Skip to main content
Global

14.3: نباتات البذور - الجمنازيوم

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191686

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    كانت النباتات الأولى التي استعمرت الأرض على الأرجح مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالطحالب الحديثة (النباتات البريوفيتية) ويُعتقد أنها ظهرت منذ حوالي 500 مليون سنة. وتبعتها الديدان الكبدية (أيضًا النباتات الفطرية) ونباتات الأوعية الدموية البدائية، وهي البتروفيتات، التي تُشتق منها السرخس الحديثة. تتميز دورة حياة النباتات البريوفيتية والبتروفيتات بتناوب الأجيال. يتطلب إكمال دورة الحياة الماء، حيث يجب أن يسبح الذكور إلى الأمشاج الأنثوية. تطلق الفطريات المشيمية الذكرية الحيوانات المنوية، التي يجب أن تسبح - مدفوعة بالسوط - للوصول إلى الأمشاج الأنثوية أو البويضة وتخصيبها. بعد الإخصاب، ينضج الزيجوت وينمو ليصبح سبروبوتًا، والذي بدوره سيشكل سبورانجيا، أو «أوعية بوغ»، حيث تخضع الخلايا الأم للانقسام الاختزالي وتنتج جراثيم أحادية الصبغيات. سيؤدي إطلاق الجراثيم في بيئة مناسبة إلى الإنبات وجيل جديد من الفطريات المشيمية.

    تطور نباتات البذور

    في نباتات البذور، أدى الاتجاه التطوري إلى جيل سبوري مهيمن، حيث يكون الجيل الأكبر والأكثر أهمية بيئيًا للأنواع هو النبات ثنائي الصبغيات. في الوقت نفسه، أدى هذا الاتجاه إلى انخفاض حجم الفطريات المشيمية، من بنية واضحة إلى مجموعة مجهرية من الخلايا المغلقة في أنسجة البوروفيت. غالبًا ما تكون نباتات الأوعية الدموية السفلية، مثل طحالب النادي والسرخس، متجانسة المسام (تنتج نوعًا واحدًا فقط من الجراثيم). في المقابل، فإن جميع نباتات البذور، أو النباتات المنوية، غير متجانسة، وتشكل نوعين من الجراثيم: المسام الضخمة (الإناث) والجراثيم الدقيقة (الذكور). تتطور المسام الضخمة إلى نباتات مشيمية أنثوية تنتج البيض، وتنضج الجراثيم الدقيقة لتصبح نباتات مشيمية ذكورية تولد الحيوانات المنوية. نظرًا لأن الفطريات المشيمية تنضج داخل الجراثيم، فإنها لا تعيش بحرية، كما هو الحال بالنسبة للنباتات الوعائية الأخرى الخالية من البذور. يُنظر إلى النباتات الخالية من البذور غير المتجانسة على أنها رائدة تطورية لنباتات البذور.

    تميز البذور وحبوب اللقاح - وهما تكيفان مع الجفاف - نباتات البذور عن النباتات الوعائية الأخرى (الخالية من البذور). كان كلا التكيفين حاسمين لاستعمار الأرض. تشير الأحافير إلى أن أقدم نباتات البذور المتميزة كانت منذ حوالي 350 مليون سنة. يرجع أقدم سجل موثوق به لداء الجمنازيوم إلى ظهورها إلى الفترة الكربونية (منذ 359-299 مليون سنة). وقد سبقت الجمنازيوم بروجيمنوسبيرمز («نباتات البذور العارية الأولى»). كانت هذه مجموعة انتقالية من النباتات تشبه بشكل سطحي الصنوبريات («حاملات المخروط») لأنها تنتج الخشب من النمو الثانوي لأنسجة الأوعية الدموية؛ ومع ذلك، فإنها لا تزال تتكاثر مثل السرخس، وتطلق الجراثيم إلى البيئة. في عصر الميزوزويك (منذ 251-65.5 مليون سنة)، هيمنت الجمنازيوم على المناظر الطبيعية. استحوذت كاسيات البذور في منتصف العصر الطباشيري (قبل 145.5-65.5 مليون سنة) في أواخر عصر الميزوزويك، وأصبحت منذ ذلك الحين المجموعة النباتية الأكثر وفرة في معظم المناطق الأحيائية الأرضية.

