الوصف النباتي للذرة الشامية

يتكون نبات الذرة الشامية التام التكوين من المجموع الجذري، والمجموع الخضري والنورات. ويبين الشكل التالي الشكل العام لنبات الذرة.

شكل (١) الشكل العام لنبات الذرة الشامية

أ- المجموع الجذري ب- النورة المذكرة جـ- النورة المؤنثة (الكوز) د- ورقة هـ- الساق

اولا- المجموع الجذري

نباتات الذرة الشامية أكبر حجما من نباتات محاصيل الحبوب الأخرى، لذلك فإنها تتميز بمجموع جذري كبير، يتكون من ثلاثة أنواع من الجذور هي: الجذور الأولية، والجذور العرضية، والجذور الدعامية.

١- الجذور الأولية (الجنينية)

عندما تبدأ الحبة في الإنبات ينمو الجذير مخترقا غمده، مكونا الجذر الأولي، ثم يتبعه في الظهور زوجا آخر من الجذور الجنينية الثانوية، ثم يتبع ذلك ظهور الجذر الجنيني الأولي الثالث من الجهة المقابلة للقصعة كما هو مبين بشكل (٢).

شكل (٢). أ- حبة ذرة شامية نابتة ب- نبات ذرة شامية في عمر خمسة أوراق في أ، ب ١- الريشة، ٢- شق طولي في غمد الريشة، ٣- غمد الريشة، ٤- الجذر الأولي الأصلي، ٥-الجذور الجانبية، ٦- القصعة، ٧- أول ورقة خضرية، ٨- بقايا الحبة، ٩- الجذور العرضية، ١٠- سوار الأوراق، ١١- السويقة الوسطى، ١٢- سطح الأرض

هذه الجذور الأولية تقوم بوظائف الجذر تحت ظروف الحقل في الفترات الأولى من حياة النبات، وقد تظل قائمة بوظائف الجذر طوال حياة النبات، ولكن تقل أهميتها بعد تكوين الجذور العرضية.

٢- الجذور العرضية

ويطلق على الجذور العرضية أيضا الجذور التاجية أو الجذور الليفية، وتتكشف هذه الجذور من العقد السفلى للساق فوق السويقة الوسطى Mesocotyl تحت سطح التربة. وتنمو هذه الجذور عقب ظهور الريشة مباشرة فوق سطح التربة، وتخرج في محيطات يصل عددها إلى أربعة، ويتراوح عدد الجذور بالمحيط الواحد من ٢-٢٠ جذر. والعقد التي تخرج منها هذه الجذور متقاربة جدا، وتسمى بالتاج الجذري، وتوجد أسفل سطح التربة بحوالي ٥ .٢ سم. ويبين شكل (٢) الجذور العرضية في الذرة.

ولقد وجد أن الجذور العرضية في الذرة الشامية تشغل الـ٩٠سم السطحية من التربة. ويتوقف تعمق الجذور العرضية على العديد من العوامل أهمها الصنف المنزرع، والمحتوى المائي للتربة، وقوام التربة وخصوبتها، ومستوى الماء الأرضي، وغيرها من العوامل البيئية النامي فيها النبات. ويبين شكل (٣) مدى انتشار وتعمق المجموع الجذري للذرة الشامية.

٣- الجذور الدعامية أو المساعدة أو الهوائية

تخرج هذه الجذور في محيطات من العقد السفلى على الساق والموجودة فوق سطح التربة مباشرة، أثناء طور استطالة السيقان وقرب نهاية طور النمو الخضري. وعند وصول هذه الجذور إلى أسفل سطح التربة، فإنها تأخذ شكل ووظيفة الجذور العادية التي توجد أسفل سطح التربة، علاوة على أنها تقوم بتثبيت النبات في التربة.

