Растенията са производители. Вместо да консумират храна, за да получат енергия, те си правят сами. По време на процеса на фотосинтеза растенията приемат енергия от слънчевата светлина и я превръщат в химическа енергия, съхранявана във въглехидратите. Фотосинтезата включва същите молекули и химични реакции в сухоземните и водните растения. Плаващите растения фотосинтезират подобно на растенията, които растат на сушата. Процесът обаче представлява по-голямо предизвикателство за водните растения, ако те са напълно потопени под повърхността на водата.
Основи на фотосинтезата
Листата са основният сайт за фотосинтеза. Листата съдържат хлоропласти, които са органелите в растителните клетки, където се случва фотосинтезата. Хлоропластите съдържат молекули хлорофил, които поглъщат видима светлина, главно в червени и сини дължини на вълната. Само няколко молекули хлорофил абсорбират зелени дължини на вълните. В резултат на това растенията изглеждат зелени, защото отразяват повече зелена светлина, отколкото поглъщат.
Растенията използват захарта, получена по време на фотосинтезата, за растеж, развитие, размножаване и възстановяване. Простите захари, произведени при фотосинтеза, се свързват от по-сложни нишестета като целулоза, които осигуряват структура на растенията. В допълнение към осигуряването на източник на храна за животни и други потребители, фотосинтезата също така премахва въглеродния диоксид от околната среда и попълва кислорода.
Етапи на фотосинтеза
Двата етапа на фотосинтезата са светлинно зависимите и независимите от светлината реакции. Реакциите, зависими от светлината, включват поглъщането на слънчевата светлина и разграждането на водните молекули в кислороден газ, водородни йони и електрони. Целта на този етап е да улови светлинната енергия и да я предаде на електроните, за да създаде енергизирани молекули като АТФ. Кислородът е отпадъчен продукт от този етап на фотосинтеза.
Вторият етап на фотосинтезата, известен също като цикъла на Калвин, използва енергизираните молекули, създадени в първия етап, за разделяне на молекулите на въглероден диоксид, взети от околната среда на растението. Разграждането на молекулите на въглероден диоксид и вода в клетката води до образуването на молекули захар. По-конкретно, шест молекули въглероден диоксид и шест молекули вода дават една молекула глюкоза, като шест молекули кислород се отделят като страничен продукт.
Плаващи растения
Водните растения могат да поемат въглероден диоксид от въздуха или водата, в зависимост от това дали листата им плават или са под вода. Листата на плаващите растения, като лотос и водни лилии, получават пряка слънчева светлина. Тези видове водни растения не изискват специални адаптации за извършване на фотосинтеза. Те могат да поемат въглероден диоксид от въздуха и да отделят кислород във въздуха. Откритите повърхности на листата имат восъчна кутикула, за да смекчат загубата на вода в атмосферата, подобно на сухоземните растения.
Получаване на въглероден диоксид
Потопените растения, като рога и морски треви, използват специфични стратегии, за да отговорят на предизвикателствата при провеждане на фотосинтеза под вода. Газове като въглероден диоксид се дифузират много по-бавно във вода, отколкото във въздух. Растенията, които са напълно потопени, имат по-големи трудности да получат въглеродния диоксид, от който се нуждаят. За да се подобри този проблем, подводните листа нямат восъчно покритие, тъй като въглеродният диоксид се абсорбира по-лесно без този слой. По-малките листа могат по-лесно да абсорбират въглеродния диоксид от водата, така че потопените листа увеличават максимално съотношението си между повърхността и обема. Някои видове допълват приема на въглероден диоксид, като удължават няколко листа на повърхността, за да абсорбират въглеродния диоксид от въздуха.
Поглъщаща слънчева светлина
Адекватна слънчева светлина също е трудно да се получи при потопени растителни видове. Количеството светлинна енергия, погълната от подводно растение, е по-малко от енергията, която е на разположение на наземните растения. Частиците във водата като тиня, минерали, животински отпадъци и други органични отпадъци намаляват количеството светлина, което влиза във водата. Хлоропластите в тези растения често са разположени на повърхността на листа, за да увеличат максимално излагането на светлина. С увеличаване на дълбочината под повърхността количеството слънчева светлина, достъпна за водните растения, намалява. Някои растителни видове имат анатомични, клетъчни или биохимични адаптации, които им позволяват да извършват успешно фотосинтеза в дълбока или мътна вода, въпреки намаленото наличие на слънчева светлина.
Други водни производители
Много организми, различни от растенията, изпълняват ролята на производител във водните екосистеми. Някои форми на бактерии, както и водорасли и други протести извършват фотосинтеза. Колониите на едноклетъчни водорасли работят заедно, за да образуват водораслите от макроводорасли, известни като водорасли.