    سمح الهيكلين المبتكرين لحبوب اللقاح والبذور لنباتات البذور بكسر اعتمادها على الماء لتكاثر الجنين وتطوره، ولغزو الأراضي الجافة. تحمل حبوب اللقاح الأمشاج الذكورية للنبات. يتم تغليف الخلايا الأحادية الصبغية الصغيرة (1 نيوتن) بطبقة واقية تمنع الجفاف (الجفاف) والأضرار الميكانيكية. يمكن أن تنتقل حبوب اللقاح بعيدًا عن الجراثيم التي تحملها، وتنشر جينات النبات وتتجنب المنافسة مع النباتات الأخرى. توفر البذرة الحماية والتغذية وآلية للحفاظ على السكون لعشرات أو حتى آلاف السنين، مما يسمح لها بالبقاء في بيئة قاسية وضمان الإنبات عندما تكون ظروف النمو مثالية. تسمح البذور للنباتات بتفريق الجيل القادم من خلال المكان والزمان. مع هذه المزايا التطورية، أصبحت نباتات البذور أكثر مجموعات النباتات نجاحًا ومألوفة.

    الحيوانات المنوية في صالة الألعاب الرياضية

    الجمنازيوم («البذور العارية») هي مجموعة متنوعة من نباتات البذور وهي بارافيلتية. لا تشمل مجموعات Paraphyletic أحفاد سلف مشترك واحد. تشمل خصائص الجمنازيوم البذور العارية، والأمشاج المنفصلة للإناث والذكور، والتلقيح بالرياح، والقصبات الهوائية، التي تنقل الماء والمواد الذائبة في نظام الأوعية الدموية.

    دورة حياة الصنوبرية

    أشجار الصنوبر عبارة عن صنوبريات وتحمل ذكورًا وإناثًا على نفس النبات. مثل جميع أنواع الحيوانات المنوية في الصالات الرياضية، فإن أشجار الصنوبر غير متجانسة وتنتج ميكروجراثيم ذكورية ومسامات ضخمة للإناث. في المخاريط الذكرية، أو مخاريط التلعثم، تؤدي الخلايا المجهرية إلى ظهور جراثيم مجهرية عن طريق الانقسام الاختزالي. ثم تتطور الجراثيم الدقيقة إلى حبوب لقاح. تحتوي كل حبة من حبوب اللقاح على خليتين: خلية توليدية تنقسم إلى اثنين من الحيوانات المنوية، والخلية الثانية التي ستصبح خلية أنبوب حبوب اللقاح. في فصل الربيع، تطلق أشجار الصنوبر كميات كبيرة من حبوب اللقاح الصفراء التي تحملها الرياح. ستهبط بعض النباتات المشيجية على مخروط أنثوي. ينمو أنبوب حبوب اللقاح من حبوب اللقاح ببطء، وتنقسم الخلية المولدة في حبوب اللقاح إلى خليتين منويتين عن طريق الانقسام الفتيلي. ستقوم إحدى خلايا الحيوانات المنوية أخيرًا بتوحيد نواتها أحادية الصبغيات مع النواة أحادية الصيغة الصبغية لخلية بويضة في عملية الإخصاب.

    تحتوي المخاريط الأنثوية، أو مخاريط التبويض، على بويضتين لكل مقياس. تخضع البويضة الضخمة للانقسام الاختزالي في كل بويضة. فقط خلية مفردة صبغية واحدة على قيد الحياة ستتطور إلى خلية مشيمية متعددة الخلايا تحيط بالبيضة. عند الإخصاب، ستؤدي الزيجوت إلى ظهور الجنين، الذي يتم وضعه في طبقة من نسيج البذور من النبات الأم. يعتبر التسميد وتطوير البذور عملية طويلة في أشجار الصنوبر - قد تستغرق ما يصل إلى عامين بعد التلقيح. تحتوي البذرة المتكونة على ثلاثة أجيال من الأنسجة: طبقة البذرة التي تنشأ من الأنسجة النباتية الأم، والطحالب الأنثوية التي ستوفر العناصر الغذائية، والجنين نفسه. \(\PageIndex{1}\)يوضح الشكل دورة حياة الصنوبرية.

