الإخصاب في عالم النبات: رحلة الأمشاج من التكوين إلى الاتحاد وتكوين البذور والثمار - دراسة شاملة للآليات والتطورات في كاسيات البذور وعاريات البذور

الإخصاب في النباتات: رحلة حبوب اللقاح وتكوين البذور والثمار

الإخصاب هو عملية أساسية في دورة حياة النباتات الزهرية (كاسيات البذور) وعاريات البذور، حيث تتحد الأمشاج الذكرية والأنثوية لتكوين الجنين، الذي يتطور لاحقًا إلى بذرة. هذه العملية حيوية للتكاثر الجنسي للنباتات وضمان استمرار أنواعها. يهدف هذا الموضوع إلى تقديم شرح مفصل ومتكامل لعملية الإخصاب في النباتات، بدءًا من تكوين الأمشاج وصولًا إلى تكوين البذور والثمار.

تكوين الأمشاج:

قبل الإخصاب، يجب أن تتكون الأمشاج الذكرية والأنثوية. تختلف هذه العملية بين كاسيات البذور وعاريات البذور.

في كاسيات البذور (النباتات الزهرية):

• تكوين حبوب اللقاح (الأمشاج الذكرية): يحدث في المتك (Anther) داخل السداة (Stamen). الخلايا الأم لحبوب اللقاح (microspore mother cells) تخضع للانقسام الاختزالي لتكوين أربعة خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية (microspores). تنقسم كل خلية من هذه الخلايا انقسامًا غير مباشر لتكوين حبة لقاح ناضجة تحتوي على خليتين: الخلية الأنبوبية (tube cell) والخلية المولدة (generative cell). تنقسم الخلية المولدة لاحقًا لتكوين خليتين ذكريتين (sperm cells).
• تكوين الكيس الجنيني (الأمشاج الأنثوية): يحدث داخل البويض (Ovule) الموجود في المبيض (Ovary) ضمن الكربلة (Carpel أو Pistil). الخلية الأم للكيس الجنيني (megaspore mother cell) تخضع للانقسام الاختزالي لتكوين أربعة خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية (megaspores). عادة ما تتحلل ثلاث من هذه الخلايا وتبقى واحدة تتطور لتكوين الكيس الجنيني الناضج. يخضع هذا الكيس الجنيني لسلسلة من الانقسامات غير المباشرة لتكوين ثماني نوى مرتبة في سبع خلايا: ثلاث خلايا في الطرف المقابل للفتحة النقيرية (antipodal cells)، وخليتان قطبيتان في المركز تندمجان عادة لتكوين نواة مركزية ثنائية المجموعة الكروموسومية، وخليتان بجوار الفتحة النقيرية هما الخليتان المساعدتان (synergids)، والخلية البيضية (egg cell) بينهما.

في عاريات البذور (مثل الصنوبريات):

• تكوين حبوب اللقاح: يحدث في المخاريط الذكرية.
• تكوين البويضات: يحدث في المخاريط الأنثوية. العملية هنا أكثر تعقيدًا وتختلف عن كاسيات البذور في التفاصيل.

التلقيح (Pollination):

التلقيح هو عملية انتقال حبوب اللقاح من المتك إلى الميسم (Stigma) في كاسيات البذور، أو إلى البويض في عاريات البذور. يمكن أن يتم التلقيح عن طريق الرياح، أو الماء، أو الحشرات، أو الحيوانات الأخرى.

الإخصاب في كاسيات البذور:

تتميز كاسيات البذور بعملية إخصاب فريدة تسمى الإخصاب المزدوج (Double Fertilization):

• إنبات حبة اللقاح ونمو الأنبوب اللقاحي: عندما تسقط حبة اللقاح على الميسم المتوافق، فإنها تمتص الرطوبة وتبدأ في الإنبات. تنمو الخلية الأنبوبية لتشكل الأنبوب اللقاحي (pollen tube) الذي يخترق القلم (style) ليصل إلى البويض عبر الفتحة النقيرية (micropyle).
• انتقال الخلايا الذكرية إلى الكيس الجنيني: تتحرك الخليتان الذكريتان من حبة اللقاح عبر الأنبوب اللقاحي لتصل إلى الكيس الجنيني.
• الإخصاب المزدوج: يحدث حدثان للإخصاب في وقت واحد:

1. تتحد إحدى الخليتين الذكريتين (n) مع الخلية البيضية (n) لتكوين الزيجوت (zygote) (2n)، الذي سينمو ليصبح الجنين.
2. تتحد الخلية الذكرية الأخرى (n) مع النواة المركزية الثنائية المجموعة الكروموسومية (2n) لتكوين نواة السويداء (endosperm nucleus) (3n)، التي ستتطور لتكوين نسيج السويداء الذي يغذي الجنين النامي.

الإخصاب في عاريات البذور:

تختلف عملية الإخصاب في عاريات البذور عن كاسيات البذور، ولكنها تتضمن أيضًا اتحاد مشيج ذكري مع مشيج أنثوي. بشكل عام:

• تنتقل حبوب اللقاح إلى البويض.
• تنمو حبة اللقاح لتشكل أنبوبًا لقاحيًا (في بعض الأنواع).
• تنتقل الخلايا الذكرية لتخصيب البويضة لتكوين الزيجوت.
• لا يحدث تكوين سويداء ثلاثية المجموعة الكروموسومية كما في كاسيات البذور؛ بدلاً من ذلك، يتطور نسيج غذائي أحادي المجموعة الكروموسومية من المشيج الأنثوي قبل الإخصاب.

ما بعد الإخصاب: تكوين البذور والثمار في كاسيات البذور:

بعد الإخصاب المزدوج، تبدأ سلسلة من التطورات:

• تكوين البذرة:

1. ينمو الزيجوت (2n) ليصبح الجنين.
2. تنمو نواة السويداء (3n) لتكوين نسيج السويداء الغني بالعناصر الغذائية.
3. تتطور أغلفة البويض لتكوين غلاف البذرة (seed coat).

• تكوين الثمرة:

1. عادة ما يتطور المبيض (ovary) ليصبح الثمرة (fruit) التي تحمي البذور وتساعد في انتشارها.
2. في بعض الحالات، قد تساهم أجزاء أخرى من الزهرة في تكوين الثمرة.

أهمية الإخصاب:

• يؤدي الإخصاب إلى تكوين الجنين الذي يحمل الصفات الوراثية لكلا الأبوين، مما يزيد من التنوع الوراثي.
• يضمن تكوين البذور التي تحتوي على الجنين والمواد الغذائية اللازمة لنموه الأولي.
• يؤدي إلى تكوين الثمار في كاسيات البذور، مما يساعد في حماية البذور وانتشارها.

خلاصة:

الإخصاب في النباتات عملية معقدة ومنظمة بدقة تضمن التكاثر الجنسي واستمرار الأجيال. في كاسيات البذور، يتميز بالإخصاب المزدوج الذي يؤدي إلى تكوين الجنين والسويداء. بعد الإخصاب، يتطور البويض إلى بذرة والمبيض عادةً إلى ثمرة. فهم هذه العملية أمر بالغ الأهمية لفهم دورة حياة النباتات وتكاثرها.