التكاثر عملية بيولوجية يُنتج بها كائن حي جديد من الأبوين. وهو خاصية أساسية لكل أنواع الحياة المعروفة؛ فكل كائن حي موجود بسبب التكاثر. وهو شرط لا غنى عنه لاستمرار الحياة. ودونه تتوقف الحياة عن الوجود. هناك نوعان من التكاثر: الجنسي واللا جنسي. في التكاثر اللا جنسي، يستطيع الكائن الحي التكاثر دون تدخل كائن حي آخر؛ بينما يتطلب التكاثر الجنسي التفاعل الجنسي بين فردين متخصصين، وبشكل نموذجي يخصب ذكر أنثى من نفس النوع لإنتاج نسل من الكائنات الحية خصائصها الوراثية مشتقة من كلا الأبوين. لا يختلف التكاثر في النباتات كثيرًا فهو يحدث لكلا الشكلين الجنسي واللا جنسي ويختلف حسب نوع النبات. هنا، سنتعلم بعمق الأساليب المتنوعة لتكاثر النباتات.
التكاثر اللاجنسي لدى النباتات
يُنتج فيه نسل مطابق جينيًا للنبات الأب دون مساهمة المادة الوراثية من نبات آخر، ويقسم التكاثر اللا جنسي في النباتات من ناحية أخرى إلى التكاثر الخضري والتكاثر اللا تعرسي.
التكاثر الخضري للنبات
عندما تساهم قطعة نباتية من النبات الأصلي مثل الجذر أو الساق أو الأوراق في إنتاج النسل، يسمى هذا بـ التكاثر الخضري للنبات وهو غالبًا ما يعرف بأنه عملية البقاء وزيادة الكتلة الحيوية.
ميزاته:
- يفعل البقاء المستمر للنباتات
- يساعد على زيادة الحجم
مساوئه:
- لا يمكن للنباتات التكاثر إلا في مسافة محدودة
- تُنقل المورثات الممرضة من الأب إلى النسل
الأنواع العديدة للتكاثر الخضري اللا جنسي لدى النباتات:
التبرعم
هو شكل من أشكال التكاثر اللا جنسي يتطور فيه كائن حي جديد من نتوء أو برعم على سطح النباتات بسبب الانقسام الخلوي في موقع محدد. يبقى الكائن الحي ملتصقًا خلال نموه، وينفصل عن النبات الأب فقط عند نضوجه تاركًا وراءه نسيجًا نُدبيًا. على سبيل المثال: الخميرة هو كائن حي وحيد الخلية يتكاثر بهذه الطريقة.
التشدف
التشدف في النبات شكل من أشكال التكاثر اللا جنسي أو الاستنساخ، يُقسم فيه الكائن الحي إلى قطع، وتتطور كل قطعة منها إلى أفراد ناضجين وكاملي النمو كنسل للكائن الحي الأصلي، التشدف هو الشكل الذي تتكاثر فيه الطحالب مثل السبيروجيرا.
تشكيل الأبواغ
يستخدم مصطلح تشكيل الأبواغ Sporogenesis للإشارة إلى تكاثر النباتات عبر الأبواغ. يتضمن التكاثر عبر الأبواغ انتشار الأبواغ عبر الماء أو الهواء. تنمو الأبواغ التكاثرية إلى فرد متعدد الخلايا أحادي الصيغة الصبغية أو سبوريلينغات Sporelings (نباتات أو فطور صغيرة تنشأ من الأبواغ).
تُغطى كل واحدة من هذه الأبواغ بطبقة قاسية خارجية من أجل الصمود أمام الظروف غير المرغوب بها مثل الحرارة المرتفعة والرطوبة المنخفضة، وهكذا تستطيع البقاء لأطول فترة ممكنة. حالما تصبح الظروف مناسبة، تنتعش الأبواغ وتتطور إلى فرد جديد. النباتات التي تتكاثر بهذه الطريقة هي الفطور على الخبز، وبعض أنواع الطحالب، والسراخس، إلخ.