    آرت كونيكشن

    تبدأ دورة حياة الصنوبريات بشجرة ناضجة تسمى الأبواغ وثنائية الصبغيات (2n). تنتج الشجرة مخاريط ذكورية في الفروع السفلية ومخاريط أنثوية في الفروع العلوية. تنتج المخاريط الذكرية حبوب اللقاح التي تحتوي على نواتين مولدتين (منوية) ونواة أنبوبية. عندما تهبط حبوب اللقاح على نطاق أنثوي، ينمو أنبوب حبوب اللقاح باتجاه النبتة المشيمية الأنثوية، والتي تتكون من بويضة تحتوي على المسام الضخمة. عند الإخصاب، يتشكل زيجوت ثنائي الصبغيات. يتم تفريق البذور الناتجة وتنمو لتصبح شجرة ناضجة وتنهي الدورة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): تعرض هذه الصورة دورة حياة الصنوبرية.

    في أي مرحلة يتشكل الزيجوت ثنائي الصبغيات؟

    1. عندما يبدأ المخروط الأنثوي في البرعم من الشجرة
    2. عندما تندمج نواة الحيوانات المنوية ونواة البويضة
    3. عندما تسقط البذور من الشجرة
    4. عندما يبدأ أنبوب حبوب اللقاح في النمو

    مفهوم في العمل

    شاهد هذا الفيديو لمشاهدة عملية إنتاج البذور في الجمنازيوم.

    تنوع الجمنازيوم

    يتم تصنيف الجمنازيوم الحديثة إلى أربعة أقسام رئيسية وتضم حوالي 1000 نوع موصوف. تتشابه Coniferophyta و Cycadophyta و Ginkgophyta في إنتاجها من الكامبيوم الثانوي (الخلايا التي تولد النظام الوعائي للجذع أو الجذع) ونمط تطور البذور، ولكنها لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا من الناحية التطورية ببعضها البعض. تعتبر Gnetophyta أقرب مجموعة إلى كاسيات البذور لأنها تنتج نسيجًا حقيقيًا يحتوي على كل من القصبة الهوائية وعناصر الأوعية الدموية.

    الصنوبريات

    الصنوبريات هي العنصر السائد في الجمنازيوم، مع أكثر الأنواع تنوعًا. معظمها أشجار طويلة عادة ما تحمل أوراقًا تشبه القشور أو تشبه الإبرة. يحد الشكل الرقيق للإبر وجليدتها الشمعية من فقدان الماء من خلال النتح. ينزلق الثلج بسهولة من الأوراق على شكل إبرة، مما يحافظ على إضاءة الحمولة ويقلل من كسر الفروع. تفسر هذه التكيفات مع الطقس البارد والجاف هيمنة الصنوبريات على ارتفاعات عالية وفي المناخات الباردة. تشمل الصنوبريات الأشجار دائمة الخضرة المألوفة، مثل أشجار الصنوبر والتنوب والتنوب والأرز والسيكويا والطقسوس (الشكل\(\PageIndex{2}\)). هناك عدد قليل من الأنواع المتساقطة وتفقد أوراقها مرة واحدة في الخريف. تعتبر اللاريس الأوروبية والتماراك أمثلة على الصنوبريات المتساقطة. يتم حصاد العديد من الأشجار الصنوبرية من أجل لب الورق والأخشاب. يعتبر خشب الصنوبريات أكثر بدائية من خشب كاسيات البذور؛ فهو يحتوي على القصبة الهوائية، ولكن لا يحتوي على عناصر الأوعية، ويشار إليه باسم «الخشب اللين».