ويختلف عدد الجذور الدعامية وكذلك عدد العقد التي تخرج منها اختلافا كبيرا باختلاف الأصناف. كما يتأثر هذا العدد داخل الصنف الواحد بكل من كثافة النباتات في وحدة المساحة، والتسميد، ففي أصناف الذرة المنغوزة، تخرج الجذور الدعامية من العقدتين أو الثلاثة الأولى على الساق فوق سطح الأرض مباشرة تحت كثافة النباتات العادية، بينما تخرج مثل هذه الجذور في بعض السلالات من عقد أكثر من ذلك.

شكل (٣) الجذور العرضية لنبات الذرة الشامية تم طرد نوراته، نامي في أرض جيدة التهوية. ضلع المربع الواحد يساوي ٣٠سم تقريبا.

شكل (٤). الجذور الدعامية في الذرة الشامية، ومكان نشوئها من العقد القريبة من سطح التربة

تتميز الجذور الدعامية بأنها أسمك وأقوى من الجذور العرضية، ولا تتفرع فوق سطح الأرض غالبا، وتغطى بطبقة هلامية. ويبين شكل (٤) الجذور الدعامية في الذرة الشامية.

ثانيا- الساق

ساق الذرة الشامية صلب، يتراوح طوله بين ١-٦م، متوقفا ذلك على الصنف، والظروف البيئية. ويتراوح قطر الساق بين ٢-٥سم.

ويقوم الساق بحمل الأوراق والكيزان والنورات المذكرة، كما يعمل أيضا كعضو تخزين للذائبات الصلبة التي تتكون اساسا من السكروز والتي قد تساهم في محصول الحبوب.

يتكون الساق من عقد وسلاميات اسطوانية (شكل ٥) يوجد بها مجرى طولي، ويوجد برعم في قاعدة هذا المجرى فوق كل عقدة وأسفل كل سلامية، ماعدا أسفل السلامية الطرفية (شكل ٥).

شكل (٥). جزء من ساق وورقة ذرة شامية.

تختلف السلاميات في أطوالها، فالعقد السفلى (من ١-٤) على الساق البالغة يوجد بينها سلاميات قصيرة، ومدفونة أسفل سطح الأرض، ويبدأ خروج الجذور العرضية من هذه العقد والتي يطلق عليها "التاج الجذري Crown root" وإذا نمت البراعم الموجودة على هذه العقد فإنها تكون أفرعا أو خلفة، وهذه الخلفة تظهر في بعض الأصناف دون غيرها، بينما إذا نمت البراعم الموجودة على السلاميات العليا من الساق فإنها تكون كيزان، ولكن عادة ينمو ١-٣ براعم فقط في الجزء الوسطي من الساق مكونة كيزان.

ويوجد في قاعدة كل سلامية على الساق حلقة نمو ويؤدي انقسام خلاياها إلى استطالة السلامية، وأن أصول الجذور الهوائية تتكون بهذه الحلقة. وبوجه عام، يتراوح عدد السلاميات بالساق من ٨-٢١ سلامية متوقفا ذلك على الصنف والظروف البيئية المختلفة.

ثالثا- الأوراق

تتكون الورقة البالغة في الذرة الشامية من غمد ونصل ولسين.

النصل شريطي منبسط ذو حافة مموجة لأن سرعة نمو الجزء الطرفي منه أكبر من سرعة نمو العرق الوسطي.

وعند قاعدة النصل يوجد بروزان يطلق عليهما أذينتان. ويمتد على طول النصل، من القاعدة للقمة، عرق وسطي بارز.

الغمد يكون كامل عند قاعدة العقدة ومنشق فيما يلي ذلك. والغمد يغلف الجزء القاعدي من السلامية التي تليه، كما هو مبين بشكل (٥). وتعمل الأغماد على زيادة قوة الساق وعدم انثنائها، كما تعمل الأغماد كأعضاء تخزين للمواد الغذائية والتي قد تنتقل إلى الحبوب أثناء امتلائها.

اللسين يوجد عند اتصال الغمد بالنصل من الداخل، ويمنع مياه الندى والأمطار وما بهما من أتربة من النفاذ إلى غمد الورقة، وهذا يؤدي إلى منع الضرر للبرعم الموجود داخل الغمد.