التكاثر الخضري
هو نوع من أنواع التكاثر اللا جنسي تتشكل فيه نباتات جديدة من الجذور والسيقان والأوراق والبراعم. البريوفيليوم Bryophyllum هي نبتة تتكاثر خضريًا عبر الأوراق، والنباتات مثل البطاطا الحلوة والأضاليا تتكاثر خضريًا عبر الجذور.
التكاثر اللا تعرسي
هو استبدال التكاثر الجنسي الطبيعي بالتكاثر الجنسي دون حدوث إخصاب، البذور المتشكلة بالتكاثر اللا تعرسي هي وسيلة للتكاثر اللا جنسي، فهو يتضمن تشكيل وانتشار البذور دون حدوث الإخصاب الجنيني، ويكون النسل مشابهًا جينيًا للآباء، مثل الهندباء.
التكاثر الجنسي في النباتات:
من أجل التكاثر الجنسي في النباتات، يكون التفاعل بين أنواع الذكور والإناث شرطًا أساسيًا، لا يكون النمط الجيني للنسل مطابقًا ولكنه يكون مشتقًا من مزيج من كلا الأبوين.
الانقسام المنصف:
خلال الانقسام المنصف، يُعاد ترتيب الجينات في الكائن الحي ويقسم العدد الصبغي إلى النصف (أي أحادي الصيغة الصبغية). ينتج النبات الأعراس النباتية خلال عملية الانقسام المنصف، وتنتج الأعراس النباتية الأعراس المذكرة والمؤنثة عبر الانقسام الخلوي أو الانقسام الخيطي.
الإلقاح:
يتضمن اتحاد كلتا العروسين الذكرية والأنثوية ما يؤدي إلى إعادة عدد الصبغيات إلى بيضة ملقحة ثنائية الصيغة الصبغية تتطور إلى نسل جديد. فيؤدي إلى إنتاج مزج بين الصفات المأخوذة من كلا الأبوين.
تاريخ التكاثر الجنسي في النباتات:
- في البداية كانت النباتات مائية وتطرح أعراسها الذكرية (النطاف) مباشرةً في الماء؛ فتلتقي بالنباتات الأخرى (النسخة المؤنثة).
- وعندما تطورت النباتات وازدادت طولًا وتعقيدًا، أصبح التكاثر عبر الأبواغ التي كانت تُحمل عبر الرياح.
- تطورت النباتات البذرية لاحقًا، والتي امتلكت غبار الطلع. فهو تحول وقائي للعروس الذكرية؛ والذي مكن من الحفاظ على حيوية النطاف لمسافات أبعد.
أجزاء الجهاز التكاثري في النباتات:
الأزهار هي العضو التكاثري الأساسي في النباتات.
تدعى الزهرة أحادية الجنس إذا كانت تملك فقط أحد أجزاء التكاثر الأنثوية أو الذكرية؛ مثل أزهار الذرة، والبابايا، والخيار.
تدعى الزهرة بثنائية الجنس إذا كانت تملك كلا الأجزاء التناسلية الأنثوية والذكرية؛ مثل أزهار الخردل والورد والبتونيا.
بنية الزهرة
تتألف الزهرة من أجزاء نباتية هي الكأس والتويج وأجزاء تكاثرية هي العطيل والوزيم والتي تترتب في طبقات أو بشكل ملتف.
الجزء التكاثري الذكري (العطيل) مؤلف من وحدات تدعى السداة، تتألف كل سداة من جزأين: ساق تدعى حامل المئبر فوقها المئبر، حبات الطلع التي تحتوي على الأعراس المذكرة أو النطاف والتي تُنتَج من المئبر.
الجزء التكاثري الأنثوي أو الوزيم هو طوية مغزلية في الزهرة، تتألف من وحدات تدعى الخباء، تشكل العديد من الأخبئة المندمجة المبيض حيث توجد البذيرة التي تنتج العروس الأنثوية.
المدقة هي عبارة عن بنية تتكون من الأخبئة المندمجة ولها طرف لاصق يسمى الميسم يعمل بمثابة مستقبل لغبار الطلع، تعمل الساق الطويلة كبنية داعمة وتساعد على تطوير أنابيب غبار الطلع من الميسم باتجاه الأسفل.