    تُظهر الصورة A شجرة التنوب الطويلة المغطاة بمخاريط الصنوبر. تُظهر الصورة B سيكويا بجذع طويل وعريض وأغصان تبدأ من أعلى الجذع. تُظهر الصورة C شجرة العرعر بجذع مزعج. يُظهر الجزء D غابة من التمر الهندي بإبر صفراء.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): الصنوبريات هي الشكل السائد للنباتات في البيئات الباردة أو القاحلة وعلى ارتفاعات عالية. تظهر هنا (أ) شجرة التنوب دائمة الخضرة، و (ب) سيكويا، و (ج) العرعر، و (د) النطاوي النفضي: تاماراك لارسينيا. لاحظ الأوراق الصفراء للتاماراك. (المرجع ب: تعديل العمل من قبل آلان ليفين؛ الائتمان ج: تعديل العمل من قبل ويندي ماكورماك؛ الائتمان د: تعديل العمل من قبل ميكي زليمين)

    السيكادس

    تزدهر السيكاسيات في المناخات المعتدلة وغالبًا ما يتم الخلط بينها وبين أشجار النخيل بسبب شكل أوراقها الكبيرة المركبة. وهي تحمل أقماع كبيرة، وبشكل غير معتاد بالنسبة للحيوانات المنوية، قد يتم تلقيحها بواسطة الخنافس بدلاً من الرياح. لقد سيطروا على المناظر الطبيعية خلال عصر الديناصورات في عصر الميزوزويك (منذ 251-65.5 مليون سنة). استمر مائة نوع أو نحو ذلك من أنواع السيكاد حتى العصر الحديث. إنها تواجه الانقراض المحتمل، ويتم حماية العديد من الأنواع من خلال الاتفاقيات الدولية. نظرًا لشكلها الجذاب، غالبًا ما تستخدم كنباتات زينة في الحدائق (الشكل\(\PageIndex{3}\)).

    تظهر الصورة سيكاد بأوراق تشبه أوراق شجرة النخيل. تشع الأوراق المركبة من الجذع المركزي. يوجد مخروطان برتقاليان كبيران في الوسط.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): يُظهر السيكاد الحديدي إنسيفالارتوس هذا أقماع كبيرة. (تصوير: ويندي كاتلر)

    جينكوفيت

    النوع الوحيد الباقي من الجنكوفيت هو الجنكو بيلوبا (الشكل\(\PageIndex{4}\)). تتحول أوراقها على شكل مروحة، الفريدة بين نباتات البذور لأنها تتميز بنمط تعرق ثنائي التفرع، إلى اللون الأصفر في الخريف وتسقط من النبات. على مدى قرون، كان الرهبان البوذيون يزرعون الجنكو بيلوبا، مما يضمن الحفاظ عليها. يتم زراعته في الأماكن العامة لأنه مقاوم بشكل غير عادي للتلوث. توجد أعضاء الذكور والإناث في نباتات منفصلة. عادة ما يزرع البستانيون أشجار الذكور فقط لأن البذور التي تنتجها النبتة الأنثوية لها رائحة كريهة من الزبدة الفاسدة.

    يُظهر الرسم التوضيحي أوراق الجنكة بيلوبا الخضراء على شكل مروحة.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): هذه اللوحة من كتاب فلورا جابونيكا، سيكتيو بريما (تافيلباند) لعام 1870، تصور أوراق وثمار جينكو بيلوبا، كما رسمها فيليب فرانز فون سيبولد وجوزيف جيرهارد زوكاريني.