الطوق يوجد بين النصل والغمد من الجهة الخارجية.

تترتب الأوراق على الساق ترتيبا متبادلا كما هو الحال في بقية نباتات العائلة Poaceae، وتوجد ورقة عند كل عقدة من عقد الساق كما هو مبين بشكل (١).

أن معظم أصناف الذرة الشامية تحتوي على أصول خمسة أوراق في الجنين، وهو العدد الأدنى للأوراق الذي يمكن أن يتكون على الساق الرئيسي للنبات. وبوجه عام يتراوح عدد أوراق نباتات الذرة الشامية بين ٨-٢٠ ورقة، متوقفا ذلك على الصنف والعوامل البيئية النامي تحتها النبات. ويصل متوسط طول النصل حوالي ٨٠سم، وعرضه ٩-١٠سم، وسمكه حوالي ٢٥ .٠مم، ويحتوي على أكثر من ١٤٠مليون خلية.

رابعا- النورات

نبات الذرة الشامية وحيد الجنس Unisexual وحيد المسكن Monoecious، إذ يحمل نورات مذكرة وأخرى مؤنثة منفصلتان على نفس النبات، كما هو مبين بشكل (١ و ٦). وسوف نوضح فيما يلي وصفا مورفولوجيا لكل من النورة المذكرة والمؤنثة.

شكل (٦). إلى اليمين النورة المذكرة (السنبلة) وإلى اليسار النورة المؤنثة (الكوز) بعد تمام طردها.

١- النورة المذكرة

توجد النورة المذكرة في نهاية السلامية الطرفية للساق وتسمى السنبلة Tassel، ويصل طولها إلى ٤٠سم تقريبا (شكل ٦).

تتركب النورة المذكرة من محور هو امتداد لسلامية الساق الطرفية. ويتفرع هذا المحور بالقرب من قاعدته إلى عدد من الأفرع الجانبية مرتبة في نظام حلزوني، وقد لا يتفرع المحور، وقد تكون الأفرع كثيرة، متوقفا ذلك على الصنف، وقد يكون المحور صلبا وسميكا، ولذا فتكون النورة قائمة، أو يكون رفيعا مرنا فتكون النورة مدلاة.

ويحمل المحور الرئيسي للسنبلة وكذلك الأفرع الجانبية سنيبلات. وتوجد هذه السنيبلات في أزواج في بضعة صفوف على المحور الرئيسي للسنبلة، في صفين على الأفرع الجانبية لها. وتكون سنيبلة واحدة من كل زوج جالسة، والأخرى معنقة (شكل ٧)، وتتشابه السنيبلات في تركيبها.

يتراوح طول السنيبلة من ١٣-١٨مم، وكل سنيبلة مغلفة بواسطة زوج من القنابع البيضاوية الشكل والمتساوية في الحجم تقريبا، وتحتوي بداخلها على زهرتين مذكرتين، وهاتان الزهرتان توجدان على محور السنيبلة القصير جدا، والزهرة العليا هي الأسبق في التكوين.

وتتركب كل زهرة من عصافة خارجية، وأخرى داخلية، وثلاث أسدية وفليستان، كما هو مبين بشكل (٧).

شكل (٧). زوج من السنيبلات محمول على محور النورة المذكرة.

٢- النورة المؤنثة

توجد النورة المؤنثة محمولة في نهاية فرع جانبي قصير مختزل يعرف بـ"الكعب Shank "، ينشأ من برعم إبطي على عقدة من عقد الساق في منطقة وسط النبات، وتسمى هذه النورة المؤنثة بـ"الكوز Ear".

ويتميز الكعب بسلامياته القصيرة جدا، وخاصة العلوية منها وتنمو من قاعدة كل سلامية، ورقة تحورت لتقوم بوظيفة تغليف النورة المؤنثة وحمايتها. ويطلق على هذه الأوراق المتحورة بـ"أغلفة الكوز Husks" ويتراوح عدد الأوراق المتحورة هذه بين ٨-١٣ ورقة. وتتكون أغلفة الكوز هذه أساسا من غمد ونصل مختزل أو غائب تماما. ويبين شكل (٨) قطاعا طوليا في النورة المؤنثة (الكوز).