عملية التكاثر الجنسي في النباتات:
تتم عملية التكاثر الجنسي في النباتات بشكل رئيسي عن طريق عملية الإلقاح، وهي عملية يتم من خلالها هبوط حبة الطلع من المئبر (العروس الذكرية) على الميسم وتتزاوج تدريجيًا مع البذيرة (العروس الأنثوية).
يمكن للتلقيح أن يكون على شكلين:
التلقيح الذاتي
- ينتقل غبار الطلع إلى ميسم نفس الزهرة
- يحدث لدى النباتات ثنائية الجنس التي ينضج مئبرها وميسمها في نفس الوقت
- مثال: القمح، البازلاء
التلقيح المتصالب
- ينتقل غبار الطلع إلى ميسم زهرة أخرى من نفس النوع
- يحدث لدى النباتات أحادية الجنس وثنائية الجنس التي ينضج مئبرها وميسمها في أوقات مختلفة
- مثال: البامية، البندورة، الباذنجان
بالنسبة لغالبية النباتات، تكون الحشرات أو الحيوانات بمثابة مُلقحات أو حاملات لغبار الطلع من نبات إلى نبات آخر. تملك الزهور العديد من الآليات لجذب الملقحات مثل اللون والرائحة والحرارة وغدد الرحيق وحبوب الطلع الصالحة للأكل وشكل الزهرة.
عملية الإخصاب
يعرف تشكيل البيضة ثنائية الصيغة الصبغية من اتحاد اثنين من الأعراس الذكرية والأنثوية أحادية الصيغة الصبغية باسم الإخصاب.
تبدأ العملية بعد أن تلتصق حبوب الطلع بالميسم وتبدأ بإرسال أنبوب نحو الأسفل تمر عبره الأعراس الذكرية وتتحد مع الأعراس الأنثوية في المبيض.
يعد الإخصاب في النباتات المزهرة فريدًا بين جميع الكائنات الحية المعروفة، فلا تُخصّب خلية واحدة فقط بل خليتان في عملية تدعى الإخصاب المزدوج.
تندمج إحدى نوى الحيوانات المنوية مع البيضة داخل أنبوب حبوب الطلع في الكيس الجنيني، وتندمج نواة الحيوان المنوي الآخر مع نواة الإندوسبيرم ثنائية الصيغة الصبغية.
تدعى البيضة الملقحة التي تتطور إلى جنين ثنائي الصيغة الصبغية للنبات البوغي زيجوت Zygote، وتتطور نواة الإندوسبيرم الملقحة إلى إندوسبيرم ثلاثي الصيغة الصبغية، وهو نسيج غذائي يغذي الجنين والشتلات.
تشكيل الفاكهة والبذور:
تُشكل البيضة الملقحة والناضجة البذور بينما تتشكل الثمار من المبايض الناضجة.
تُسمى الفاكهة المكونة من مبيض واحد ناضج الفاكهة البسيطة. على سبيل المثال: التفاح، البرتقال، المشمش.
تسمى الفاكهة التي تتكون من مجموعة من المبايض الناضجة من زهرة واحدة الفاكهة المركبة. على سبيل المثال: التوت الأسود، توت العليق، الفراولة.
يطلق على مجموعة المبايض الناضجة من أزهار منفصلة أزهرت معًا الفاكهة المتعددة. على سبيل المثال: الأناناس، التوت، التين.
الاختلاف بين التكاثر الجنسي واللا جنسي في النباتات:
يحتوي الجدول أدناه على أهم الاختلافات بين آليات التكاثر الجنسي واللا جنسي في النباتات:
التكاثر اللاجنسي
- يحدث من خلال نبات واحد أب
- يحدث في النباتات وحيدة الجنس
- تستخدم النباتات ضعيفة التطور الشكلي آلية التكاثر اللا جنسي
- لا وجود للأجزاء التناسلية
- في معظم الطرق، يموت النبات الأصلي بعد عملية التكاثر
- تكون صفات النسل مطابقة للنبات الأب
- لا حاجة للبذور
التكاثر الجنسي
- يتطلب وجود كلا النباتين الأبوين الذكر والأنثى
- يحدث في النباتات ثنائية الجنس
- تستخدم النباتات المتطورة شكليًا آلية التكاثر الجنسي
- توجد أجزاء تناسلية كاملة التطور مثل المئبر والمدقة
- يستمر النبات الأصلي بالوجود بعد عملية التكاثر
- تكون صفات النسل مشتقة من كلا الأبوين
- يوجد حاجة للبذور لإنتاج نباتات جديدة
علم الأحياء التطبيقي لتكاثر النباتات:
كتلخيص، يحدث التكاثر في النباتات من خلال آليات جنسية ولا جنسية. وتعتبر دراسة هذه الآليات ذات أهمية قصوى في علم الزراعة والبستنة وزراعة الأزهار.