    النباتات الوراثية

    تعد النباتات الجنينية أقرب الأقارب إلى كاسيات البذور الحديثة، وتشمل ثلاثة أجناس مختلفة من النباتات. مثل كاسيات البذور، لها أوراق عريضة. تتكون أنواع Gentum في الغالب من الكروم في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية. النوع الوحيد من Welwitschia هو نبات غير عادي منخفض النمو موجود في صحاري ناميبيا وأنغولا. قد يعيش لمدة تصل إلى 2000 عام. يتم تمثيل جنس الإيفيدرا في أمريكا الشمالية في المناطق الجافة في جنوب غرب الولايات المتحدة والمكسيك (الشكل\(\PageIndex{5}\)). أوراق الإيفيدرا الصغيرة التي تشبه القشور هي مصدر مركب الإيفيدرين، الذي يستخدم في الطب كمزيل قوي للاحتقان. نظرًا لأن الإيفيدرين يشبه الأمفيتامينات، سواء في التركيب الكيميائي أو التأثيرات العصبية، فإن استخدامه يقتصر على الأدوية التي تستلزم وصفة طبية. مثل كاسيات البذور، ولكن على عكس الجمنازيوم الأخرى، تمتلك جميع النباتات الوراثية عناصر وعائية في نسيجها.

    تُظهر الصورة شاي المورمون، وهو نبات قصير قشري بأغصان صفراء تشع من حزمة مركزية.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): ينمو الإيفيدرا فيريديس، المعروف بالاسم الشائع لشاي المورمون، في غرب الولايات المتحدة. (مصدر: خدمة الحدائق الوطنية الأمريكية، قاعدة بيانات نباتات USDA-NRCS)

    مفهوم في العمل

    شاهد فيديو بي بي سي هذا الذي يصف الغرابة المذهلة لـ Welwitschia.

    ملخص

    نباتات الجمنازيوم هي نباتات بذرية غير متجانسة تنتج بذورًا عارية. ظهرت في الفترة الكربونية (منذ 359-299 مليون سنة) وكانت الحياة النباتية السائدة خلال عصر الميزوزويك (251-65.5 مليون سنة مضت). تنتمي الجمنازيوم الحديثة إلى أربعة أقسام. إن التقسيم الصنوبري - الصنوبريات - هو النباتات الخشبية السائدة على الارتفاعات العالية وخطوط العرض. تشبه السيكادات أشجار النخيل وتنمو في المناخات الاستوائية. جينكو بيلوبا هو النوع الوحيد من قسم Gingkophyta. القسم الأخير، Gnetophytes، هو مجموعة متنوعة من الأنواع التي تنتج عناصر الأوعية في خشبها.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{1}\): في أي مرحلة يتشكل الزيجوت ثنائي الصبغيات؟

    ج: عندما يبدأ المخروط الأنثوي في البرعم من الشجرة
    B. عندما تندمج نواة الحيوانات المنوية ونواة البويضة
    C. عندما تسقط البذور من الشجرة
    D. عندما يبدأ أنبوب حبوب اللقاح في النمو

    إجابة

    B. يتشكل الزيجوت ثنائي الصبغيات بعد انتهاء أنبوب حبوب اللقاح من التكون بحيث يمكن للنواة المولدة للذكور (الحيوانات المنوية) أن تندمج مع البويضة الأنثوية.

    مسرد المصطلحات

    كوز
    ستروبيلوس الإباضة على الجمنازيوم التي تحتوي على البويضات
    صنوبرية
    التقسيم السائد للجمنازيوم مع أكثر الأنواع تنوعًا
    سيكاد
    قسم من الجمنازيوم التي تنمو في المناخات الاستوائية وتشبه أشجار النخيل
    جينكوفيت
    قسم من الحيوانات المنوية مع نوع حي واحد، وهو الجنكو بيلوبا، وهي شجرة بأوراق على شكل مروحة
    غنيتوفيت
    قسم من الجمنازيوم بخصائص مورفولوجية متنوعة تنتج عناصر الأوعية الدموية في أنسجتها الخشبية
    جيمنو منوي
    نبات بذور ببذور عارية (بذور مكشوفة على أوراق معدلة أو في مخاريط)
    ميجا سبوروسيت
    خلية أم ضخمة؛ بوغ أكبر ينبت إلى نبات مشيجي أنثوي في نبات غير متجانس
    ميكروسبوروسيت
    بوغ أصغر ينتج نبتات مشيمية ذكورية في نبات غير متجانس

    المساهمون والصفات