النورة المؤنثة عبارة عن نورة سنبلية ذات محور سميك يسمى "القولحة Cob" ويعتبر محور النورة هذا ساقا سميكة متحورة، ويحمل السنيبلات المؤنثة في أزواج، في صفوف طولية، وهذه السنيبلات جالسة ومتشابهة في تركيبها.

شكل (٨). قطاعا طوليا في النورة المؤنثة (الكوز).

تتكون كل سنيبلة (شكل ٩) من قنبعتين غشائيتين يعجزان عن حماية الأزهار، ولذلك تقوم أغلفة الكوز بهذه الوظيفة.

تضم القنعتين زهرتين، إحداهما سفلى، والأخرى عليا.

الزهرة السفلى عقيمة ومختزلة إلى عصافتين قصيرتين إحداهما خارجية Lemma والأخرى داخلية Palea، ومبيض أثري، والفليستان غائبة غالبا.

والزهرة العليا خصبة (زهرة مؤنثة) وتتكون من:

عصافة خارجية، وأخرى داخلية، ومبيض قصير به مسكن واحد، وطلع أثري.

يتكون المبيض من ثلاث كرابل ملتحمة وينتهي بخيط طويل حريري الملمس هو القلم، والجزء العلوي منه هو الميسم. وتسمى الأقلام والمياسم الحريرية الملمس بالحريرة (الشرابة) Silks (شكل ١٠،٨). وتنتهي الحريرة بزوج من الفصوص الغير متساوية في الحجم، ويغطى كل فص وجزء من الخيط بشعيرات عديدة الخلايا (شكل ١٠) سطحها لزج وهذا يساعد الميسم على استقبال حبوب اللقاح وإنباتها. ويتراوح طول القلم والميسم معا من ١٠- ٤٠سم.

شكل (٩). زوج من السنيبلات المؤنثة.

وحيث أن السنيبلات المؤنثة تحمل في أزواج، في صفوف طولية على محور النورة (القولحة)، فإن هذا الترتيب الزوجي للسنيبلات هو الذي يجعل عدد الصفوف على الكوز زوجي غالبا (شكل ١). ويبين شكل (٩). تركيب زوج من السنيبلات المؤنثة في الذرة الشامية.

ولكن قد يحتوي الكوز على عددا فرديا من الصفوف، وهذا ينشأ عن فقد سنيبلة من كل زوج من أزواج السنيبلات، وأيضا عندما تكون الزهرة الثانية في السنيبلة خصبة، وفي هذه الحالة يكون بكل سنيبلة حبتين بدلا من حبة واحدة. وهذا يؤدي إلى عدم انتظام الحبوب على الكوز في صفوف طولية، كما هو الحال في بعض أصناف الذرة السكرية (شكل ١١).

شكل (١٠). أ- النورة المؤنثة (الكوز) قبل الإخصاب، وتظهر المياسم والأقلام الحريرية (الشرابة).

ب- زوج من السنيبلات المذكرة، انتثار حبوب اللقاح من المتوك، وزوج من السنيبلات المؤنثة، يلاحظ شكل الحريرة وموضع اتصالها بالمبيض.

شكل (١١). كوز ذرة سكرية تكونت فيه حبوب من كلا الزهرتين بالسنيبلة، مما أدى إلى ازدحام الحبوب على الكوز وعدم انتظامها في صفوف طولية.

