التمثيل الضوئي في النباتات المائية

النباتات منتجة. بدلاً من استهلاك الطعام للحصول على الطاقة ، فإنهم يصنعون طعامهم بأنفسهم. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تأخذ النباتات الطاقة من ضوء الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية مخزنة في الكربوهيدرات. يتضمن التمثيل الضوئي نفس الجزيئات والتفاعلات الكيميائية في النباتات البرية والنباتات المائية. تقوم النباتات العائمة بعملية التمثيل الضوئي مثل النباتات التي تنمو على الأرض. ومع ذلك ، فإن العملية تمثل تحديًا أكبر للنباتات المائية إذا تم غمرها بالكامل تحت سطح الماء.

الأوراق هي الموقع الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي. تحتوي الأوراق على البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات في الخلايا النباتية حيث يحدث التمثيل الضوئي. تحتوي البلاستيدات الخضراء على جزيئات الكلوروفيل التي تمتص الضوء المرئي ، خاصة بأطوال موجية حمراء وزرقاء. فقط عدد قليل من جزيئات الكلوروفيل تمتص الأطوال الموجية الخضراء. نتيجة لذلك ، تظهر النباتات باللون الأخضر لأنها تعكس ضوءًا أخضر أكثر مما تمتصه.

تستخدم النباتات السكر المصنوع أثناء عملية التمثيل الضوئي لتغذية النمو والتطور والتكاثر والإصلاح. ترتبط السكريات البسيطة المنتجة في عملية التمثيل الضوئي من النشويات الأكثر تعقيدًا مثل السليلوز التي توفر بنية للنباتات. بالإضافة إلى توفير مصدر غذائي للحيوانات والمستهلكين الآخرين ، فإن عملية التمثيل الضوئي تزيل أيضًا ثاني أكسيد الكربون من البيئة وتجدد الأكسجين.

مرحلتان من التمثيل الضوئي هما التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة للضوء. تتضمن التفاعلات المعتمدة على الضوء امتصاص ضوء الشمس وتفكك جزيئات الماء إلى غاز الأكسجين وأيونات الهيدروجين والإلكترونات. الهدف من هذه المرحلة هو التقاط الطاقة الضوئية ونقلها إلى الإلكترونات لتكوين جزيئات نشطة مثل ATP. الأكسجين منتج نفايات في هذه المرحلة من التمثيل الضوئي.

تستخدم المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي ، المعروفة أيضًا باسم دورة كالفين ، الجزيئات النشطة التي تم إنشاؤها في المرحلة الأولى لفصل جزيئات ثاني أكسيد الكربون المأخوذة من بيئة النبات. يؤدي تكسير ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الخلية إلى تكوين جزيئات السكر. على وجه التحديد ، ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء تنتج جزيء واحد من الجلوكوز ، مع ستة جزيئات من الأكسجين يتم إطلاقها كمنتج ثانوي.

قد تمتص النباتات المائية ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو الماء ، اعتمادًا على ما إذا كانت أوراقها تطفو أو تحت الماء. تتعرض أوراق النباتات العائمة ، مثل اللوتس وزنابق الماء ، لأشعة الشمس المباشرة. لا تتطلب هذه الأنواع من النباتات المائية تعديلات خاصة لإجراء عملية التمثيل الضوئي. يمكنهم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وإطلاق الأكسجين في الهواء. تحتوي الأسطح المكشوفة للأوراق على بشرة شمعية لتخفيف فقدان الماء في الغلاف الجوي ، مثل النباتات الأرضية.

تستخدم النباتات المغمورة ، مثل نباتات الزهقرنية والأعشاب البحرية ، استراتيجيات محددة لمواجهة تحديات إجراء عملية التمثيل الضوئي تحت الماء. تنتشر غازات مثل ثاني أكسيد الكربون بشكل أبطأ بكثير في الماء منه في الهواء. تواجه النباتات المغمورة بالكامل صعوبة أكبر في الحصول على ثاني أكسيد الكربون الذي تحتاجه. للمساعدة في تخفيف هذه المشكلة ، تفتقر الأوراق الموجودة تحت الماء إلى طلاء شمعي لأن ثاني أكسيد الكربون أسهل في الامتصاص بدون هذه الطبقة. يمكن للأوراق الصغيرة امتصاص ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر من الماء ، لذلك تزيد الأوراق المغمورة من نسبة سطحها إلى الحجم. تكمل بعض الأنواع امتصاصها لثاني أكسيد الكربون عن طريق مد بعض الأوراق إلى السطح لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء.

من الصعب أيضًا الحصول على ضوء الشمس الكافي لأنواع النباتات المغمورة. كمية الطاقة الضوئية التي تمتصها محطة تحت الماء أقل من الطاقة المتوفرة للنباتات الأرضية. تقلل الجزيئات الموجودة في الماء مثل الطمي والمعادن ونفايات الحيوانات وغيرها من الحطام العضوي من كمية الضوء التي تدخل المياه. غالبًا ما توجد البلاستيدات الخضراء في هذه النباتات على سطح الورقة لزيادة التعرض للضوء. كلما زاد العمق تحت السطح ، تقل كمية ضوء الشمس المتاحة للنباتات المائية. بعض الأنواع النباتية لديها تكيفات تشريحية أو خلوية أو كيميائية حيوية تسمح لها بإجراء عملية التمثيل الضوئي بنجاح في المياه العميقة أو الضبابية على الرغم من قلة توافر ضوء الشمس.

تلعب العديد من الكائنات الحية بخلاف النباتات دور المنتج في النظم الإيكولوجية المائية. تقوم بعض أشكال البكتيريا وكذلك الطحالب وغيرها من الطلائعيات بعملية التمثيل الضوئي. تعمل مستعمرات الطحالب أحادية الخلية معًا لتشكيل عشب البحر ، المعروف باسم الأعشاب البحرية.