يمكن زراعة المحاصيل الصحية بناءً على هذه المعرفة، وتؤدي الممارسات الزراعية العلمية إلى زيادة المحصول.
هناك العديد من التقنيات الحديثة في الزراعة مثل التطعيم والتعقيل والتبرعم وغيرها والتي أصبحت رائجة في الوقت الحاضر لإنتاج المحاصيل الهجينة. تعتمد هذه التقنيات على المعرفة بالتكاثر الخضري اللا جنسي وتعمل بمثابة تحسينات للعملية الطبيعية في زراعة النباتات.
في علم البستنة، التعقيل هو فرع مقطوع من النبتة الأم أسفل السلامية، ثم يُجذّر غالبًا بمساعدة سوائل تجذير أو مسحوق يحتوي على هرمونات. عندما يتشكل جذر كامل وتبدأ الأوراق بالتبرعم يصبح النبات الابن مكتفيًا ذاتيًا ومطابقًا وراثيًا للنبات الأم. أمثلة على التعقيل: استخدام سيقان التوت الأسود والبنفسج الإفريقي ورعي الحمام لإنتاج نباتات جديدة.
هناك استخدام مرتبط بالتعقيل هو التطعيم، يُربط ساق أو برعم بساق أخرى. تعرض المشاتل أشجارًا للبيع بجذوع مُطعمة تستطيع إنتاج أربعة أو أكثر من أنواع الفاكهة المتقاربة بما فيها التفاح. والاستخدام الأكثر شيوعًا للتطعيم هو تكاثر الأصناف الزراعية على النباتات ذات الجذور، في بعض الأحيان يستخدم الجذمور (جذر تحت الأرض ينتج البراعم الجديدة) لحماية النباتات من التقزم أو من تخرب الجذور من مسببات المرض.
نظرًا إلى أن النباتات المتكاثرة خضريًا هي مستنسخات، فهي تعد أدوات مهمة في الأبحاث النباتية. عندما ينمو المستنسخ في ظروف مختلفة، يمكن للتغيرات في النمو أن تُعزى إلى الآثار البيئية بدلًا من الاختلافات الوراثية.
بعض المصطلحات المهمة التي يجب وضعها في الاعتبار:
- التكاثر اللا جنسي: بديل عن التكاثر الجنسي لا تُخصّب البذور فيه.
- الانقسام المنصف: انقسام النواة لتشكيل خلايا أحادية الصيغة الصبغية.
- الانقسام الخيطي: تضاعف الخلايا مُعطيةً خلايا جديدة مشابهة لها بالبنية الصبغية.
- أحادية الصيغة الصبغية: مجموعة أحادية من الصبغيات.
- ثنائية الصيغة الصبغية: مجموعة مزدوجة من الصبغيات.
- العطيل: الأجزاء التكاثرية الذكرية في الزهرة.
- الوزيم: الأجزاء التكاثرية الأنثوية في الزهرة.
- البيضة الملقحة: خلية ثنائية الصيغة الصبغية تتشكل من اتحاد اثنتين من الأعراس مذكرة ومؤنثة أحادية الصيغة الصبغية.
- الأندوسبيرم: نسيج ثلاثي الصيغة الصبغية يغذي الجنين المُخصب والشتلة.
اقرأ أيضًا:
كيف تحصل عملية التلقيح في النباتات ؟ آلية التلقيح
وسائل جذب الملقحات في النباتات
ترجمة: أحمد رجب
تدقيق: حسام التهامي
مراجعة: تسنيم المنجد
