيج الوسطي الإسفنجي: تحت العمادي، خلايا غير منتظمة متباعدة · النسيج الوسطي العمادي: أسفل النسيج العلوي الجلدي، خلايا مستطيلة متراصّة · البشرة (النسيج الجلدي): الطبقة الخارجية · النسيج الوسطي: بين البشرتين · النسيج الوعائي: نظام من المواصلات · النصل: الجزء الأكبر من الورقة · نظرية الشدّ والتماسك: المسؤولة عن عمود الماء المتواصل · النموّ الأوّلي: استطالة السيقان والجذور في جميع النباتات · النموّ الثانوي: نموّ في السمك في نباتات بذرية معيّنة.