التلقيح

الذرة الشامية نبات خلطي التلقيح، لأنه وحيد الجنس وحيد المسكن، إذ توجد النورة المذكرة في أعلى النبات، والنورة المؤنثة (الكوز) توجد في منتصف الساق تقريبا، وهذا يهيئ الفرصة للتلقيح الخلطي الذي يتم عادة بواسطة الرياح أو الجاذبية الأرضية. ومن الجدير بالذكر، أن حبوب اللقاح تنتثر من المتك قبل طرد الحريرة بحوالي ٢-٣ أيام. ويبدأ تفتح الأزهار بالنورة المذكرة قرب الجزء العلوي، ويمتد إلى أعلى وإلى أسفل. وفي داخل السنيبلة الواحدة تتفتح الزهرة العليا قبل الزهرة السفلى، ولهذا فإن تفتح المتك (التزهير) في النورة يكون على شكل موجتين في التزهير، ولذلك يستغرق تفتح أزهار النورة المذكرة (انتثار حبوب اللقاح) من ٤-١٤ يوم تقريبا، متوقفا ذلك على الظروف البيئية عادة وخصوصا درجة الحرارة، إذ تطول فترة التزهير تحت درجات الحرارة المنخفضة نسبيا.

ينتج المتك الواحد حوالي ٢٥٠٠ حبة لقاح. وتنتج السنيبلة الواحدة حوالي ١٥٠٠٠حبة لقاح، وتنتج النورة الواحدة حوالي ٢٠-٢٥ مليون حبة لقاح، ولذلك فإنه يوجد ٢٠٠٠٠-٣٠٠٠٠ حبة لقاح لكل حريرة، ولهذا فإن نقص حبوب اللقاح نادرا ما يكون عاملا محددا في إنتاج الذرة الشامية، بشرط انتثارها في الوقت الذي تكون فيه الحريرة قابلة لاستقبال حبوب اللقاح. وتظل حبوب اللقاح حية لمدة ٢٤ ساعة تقريبا.

إن المياسم والأقلام الحريرية الملمس في النورة المؤنثة (الكوز) تعرف بالحريرة (الشرابة)، وتخرج من قمة المبيض (شكل ١٠). وتمتد الحريرة بطول أغلفة الكوز، وتدفع إلى أعلى عن طريق نمو الميرستيم البيني الموجود في قاعدتها، وتستمر كل حريرة في نموها إلى أن يحدث التلقيح والإخصاب، وإذا لم يحدث التلقيح فإن نموها قد يستمر لمدة ١٠-١٥ يوما، وبذلك فقد يصل طولها إلى ٣٠-٤٠سم أعلى أغلفة الكوز، وبمجرد أن يتم الإخصاب، يتوقف نشاط المنطقة الميرستيمية.

عموما- يحدث التلقيح في الذرة الشامية بانتقال حبوب اللقاح من النورة المذكرة إلى الحريرة (الميسم والقلم). والتلقيح في الذرة الشامية خلطي عادة وتصل نسبته إلى ٩٥ % فأكثر، وهو عبارة عن انتقال حبوب لقاح من متك الزهرة إلى حريرة زهرة أخرى على نبات ذرة آخر من نفس الصنف أو متوافق معه.

الإخصاب

بعد سقوط حبة لقاح على حريرة زهرة فإنها تنبت، مكونة أنبوبة لقاحية خلال ٥-١٠ دقائق، ثم تخترق هذه الأنبوبة اللقاحية الشعيرة الموجودة على الحريرة، ثم تمر لأسفل خلال نسيج الحريرة (شكل ١٠).

ويتم الإخصاب عن طريق اتحاد إحدى النواتين الذكريتين مع نواة البيضة في الكيس الجنيني، ويتكون الزيجوت Zygote والذي يكون فيما بعد الجنين Embryo.

وتتحد النواة الذكرية الثانية مع النواتين القطبيتين، وتسمى النواة الناتجة من اتحاد هذه النويات الثلاث بـ" نواة الإندوسبرم Endosperm nucleus" والتي بانقسامها عدة مرات، يتكون نسيج الاندوسبرم الذي يختزن بداخله الغذاء اللازم لنمو الجنين.

وبعد عملية الاخصاب تنمو أغلفة البويضة، مكونة قصرة البذرة، كما ينمو جدار المبيض، مكونا الغلاف الثمري.

وتعتبر حبة الذرة الشامية، ثمرة جافة غير متفتحة ناتجة من مبيض واحد وتسمى برة Caryopsis، وفيها يلتحم الغلاف الثمري Pericarp (جدار المبيض) والقصرة Testa (جدار البويضة) معا ليكونا غلاف الحبة Seed coet (شكل ١٣).

الزينيا xenia

تنتج هذه الظاهرة عن التأثير المباشر لحبة لقاح الأب على صفات الإندوسبرم، إذ تظهر بإندوسبرم حبوب الذرة الشامية صفات معينة لحبوب لقاح الأب، نتيجة اتحاد إحدى النواتين الذكريتين مع النواتين القطبيتين بالكيس الجنيني. وعلى سبيل المثال، تحدث الزينيا عندما يلقح نبات ذو إندوسبرم أصفر بنبات ذو إندوسبرم أبيض، تصبح الحبوب ذات إندوسبرم أصفر، لأن جين اللون الأصفر سائد على جين اللون الأبيض. كذلك تحدث الزينيا عند تلقيح نبات ذرة سكرية بذرة صوانية، فتكون الحبوب ناعمة ونشوية بدلا من أن تكون مجعدة وسكرية.

الكوز

يتكون كوز الذرة الشامية من محور سميك يسمى القولحة" وتوحد الحبوب على القولحة في صفوف طولية عادة. ويغلف الكوز بواسطة أغلفة الكوز (شكل ١٢) كما سبق أن ذكرنا.

يحتوي الكوز عادة على ٨-٢٨ صفا من الحبوب، ويوجد بالصف الواحد من ٢٠-٧٠ حبة، متوقفا ذلك على الصنف. وفي أصناف الذرة المنغوزة يكون عدد الصفوف غالبا ١٢ أو ١٤ أو ١٦ أو ١٨ أو ٢٠ (عدد زوجي). وقد يحتوي الكوز الكبير على حوالي ١٠٠٠حبة، ولكن عادة يحتوي الكوز في المتوسط على حوالي ٦٠٠حبة.

شكل (١٢). (إلى اليمين) كوز ذرة ناضج بالأغلفة. (إلى اليسار) قطاع عرضي في كوز يوضح كيفية اتصال الحبة بالقولحة.

خامسا- الحبة

حبة الذرة الشامية ملساء عريضة القمة، وتوجد نغزة في قمة حبوب الذرة المنغوزة (شكل ١٣). ويتراوح طول حبة الذرة الشامية بين ١٠-١٥مم، وعرضها بين ٥-٨مم، متوقفا ذلك على الصنف والظروف البيئية.

تصل الحبة إلى حجمها النهائي بعد التلقيح والإخصاب بحوالي ٥٠يوم. ويختلف لون الحبوب من الأبيض إلى الأصفر إلى الأحمر إلى القرمزي، متوقفا ذلك على الصنف، ويرجع وجود هذه الألوان إلى وجود صبغة في خلايا طبقة الأليرون أو الغلاف الثمري للحبة. ويبين شكل (١٣) قطاعا طوليا في حبة ذرة شامية منغوزة.

شكل (١٣). قطاع طولي في حبة ذرة شامية.

تتكون حبة الذرة الشامية من ثلاثة أجزاء رئيسية هي:

١- جدار الحبة

يتكون جدار الحبة من الغلاف الثمري والقصرة (شكل ١٣). ويكون جدار الحبة حوالي ١٦-١٧ % من وزن الحبة.

٢- الإندوسبرم

يكون الإندوسبرم حوالي ٧٣ % من وزن الحبة، والطبقة الخارجية من الإندوسبرم تسمى "طبقة الأليرون" وتكون هذه الطبقة حوالي ٨-١٢ % من وزن الحبة، والجزء الباقي من الإندوسبرم يحتوي على خلايا كبيرة الحجم مملوءة بحبيبات النشا.

٣- الجنين

يوجد الجنين في قاعدة الحبة، ويكون حوالي ٨-١٠ % من وزنها. ويتكون الجنين من القصعة، والريشة والجذير، وغمد الجذير. ويبين شكل (١٣) قطاعا طوليا في حبة الذرة الشامية.